(57)【要約】【課題】下水道や汚水処理設備を必要としない、熱効率のよい、車載も可能な自己完結型トイレと、また処理水を排出しうる自己完結型トイレを提供する。【解決手段】  便器から排出する汚水を溜める汚水タンク103と、汚水を粉末状汚泥と回収水に分離する減圧脱水装置137と、該回収水を逆浸透膜に透過させ清浄水に処理する逆浸透膜装置143aと、該清浄水を大気中に放出あるいは再利用しうるようにシステム化したことを特徴とする自己完結型トイレに構成する。【選択図】    図４
2004337581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
便器から排出する汚水を溜める汚水タンクと、汚水を加熱して乾燥させる真空乾燥釜と、蒸気を冷却して凝縮させるコンデンサと、真空乾燥釜とコンデンサとの間のフィルタと、前記乾燥と凝縮を減圧化で行なうための真空ポンプとを備えた減圧乾燥装置において、汚水を粉末状汚泥と再利用水に分離処理しうるようにシステム化したことを特徴とする自己完結型トイレ。
【請求項２】
便器から排出する汚水を溜める汚水タンクと、汚水を粉末状汚泥と回収水に分離する減圧脱水装置と、該回収水を逆浸透膜に透過させ清浄水に処理する逆浸透膜装置と、該清浄水を大気中に放出あるいは再利用しうるようにシステム化したことを特徴とする自己完結型トイレ。
【請求項３】
逆浸透膜装置の次に、イオン交換樹脂で高度処理する、イオン交換装置を設けた請求項２記載の自己完結型トイレ。
【請求項４】
逆浸透膜の次に、常圧乾燥装置とイオン交換装置を設けた請求項２記載の自己完結型トイレ。
【請求項５】
逆浸透膜装置を、２回通して高度処理した請求項２記載の自己完結型トイレ。
【請求項６】
逆浸透膜前の汚水タンクに、中和剤及び消泡剤を投入して高度処理した請求項２記載の自己完結型トイレ。
【請求項７】
前記自己完結型トイレが、車載用または船舶用トイレである請求項１または請求項２記載の自己完結型トイレ。
【請求項８】
加熱および冷却に、フッソ系不活性液体等からなる熱媒体を使用した請求項１または請求項２記載の自己完結型トイレ。
【請求項９】
フィルタが、通常フィルタもしくは自己逆洗機能つきディスクフィルタである請求項１または請求項２記載の自己完結型トイレ。
【請求項１０】
前記システム内に、消臭装置を付設した請求項１または請求項２記載の自己完結型トイレ。
【請求項１１】
消臭装置が、消臭剤・オゾン・酸化チタン・超電動磁石またはその組合せとした請求項１０記載の自己完結型トイレ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水道のない場所用、または新幹線や長距離の列車やバス等の車載用、あるいは船舶用、さらにイベントや災害時や軍用・山岳トイレ・家畜用し尿用の自己完結型トイレに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
新幹線等の鉄道車輛用のトイレは、現在、図３のような循環式トイレが採用されている。これは、水にブルーの薬液を混合した洗浄液Ｗを、タンクＴに貯めておき、用を足してペダルＬを踏むと、ポンプＰが作動して洗浄液ＷがフィルタＲを介して汲み上げられ、便器Ｖ内に散水される。そして屎尿は、洗浄液Ｗと共に流され、タンクＴに汚水として溜まり、再びフィルタＦで濾過され、補給水とともに循環して再利用される。この汚水は、基地に戻ってコックＫから取り出され、汚水処理設備に引き渡して処理され、タンクＴ内には新たな洗浄液Ｗが注入される。しかし、汚水処理設備の設置、基地への車の回送、作業の手間は、環境問題を含めて大変な負担となっている。
【０００３】
車載用トイレの先行技術としては、野外の移動用トイレを主体にしたもので、小水のみをヒ−タ制御で蒸発させる装置であり、大便を伴う一般のトイレには適用できないものがある（例えば、特許文献１）。
また、焼却装置を車体に搭載し、水蒸気は再加熱して排気するものもある（例えば、特許文献２）。
更に、加熱ヒ−タで炭化し、排ガスを脱臭して放散させる先行技術もある（例えば、特許文献３）。
更にまた、焼却後に焼却滓を集塵し、水分とガスを触媒で消臭して排出する先行技術もある（例えば、特許文献４）。
しかしこれ等は、焼却装置を搭載する危険性、大量の貯水を必要とする点、処理に長時間を要し熱効率が悪く、ランニングコストが高くつく点が懸念される。  
