(57)【要約】【課題】  ガス容器内のガス圧力を有効に活用することにより、多段圧縮機の駆動エネルギーを削減し得る多段圧縮機を提供する。【解決手段】  ガス容器から第１段圧縮室１のガス吸込口１ａに連通するガス供給ライン５が設けられ、第１段圧縮室１から第４段圧縮室４までの各段の圧縮室同士の吐出口からガス吸込口に連通する第１，２，３，４ガス流通ライン６，７，８が設けられ、第４段圧縮室４の吐出口から高圧ガスの供給先側に連通する高圧ガス供給ライン９が設けられてなる４段圧縮機において、前記ガス供給ライン５にガス容器から排出されるガスの圧力を検出する圧力検出センサ１０を設け、この圧力検出センサ１０からの圧力検出値に応じて、ガスを第１段圧縮室１、第２段圧縮室２、第３段圧縮室３、第４段圧縮室４に供給する第１，２，３切換弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の段の圧縮室からなる多段圧縮機において、ガス供給元から第１段と他の段との少なくとも２つの段の何れの段の吸込口にも連通可能なガス供給ラインと、第２段から最終段までの圧縮室の吸込口からその圧縮室より１段低い段の圧縮室の吐出口に連通可能なガス流通ラインと、最終段の圧縮室の吐出口から高圧ガスの供給先に連通するガス供給ラインと、前記ガス供給元から供給されるガスの圧力を検出する圧力検出センサと、前記ガス供給ラインと各ガス流通ラインとに介装されると共に前記圧力検出センサからの圧力検出値に応じて個別に制御される複数の切換弁とからなり、前記複数の切換弁は、ガス供給先圧縮室が第１段圧縮室であるときには、ガス供給ラインの全てを連通させると共にガス流通ラインの全てを連通させ、ガス供給先圧縮室が第２段圧縮室以降であるときには、ガス供給先圧縮室の吸込口に通じるガス流通ラインにおける切換弁の介装位置より下流側と、ガス供給ラインにおける切換弁の介装位置より上流側とを連通させ、ガス供給先圧縮室以降の圧縮室の吐出口に通じるガス流通ラインをそれぞれ連通させると共に、前記ガス供給元からガス供給先圧縮室までのガス供給ラインを連通させるものであることを特徴とする多段圧縮機。
【請求項２】
前記切換弁は、前記各ガス流通ラインのクーラ介装位置の下流側に介装されてなることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮機。
【請求項３】
複数の段の圧縮室からなり、ガス供給元から第１段と他の段との少なくとも２つの段の何れの段の吸込口にも連通可能なガス供給ラインと、第２段から最終段までの圧縮室の吸込口からその圧縮室より１段低い段の圧縮室の吐出口に連通可能なガス流通ラインと、最終段の圧縮室の吐出口から高圧ガスの供給先に連通するガス供給ラインと、前記ガス供給元から供給されるガスの圧力を検出する圧力検出センサと、前記ガス供給ラインと各ガス流通ラインとに介装される複数の切換弁とが設けられてなる多段圧縮機の運転方法において、前記圧力検出センサからの圧力検出値に応じて、前記複数の段の圧縮室のうちの一つをガス供給元からガスを供給するガス供給先圧縮室として決定し、ガス供給先圧縮室が第１段圧縮室であるときには、ガス供給ラインの全てを連通させると共にガス流通ラインの全てを連通させ、ガス供給先圧縮室が第２段圧縮室以降であるときには、ガス供給先圧縮室の吸込口に通じるガス流通ラインにおける切換弁の介装位置より下流側と、ガス供給ラインにおける切換弁の介装位置より上流側とを連通させ、ガス供給先圧縮室以降の圧縮室の吐出口に通じるガス流通ラインをそれぞれ連通させると共に、前記ガス供給元からガス供給先圧縮室までのガス供給ラインを連通させるように前記複数の切換弁を制御することを特徴とする多段圧縮機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段圧縮機の改善に係り、より詳しくは、吸込ガスの圧力の減圧を不要ならしめるようにした多段圧縮機およびその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多段圧縮機としては、例えば後述するような構成になるものがある。