(57)【要約】 【課題】外気冷房方式を適用しながら、サーバーラック列やサーバーラックの個別空調を実現できるコンテナ型データセンターと、このコンテナ型データセンターに供される冷却用箱体を提供すること。【解決手段】凝縮部３ｂと蒸発部３ａから構成され、作動流体６が封入されている複数のヒートパイプ３と、複数のヒートパイプ３を収容する箱体１と、からなり、箱体１の側面にはエアが出入りする二箇所以上の開口１ａ，１ｂがある冷却用箱体１０である。サーバーラック２１の天井に冷却用箱体１０が載置され、コンテナ３０の天板３１の開口３１ａを冷却用箱体１０が貫通し、凝縮部３ｂが天板３１から屋外に臨んでいるコンテナ型データセンター１００である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮部と蒸発部から構成され、作動流体が封入されている複数のヒートパイプと、
前記複数のヒートパイプを収容する箱体と、からなり、
前記箱体の側面にはエアが出入りする二箇所以上の開口がある冷却用箱体。
【請求項２】
前記箱体が複数のフィンで高さ方向に仕切られ、各フィンをヒートパイプが貫通している請求項１に記載の冷却用箱体。
【請求項３】
前記箱体の側面にファンが装着されている請求項１または２に記載の冷却用箱体。
【請求項４】
前記箱体の側面のうち、前記ファンが装着されている箇所と異なる箇所にエア流入用のフードが装着されている請求項３に記載の冷却用箱体。
【請求項５】
サーバーラックがコンテナに収容されているコンテナ型データセンターであって、
サーバーラックの天井に請求項１〜４のいずれかに記載の冷却用箱体が載置され、
前記コンテナの天板の開口を前記冷却用箱体が貫通し、前記凝縮部が該天板から屋外に臨んでいるコンテナ型データセンター。
【請求項６】
前記ファンがコールドアイル側に臨み、前記フードがホットアイル側に臨んでいる請求項４に従属する場合の請求項５に記載のコンテナ型データセンター。
【請求項７】
複数のサーバーラックからサーバーラック列が構成され、
前記サーバーラック列の全域に亘って前記冷却用箱体が載置されている、もしくはサーバーラック列を構成する一つもしくは複数のサーバーラックの天井にのみ前記冷却用箱体が載置されている請求項５または６に記載のコンテナ型データセンター。
【請求項８】
前記コンテナの天板の屋外側において、前記開口を介して屋外に臨んでいる前記凝縮部の直上に遮光屋根が取り付けられている請求項５〜７のいずれかに記載のコンテナ型データセンター。
【請求項９】
前記遮光屋根にミスト冷却用の噴霧ノズルが装着されている請求項８に記載のコンテナ型データセンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却用箱体と、この冷却用箱体がコンテナの天井に載置されてなるコンテナ型データセンターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットやLANなどのネットワーク上で複数のパソコンに多様な機能やサービスを提供したり、データを一元化するサーバーがラックに集積されてサーバーラックを構成し、複数のサーバーラックが隣接するように配設されてサーバーラック列を構成し、複数のサーバーラック列が通路を挟んで配設され、各通路が交互にホットアイルとコールドアイルを形成するようにしてデータセンター（サーバーラック室内システム）が構成される。このデータセンターにおいては、二重床の上にサーバーラック列が配設され、室内の側端部に配設された下吹き空調機から吹き出された冷気が二重床空間を通過して各コールドアイルに提供される形態や、同様に室内の側端部に配設された横吹き空調機から吹き出された冷気が室内を側方に横断するように提供される形態など、冷気の吹き出し態様も多様である。
【０００３】
ところで、サーバーラック室における冷房態様として、上記する下吹き空調方式や横吹き空調方式に代わって、もしくはこれらと併用する態様で、外気を室内に取り込んで室内の冷房を図る、いわゆる外気冷房方式もよく知られるところである。この外気冷房方式は、低温外気を積極的に室内に取り込んで利用することから、空調機の作動のみに依存する冷房方式に比して省エネ性が極めて高い。