【０００４】
(特許文献１) 
特開平５−３００８４８号公報
(特許文献２)
特開平７−１９６０４０号公報
(特許文献３) 
特開平１１−３７４２９号公報
(特許文献４)
特開２００１−２０３５６号公報
【０００５】
また、下水道のないロ−カル線の駅トイレ等には、汲み取りを必要とし、これが大変な災いとなっている。そのため汚水の固液を分離し、液体を循環して再利用し、固体を脱水して無害化する、自己完結型のトイレが望まれる。
【０００６】
自己完結型のトイレの先行技術としては、貯留槽を設け、分解槽の能力に合わせるようにしたものがある（例えば、特許文献５）。
また、生物化学的な殺菌で、固液分離は濾過法によるものもある（例えば、特許文献６）。
更に、フィルタで分離し、雨水を利用した節水に関する先行技術もある（例えば、特許文献７）。
そして、加熱汚物室で水分を蒸発させ、低温汚物室で凝縮させて、衛生水として排出するというものであるが、常圧下で行なうものである（例えば、特許文献８）。
【０００７】
(特許文献５)
特開２００１−１５２５１０号公報
(特許文献６)
特開２０００−２０４６２９号公報
(特許文献７) 
特開２０００−１４４８４５号公報
(特許文献８)
特公平５−２７７３０号公報
【０００８】
この点、水の沸点が下がる大気圧以下にして、脱水乾燥する減圧脱水法は、原理的に高いエネルギ−効率が可能になり、汚泥スラッジは微粉状の乾燥物にすることができ、凝縮水は再利用が可能になるので、期待が持てる方式である。減圧脱水法の先行技術としては、当社の出願したものがある（実用新案文献１）。
しかし、これが自己完結型トイレに適用された例は、従来みあたらない。
【０００９】
(実用新案文献１)
実用新案登録第３０７６１４６号
【００１０】
以上は、コンデンサによって復水された水を再利用する自己完結型トイレに関するものである。しかし再三の基地への車の回送は、やはり大変な負担である。これに対し新鮮な水は、各駅で容易に補給することができる。従って、ＢＯＤ、窒素、リンの汚濁負荷を高度処理で削減させることができ、処理水を車外に排出することができれば、タンクの容量を小さくでき、基地への車の回送をずっと削減することができて有利である。汚水を車外に排出させる車載用トイレは、排出水がレ−ルと車輪間の摩擦係数を低下させるという先行技術もある（例えば、特許文献９）。
【００１１】
(特許文献９)
特許第２９７７７１７号公報
【００１２】
海洋汚染防止のマルポール条約の発効に伴い、平成１５年９月２７日以降、領海の基線から１２海里以内では、未処理のふん尿及び汚水は排出を禁止されることになった。従って、この大きな要求にも答える必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記の事情に鑑み本発明は、下水道や汚水処理設備を必要としない、熱効率のよい、車載も可能な自己完結型トイレと、また処理水を排出しうる自己完結型トイレの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記課題を達成するために、本発明は、便器から排出する汚水を溜める汚水タンクと、汚水を加熱して乾燥させる真空乾燥釜と、乾燥水を冷却して凝縮させるコンデンサと、真空乾燥釜とコンデンサとの間のフィルタと、前記乾燥と凝縮を減圧化で行なうための真空ポンプとを備えた減圧乾燥装置にて、汚水を粉末状汚泥と再利用水に分離処理しうるようにシステム化した自己完結型トイレを構成するものである。
【００１５】
また本発明は、便器から排出する汚水を溜める汚水タンクと、汚水を加熱して乾燥させる真空乾燥釜と、乾燥水を冷却して凝縮させるコンデンサと、真空乾燥釜とコンデンサとの間のフィルタと、前記乾燥と凝縮を減圧化で行なうための真空ポンプを備えた減圧乾燥装置にて、汚水を粉末状汚泥と回収水に分離する一次処理と、該回収水を逆浸透膜に透過させて清浄水に高度処理し、該清浄水を大気中に放出あるいは再利用しうるようにシステム化した自己完結型トイレを構成するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の自己完結型トイレは、下水道のないロ−カル線の駅のトイレや、高速道路のサ−ビスエリア等に設置すると、糞尿の汲み取りを必要としない。
【００１７】
