(57)【要約】【課題】  導電性流体から、安価で安定した状態で、電流を得る発電装置を提供することを目的とする。【解決手段】  直流電源１９によって外コイル１８を有する磁界形成手段の閉回路に電流を生じさせて、該閉回路が発電流路１１に磁界を形成させ、導電性流体が上記発電流路１１へ送られた際に、第一の導電部材１３と上記第二の導電部材１４のそれぞれの上流側端部が互いに導電性流体によって短絡されて第一の導電部材１３と第二の導電部材１４による開回路を閉回路とならしめ、第一の導電部材１３のコイルに誘導電流を発生させ、下流側端部で該誘導電流を取り出すようになっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に磁界を形成する磁界形成手段と、互いに間隔をもって該発電流路に配された第一の導電部材及び第二の導電部材とを有し、上記磁界形成手段によって磁界が形成された上記発電流路へ導電性流体を流して、上記第一の導電部材と上記第二の導電部材との間を該導電性流体で短絡させて上記第一の導電部材及び上記第二の導電部材で電流を取り出す発電装置において、第一の導電部材と第二の導電部材は発電流路での導電性流体の流動方向で互いに重複範囲をもって配され、上記第一の導電部材は上記発電流路に配されたコイルとして形成され、該コイルの軸線が該発電流路の導電性流体の流動方向に延びるように該コイルが配され、上記第二の導電部材は上記コイルに対して間隔をもって上記流動方向に延び上記発電流路に配される導電材で形成され、上記第一の導電部材と上記第二の導電部材のそれぞれの下流側端部が互いに導通され上流側端部が開放された開回路として構成され、磁界形成手段は、上記第一の導電部材としてのコイルの外周に、軸線方向で該第一の導電部材とほぼ同一範囲で設けられた外コイルに直流電源を接続して開閉自在な閉回路として形成され、上記直流電源によって磁界形成手段の閉回路に電流を生じさせて該閉回路が上記発電流路に磁界を形成させ、導電性流体が上記発電流路へ送られた際に、上記第一の導電部材と上記第二の導電部材のそれぞれの上流側端部が互いに導電性流体によって短絡されて第一の導電部材と第二の導電部材による開回路を閉回路とならしめ、第一の導電部材のコイルに誘導電流を発生させ、上記下流側端部で該誘導電流を取り出すようになっていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
第一の導電部材としてのコイルは、同一径で多重巻として形成され、この多重の数だけの開回路を第二の導電部材との間で構成していることとする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
第一の導電部材としてのコイルは、複数の線部材を絶縁材を介して並べた帯状に形成し、これをコイル状に巻回して多重巻とされていることとする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に磁界を形成する磁界形成手段と、互いに間隔をもって該発電流路に配された第一の導電部材及び第二の導電部材とを有し、上記磁界形成手段によって磁界が形成された上記発電流路へ導電性流体を流して、上記第一の導電部材と上記第二の導電部材との間を該導電性流体で短絡させて上記第一の導電部材及び上記第二の導電部材で電流を取り出す発電装置であって、第一の導電部材と第二の導電部材は発電流路での導電性流体の流動方向で互いに重複範囲をもって配され、上記第一の導電部材は上記発電流路に配されたコイルとして形成され、該コイルの軸線が該発電流路の導電性流体の流動方向に延びるように該コイルが配され、上記第二の導電部材は上記コイルに対して間隔をもって上記流動方向に延び上記発電流路に配される導電材で形成され、磁界形成手段は、上記コイル及び上記第二の導電部材のそれぞれの上流側端部が直流電源を介して互いに接続されるとともに、それぞれの下流側端部が互いに導通されて形成される閉回路として構成されていて、上記直流電源によって該閉回路に初期電流を予め生じさせて該閉回路が上記発電流路に磁界を形成させ、導電性流体が上記発電流路へ送られた際に、上記第一の導電部材と上記第二の導電部材のそれぞれの上流側端部を互いに導電性流体によって短絡させ、この短絡範囲を上記上流側端部から上記下流側端部へ向け拡大させて、上記短絡範囲より下流側で上記コイルと上記第二の導電部材のインダクタンスを減少させつつ、上記コイルに誘導電流を発生させ、上記下流側端部で該誘導電流を取り出すようになっている発電装置において、第一の導電部材としてのコイルは、同一径で多重巻として形成され、この多重の数だけの開回路を第二の導電部材との間で構成していることを特徴とする発電装置。
