(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気中の水分を吸着する際に熱を発生し、加熱されることによりその吸着した水分を脱離する吸着剤（１１１、１２１、１３１、１４１）が収納された第１〜４吸着器（１１０、１２０、１３０、１４０）と、
前記第１〜４吸着器（１１０、１２０、１３０、１４０）を収納するとともに、空気の通路を形成するケーシング（１５０）と、
前記ケーシング（１５０）内を通過する空気と前記ケーシング（１５０）外の空気とを熱交換を行い、前記ケーシング（１５０）内を通過する空気冷却する第１、２熱交換器（１６１、１６２）とを有し、
前記第１、２吸着器（１１０、１２０）にて水分を吸着して空気を除湿加熱し、その除湿加熱された空気を前記第１熱交換器（１６１）にて冷却した後、前記第１熱交換器（１６１）にて冷却された空気を水分が吸着された前記第３吸着器（１３０）に供給して空気を加湿冷却するとともに、前記第４吸着器（１４０）に加熱空気を供給して前記第４吸着器（１４０）に吸着した水分を脱離させる第１状態と、
前記第３、４吸着器（１３０、１４０）にて水分を吸着して空気を除湿加熱し、その除湿加熱された空気を前記第２熱交換器（１６２）にて冷却した後、前記第２熱交換器（１６２）にて冷却された空気を水分が吸着された前記第１吸着器（１１０）に供給して空気を加湿冷却するとともに、前記第２吸着器（１２０）に加熱空気を供給して前記第２吸着器に吸着した水分を脱離させる第２状態と、
を交互に切り換えることを特徴とする吸着式冷凍機。
【請求項２】
前記第１状態においては、前記第４吸着器（１４０）を通過した加熱空気中から熱を回収し、その回収した熱を前記加熱空気に供給し、
前記第２状態においては、前記第２吸着器（１２０）を通過した加熱空気中から熱を回収し、その回収した熱を前記加熱空気に供給することを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍機。
【請求項３】
前記第１、２吸着器（１１０、１２０）又は前記第３、４吸着器（１３０、１４０）に流入する空気中に水分を供給する加湿器（１９１、１９２）を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の吸着式冷凍機。
【請求項４】
前記第１、２熱交換器（１６１、１６２）に液体を噴射し、前記第１、２熱交換器（１６１、１６２）の冷却能力を増大させる噴射装置を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の吸着式冷凍機。
【請求項５】
前記ケーシング（１５０）に吸入される前の湿度より低い湿度の状態においては、前記第２、４吸着器（１２０、１４０）に収納された前記吸着剤（１２１、１４１）は、前記第１、３吸着器（１１０、１３０）に収納された前記吸着剤（１１１、１３１）に比べて多くの水分を吸着することができるものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の吸着式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリカゲル等の吸着剤を用いた吸着式冷凍機に関するもので、空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
吸着式冷凍機として、例えば特開平５−３０１０１４号公報に記載の発明は、加湿器にて水を蒸発させてその蒸発潜熱により空気を加湿冷却するとともに、吸着剤にて加湿された空気中の水分を吸着して除湿するものである。
【０００３】
そして、水分を吸着して水分吸着が飽和した吸着剤については、太陽熱や廃熱を利用して吸着剤を加熱することにより、吸着されていた水分を脱離させている。以下、吸着剤を加熱して、水分を脱離させることを「吸着剤を再生する」と言う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸着式冷凍機の発生する冷凍能力を増大させるには、吸着剤が吸着する水分量を増大させる必要があるが、吸着剤が吸着する水分量を増大させると、吸着剤を再生させるに必要な熱量も増大してしまう。
【０００５】