本発明の自己完結型トイレを車載用に適用すると、高価で環境面でも支障のあった汚水処理設備を必要としない。
【００１８】
本発明の自己完結型トイレを設置すると、補給水を追加しないで乾燥水をリサイクルして再使用することもできるし、あるいは処理水を高度処理すれば排水することもできる。
【００１９】
本発明の自己完結型トイレを車載用に適用すると、再三基地へ回送する必要がなくなった。特に、処理水を高度処理して排水するようにすれば、その効果は一層顕著になる。
【００２０】
本発明の自己完結型トイレを船舶用に適用すると、１２海里以内でも汚水を排出することなく、再利用することができる。
【００２１】
本発明の自己完結型トイレは、熱効率がよく、汚泥は無害な完全乾燥域まで脱水可能であり、消臭装置の併用によって臭気は除去でき、後処理の手間が大幅に削減できる。
【００２２】
本発明の自己完結型トイレ装置は、ポンプの回転のみなので騒音が少なく、静かな稼動で処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳しく説明する。
【実施例１】
【００２４】
実施例１は、本発明の請求項１に関するものである。
図１は、本発明の自己完結型トイレの一実施例を示すフローシート、図２は、本発明の自己完結型トイレを車載用として新幹線の車輛に取り付けた状態を示す正面図である。
【００２５】
図１において、便器１の下には、排出する汚水２を溜める汚水タンク３が設けられている。汚水２は、廃液供給ポンプ４で、送入管５を経由して真空乾燥釜６に送られる。加熱して乾燥させる真空乾燥釜６は、二重底になっており、外周壁はジャケット構造になっている。本実施例の場合には、ジャケット外側に穿孔し連結した加熱用スチ−ム供給管７より、加熱用スチ−ム８を供給し、同じくジャケット外側に穿孔し連結した加熱用スチームドレン排出管９より生じたドレン１０をスチームトラップ１１を経由して排出する加熱機構により、所定温度に加熱・加温できる構造になっている。但し、加熱は、スチームに限るものではなく、電熱あるいはフッソ系不活性液体等からなる熱媒体でも差し支えない。また、真空乾燥釜６の内部には羽根１２…１２が、一方の端には撹拌スクリュ１３が取り付けられている。
【００２６】
本発明の減圧脱水法による自己完結型トイレは、汚水２を粉末状汚泥にまで乾燥させることができるので、コンデンサ１８内に粉末が付着して詰まる恐れがある。そのため、汚水を加熱して乾燥させる真空乾燥釜６と、乾燥水を凝縮させるコンデンサ１８との間には、フィルタ２７が付設され、モータ２８によって回転され、停止時に逆流さして洗浄しうるようにしている。なおフィルタ２７としては、通常のフィルタで差し支えない。但し本実施例の場合には、内部に羽根２６を有する自己逆洗機能付きディスクフィルタも使用可能であるため、その例を示したものである。なおこの羽根２６は、加熱しうるようにしておくことが好ましい。
【００２７】
発生水蒸気排出管１６は、フィルタ２７を経て、汚水の減圧下における加温により発生する水蒸気を凝縮させ分離する水冷式コンデンサ１８、及び生じた凝縮水を貯めるレシ−バタンク１９に接続されている。コンデンサ１８には入口２０から、冷却水２１が送り込まれる。従って、コンデンサ１８で冷却水２１が熱交換され、冷却水２１は出口２２から排出される。２３は、大気の開放弁である。コンデンサ１８は、逆止弁２４、サイトグラス２５、エジェクタ１５、レシーバタンク１９を経由して、真空ポンプ１７に連結されている。
【００２８】
このように、真空乾燥釜６は、加温と共に装置内を所定の減圧度にするため、排気管１４にて補助排気装置（スチームエジェクタ）１５へと、また発生水蒸気排出管１６にて真空ポンプ１７と、ジャケットを貫通して配置・接続され、真空乾燥釜６内を所定の減圧状態に保てる構造になっている。
【００２９】
本発明の自己完結型トイレが車載用の場合には、先のスチーム８の利用は困難であり、また冷却水２１も冬期の凍結から困難である。そのため、フッソ系不活性液体等の熱媒体の利用が有効である。
【００３０】
２９はレシーバタンク１９からのエア抜きであるが、レシーバタンク１９との間には、環境面に配慮した消臭装置３０を付設している。この消臭装置３０としては、通常フィルタや活性炭では効果があまり期待できず、好ましくは消臭剤・オゾン・酸化チタン入りフィルタ・超電動磁石またはその組合せが望ましい。
【００３１】
