(57)【要約】【課題】  運転を停止することなく、伝熱管を形成する二重螺旋管の内管の内側を、ボールを用いて効率よく洗浄できる、多重配置型二重管式熱交換器を提供する。【解決手段】  温水が通過し、温水中の付着物が付着する内側螺旋管が、外側螺旋管の螺旋内径内に所定の間隙をもって配置されて少なくとも螺旋二重伝熱管が構成され、前記内側螺旋管に伝熱管内面を洗浄する弾性ボールを投入するボール投入装置が接続された多重配置型二重管式熱交換器である。  前記内側螺旋管は、前記外側螺旋管に対して高さ方向に段違いで高く配置され、かつ巻き回しの両端部のそれぞれが接線状に引き出された構造の接線状引き出し部を備える。【選択図】  図２
2007064543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水が通過し、温水中の付着物が付着する内側螺旋管が、外側螺旋管の螺旋内径内に所定の間隙をもって配置されて少なくとも螺旋二重伝熱管が構成され、前記内側螺旋管に伝熱管内面を洗浄する弾性ボールが投入された多重配置型二重管式熱交換器において、
前記内側螺旋管は、その巻き回しの両端部に、該両端部の横方向に形成された前記外側螺旋管の巻き回し部の非存在部からそれぞれ接線状に引き出された構造の接線状引き出し部を備えること
を特徴とする多重配置型二重管式熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、前記内側螺旋管は、前記外側螺旋管に対して高さ方向に高くして段違いに配置され、以って前記外側螺旋管の巻き回し部の非存在部が形成されることを特徴とする多重配置型二重管式熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２において、前記内側螺旋管は、少なくとも螺旋二重内側螺旋管構造とされ、それぞれの前記接線状引き出し部にはそれぞれ上側ボール係留装置および下側ボール係留装置が接続され、これらのボール係留装置間に配設されたそれぞれの前記内側螺旋管の伝熱管内面を洗浄する前記弾性ボールの流路は各独立に形成されることを特徴とする多重配置型二重管式熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、前記上側ボール係留装置および下側ボール係留装置のいずれかまたは双方は、前記内側螺旋管および外側螺旋管にそれぞれ連結する第一のフランジ管と、温水取り込み用の第二のフランジ管と、ボール係留室と、観察窓と、および前記第二のフランジ管への前記弾性ボールの移動を係止するストッパによって構成されることを特徴とする多重配置型二重管式熱交換器。
【請求項５】
請求項３において、前記上側ボール係留装置および下側ボール係留装置のいずれかまたは双方は、前記弾性ボールの投入および排出するバルブを備えることを特徴とする多重配置型二重管式熱交換器。
【請求項６】
請求項３から５のいずれに記載の多重配置型二重管式熱交換器を備え、前記温水の流れを切り換える二つの三方弁を備え、一方の三方弁と前記上側ボール係留装置と、他方の三方弁と前記下側ボール係留装置とを結ぶ配管を備えたことを特徴とする加熱給湯器。
【請求項７】
請求項６において、複数の多重配置型二重管式熱変換器が並置され、それぞれの前記接線状引き出し部は同じ方向に揃えられ、各上側ボール係留装置および下側ボール係留装置に共通された温水ヘッダが設けられたことを特徴とする加熱給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に係わり、とくに温泉設備において浴室排水（以下温排水という）若しくは源泉水から熱交換により冷水を加熱する設備に好適な、多重配置型二重管式熱交換器およびこれを備えた加熱給湯器に関する。
【背景技術】
【０００２】
温泉設備においては、温排水をそのまま捨てないで熱交換器を介して冷水を加熱し、これをボイラーでさらに適温まで加熱するシステムが採用され、温排水の持っている熱エネルギーを有効利用することが行われており、そのための設備として二重管式の熱交換器が考えられる。
