(57)【要約】【課題】自吸運転で、迅速に気体を分離排除して速やかに揚水運転に移行し、揚水運転で、戻り流量が少なくポンプ効率の良い自吸式ポンプを提供する。【解決手段】吐出室３４の内壁に沿って略接線方向に流体の一部を導入し、吐出室３４内の流体を旋回させ、遠心分離作用で気体を迅速に分離排除する。ポンプケーシング１０の外に略垂直方向を軸方向とする円筒状の戻り流量規制部２６を設ける。流体が略接線方向に流入される位置より下流側の吐出室３４の壁に、流体の旋回方向で略接線方向の流出口４２を開口し、流入連通管４４により、戻り流量規制部２６の側壁に略接線方向に開口した流入口４６に連通し、戻り流量規制部２６の円筒状の略軸心位置で底面に孔４８を穿設し、孔４８に戻り連通管５０の一端を連通し、その他端を吸込室５２に開口する。戻り流量規制部２６内の流れの大きな損失抵抗により、戻り流量を少量とし、ポンプ効率を良くする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケーシングの吐出管の流体を旋回させて気液分離作用を行う自吸式ポンプにおいて、前記吐出管の壁に、前記流体の旋回方向で略接線方向の流出口を開口し、前記ポンプケーシングの外に略垂直方向を軸方向とする円筒状の戻り流量規制部を設け、この戻り流量規制部の側壁に略接線方向の流入口を開口し、前記流出口と前記流入口を流入連通管で連通し、前記戻り流量規制部の円筒状の略軸心位置に戻り連通管の一端を開口し、前記戻り連通管の他端を前記ポンプケーシングの吸込室に開口して構成したことを特徴とする自吸式ポンプ。
【請求項２】
ポンプケーシングの羽根車室から吐出室に吐き出される流体の一部または前記吐出室の流体の一部を、流れ方向と直交する断面で内形が略円形な前記吐出室内に略接線方向で流入させて前記吐出室内の流体を旋回させ、前記流体が略接線方向に流入される位置より下流側の前記吐出室の壁に、前記流体の旋回方向で略接線方向の流出口を開口し、前記ポンプケーシングの外に略垂直方向を軸方向とする円筒状の戻り流量規制部を設け、この戻り流量規制部の側壁に略接線方向の流入口を開口し、前記流出口と前記流入口を流入連通管で連通し、前記戻り流量規制部の円筒状の略軸心位置に戻り連通管の一端を開口し、前記戻り連通管の他端を前記ポンプケーシングの吸込室に開口して構成したことを特徴とする自吸式ポンプ。
【請求項３】
請求項２記載の自吸式ポンプにおいて、羽根車の回転軸心と直交方向の前記吐出室または前記羽根車室の壁に略接線方向に導出口を開口し、前記導出口より下流側の前記吐出室の壁に流れ方向に対して直交する断面で略接線方向に導入口を開口し、前記導出口と前記導入口を連通管で連通して構成したことを特徴とする自吸式ポンプ。
【請求項４】
請求項２記載の自吸式ポンプにおいて、前記羽根車室または前記吐出室に、流路を分割するように流路方向に沿って仕切壁を設けて流体の一部が流入する流入室を形成し、しかも前記流入室が前記仕切壁により前記吐出室に隣接するようになし、前記吐出室の壁に流れ方向に対して直交する断面で略接線方向に開口する連通孔を前記仕切壁に穿設して構成したことを特徴とする自吸式ポンプ。
【請求項５】
請求項１ないし４記載のいずれかの自吸式ポンプにおいて、前記戻り流量規制部の円筒状の略軸心位置の底面に孔を穿設し、この孔に前記戻り連通管の一端を連通して構成したことを特徴とする自吸式ポンプ。
【請求項６】
請求項１ないし４記載のいずれかの自吸式ポンプにおいて、前記戻り流量規制部の円筒状の略軸心位置の底面近くに前記戻り連通管の一端を開口して構成したことを特徴とする自吸式ポンプ。
【請求項７】