そして３１は再利用水で、汚水タンク３に戻される。また、真空ポンプ１７からエゼクタ１５に入り、レシーバタンク１９を経て真空ポンプ１７に循環する凝縮水は、冷却水入口３２から冷却水出口３３との間に設けられた熱交換器３４によってレシーバタンク１９に貯留される。本実施例は、冷却水使用の場合を示したもので、熱媒体使用の場合には異なってくる。
【００３２】
本発明のシステム化した自己完結型トイレは、汚水から再利用水を抽出するとともに、残滓物を乾燥脱水した粉末状汚泥として分離しうるようになっている。そのため車体の基地への回送は、頻繁に行なう必要はない。粉末状汚泥３５は、真空乾燥釜６内の移送用羽根１２…１２を、逆回転さして排出管３６から排出する。この一連の設備が、汚水タンク３からの汚水２を処理する減圧脱水装置３７である。
【００３３】
真空乾燥釜６は、加熱し所望の減圧度（４０〜２５０ｍｍＨｇ）に減圧して操業することにより、粉末状汚泥３５は含水率が１〜１０％にまで乾燥することができる。
【００３４】
なお、この際に、真空乾燥釜６中の汚泥３５を含む廃液は、供給部に近い含水率の高い領域では、撹拌が充分行なわれておりさえすれば、加熱用ジャケット温度は飽和水蒸気を供給し加熱しているため１００℃になっているので、ジャケット温度近くまで上がることはない。従って、操業圧（減圧度）条件に匹敵する水の沸点温度にしかならず低温で脱水が進行し、含有水分率が低くなった容器後部では、温度上昇可能状態にあるが、乾燥汚泥３５自体の含水率低下による熱伝達率低下と、雰囲気の（減圧状態の）熱伝達低下のため、ジャケット壁温近くの高温域にまで温度が上昇することなく脱水することができる。
【００３５】
図２は、本発明のシステム化した自己完結型トイレを、車載用として新幹線の車体に取り付ける位置の一例を示したものである。
【００３６】
車体３８の後部に、トイレ３９が設置されているが、汚水タンク３はその下部に付設されている。そして、車体３８下部の車輪４０，４０を挟んで、その前後に、減圧脱水装置３７と汚水タンク３を設置している。なおこの処理に必要な電気は、架線から供給される。また車体の走行を安定にさせるため、システムトイレを後輪のみに集中させることなく、ウエイトを分散させるようにしてもよい。また排出は、間欠的に行なうようにしてもよい。
【００３７】
本発明の自己完結型トイレを車載用として使用する場合には、このような新幹線に適用できるだけでなく、臭気で悩んでいる長距離バスを始めとし、車以外の船舶や飛行機等にも広く適用しうるものとなっている。
【００３８】
次の表１は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２：１９９８「工業排水試験方法」による人糞尿の処理分析結果（ｍｇ／ｌ）を示す一例で、汚水の原水と、再利用水の回収水とを比較したものである。
【００３９】
この表１の結果によると、本発明の減圧脱水乾燥装置で処理した回収水は、化学的酸素要求量ＣＯＤmnが２，２００から７５に、生物化学的酸素要求量ＢＯＤ5 が２３，０００から２１０に、浮遊物質量ＳＳが３，５００から５未満に、全窒素Ｔ−Ｎが２，３００から７１０に、全りんＴ−Ｐが２６０から０．２に減少し、大腸菌群数が０になっていることが分かる。
【００４０】
【表１】
2004337581.tif 000003
【実施例２】
【００４１】
図４は、本発明の自己完結型トイレの別な実施例を示すフロ−シ−トである。  
【００４２】
実施例２は、本発明の請求項２に関するものである。
図４において、汚水である原水（Ａ）は、これを溜める汚水タンク１０３の受槽から、送入管１０５を経由して減圧脱水装置１３７に送られ、粉末状汚泥１３５と一次回収水（Ｂ）とに分離される。前実施例と同様の減圧脱水装置１３７による処理が、本発明の一次処理４００工程である。
【００４３】
減圧脱水装置１３７によって一次処理４００された回収タンク１４１内の回収水（Ｂ）は、ポンプ１４２ａを経由して、第一の逆浸透膜装置１４３ａに送られる。逆浸透膜装置１４３ａは、高圧の負荷圧で回収水（Ｂ）をフィルタに通すので、微粒子も分離濾過される。このようにして第一の逆浸透膜装置１４３ａを透過した一次透過水が（Ｃ）であり、汚水は排出管１４４ａを経由して再び返される。
【００４４】