このため、太陽熱や廃熱等の再生に必要な熱量（以下、この熱量を必要再生熱量と呼ぶ。）が小さいと、十分な冷凍能力を発揮することができない。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、少ない必要再生熱量にて十分な冷凍能力を得る（成績係数の向上を図る）ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、第１、２吸着器（１１０、１２０）にて水分を吸着して空気を除湿加熱し、その除湿加熱された空気を第１熱交換器（１６１）にて冷却した後、第１熱交換器（１６１）にて冷却された空気を水分が吸着された第３吸着器（１３０）に供給して空気を加湿冷却するとともに、第４吸着器（１４０）に加熱空気を供給して第４吸着器（１４０）に吸着した水分を脱離させる第１状態と、第３、４吸着器（１３０、１４０）にて水分を吸着して空気を除湿加熱し、その除湿加熱された空気を第２熱交換器（１６２）にて冷却した後、第２熱交換器（１６２）にて冷却された空気を水分が吸着された第１吸着器（１１０）に供給して空気を加湿冷却するとともに、第２吸着器（１２０）に加熱空気を供給して第２吸着器に吸着した水分を脱離させる第２状態と、を交互に切り換えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、水分の脱離は、例えば第１状態においては第３吸着器（１３０）及び第４吸着器（１４０）で行われ、しかも、外部から熱エネルギを供給する必要があるのは、第４吸着器（１４０）のみである。
【０００９】
したがって、本発明に係る吸着式冷凍機における必要再生熱量が、上記公報に係る冷凍機における必要再生熱量より小さくなるので、吸着式冷凍機の成績係数を向上させることができ、少ない必要再生熱量にて十分な冷凍能力を得ることが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、第１状態においては、第４吸着器（１４０）通過した加熱空気中から熱を回収し、その回収した熱を加熱空気に供給し、第２状態においては、第２吸着器（１２０）通過した加熱空気中から熱を回収し、その回収した熱を加熱空気に供給することを特徴とする。
【００１１】
これにより、外部から与える熱量を小さくすることができるので、さらに少ない熱量にて十分な冷凍能力を得ることが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、第１、２吸着器（１１０、１２０）又は第３、４吸着器（１３０、１４０）に流入する空気中に水分を供給する加湿器（１９１、１９２）を有することを特徴とする。
【００１３】
これにより、除湿加熱される前の空気の温度が低下し、吸着式冷凍機内の加湿冷却量が増大するので、ケーシング（１５０）から吹き出す空気の温度より低下させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、第１、２熱交換器（１６１、１６２）に液体を噴射し、第１、２熱交換器（１６１、１６２）の冷却能力を増大させる噴射装置を有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、第１、２熱交換器（１６１、１６２）の冷却能力が増大するので、ケーシング（１５０）から吹き出す空気の温度をより低下させることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、ケーシング（１５０）に吸入される前の湿度より低い湿度の状態においては、第２、４吸着器（１２０、１４０）に収納された吸着剤（１２１、１４１）は、第１、３吸着器（１１０、１３０）に収納された吸着剤（１１１、１３１）に比べて多くの水分を吸着することができるものであることを特徴とする。
【００１７】
これにより、効率良く空気を除湿加熱できるので、吸着式冷凍機の成績係数をさらに向上させることができる。
【００１８】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る吸着式冷凍機を空調装置に適用したものであって、図１は吸着式冷凍機（以下、冷凍機と略す。）１００の模式図である。
【００２０】
