(57)【要約】      （修正有）【課題】液体を加熱して気体を生成する場合や、気体を加熱して高温の気体を生成する場合等において、加熱対象への伝熱を効率的に行える流体加熱装置を提供する。【解決手段】流体加熱装置１は、第１流体通路１３と第２流体通路１４と第３流体通路１５とを加熱する加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを有し、更に第１流体通路１３と第３流体通路１５に多孔性の気化素子１７が設けられているので、各流体通路１３，１５を通過する流体はより大きな伝熱面積を獲得した状態で、加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの熱が伝えられる。これにより、加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの熱エネルギーを無駄にすることなく、迅速且つ効率良く流体を加熱することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が流体入口と通じる第１流体通路と、
一端が第１流体通路の他端に連通している第２流体通路と、
一端が第２流体通路の他端に連通し、他端が流体出口と通じる第３流体通路と、
第１流体通路と第２流体通路と第３流体通路とを加熱する加熱ヒータと、
第１流体通路と第３流体通路とに設けられた多孔性の気化素子と、を有する
ことを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】
第１流体通路は第３流体通路に対して所定の間隔を置いて平行に配置され、第２流体通路はＵ字型形状である
ことを特徴とする請求項１記載の流体加熱装置。
【請求項３】
加熱ヒータは、第１流体通路と第３流体通路に対して平行に配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の流体加熱装置。
【請求項４】
第１流体通路と第３流体通路は、平行に配置された複数の通路から構成されている
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の流体加熱装置。
【請求項５】
第１流体通路は、第３流体通路よりも短い
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の流体加熱装置。
【請求項６】
第１流体通路と第２流体通路と第３流体通路は、各通路に対応した溝を有するプレートと、該プレートの溝を閉じるプレートとから形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の流体加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を加熱して気体を生成する用途や、気体を加熱して高温の気体を生成する用途等に用いられる流体加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の流体加熱装置において、例えば水を加熱して蒸気を生成する図９に示す流体加熱装置４０や図１０に示す流体加熱装置４５が知られている。
【０００３】
図９に示す流体加熱装置４０は、加熱コイル４３によって加熱された流体通路４１に螺旋状構造物４２により案内しながら水を通過させることにより（図９の白抜き矢印参酌）、蒸気を生成し、生成された蒸気を流体通路４１から送出する。
【０００４】
また、図１０に示す流体加熱装置４５は、誘導加熱コイル（図示しない）によって加熱されている螺旋状の流体通路４６に水を通過させることによって蒸気を生成し、生成した蒸気を流体出口４７から送出する。
【特許文献１】特開２００４−２５７６９５号公報
【特許文献２】特開２００３−２０３７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図９に示した流体加熱装置４０は、流体通路４１が比較的太くて短いので、蒸気に変化する前の高温の水が流体通路４１の下部から流出してしまうおそれがある。
【０００６】
また、図１０に示した流体加熱装置４５は、蒸気を多く得るために流体通路を太くすると水への熱伝導率が低下してしまい、蒸気に変化する前の高温の水が流体出口４７から流出してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液体を加熱して気体を生成する場合や、気体を加熱して高温の気体を生成する場合等において、加熱対象である流体への伝熱を効率的に行える流体加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の流体加熱装置は、一端が流体入口と通じる第１流体通路と、一端が第１流体通路の他端に連通している第２流体通路と、一端が第２流体通路の他端に連通し、他端が流体出口と通じる第３流体通路と、第１流体通路と第２流体通路と第３流体通路とを加熱する加熱ヒータと、第１流体通路と第３流体通路に設けられた多孔性の気化素子と、を有する構成となっている。
【０００９】
