(57)【要約】【課題】チューブの接合強度の向上。【解決手段】一対のチューブプレート１１１、１１２の周縁部を接合することによってチューブ１１０が形成される。チューブプレート１１１、１１２の周縁部には巻締部１１２ａが形成されている。巻締部１１２ａには周縁部から折返部１１２ｂに向けて切欠部１１２ｃが形成されている。そのため、大きな力を必要とせず、巻締部１１２ａをかしめることができる。その結果、ろう付け性を向上させることができる。【選択図】　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの周縁部にてろう接された２枚のプレート（１１１、１１２）からなり、内部に給湯水が流れ、積層配置される複数本のチューブ（１１０）と、
隣接する前記チューブ（１１０Ａ〜Ｃ）どうしの間に配され、前記チューブ（１１０Ａ〜Ｃ）の外壁面に熱的に接触し、熱伝達性能を向上させるフィン（１３０）と、
前記チューブ（１１０Ａ〜Ｃ）の内部に配されるインナーフィン（１２０）とを有し、
前記チューブ（１１０Ａ〜Ｃ）内の流体通路を流れる給湯水と前記チューブ（１１０Ａ〜Ｃ）の外側を流れる外部流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
２枚の前記プレート（１１１，１１２）のうち少なくとも一方の前記プレート（１１２）には、他方のプレート（１１１）の接合面側から他面側へと折り返して前記他方のプレートの周縁部を挟み込むように巻き締めする巻締部（１１２ａ）が形成され、
前記巻締部（１１２ａ）には、前記プレート（１１２）の周縁から、前記一方のプレート（１１２）の周縁部が折り返された折返部（１１２ｂ）に向けて延びる切欠部（１１２ｃ）が形成されていることを特徴とする給湯器用熱交換器。
【請求項２】
前記切欠部（１１２ｃ）が、前記他方のプレート（１１１）の端部とほぼ対向する位置まで形成されていることを特徴とする請求項１記載の給湯器用熱交換器。
【請求項３】
前記切欠部が形成された前記プレート（２１２）は、前記切欠部（２１２ｃ）によって分断された前記巻締部（２１２ａ）どうしを連結する連結部（２１２ｄ）を有しており、前記連結部（２１２ｄ）の少なくとも一部は、巻き締めされる前記プレート（１１１）の前記他面とほぼ同一面、もしくは前記折返部（２１２ｂ）よりも、巻き締めされる前記プレート（１１１）の前記他面側まで延びることを特徴とする請求項１記載の給湯器用熱交換器。
【請求項４】
全ての前記連結部（２１２ｄ）が、前記折返部（２１２ｂ）よりも、巻き締めされる前記プレート（１１１）の前記他面側まで延びていることを特徴とする請求項３記載の給湯器用熱交換器。
【請求項５】
前記一方のプレート（１１２）のうち巻締部（１１２ａ）が形成されない部分には、前記プレート（１１１，１１２）同士を固定する固定部材（５００）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１つに記載の給湯器用熱交換器。
【請求項６】
前記切欠部（１１２ｃ）は略Ｕ字状、もしくはＶ字状を有していることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１つに記載の給湯器用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、給湯器などに内蔵され、水蒸気を含む高温の気体と熱交換し、給湯水を加熱する熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、伝熱面積を大きく確保できる熱交換器として、ドロンカップタイプの熱交換器が知られている。この熱交換器は、２枚のプレート部材を対向接合してチューブを形成し、チューブの外側にアウタフィンを配置して複数段に積み重ねた積層構造としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１０５０９５号公報（［００１６］欄、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−３３６８９５号公報（［００１９］欄、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載されたドロンカップタイプの熱交換器を給湯器等に適用する場合、放熱性能向上のためにチューブ内部の流体通路にインナーフィンを配置することがある。
【０００５】
給湯器の使用停止時、給湯水は熱交換器内部から排水されるが、このようなチューブの内部にインナーフィンを配置する熱交換器において、熱交換性能を向上させるために、高密度なフィンが設けられていると、フィンに給湯水が保水される可能性がある。特許文献１に記載されたように、チューブを構成する２枚のプレート部材の周縁部を貼り合わせるようにろう付けした構造であると、特に、冬季などの低温時にチューブの接合部の近傍において給湯水が保水された状態であると、保水された給湯水が凍結・膨張し、チューブが変形して熱交換器に悪影響を及ぼす可能性がある。これに対して、２枚のプレートの周縁部を巻き締めした後、溶接などによって接合する熱交換器が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載されたように、プレートの全周にわたって巻き締めを行う場合、巻締部の幅が大きく、巻き締めを行うにあたって必要とされる力が増大してしまう。
