(57)【要約】【課題】冷媒液滴の混入が抑えられた冷媒ガスを圧縮機に供給することによって圧縮機の性能低下を抑え、これによって冷却効率の高い蒸発器及び冷凍機を提供すること。【解決手段】冷媒が導入される容器１４と、該容器内に、前記冷媒を加熱して沸騰、気化させる加熱物が流通する多数の伝熱管が束になって配設され一方向に延在する伝熱管群１５Ａ〜１５Ｃと、冷媒ガス排出口２１とを備えた冷凍機用蒸発器１２において、冷媒ガス排出口２１が、伝熱管の延在する領域における伝熱管の冷水入口１６から、前記領域の長さ方向の１／２を越えた奥部の領域に配設されていることを特徴とする。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が導入される容器と、該容器内に、前記冷媒を加熱して沸騰、気化させる加熱物が流通する多数の伝熱管が束になって配設され一方向に延在する伝熱管群と、冷媒ガス排出口とを備えた冷凍機用蒸発器において、
前記冷媒ガス排出口が、前記伝熱管の延在する領域における該伝熱管の入口部から、前記領域の長さ方向の１／２を越えた奥部の領域に配設されていることを特徴とする蒸発器。
【請求項２】
前記容器上方から平面視して、前記伝熱管群と、該伝熱管群の端部から折り返されて逆方向に隣接して延在する伝熱管群とが、折り返し部を介して連続する複数の伝熱管群を備える構成とされ、前記冷媒ガス排出口が、前記複数の伝熱管群の長さ方向に直交する幅方向に、前記入口部に連通する該伝熱管群から該伝熱管群全幅長の１／２を越えた奥部の領域に配設されていることを特徴とする請求項１に記載された蒸発器。
【請求項３】
前記容器上方から平面視して、前記ガス排出口の下方に所定の幅を持って前記複数の伝熱管群の長さ方向に直交する方向に延在する閉そく板が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載された蒸発器。
【請求項４】
前記閉そく板に隣接して多孔板を配設したことを特徴とする請求項３に記載された蒸発器。
【請求項５】
前記容器上方から平面視して、前記ガス排出口の下方に所定の幅を持って前記複数の伝熱管群の長さ方向に直交する方向に延在する閉そく板が設けられ、該閉そく板幅が、前記入口部に連通する伝熱管群から前記冷媒ガス排出口配設位置に向けて漸次大となるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載された蒸発器。
【請求項６】
請求項１から５の何れかに記載の蒸発器と、気体状の冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された気体状の冷媒を冷却して凝縮、液化する凝縮器と、液化された冷媒を減圧する膨張弁とを備えていることを特徴とする冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱物（例えば水、ブライン等）と冷媒との間で熱交換を行わせて、前記加熱物を冷却するとともに冷媒を沸騰、気化する蒸発器及び冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ビルのような大規模構造物においては、冷凍機で冷却した加熱物を構造物内に布設した配管を通じて構内を循環させ、居室の空気と熱交換させて冷房を行うようにしている。
【０００３】
この種の冷凍機に具備される従来の蒸発器を図１２及び図１３に示す。
これらの図に示す蒸発器１においては、冷媒が導入される円筒形の容器２の中に、加熱物である冷水を流通させる多数の伝熱管３が、束状にかつ千鳥状に群をなして伝熱管群３Ａ〜３Ｃとして配設されている。伝熱管群３Ａは冷水入口４に連通しており、伝熱管群３Ｃは冷水出口５に連通している。
伝熱管群３Ａ〜３Ｃの上方であって冷媒ガス排出口６の下方位置に、所定の厚みを有する矩形状のデミスタ７と、矩形の空間部８とこれをある幅をもって分断する帯状の閉そく板９とからなる底板１０と、所定の幅をもった縁部と側部とからなるデミスタ枠１１とが配設されている。
【０００４】
上記に示す構成からなる蒸発器１において、冷水との熱交換によって沸騰した冷媒ガスは、冷媒液滴を含みながら吹き上げられ、デミスタ７を通過する際に液滴が除去されて、容器２上方の冷媒ガス排出口６から圧縮機（図示せず）へと吸込まれる。
液滴除去の例としては、伝熱管３群の直上に液滴を衝突させる板体を配設することによって除去するものもある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
デミスタ７を通過する冷媒ガスの流速は、冷媒ガス排出口６直下の位置を最大値としてデミスタ７の周辺部に向かうほど小となる分布をもつ。一方デミスタ７は、冷媒の液滴を一定量以上捕獲可能な最大許容流速を有する。
【０００６】
【特許文献１】