この流体加熱装置によれば、流体加熱装置に供給された流体は、第１流体通路と第２流体通路と第３流体通路とを順に通過する。このとき、流体加熱装置は、第１流体通路と第２流体通路と第３流体通路とを加熱する加熱ヒータを有し、更に第１流体通路と第３流体通路に多孔性の気化素子が設けられているので、より大きな伝熱面積を獲得した状態で、流体に加熱ヒータからの熱が伝えられる。また、第１流体通路を通過した流体は、第２流体通路に供給され、温度と流量が均一になる。さらに、第１流体通路において加熱対象である流体への伝熱が十分行えなかった場合には、第３流体通路において更に加熱される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１流体通路と第２流体通路と第３流体通路とを加熱する加熱ヒータを有し、更に第１流体通路と第３流体通路に多孔性の気化素子が設けられているので、より大きな伝熱面積を獲得した状態で、流体に加熱ヒータからの熱が伝えられる。これにより、液体を加熱して気体を生成する場合や、気体を加熱して高温の気体を生成する場合等において、加熱対象である流体への伝熱を効率的に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１〜図６は本発明の第１実施形態を示す。図１は第１実施形態に係る流体加熱装置の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は図２のＣ−Ｃ線断面図、図５は図３のＤ−Ｄ線断面図、図６は図１に示した流体加熱装置の使用例を示す全体構成図を示す。
【００１２】
流体加熱装置１の構造を図１〜図５を参照して説明する。流体加熱装置１は、保持部１０と、流体入口１１と、流体出口１２と、第１流体通路１３と、第２流体通路１４と、第３流体通路１５と、加熱ヒータ１６とから構成されている。
【００１３】
保持部１０は、縦長直方体形状の第１保持プレート１０ａと第２保持プレート１０ｂと第３保持プレート１０ｃと第４保持プレート１０ｄとから構成されている。第１保持プレート１０ａは、図４に示すように、第１流体通路１３、第２流体通路１４、及び第３流体通路１５を形成する為の溝を有する。また、第２保持プレート１０ｂは、図５に示すように、流体入口１１、流体出口１２、第１流体通路１３、第２流体通路１４、及び第３流体通路１５を形成する為の溝を有する。この第１保持プレート１０ａと第２保持プレート１０ｂとを合体させて、各溝を閉じることにより、流体入口１１、流体出口１２、第１流体通路１３、第２流体通路１４、及び第３流体通路１５が形成されている。また、第１保持プレート１０ａは、図２及び図３に示すように、第１加熱ヒータ１６ａと第２加熱ヒータ１６ｂを保持するための溝を有し、第１保持プレート１０ａと第３保持プレート１０ｃとを合体させて、その溝を閉じる。同様に、第２保持プレート１０ｂは、図２又は図３に示すように、第３加熱ヒータ１６ｃを保持するための溝を有し、第２保持プレート１０ｂと第４保持プレート１０ｄとを合体させて、その溝を閉じる。さらに、保持部１０の外周は、必要に応じて断熱材（図示しない）によって覆われている。
【００１４】
流体入口１１は、気化素子１７が配設された第１流体通路１３の一端と連通している。また、流体出口１２は、気化素子１７が配設された第３流体通路１５の一端と連通している。
【００１５】
第１流体通路１３は、流体入口１１から供給された流体が分流するように、断面円形で直状の２本の通路１３ａから構成され、一端が流体入口１１と、他端が第２流体通路１４の一端とそれぞれ接続している。また、２本の通路１３ａから構成された第１流体通路１３には、それぞれ円柱形状の気化素子１７が１個ずつ設けられている。この気化素子１７は、流体の流れを許容する多孔性材、例えば真鍮等の焼結金属から形成されている。さらに、第１流体通路１３の長さは、第３流体通路１５のおよそ半分になるよう構成されている。なお、気化素子１７の数は、短時間で確実に流体の相変化又は加熱を行うことができるのであれば、増減させても良い。
【００１６】
第２流体通路１４は、断面円形のＵ字型形状であり、一端が第１流体通路１３の他端と、他端が第３流体通路１５の一端とそれぞれ接続している。この第２流体通路１４は、２本の通路１３ａを通過した後の流体を合流させたのち、第３流体通路１５に給送する。
【００１７】
第３流体通路１５は、第２流体通路１４から供給された流体が分流するように、断面円形の直状の２本の通路１５ａから構成され、一端は第２流体通路１４の他端と、他端は流体出口１２とそれぞれ接続している。また、２本の通路１５ａには、それぞれ円柱形状の気化素子１７が２個ずつ直列に設けられている。この気化素子１７は、流体の流れを許容する多孔性材、例えば真鍮等の焼結金属から形成されている。さらに、第３流体通路１５は、第１流体通路１３に対して所定の間隔を置いて平行に配置されている。なお、気化素子１７の数は、短時間で確実に流体の相変化又は加熱を行うことができるのであれば、増減させても良い。
【００１８】