【０００３】
二重管式の熱交換器としては、例えばヒートポンプを用いて温水を生成する給湯器に適用されている例として、特開２００５−３２０９号に示される二重管式の熱交換器が提案されている。
【０００４】
この熱交換器は、第一の流体が流れる第一流路と、第二の流体が流れる第二流路とを内包する第一及び第二の伝熱管を備え、これらはともに螺旋状に巻回された構成とし、かつ第二の伝熱管は、巻回された第一の伝熱管の内側に二重配置された構成である。螺旋状に巻回した伝熱管の内側に形成される空間を有効に活用し、熱交換器の実装密度を高めてコンパクトで機器への収納性に優れた熱交換器を構成するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した熱交換器は、ヒートポンプを用いて温水を生成する給湯器に適用するため製造されたことにより、熱交換の距離を稼ぐため、内管と外管とで形成された二重螺旋管を上部で連結する構造を採用する。この構造のものを温泉設備における加熱給湯器に採用するには、連結部の曲率が小さく、目詰まりが生じやすくなってしまうため、温排水を通水する内管の内側に洗浄用ボールを通過させて洗浄することが不可能である。このため洗浄するには、運転を停止して前記連結用の管を外し、ボールを投入して強制通水するか、ボールを使用せず洗浄用薬品を流す等が必要がある。しかしながらこれらの洗浄方法ではわずらわしく、また薬品を使用する場合には環境汚染の懸念がある。
【０００７】
本発明は前記問題に鑑みなされたもので、運転を停止することなく二重螺旋管の内管の伝熱管内面を、弾性ボールを用いて装置の運転を止めることなく効率よく洗浄できる、多重配置型二重管式熱交換器およびこれを備えた加熱給湯器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記問題に鑑みなされたもので、運転を停止することなく二重螺旋管の内管の伝熱管内面を、弾性ボールを用いて装置の運転を止めることなく効率よく洗浄できる、多重配置型二重管式熱交換器およびこれを備えた加熱給湯器を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、温水が通過し、温水中の付着物が付着する内側螺旋管が、外側螺旋管の螺旋内径内に所定の間隙をもって配置されて少なくとも螺旋二重伝熱管が構成され、前記内側螺旋管に伝熱管内面を洗浄する弾性ボールが投入された多重配置型二重管式熱交換器において、
前記内側螺旋管は、その巻き回しの両端部に、該両端部の横方向に形成された前記外側螺旋管の巻き回し部の非存在部からそれぞれ接線状に引き出された構造の接線状引き出し部を備えること
を特徴とする多重配置型二重管式熱交換器を提供する。
【００１０】
本発明は、上述のものにおいて前記内側螺旋管は、前記外側螺旋管に対して高さ方向に高くして段違いに配置され、以って前記外側螺旋管の巻き回し部の非存在部が形成されることを特徴とする多重配置型二重管式熱交換器を提供する。
【００１１】
本発明は、上述のものにおいて、前記内側螺旋管は、少なくとも螺旋二重内側螺旋管構造とされ、それぞれの前記接線状引き出し部にはそれぞれ上側ボール係留装置および下側ボール係留装置が接続され、これらのボール係留装置間に配設されたそれぞれの前記内側螺旋管の伝熱管内面を洗浄する前記弾性ボールの流路は各独立に形成されることを特徴とする多重配置型二重管式熱交換器を提供する。
【００１２】
本発明は、上述のものにおいて、前記上側ボール係留装置および下側ボール係留装置のいずれかまたは双方は、前記内側螺旋管および外側螺旋管にそれぞれ連結する第一のフランジ管と、温水取り込み用の第二のフランジ管と、ボール係留室と、観察窓と、および前記第二のフランジ管への前記弾性ボールの移動を係止するストッパによって構成されることを特徴とする多重配置型二重管式熱交換器を提供する。
【００１３】
本発明は、上述のものにおいて、前記上側ボール係留装置および下側ボール係留装置のいずれかまたは双方は、前記弾性ボールの投入および排出するバルブを備えることを特徴とする多重配置型二重管式熱交換器を提供する。
