(57)【要約】【課題】風力発電用風車のブレードを介して雷が地上に地絡するのを防止することで、雷事故を抑制することが可能な風力発電用風車の雷害抑制装置を提供する。【解決手段】風力発電用風車（１）が有するブレード（１３ｂ、１３ｃ）の周囲を取り囲むように取り付けられた導電部材（４１）を備え、導電部材（４１）は、ブレード（１３ｂ、１３ｃ）を介さずに接地線１５、４２を介して接地されている。上記構成によれば、導電部材（４１）が、水平に近い回転位置にあるブレード（１３ｂ、１３ｃ）の周囲を取り囲むため、ブレード（１３ｂ、１３ｃ）に落雷した雷が地上に地絡するのを防止することができる。つまり、ブレード（１３ｂ、１３ｃ）に落雷しても、ブレード（１３ｂ、１３ｃ）から風力発電用風車１の近傍の構造物や樹木、設備に誘導して地絡することを防止する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電用風車が有するブレードの周囲を取り囲むように取り付けられた導電部材を備え、
前記導電部材は、前記ブレードを介さずに接地されていることを特徴とする風力発電用風車の雷害抑制装置。
【請求項２】
前記導電部材は、基部に水平若しくは基部に水平な位置よりも下部の回転位置にあるブレードの周囲を取り囲むように取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電用風車の雷害抑制装置。
【請求項３】
前記導電部材は、基部に水平若しくは基部に水平な位置よりも上部の回転位置にあるブレードの周囲を取り囲むように取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電用風車の雷害抑制装置。
【請求項４】
前記風力発電用風車は、３枚のブレードを有しており、
前記導電部材は、１枚のブレードの先端部が最高到達点に達した時に、残り２枚のブレードの周囲を取り囲むように取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電用風車の雷害抑制装置。
【請求項５】
前記導電部材は、前記ブレードと、前記ブレードの回転軸上に設けられたナセルとを取り囲むように取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の風力発電用風車の雷害抑制装置。
【請求項６】
前記導電部材には、雷を誘導する誘雷針が取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の風力発電用風車の雷害抑制装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の風力発電用風車の雷害抑制装置と、
１以上の前記ブレードと、
前記ブレードの回転軸上に設けられたナセルと、を備えることを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用風車への落雷による雷事故を抑制する風力発電用風車の雷害抑制装置、及び風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電用風車の羽根、つまりブレードは、一般的にガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などの非導電材で製造されている。ブレードの先端もしくは先端近傍には、落雷対策として、例えば特許文献１に記載の如く、金属製のレセプタと呼ばれるものが取り付けられている。つまり、レセプタに落雷すると、雷撃電流がブレード内のアース線を介して地上の接地まで流れる構造となっている。また、他の落雷対策として、例えば図２２に示すように、風力発電用風車２１１０近傍に避雷鉄塔２１２０を建設する方法などが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２３９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ブレードにレセプタを取り付けても、以下の理由から、ブレードが損傷したり、落下したり、火災したりするなどの雷事故が発生している。
【０００５】
まず、風力発電用風車のブレードは、高い位置の雷雲からほぼ鉛直方向に落雷せず、低い位置の雷雲から斜めもしくはほぼ水平方向に落雷する場合がある。これは、冬季では、夏季と異なり雷雲が非常に低いからである。
【０００６】
つまり、雷雲が低いと、先端が最も高い回転位置にあるブレードではなく、先端がほぼ横に回転位置にあるブレード若しくはこのブレードのレセプタに落雷する。このような落雷が発生した場合には、本来であれば、レセプタからブレード内の接地線を介して、地中の接地線に流れるべきである。しかし、実際には、雷撃電流が、レセプタからブレード内の接地線に流れ込まず、風力発電用風車近傍の構造物や樹木、設備に誘導して地絡する現象が発生することが、最近判明してきている。
【０００７】
特に、風力発電設備は、風の流れが略一定となるような場所、具体的には、当該設備周辺に風力発電用風車よりも高い構造物がないような平地や山の高い位置に建設される。このため、風力発電用風車のブレードには、斜めや横方向から落雷しやすい。このような落雷対策として、風車近傍に避雷鉄塔を建てることは、用地費用などの観点から好ましくない。