図１中、１１０、１２０、１３０、１４０は、雰囲気中の水分を吸着する際に熱を発生し、加熱されることによりその吸着した水分を脱離する吸着剤（本実施形態では、シリカゲル）１１１、１２１、１３１、１４１が収納された第１〜４吸着器であり、これらの吸着器１１０、１２０、１３０、１４０は、室外の空気を室内に導くとともに空気の通路を構成する空調ケーシング１５０内に収納されている。なお、空調ケーシング１５０内を流通する空気（以下、この空気を空調風と呼ぶ。）は、図示しない送風機によって流通させられている。
【００２１】
１６１、１６２は空調風と空調ケーシング１５０外の空気（本実施形態では、室外空気）との間で熱交換を行い、室外空気により空調風を冷却する第１、２熱交換器である。１７１、１７２はエンジン（内燃機関）Ｅの冷却水（廃熱）を熱源として第４、２吸着器１４０、１２０に流入する空気を加熱し、吸着剤１４１、１２１を加熱する第１、２加熱用熱交換器であり、第１加熱用熱交換器１７１は第４吸着器１４０（吸着剤１４１）を加熱するものであり、第２加熱用熱交換器１７２は第２吸着器１２０（吸着剤１４１）を加熱するものである。
【００２２】
なお、１７３、１７４はエンジンＥから吐出される冷却水を第１加熱用熱交換器１７１に向けて流通させる場合と第２加熱用熱交換器１７２に向けて流通させる場合とを切り換える切換弁であり、Ｐは冷却水を循環させるポンプである。
【００２３】
ところで、図２は、空調ケーシング１５０内を流通する空調風流れを示す模式図であり、空調風流れは制御ドア（流通空気制御手段）１８１〜１８８（以下、これらの制御ドアを総称するときは、制御ドア１８０と表記する。）により制御されている。
【００２４】
因みに、図２（ｂ）は冷凍機１００の平面図であり、図２（ａ）は（ａ）の上面図であり、図２（ｃ）は（ａ）の下面図である。また、図１、２は後述する第１状態を示し、図３、４は後述する第２状態を示している。
【００２５】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００２６】
冷凍機１００の起動スイッチ（図示せず）の投入と同時に送風機が稼働し、空調ケーシング１５０内に空調風が流通し始める。そして、以下の第１状態と第２状態とを所定時間毎に交互に切換ながら室内に吹き出す空気（空調風）を冷却する。なお、所定時間は、各吸着器１１０、１２０、１３０、１４０の水分吸着能力及び水分脱離能力が所定能力以下となるまでに必要な時間に基づいて適宜選定されるものである。
【００２７】
１．第１状態（図１、２参照）
室外空気を吸入して、その吸入した空気を第１吸着器１１０→第２吸着器１２０→第１熱交換器１６１→第３吸着器１３０の順に空調ケーシング１５０内を流通させた後、室内に向けて吹き出す。
【００２８】
このため、空調ケーシング１５０内に吸入された空気（空調風）は、第１、２吸着器１１０、１２０にて水分が吸着されて除湿加熱され、その後、第１熱交換器１６１にて冷却された後、水分が吸着された第３吸着器１３０にて加湿冷却されて室内に吹き出す。
【００２９】
また、エンジンＥの冷却水を第１加熱用熱交換器１７１に流通させるとともに、室内から吸入した空気を第１加熱用熱交換器１７１にて加熱し、その加熱空気を第４吸着器１４０に供給して吸着剤１４１を加熱した後、吸着剤１４１の加熱を終了した（第４吸着器１４０を通過した）空気を室外に放出する。
【００３０】
２．第２状態（図３、４参照）
室外空気を吸入して、その吸入した空気を第３吸着器１３０→第４吸着器１４０→第２熱交換器１６２→第１吸着器１１０の順に空調ケーシング１５０内を流通させた後、室内に向けて吹き出す。
【００３１】
このため、空調ケーシング１５０内に吸入された空気（空調風）は、第３、４吸着器１３０、１４０にて水分が吸着されて除湿加熱され、その後、第２熱交換器１６２にて冷却された後、水分が吸着された第１吸着器１１０にて加湿冷却されて室内に吹き出す。
【００３２】
また、エンジンＥの冷却水を第２加熱用熱交換器１７２に流通させるとともに、室内から吸入した空気を第２加熱用熱交換器１７２にて加熱し、その加熱空気を第２吸着器１２０に供給して吸着剤１４２を加熱した後、吸着剤１４２の加熱を終了した（第２吸着器１２０を通過した）空気を室外に放出する。