【０００７】
また、プレートが角部や切欠部を有する形状であると、角部や切欠部において巻き締めた部分にシワや割れが発生してしまう。巻き締めた部分にシワが発生すると、プレート同士の間に隙間ができてしまって、ろう付け性が低下してしまう。一方、巻き締めた部分に割れが発生すると、ろう付け面積が減少してしまう。
そのため、プレートの巻き締めた部分にシワや割れが発生すると、プレート同士の接合強度が低下する可能性があるといった問題点を有する。
【０００８】
本発明は、上記点に基づいてなされたものであり、２枚のプレートを対向接合して形成された流水通路を有する給湯器用熱交換器において、巻き締めを行うにあたって必要とされる力を増大させることなく、流水通路の接合強度を向上させることを防止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、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、互いの周縁部にて接合された２枚のプレートからなり、内部に給湯水が流れるる複数本のチューブを有する熱交換器において、２枚の前記プレートのうち少なくとも一方の前記プレートには、他方のプレートの接合面側から他面側へと折り返して前記他方のプレートの周縁部を挟み込むように巻き締めする巻締部が形成され、前記巻締部には、前記プレートの周縁から、前記一方のプレートの周縁部が折り返された折返部に向けて延びる切欠部が形成されているので、巻締部を幅の小さな複数の部分に分断することができるので、広範囲に巻き締めを行う場合であっても、巻締部をかしめる際に必要となる力の増大を抑制することができる。また、巻締部は切欠部によって複数の部分に分断されているので、巻締部をかしめた際に巻締部にシワや割れが発生してしまうことを防止することができ、プレート同士の接合強度を向上させることができる。
【００１２】
また、請求項２記載の発明によれば、実施に適した形状とすることができる。
【００１３】
さらに請求項３記載の発明によれば、巻き締めされるプレートの端部と、巻締部の連結部との間に隙間が形成されるので、この隙間にろう材が溜まるろう溜りを形成することができ、切欠部のろう付け性を向上させることができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、全ての連結部において、巻き締めされるプレートの端部と、巻締部の連結部との間にろう溜りを形成することができ、プレート同士の接合強度をより増大させることができる。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、巻締部が形成されていない部位において、固定部材によってプレート同士を固定するため、より確実にプレート同士のろう付けを行うことができ、接合強度を向上させることができる。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、実施に適した形状とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は熱交換器１の上面図、図２は熱交換器１の正面図、図３は熱交換器１の側面図である。
【００１９】
本発明の給湯器用熱交換器（以下、熱交換器）１００は、給湯器に使用されて給湯水と燃焼ガスとの間で熱交換を行うものであり、図１に示すように、複数のチューブ１１０をアウターフィン（以下、フィン）１３０と共に積層して構成される所謂ドロンカップタイプと呼ばれる熱交換器１００であり、全体が組み付けられた後、一体ろう付けによって製造される。
【００２０】
この熱交換器１００は図２に示すように、チューブ１１０の長手方向が略水平と成る姿勢で使用されるようにしており、燃焼ガスは、上側から下側に向けて供給される。また、この熱交換器１００を構成する各部材（以下で説明）は、ここでは、すべてステンレス系の材料としており、各部材が熱交換器１００の形状に組み立てられた後に、一体でろう付けされている。
【００２１】
チューブ１１０は、積層方向の一端側に配されるチューブ１１０Ａ、積層方向の他端側に配されるチューブ１１０Ｃ、チューブ１１０Ａとチューブ１１０Ｃとの間に配される複数のチューブ１１０Ｂよりなる。
【００２２】
チューブ１１０Ｂは、図９，１０に示すチューブプレート１１１とチューブプレート１１２を、図４〜８に示すように２枚一組で最中合わせに接合することで形成されている。チューブ１１０Ａは、チューブプレート１１２と図１１に示すチューブプレート１１１’とを、チューブ１１０Ｃはチューブプレート１１１と図１２に示すチューブプレート１１２’とを、それぞれ２枚一組で最中合わせに接合することで形成されている。
【００２３】
チューブプレート１１１、１１２は、基本形状同一の絞り加工によって形成されており、その外周部にはフランジ部１１１ｂが設けられ、また内部には絞り形状の内側に突出して水平方向に延びる打ち出し部１１１ｃが設けられている。両チューブプレート１１１、１１２が最中合わせされた時に、このフランジ部１１１ｂおよび打出し部１１１ｃが、互いに当接するようにしている。
【００２４】