請求項１ないし６記載のいずれかの自吸式ポンプにおいて、前記ポンプケーシングは両吸込式であり、前記戻り連通管を２つの他端となるように分岐し、前記２つの他端をそれぞれ前記吸込室に開口して構成したことを特徴とする自吸式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自吸運転の際には、気液交換が効率良くできて速やかに揚水運転に移行できるとともに、揚水運転の際には、ポンプ効率が良くなるようにした自吸式ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自吸式ポンプは、通常運転となる揚水運転機能と、揚水運転に移行するための起動運転となる自吸運転機能とを、併せ持つ必要がある。揚水運転に速やかに移行するためには、自吸運転を短時間で完了しなければならず、そのためには揚水管や吸込曲管や吸込室や羽根車および羽根車室に溜まっている空気を速やかに排出しなければならない。そこで、羽根車の回転により、羽根車室から吐出室に吐き出させる気液混合水から空気を効率的に分離し、空気が分離された水のみを吸込室に戻して、揚水管や吸込曲管や吸込室や羽根車および羽根車室を水で速やかに充満する技術の一例が、特公昭３８−１５５２９号公報や特公昭５０−２１６８２号公報に示されている。
【０００３】
上記特公昭３８−１５５２９号公報や特公昭５０−２１６８２号公報に示される技術は、以下のごときものである。ポンプケーシングの羽根車室から吐出室に吐き出される水の一部または吐出室を流れる水の一部を、流れ方向と直交する断面で内形が略円形な吐出室に、その壁に沿って略接線方向で流入させることで、吐出室内を流れる水流を旋回させ、この旋回による遠心分離作用によって、吐出室の内壁側近くに水を集めるとともに中心側に気体を集め、吐出室の内壁側近くの水のみを吸込室に戻すようにしたものである。
【０００４】
また、揚水運転において、ポンプ効率を良くするためには、吐出室から吸込室への戻り水の流量が極力少ないことが望ましい。なぜならば、戻り水の流量が多いということは、その分実質的な揚水量が減少してポンプ効率の低下となる。そして、吐出室の吐出圧力と吸込室の吸込圧力の差が大きくなればなるほど、戻り水の流量が多くなり、よりポンプ効率の低下を生ずる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特公昭３８−１５５２９号公報や特公昭５０−２１６８２号公報に示される技術にあっては、効率良く空気が分離排除されて、速やかに揚水運転に移行することができる。しかるに、揚水運転において戻り水の流量が比較的に多く、充分なポンプ効率が得られ難いという問題点があった。
【０００６】
そこで、戻り水の流量を零とする目的で、戻り水の水路に開閉弁を設け、自吸運転の際には、この開閉弁を開成して空気の分離排除を迅速になし、揚水運転に移行した後は、この開閉弁を閉成することで、戻り水の流量を零とし、もってポンプ効率を向上させる技術も考えられる。しかし、開閉弁を設けることは、その制御機構が複雑になるとともに、異物を多く含む水を扱う場合には、異物が開閉弁に噛み込まれるなどにより、開閉操作不可能となってポンプの運転に支障を生ずる虞がある。
【０００７】
本発明は、上述のごとき従来技術の事情に鑑みてなされたもので、開閉弁を用いることなし、自吸運転において、迅速に気体を分離排除できて速やかに揚水運転に移行でき、しかも揚水運転において、戻り流量が少ない自吸式ポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の自吸式ポンプは、ポンプケーシングの吐出管の流体を旋回させて気液分離作用を行う自吸式ポンプにおいて、前記吐出管の壁に、前記流体の旋回方向で略接線方向の流出口を開口し、前記ポンプケーシングの外に略垂直方向を軸方向とする円筒状の戻り流量規制部を設け、この戻り流量規制部の側壁に略接線方向の流入口を開口し、前記流出口と前記流入口を流入連通管で連通し、前記戻り流量規制部の円筒状の略軸心位置に戻り連通管の一端を開口し、前記戻り連通管の他端を前記ポンプケーシングの吸込室に開口して構成されている。
【０００９】
