(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる複数の第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプはそれの周壁に軸方向に沿って延びる複数条の窪み部を有し、これら複数条の各窪み部内に前記複数の第２熱交換パイプを当該窪み部から突出しないよう抱き込んだ形態とし、これら複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと圧着固定して熱交換関係を持たせ、前記第１熱交換パイプは、水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈するとともに、前記窪み部同士が対向するように、当該第１熱交換パイプを螺旋状に巻回して全体形状として略円筒状に形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる２本の第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプは水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈し、当該第１熱交換パイプの周壁の上部及び下部にそれぞれ軸方向に沿って延びる２条の窪み部を有し、これら２条の各窪み部内に前記第２熱交換パイプを当該窪み部から突出しないように抱き込んだ形態とし、これら複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと圧着固定して熱交換関係を持たせるとともに、前記窪み部同士が対向するように、前記第１熱交換パイプを螺旋状に巻き回して全体形状として略円筒状に形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記第１熱交換パイプと複数の第２熱交換パイプは同材質金属が用いられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１熱交換パイプと複数の第２熱交換パイプは銅或いは銅合金が用いられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項５】
内部に湯水が流れる第１熱交換パイプと、内部に冷媒が流れる複数の第２熱交換パイプとからなる冷媒対水用熱交換器を備え、前記第１熱交換パイプはそれの周壁に軸方向に沿って延びる複数条の窪み部を有し、これら複数条の窪み部内に複数の前記第２熱交換パイプを当該窪み部から突出しないよう抱き込んだ形態とし、これら複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと圧着固定して熱交換関係を持たせ、前記第１熱交換パイプは、水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈するとともに、前記窪み部同士が対向するように、当該第１熱交換パイプを螺旋状に巻回して前記冷媒対水用熱交換器を全体形状として略円筒状に形成したことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項６】
内部に湯水が流れる第１熱交換パイプと、内部に冷媒が流れる２本の第２熱交換パイプとからなる冷媒対水用熱交換器を備え、前記第１熱交換パイプは水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈し、当該第１熱交換パイプの周壁の上部及び下部にそれぞれ軸方向に沿って延びる２条の窪み部を有し、これら２条の各窪み部内に前記第２熱交換パイプを当該窪み部から突出しないように抱き込んだ形態とし、かつ、これら複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと圧着固定して熱交換関係を持たせるとともに、前記窪み部同士が対向するように、前記第１熱交換パイプを螺旋状に巻き回して前記冷媒対水用熱交換器を全体形状として略円筒状に形成したことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項７】
前記第１熱交換パイプと複数の第２熱交換パイプは同材質金属が用いられていることを特徴とする請求項５または６に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項８】
前記第１熱交換パイプと複数の第２熱交換パイプは銅或いは銅合金が用いられていることを特徴とする請求項５または６に記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、冷媒対水用の熱交換器及び冷媒対水用の熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、この種のヒートポンプ式給湯機では、特開２００１−１１６３５７号公報に開示されているように、冷媒対水用の熱交換器を用いて、冷媒の熱と水とを熱交換することにより、水を加熱して給湯タンク等に貯溜可能としている。
【０００３】