そして、互いに当接する打出し部１１１ｃはチューブ１１０内における仕切り壁１１３を形成し、チューブ１１０の一方の長手方向端部側（図４中の左側）で連通するＵ字状の流路、即ち上側流路１１４と下側流路１１５を形成している。
この両流路１１４、１１５の形成される部位がチューブ１１０の扁平管部１１０ａを成している。両流路１１４、１１５は、チューブ１１０の他方の長手方向端部側（図４中の右側）に形成される一組のタンク部１１０ｂにそれぞれ通じており、このタンク部１１０ｂには連通口１１１ａが開口している。
【００２５】
両チューブプレート１１１、１１２は、一方のチューブプレート１１２の周縁部に巻締部１１２ａが設けられていること以外は略同一形状であって、上記説明のように同一の絞り形状としていることから、周縁部１１１ｅの断面形状は両者同一となっている。
【００２６】
チューブプレート１１２には外周部に複数の巻締部１１２ａが設けられており、両チューブプレート１１１、１１２を組み合わせた後に、この巻締部１１２ａをかしめることによってチューブ１１０の形状を保持するようにしている。なお、本発明においては、この巻締部１１２ａに特徴部を持たせており、詳細については後述する。
【００２７】
タンク部１１０ｂは、扁平管部１１０ａより厚み幅が大きく設けられ、そのタンク部１１０ｂを形成するチューブプレート１１１、１１２の外表面には、連通口１１１ａを囲むように平坦部１１１ｄが設けられている。また、タンク部１１０ｂの内部には、強度部材としての三日月状を成すブッシング１１６が挿入されている。
【００２８】
両チューブプレート１１１、１１２は略矩形形状を有しているが、給湯器の作動停止時の扁平管部１１０ａでの給湯水の滞留を抑制するために、タンク部１１０ｂは扁平管部１１０ａよりも外方に若干突出しており、段差形状を有している。
【００２９】
複数のチューブ１１０は、図１に示すように、互いのタンク部１１０ｂ同士が連ねて積層され、平坦部１１１ｄ同士が接合される。これにより、タンク部１１０ａに開口する連通口１１１ａを通じて各チューブ１１０の流路１１４、１１５が相互に連通している。そして、チューブ１１０の内部には、伝熱面積を増大するとともに、チューブの耐圧強度を確保するためにインナーフィン１２０が挿入されている。インナフィン１２０は、伝熱性に優れる金属製（例えばステンレス、アルミニウムなど）の薄板材を凹凸状に交互に折り曲げて形成され、かつ凹部と凸部が直線的に連続するのではなく、断続的に横方向にオフセットして設けられた、所謂オフセットフィンである。インナフィン１２０は、図４に示すように、チューブ１１０内に形成される略Ｕ字状の流水通路の折り返し部より上流側と下流側とに分割して設けられている。
【００３０】
フィン１３０は、図１に示すように、全体形状として薄板材を凹凸状に折り曲げて形成されるもので、その凹凸状空間を燃焼ガスが流れるように配置され、チューブ１１０の扁平管部１１０ａの表面に接合されている。尚、フィン１３０の凹凸状部には切り起こし部１３１が燃焼ガスの流れ方向に複数設けられており、乱流効果による燃焼ガス側の熱伝達促進を図るようにしている。
【００３１】
なお、チューブ１１０Ａは、チューブ１１０Ａを構成する２枚のプレートのうち一枚のチューブプレートの連通口の形状がチューブ１１０Ｂの連通孔１１１ａと異なっていること以外はチューブ１１０Ｂと同一の形状を有しているので、詳細な説明は省略する。また、チューブ１１０Ｃは、チューブ１１０Ｃを構成する２枚のプレートのうち一枚のチューブプレートの連通口が形成されていないこと以外はチューブ１１０Ｂと同一の形状を有しているので、詳細な説明は省略する。
【００３２】
そして、積層方向の一端側に配されるチューブ１１０Ａには、図１、３に示すように給湯水の給湯口１４０と出湯口１５０とがタンク部１１０ｂに接合されている。また、チューブ１１０の積層方向の両端側には、それぞれ補強プレート１６０が接合されている。
【００３３】
続いて、本発明の要部である巻締部１１２ａについて述べる。
【００３４】
チューブプレート１１２の周縁部に形成された巻締部１１２ａには、チューブプレート１１１の内面側から外面側へ折り返される折返部１１２ｂと、チューブプレート１１２の周縁部から折返部１１２ｂへと向かって延びる切欠部１１２ｃが形成されている。チューブプレート１１１がチューブプレート１１２に巻き締めされた際に、切欠部１１２ｃの端部とチューブプレート１１１の端部とがほぼ同じ位置となるように切欠部１１２ｃは形成されている。
【００３５】
この２枚のチューブプレート１１１、１１２は、図５〜８に示すように、チューブプレート１１２の巻締部１１２ａを折り返して、チューブプレート１１１の端部を両側から挟み込むように巻締めして組付けられ、ろう付けされる。
【００３６】
次に、上記構成に基づく熱交換器１００の作動およびその作用効果について説明する。給湯水は、熱交換器１００の給湯口１４０から各チューブ１１０の一方のタンク部１１０ｂへ流入し、その一方のタンク部１１０ｂから扁平管部１１０ａに形成される下側流路１１５および上側流路１１４を流れて他方のタンク部１１０ｂへ流入し、その他方のタンク部１１０ｂから出湯口１５０を通って流出する。
【００３７】