また、ポンプケーシングの羽根車室から吐出室に吐出される流体の一部または前記吐出室の流体の一部を、流れ方向と直交する断面で内形が略円形な前記吐出室内に略接線方向で流入させて前記吐出室内の流体を旋回させ、前記流体が略接線方向に流入される位置より下流側の前記吐出室の壁に、前記流体の旋回方向で略接線方向の流出口を開口し、前記ポンプケーシングの外に略垂直方向を軸方向とする円筒状の戻り流量規制部を設け、この戻り流量規制部の側壁に略接線方向の流入口を開口し、前記流出口と前記流入口を流入連通管で連通し、前記戻り流量規制部の円筒状の略軸心位置に戻り連通管の一端を開口し、前記戻り連通管の他端を前記ポンプケーシングの吸込室に開口して構成しても良い。
【００１０】
そして、羽根車の回転軸心と直交方向の前記吐出室または前記羽根車室の壁に略接線方向に導出口を開口し、前記導出口より下流側の前記吐出室の壁に流れ方向に対して直交する断面で略接線方向に導入口を開口し、前記導出口と前記導入口を連通管で連通して構成することもできる。
【００１１】
さらに、前記羽根車室または前記吐出室に、流路を分割するように流路方向に沿って仕切壁を設けて流体の一部が流入する流入室を形成し、しかも前記流入室が前記仕切壁により前記吐出室に隣接するようになし、前記吐出室の壁に流れ方向に対して直交する断面で略接線方向に開口する連通孔を前記仕切壁に穿設して構成することも可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図８を参照して説明する。図１は、本発明の自吸式ポンプを両吸込渦巻ポンプに適用した第１実施例の全体配管図である。図２は、図１の自吸式ポンプのポンプ軸に直交する面で切断した一部切り欠き縦断面図である。図３は、図１の自吸式ポンプのポンプ軸を含む面で切断した縦断面図である。図４は、図２のＡ−Ａ矢視端面図である。図５は、図２の吐出室付近のＢ−Ｂ矢視断面図である。図６は、図２のＣ矢視部分図である。図７は、戻り流量規制部の作用を説明する縦断面図である。図８は、本発明の自吸式ポンプと従来例との流入圧力に対する戻り流量の傾向を示す図である。
【００１３】
まず、第１実施例は、本発明の自吸式ポンプを両吸込渦巻ポンプに適用したものであり、図１に示すごとく、ポンプケーシング１０の吸込側に、吸込曲管１４および揚水管１６が順次に連通接続され、この揚水管１６の下端開口部が吸込水槽１８の水面下に没入される。なお、ポンプケーシング１０の吸込側は、ポンプケーシング１０内で流路が２つに分岐され、これらの分岐された２つの流路がそれぞれ両側の吸込室５２，５２に連通されている。また、ポンプケーシング１０の吐出側に、逆止弁２０と主開閉弁２２および吐出管２４が順次に連通接続される。さらに、ポンプケーシング１０の外に、戻り流量規制部２６が適宜に配設され、ポンプケーシング１０に後述するごとく配管連通されている。
【００１４】
そして、ポンプケーシング１０内の構造は、図２に示すごとく、渦巻状の略中心に駆動機（図示せず）に駆動連結されて回転されるポンプ軸２８が回転自在に配設され、このポンプ軸２８に羽根車３０が固定され、矢印Ｅの方向に駆動回転される。
【００１５】
さらに、羽根車室３２または吐出室３４の壁で、ポンプ軸２８に直交する面と交叉する位置で渦巻状に対する略接線方向に導出口３６が開口される。また、この導出口３６より下流側の吐出室３４で、吐出室３４の流れ方向に対して直交する断面で内形が略円形の壁に、図５に示すごとく、略接線方向に導入口３８が開口される。そして、導出口３６と導入口３８が、図６にその外観を示すごとく、連通管４０で連通される。
【００１６】
そして、吐出室３４の導入口３８が開口された位置よりもさらに下流側で、流れ方向と直交する断面の内形が略円形の壁に、図４に示すごとく、略接線方向に流出口４２が開口される。この流出口４２に一端が連通される流入連通管４４の他端は、戻り流量規制部２６に開口した流入口４６に連通される。なお、吐出室３４の水流は、後述するごとく、流れ方向の中心を軸心とする軸回りの旋回流を生じ、流出口４２はその旋回方向に沿うように開口されている。