特願２０００−３５７０２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の蒸発器１は、冷媒ガス流速を低減するため底板内にあって冷媒ガス排出口直下の位置に閉そく板が形成されているにもかかわらず、液滴が含まれた冷媒ガスが圧縮機に吸入され、インペラのエロージョンによる圧縮機の性能低下を発生する問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、冷媒液滴の混入が抑えられた冷媒ガスを圧縮機に供給することによって圧縮機の性能低下を抑え、これによって冷却効率の高い蒸発器及び冷凍機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明は、冷媒が導入される容器と、該容器内に、前記冷媒を加熱して沸騰、気化させる加熱物が流通する多数の伝熱管が束になって配設され一方向に延在する伝熱管群と、前記容器内に冷媒ガス排出口とを備えた冷凍機用蒸発器において、前記冷媒ガス排出口が、前記伝熱管の延在する領域における該伝熱管の入口部から、前記領域の長さ方向の１／２を越えた奥部の領域に配設されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る蒸発器によれば、冷媒と加熱物との温度差が小さいために沸騰した冷媒中に含まれる液滴量が少ない上記領域から冷媒ガスを圧縮機へ供給することができ、これによって、圧縮機の性能低下を抑えることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記容器上方から平面視して、前記伝熱管群と、該伝熱管群の端部から折り返されて逆方向に隣接して延在する伝熱管群とが、折り返し部を介して連続する複数の伝熱管群を備える構成とされ、前記冷媒ガス排出口が、前記複数の伝熱管群の長さ方向に直交する幅方向に、前記入口部に連通する伝熱管群から該伝熱管群全幅長の１／２を越えた奥部の領域に配設されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る蒸発器によれば、冷媒と加熱物との温度差が小さいために沸騰した冷媒中に含まれる液滴量が少ない上記領域から冷媒ガスを排出し、圧縮機へ供給することができるため、圧縮機の性能低下を抑えることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載された蒸発器において、前記容器上方から平面視して、前記ガス排出口の下方に所定の幅を持って前記複数の伝熱管群の長さ方向に直交する方向に延在する閉そく板が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る蒸発器によれば、冷媒ガス排出口直下位置に近づくにしたがって増加する冷媒ガスの流速増加率を閉そく板によって抑え、冷媒液滴を捕獲するデミスタ内で冷媒ガス流速が許容流速値以下となって、デミスタで冷媒液滴を十分捕獲できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載された蒸発器において、前記閉そく板に隣接して多孔板が配設されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る蒸発器によれば、冷媒ガス排出口直下位置に近づくにしたがって増加する冷媒ガスの流速増加率を閉そく板で抑えこむ前に多孔板によって緩和させることができ、これによって、冷媒液滴を捕獲するデミスタ内で冷媒ガス流速が許容流速値以下になると共により平準化された状態となって、デミスタで冷媒液滴をより十分に捕獲できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載された蒸発器において、前記容器上方から平面視して、前記ガス排出口の下方に所定の幅を持って前記複数の伝熱管群の長さ方向に直交する方向に延在する閉そく板が設けられ、該閉そく板幅が、前記入口部に連通する伝熱管群から前記冷媒ガス排出口配設位置に向けて漸次大となるように形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この発明に係る蒸発器によれば、冷媒ガス排出口直下位置において最大となる冷媒ガスの流速を抑えることができ、これによって冷媒ガス流速は、デミスタが冷媒の液滴を捕獲可能な最大流速以下に抑えられ、冷媒の液滴はデミスタにて十分捕獲できる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れかに記載の蒸発器と、気体状の冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された気体状の冷媒を冷却して凝縮、液化する凝縮器と、液化された冷媒を減圧する膨張弁とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
この発明に係る冷凍機によれば、上述のように蒸発器における冷媒液滴の排除率が高められ、圧縮機の性能劣化を防止できることから、従来よりも性能及び耐久性に優れたものが得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１〜図５は本発明の第１の実施形態を示す。