加熱ヒータ１６は、第１流体通路１３と平行に配された第１加熱ヒータ１６ａと、第３流体通路１５と平行に配された第２加熱ヒータ１６ｂと、第２流体通路１４の中央に位置するように配された第３加熱ヒータ１６ｃとから構成されている。また、第１加熱ヒータ１６ａと第２加熱ヒータ１６ｂは、第１保持プレート１０ａに保持されている。さらに、第３加熱ヒータ１６ｃは、第２保持プレート１０ｂに保持されている。これらの加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、例えばシーズヒータ等を用いている。尚、この加熱ヒータ１６の数は、短時間で確実に流体の相変化又は加熱を行うことができるのであれば、増減させても良い。
【００１９】
以上のように構成された流体加熱装置１の作用について、図１を用いて説明する。尚、本実施形態における加熱対象の流体は水である。
【００２０】
流体加熱装置１の起動スイッチ（図示しない）がオンされると、各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが通電され、各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが発熱し、その熱が各流体通路１３，１４，１５に伝熱され、さらに気化素子１７にも伝熱される。そして、流体加熱装置１の流体入口１１に水が供給され、第１流体通路１３の通路１３ａに水が分流される。この水は、主に第１加熱ヒータ１６ａの熱が伝熱されて高温となった気化素子１７と直接熱交換して、全部又は一部が蒸気に相変化する。第１流体通路１３を通過して生成した蒸気や高温の水は、第２流体通路１４に供給され、温度と流量が均一になる。その上、加熱された第２流体通路１４を形成する第１保持プレート１０ａや第２保持プレート１０ｂと熱交換することにより、高温の水の全部又は一部が蒸気に相変化する。第２流体通路１４を通過して生成した蒸気や高温の水は、第３流体通路１５の通路１５ａに分流される。各第３流体通路１５を通る蒸気や高温の水は、主に第３加熱ヒータ１６ｃの熱が伝熱されて高温となった気化素子１７と直接熱交換をして、確実に蒸気を生成する。
【００２１】
次に、図１〜図５に示した流体加熱装置１を用いた装置の例である液状食品加熱装置２０について、図６を用いて説明する。
【００２２】
液状食品加熱装置２０は、図６に示すように、水タンク２１と、給水ポンプ２２と、流体加熱装置１と、蒸気噴出ノズル２３と、コントローラ２４と、から主に構成されている。
【００２３】
水タンク２１は、給水ポンプ２２を介して流体加熱装置１と接続している。この水タンク２１内には、流体である水が貯められている。
【００２４】
給水ポンプ２２は、一方が水タンク２１と、他方が給水管２５を介して流体加熱装置１の流体入口１１と接続している。
【００２５】
蒸気噴出ノズル２３の上端は、蒸気供給弁２６ａが設けられた蒸気配管２６を介して、流体加熱装置１の流体出口１２と接続している。また、蒸気噴出ノズル２４の下端は、コーヒーやスープ等の液状食品２７を収容した容器２８内に挿入されている。さらに、この蒸気噴出ノズル２３の下端には、蒸気を噴出する為の蒸気噴出孔２３ａが設けられている。
【００２６】
コントローラ２４は、各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの温度検知手段であるサーミスタ（図示しない）からの検出温度と起動スイッチ（図示しない）からの起動信号が入力され、これらの入力信号に基づき、各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、及び給水ポンプ２２への通電を制御する。
【００２７】
以上のように構成された液状食品加熱装置２０の作用について説明する。
【００２８】
流体加熱装置１の起動スイッチがオンされたときは、各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃに通電し、各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃが加熱される。各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの熱が第１流体通路１３、第２流体通路１４、第３流体通路１５に伝熱され、さらに気化素子１７にも伝熱される。このとき、各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの各温度は、サーミスタによって検知されている。
【００２９】
各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの温度が設定温度に達しているときは、給水ポンプ２２に通電する。これにより、給水ポンプ２２を介して水タンク２１から流体加熱装置１の流体入口１１に一定量の水が供給される（図６に示す実線矢印参酌）。
【００３０】
流体加熱装置１の流体入口１１に供給された水は、気化素子１７が配設された第１流体通路１３の通路１３ａに分流し加熱され、全部又は一部が蒸気に相変化する。第１流体通路１３を通過する過程で生成された蒸気や高温の水は、第２流体通路１４に供給され、温度と流量が均一になり、さらに加熱されることにより、高温の水の全部又は一部が蒸気に相変化する。第２流体通路１４を通過して生成された蒸気や高温の水は、気化素子１７が配設された第３流体通路１５の通路１５ａに分流し更に加熱され、確実に蒸気を生成する。
【００３１】