先ず、従来例１に係る多段圧縮機を、３段圧縮機に適用したガス冷却システムの模式的系統図の図１０を参照しながら説明する。この従来例１に係る３段圧縮機は、第１段圧縮機５１、第２段圧縮機５２、第３段圧縮機５３がガス流通管路Ｇpを介せて直列に配設されており、ガス吸込みフィルタＦから吸込んだガスを順次圧縮するものである。そして、各段で圧縮されたガスは冷却システムによって冷却されるようになっている。より詳しくは、第１段圧縮機５１で圧縮されたガスは第１段ガス冷却器５４で冷却された後に第２段圧縮機５２に吸込まれ、第２段圧縮機５２で圧縮されたガスは第２段ガス冷却器５５で冷却された後に第３段圧縮機５３に吸込まれ、そして第３段圧縮機５３で圧縮されたガスは第３段ガス冷却器５６で冷却されて、ガス供給先側に吐出されるようになっている。なお、符号５７は冷却水通水管路であり、符号５８は冷却水排水管路である。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
次に、従来例２に係る多段圧縮機を、多段圧縮機の系統図の図１１を参照しながら説明する。この従来例２に係る多段圧縮機は第１段圧縮機６６、第２段圧縮機６７、第３段圧縮機６８、第４段圧縮機６９が順次直列接続されて構成されると共に、最終段の第４段圧縮機６９の出口に放風弁６１が設けられている。また、第２段圧縮機６７の出口と第３段圧縮機６８の吸込み口との接続部６７ａに、放風弁サイレンサ６５を介して大気に連通する中間弁６３が接続されている。さらに、放風弁６１および中間弁６３の開度を制御するコントローラ７４が設けられており、コントローラ７４に、第４段圧縮機６９の出口圧力を計測する圧力発信器７２および第３段圧縮機６８の出口圧力を計測する圧力発信器７１の各計測信号が入力されるように構成されている。なお、符号８０は各圧縮機の駆動用原動機である（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】実開平５−８７２９９号公報
【特許文献２】特開平８−２１９０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例に係る多段圧縮機は空気を吸引して圧縮するものであるから、なんら問題がなくそれなりに有用であると考えられる。しかしながら、例えばガス供給元がガス容器であって、そのガス容器内にある程度の高圧に圧縮されて充填されてなるガスを圧縮する場合には、第１段目の圧縮機に供給されるガス圧力を減圧しなければならないから、ガス容器内のガス圧力を有効に活用することができず、多段圧縮機の駆動エネルギーに関して不利になる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、ガス供給元から供給されるガスのガス圧力を有効に活用することにより、多段圧縮機の駆動エネルギーを削減することを可能ならしめるようにした多段圧縮機およびその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するために本発明の請求項１に係る多段圧縮機が採用した手段は、複数の段の圧縮室からなる多段圧縮機において、ガス供給元から第１段と他の段との少なくとも２つの段の何れの段の吸込口にも連通可能なガス供給ラインと、第２段から最終段までの圧縮室の吸込口からその圧縮室より１段低い段の圧縮室の吐出口に連通可能なガス流通ラインと、最終段の圧縮室の吐出口から高圧ガスの供給先に連通するガス供給ラインと、前記ガス供給元から供給されるガスの圧力を検出する圧力検出センサと、前記ガス供給ラインと各ガス流通