但し、第一の逆浸透膜装置１４３ａを通すに際して、一次回収水（Ｂ）にはアンモニアが含まれているためｐＨが高すぎる。そのため、汚水タンク１０３または回収タンク１４１内の何れか或いは両方に、クエン酸・酢酸・燐酸等の中和剤１４５ａ，１４５ｂ及び消泡剤を予め投入しておくことが望ましい。減圧脱水装置１３７前のこの汚水タンク１０３の処理は、本発明の前処理３００工程である。
【００４５】
一次透過水（Ｃ）は、本実施例の場合二つの方式が選択される。その一つは、ポンプ１４２ｂを経由して第二の逆浸透膜装置１４３ｂを通される。第二の逆浸透膜装置１４３ｂを透過した二次透過水は（Ｄ）であり、汚水は排出管１４４ｂを経由して再び返される。
【００４６】
次に二次透過水（Ｄ）は、ポンプ１４２ｃを経由して、イオン交換樹脂で吸着するためのイオン交換装置１４５ａを通されて、清浄水（Ｆ１）となる。ここで清浄水といったのは、汚水を処理した中水ではあるが、飲める程度の清浄な水に処理されているからである。
【００４７】
もう一つは、ポンプ１４２ｄを経由して常圧乾燥装置２３７に通される。常圧乾燥装置２３７を透過した常圧凝縮水Ｅは、ポンプ１４２ｅを経由して、イオン交換装置１４５ｂを通して、清浄水（Ｆ２）となる。
【００４８】
本発明の高度処理５００は、第一の逆浸透膜装置１４３ａを必須とし、その他は二つの方式の中から、適宜組み合わして選択される。
【００４９】
なおイオン交換装置１４５ａ，１４５ｂは、ｐＨ及び電気伝導率を測定しながら行い、イオン交換樹脂は、強酸性カチオン樹脂を使用して通水処理した。このようにして清浄水（Ｆ１），（Ｆ２）に高度処理５００し、清浄水（Ｆ１），（Ｆ２）は大気中に放出するようにシステム化した。
【００５０】
次の表２は、ＪＩＳ Ｋ ０１０２：１９９８「工業排水試験方法」による人糞尿の処理分析結果（ｍｇ／ｌ）を示す一例で、汚水の原水と、一次回収水（Ｂ）と、一次逆浸透透過水（Ｃ）と、二次逆浸透透過水Ｄと、イオン交換後の清浄水（Ｆ１）とを比較したものである。
【００５１】
この表２の結果によると、本発明の高度処理したイオン交換後の清浄水（Ｆ１）は、化学的酸素要求量ＣＯＤmnが３，５００から３．１に、生物化学的酸素要求量ＢＯＤ５ が４，４００から９．１に、浮遊物質量ＳＳが２，２００から５未満に、全窒素Ｔ−Ｎが２，２００から０．２未満に、全りんＴ−Ｐが２５０から０．１未満に減少し、大腸菌群数が０になっていることが分かる。
【００５２】
【表２】
2004337581.tif 000004
【００５３】
しかし清浄水は工業排水ではないので、工業用水道事業法施行令の標準値である表３を参考にして、適合しうるか否か検討することにした。
【００５４】
【表３】
2004337581.tif 000005
【００５５】
次の表４は、「工業用水道供給標準値」の各項目に準じて測定した分析結果（ｍｇ／ｌ）を示す一例で、汚水の原水と、一次回収水（Ｂ）と、一次逆浸透透過水（Ｃ）と、二次逆浸透透過水（Ｄ）と、イオン交換後の清浄水（Ｆ１）とを比較したものである。
【００５６】
【表４】
2004337581.tif 000006
【００５７】
表４の結果によると、本発明の高度処理したイオン交換後（Ｅ１）の清浄水は濁度が標準値２０に対して１未満に、硬度は標準値１２０に対して１未満に、アルカリ度は標準値７５に対して１０未満に、蒸発残留物は標準値２５０に対して５未満に、塩素イオンは標準値８０に対して１未満に、鉄は標準値０．３に対して０．０１未満に、マンガンは標準値０．２に対して０．０１未満に、何れも標準値以下になっている。従ってこの清浄水は、大気中に放出さしても支障のないものとなっている。そのため、逆浸透膜装置を二回通し、イオン交換装置を通した高度処理は、清浄水となって大気中に放出しても支障なく、車載用トイレとして標準のプロトタイプになりうるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、下水道のない場所に、また新幹線や長距離の列車やバス等の車載用に、または船舶ないし山岳用の自己完結型トイレとして広く利用しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の自己完結型トイレの一実施例を示すフローシートである。
【図２】本発明の自己完結型トイレを車載用として新幹線の車輛に取り付けた状態を示す正面図である。
【図３】従来はの車載用トイレを示すフローシートである。
【図４】本発明の自己完結型トイレの別の実施例を示すフローシートである。