流体加熱装置１において生成された蒸気は、流体出口１２から蒸気配管２６を介して蒸気噴出ノズル２３に供給される（図６に示す破線矢印参酌）。最後に、蒸気噴出ノズル２３に供給された蒸気は、蒸気噴出孔２３ａから液状食品２７内に噴出し（図６に示す太線矢印参酌）、液状食品２７を加熱する。
【００３２】
本実施形態によれば、第１流体通路１３と第２流体通路１４と第３流体通路１５とを加熱する加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを有し、更に第１流体通路１３と第３流体通路１５に多孔性の気化素子１７が設けられているので、より大きな伝熱面積を獲得した状態で、流体に加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの熱が伝えられる。これにより、加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの熱エネルギーを無駄にすることなく、加熱対象である水への伝熱を効率的に行うことができ、迅速且つ効率良く蒸気を生成することができる。
【００３３】
また、水が第１流体通路１３において完全に相変化しなかった場合には、第２流体通路１４において加熱され、更に第３流体通路１５において加熱されるので、確実に蒸気を生成することができる。
【００３４】
また、流体加熱装置１は第２流体通路１４を加熱する加熱ヒータ１６ｃを有するので、第２流体通路１４を通過する蒸気又は高温の水の温度低下を抑制することができる。
【００３５】
また、第３流体通路１５は第１流体通路１３に対して所定の間隔を置いて平行に配置され、且つ第２流体通路１４はＵ字型形状なので、性能を維持したまま装置全体を小型化することができる。
【００３６】
また、各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂは、第１流体通路１３と第３流体通路１５に対して平行に配置されているので、各流体通路１３，１５を均一に加熱することができ、第１流体通路１３及び第３流体通路１５の各上流側と各下流側との温度差が生じることを防止できる。
【００３７】
また、第１流体通路１３と第３流体通路１５は、平行に配置された２本の通路１３ａ，１５ａから構成されているので、供給された水又は蒸気を分流して加熱でき、迅速且つ効率良く蒸気の生成を促すことができる。
【００３８】
また、第３流体通路１５は第１流体通路１３よりも伝熱面積が大きいので、第３流体通路１５の下流側には各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの熱、特に第３加熱ヒータ１６ｃの熱が伝熱されやすくなる。これにより、例えば各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃへの通電量が少ない場合であっても第３流体通路１５の下流側を十分加熱することができるので、確実に蒸気を生成することができる。
【００３９】
また、第１流体通路１３〜第３流体通路１５は、保持部１０に形成された溝から構成されているので、第１流体通路１３〜第３流体通路１５を設けるための部材を必要せず、設置コストを抑えることができる。
【００４０】
さらに、流体加熱装置１の保持部１０は、各流体通路１３，１４，１５を形成するための溝が設けられた複数の保持プレート１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄから構成されているので、流体加熱装置１の組み立てや解体を簡単に行うことができ、メンテナンス等に便利なものとなっている。また、保持プレートの数や厚みを増減することによって、流体加熱装置１の大きさを変化させることができる。
【００４１】
尚、本実施形態では、加熱対象である流体を水としたが、例えば気体を流体加熱装置１に供給して加熱しても良い。この場合、相変化は起こらずに加熱された気体が得られる。
【００４２】
また、本実施形態では、流体加熱装置１から蒸気が生成されるが、例えば、各加熱ヒータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの温度を高温に設定することによって、過熱蒸気を生成するようにしても良い。
【００４３】
図７及び図８は本発明の第２実施形態を示すもので、図７は本発明の第２実施形態に係る流体加熱装置の正面図、図８は図７のＥ−Ｅ線断面図を示す。尚、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。
【００４４】
本実施形態は、図７又は図８に示すように、第１流体通路３３及び第３流体通路３５が単数である点で前記第１実施形態と異なる。
【００４５】
また、本実施形態は、図７に示すように、第１流体通路３３と第３流体通路３５とが同一の長さで構成されている点で前記第１実施形態と異なる。
【００４６】
また、本実施形態は、図７又は図８に示すように、第２保持プレート３０ｂが流体入口３１、流体出口３２、第１流体通路３３、第２流体通路３４、及び第３流体通路３５を有している点で前記第１実施形態と異なる。
【００４７】