ラインとに介装されると共に前記圧力検出センサからの圧力検出値に応じて個別に制御される複数の切換弁とからなり、前記複数の切換弁は、ガス供給先圧縮室が第１段圧縮室であるときには、ガス供給ラインの全てを連通させると共にガス流通ラインの全てを連通させ、ガス供給先圧縮室が第２段圧縮室以降であるときには、ガス供給先圧縮室の吸込口に通じるガス流通ラインにおける切換弁の介装位置より下流側と、ガス供給ラインにおける切換弁の介装位置より上流側とを連通させ、ガス供給先圧縮室以降の圧縮室の吐出口に通じるガス流通ラインをそれぞれ連通させると共に、前記ガス供給元からガス供給先圧縮室までのガス供給ラインを連通させるものであることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の請求項２に係る多段圧縮機が採用した手段は、請求項１に記載の多段圧縮機において、前記切換弁は、前記各ガス流通ラインのクーラ介装位置の下流側に介装されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項３に係る多段圧縮機の運転方法が採用した手段は、複数の段の圧縮室からなり、ガス供給元から第１段と他の段との少なくとも２つの段の何れの段の吸込口にも連通可能なガス供給ラインと、第２段から最終段までの圧縮室の吸込口からその圧縮室より１段低い段の圧縮室の吐出口に連通可能なガス流通ラインと、最終段の圧縮室の吐出口から高圧ガスの供給先に連通するガス供給ラインと、前記ガス供給元から供給されるガスの圧力を検出する圧力検出センサと、前記ガス供給ラインと各ガス流通ラインとに介装される複数の切換弁とが設けられてなる多段圧縮機の運転方法において、前記圧力検出センサからの圧力検出値に応じて、前記複数の段の圧縮室のうちの一つをガス供給元からガスを供給するガス供給先圧縮室として決定し、ガス供給先圧縮室が第１段圧縮室であるときには、ガス供給ラインの全てを連通させると共にガス流通ラインの全てを連通させ、ガス供給先圧縮室が第２段圧縮室以降であるときには、ガス供給先圧縮室の吸込口に通じるガス流通ラインにおける切換弁の介装位置より下流側と、ガス供給ラインにおける切換弁の介装位置より上流側とを連通させ、ガス供給先圧縮室以降の圧縮室の吐出口に通じるガス流通ラインをそれぞれ連通させると共に、前記ガス供給元からガス供給先圧縮室までのガス供給ラインを連通させるように前記複数の切換弁を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
多段圧縮機の場合、後段側の圧縮室になればなるほど吸込圧力が高くなるが、本発明の請求項１，２に係る多段圧縮機、または本発明の請求項３の係る多段圧縮機の運転方法によれば、圧力検出センサにより検出されたガス圧力の圧力検出値に応じて、多段圧縮機の何段目の圧縮室にガスを供給するかが決定され、決定された圧縮室にガスが供給される。
そして、前段の吸込圧力が低い圧縮室にはガスが供給されず、空運転されるため多段圧縮機の駆動エネルギーは、各段の全ての圧縮室にガスを供給して圧縮する多段圧縮機の場合よりも小動力で済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の運転方法を実施する多段圧縮機を、この多段圧縮機が４段圧縮機である場合を例として、添付図面を参照しながら説明する。図１，２，３，４は本発明の形態に係る多段圧縮機の全体構成を示し、かつガス容器のガス圧に応じた切換弁の切換え説明図である。
【００１１】