【０００４】
このように外気を利用した冷房方式に関し、特許文献１には、ヒートパイプの一部をコンテナ内に配設し、ヒートパイプの他部をコンテナ外部の大気中に露出させた構成のデータセンターの冷却装置が開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示される冷却装置によれば、外気冷房方式を適用することから使用エネルギーを可及的に低減しながら、大気中に一部が露出したヒートパイプにてデータセンターの内部全体を冷却することができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示の冷却装置では、多数のヒートパイプが室内に露出していることで室内全体を冷却することはできるものの、たとえば熱負荷の高い一部のサーバーラック列やサーバーラックの個別空調は極めて難しいし、そもそも、このように一部のサーバーラック列やサーバーラックの個別空調を発明の課題として掲げる装置ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２２０６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、外気冷房方式を適用しながら、サーバーラック列やサーバーラックの個別空調を実現できるコンテナ型データセンターと、このコンテナ型データセンターに供される冷却用箱体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明による冷却用箱体は、凝縮部と蒸発部から構成され、作動流体が封入されている複数のヒートパイプと、前記複数のヒートパイプを収容する箱体と、からなり、前記箱体の側面にはエアが出入りする二箇所以上の開口を備えたものである。
【００１０】
本発明の冷却用箱体は、作動流体が封入されている複数のヒートパイプが箱体に収容されたものであり、箱体の内部をエアが流通自在となっており、たとえば箱体内に入ってきた熱をもったエア（熱風等）がヒートパイプで冷やされて冷気とされ、冷気が箱体から流出できるようになっているものである。
【００１１】
ここで、箱体の形状としては直方体や立方体などが挙げられ、たとえば四つの側面のうち、対向する二つの側面に開口が設けてあり、一方の側面がエアの流入側となり、他方の側面がエアの流出側となる形態を挙げることができる。
【００１２】
また、箱体内は複数のフィンで高さ方向に仕切られ、各フィンをヒートパイプが貫通している形態であってもよい。箱体内に入ってきた熱風の熱をフィンを介してヒートパイプに伝熱することができ、ヒートパイプによる効率的な熱変換の実現に供される。
【００１３】
また、箱体の側面にファンが装着されているのが好ましい。
【００１４】
たとえば、箱体内に入ってきた熱風がヒートパイプによって冷気とされ、この冷気が箱体から排気される側面にファンを設けておくことで、熱風を箱体に効果的に吸気する効果と、冷気を箱体から効果的に排気する効果の双方が奏される。
【００１５】
また、熱風を箱体に効果的に吸気するべく、箱体の側面のうち、ファンが装着されている箇所と異なる箇所にエア流入用のフードが装着されているのが好ましい。
【００１６】
たとえばファンが装着されている側面と対向する側面にフードを装着しておくことで、箱体内への熱風の効果的な流入と、箱体からの冷気の効果的な排気、すなわち、熱変換前後のエアの効果的な流通を図ることができる。
【００１７】
たとえば多数のサーバーラックを備えたデータセンター内の熱を外部に放熱し、サーバーラックから放出された熱風を冷気に変換するに当たり、本発明の冷却用箱体は持ち運びが容易であることから、サーバーラックの天井等にこの冷却用箱体を容易に載置することでサーバーラックの冷却機構を形成することができる。より具体的には、サーバーラックの天井に冷却用箱体を載置し、ヒートパイプを構成する凝縮部をデータセンターの天板を介して外部に臨ませることにより、凝縮部を外気にて冷却することができる。