【００１４】
本発明は、上述した多重配置型二重管式熱交換器を備え、前記温水の流れを切り換える二つの三方弁を備え、一方の三方弁と前記上側ボール係留装置と、他方の三方弁と前記下側ボール係留装置とを結ぶ配管を備えたことを特徴とする加熱給湯器を提供する。
【００１５】
本発明はさらに、複数の多重配置型二重管式熱変換器が並置され、それぞれの前記接線状引き出し部は同じ方向に揃えられ、各上側ボール係留装置および下側ボール係留装置に共通された温水ヘッダが設けられたことを特徴とする加熱給湯器を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、洗浄用ボールが目詰まりすることなく通過しやすく、ボール係留装置間の上端、下端螺旋管内にボールを一定時間毎に往復通過させるので、運転を停止することなく効率よく洗浄を行うことができる。
【００１７】
また、ボール係留装置に透明カバーを設置すると、ボールの劣化や汚れ具合を外部から観察できるので、新品ボールへの交換を適切に行うことができる効果がある。さらには、前記ボール係留装置にバルブを設置すると、このバルブのレバーを回転することにより、汚れたボールを効率よく排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
内側螺旋管である内管が外側螺旋管である外管の螺旋内径内に所定の間隙をもって挿入された伝熱管を形成する螺旋二重伝熱管である二重管が、複数の螺旋状にそれぞれ独立して高さ方向に段違いで多重配置され、複数の前記二重管それぞれの巻き回し下端、及び巻き回し上端それぞれが、高さ方向に段違いで前記螺旋の巻き回しの接線方向に引き出されるとともに、前記下端及び前記上端にそれぞれボール係留装置が設置され、洗浄用ボールを投入した前記内管に温排水が通過できるとともに、前記外管に、もしくは前記間隙または双方に冷水が通過できるようにし、前記温排水を前記巻き回し下端、及び前記巻き回し上端から交互に所定の周期で前記内管に流入させ、前記上下端のボール係留装置間で前記ボールが停滞なく往復移動できるようにしたことを特徴とする、多重配置型二重管式熱交換器により前記課題を解決できる。
【００１９】
前記ボール係留装置における第一の実施例は、前記内管に連結するための第一のフランジ管と、温排水取り込み用の第二のフランジ管と、ボール係留室と、観察窓と、ストッパとを備え、このストッパで前記ボールは前記第一のフランジ管側に移動できるが、前記第二のフランジ管側への移動を係止するとともに、前記観察窓を透明な部材で形成したことを特徴とする、多重配置型二重管式熱交換器により前記課題を解決できる。
【００２０】
前記ボール係留装置における第二の実施例は、前記内管に連結するための第一のフランジ管と、温排水取り込み用の第二のフランジ管と、ボール係留室と、バルブと、ストッパとを備え、このストッパで前記ボールは前記第一のフランジ管側には移動できるが、前記第二のフランジ管側への移動を係止するとともに、前記バルブで前記温排水及び前記ボールを排出可能にしたことを特徴とする、多重配置型二重管式熱交換器により前記課題を解決できる。
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１から図９は、本発明に係わる多重配置型二重管式熱交換器の一実施例を示すものである。
【００２３】
図１は本発明の実施例による多重配置型二重管式熱交換器の平面図、図２はその側面図である。
１は外側螺旋管で、その内側に中間螺旋管２を、さらにその内側に内側螺旋管３を配置しており、これらの螺旋管は内管と外管とを一体化した伝熱管を形成する二重管、すなわち外管の内径空間に適当な間隙を持たせて内管を挿入したものである。このため、内管に温排水を流し、内管外径面と外管内径面との間に形成された間隙に冷水を流すことにより、両者間で熱交換が行われ、冷水が加熱されることになる。中間螺旋管２は、内側螺旋管３と同一の機能を有し、内側螺旋管として扱うことができる。この場合には、複数の内側螺旋管が外側螺旋管１の螺旋内径内に配設されたことになる。外側螺旋管のみに冷水を流すことが可能である。また、内管外径面と外管内径面との間に形成された間隙のみに冷水を流すことが可能であり、この場合には外側螺旋管１に温排水が流れる構成とされる。