図１は、冷凍機の概略構成を示している。この冷凍機は、冷却水と気体状の冷媒との間で熱交換を行わせて冷媒を凝縮、液化する凝縮器１０と、凝縮された冷媒を減圧する膨張弁１１と、凝縮された冷媒と冷水（加熱物）との間で熱交換を行わせて前記冷水を冷却する蒸発器１２と、蒸発器１２で蒸発、気化した冷媒を圧縮した後に上記凝縮器１０に供給する圧縮機１３とから構成されている。なお、上記蒸発器１２において冷却された冷水は、ビルの空調等に利用される。
【００２２】
図２〜図５は、蒸発器１２の構造を示す。
蒸発器１２は、冷媒が導入される円筒型容器１４と、該容器内下方位置に冷水が流通する多数の伝熱管１５が束になって一方向に配設されている伝熱管群１５Ａ〜１５Ｃと、伝熱管群１５Ａに連通する冷水入口（入口部）１６と、伝熱管群１５Ｃに連通する冷水出口１７と、伝熱管群１５Ａ〜１５Ｃ上方に位置するデミスタ１８と、該デミスタを容器１４下方から支える底板１９と、前記デミスタ１８を容器１４上方から固定するデミスタ枠２０と、冷媒ガスを容器１４外の圧縮機（図示せず）に排出する冷媒ガス排出口２１とから構成されたものである。
【００２３】
デミスタ１８の長手方向長さは、図５に示すように冷水入口１６側にスペースを有する長さとする。但し、容器１４の長手方向のほぼ全長に等しくなるように設けても良い。
伝熱管群１５Ａ〜１５Ｃは容器１４の中心位置付近から下方に配設されており、それらすべてが冷媒液に浸されている。また、容器１４内の長手方向に延在する伝熱管群１５Ａと１５Ｂと、伝熱管群１５Ｂと１５Ｃとはそれぞれ折返し部２２を介して連通して構成されている。
【００２４】
冷媒ガス排出口２１は、伝熱管群１５Ａの冷水入口１６側から伝熱管１５の長さ方向の１／２を越えた奥部の領域であって、かつ、伝熱管群１５Ａから１５Ｃに向かうこれら伝熱管１５の長さ方向に直交する幅方向の１／２を越えた奥部の領域に配設されている。
【００２５】
容器１４上方に配設されているデミスタ枠２０は、冷媒ガス排出口２１の直下方位置に臨んで所定の幅Ｌをもって該デミスタ枠２０側部間に帯状に延在する閉そく板２３とから構成されている。底板１９は、該底板内に形成されている矩形状の空間部２５を前記冷媒排出口２１直下方位置で２つに分断する閉そく板２６とを備えている。
底板１９に設けられている閉そく板２６は、デミスタ枠２０に形成されている上記閉そく板２３と同じ幅Ｌを有する。
【００２６】
上記の構成からなる蒸発器１２において、容器１４の下部から導入された冷媒は、伝熱管１５を流通する冷水との熱交換によって沸騰して気化されて、冷媒の液滴を含む蒸気となって容器１４上方に吹き上げられ、底板１９に形成されている空間部２５からデミスタ１８を抜けて、冷媒ガス排出口２１から容器１４外へ排出される。
冷媒沸騰時、冷媒と冷水との温度差によって沸騰の激しさが異なるため、冷媒ガス中の冷媒液滴含有量も前記温度差によって異なる。
冷媒と冷水との温度差が最も大きい領域は、伝熱管群１５Ａの冷水入口１６側であって、冷水の流通する方向に従って熱交換が行われるために前記温度差が小さくなって、前記温度差が最も小さい領域は、伝熱管群１５Ｃの冷水出口１７側となる。
冷媒ガス排出口２１の配設位置近傍の領域は上記において冷媒と冷水との温度差が最も小さい領域であることから、蒸発する冷媒ガスに含まれる冷媒液滴量が最も少ない。
【００２７】
この冷凍機における蒸発器によれば、冷媒と冷水との温度差が小さく液滴の含まれる量が最も少ない状態の冷媒ガスを冷媒ガス排出口から排出し、圧縮機へ供給することができる。
【００２８】
また、上記の構成からなる蒸発器１２において、冷媒ガスは、圧縮機によって所定の流速分布をもって冷媒ガス排出口２１から排出される際に、容器１４内に配設されたデミスタ１８によって内部に含まれる冷媒液滴が捕獲される。ただし、デミスタ１８は液滴捕獲可能な冷媒ガス許容流速を有する。
【００２９】
この冷凍機における蒸発器によれば、閉そく板２３、２６によって冷媒ガスの流速をデミスタが有する液滴捕獲可能流速値以下に抑えることができる。これによって液滴含有が抑えられた冷媒ガスを冷媒ガス排出口へ排出させることができる。
【００３０】
図６は、本発明の第２の実施形態を示す。
冷凍機の概略構成は図１に示すものと同じである。なお、上記実施形態においてすでに説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図６に示す蒸発器１２は、図２〜図５と同様の構成要素からなるが、伝熱管１５は、冷水入口１６に連通する伝熱管群１５Ａと、折り返されて冷水出口１７に連通する伝熱管群１５Ｂとからなる伝熱管群を構成している。冷媒ガス排出口２１は、冷水入口１６及び冷水出口１７の配設されている側から伝熱管１５の長さ方向の１／２を越えた伝熱管群１５Ａから折り返される側であって、伝熱管群１５Ｂの上方位置近傍に配設されている。
【００３１】