【００１８】
ここで、ヒートパイプ内における作動流体の作用を説明する。このヒートパイプは、いわゆるサーモサイフォン式のヒートパイプであり、ヒートパイプの内部に封入されている作動流体の相変化、すなわち状態変化によって箱体内に入ってきた熱風（たとえばホットアイルに滞留する熱を帯びた排気）を潜熱の形で外部に臨んでいる凝縮部に熱輸送するものである。ヒートパイプの蒸発部は箱体内にあることから、ホットアイルからの排気が箱体内に入ってきた際に蒸発部と接することになり、この蒸発部にある作動流体は排気の熱で加熱されて蒸発し、作動流体は気相状態に変化する。気相状態となった作動流体（の蒸気）は、ヒートパイプの凝縮部に移動するが、この凝縮部はたとえば外気が存在する天板の外側（屋外）に露出していることからここで気相状態の作動流体が放熱し、放熱した作動流体は凝縮して液相状態に相変化する。
【００１９】
液相状態となった作動流体は、自身の重量で再度蒸発部に移動し、ここで排気の熱を受けて相変化し、再度気相状態となる。このように凝縮部と蒸発部の間で作動流体が液相状態と気相状態に相変化しながら自然移動することにより、データセンター内においては熱を帯びていた排気から生成された冷気がコールドアイルに提供されることになる。  
【００２０】
本発明の冷却用箱体は、持ち運びが便利であることから、データセンター内のサーバーラックの全部の天井に載置してもよいし、熱負荷の高いサーバーラックを個別空調したい場合には当該サーバーラックの天井にのみ載置してもよい。したがって、外気冷房方式を採用して使用エネルギーの低減を図りながら、データセンター内の全域の冷房に供されることは勿論のこと、個別空調にも好適である。
【００２１】
また、本発明はサーバーラックがコンテナに収容されているコンテナ型データセンターにも及ぶものであり、このコンテナ型データセンターは、サーバーラックの天井に前記冷却用箱体が載置され、前記コンテナの天板の開口を前記冷却用箱体が貫通し、前記凝縮部が該天板から屋外に臨んでいるものである。
【００２２】
ここで、「コンテナ型データセンター」とは、データセンターを一度に構築する代わりに、サーバーラックを収容するコンテナを必要に応じて順次設置していくことで、単数もしくは複数のコンテナから構成されるデータセンターのことである。一度に規模の大きなデータセンターを構築した場合、収容されるサーバーラックの基数が当初計画から変更されて少なくなった場合に、データセンターには余分なスペースが生じてしまうことになる。これに対し、コンテナを順次設置していく形態のコンテナ型データセンターでは、必要に応じてコンテナを増設していくことから、大規模なデータセンターを一度に構築する際の課題は生じ得ない。また、データセンターの構築コストも大規模なデータセンターを一度に構築する場合に比して格段に廉価となる。
【００２３】
なお、「コンテナ型」とは、ISOでコンテナの寸法の規定があるものを一般に指称するが、本明細書における「コンテナ型」は、ISO規定寸法のコンテナ以外のコンテナも含むものとする。そして、一般に寸法規定がなく、自由寸法のコンテナを指称する「モジュール型」のデータセンターも、本明細書ではコンテナ型データセンターに含むものとする。また、本発明のコンテナ型データセンターのように、コンテナの天板からヒートパイプの一部を露出させ、外気を利用してセンター内を冷却する本発明の冷却用箱体は、ルーフトップ型冷却装置などと称することができる。
【００２４】
このコンテナ型データセンターは、外気冷房方式を基本構成とするものの、二重床の上にサーバーラック列が配設され、室内の側端部に配設された下吹き空調機から吹き出された冷気が二重床空間を通過して各コールドアイルに提供される下吹き空調機を併用してもよいことは勿論のことである。
【００２５】
既述するように、本発明のコンテナ型データセンターとしては、複数のサーバーラックからサーバーラック列が構成され、前記サーバーラック列の全域に亘って前記冷却用箱体が載置されている、もしくはサーバーラック列を構成する一つもしくは複数のサーバーラックの天井にのみ前記冷却用箱体が載置されている実施の形態が挙げられる。
