(57)【要約】【課題】高温排気ガスの逆流を抑制することができる高温排気筒を提供する。【解決手段】高温排気筒は、高温排気ガスを流通させる筒部３を有した排気筒２を、一の排気筒２の第一端部５の内側に他の排気筒２の第二端部４を隙間８を有して設置することで複数の排気筒２を配列してなり、外気を導入する隙間８の大きさを調整する隙間調整部１０を有し、隙間調整部１０は、高温排気ガスの条件が所定条件に達しない場合には隙間８を閉塞し、高温排気ガスの条件が所定条件に達した場合に隙間８を開放することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温排気ガスを流通させる筒部を有した排気筒を、一の前記排気筒の第一端部の内側に他の前記排気筒の第二端部を隙間を有して設置することで複数の前記排気筒を配列してなり、
外気を導入する前記隙間の大きさを調整する隙間調整部を有し、
前記隙間調整部は、前記高温排気ガスの条件が所定条件に達しない場合には前記隙間を閉塞し、前記高温排気ガスの条件が前記所定条件に達した場合に前記隙間を開放することを特徴とする高温排気筒。
【請求項２】
前記隙間調整部は、前記他の前記排気筒の前記第二端部に設けられた逆止弁であることを特徴とする請求項１に記載の高温排気筒。
【請求項３】
前記隙間調整部は、前記高温排気ガスの流速が所定流速に達しない場合に前記隙間を閉塞し、前記高温排気ガスの流速が前記所定流速に達した場合に前記隙間を開放することを特徴とする請求項１または２に記載の高温排気筒。
【請求項４】
前記隙間調整部は、前記高温排気ガスの温度が所定温度に達しない場合に前記隙間を閉塞し、前記高温排気ガスの温度が前記所定温度に達した場合に前記隙間を開放することを特徴とする請求項１または２に記載の高温排気筒。
【請求項５】
前記筒部の前記第二端部側には縮径部が形成されるとともに、前記筒部の前記第一端部側には拡径部が形成され、
前記一の前記排気筒の前記拡径部の内側に他の前記排気筒の前記縮径部を設置することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の高温排気筒。
【請求項６】
前記排気筒内に設置されていて前記高温排気ガスと前記外気を層流として流通させる整流器を備え、
前記排気筒内で前記高温排気ガスとその外側の前記外気とが層流として流通するようにしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の高温排気筒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発動発電機等の発電プラントで用いられるガスタービン等の燃焼による高温の排気ガスを排出するための高温排気筒に関する。
【背景技術】
【０００２】
発動発電機を使用する施設では、発動発電機が運転された際に発生する高温の排気ガスを一般的に煙突等を含む排気筒を用いて外気に放出・希釈されるようになっている。排気ガスの放出は施設周辺への影響を少なくするため、可能な限り高所にて行われることが多く、そのため、排気筒には細長い管状のものが使用される。
また、排気ガスの温度や排気圧力は発動発電機の種類によって異なり、それぞれに対応する排気筒仕様とする必要がある。現在、主流となりつつある発動発電機では発動機としてガスタービンエンジンを使用することが主流となりつつあるため、従来、主流であったディーゼルエンジンと比較して排気ガスの温度と流速が高く、一例では排気ガス温度が６００℃、排気ガス風速が４０ｍ/ｓに達する。
【０００３】
ガスタービン等の燃焼排気ガスに用いる高温排気筒として、従来は例えば金属製の二重管の間に断熱材を装填した排気筒を縦方向に積層した排気筒ユニットが知られている。断熱材は例えば無機系材料による繊維状または発泡状材料からなっている。この高温排気筒では、断熱材を挟んだ金属製二重管をジョイント部で上下方向に複数連結して排気筒ユニットを形成していた。
【０００４】
また、複数の排気筒を上下方向に直列配置した煙突が提案されている。下側の排気筒の上端部に上側の排気筒の下端部を外嵌させるとともに、下側の排気筒の上端部と上側の排気筒の下端部との間に上側の排気筒に外気を流入させるための隙間を設けている（下記特許文献１参照）。