上記の構成からなる蒸発器１２において、冷媒と冷水との温度差が最も小さい領域は冷水出口１７近傍であるが、ここから蒸発する冷媒ガス中には、隣接する冷水入口１６近傍の冷媒と冷水との温度差が大きい領域から多量に発生する液滴が混入する可能性がある。
冷媒ガス排出口２１は、冷媒と冷水との温度差が冷水出口１７近傍に次いで小さい領域上方位置に配設されているため、液滴の含有量が小さい冷媒ガスが排出される。
【００３２】
この冷凍機からなる蒸発器によれば、液滴含有量が少ない状態の冷媒ガスを冷媒ガス排出口へ排出させることができる。
【００３３】
図７は、本発明の第３の実施形態を示す。なお、上記実施形態においてすでに説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
冷凍機の概略構成は図１に示すものと同じである。
図７に示す蒸発器１２は、図２〜図５と同様の構成要素からなるが、容器１４内に、伝熱管１５は伝熱管１５Ａ〜１５Ｄを構成しており、冷媒ガス排出口２１は、伝熱管群１５Ａの冷水入口部１６から伝熱管群１５Ａの長さ方向の１／２を越えた奥部の領域であって、かつ、伝熱管群１５Ａから１５Ｄに向かう各伝熱管群の長さ方向に直交する幅方向の１／２を越えた奥部の領域に配設されている。
【００３４】
上記の構成からなる冷凍機の蒸発器によれば、第２の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００３５】
図８は、本発明の第４実施形態を示す。なお、上記実施形態においてすでに説明した構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。
冷凍機の概略構成は図１に示すものと同じである。
図８において蒸発器１２は、図２〜図５と同様の構成要素からなるが、前記デミスタ枠２０の閉そく板２３に隣接して接合する多孔板２４とからなる。
多孔板２４は、容器１４内において、前記空間部２５の上方位置に配設されている。
【００３６】
上記の構成からなる蒸発器１２において、冷媒ガスは、圧縮機によって所定の流速分布をもって冷媒ガス排出口２１から排出される際に、容器１４内に配設されたデミスタ１８によって内部に含まれる冷媒液滴が捕獲される。ただし、デミスタ１８は液滴捕獲可能な冷媒ガス許容流速を有する。
第１の実施形態で示した多孔板２４がない場合は、冷媒ガス容器１４内長手方向に対して図８中（１）に示す流速分布をもってデミスタ１８に取り込まれるが、本実施例の場合では、冷媒ガス排出口２１中心位置に向かって増大する冷媒流速の増加率が、図８中（２）に示すように多孔板２４の配設位置近傍で緩和される。
【００３７】
この冷凍機における蒸発器によれば、多孔板によって冷媒ガスの流速をデミスタが有する液滴捕獲可能流速値に対して大幅に低い値に抑えることができる。これによって第１の実施形態以上に液滴含有が抑えられた冷媒ガスを冷媒ガス排出口へ排出させることができる。
【００３８】
図９は、本発明の第５の実施形態を示す。なお、上記実施形態においてすでに説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
冷凍機の概略構成は図１に示すものと同じである。
図９において蒸発器１２は、図２〜図５と同様の構成要素からなるが、
前記底板１９が有する閉そく板２６の板幅は、前記伝熱管群１５Ａ〜１５Ｃの長さ方向に直交する方向を、前記伝熱管群１５Ａから伝熱管群１５Ｃの配設位置に向かって長さＬから漸次大となるように形成されたものである。
また、閉そく板２６の板幅Ｌは、冷媒ガス排出口２１の直径をＤとすると該排出口の中心位置を中心としてＬ≧２Ｄの関係を有する。
【００３９】
上記の構成からなる蒸発器１２において、上記閉そく板２６が下方から吹き上げられる冷媒ガスの流れを遮ることによって、冷媒ガス排出口２１の配設位置近傍の冷媒ガス流速が低下する。
【００４０】
この冷凍機における蒸発器によれば、閉そく板近傍の冷媒流速最大値をデミスタの液滴捕獲許容最大流速値以下にできるので、デミスタで液滴が十分に捕獲された冷媒ガスを冷媒ガス排出口へ排出させることができる。
【００４１】
なお、閉そく板２６の形状は、底板１９上において漸次大となるように変化していればよいため、図示のように直線的な変形に限らず、曲線状であっても何ら問題はない。
【００４２】
図１０は、本発明の第６の実施形態を示す。なお、上記実施形態においてすでに説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
冷凍機の概略構成は図１に示すものと同じである。
図１０において蒸発器１２は、図２〜図５と同様の構成からなるが、容器１４の径は、例えば１０００から１５００［ｍｍ］であって、デミスタ１８の長手方向長さが、冷媒ガス排出口２１の配設位置から容器１４の端部に至る長さのうち短いほうの長さにほぼ等しく設けられている。
【００４３】
上記の構成からなる蒸発器１２において、吹き上げられた液滴が自身の重さによって再び容器下方に充填されている冷媒に落下するために必要な高さに対して、冷媒液面２７と冷媒ガス排出口２１との距離が大きいことから、冷媒液滴をデミスタで捕獲する以前に、多くの冷媒蒸気中の液滴は重力によって容器下方へ落下する。