【００１７】
戻り流量規制部２６の構造は、垂直方向を軸方向とする円筒状でその上下が閉塞され、この円筒状の側壁の上部分に、略接線方向に流入口４６が開口される。そして、底面の中心の略軸心位置に孔４８が穿設され、この孔４８に戻り連通管５０の一端開口が連通される。この戻り連通管５０は、戻り流量規制部２６の外側に設けられている。しかも、図３に示すごとく、途中で２つに分岐され、分岐された２つの他端開口が、ポンプケーシング１０の２つの吸込室５２，５２にそれぞれ連通される。
【００１８】
かかる構成の第１実施例において、運転開始前に主開閉弁２２を開成した状態でポンプケーシング１０内に水を充満させ、駆動機（図示せず）を起動して羽根車３０を駆動回転させ、その後に主開閉弁２２を開成する。すると、羽根車３０の回転に伴い、吸込室５２，５２の水が羽根車３０を介して羽根車室３２に移動される。そこで、吸込室５２，５２内が負圧となり、吸込曲管１４および揚水管１６内が負圧となり、揚水管１６内の水位が上昇する。また、吸込曲管１４および揚水管１６内の空気が吸込室５２，５２に吸い込まれ、羽根車３０により水と空気が撹拌され、気液混合水となって羽根車室３２に吐き出される。さらに、羽根車室３２に吐き出された気液混合水は、渦巻状のポンプケーシング１０の内壁に沿って、吐出室３４へ移行される。吐出室３４へ移行された気液混合水の大部分は、吐出室３４を軸方向に流れるが、その一部が導出口３６から連通管４０を経て導入口３８から再び吐出室３４に流入される。この導入口３８からの気液混合水の流入により、吐出室３４を軸方向に流れる気液混合水に、軸心回りの旋回流が生ずる。この旋回流による遠心分離作用で、水は吐出室３４の内壁近くに集まり、空気は中心側の軸心近くに集まる。そこで、軸心近くに集まって、水と分離された空気は、主開閉弁２２を介して吐出管２４へと移行される。また、吐出室３４の内壁近くに集まった水は、吐出室３４の壁に略接線方向に開口された流出口４２に流入し、流入連通管４４を介して、流入口４６から戻り流量規制部２６の内壁に対して略接線方向に流入する。戻り流量規制部２６に流入した水は、底面の孔４８から戻り連通管５０を経て、ポンプケーシング１０の吸込室５２，５２に流入する。もって、空気が分離排除された水のみが吸込室５２，５２に再び戻ることで、空気が排除された分だけ、吸込室５２，５２の負圧が増大し揚水管１６内の水位がさらに上昇する。最終的には、ポンプケーシング１０と吸込曲管１４および揚水管１６などの全てが水で充満されて自吸運転が完了し、速やかに揚水運転へと移行される。
【００１９】
そして、揚水運転が開始されると、羽根車室３２の圧力が上昇して吐出室３４の圧力も上昇し、水の一部が流出口４２から流入連通管４４を経て戻り流量規制部２６へ流入口４６から流入する。ここで、圧力Ｐ１で流入口４６から戻り流量規制部２６に流入した水は、戻り流量規制部２６内で内壁に沿った渦流となり、底面近くで渦流の旋回径が小さくなって最終的に底面の中心にある孔４８からその流れ方向を略９０度ほど折り曲げるようにして戻り連通管５０に圧力Ｐ２で流入し、吸込室５２，５２へと戻される。これらの戻り流量規制部２６内での水の流れは、損失抵抗が大きく、流入口４６に流入する水の圧力Ｐ１に比べて、孔４８から流出する水の圧力Ｐ２は、大幅に小さなものとなる。そこで、図８に実線で示す特性のごとく、本発明では、流入口４６の流入圧力Ｐ１の増大に対して、戻り連通管５０へ流入する戻り流量の増大は比較的に緩やかである。
【００２０】
なお、図８に点線で示す特性は、本発明の戻り流量規制部２６を設けずに、吐出室３４に開口した流出口４２を、直接的に吸込室５２，５２に連通した場合の従来例であり、流入圧力Ｐ１の増大に伴い、約比例して戻り流量も増大している。