【０００８】
本発明の目的は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、風力発電用風車のブレードを介して雷が地上に地絡するのを防止することで、雷事故の発生を抑制することが可能な風力発電用風車の雷害抑制装置、及び風力発電装置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】
【０００９】
本発明に係る風力発電用風車の雷害抑制装置は、風力発電用風車が有するブレードの周囲を取り囲むように取り付けられた導電部材を備え、前記導電部材は、前記ブレードを介さずに接地されていることを特徴とする。上記構成によれば、導電部材がブレードの周囲を取り囲むため、ブレードに落雷した雷が地上に地絡するのを防止することができる。より具体的には、ブレードに落雷しても、ブレードから風力発電用風車近傍の構造物や樹木、設備に誘導して地絡することを防止することができる。
【００１０】
本発明に係る風力発電用風車の雷害抑制装置の好ましい態様によれば、前記導電部材は、基部に水平若しくは基部に水平な位置よりも下部の回転位置にあるブレードの周囲を取り囲むように取り付けられていることを特徴とする。上記構成によれば、基部に水平若しくは基部に水平な位置よりも下部にあるブレードに落雷しても、雷撃電流をブレードから導電部材に誘導することができる。つまり、雷撃電流が風力発電用風車近傍の構造物や樹木、設備に誘導して地絡することを防止することができる。
【００１１】
本発明に係る風力発電用風車の雷害抑制装置の好ましい態様によれば、前記導電部材は、基部に水平若しくは基部に水平な位置よりも上部の回転位置にあるブレードの周囲を取り囲むように取り付けられていることを特徴とする。上記構成によれば、基部に水平若しくは基部に水平な位置よりも上部を通過するブレードを導電部材で覆うことで個々のブレードへの落雷を防止して、ブレードから地上への地絡を確実に防止することができる。
【００１２】
本発明に係る風力発電用風車の雷害抑制装置の好ましい態様によれば、前記風力発電用風車は、３枚のブレードを有しており、前記導電部材は、１枚のブレードの先端部が最高到達点に達した時に、残り２枚のブレードの周囲を取り囲むように取り付けられていることを特徴とする。上記構成によれば、１枚のブレードの先端部が最高到達点に達した時に残り２枚のブレードに落雷が発生しても、雷撃電流が風力発電用風車近傍の構造物や樹木、設備に誘導することを確実に防止することができる。
【００１３】
本発明に係る風力発電用風車の雷害抑制装置の好ましい態様によれば、前記導電部材は、前記ブレードと、前記ブレードの回転軸上に設けられたナセルとを取り囲むように取り付けられていることを特徴とする。上記構成によれば、ブレードだけではなく、ブレードの回転軸上に設けられたナセルへの落雷を防止することにより、例えばナセル内部に設けられる発電機の破壊など落雷事故の発生を確実に防止することができる。
【００１４】
本発明に係る風力発電用風車の雷害抑制装置の好ましい態様によれば、前記導電部材には、雷を誘導する誘雷針が取り付けられていることを特徴とする。上記構成によれば、導電部材に誘雷針を取り付けることで、ブレードに直接落雷させず、誘雷針から導電部材へ雷撃を確実に誘導させることができる。
【００１５】
以上のような本発明は、いずれの態様においても、上記風力発電用風車の雷害抑制装置の発明を、風力発電装置の発明として捉えることも可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ブレードを介して雷が地上に地絡するのを防止することで、雷事故の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る風力発電用風車の雷害抑制装置が組み込まれた風力発電装置の正面図である。
【図２】本発明に係る雷害抑制装置が組み込まれる風力発電用風車の側面図である。
【図３】風力発電用風車への落雷について説明するための模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る雷害抑制装置の正面図である。
【図５】第１の実施形態に係る雷害抑制装置の側面図である。
【図６】第２の実施形態に係る雷害抑制装置の正面図である。
【図７】第２の実施形態に係る雷害抑制装置の側面図である。
【図８】第２の実施形態に係る雷害抑制装置の上面図である。
【図９】第２の実施形態の他の例に係る雷害抑制装置の上面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る雷害抑制装置の正面図である。
【図１１】第３の実施形態に係る雷害抑制装置の側面図である。
【図１２】第４の実施形態に係る雷害抑制装置の正面図である。
【図１３】第４の実施形態に係る雷害抑制装置の側面図である。
【図１４】第４の実施形態に係る雷害抑制装置の上面図である。
【図１５】第４の実施形態の他の例に係る雷害抑制装置の上面図である。