【０００５】
また、排気管の上側にダクトを配置した煙突も提案されている。排気管の上端部の外側にダクトの下端部を配置し、排気管とダクトとの間には外気の吸引隙間を設けるとともに、排気管の長さを変更することにより燃焼ガス吸引量を加減する構成とされている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３３０２２５号公報
【特許文献２】実開平７−１２７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１，２に記載された煙突では、下側の排気筒や排気管と上側の排気筒やダクトとの間に形成された隙間から、焼却物の燃焼ガス等の高温ガスが逆流して、外部に漏れてしまう可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高温排気ガスの逆流を抑制することができる高温排気筒を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による高温排気筒は、高温排気ガスを流通させる筒部を有した排気筒を、一の前記排気筒の第一端部の内側に他の前記排気筒の第二端部を隙間を有して設置することで複数の前記排気筒を配列してなり、外気を導入する前記隙間の大きさを調整する隙間調整部を有し、前記隙間調整部は、前記高温排気ガスの条件が所定条件に達しない場合には前記隙間を閉塞し、前記高温排気ガスの条件が前記所定条件に達した場合に前記隙間を開放することを特徴とする。
【００１０】
このように構成された高温排気筒では、直列に配列した複数の排気筒において、排気筒同士の間に形成された隙間から外気が導入され、例えば発動発電機の発電機等で燃焼した高温排気ガスが流通する。高温排気ガスの条件が所定条件に達していない場合には、排気筒同士の間に形成された隙間は、隙間調整部により閉塞されている。また、高温排気ガスの条件が所定条件に達している場合には、排気筒同士の間に形成された隙間は、隙間調整部により開放されて、隙間から外気が導入される。よって、高温排気ガスの条件が所定条件に達しない場合に、高温排気ガスが隙間を通って外部に漏れることが抑制される。
【００１１】
また、本発明による高温排気筒では、前記隙間調整部は、前記他の前記排気筒の前記第二端部に設けられた逆止弁であることが好ましい。
【００１２】
このように構成された高温排気筒では、隙間調整部は、他の排気筒の第二端部に設けられた逆止弁であるため、簡易な構成とすることができる。
【００１３】
また、本発明による高温排気筒では、前記隙間調整部は、前記高温排気ガスの流速が所定流速に達しない場合に前記隙間を閉塞し、前記高温排気ガスの流速が前記所定流速に達した場合に前記隙間を開放することが好ましい。
【００１４】
このように構成された高温排気筒では、高温排気ガスの流速に応じて、隙間を閉塞したり、開放したり調整することができる。
【００１５】
また、本発明による高温排気筒では、前記隙間調整部は、前記高温排気ガスの温度が所定温度に達しない場合に前記隙間を閉塞し、前記高温排気ガスの温度が前記所定温度に達した場合に前記隙間を開放してもよい。
【００１６】
このように構成された高温排気筒では、高温排気ガスの温度に応じて、隙間を閉塞したり、開放したり調整することができる。
【００１７】
また、本発明による高温排気筒は、前記筒部の前記第二端部側には縮径部が形成されるとともに、前記筒部の前記第一端部側には拡径部が形成され、前記一の前記排気筒の前記拡径部の内側に他の前記排気筒の前記縮径部を設置してもよい。
【００１８】
このように構成された高温排気筒では、下側の排気筒の縮径部を通って上側の排気筒の拡径部を高温排気ガスが流れると縮径部で絞られて高速になり、ベンチュリー効果によって負圧となった隙間から外気が流入することになる。そして、外気は排気筒の内面に沿って外周領域を、排気ガスは中央領域をそれぞれ層状として流れる。そのため、排気筒の内面が高温の排気ガスに接触せず低温の外気流に接触しているため、排気筒が高温になることを抑制して高強度を維持できる。
しかも、雨水等は排気筒に浸入したとしても排気筒の内面を伝わって拡径部から外部に排出できる。
【００１９】