【００２１】
したがって、本発明の自吸式ポンプの第１実施例にあっては、戻り流量規制部２６を設けることで、吐出室３４の圧力が増大しても、吸込室５２，５２へ流入する戻り流量が比較的に少量に抑制することができる。このことから、揚水運転において、吐出室３４の圧力が増大しても、吸込室５２，５２への戻り流量は少なく、それだけポンプ効率が良いものとなる。
【００２２】
次に、本発明の第２実施例を図９ないし図１１を参照して説明する。図９は、本発明の自吸式ポンプの第２実施例のポンプ軸に直交する面で切断した一部切り欠き縦断面図である。図１０は、図９の自吸式ポンプのポンプ軸を含む面で切断した縦断面図である。図１１は、図９の吐出室付近のＤ−Ｄ矢視端面図である。図９ないし図１１において、図１ないし図８と同じまたは均等な部材には、同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２３】
第２実施例において、第１実施例と相違するところは、以下の構造にある。まず、図９に示すごとく、羽根車室３４に流路を分割するように流路方向に沿って仕切壁６０が設けられ、羽根車３０から吐き出された水の一部が流入する流入室６２が形成される。なお、この流入室６２は、仕切壁６０により吐出室３４に隣接している。そして、この仕切壁６０に連通孔６４が穿設され、流入室６２と吐出室３４が連通される。しかも、連通孔６４は、吐出室３４の壁に流れ方向に対して直交する断面で略接線方向に開口される。ここで、流入室６２を形成する仕切壁６０は、吐出室３４に流路方向に沿うように設けられても良く、羽根車３０から吐出する流水の一部が流入し、仕切壁６０に穿設した連通孔６４により、水が吐出室３４に内壁に沿って略接線方向に流入できれば、いかなる構造であっても良い。なお、第２実施例において、第１実施例における導出口３６と連通管４０および導入口３８は設けられていない。
【００２４】
また、戻り流量規制部２６に、吐出室３４に開口した流出口４２より流入連結管４４を介して、戻り流量規制部２６の内部に流入口４６から旋回流となるように水が流入されることは第１実施例と同様である。しかし、戻り流量規制部２６の底面には孔４８が穿設されず、円筒状の上面を貫通して戻り連通管６６の一端が略軸心位置の底面近くで開口するように配設され、この戻り連通管６６が途中で２つに分岐されて２つの他端が吸込室５２，５２にそれぞれ開口される。
【００２５】
かかる構成の第２実施例では、流入室６２に流入した水が、連通孔６４を介して、図１１に示すごとく、吐出室３４の内壁に沿って略接線方向に流出され、吐出室３４の流れに旋回流を生じさせる。もって、第１実施例と同様に、この旋回流によって気液分離作用がなされる。そして、吐出室３４の内壁近くに集まった、気体が分離排除された水が、戻り流量規制部２６内に旋回流となって流入され、さらに圧力の低下する旋回流の中心の略軸心位置で底面近くに開口された戻り連通管６６を介して、大きな損失抵抗をもって吸込室５２，５２に戻される。
【００２６】
したがって、第２実施例も、第１実施例と同様に自吸運転から速やかに揚水運転に移行され、揚水運転において吸込室５２，５２への戻り流量は少なく、優れたポンプ効率が得られる。
【００２７】
さらに、本発明の第３実施例を図１２を参照して説明する。図１２は、本発明の自吸式ポンプを片吸込渦巻ポンプに適用した第３実施例の外観図である。図１２において、図１ないし図８に示す部材と同じまたは均等な部材には、同じ符号を付けて重複する説明は省略する。図１２に示す第３実施例では、片吸込のため、戻り流量規制部２６からの戻り連通管５０が２つに分岐されることなしに吸込室５２に連通されている。図１２では、吐出室３４に設けた連通管４４により、吐出室３４の流水に旋回流を生じさせているが、第２実施例のごとき構造によって吐出室３４の流水に旋回流を生じさせても良いことは勿論である。
【００２８】