【００２４】
本実施例の場合、温泉設備を対象として説明しているので、温排水としているが、他の設備にも適用できるので、温排水を含めて温水として説明するが、いずれにしても内側螺旋管２の伝熱管内面には温水中の付着分が付着することになる。外側螺旋管１に温排水を流す場合には外側螺旋管１の伝熱管内面には温水中の付着分が付着することになる。
【００２５】
内側および外側の巻き回し下端に連結管４ａ、４ｂ、４ｃとからなる連結管群４が、巻き回し上端には同様の連結管群４０がそれぞれ設置され、外側螺旋管１には連結管４ａ、４０ａが、中間螺旋管２には連結管４ｂ、４０ｂが、内側螺旋管３には連結管４ｃ、４０ｃが、それぞれ接続されている。これらの連結管は内側および外側螺旋管と同様に二重管となっている。これらの連結管４，４０と引き出し管５（５ａ，５ｂ，５ｃ）によって接線状引き出し部５０が構成される。図１に示すように、連結管４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）によって引き出し部６０が形成される場合もある。
【００２６】
多重配置した螺旋状の二重管は直列には連結せず、それぞれ独立構造の多重配置型二重管式熱交換器１００を構成しており、前記連結管群４、４０の内管には、後述する洗浄用ボールを係留するボール係留装置がそれぞれ上下端に接続される。
【００２７】
外側螺旋管１、中間螺旋管２、内側螺旋管３の高さが同じである場合は、それぞれの温排水入口側、出口側の部分を外に引き出すためには、螺旋の部分から直角に上方または下方に曲げなければならないが、このような小さな曲率で管を急激に曲げると、洗浄用ボールが無理なく通過できず、目詰まりが生じやすくなってしまう問題がある。
【００２８】
これを避けるため本実施例では、多重配置した二重管の外側螺旋管１、中間螺旋管２、内側螺旋管３それぞれの高さを内側のものほど高くした段違いに設置するとともに、それぞれの入口側または出口側となる下端及び上端の部分を螺旋の巻き回しの接線方向に引き出したことを特徴としている。接続方向と言っても幾何学的な接線には限定されず、緩慢な曲線状であっても洗浄用ボールは無理なく通過するので、ここでは接線状に引き出すと表現する。
【００２９】
そして、その引き出し角度は、外側螺旋管１の１巻き分以上曲げないことが肝要である。そして、本実施例では上述のように段違い構造としているが、内側螺旋管は、その巻き回しの両端部に該両端部の横方向（高さ方向に対して横方向）に形成された外側螺旋管の巻き回し部が存在しないようにした、すなわち非存在部からそれぞれ接線状に引き出す構造の接線引き出し部を備えるようにして形成してよい。
【００３０】
実施例では螺旋二重管を３組配置したが、これに限定することなく４組としてもよいし、また２組でもよい。
以上の構成によって上述した問題が解決される。
【００３１】
図３は本実施例で採用するボール係留装置６，６０の側面断面図、図４はその平面断面図である。
６１はボディで、その両側に管孔６２ｂを有するフランジ管６２ａが、管孔６３ｂを有するフランジ管６３ａが、それぞれ溶接Ｙ１で気密的に接合されている。下端は溶接Ｙ２でカバー６５が同様に気密的に接合され、中央部にボールＢが係留されるボール係留室６０ａを形成している。上部円筒部には雌ネジ孔Ｍｎが螺設してあり、これに螺合してボールＢの汚れ状況観察窓を設置したり、汚れたボールを交換するためのバルブを設置したりすることができ、これらの設置例については後述する。
【００３２】
６４はボールＢを係止するためのストッパで、管孔６２ｂ側から流入したボールＢが管孔６３ｂ側に移動しないように設けたものである。ボールＢは内部に気泡を有した合成樹脂製の変形しやすい、いわゆるスポンジボール（弾性ボール）で、その外径は温排水が流れる内管の内径よりやや大きめの寸法とし、温排水と一緒に内管を通過させて内管の内壁に付着した付着物である汚れを掻き集める作用をなすものである。