この実施の形態に係る４段圧縮機は、第１段圧縮室１、第２段圧縮室２、第３段圧縮室３、および第４段圧縮室４を備えており、第１段圧縮室１のガス吸込口１ａ、または第２段圧縮室２のガス吸込口２ａ、または第３段圧縮室３のガス吸込口３ａ、または第４段圧縮室４のガス吸込口４ａの何れの段の圧縮室の吸込口にも、図示しないガス供給元であるガス容器からガス供給ライン５が連通可能に設けられている。第１段圧縮室１のガス吐出口１ｂから第２段圧縮室２のガス吸込口２ａに、第１クーラ６ａが介装された第１ガス流通ライン６が、第２段圧縮室２のガス吐出口２ｂから第３段圧縮室３のガス吸込口３ａに、第２クーラ７ａが介装された第２ガス流通ライン７が、第３段圧縮室３のガス吐出口３ｂから第４段圧縮室４のガス吸込口４ａに、第３クーラ８ａが介装された第３ガス流通ライン８がそれぞれ連通可能に設けられている。そして、第４段圧縮室４のガス吐出口４ｂから図示しない高圧ガスの供給先側に第４クーラ９ａが介装された高圧ガス供給ライン９が連通している。
【００１２】
また、ガス供給ライン５と第１，２，３ガス流通ライン６，７，８のクーラの下流側とに、第１切換弁Ｖ1、第２切換弁Ｖ2、および第３切換弁Ｖ3がそれぞれ介装されている。
これら第１，２，３切換弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は何れも、ガス容器からガス供給ライン５に供給されるガスのガス圧力を検出する圧力検出センサ１０から圧力検出値が入力されるコントローラ１１によって切換制御されるように構成されている。
【００１３】
より詳しくは、ガス供給元であるガス容器からガスを供給する圧縮室、ガス供給先圧縮室が第１段圧縮室であるときには、後述の図４に示されているとおり、ガス供給ライン５の全てを連通させると共に、第１，２，３ガス流通ライン６，７，８の全てを連通させるように構成されている。また、ガス供給先圧縮室が第２段圧縮室２以降、つまり第２，３，４段圧縮室２，３，４の何れかであるときには、後述の図１乃至３に示されているとおり、そのガス供給先圧縮室の吸込口に通じるガス流通ラインに介装された切換弁、つまり第１，２，３切換弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3の何れかにより、第１，２，３ガス流通ライン６，７，８の切換弁の介装位置より下流側とガス供給ライン５の切換弁の介装位置より上流側とを連通させるように構成されている。
【００１４】
例えば、ガス供給先圧縮室が第２段圧縮室２であれば、図３に示されているとおり、第１切換弁Ｖ1により、第１ガス流通ライン６の第１切換弁Ｖ1の介装位置より下流側、つまり第１ガス流通ライン６のうちの第１切換弁Ｖ1と第２段圧縮室２の吸込口２ａとの間の部位と、ガス供給ライン５の第１切換弁Ｖ1の介装位置より上流側、つまりガス供給ライン５のうちの第１切換弁Ｖ1と第２切換弁Ｖ2（あるいはガス容器まで）との間の部位とを連通させるように構成されている。
【００１５】
一方、他の切換弁によりガス供給先圧縮室以降の圧縮室の吐出口に通じるガス流通ラインをそれぞれ連通させると共にガス供給元からガス供給先圧縮室の吸込口までのガス供給ラインを連通させるように構成されている。例えば、ガス供給先圧縮室が第２段圧縮室２であれば、第２，３切換弁Ｖ2，Ｖ3により、第２段圧縮室２の吐出口２ｂに通じる第２ガス流通ライン７が吐出口２ｂと第３段圧縮室３の吸込口３ａとを通じさせるように、そして第３段圧縮室３の吐出口３ｂに通じる第３ガス流通ライン８が吐出口３ｂと第４段圧縮室４の吸込口４ａとを通じさせるようにそれぞれ連通される。また、同じく、第２，３切換弁Ｖ2，Ｖ3により、ガス供給元であるガス容器から第２段圧縮室２の吸込口２ａまで、正確にはガス容器から第１切換弁Ｖ1までのガス供給ライン５を連通させるように構成されている。
【００１６】