【００２６】
サーバーラックの全部もしくは一部の天井に本発明の冷却用箱体を載置し、コンテナの天板の開口を介してヒートパイプの凝縮部を屋外に臨ませることにより、外気冷房方式を採用して使用エネルギーの低減を図りながら、データセンター内の全域の冷房が可能であることは勿論のこと、個別空調も可能となる。
【００２７】
また、本発明によるコンテナ型データセンターの好ましい実施の形態として、前記コンテナの天板の屋外側において、前記開口を介して屋外に臨んでいる前記凝縮部の直上に遮光屋根が取り付けられている形態を挙げることができる。
【００２８】
屋外に露出したヒートパイプの凝縮部に太陽光が照射されるのを遮光屋根で遮ることにより、凝縮部の昇温を抑制でき、凝縮部周辺の外気の昇温も抑制することができる。
【００２９】
さらに、前記遮光屋根にミスト冷却用の噴霧ノズルが装着されていてもよい。
【００３０】
ヒートパイプの凝縮部に外気が提供される前段階で当該外気をミスト冷却し、ミスト冷却された外気を凝縮部に提供することで作動流体の冷却効果が一層高まる。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から理解できるように、本発明の冷却用箱体とこれを備えたコンテナ型データセンターによれば、外気冷房方式を適用することで省エネ性が高く、しかも、データセンター全体の空調は勿論のこと、サーバーラック列やサーバーラックの個別空調もおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の冷却用箱体の分解斜視図である。
【図２】本発明のコンテナ型データセンターの実施の形態１の模式図である。
【図３】ヒートパイプ内の作動流体の相変化を説明した図である。
【図４】本発明のコンテナ型データセンターの実施の形態２の模式図である。
【図５】本発明のコンテナ型データセンターの実施の形態３の模式図である。
【図６】本発明のコンテナ型データセンターを集積したセンターパークの外観図である。
【図７】試設計にかかる冷却用箱体の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の冷却用箱体と冷却用箱体を具備してなるコンテナ型データセンターの実施の形態を説明する。なお、図示するコンテナ型データセンターは、コンテナ内に一列のサーバーラック列が配設された形態であるが、複数列のサーバーラック列が配設された形態を排除するものではない。
【００３４】
（冷却用箱体の実施の形態）
図１は本発明の冷却用箱体の分解斜視図である。
【００３５】
図示する冷却用箱体１０は、直方体形状を呈し、対向する２つの側面に開口１ａ、１ｂを備え、さらに、内部が複数のフィン２で高さ方向に仕切られた箱体１と、箱体１の内部で各フィン２を貫通して配設された複数のヒートパイプ３と、開口１ａ側に取り付けられるエア流入用のフード４と、開口１ｂ側に取り付けられるファン５とから大略構成されている。
【００３６】
箱体１内において、各フィン２を各ヒートパイプ３が貫通していることにより、箱体１内に入ってきた熱風の熱をフィン２を介してヒートパイプ３に伝熱することができ、ヒートパイプ３による効率的な熱変換を図ることができる。
【００３７】
また、箱体１の側面にファン５が装着されていることにより、ファン５を稼働させることで箱体１内に熱風を効果的に引き込むことができ、ヒートパイプ３によって熱風が冷気とされた後、この冷気を箱体１から効果的に排気することができる。
【００３８】
また、箱体１の側面にエア流入用のフード４が装着されていることにより、箱体１内への熱風の効果的な流入を図ることができる。
【００３９】
冷却用箱体１０は持ち運びが容易であることから、後述するコンテナ型データセンターに収容されたサーバーラックの天井に容易に配設することができる。なお、この冷却用箱体１０は、データセンターの冷却装置以外にも、一般的な建物の室内冷却等に適用できることは勿論のことである。
【００４０】
次に、以下、冷却用箱体１０を冷却装置として適用してなるコンテナ型データセンターの実施の形態について説明する。