【００４４】
この冷凍機における蒸発器によれば、デミスタで捕獲すべき液滴量を少なくできることから、液滴含有量の小さい冷媒ガスを排出できるとともに、デミスタ全長を小さくできて蒸発器の軽量化を図ることができる。
【００４５】
図１１は、本発明の第７の実施形態を示す。なお、上記実施形態においてすでに説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
冷凍機の概略構成は図１に示すものと同じである。
図１１において蒸発器１２は、図２〜図５と同様の構成からなるが、容器１４の径は、例えば８００から１０００［ｍｍ］であって、デミスタ１８の長手方向長さは、冷媒ガス排出口２１の配設位置から容器１４の端部に至る長さのうち長いほうにほぼ等しく設けられている。
【００４６】
上記の構成からなる蒸発器においても、第６の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、冷媒液滴の含有量が小さい冷媒ガスを排出して圧縮機へ供給することができることから、圧縮機の性能低下やインペラのエロージョン発生を抑えることができる。
【００４８】
請求項２に係わる発明によれば、複数の伝熱管群からなる容器においても、冷媒液滴が排除された冷媒ガスを圧縮機へ供給することができることから、圧縮機性能の低下やインペラのエロージョンを抑えることができる。
【００４９】
請求項３に係わる発明によれば、流速が抑えられることによって冷媒液滴が十分捕獲された冷媒ガスを圧縮機へ供給することができることから、圧縮機性能の低下やインペラのエロージョンを抑えることができる。
【００５０】
請求項４に係わる発明によれば、流速が押さえられるとともに平準化されることによって冷媒液滴が十分に捕獲された冷媒ガスを圧縮機へ供給することができることから、圧縮機性能の低下やインペラのエロージョンを抑えることができる。
【００５１】
請求項５に係わる発明によれば、流速が抑えられ、滑らかな流速分布とされることによって冷媒液滴が十分低下した冷媒ガスを圧縮機へ供給することができることから、圧縮機性能の低下やインペラのエロージョンを抑えることができる。
【００５２】
請求項６に係わる発明によれば、従来と同等の圧縮機であっても性能及び耐久性の向上した冷凍機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる蒸発器が適用される冷凍機の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係わる蒸発器の断面構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる蒸発器の平面構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係わる蒸発器の構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係わる蒸発器の正面構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わる蒸発器の平面構成図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係わる蒸発器の平面構成図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係わる蒸発器の平面構成図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係わる蒸発器の構成図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係わる蒸発器の正面構成図である。
【図１１】本発明の第７の実施形態に係わる蒸発器の正面構成図である。
【図１２】従来の蒸発器の断面図である。
【図１３】従来の蒸発器の構成図である。
【符号の説明】
１０　凝縮器
１２　蒸発器
１５　伝熱管
２１　冷媒ガス排出口
２３、２６　閉そく板
２４　多孔体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004100985.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004100985.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004100985.tif 000011
【図１０】
2004100985.tif 000012
【図１１】
2004100985.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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