ところで、従来の冷媒対水用の熱交換器１は、図７に示すように、給湯回路の水が流れる第１熱交換パイプ２と、圧縮機で圧縮された高温・高圧のガス冷媒が流れる冷媒循環回路の第２熱交換パイプ３とが接触して熱交換するように、交互に重ねて螺旋状に巻回されており、全体形状が概ね円筒状を呈するように構成されている。
【０００４】
前記熱交換器１は、それの下端側が、例えば、ヒートポンプ式給湯機の外装ケースの底板４上に載置され、上端側に被せた固定用蓋板５と外装ケースの底板４とをボルト・ナット等の固定具６を用いて外装ケース内に設置固定されてなるものである。
【０００５】
ところで、上述した従来の冷媒対水用の熱交換器１においては、第１及び第２熱交換パイプ２、３の接触面積を増加させるために、両熱交換パイプ２、３の縦断面形状を偏平楕円状に形成しているものの、両熱交換パイプ２、３は交互に重なった状態であるため、巻数を増やして熱交換率を高めようとすると、熱交換器１の高さが高くなり大型化してしまう問題があった。
【０００６】
また、内部に水が流れる第１熱交換パイプ２は、流れる水が飲用される場合も多々ある関係上、殺菌作用を有する銅や銅合金で作られ、一方、冷媒が流れる第２熱交換パイプ３は、一般にはアルミニウムやアルミニウム合金で作られている。このように、互いに接触する第１熱交換パイプ２と第２熱交換パイプ３とが異種金属であると、それが原因で電食を引き起こすため、アルミニウムやアルミニウム合金で作られ熱交換パイプには塗装やアルマイト処理等による表面処理を施して電蝕を防ぐ必要があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、コンパクトで、かつ、熱交換効率の高い熱交換器を提供できるようにすることと、効率の良いヒートポンプ運転が行えるヒートポンプ式給湯機を提供できるようにすることを主目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の熱交換器に係る発明は、内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる複数の第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプはそれの周壁に軸方向に沿って延びる複数条の窪み部を有し、これら複数条の各窪み部内に前記複数の第２熱交換パイプを当該窪み部から突出しないよう抱き込んだ形態とし、これら複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと圧着固定して熱交換関係を持たせ、前記第１熱交換パイプは、水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈するとともに、前記窪み部同士が対向するように、当該第１熱交換パイプを螺旋状に巻回して全体形状として略円筒状に形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の熱交換器に係る発明は、内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる２本の第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプは水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈し、当該第１熱交換パイプの周壁の上部及び下部にそれぞれ軸方向に沿って延びる２条の窪み部を有し、これら２条の各窪み部内に前記第２熱交換パイプを当該窪み部から突出しないように抱き込んだ形態とし、これら複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと圧着固定して熱交換関係を持たせるとともに、前記窪み部同士が対向するように、前記第１熱交換パイプを螺旋状に巻き回して全体形状として略円筒状に形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱交換器において、前記第１熱交換パイプと複数の第２熱交換パイプは同材質金属が用いられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱交換器において前記第１熱交換パイプと複数の第２熱交換パイプは銅或いは銅合金が用いられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載のヒートポンプ式給湯機に係る発明は、内部に湯水が流れる第１熱交換パイプと、内部に冷媒が流れる複数の第２熱交換パイプとからなる冷媒対水用熱交換器を備え、前記第１熱交換パイプはそれの周壁に軸方向に沿って延びる複数条の窪み部を有し、これら複数条の窪み部内に複数の前記第２熱交換パイプを当該窪み部から突出しないよう抱き込んだ形態とし、これら複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと圧着固定して熱交換関係を持たせ、前記第１熱交換パイプは、水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈するとともに、前記窪み部同士が対向するように、当該第１熱交換パイプを螺旋状に巻回して前記冷媒対水用熱交換器を全体形状として略円筒状に形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