【請求項５】
第一の導電部材としてのコイルは、複数の線部材を絶縁材を介して並べた帯状に形成し、これをコイル状に巻回して多重巻とされていることとする請求項４に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性流体の流動のための発電流路に磁界を形成するとともに、該発電流路に第一の導電部材と第二の導電部材とを互いに間隔をもって配し、上記磁界が形成された上記発電流路へ導電性流体を流して、上記第一の導電部材と上記第二の導電部材との間を該導電性流体で短絡させて上記第一の導電部材及び上記第二の導電部材から誘導電流を取り出す発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置では、例えば、導電性流体の流動のための発電流路に、該導電性流体の流動方向に対して直交方向で互いに対向せる一対の磁極と、該流動方向と該一対の磁極の対向方向との直交方向で互いに対向せる一対の電極とが配されている。このような発電流路へ導電性流体を上記一対の磁極の間に生じる磁力線に直交させて流動せしめることにより、上記一対の電極で電流が取り出される。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、導電性流体を循環せる流動経路の一部に上記発電流路が形成されている。この流動経路には、導電性流体として、熱により容易に電離して高導電性となるＮａやＫ等のシード材を添加した希ガスが封入されている。該希ガスに添加された上記シード材は、上記流動経路に配された熱源によって該希ガスが加熱される高温状態で電離して高導電性となる。このような高導電性のシード材を添加した高温状態の希ガスが導電性流体として上記循環により上記発電流路へ連続して流動されて、発電が行なわれる。
【特許文献１】特公平６−１１１８３号公報（図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の装置では、上述のように装置が長時間にわたり高温状態に維持される環境下では、一般に、電離しやすい流体は、反応性が高いので、導電性流体の流動経路内で装置を損傷させるような本来望ましくない化学反応が生じやすいため導電性流体として用いることができない。したがって、上述の特許文献１の装置では、上記流動経路内に希ガスを流動させることとしている。その結果、希ガスは電離しにくいので、シード材が必要となり、コストが高くなる。
【０００５】
また、発電流路の全域で電流を取り出して最大限の発電を行なうためには、該発電流路での導電性流体の流動方向で該発電流路の全域にわたって磁極や電極を配しなければならないのでコストが高くなる。また、上記磁極として永久磁石を用いると、磁界が装置外に漏れてその周辺の電気機器に悪影響をもたらしてしまう。したがって、特許文献１の装置では、大規模な電磁石が必要となり、その結果、建設費が高くなる。
【０００６】
そこで、本発明は、大規模な電極や磁石を設けずに、そしてシード材を必要としない低コストな発電を安価な建設費で実現できる発電方法及び発電装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜第一の発明＞
本発明の発電装置は、導電性流体の流動のための発電流路と、該発電流路に磁界を形成する磁界形成手段と、互いに間隔をもって該発電流路に配された第一の導電部材及び第二の導電部材とを有し、上記磁界形成手段によって磁界が形成された上記発電流路へ電離・解離状態の導電性流体を流して、上記第一の導電部材と上記第二の導電部材との間を該導
電性流体で短絡させて上記第一の導電部材及び上記第二の導電部材で電流を取り出すようになっている。
【０００８】