また、本発明による高温排気筒は、前記排気筒内に設置されていて前記高温排気ガスと前記外気を層流として流通させる整流器を備え、前記排気筒内で前記高温排気ガスとその外側の前記外気とが層流として流通するようにしてもよい。
【００２０】
このように構成された高温排気筒では、高温排気ガスが、整流器を通って乱流や拡散流となることなく層流として上方に流れる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る高温排気筒によれば、高温排気ガスの逆流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態による高温排気筒ユニットの一部破断斜視図である。
【図２】図１に示す高温排気筒ユニットにおける単体の排気筒を示す一部破断斜視図である。
【図３】図１における高温排気筒ユニットのＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１における排気筒と整流器を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１における高温排気筒ユニットのＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による高温排気筒ユニットの隙間調整部の動作を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態の変形例による高温排気筒ユニットを示すものであり、（ａ）は高温排気筒ユニットの一部破断斜視図、（ｂ）は単体の排気筒の一部破断斜視図である。
【図８】図７（ａ）における高温排気筒ユニットのＤ−Ｄ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態による高温排気筒ユニット（高温排気筒）について図１から図８に基づいて説明する。
まず、本発明の一実施形態による高温排気筒ユニット１について図１から図４により説明する。図１に示す高温排気筒ユニット１は図２に示す排気筒２を複数個（図では３個）上下方向に直列に配置したものである。
この高温排気筒ユニット１は、例えば発動発電機として図示しないガスタービンで燃料を燃焼した後の排気ガスを放出するための煙突である。ガスタービンで燃焼した後の排気ガスは例えば６５０℃〜６００℃程度の高温となって、図示しない水平排気筒から高温排気筒ユニット１に連結されてなる略Ｌ字状の筒体を高速で流通して大気に放出される。
【００２４】
図２に示す単体の排気筒２は、略円筒状の筒部本体３と、その上部に形成されていて先端（第二端部）側に向けて次第に縮径して小径の開口４ａを備えた筒状の円錐台形状のテーパ部４と、筒部本体３の下部に形成されていて基端（第一端部）側(下方側)に向けて次第に拡径して大径の開口５ａを備えた筒状の円錐台形状のスカート部５とが一体形成されている。
テーパ部４は先端側の開口に向けて内径寸法を次第に絞り込んで縮径しているため、排気筒２内を高温の排気ガスが流通するとテーパ部４での流速が高くなる。なお、スカート部５も後端側の開口から先端側に向けて次第に内径寸法を絞り込んでいるため、後端側に設けたスカート部５を流通する排気ガスも流速が向上する。
【００２５】
そして、排気筒２の筒部本体３の内部には内部を流通する排気ガス等の気体を整流させる整流器７が設置されている。この整流器７は、図２及び図３に示すように、長板状の板部７ａが格子状に組み込まれており、上下面に略四角形状の開口部７ｂ、７ｃが多数形成されている。そのため、下方から整流器７に流入する排気ガス等の気体は複数の角筒が並んだ整流器７で整流されて層状となって上方に流出する。整流器７の上下の開口部７ｂ、７ｃは同一面積にするか、板厚を変化させて上側の開口部７ｂの面積を下側より小さくして圧力損失を小さくしている。
なお、排気筒２と整流器７は例えば鋼製等の金属製である。
【００２６】
また、整流器７は筒部本体３の内面に溶接等で固定されている。排気筒２内における整流器７の設置位置は任意の位置に設置できる。製造コストを考慮すると、整流器７の外側側面が円筒状の筒部本体３の内側面に当接するように形成することが好ましい。本実施形態では、排気筒２内に導入された外気が整流され易いように筒部本体３の下部に設置されている。
【００２７】