載のヒートポンプ式給湯機に係る発明は、内部に湯水が流れる第１熱交換パイプと、内部に冷媒が流れる２本の第２熱交換パイプとからなる冷媒対水用熱交換器を備え、前記第１熱交換パイプは水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈し、当該第１熱交換パイプの周壁の上部及び下部にそれぞれ軸方向に沿って延びる２条の窪み部を有し、これら２条の各窪み部内に前記第２熱交換パイプを当該窪み部から突出しないように抱き込んだ形態とし、かつ、これら複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと圧着固定して熱交換関係を持たせるとともに、前記窪み部同士が対向するように、前記第１熱交換パイプを螺旋状に巻き回して前記冷媒対水用熱交換器を全体形状として略円筒状に形成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記第１熱交換パイプと複数の第２熱交換パイプは同材質金属が用いられている構成である。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項５または６に記載のヒートポンプ式給湯機において前記第１熱交換パイプと複数の第２熱交換パイプは銅或いは銅合金が用いられている構成である。
【００１８】
【発明の実施形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１乃至図５を参照して説明する。まず、図１は本発明に係る熱交換器の一実施形態を備えたヒートポンプ式給湯機の全体概略構成図、図２は冷媒循環回路及び給湯回路を示す概略図である。
【００１９】
図１及び図２において、ヒートポンプ式給湯機１０は、圧縮機１１、冷媒対水用熱交換器１２、減圧装置１３、蒸発器１４からなる冷媒循環回路Ａと、貯湯タンク１５、循環ポンプ１６、前記冷媒対水用熱交換器１２を接続した給湯回路Ｂからなり、前記圧縮機１１、冷媒対水用熱交換器１２、減圧装置１３、蒸発器１４、貯湯タンク１５及び循環ポンプ１６等は外装ケース１７内に収容されている。
【００２０】
前記外装ケース１７は、上室１７Ａと下室１７Ｂとに仕切り壁１８にて仕切られており、前記上室１７Ａ内には圧縮機１１、蒸発器１４及び、この蒸発器１４に送風する送風機１９等が配置され、一方、前記下室１７Ｂ内には冷媒対水用熱交換器１２、貯湯タンク１５、循環ポンプ１６等が配置されている。
【００２１】
２０は外装ケース１７の底板としての架台であり、この架台２０上に冷媒対水用熱交換器１２と循環ポンプ１６が載置固定され、貯湯タンク１５が支持脚１５Ａを介して載置固定されている。
【００２２】
上記したヒートポンプ式給湯機１０では、前記圧縮機１１より吐出された高温・高圧のＣＯ2 冷媒等の過熱ガス冷媒は、前記冷媒対水用熱交換器１２に流入し、ここで前記循環ポンプ１６から送られてきた水を加熱する。そして、凝縮液化した冷媒は、前記減圧装置１３で減圧され、前記蒸発器１４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１１へ戻る。一方、前記冷媒対水用熱交換器１２で加熱された湯は、前記貯湯タンク１５の上部に流入し、この貯湯タンク１５で貯湯され、この貯湯タンク１５に貯湯された湯は必要に応じて利用部へ供給される。
【００２３】
次に、前記した冷媒対水用熱交換器（熱交換器）１２を、図３乃至図５に基づいて詳述する。図３は冷媒対水用熱交換器の縦断面構成図、図４は互いに一体化された状態の第１熱交換パイプと第２熱交換パイプの側面図、図５は偏平楕円状に加工された状態の第１熱交換バイプの要部縦断面拡大図である。
【００２４】
図３において、前記冷媒対水用熱交換器１２は、内部に前記循環ポンプ１６から送られた水（被熱交換液）が流れる１本の第１熱交換パイプ１２Ａと、並列に分岐されて内部に過熱ガス冷媒（熱媒体）が流れる２本の第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂとが、熱交換関係に設けられている。即ち、前記第１熱交換パイプ１２Ａは、それの周壁の対称位置に軸方向に沿って延びる２条の窪み部２２Ａ、２２Ｂがそれぞれ連続的に形成され、これら各窪み部２２Ａ、２２Ｂ内に、前記各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂが第１熱交換パイプ１２Ａと熱交換関係に圧着固定されている。
【００２５】
ここで、前記第１熱交換パイプ１２Ａは、例えば厚さが約１ｍｍで外径が約２０ｍｍの銅パイプを素材とたものであり、前記各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂは、前記第１熱交換パイプ１２Ａと同質材料である例えば厚さが約０.６ｍｍで外径が約５ｍｍの銅パイプを素材としたものである。
【００２６】