【図１６】第５の実施形態に係る雷害抑制装置の正面図である。
【図１７】第５の実施形態に係る雷害抑制装置の側面図である。
【図１８】第５の実施形態に係る雷害抑制装置の上面図である。
【図１９】第６の実施形態に係る雷害抑制装置の正面図である。
【図２０】第６の実施形態に係る雷害抑制装置の側面図である。
【図２１】第６の実施形態に係る雷害抑制装置の上面図である。
【図２２】従来例の雷対策について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について具体例を示して説明する。本実施形態は、風力発電用風車への落雷を防ぐ風力発電用風車の雷害抑制装置、及び風力発電装置に関する。
【００１９】
（１）風力発電用風車の基本構造について
まず、本発明が適用された雷害抑制装置の説明に先立ち、当該雷害抑制装置を組込可能な風力発電装置の基本構造について、図１及び図２を参照して説明する。
【００２０】
図１は、風力発電用風車１の正面図であり、図２は風力発電用風車１の側面図である。
【００２１】
風力発電用風車１は、図１及び図２に示すように、主柱１１と、ナセル１２と、３つのブレード１３ａ、１３ｂ、１３ｃ（総称してブレード１３ともいう。）と、を備える。
【００２２】
主柱１１は、例えば図１及び図２に示すように、風力発電用風車１の設置面Ｔに対して垂直に立てて設けられており、下部から上部に至るに従って細くなるように形成されている。また、主柱１１の上端部には、図２に示すようにナセル１２が設けられている。ナセル１２の内部には、発電機１２ａが配置されている。
【００２３】
ブレード１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、基部１４を中心とした回転方向に沿って１２０度ごとに取り付けられている。つまり、３つのブレード１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、風力発電用風車を構成している。風を受けたブレード１３が基部１４を中心軸として回転することで、ナセル１２内部の発電機１２ａの出力軸が回転して発電することとなる。
【００２４】
また、ブレード１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、その内部に、設置面Ｔで接地する接地線１５が配線されている。具体的に接地線１５は、ブレード１３の内部から、ナセル１２の内部、主柱１１の内部をそれぞれ通過して設置面Ｔで接地している。
【００２５】
さらに、ブレード１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれ基部１４側から先端部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ（以下、先端部１６ともいう。）側に向けて細くなるように形成されている。先端部１６ａ、１６ｂ、１６ｃには、それぞれレセプタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ（総称して、レセプタ１７ともいう。）が取り付けられている。レセプタ１７は、導電性がある金属片であり、ブレード１３の内部に配線されている接地線１５と電気的に接続している。
【００２６】
以上のような構成からなる風力発電用風車１では、レセプタ１７に落雷すると、雷撃電流が、レセプタ１７から接地線１５を介して設置面Ｔに流れ込む構造となっている。このようにして雷撃電流が接地線１５を流れることによって、主柱１１、ナセル１２及びブレード１３が絶縁破壊するのを防止することができる。
【００２７】
一方、図３に示すように、雷雲３１が設置面Ｔから比較的低い場合、レセプタ１７に直撃雷Ｓ１が発生すると、雷撃電流がレセプタ１７から接地線１５を介して設置面Ｔに流れずに風力発電用風車１の周囲に存在する樹木３２に誘導する誘導雷Ｓ２が発生してしまう場合がある。特に図３に示すように、３つのブレード１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうち、回転位置が水平に近いブレード１３ａに取り付けられたレセプタ１７ａに直撃雷Ｓ１が発生すると、レセプタ１７ａから樹木３２に誘導する誘導雷Ｓ２が発生しやすい傾向にある。
【００２８】
（２）第１の実施形態に係る雷害抑制装置について
次に、図３に示すような誘導雷Ｓ２の発生、つまりレセプタ１７からの地絡を抑制する第１の実施形態に係る雷害抑制装置について、図４及び図５を参照して説明する。図４は雷害抑制装置１００ａの正面図であり、図５は雷害抑制装置１００ａの側面図である。
【００２９】
雷害抑制装置１００ａは、ブレード１３の周囲を取り囲むように取り付けられた導電部材４１と、導電部材４１をブレード１３を介さずに接地するための接地線４２と、を備える。
【００３０】
導電部材４１は、図４に示すように設置面Ｔからブレード１３の最高到達点Ｈまでの間の中心位置、つまり、最高到達点Ｈを基準として右回りに約１２０度及び約２４０度の回転位置にあるブレード１３ｂ、１３ｃを囲む枠体４１ａと、当該枠体４１ａを支える支柱４１ｂとからなる。