さらに、本実施形態は、図７又は図８に示すように、加熱ヒータ３６を第１加熱ヒータ３６ａと、第２加熱ヒータ３６ｂと、第３加熱ヒータ３６ｃと、第４加熱ヒータ３６ｄと、から構成している点で前記第１実施形態と異なる。
【００４８】
また、第１加熱ヒータ３６ａと第２加熱ヒータ３６ｂは第４保持プレート３０ｄに、第３加熱ヒータ３６ｃと第４加熱ヒータ３６ｄは第３保持プレート３０ｃにそれぞれ保持されている点で前記第１実施形態と異なる。
【００４９】
保持部３０は、縦長直方体形状の第１保持プレート３０ａと第２保持プレート３０ｂと第３保持プレート３０ｃと第４保持プレート３０ｄとから構成されている。第２保持プレート３０ｂは、流体入口３１、流体出口３２を有している。また、第２保持プレート３０ｂは、第１流体通路３３、第２流体通路３４、及び第３流体通路３５を形成するための溝を有し、第２保持プレート３０ｂと第１保持プレート３０ａとを合体させて、その溝を閉じる。第３保持プレート３０ｃは、第３加熱ヒータ３６ｃと第４加熱ヒータ３６ｄを保持するための溝を有し、第３保持プレート３０ｃと第１保持プレート３０ａとを合体させて、その溝を閉じる。同様に、第４保持プレート３０ｄは、第１加熱ヒータ３６ａと第２加熱ヒータ３６ｂを保持するための溝を有し、第４保持プレート３０ｄと第２保持プレート３０ｂとを合体させて、その溝を閉じる。さらに、保持部３０の外周は、必要に応じて断熱材（図示しない）によって覆われている。
【００５０】
第１流体通路３３と第３流体通路３５には、それぞれ円柱形状の気化素子１７が２個ずつ直列に設けられている。なお、気化素子１７の数は、短時間で確実に流体の相変化又は加熱を行うことができるのであれば、増減させても良い。
【００５１】
以上のように構成された流体加熱装置２の作用について、図７を用いて説明する。尚、本実施形態における加熱対象の流体は水である。
【００５２】
流体加熱装置２の起動スイッチ（図示しない）がオンされると、各加熱ヒータ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄが通電され、各加熱ヒータ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄが発熱し、その熱が各流体通路３３，３４，３５に伝熱され、さらに気化素子１７にも伝熱される。そして、流体加熱装置２の流体入口３１に水が供給され、第１流体通路３３に水が流れる。この水は、主に第１加熱ヒータ３６ａの熱が伝熱されて高温となった気化素子１７と直接熱交換して、全部又は一部が蒸気に相変化する。第１流体通路１３を通過する過程で生成された蒸気や高温の水は、第２流体通路１４に供給され、温度と流量が均一になる。その上、加熱された第２流体通路１４を形成する第２保持プレート３０ｂと熱交換することにより、高温の水の全部又は一部が蒸気に相変化する。第２流体通路１４を通過して生成された蒸気や高温の水は、第３流体通路１５の通路１５ａに流れる。各第３流体通路１５を通る蒸気や高温の水は、主に第３加熱ヒータ１６ｃの熱が伝熱されて高温となった気化素子１７と直接熱交換をして、確実に蒸気を生成する。
【００５３】
本実施形態によれば、第１流体通路３３と第２流体通路３４と第３流体通路３５とを加熱する加熱ヒータ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄを有し、更に第１流体通路３３と第３流体通路３５に多孔性の気化素子１７が設けられているので、より大きな伝熱面積を獲得した状態で、流体に加熱ヒータ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄからの熱が伝えられる。これにより、加熱ヒータ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄの熱エネルギーを無駄にすることなく水を加熱し、迅速且つ効率良く蒸気を生成することができる。
【００５４】
また、第１流体通路３３と第３流体通路３５とが同一の長さで構成されていることにより、第１流体通路３３における伝熱面積が増加するので水の相変化を更に促すことができ、短時間で蒸気生成を行うことができる。尚、図７及び図８のその他の作用及び効果は、前記第１実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体加熱装置の正面図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図
【図４】図２のＣ−Ｃ線断面図
【図５】図３のＤ−Ｄ線断面図
【図６】図１に示した流体加熱装置の使用例を示す全体構成図
【図７】本発明の第２実施形態に係る流体加熱装置の正面図
【図８】図７のＥ−Ｅ線断面図
【図９】本発明の従来例に係る概略正面図
【図１０】本発明の従来例に係る概略正面図
【符号の説明】
【００５６】
１…流体加熱装置、１０…保持部、１１…流体入口、１２…流体出口、１３…第１流体通路、１４…第２流体通路、１５…第３流体通路、１６…加熱ヒータ、１７…気化素子。
【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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