この第１熱交換パイプ１２Ａに対して、各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂを抱き込み一体化させる加工方法としては、引き抜き加工が用いられる。即ち、第１熱交換パイプ１２Ａを構成する銅パイプを引き抜き加工機に挿入すると、この銅パイプの周壁に軸方向に連続して２条の窪み部２２Ａ、２２Ｂが形成され、これら２条の窪み部２２Ａ、２２Ｂ内に、第２熱交換パイプ１２Ｂとしての２本の銅パイプがそれぞれ介挿入された後、第１熱交換パイプ１２Ａを構成する銅パイプが径方向に加圧される。こうして、第１熱交換パイプ１２Ａの２条の窪み部２２Ａ、２２Ｂ内に、それぞれ各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂが圧着された状態となって介在する。
【００２７】
上述のように引き抜き加工されて、各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂを抱き込んだ状態の第１熱交換パイプ１２Ａは、図４に示すように、両端部が縮径されるとともに、図５に示すように、両端部を除く略全長に亙って、断面形状が水平方向よりも垂直方向の寸法の短かい偏平楕円状となるように変形させた後、図３に示すように、螺旋状に巻回され、全体形状として概ね円筒状に形成される。
【００２８】
こうして、概ね円筒状に形成された冷媒対水用熱交換器１２は、図３に示すように、外装ケース１７の架台２０上に載置されると共に上端に固定用蓋板２３が被せられて、この固定用蓋板２３と架台２０とがボルト・ナット等の締着具２４によって締着されることで、架台２０上に載置固定される。２５は冷媒対水用熱交換器１２の外周を覆う断熱材である。
【００２９】
上述のように構成された冷媒対水用熱交換器１２は、過熱ガス冷媒（熱媒体）が流れる各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂを、水（被熱交換液）が流れる第１熱交換パイプ１２Ａに抱き込んだ形態として、第１熱交換パイプ１２Ａを螺旋状に巻回することにより、その形状が概ね円筒状に形成されるものであるから、両熱交換パイプを交互に重ねて螺旋状に巻回した従来構成品に比べてコンパクト化が図れるばかりでなく、第１熱交換パイプ１２Ａと各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂとは、両者間に隙間が生じることなく、各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂが第１熱交換パイプ１２Ａに抱き込まれる形態で、直接接触し、しかも、並列に分岐されて２本となった各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂの熱が、第１熱交換パイプ１２Ａ内を流れる水にほとんど無駄なく熱交換され、水が約９０℃に加熱され、熱交換効率が向上する。
【００３０】
また、前記両熱交換パイプ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｂは、それぞれ同材質金属としての銅パイプが用いられているから、互いに接触する第１熱交換パイプ１２Ａと各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂとの間で電食が発生する心配がなく、電食が原因での腐食や穴明き等を防止できる。
【００３１】
また、上記構成の冷媒対水用熱交換器１２を備えたヒートポンプ式給湯機１０では、冷媒対水用熱交換器１２のコンパクト化が図れることから、外装ケース１７内を効率良く活用できるともに、水と冷媒との熱交換効率を向上でき、効率の良いヒートポンプ運転が行える。
【００３２】
上述の一実施形態では、過熱ガス冷媒が流れる各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂを、水が流れる第１熱交換パイプ１２Ａ内の上下部側略中央部分に位置するように第１熱交換パイプ１２Ａに抱き込まれた形態としているが、過熱ガス冷媒が流れる２本の第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂのそれぞれを、水が流れる第１熱交換パイプ１２Ａ内の内方側寄りに位置するように第１熱交換パイプ１２Ａに抱き込まれた形態としても良い。
【００３３】
尚、本実施形態では、第１熱交換パイプ１２Ａと各第２熱交換パイプ１２Ｂ、１２Ｂに銅パイプを用いて説明したが、両熱交換パイプ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｂは銅合金パイプであっても良く、また、ステンレスパイプであっても良い。
【００３４】
更に、以上本発明の実施形態について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る熱交換器は、内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる複数の第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプはそれの周壁に軸方向に沿って延びる複数条の窪み部を有し、これら複数条の各窪み部内に前記複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと熱交換関係に圧着固定されていることを特徴とするものであるから、熱交換器のコンパクト化が図れるばかりでなく、熱媒体が流れる複数の第２熱交換パイプの熱が第１熱交換パイプ内を流れる水等の被熱交換熱液に無駄なく熱交換され、熱交換効率が向上しコンパクトで、かつ、熱交換性能の高い熱交換器となせる。