【００３１】
枠体４１ａは、外枠が矩形状となるように複数の金属管を接合したものである。支柱４１ｂは、枠体４１ａ全体を支えるため、例えば、一端が枠体４１ａに接合され、他端が固定絶縁部４３を介して風力発電用風車１の主柱１１に接合された金属管から構成される。
【００３２】
なお、導電部材４１は、導電性があれば金属管に限らず、金属材または金属線を用いても良い。
【００３３】
接地線４２は、導電部材４１をブレード１３を介さずに接地するため、例えば、一端が枠体４１ａに電気的に接続され、支柱４１ｂ及び固定絶縁部４３のそれぞれの内部を介して、他端が主柱１１内部の接地線１５に電気的に接続されている。
【００３４】
以上のような構成からなる雷害抑制装置１００ａでは、導電部材４１が所定角度の回転位置にあるブレード１３の周囲を取り囲むため、ブレード１３のレセプタ１７に落雷しても、雷撃電流が、ブレード１３内部の接地線１５を通るか、若しくは導電部材４１に誘導するため、雷が地上に地絡するのを防止することができる。つまり、ブレード１３に落雷しても、ブレード１３から風力発電用風車近傍の構造物や樹木、設備に誘導して地絡することを防止することができる。
【００３５】
また、雷害抑制装置１００ａでは、１枚のブレード１３ａの先端部１６ａが最高到達点Ｈに達した時に、残り２枚のブレード１３ｂ、１３ｃの周囲を取り囲むように、導電部材４１が取り付けられている。このため、２枚のブレード１３ｂ、１３ｃに落雷が発生しても、雷撃電流が風力発電用風車近傍の構造物や樹木、設備に誘導することを確実に防止することができる。
【００３６】
（３）第２の実施形態に係る雷害抑制装置について
第２の実施形態に係る雷害抑制装置について、図６乃至図９を参照して説明する。図６は雷害抑制装置１００ｂの正面図であり、図７は雷害抑制装置１００ｂの側面図であり、図８は雷害抑制装置１００ｂの上面図である。雷害抑制装置１００ｂは、水平若しくは水平よりも下部の回転位置にあるブレード１３の周囲を取り囲む導電部材６１と、導電部材６１をブレード１３を介さずに接地するための接地線６２と、を備える。
【００３７】
導電部材６１は、基部１４の周囲を水平方向から取り囲む金属管６１１と、当該金属管６１１を支持する略半球形状の架台６１２と、から構成される。金属管６１１は、図８に示すように矩形形状であっても、図９に示すように楕円形状であってもよい。また、架台６１２は、最高到達点Ｈから右回り９０度乃至２７０度の回転位置にあるブレード１３（図６に示すブレード１３ｂ、１３ｃ）の周囲を包み込むように成形された金属管を、固定絶縁部６３を介して主柱１１に固定したものである。
【００３８】
なお、導電部材６１は、導電性があれば金属管に限らず、金属材または金属線を用いても良い。
【００３９】
接地線６２は、導電部材６１をブレード１３を介さずに接地するため、例えば、一端が架台６１２に電気的に接続され、固定絶縁部６３の内部を介して、他端が主柱１１内部の接地線１５に電気的に接続されている。
【００４０】
以上のような構成からなる雷害抑制装置１００ｂでは、基部１４に水平若しくは基部１４に水平な位置よりも下部にあるブレード１３に落雷しても、雷撃電流をブレード１３から導電部材６１に誘導することができる。つまり、雷撃電流が風力発電用風車近傍の構造物や樹木、設備に誘導して地絡することを防止することができる。
【００４１】
（４）第３の実施形態に係る雷害抑制装置について
第３の実施形態に係る雷害抑制装置について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は雷害抑制装置１００ｃの正面図であり、図１１は雷害抑制装置１００ｃの側面図である。雷害抑制装置１００ｃは、基部１４に水平若しくは基部１４に水平な位置よりも上部の回転位置にあるブレード１３の周囲を取り囲む導電部材１０１と、導電部材１０１をブレード１３を介さずに接地するための接地線１０２と、を備える。
【００４２】
導電部材１０１は、基部１４の周囲を水平方向から取り囲む金属管１０１１と、当該金属管１０１１によって支持される略半球形状の枠体１０１２と、から構成される。金属管６１１は、固定絶縁部１０３を介してナセル１２に固定され、基部１４及びナセル１２の周囲を水平方向から取り囲む。枠体１０１２は、最高到達点Ｈから右回り−９０度乃至＋９０度の回転位置にあるブレード１３（図６に示すブレード１３ａ）の周囲を包み込むように成形された金属管である。なお、導電部材１０１は、導電性があれば金属管に限らず、金属材または金属線を用いても良い。
【００４３】
接地線１０２は、導電部材１０１をブレード１３を介さずに接地するため、例えば、一端が金属管１０１１に電気的に接続され、他端がナセル１２内部の接地線１５に電気的に接続されている。
【００４４】
以上のような構成からなる雷害抑制装置１００ｃでは、基部１４に水平な位置若しくは水平な位置よりも上部を通過するブレード１３を導電部材１０１で覆うことにより、個々のブレード１３への落雷を確実に防止することにより、ブレード１３から地上への地絡を確実に防止することができる。
【００４５】
（５）第４の実施形態に係る雷害抑制装置について