【００３３】
図５は、ボール洗浄の原理を説明する図である。
多重に形成された内側螺旋管および外側螺旋管１、２、３それぞれにボールＢを１個ずつ投入しておく。内側螺旋管に流入する温排水の流入方向を所定の周期で交互に変えることにより、下側ボール係留装置６と上側ボール係留装置６０との間で、内側螺旋管をボールＢが往復移動するため、内側螺旋管の内壁に付着した汚れが掻き集められながら、温排水と一緒に下流へ移動する。外側螺旋管に清浄な冷水が流過する場合には、外側螺旋管へのボール器の投入を行わないことがある。
【００３４】
内側螺旋管を、少なくとも螺旋二重内側螺旋管構造とすると、それぞれの接線引き出し部にはそれぞれ上側ボール係留装置６０および下側ボール係留装置６が接続され、これらのボール係留装置間に形成されたボールＢの流路は各独立に形成される。
【００３５】
図６は、ボールの汚れ状況観察窓をボール係留装置に設置した実施例である。
６６は透明な材料、好ましくはアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂で製作した窓であるが、この材料に限定するものではなく、別の材料でもよい。また、本体を金属で製作し、窓のみを透明樹脂やガラスで製作した構造でもよい。下側の細径部に雄ネジを形成し、雌ネジ孔Ｍｎに螺合している。６７は弾性を有するパッキンで、ボディ６１の上端面と窓６６の段付き部との間に嵌挿し、ボール係留室６０ａを気密的に保持する。
【００３６】
なお窓６６の上下面を凸形状とすれば、凸レンズが形成されるので、ボールＢの汚れ状態を拡大して観察できる利点がある。
【００３７】
図７は、バルブ６８をボール係留装置６（６０）に設置した実施例である。このボール係留装置６（６０）はボール投入装置およびボール排出装置としての機能を持つ。
【００３８】
６７は弾性を有するパッキンで、バルブボディ６９の段付き部とボディ６１の上端面との間に嵌挿し、室６０ａを気密的に保持する。バルブボディ６９の中心には、段付き部を有した縦孔６９ａを、その大きい径側の内壁には横孔６９ｂをそれぞれ形成し、ボールＢが通過可能な寸法に設定している。
【００３９】
７０は、上部が閉じられて下方が開口したバルブシリンダで、その側壁に横孔７０ａを設けるとともに、外径部には溝を設けてＯリング７１を嵌挿し、縦孔６９ａに気密的に嵌合している。横孔７０ａはボールＢが無理なく通過できるよう、ボールＢよりやや大きめの寸法に設定している。バルブシリンダ７０の上部には、バルブボディ６９の上側内径部に設けた溝に、一般にＣリングと呼ばれる係止板７４を嵌挿し、バルブシリンダ７０が外側に抜け出ないようにするとともに、レバー７２をネジ７３で固定し、バルブシリンダ７０が手動で回動可能なバルブ６８を構成している。
【００４０】
通常は図の位置にあり、バルブ６８は閉の状態になっているが、レバー７２を所定角度回転させると、縦孔６９ａに嵌合しているバルブシリンダ７０も同角度分回転し、横孔７０ａは横孔６９ｂと同じ位置に一致し、すなわち開の状態となる。したがってバルブボディ６９の横孔６９ｂから温排水とともに、ボールＢを排出することができる。なお、バルブ６８は本実施例に限定するものではなく、任意の構造が採用できることは勿論である。
【００４１】
図８は本実施例の多重配置型二重管式熱交換器１００を設置した、温排水による加熱給湯器２００の平面図、図９はその側面図である。
【００４２】
７ａは脚７ｄが接合された下側フレーム、７ｂは側板、７ｃは上板であり、多重配置型二重管式熱交換器１００が下側フレーム７ａ上に固定、載置されている。下側連結管群４の内側螺旋管に下側ボール係留装置６が、上側連結管群４０の内側螺旋管には上側ボール係留装置６０が、それぞれ接続されている。
【００４３】
また、下側連結管群４の外側螺旋管にはフランジ管９ａが、上側連結管群４０の外側螺旋管にはフランジ管９ｂがそれぞれ接続され、フランジ管９ａから取り込まれた冷水は多重配置型二重管式熱交換器１００の外側螺旋管を通過し、熱交換して暖められフランジ管９ｂから送出される。これらのフランジ管内に流れる冷水は、バルブ８０によってその通水と止水を制御する。