かかる発電装置において、この第一の発明の構成の特徴として、第一の導電部材と第二の導電部材は発電流路での導電性流体の流動方向で互いに重複範囲をもって配され、上記第一の導電部材は上記発電流路に配されたコイルとして形成され、該コイルの軸線が該発電流路の導電性流体の流動方向に延びるように該コイルが配され、上記第二の導電部材は上記コイルに対して間隔をもって上記流動方向に延び上記発電流路に配される導電材で形成されている。上記第一の導電部材と上記第二の導電部材は、それぞれの下流側端部が互いに導通され上流側端部が開放された開回路として構成されている。磁界形成手段は、上記第一の導電部材としてのコイルの外周に、軸線方向で該第一の導電部材とほぼ同一範囲で設けられた外コイルに直流電源を接続して開閉自在な閉回路として形成されている。この上記直流電源によって磁界形成手段の閉回路に電流を生じさせて該閉回路が上記発電流路に磁界を形成させ、導電性流体が上記発電流路へ送られた際に、上記第一の導電部材と上記第二の導電部材のそれぞれの上流側端部が互いに導電性流体によって短絡されて第一の導電部材と第二の導電部材による開回路を閉回路とならしめ、第一の導電部材のコイルに誘導電流を発生させ、上記下流側端部で該誘導電流を取り出すようになる。
【０００９】
この第一の発明では、磁界形成手段としての外コイルは、第一の導電部材としてのコイルの外周にあり、導電性流体に接触しないように配することができ、プラズマ電流によるコイルの焼損もなく安定した磁界を形成する。
【００１０】
このような第一の発明では、導電性流体を爆轟等により得られる衝撃波を伴った間欠流として流動させてパルス発電を行うことが可能である。
【００１１】
本発明では、第一の導電部材としてのコイルは、同一径で多重巻として形成され、この多重の数だけの開回路を第二の導電部材との間で構成しているようにすることができる。その場合、多重巻は、例えば、複数の線部材を絶縁材を介して並べた帯状に形成し、これをコイル状に巻回して多重巻とすることが可能である。
【００１２】
＜第二の発明＞
第二の発明は、爆轟等により導電性流体を間欠流として流動させるパルス発電に好適である。この第二の発明では、磁界形成手段としては、第一の発明の外コイルを用いることなく、第一の導電部材としてのコイルと第二の導電部材の上流側端部に直流電源を接続する構成としている。すなわち、磁界形成手段は、上記コイル及び上記第二の導電部材のそれぞれの上流側端部が直流電源を介して互いに接続されるとともに、それぞれの下流側端部が互いに導通されて形成される閉回路として構成されていて、上記直流電源によって該閉回路に初期電流を予め生じさせて該閉回路が上記発電流路に磁界を形成させている。
【００１３】
また、この第二の発明では、第一の導電部材としてのコイルは、同一径で多重巻として形成され、この多重の数だけの開回路を第二の導電部材との間で構成している。
【００１４】
このような、第二の発明では、導電性流体が間欠的に上記発電流路へ送られると、上記第一の導電部材と上記第二の導電部材のそれぞれの上流側端部が互いに導電性流体によって短絡され、この短絡範囲を上記上流側端部から上記下流側端部へ向け拡大させて、上記短絡範囲より下流側で上記コイルと上記第二の導電部材のインダクタンスを減少させつつ、上記コイルに誘導電流を発生させ、上記下流側端部で該誘導電流を取り出す。
【００１５】
導電性流体の伝播面は流動方向に直角であってこの伝播面が上記第一の導電部材たるコイルと第二の導電部材を短絡させるが、仮にコイルが一つのコイルであるときには、コイ
ルは螺旋をなしているので瞬時の短絡は周方向の一箇所ということとなる。これは、発電が均一化できないと共に、発電量も低くなる傾向をもたらす。そこで、第二の発明では第一の導電部材としてのコイルを多重巻として、瞬時において、すべてのコイルが、互いに周方向にずれた位置で短絡されて、これらのコイルから同時に電流を得る。したがって、周方向に均一な発電となるのみならず、導電性流体の流量が同一でも、その発電量が増大する。前述の短絡位置は、周方向で等間隔となるようにコイル間隔を定めて多重巻とすることが望ましい。
【００１６】
第一の導電部材としてのコイル多重巻は、例えば、第一の発明の場合と同様に、複数の線部材を絶縁材を介して並べた帯状に形成し、これをコイル状に巻回して得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のごとく、第一の発明においては、磁界内に配されたコイル状の第一の導電部材と該第一の導電部材内の空間に設けられた第二の導電部材とを、上記磁界内を流通する導電性流体により短絡して誘導電流を取り出す際に、磁界を発生する手段としてのコイルを第一の導電部材の外側に設けることとしたので、磁界形成手段は導電性流体（プラズマ）と接触することがなく、該磁界形成手段自体にはその電流が発生しないので、磁界が乱されることなく安定し、したがって発電量も安定して信頼性が向上する。また、磁界形成手段は導電性流体との接触による磁界形成手段の劣化という問題も生じなく耐久性が向上し、劣化しにくい高品質材を用いなくともすむので設備費そして保守費が安価となる。さらには、磁界形成手段は、第一の導電部材とは別に外部空間に設けることができるので、その設置上の制約がなく、大型な外コイルを用いることにより強磁場として発電量を増大し、発電量当りの装置のサイズをコンパクト化できる。