以下、本発明の形態に係る４段圧縮機のガス容器のガス圧に応じた切換弁の切換え操作を説明する。図１は、圧力検出センサ１０で検出されるガスの圧力検出値Ｐ(吸込圧力)が圧力Ｐ3より高圧（Ｐ＞Ｐ3）の場合である。この場合、第１，２，３切換弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は全て同じように切換えられ、ガスは第４段圧縮室４に供給され、この第４段圧縮室４のみで圧縮される。そして、第１，２，３段圧縮室１，２，３の何れにもガスが供給されず、第１段圧縮室１、第１ガス流通ライン６の一部、第１切換弁Ｖ1、ガス供給ラインの一部とで閉回路が構成され、第２段圧縮室２、第２ガス流通ライン７の一部、第２切換弁Ｖ2、ガス供給ラインの一部とで閉回路が構成され、さらに第３段圧縮室３、第３ガス流通ライン８の一部、第３切換弁Ｖ3、ガス供給ラインの一部とで閉回路が構成される。
つまり、第１，２，３段圧縮室１，２，３の何れも空運転（無負荷運転）されるか、またはそれらの運転が停止される。
【００１７】
図２は、圧力検出センサ１０で検出されるガスの圧力検出値Ｐ(吸込圧力)が圧力Ｐ3以下で、かつＰ2より高圧（Ｐ3≧Ｐ＞Ｐ2）の場合である。この場合、第２，３切換弁Ｖ2，Ｖ3が同じように切換えられ、ガスは第３段圧縮室３に供給され、この第３段圧縮室３と第４段圧縮室４とにより圧縮される。そして、第１，２段圧縮室１，２にはガスが供給されず、第１段圧縮室１、第１ガス流通ライン６の一部、第１切換弁Ｖ1、ガス供給ラインの一部とで閉回路が構成され、第２段圧縮室２、第２ガス流通ライン７の一部、第２切換弁Ｖ2、ガス供給ラインの一部とで閉回路が構成され、第１，２段圧縮室１，２が空運転（無負荷運転）されるか、またはそれらの運転が停止される。
【００１８】
図３は、圧力検出センサ１０で検出されるガスの圧力検出値Ｐ(吸込圧力)が圧力Ｐ2以下で、かつＰ1より高圧（Ｐ2≧Ｐ＞Ｐ1）の場合である。この場合、第１，２，３切換弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3が同じように切換えられ、ガスは第２段圧室２に供給され、この第２段圧縮室２と第３段圧縮室３と第４段圧縮室４とにより圧縮される。そして、第１段圧縮室１にはガスが供給されず、第１段圧縮室１、第１ガス流通ライン６の一部、第１切換弁Ｖ1、ガス供給ラインの一部とで閉回路が構成され、第１段圧縮室１が空運転（無負荷運転）されるか、またはその運転が停止される。
【００１９】
図４は、圧力検出センサ１０で検出されるガスの圧力検出値Ｐ(吸込圧力)が圧力Ｐ1以上（Ｐ≦Ｐ1）の場合である。この場合、第１，２，３切換弁Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は全て同じように切換えられ、ガスは第１段圧縮室１に供給され、第１，２，３，４段圧縮室１，２，３，４により圧縮される。つまり、この場合は、吸込圧力が低いので、全ての圧縮室で圧縮されることとなる。
【００２０】
上記のとおり、本発明の形態に係る４段圧縮機では、力検出センサ１０で検出されるガスの圧力検出値Ｐが高ければ高いほど空運転（無負荷運転）される圧縮室の段数が多くなる。従って、本発明の形態に係る４段圧縮機によれば、従来例に係る多段圧縮機のように、第１段目の圧縮室に供給するガス圧力を減圧する構成でないから、ガス容器内のガス圧力を有効に活用することができ、４段圧縮機の駆動エネルギーに関して有利になるという優れた効果を得ることができる。
【００２１】
以上の形態においては、多段圧縮機が４段圧縮機である場合を例として説明したが、３段以下の多段圧縮機に対しても適用することができ、また５段以上の多段圧縮機に対しても本発明の技術的思想を適用することができる。従って、上記形態に係る４段圧縮機に限定されるものではない。
【００２２】
また、以上の形態においては、ガス供給元から４段全ての圧縮室の何れの段にも連通可能なようにガス供給ラインを設けた場合を例として説明したが、本発明はこれに限るものではない。即ち、本発明に係る多段圧縮機では、複数の段の圧縮室のうち、第１段とこの第１段以外の他の段の少なくとも２つの段に連通可能なようにガス供給ラインを設けておけば良い。例えば、図５に示した本発明に係る多段圧縮機では、４段の圧縮室のうち第１段圧縮室１と第４段圧縮室４とに連通可能なようにガス供給ライン５が設けられている。