一方、燃焼ガスは、熱交換器１００の上方から下方へ向かって流れ、熱交換器１００を通過する際に給湯水との熱交換を行い給湯水を加熱する。この時、燃焼ガスは、少なくとも熱交換器１００の出口側で露点温度以下（例えば３０〜５０℃）まで温度低下して凝縮する。即ち、この熱交換器１００は、燃焼ガスの顕熱だけでなく、燃焼ガスが凝縮する際に放出される潜熱をも吸収して給湯水を加熱することができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、巻締部１１２ａには切欠部１１２ｃが形成されており、複数の部分に分割されているため、チューブプレート１１１に巻締部１１２ａをかしめる際に、大きな力を必要としない。
【００３９】
また、巻締部１１２ａをかしめても、チューブ１１０Ａ〜Ｃの角部や段差形状の部分において巻締部にシワや割れが発生してしまうことを防止することができ、ろう付け性を確保することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
上述した実施の形態では、巻き締めされるチューブプレート１１１の端部とほぼ同じ位置となるように切欠部１１２ｃが形成された実施例について述べたが、巻締部同士が連結された形状を有するものとしてもよい。なお、第１の実施の形態とほぼ同様の構造については、詳細な説明を省略する。
【００４１】
図１３は本実施の形態におけるチューブ２１０を示す平面図である。図１４〜１７は、チューブ２１０の巻締部２１２ａを示す断面図である。
【００４２】
チューブ２１０は、チューブプレート１１１、２１２と２枚一組で最中合わせに接合することで形成されている。チューブプレート２１２の巻締部２１２ａには、第１の実施の形態に比べて切欠部２１２ｃが若干浅く形成されており、複数の巻締部２１２ａ同士は連結部２１２ｄによって連結されている。この連結部２１２ｄの端面がチューブプレート１１１の外側の面とほぼ同一面上に位置するように、切欠部２１２ｃは形成されている。そのため、図１６に示すように、チューブプレート１１１の端面を覆うように連結部２１２ｄは折り返されているので、チューブプレート１１１の端面と連結部２１２との間に隙間２１２ｅが形成される。ろう付け時、この隙間２１２ｅにろう材をためることができるので、チューブプレート１１１、２１２同士の接合強度を向上させることができる。
【００４３】
なお、第１６図に図示した切欠部２１２ｃよりもより切欠部を浅くし、連結部２１２ｄが折返部２１２ｂよりもチューブプレート１１１の外側の面まで延びた形状としてもよい。このような形状とすることによって、さらに接合強度を向上させることができる。
【００４４】
（第３実施形態）
図１８は、第３の実施の形態を示す図であり、チューブ３１０は２枚のチューブプレート１１１、３１２とを最中合わせに接合することで形成されている。
【００４５】
図１８〜２１に示すように、チューブプレート３１２の周縁部には、巻締部３１２ａが形成されており、この巻締部３１２ａによってチューブプレート１１１はチューブプレート３１２に巻締められる。チューブプレート３１２の周縁部のうち、巻締部３１２ａが形成されない部分にも、第２の実施の形態において述べた連結部２１２ｄと同様に、巻き締めされるチューブプレート１１１の外側の面とほぼ同一面上に位置するように折り返した折返部３１２ｅが設けられている。
【００４６】
このような形状とすることによって、チューブプレート３１２の全周にわたってろう溜りを形成することができ、チューブ３１０の接合強度をより向上させることができる。
【００４７】
（第４実施形態）
ところで、上述した実施の形態において述べた、２枚のチューブプレート１１１、１１２は、伝熱性に優れる金属製（例えばステンレス、アルミニウムなど）の板材をプレス加工することによって成形される。
【００４８】
この板材は、型抜き、絞り、整形、穴明きなどの複数の加工を、板材にプレス加工することによって成形されるが、この際、チューブプレート１１１、１１２となる部分は、図２２に示すように、橋状部４１０によって枠部４００と接続された状態で次工程へと送られ、最終的にチューブプレート１１１、１１２がこれらの橋状部から切り離される。
【００４９】
チューブプレート１１１、１１２が橋状部４１０から切り離されるにあたって、チューブプレート１１１、１１２の周縁部の他の部位との間に段差が形成されるため、橋状部４１０から切り離される部位を巻き締めすることはできない。
【００５０】
そこで、橋状部４１０から切り離される部位をＵ字状のクリップ（固定部材）で固定する構造としてもよい。
【００５１】
図２３は、本実施形態におけるチューブの平面図であり、図２４は図２３のＪ−Ｊ線断面図である。
【００５２】
チューブ５１０は、２枚のチューブプレート１１１、５１２とを最中合わせに接合することで形成されている。なお、チューブプレート５１２には、第１実施形態におけるチューブプレート１１２と同様に、巻締部５１２ａ、切欠部５１２ｂがそれぞれ形成されている。板材のプレス加工時、橋状部４１０から切り離された際、チューブプレート５１２には段差５１２ｄが形成される。
【００５３】
チューブプレート１１１は、巻締部５１２ａによって巻き締めされるとともに、段差５１２ｄと対向する部位においてチューブプレート５１２とクリップ５００によって固定される。その結果、巻き締めのできない部位においても、チューブプレート１１１と５１２とをしっかりと固定することができ、ろう付け性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の上面図である。