【符号の説明】
【００６０】
１                    便器
２                    汚水
３，１０３            汚水タンク
４                    廃液供給ポンプ
５，１０５            送入管
６                    真空乾燥釜
７                    加熱用スチーム供給管
８                    加熱用スチーム
９                    加熱用スチームドレン排出管
１０                  ドレン
１１                  スチームトラップ
１２                  真空乾燥釜の羽根
１３                  真空乾燥釜の撹拌スクリュ
１４                  排気管
１５                  スチームエジェクタ
１６                  発生水蒸気排出管
１７，１１７          真空ポンプ
１８，１１８          コンデンサ
１９                  レシーバタンク
２０                  コンデンサの入口
２１                  冷却水
２２                  コンデンサの出口
２３                  開放弁
２４                  逆止弁
２５                  サイトグラス
２６                  ディスクフィルタの羽根
２７，１２７          フィルタ
２８                  フィルタのモータ
２９                  エア−抜き
３０                  消臭装置
３１                  再利用水
１３１                処理水
３２                  冷却水入口
３３                  冷却水出口
３４                  熱交換器
３５，１３５          粉末状汚泥
３６                  汚泥の排出管
３７                  減圧乾燥装置
２３７                常圧乾燥装置
３８                  車体
３９                  トイレ
４０                  車輪
１３７                 減圧脱水装置
１４１                    回収タンク
１４２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ  ポンプ
１４３ａ，ｂ              逆浸透膜装置
１４４ａ，ｂ              排出管
１４５ａ，ｂ              中和剤
３００                    前処理工程
４００                    一次処理工程
５００                    高度処理工程
Ｂ                        便器
Ｃ                        コック
Ｄ                        ペダル
Ｆ                        フィルタ
Ｐ                        ポンプ
Ｔ                        タンク
Ｗ                        洗浄液
Ａ                        原水
Ｂ                        一次回収水
Ｃ                        一次逆浸透透過水
Ｄ                        二次逆浸透透過水
Ｅ                        凝縮水
Ｆ１，Ｆ２                清浄水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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