また、図６に示した本発明に係る多段圧縮機では、４段の圧縮室のうち第１段圧縮室１と第３段圧縮室３とに連通可能なようにガス供給ライン５が設けられている。即ち、圧力検出値に応じてさほど細かくガス供給先圧縮室の切換えを行う必要がない場合、また構成の簡略化を望む場合には、複数の段の圧縮室の全てに連通可能なようにガス供給ラインを設けるのではなく、その一部の圧縮室のみに連通可能なようにガス供給ラインを設ければ良い。
【００２３】
また、以上の形態においては、第１切換弁Ｖ1、第２切換弁Ｖ2、第３切換弁Ｖ3として、それぞれが単一の切換弁からなる一体形の場合を例として説明したが、これらをそれぞれが複数の切換弁からなる組み合わせ形のものとしても良い。例えば、図１乃至図４に示した一体形の第１切換弁Ｖ1を、図７と図８とに示すような第１部分切換弁Ｖａ、第２部分切換弁Ｖｂといった２つの部分切換弁を、それぞれ繋ぐ小流路からなる組み合わせ形のものに代えることができる。このような組み合わせ形の切換弁でも、図７と図８とから良く理解されるように、単一の切換弁からなる一体形のものと同等の切換制御を行うことができる。また、第１部分切換弁Ｖａ、第２部分切換弁Ｖｂそれぞれの駆動装置が独立している必要がなく、図９に示すように、同一の駆動装置としても良い。なお、このような組み合わせ形のものを、図１乃至図４に示した第２切換弁Ｖ2、第３切換弁Ｖ3に対しても適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の形態に係る４段圧縮機の全体構成を示し、かつガス容器のガス圧に応じた切換弁の切換え説明図である。
【図２】本発明の形態に係る４段圧縮機の全体構成を示し、かつガス容器のガス圧に応じた切換弁の切換え説明図である。
【図３】本発明の形態に係る４段圧縮機の全体構成を示し、かつガス容器のガス圧に応じた切換弁の切換え説明図である。
【図４】本発明の形態に係る４段圧縮機の全体構成を示し、かつガス容器のガス圧に応じた切換弁の切換え説明図である。
【図５】本発明の他の形態に係る４段圧縮機の全体構成を示す説明図である。
【図６】本発明のもう一つの他の形態に係る４段圧縮機の全体構成を示す説明図である。
【図７】本発明の形態に係り、多段圧縮機に適用可能な他の形態に係る切換弁の説明図である。
【図８】本発明の形態に係り、多段圧縮機に適用可能な他の形態に係る切換弁の説明図である。
【図９】本発明の形態に係り、多段圧縮機に適用可能なもう一つの他の形態に係る切換弁の説明図である。
【図１０】従来例１に係り、３段圧縮機に適用したガス冷却システムの模式的系統図である。
【図１１】従来例２に係る多段圧縮機の系統図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…第１段圧縮室，１ａ…ガス吸込口，１ｂ…ガス吐出口
２…第２段圧縮室，２ａ…ガス吸込口，２ｂ…ガス吐出口
３…第３段圧縮室，３ａ…ガス吸込口，３ｂ…ガス吐出口
４…第４段圧縮室，４ａ…ガス吸込口，４ｂ…ガス吐出口
５…ガス供給ライン
６…第１ガス流通ライン，６ａ…第１クーラ
７…第２ガス流通ライン，７ａ…第２クーラ
８…第３ガス流通ライン，８ａ…第３クーラ
９…高圧ガス供給ライン，９ａ…第４クーラ
１０…圧力検出センサ
１１…コントローラ
Ｖ1…第１切換弁
Ｖ2…第２切換弁
Ｖ3…第３切換弁
Ｖａ…第１部分切換弁
Ｖｂ…第２部分切換弁
【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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