次に、上述した構成を備えた排気筒２を複数個上下方向に組み立てた高温排気筒ユニット１の組立構造について図１と図４により説明する。図１に示す例では３個の排気筒２を直列に連結しており、これらの排気筒２を便宜的に下側から上側に排気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃというものとする。
高温排気筒ユニット１では、下側に設置した第一の排気筒２Ａのテーパ部４の上に第二の排気筒２Ｂのスカート部５を設置する。しかも、第一の排気筒２Ａと第二の排気筒２Ｂは図４に示すように非接触であり、テーパ部４とスカート部５が全周に亘って隙間８を開けて配置されている。図４の断面視でテーパ部４とスカート部５との間の隙間８は、上方に向かうにしたがって次第にその幅が狭くなるように形成されている。後述するように、テーパ部４とスカート部５の隙間８を通って外気が排気筒２内に流入する。
なお、隙間８は、上方に向かうにしたがって次第にその幅が狭くなるように形成されている必要はなく、例えばテーパ部４とスカート部５とが互いに略平行に配置され均一な幅の隙間８が形成されていてもよく、或いは上方に向かうにしたがって次第にその幅が広くなるように形成されていてもよい。
【００２８】
そして、第二の排気筒２Ｂの上部に第三の排気筒２Ｃを設置する。上記と同様に、上側の第三の排気筒２Ｃのスカート部５と第二の排気筒２Ｂのテーパ部４との間に全周に亘って距離ａの隙間８が形成されている。
各排気筒２Ａ，２Ｂ、２Ｃは互いに非接触であり、これらの各排気筒２Ａ，２Ｂ、２Ｃは図示を省略した外部の躯体や壁面または支柱等に個々に連結されて支持してもよい。或いは、上側の排気筒２のスカート部５と下側の排気筒２のテーパ部４とを隙間８を介してアーム等で周方向に所定間隔に連結してもよい。
なお、第一の排気筒２Ａのスカート部５の下方側には全周に隙間８を開けてガスタービンの水平排気筒の排気出口６が設置され、高温排気筒ユニット１への排気ガスの排出時に外気が流入するようになっている。
【００２９】
また、排気筒２のテーパ部４の先端部には、スカート部５との間に形成される隙間８を閉塞可能な逆止弁（隙間調整部）１０が設けられている。図５に示すように、逆止弁１０は、複数の弁片１０ａが組み合わさって構成されている。例えば、逆止弁１０は、４枚の弁片１０ａと、各弁片１０ａ間に配置された弁片１０ｂとで構成されている。これら弁片１０ａ，１０ｂが隙間８を閉塞した状態で、全体として環状をなすように構成されていれば、弁片の形状は適宜選択可能である。
【００３０】
各排気筒２は、排気筒２内を流通する排気ガスの流速を測定する測定部（不図示。以下同じ。）と、測定部の測定結果が所定流速（閾値）に達しているか否かを判定する判定部（不図示。以下同じ。）と、判定部からの判定結果に基づいて逆止弁１０を開閉する開閉操作部（不図示。以下同じ。）と、を有している。
【００３１】
測定部の測定結果が所定流速に達していないと判定部が判定した場合には、図６に示すように、判定部は開閉操作部に対して逆止弁１０を閉じる指令を出力する。そして、逆止弁１０は隙間８を閉塞する（図５に示す実線参照）。一方、測定部の測定結果が所定流速に達していると判定部が判定した場合には、判定部は開閉操作部に対して逆止弁１０を開く指令を出力する。そして、逆止弁１０は隙間８を開放する（図５に示す二点鎖線参照）。
なお、排気ガスの流速の上昇とともに排気筒２の内部が減圧されるため、これに応じて逆止弁１０を開ける構成であってもよい。また、逆止弁１０に、閉じた状態に付勢する付勢部（不図示）を設けて、隙間８を閉じた状態を維持できるようにしてもよい。
【００３２】
本実施形態による高温排気筒ユニット１は上述した構成を備えており、次に高温の排気ガスの排出方法について説明する。
まず、発動発電機として図示しないガスタービンで燃料を燃焼した後の高温の排気ガスが図示しない水平排気筒の排気出口６から高温排気筒ユニット１の第一の排気筒２Ａに流入する。すると、第一の排気筒２Ａでは高温の排気ガスが上方に向けて縮径するスカート部５を流れるため流速を増して集合して筒部本体３内に流入する。排気筒２内を流通する排気ガスの流速が所定流速に達しない場合には、逆止弁１０は隙間８を閉塞している。排気筒２内を流通する排気ガスの流速が増し所定流速に達した場合には、逆止弁１０は隙間８を開放し、隙間８から外気が導入される。