【００３６】
また、本発明に係る熱交換器は、内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる複数の第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプはそれの周壁に軸方向に沿って延びる複数条の窪み部を有し、これら複数条の各窪み部内に前記複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと熱交換関係に圧着固定されており、かつ、前記第１熱交換パイプは水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈していることを特徴とするものであるから、上述の効果に加えて、一層、コンパクトで、かつ、熱交換効率の高い熱交換器となせる。
【００３７】
また、本発明に係る熱交換器は、内部に被熱交換液が流れる第１熱交換パイプと、内部に熱媒体が流れる複数の第２熱交換パイプとを備え、前記第１熱交換パイプはそれの周壁に軸方向に沿って延びる複数条の窪み部を有し、これら複数条の各窪み部内に前記複数の第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと熱 交換関係に圧着固定されており、かつ、前記第１熱交換パイプは水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈するとともに、螺旋状に巻回された構成であることを特徴とするものであるから、上述の効果に加えて、設置部上に安定的に固定することが可能となる。
【００３８】
また、本発明に係るヒートポンプ式給湯機は、内部に湯水が流れる第１熱交換パイプと、内部に冷媒が流れる複数の第２熱交換パイプとからなる冷媒対水用熱交換器を備え、前記第１熱交換パイプはそれの周壁に軸方向に沿って延びる複数条の窪み部を有し、これら複数条の窪み部内に複数の前記第２熱交換パイプの それぞれが第１熱交換パイプと熱交換関係に圧着固定されていることを特徴とするものであるから、冷媒対水用の熱交換器のコンパクト化が図れるとともに、水と冷媒との熱交換効率を向上でき、効率の良いヒートポンプ運転が行えるものである。
【００３９】
また、本発明に係るヒートポンプ式給湯機は、内部に湯水が流れる第１熱交換パイプと、内部に冷媒が流れる複数の第２熱交換パイプとからなる冷媒対水用熱交換器を備え、前記第１熱交換パイプはそれの周壁に軸方向に沿って延びる複数条の窪み部を有し、これら複数条の窪み部内に複数の前記第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと熱交換関係に圧着固定されており、かつ、前記第１熱交換パイプは水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈していることを特徴とするものであるから、上述の効果に加えて、一層、コンパクトで、かつ、熱交換効率の高い熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯機を提供できる。
【００４０】
また、本発明に係るヒートポンプ式給湯機は、内部に湯水が流れる第１熱交換パイプと、内部に冷媒が流れる複数の第２熱交換パイプとからなる冷媒対水用熱交換器を備え、前記第１熱交換パイプはそれの周壁に軸方向に沿って延びる複数条の窪み部を有し、これら複数条の窪み部内に複数の前記第２熱交換パイプのそれぞれが第１熱交換パイプと熱交換関係に圧着固定されており、かつ、前記第１熱交換パイプは水平方向よりも垂直方向の寸法が短かい非円形の断面形状を呈するとともに、螺旋状に巻回された構成であることを特徴とするものであるから、上述の効果に加えて、冷媒対水用熱交換器を設置部上に安定的に固定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱交換器の一実施形態を備えたヒートポンプ式給湯機の全体概略構成図である。
【図２】本発明に係るヒートポンプ式給湯機の冷媒循環回路及び給湯回路を示す概略図である。
【図３】本発明に係る熱交換器の一実施形態を示す冷媒対水用熱交換器の縦断面図である。
【図４】本発明に係る一体化された状態の第１熱交換バイプと第２熱交換パイプの側面図である。
【図５】偏平楕円状に加工された状態の第１熱交換バイプの要部縦断面拡大図である。
【図６】従来例を示す冷媒対水用熱交換器の縦断面図である。
【符号の説明】
１０      ヒートポンプ式給湯機
１１      圧縮機
１２      冷媒対水用熱交換器（熱交換器）
１２Ａ    第１熱交換パイプ
１２Ｂ    第２熱交換パイプ
１３      減圧装置
１４      蒸発器
１５      貯湯タンク
１６      循環ポンプ
１７      外装ケース
２２Ａ    第１熱交換パイプの窪み部
２２Ｂ    第１熱交換パイプの窪み部
【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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