【００１８】
第二の発明にあっては、外コイルを用いることなく、コイル状の第一の導電部材、第二の導電部材、そして直流電源を含んでなる閉回路に初期電流を流すことによって該発電流路に磁界を形成し、導電性流体を間欠的に上記発電流路に送って、互いに間隔をもって配されたコイルと第二の導電部材との間の短絡範囲を燃焼ガスの流動方向で上流から下流に向け拡大させて、上記短絡範囲より下流側で上記コイルと上記第二の導電部材のインダクタンスを減少させることにより、上記コイルに誘導電流を発生させ、該誘導電流を取り出す際に、導電性流体が高温であっても、装置は間欠的に短時間ずつ熱を受けるだけであるため、耐火物を多用する必要がなく、設備費及び補修費が安価となる。また、コイルに誘導電流を発生させて、大電流を得ることができるので、磁極や電極を上記発電流路の上記流動方向全域にわたって設ける必要がなく、また大規模な電磁石や、第一の発明のような磁界発生のための専用の外コイルが不要であるので、建設費も安価にできる。第二の発明では、特に、第一の導電部材たるコイルを多重巻とし、この多重の数だけの開回路を第二の導電部材との間で構成することとし、導電性流体による短絡時に同時に上記数の閉回路を形成するようにしたので、短絡部位が周方向で複数形成され誘導電流の発生が周方向で均一に行われると共に、単一コイルに比し上記数だけの電流を得ることができて発電量が向上し、発電量当りの装置のサイズがコンパクト化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。図１に示す第一実施形態の発電装置１０は、導電性流体の流動のための管体１１Ａの内部空間に発電流路１１が形成されている。該発電装置１０は、その発電流路１１に導電性流体を供給するための供給路２０が連通して形成され、図示しない供給装置から上記供給路２０を経て導電性流体が流通する。この発電流路１１には、該発電流路１１の軸線１２の延びる方向（導電性流体の流動方向）で、第一の導電部材としてのコイル１３と第二の導電部材１４とが互いに重複範囲をもって配されている。
【００２０】
上記第一の導電部材としてのコイル１３は、該コイル１３の軸線が上記発電流路１１の軸線１２と一致して延び、絶縁材１５を介して発電流路１１の管体１１Ａの内周壁に取付けられている。
【００２１】
上記第二の導電部材１４は、上記軸線１２上に配された棒状の導電材で形成され、上記コイル１３に対して半径方向に間隔をもって上記発電流路１１内に配されている。この第二の導電部材１４は、該第二の導電部材１４の下流側端部に取付けられた取付部材１４Ａを介して絶縁材１５により支持されている。該取付部材１４Ａは上記絶縁材１５を貫通して外部へ延出している。
【００２２】
本実施形態では、第二の導電部材１４は、上記軸線１２に直角な断面での面積が上記発電流路１１での導電性流体の流動方向Ａで上流（以下、単に「上流」という）から下流（以下、単に「下流」という）に向けて徐々に増加している。したがって、第二の導電部材１４は、供給路２０から該第二の導電部材１４の上流側端部に向けて送られる導電性流体との流動抵抗の軽減が図られている。また、本実施形態で導電性流体が高温で流動するときには、上述の第一の導電部材としてのコイル１３と第二の導電部材１４は、それぞれ中空となっていてその中空部に水等の冷却液が流され、高温の導電性流体からの熱を受けての過昇温の防止が図られていることが好ましい。
【００２３】
上記コイル１３と上記第二の導電部材１４のそれぞれの下流側端部（取付部材１４Ａ）（図１にて右側端部）は、コンデンサ１６、インバータ１７が接続されていて、ここに負荷（図示せず）を接続することが可能となっている。
【００２４】
上記発電流路１１を形成する管体１１Ａの外周には、軸線１２の方向で上記第一の導電部材としてのコイル１３とほぼ同じ範囲で、磁界形成手段としての外コイル１８が設けられている。該外コイル１８は、図示しない絶縁部材によって、上記管体１１Ａに支えられている。該外コイル１８はその上流側端部と下流側端部とが直流電源１９を介して接続されている。かくして、外コイル１８は直流電源１９を経て閉回路を形成して、発電流路１１に磁界を生ずる。一方、第一の導電部材としてのコイル１３と第二の導電部材１４は、上流側端部が開いている開回路を形成する。