しかも、スカート部５で排気ガスの流速を増すことで排気出口６との隙間８から外気が第一の排気筒２Ａ内に流入してその内面に沿って上方に流れる。筒部本体３内では整流器７が設置されているために、外気は筒部本体３の内面に沿って流れ、排気ガスは中央に集中した状態で整流化される。
【００３３】
そして、筒部本体３から次第に縮径するテーパ部４を通過することで外気と排気ガスは流速を増して第二の排気筒２Ｂに流入する。このとき、外気と排気ガスがテーパ部４で高速となるためベンチュリー効果によって負圧になり、第一の排気筒２Ａのテーパ部４と第二の排気筒２Ｂのスカート部５の隙間８の内側も負圧になるため、外気が全周に亘って隙間８を通って第二の排気筒２Ｂ内に流入する。
しかも、流入する外気は排気ガスと比較して低温であり、第二の排気筒２Ｂの内面に沿って流入するため、高温の排気ガスは中央に寄せられる。そして、これらの外気流と排気ガス流は第二の排気筒２Ｂの整流器７を通過することで更に整流化され、リング状の外気流と中央の排気ガス流とで二層の層流となってテーパ部４に流入する。
【００３４】
そして、第二の排気筒２Ｂの縮径されたテーパ部４で更に外気流と排気ガス流の層流が高速化するため、ベンチュリー効果によって負圧になり、第三の排気筒２Ｃのスカート部５との隙間８から外気が流入して整流器７を通過することで二層の層流が更に整流化されてテーパ部４を通って外気に排出される。
【００３５】
このように、高温排気筒ユニット１内を下方から上方に流通する高温の排気ガス流はその外側に常温に近い比較的低温の外気流の層が流れるため、各排気筒２との接触が抑えられて各排気筒２が高温になることを抑制できる。
また、高温排気筒ユニット１内に雨水等が浸入したり結露したりしたとしても、雨水等の水滴は第一、第二、第三の排気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃの内面を伝わってそれぞれ降下し、各スカート部５の内面から外部に排出される。また、各排気筒２に隙間８を覆うスカート部５を設けたため、雨水等が隙間８から内部に侵入することを防止できる。
【００３６】
上述のように本実施形態による高温排気筒ユニット１によれば、高温排気ガスの流速が所定流速に達していない場合には、排気筒２同士の間に形成された隙間８は、逆止弁１０により閉塞されている。また、高温排気ガスの流速が所定流速に達している場合には、排気筒２同士の間に形成された隙間８は、逆止弁１０により開放されて、隙間８から外気が導入される。よって、高温排気ガスの流速が所定流速に達しない場合に、高温排気ガスが隙間８を通って外部に漏れることが抑制される。
【００３７】
また、隙間８の開閉するのは、他の排気筒２の一端部に設けられた逆止弁であるため、簡易な構成とすることができる。
【００３８】
また、第一、第二、第三の排気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ内を高温の排気ガスが各排気筒２のテーパ部４を通過することで高速化されると共に隙間８から外気を流入できるため、外気流と排気ガス流が層流になり、高温の排気ガス流が各排気筒２の内面に接触しないので、断熱材を用いなくても、各排気筒２の熱による悪影響を低減させて強度が低下することを抑制できる。
しかも、本実施形態による高温排気筒ユニット１は、断熱材や二重管等を使用しないでよいので製造コストを低減できる。
また、高温排気筒ユニット１内に雨水が浸入したり結露したりしたとしても、水分は各排気筒２の内面を伝わってスカート部５から外部環境に排出されるため、高温排気筒ユニット１が間欠使用される場合でも雨水等による悪影響を考慮しなくてもよい。
【００３９】
また、整流器７が筒部本体３の下部に設置されているため、排気筒２に導入された外気が整流され易い。
【００４０】
なお、本発明は上述した実施形態による高温排気筒ユニット１に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例等について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分や部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