【００４４】
温排水はフランジ管９ｄから流れ込み、三方弁１０ｂを介して温排水ヘッダ１１ｂから上側ボール係留装置６０を経由し、多重配置型二重管式熱交換器１００の内側螺旋管を通過する。通過後は下側ボール係留装置６、温排水ヘッダ（温水ヘッダ）１１ａ、三方弁１０ａを経由し、配管１２を介して排出用フランジ管９ｃへと導かれる。
【００４５】
所定時間経過後、三方弁を切り替え制御することにより、フランジ管９ｄから流れ込む温排水は、三方弁１０ａ、温排水ヘッダ１１ａ側から入り、下側ボール係留装置６を介して多重配置型二重管式熱交換器１００の内側螺旋管を通過し、上側ボール係留装置６０を経由して温排水ヘッダ１１ｂから、三方弁１０ｂ、フランジ管９ｃへと排出される。
【００４６】
したがって温排水の流れ方向を切り替え制御することにより、すでに述べたように洗浄用ボールＢが多重配置型二重管式熱交換器１００の内側螺旋管を停滞なく往復移動することになり、伝熱管の側壁を自動的に洗浄することができる。
【００４７】
８は制御盤で、制御回路、各種のスイッチ類、計器類、表示灯等を備えており、温排水による加熱給湯器の作動開始と停止、前記した三方弁１０ａ、１０ｂの切り替え制御、制御状態の表示等を行う。
【実施例２】
【００４８】
図１０は本発明の他の実施例である。多重配置型二重管式熱交換器１００を多数配置した加熱給湯器２００の平面図である。
【００４９】
実施例１と同一の構成については、同一の番号を付し、説明は実施例１の説明を援用する。
温排水及び冷水の水量に合わせ、多重配置型二重管式熱交換器１００を増やすこと（図では３個）で、幅広い温泉設備に各々最適な多重配置型二重管式熱交換器を設置した加熱給湯器を提供することができる。また、螺旋状の巻き回しの接線方向に引き出された部分をそれぞれのユニットで同じ方向に揃えることで、温排水のフランジ９ｃ、９ｄから三方弁１０ａ、１０ｂ及び温排水ヘッダ１１ａ、１１ｂを共通化して装置機構の簡略化を図ったことを特長としている。
【実施例３】
【００５０】
図１１は本発明の他の実施例である多重配置型二重管式熱交換器１００を多数配置した加熱給湯器２００の平面図である。
【００５１】
図１０の側にあっては、温水導排部領域と多重配置型二重管式熱交換器１００の配置領域とが長手方向に直線状としてあるが、図１１の側にあっては両者を並置し、他の１個を直列型配置としている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例による多重配置型二重管式熱交換器の平面図。
【図２】図１の側面図。
【図３】ボール係留装置の側面断面図。
【図４】図３の平面断面図。
【図５】ボール洗浄の原理説明図。
【図６】ボールの汚れ状況観察窓をボール係留装置に設置した実施例を示す側面断面図。
【図７】バルブをボール係留装置に設置した実施例を示す側面断面図。
【図８】多重配置型二重管式熱交換器を設置した加熱給湯器の平面図。
【図９】図８の側面図。
【図１０】他の多重配置型二重管式熱交換器を設置した加熱給湯器の平面図。
【図１１】他の多重配置型二重管式熱交換器を設置した加熱給湯器の平面図。
【符号の説明】
【００５３】
１…外側螺旋管、２…中間螺旋管、３…内側螺旋管、４…下側連結管群、４０…上側連結管群、６…下側ボール係留装置、１１ａ…温排水（温水）ヘッダ、６０…上側ボール係留装置、６０ａ…ボール係留室、６２ａ…第一のフランジ管、６３ａ…第二のフランジ管、６４…ストッパ、６６…観察窓、６８…バルブ、Ｂ…ボール、１００…多重配置型二重管式熱交換器、２００…加熱給湯器。
【図１】
2007064543.tif 000003
【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】
2007064543.tif 000012
【図１１】
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