【００２５】
かかる本実施形態では、上記磁界形成手段により発電流路１１に磁界が生じている状態で、導電性流体を供給路２０を経て上記発電流路１１へ流動させる。該導電性流体により、上記第一の導電部材としてのコイル１３と第二の導電部材１４とは短絡されて閉回路を形成するようになり誘導電流が流れ、インバータ１７から電力を取り出される。
【００２６】
本実施形態での導電性流体は、定常流れをなしていても、間欠流であってもよい。後者の場合、爆轟波による電離・解離流体として得ることができる。
【００２７】
導電性流体の発生のために爆轟発生装置（図示せず）を用いる場合、該爆轟発生装置から上記発電流路１１へ爆轟燃焼ガスが流動する時には、上記発電流路１１を上流から下流へ向け進行する該燃焼ガスによってコイル１３と第二の導電部材１４との間が短絡され、その短絡範囲は、導電性流体としての該燃焼ガスの下流端が上流から下流へ進行するので、上記コイル１３と上記第二の導電部材１４のそれぞれの上流側端部から下流側端部へ向け拡大される。このように上記短絡範囲が下流に向けて拡大されるので、上記短絡範囲より下流側で上記コイル１３と上記第二の導電部材１４のインダクタンスが減少する。上記磁界を形成するように上記コイル１３には誘導電流が発生するが、上記コイル１３のインダクタンスが減少するので、上記誘導電流が次第に増大する。
【００２８】
上記コンデンサ１６とインバータ１７はパルス電流を交流電流に変換して上記負荷（図示せず）に供給できる。
【００２９】
また、Ｘ線、電子ビーム、慣性核融合の発生装置を負荷とする場合には、上記コンデンサ１６及び上記インバータ１７を設けずにパルス電流をそのまま取り出し、上記発生装置にパルス電流を直接供給するようにしてもよい。
【００３０】
図１に示した第一実施形態は、図２（Ａ）のごとく変形が可能である。なお、図２（Ａ）において、図１装置と共通な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。また図２（Ｂ）は図２（Ａ）における第一の導電部材の断面を拡大して示すものである。
【００３１】
図２（Ａ）の形態は、第一の導電部材としてのコイル１３が、三つのコイル１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを一群として同一径で三重にして巻回されている点で特徴を有している。この三つのコイル１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、図２（Ｂ）に見られるごとく、絶縁材２１を介して三つの線群を帯状とした後にこれをコイル状に巻回して得られたものとなっている。その際、この三つのコイル１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃをそれぞれ分離している絶縁材の幅Ｘ１は、次のコイル群の巻回との間隔Ｘ２とほぼ同じとなっていることが好ましい。かかる三つのコイル１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃのそれぞれは、それらの下流側端部と第二の導電部材１４との間にコンデンサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ、そしてインバータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが接続されており、これらの三つのインバータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃから同時に電力を得ることができるようになっている。
【００３２】
図２装置で、爆轟流等により導電性流体が間欠的に流動するとき、その前面の衝撃波（伝播波）は、軸線１２に直角な面で進行する。したがってこの面は、瞬時には、螺旋をなす図１のごとくの一つのコイル１３に対しては周方向の一箇所でしか第二の導電部材１４と短絡させることができない。これは、周方向で不均一な短絡状態となり、また、瞬時に通過してしまう衝撃波による短絡にもとづく電流は小さな値となる。本実施形態では、三つのコイル１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが存在するので、上記瞬時にこれらが周方向に分布された三箇所で同時に短絡されるので、導電性流体の先端部での短絡が均一化そして取得電流が三倍となる。