【００４１】
次に上記に示す実施形態の変形例による高温排気筒ユニット１Ｂについて、主に図７及び図８により説明する。
図７に示すように、本変形例による高温排気筒ユニット１Ｂは、各排気筒１２は水平断面視で略四角形の筒状とされている。そして、本実施形態による各排気筒１２は、それぞれ略四角形筒状の筒部本体１４とその上部に形成したテーパ部１５と下部に取り付けたスカート部１６とを備えている。また、各排気筒１２の内面に設置する整流器１３も略四角形筒状に形成され、長板状の板部１３ａが格子状に組み込まれている。
【００４２】
図８に示すように、逆止弁１１は、テーパ部１５の各辺に設けられた弁片１１ａで構成されている。４枚の弁片１１ａが隙間８を閉塞した状態で、全体として環状をなすように構成されていれば、弁片の形状は適宜選択可能である。
【００４３】
本実施形態においても、高温排気ガスの流速が所定流速に達していない場合には、排気筒２同士の間に形成された隙間８は、逆止弁１１により閉塞されている。また、高温排気ガスの流速が所定流速に達している場合には、排気筒２同士の間に形成された隙間８は、逆止弁１１により開放されて、隙間８から外気が導入される。よって、高温排気ガスの流速が所定流速に達しない場合に、高温排気ガスが隙間８を通って外部に漏れることが抑制される。
【００４４】
また、上下間に隙間８を開けて複数の排気筒１２が連結されており、排気出口６を通して、下方の第一の排気筒１２Ａのスカート部１６から流入する排気ガス流と排気出口６との隙間８から流入する外気流とは整流器１３で整流化され、テーパ部１５と第二の排気筒１２Ｂのスカート部１６との隙間８からベンチュリー効果によって外気を流入させると共に整流器１３で二層の層流とし、第三の排気筒１２Ｃでも同様な二層の層流を高速流として制御し、上部の開口４ａから外気に排出させる。
そのため、本実施形態による高温排気筒ユニット１Ｂにおいても、各排気筒１２の内面に高温の排気ガスが接触するのを抑えて、外気の層流によって各排気筒１２を保護できる。
【００４５】
なお、上記に示す実施形態において、隙間調整部は、高温排気ガスの流速に応じて作動しているが、高温排気ガスの温度に応じて作動するように、バイメタルで構成されていてもよい。
【００４６】
また、隙間調整部は、隙間８を完全に閉じた状態と、完全に開いた状態のみならず、排気ガスの流速、温度等の条件に応じて、隙間８の大きさを調整して導入する外気量を調整できるように幾分開いた状態で停止する構成であってもよい。
【００４７】
また、本発明における上述した各実施形態において、テーパ部４は縮径部に含まれ、スカート部５は拡径部に含まれるものとする。また、筒部本体３は筒部に含まれる。
【００４８】
また、上述した各実施形態では、テーパ部４とスカート部５との間の隙間８はそれぞれ全周に亘って形成されていて外気を流入可能であるが、全周から外気を流入させなくてもよい。例えば、テーパ部４とスカート部５と間の隙間８にアーム部を設けて遮蔽したりして、部分的に隙間８を遮蔽していてもよい。
【００４９】
また、上述した各実施形態による高温排気筒ユニット１、１Ｂは本発明による高温排気筒に含まれるものとする。しかも、本発明による高温排気筒は高温の排気ガスを排出するための煙突も含むものとする。
【符号の説明】
【００５０】
１、１Ｂ  高温排気筒ユニット（高温排気筒）
２  排気筒
２Ａ、１２Ａ  第一の排気筒
２Ｂ、１２Ｂ  第二の排気筒
２Ｃ、１２Ｃ  第三の排気筒
３  筒部本体
４  テーパ部
４ａ  開口
５  スカート部
７、１３  整流器
７ｂ、７ｃ  開口部
８  隙間
１０、１１  逆止弁（隙間調整部）
【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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【図７】
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【図８】
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