【図２】図（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の正面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の側面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るチューブの平面図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ断面図である。
【図６】図４におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図４におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図８】図４におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図９】図（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの平面図であり、図（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの側面図であり、図（ｃ）本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの上面図である。
【図１０】図（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの平面図であり、図（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの側面図であり、図（ｃ）本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの上面図である。
【図１１】図（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの平面図であり、図（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの側面図であり、図（ｃ）本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの上面図である。
【図１２】図（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの平面図であり、図（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの側面図であり、図（ｃ）本発明の第１の実施の形態に係るチューブプレートの上面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るチューブの平面図である。
【図１４】図１３のＥ−Ｅ断面図である。
【図１５】図１３のＦ−Ｆ断面図である。
【図１６】図１３のＧ−Ｇ断面図である。
【図１７】図１３のＨ−Ｈ断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態におけるチューブの平面図である。
【図１９】図１８のＩ−Ｉ断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態におけるチューブプレートの巻締部の断面図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態におけるチューブプレートの巻締部が形成されていない部位の折返部の断面図である。
【図２２】チューブプレートの成形の一工程における状態を示す図である。
【図２３】本発明の第４の実施の形態に係るチューブの平面図である。
【図２４】図１３のＪ−Ｊ断面図である。
【符号の説明】
１…熱交換器、
１１０…チューブ、
１１１…チューブプレート、
１１２…チューブプレート、
１１２ａ…巻締部、
１１２ｂ…折返部、
１１２ｃ…切欠部。
【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】
2004125196.tif 000012
【図１１】
2004125196.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2004125196.tif 000015
【図１４】
2004125196.tif 000016
【図１５】
2004125196.tif 000017
【図１６】
2004125196.tif 000018
【図１７】
2004125196.tif 000019
【図１８】
2004125196.tif 000020
【図１９】
2004125196.tif 000021
【図２０】
2004125196.tif 000022
【図２１】
2004125196.tif 000023
【図２２】
2004125196.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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