【００３３】
次に、本発明の第二実施形態を図３にもとづき説明する。
【００３４】
この図３の形態は、図２装置に対して磁界形成手段として外コイルを用いない点に特徴がある。
【００３５】
本実施形態では、磁界形成手段は、上記第一の導電部材としてのコイル１３（１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ）と上記第二の導電部材１４のぞれぞれの上流側端部（図３にて左側端部）が、直流電源１９（１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ）を介して互いに接続されることにより構成される。
【００３６】
すなわち、第一の導電部材としてのコイル１３（１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ）、第二の導電部材１４、直流電源１９（１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ）、上記コンデンサ１６（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ）、インバータ１７（１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ）は並列な三つの閉回路を形成し、それぞれの閉回路内を流れる電流によって、発電流路１１に磁界を形成する磁界形成手段を構成している。すなわち、この閉回路では、上述の爆轟発生装置から上記発電流路１１へ導電性流体としての燃焼ガスが流動しない時には、上記直流電源１９が該閉回路に初期電流を生じさせて、上記コイル１３から上記発電流路１１に磁界が形成される。上記爆轟発生装置から上記発電流路１１へ燃焼ガスが流動する時には、図２装置の場合と同様に、上記発電流路１１を上流から下流へ向け進行する該燃焼ガスによってコイル１３
と第二の導電部材１４との間が短絡され、その短絡範囲は、導電性流体としての該燃焼ガスの下流端が上流から下流へ進行するので、上記コイル１３と上記第二の導電部材１４のそれぞれの上流側端部から下流側端部へ向け拡大される。このように上記短絡範囲が下流に向けて拡大されるので、上記短絡範囲より下流側で上記コイル１３と上記第二の導電部材１４のインダクタンスが減少する。上記磁界を形成するように上記コイル１３には誘導電流が発生するが、上記コイル１３のインダクタンスが減少するので、上記誘導電流が初期電流以上に増大する。この誘導電流の増大によりコイル１３の磁界が増大するため、誘導電流がさらに増大する。このような誘導電流はパルス電流として上記下流側端部で得られる。
【００３７】
また導電性流体の発生のために燃料と酸化剤とで燃焼させる爆轟発生装置を用いる場合、発電流路に爆轟燃焼ガスを導電性流体として流動させた後、燃焼排ガスを発電流路へ導入することにより発電流路内壁を冷却することができるので、耐火物を多用する必要がなく、設備費及び補修費が安価となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一実施形態装置を示す断面図である。
【図２】図１装置の変形例を示し、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）は第一の導電部材の拡大断面図である。
【図３】第二実施形態装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  発電装置
１１  発電流路
１３（１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ）  第一の導電部材
１４  第二の導電部材
１５  絶縁材
１８  外コイル
１９（１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ）  直流電源
【図１】
2005094828.tif 000003
【図２】
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【図３】
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