【００４１】
（コンテナ型データセンターの実施の形態１）
図２は本発明のコンテナ型データセンターの実施の形態１の模式図であり、図３はヒートパイプ内の作動流体の相変化を説明した図である。
【００４２】
図示するコンテナ型データセンター１００は、コンテナ３０内に、複数のサーバーラック２１が併設してなるサーバーラック列２０が形成され、サーバーラック列２０の一方側にホットアイルＨＡが形成され、サーバーラック列２０の他方側にコールドアイルＣＡが形成され、各サーバーラック２１の天井２１ａに冷却用箱体１０が載置されてその全体が構成されている。すなわち、コンテナ型データセンター１００では、全てのサーバーラック２１の天井に冷却用箱体１０が載置されている。
【００４３】
コンテナ３０の天板３１には開口３１ａが設けてあり、この開口３１ａを冷却用箱体１０が貫通している。なお、開口３１ａが使用されない場合は不図示の蓋で開口３１ａが閉塞されているが、蓋が開口エッジに開閉自在に装着された形態であってもよい。
【００４４】
冷却用箱体１０には複数のヒートパイプ３が内蔵されているが、ヒートパイプ３の内部には、図３で示すように作動流体６が収容され、ヒートパイプ３の下方に蒸発部３ａが形成され、上方に凝縮部３ｂが形成されている。
【００４５】
図２で示すように、冷却用箱体１０のうち、ヒートパイプ３の凝縮部３ｂに対応する上方領域が開口３１ａを介してコンテナ３０の屋外に臨んでおり、この上方領域に外気が提供されるようになっている（Ｚ４方向）。一方、冷却用箱体１０のうち、ヒートパイプ３の蒸発部３ａに対応する下方領域の側方にフード４とファン５が装着され、これらフード４とファン５はコンテナ３０の室内に位置している。
【００４６】
コンテナ型データセンター１００において、ファン５を稼働することにより、各サーバーラック２１の背面から排気された熱風はフード４に吸引され（Ｚ１方向）、フード４を介して箱体１に吸引され、ヒートパイプ３で熱交換されて熱風から冷気が生成され、この冷気がファン５を介して箱体１から排気され（Ｚ２方向）、各サーバーラック２１の前面からサーバーラック内に提供されることになる（Ｚ３方向）。
【００４７】
次に、図３を参照してヒートパイプ３を適用して熱風から冷気を生成する方法を概説する。ここで、図３はサーモサイフォン式のヒートパイプ内の作動流体の相変化を説明した図である。
【００４８】
図３で示すように、ヒートパイプ３の内部には作動流体６が封入されている。この作動流体６の相変化、すなわち状態変化により、コンテナ３０内の熱（ホットアイルＨＡに滞留する排気の熱）は潜熱の形で冷却用箱体１０に熱輸送される。
【００４９】
ヒートパイプ３はコンテナ３０内にある蒸発部３ａとコンテナ３０外の屋外に臨む凝縮部３ｂからなり（その境界ラインがＢＬ）、蒸発部３ａにある作動流体６はサーバーラック２１の背面から排出される排気の熱で加熱されて蒸発し、作動流体６は気相状態に変化する。
【００５０】
気相状態となった作動流体６（蒸気）は、ヒートパイプ３の凝縮部３ｂに移動するが（Ｙ１方向）、この凝縮部３ｂは屋外に露出していることからここで気相状態の作動流体６が放熱し、放熱した作動流体６は凝縮して液相状態に相変化する。液相状態となった作動流体６は、自身の重量で再度蒸発部３ａに移動し（Ｙ２方向）、ここで排気の熱を受けて相変化し、再度気相状態となる。このように凝縮部３ｂと蒸発部３ａの間で作動流体６が液相状態と気相状態に相変化しながら自然移動することで、排気から生成された冷気はコールドアイルＣＡに提供されることになる。
【００５１】
図示するコンテナ型データセンター１００によれば、各サーバーラック２１がその天井にサーモサイフォン式のヒートパイプ３を内蔵した冷却用箱体１０を備え、これらのヒートパイプ３で排気を冷却して冷気とし、この冷気をコールドアイルＣＡに戻す構成としたことにより、動力の極めて少ない態様で、サーバーラック列２０の全域の空調は勿論のこと、サーバーラック２１ごとの個別空調も実現することができる。  
【００５２】
（コンテナ型データセンターの実施の形態２）