第４の実施形態に係る雷害抑制装置について、図１２乃至図１５を参照して説明する。図１２は雷害抑制装置１００ｄの正面図であり、図１３は雷害抑制装置１００ｄの側面図であり、図１４は雷害抑制装置１００ｄの上面図である。雷害抑制装置１００ｄは、第２の実施形態と同様に、基部１４の周囲を水平方向から取り囲む金属管６１１と、当該金属管６１１を支持する略半球形状の架台６１２と、を備える。さらに、雷害抑制装置１００ｄでは、導電部材６１に、雷を誘導する誘雷針１２０１が取り付けられている。具体的には、金属管６１１に、複数の誘雷針１２０１が所定間隔で取り付けられている。ここで、誘雷針１２０１は、雷を誘導しやすくするため、主柱１１に対して放射状となるような姿勢で金属管６１１に取り付けることが好ましい。
【００４６】
なお、金属管６１１は、図１４に示すように矩形形状であっても、図１５に示すように楕円形状であってもよい。
【００４７】
以上のような構成からなる雷害抑制装置１００ｄでは、導電部材６１に誘雷針１２０１を取り付けることで、ブレード１３に直接落雷させず、誘雷針１２０１から導電部材６１へ雷撃を確実に誘導させることができる。
【００４８】
（６）第５の実施形態に係る雷害抑制装置について
第５の実施形態に係る雷害抑制装置について、図１６乃至図１８を参照して説明する。図１６は雷害抑制装置１００ｅの正面図であり、図１７は雷害抑制装置１００ｅの側面図であり、図１８は雷害抑制装置１００ｅの上面図である。雷害抑制装置１００ｅは、ブレード１３とナセル１２との全体を取り囲む導電部材１６１０と、導電部材１６１０をブレード１３を介さずに接地するための接地線１６２０と、を備える。
【００４９】
導電部材１６１０は、基部１４の周囲を水平方向から取り囲む金属管１６１１と、当該金属管１６１１によって支持される球形状の枠体１６１２と、から構成される。金属管１６１１は、絶縁固定部１６３０を介してナセル１２に固定され、基部１４及びナセル１２の周囲を水平方向から取り囲む。枠体１６１２は、任意の回転位置にあるブレード１３の周囲を包み込むように成形された金属管である。なお、導電部材１６１０は、導電性があれば金属管に限らず、金属材または金属線を用いても良い。
【００５０】
接地線１６２０は、導電部材１６１０をブレード１３を介さずに接地するため、例えば、一端が金属管１６１１に電気的に接続され、他端が主柱１１内部の接地線１５に電気的に接続されている。
【００５１】
以上のような構成からなる雷害抑制装置１００ｅは、ブレード１３だけではなく、ブレード１３の回転軸上に設けられたナセル１２への落雷を防止することにより、例えばナセル１２内部に設けられる発電機１２ａの破壊など落雷事故の発生を確実に防止することができる。
【００５２】
（７）第６の実施形態に係る雷害抑制装置について
第６の実施形態に係る雷害抑制装置について、図１９乃至図２１を参照して説明する。図１９は雷害抑制装置１００ｆの正面図であり、図２０は雷害抑制装置１００ｆの側面図であり、図２１は雷害抑制装置１００ｆの上面図である。雷害抑制装置１００ｆは、ブレード１３全体を取り囲む導電部材１９１０と、導電部材１９１０をブレード１３を介さずに接地するための接地線１９２０と、を備える。
【００５３】
導電部材１９１０は、基部１４の周囲を水平方向から取り囲む金属管１９１１と、当該金属管１９１１によって支持される球形状の枠体１９１２と、から構成される。金属管１９１１は、絶縁固定部１９３０を介してナセル１２に固定され、基部１４の周囲を水平方向から取り囲む。このように金属管１９１１が接地線１５と電気的に接続するので、導電部材１９１０をブレード１３を介さずに接地することができる。また、枠体１９１２は、任意の回転位置にあるブレード１３の周囲を包み込むように成形された金属管である。なお、導電部材１９１０は、導電性があれば金属管に限らず、金属材または金属線を用いても良い。
【００５４】
以上のような構成からなる雷害抑制装置１００ｆは、導電部材１９１０がブレード１３の全体を包み込むように覆うことで、如何なる回転位置においてもブレード１３の先端部１６に落雷が発生することを防止することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  風力発電用風車
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ  雷害抑制装置
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  ブレード
４１、６１、１０１、１６１０、１９１０  導電部材
【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】
2016065500.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2016065500.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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