なお、上記実施例において、流体としての対象を水として説明したが、水以外の流体を対象とすることも可能である。また、気液分離作用を奏するために、吐出室３４の流水に流れ方向を軸心方向として軸回りの旋回流を生じさせる手段は、上記第１または第２実施例に限られるものでなく、旋回流を生じさせ得るならば、いかなる手段であっても良い。例えば、吐出室３４の内壁に螺旋状の僅かなガイドベーンを設け、または吐出室３４の軸心位置に螺旋状のガイドベーンを設け、吐出室３４を軸方向に流れる流体に旋回流を生じさせても良い。また、外部に設けたポンプで、流体を吐出室３４の内壁に略接線方向に噴出させても良い。さらに、吐出室３４の軸心位置に軸回りに回転する羽根を設け、この羽根を外部に設けた駆動機により適宜に駆動回転させても良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の自吸式ポンプは構成されているので、以下のごとき格別な作用効果を奏する。
【００３０】
請求項１記載の自吸式ポンプにあっては、戻り流量規制部により大きな損失抵抗を生じさせることで、吐出室から吸込室へ戻る流量を少量とすることができ、戻り流量が少ない分だけポンプ効率を良くすることができる。
【００３１】
請求項２ないし４記載のいずれの自吸式ポンプにあっても、羽根車から吐き出されて羽根車室または吐出室を流れる流体の一部によって、吐出室の流体に旋回流を生じさせて気液分離作用をさせ、もって迅速に自吸運転から揚水運転に移行できる。しかも、揚水運転では、請求項１と同様に、優れたポンプ効率が得られる。
【００３２】
請求項５または６記載の自吸式ポンプは、円筒状の戻り流量規制部の略軸心位置で底面または底面近くに戻り連通管の一端を開口したので、戻り連通管に流入する流路の損失抵抗が大きく、戻り連通管に流入する流体の圧力が低くなる。そこで、吸込室への戻り流量が少量となり、もってポンプ効率を向上させ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自吸式ポンプを両吸込渦巻ポンプに適用した第１実施例の全体配管図である。
【図２】図１の自吸式ポンプのポンプ軸に直交する面で切断した一部切り欠き縦断面図である。
【図３】図１の自吸式ポンプのポンプ軸を含む面で切断した縦断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ矢視端面図である。
【図５】図２の吐出室付近のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】図２のＣ矢視部分図である。
【図７】戻り流量規制部の作用を説明する縦断面図である。
【図８】本発明の自吸式ポンプと従来例との流入圧力に対する戻り流量の傾向を示す図である。
【図９】本発明の自吸式ポンプの第２実施例のポンプ軸に直交する面で切断した一部切り欠き縦断面図である。
【図１０】図９の自吸式ポンプのポンプ軸を含む面で切断した縦断面図である。
【図１１】図９の吐出室付近のＤ−Ｄ矢視端面図である。
【図１２】本発明の自吸式ポンプを片吸込渦巻ポンプに適用した第３実施例の外観図である。
【符号の説明】
１０  ポンプケーシング
１４  吸込曲管
１６  揚水管
１８  吸込水槽
２０  逆止弁
２２  主開閉弁
２４  吐出管
２６  戻り流量規制部
２８  ポンプ軸
３０  羽根車
３２  羽根車室
３４  吐出室
３６  導出口
３８  導入口
４０  連通管
４２  流出口
４４  流入連通管
４６  流入口
４８  孔
５０，６６  戻り連通管
５２  吸込室
６０  仕切壁
６２  流入室
６４  連通孔
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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