図４は本発明のコンテナ型データセンターの実施の形態２の模式図である。図示するコンテナ型データセンター１００Ａは、サーバーラック列２０を構成するサーバーラック２１のうち、熱負荷の特に高い一基のサーバーラック２１の天井のみに冷却用箱体１０が載置されたものである。冷却用箱体１０が載置されていないサーバーラック２１の天井の開口は蓋３１ｂで閉塞されている。
【００５３】
このようにサーバーラック２１の天井に持ち運びが便利な冷却用箱体１０を載置する形態の冷却装置を採用していることから、図２で示すコンテナ型データセンター１００のようにコンテナ全体の空調は勿論のこと、図４で示すコンテナ型データセンター１００Ａのようにサーバーラック２１の個別空調にも好適である。
【００５４】
なお、図示例以外にも、二基、三基等のサーバーラック２１のみを個別空調できることは勿論のことである。
【００５５】
（コンテナ型データセンターの実施の形態３）
図５は本発明のコンテナ型データセンターの実施の形態３の模式図である。図示するコンテナ型データセンター１００Ｂは、コンテナ３０の天板３１に支柱７ａを介して遮光屋根７が取り付けられているものである。
【００５６】
コンテナ３０の天板３１の屋外側において、開口３１ａを介して屋外に臨んでいるヒートパイプ３の凝縮部３ｂの直上に遮光屋根７が取り付けられていることにより、凝縮部３ｂに太陽光が照射されるのを遮光屋根７で遮ることができ、このことによって凝縮部３ｂの昇温を抑制することができ、凝縮部３ｂ周辺の外気の昇温も抑制することができる。
【００５７】
また、遮光屋根７の対向する端辺にはそれぞれ、ミスト冷却用の噴霧ノズル８が装着されている。
【００５８】
凝縮部３ｂに外気が提供される前段階で外気にミストｍｔを提供して冷却し、ミスト冷却された外気を凝縮部３ｂに提供することにより、作動流体の冷却効果が一層高まる。
【００５９】
（センターパークの実施の形態）
図６は本発明のコンテナ型データセンターを集積したセンターパークの外観図である。
【００６０】
図示するように、センターパークはコンテナ型データセンター１００が順次設置されることから、将来的なコンテナ型データセンターの需要変動に対して対応可能である。すなわち、敷地内に大型のデータセンターを一度に建設する場合において、データセンターの需要減によってデータセンターに無駄なスペースが生じ、センターパーク建設コストが無駄になるといった危険性はない。また、センターパークの敷地内において、コンテナ型データセンター１００が設置されていないエリアは、他の用途に有効利用できる。
【００６１】
（冷却用箱体の試設計について）
本発明者等は、冷却用箱体の試設計をおこなった。ここで、図７は試設計にかかる冷却用箱体の模式図である。
【００６２】
図示するように、高さ0.45m、幅0.7m、奥行き0.63mの箱体の内部に、フィンを高さ方向に所定間隔で160枚程度設置し、フィンを貫通するようにしてヒートパイプを15本程度設置した。
【００６３】
本設計では、箱体の上方領域(高さ0.26m)には20℃のエアを3280m3/hの供給量で提供し、下方領域(高さ0.19m)には38℃のエアを1200m3/hの供給量で提供した。
【００６４】
上記条件にて試設計にかかる冷却用箱体の放熱性能を確認した結果、5kWの熱量を放熱できることが確認できた。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１…箱体、１ａ、１ｂ…開口、２…フィン、３…ヒートパイプ、３ａ…蒸発部、３ｂ…凝縮部、４…フード、５…ファン、６…作動流体、７…遮光屋根、８…噴霧ノズル、１０…冷却用箱体、２０…サーバーラック列、２１…サーバーラック、２１ａ…天井、３０…コンテナ、３１…天板、３１ａ…開口、３１ｂ…蓋、１００，１００Ａ，１００Ｂ…コンテナ型データセンター、ＣＡ…コールドアイル、ＨＡ…ホットアイル、ｍｔ…ミスト
【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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