【００３３】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３４】
図５の太い実線は、空調ケーシング１５０の部位Ａ〜Ｅ（図１、３参照）における空調風の状態（温度、絶対湿度、相対湿度、エンタルピ）を示す線図であり、冷凍機を稼働させると、空調風は図５のＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅの順に状態を変化させながら空調ケーシング１５０内を流通して室内に吹き出される。
【００３５】
つまり、第１状態において、例えば温度３５℃、相対湿度５０％の室外空気が第１吸着器１１０に吸入されと（図５のＡ点）、空調空気は、第１、２吸着器１１０、１２０によって除湿されながらその温度を上昇させていく（Ａ→Ｂ→Ｃ）。このとき、第１、２吸着器１１０、１２０における水分の吸着工程は、略断熱変化と見なすことができるので、第１吸着器１１０に吸入された空気は、等エンタルピ線（図５の破線）に沿って変化する。
【００３６】
次に、空調風は、第１熱交換器１６１にて絶対湿度一定の状態で冷却されて、例えば温度３５℃、相対湿度９％の状態の空気となる。ここで、絶対湿度と温度との関係は、図５の線図において直交関係にあるので、空調風はＣ点からＤ点に横軸（温度軸）と平行に移動する（Ｃ→Ｄ）。
【００３７】
そして、第１熱交換器１６１を流出した空調風は、次に第３吸着器１３０に流入し、吸着剤１３１を加熱することにより自らは加湿冷却されながらその温度を低下させていく。このとき、第３吸着器１３０は、第２状態において水分を吸着したときの雰囲気の相対湿度と等しい相対湿度となるように水分を脱離するとともに、略断熱変化するためＤ点を通る等エンタルピ線に沿ってＥ点（例えば温度２２℃、相対湿度５０％）まで変化する。
【００３８】
ここで、室外空気の状態（特に、相対湿度）は、第１状態と第２状態とが切り換わる間（所定時間内）に大きく変化することはないので、第３吸着器１３０が、第２状態において水分を吸着したときの雰囲気の相対湿度と、第１状態において第１吸着器１１０が水分を吸着するときの雰囲気の相対湿度とは、略等しいものと考えることができる。したがって、Ｅ点は、Ｄ点を通る等エンタルピ線とＡ点を通る等相対湿度線（図５の一点鎖線）との交点となる。
【００３９】
このとき、等エンタルピ線と等相対湿度線とは、互いに交差するような関係があるので、第１熱交換器１６１にて冷却されたことに対応して、Ｅ点はＡ点より温度が低い方にずれ、室内に吹き出す空気を冷却することができる。
【００４０】
ところで、上記公報に記載の発明では、空気を冷却するために加湿した水分に対応する必要再生熱量を必要としたが、本実施形態では、水分の脱離は、例えば第１状態においては第３吸着器１３０及び第４吸着器１４０で行われ、しかも、外部から熱エネルギ（エンジンＥの廃熱）を供給しているのは、第４吸着器１４０のみである。
【００４１】
したがって、本実施形態に係る冷凍機１００における必要再生熱量は、上記公報に係る冷凍機における必要再生熱量より小さくなるので、冷凍機の成績係数を向上させることができ、少ない必要再生熱量にて十分な冷凍能力を得ることが可能となる。
【００４２】
なお、図６は冷凍機内存在する全ての吸着剤の水分吸着量と雰囲気湿度（関係湿度）との関係を示すグラフであり、このグラフに示すように、本実施形態によれば、水分の脱離工程において必要とする熱量は、吸着水分量Ｃに対応する熱量となり、上記公報に係る冷凍機において水分の脱離工程において必要とする熱量は、吸着水分量Ｃｏに対応する熱量となる。したがって、上述のごとく、本実施形態に係る冷凍機１００における必要再生熱量は、上記公報に係る冷凍機における必要再生熱量より小さくなる。
【００４３】
因みに、図５において、本実施形態に係る冷凍能力はｈ1（第１、２熱交換器１６１、１６２における熱交換量）により示され、必要再生熱量はｈ2により示される。
【００４４】
また、上記公報に記載の発明は、温度の異なる空気が流通する２本の空気通路間を、吸着剤が収納された除湿ロータ及び両空気通路間の熱交換を行う熱交換ロータが行き来（回転）するので、これらロータが設置された部位で両空気通路間に空気の漏れが発生し、この部位で熱損失が発生するおそれが高い。
【００４５】
これに対して、本実施形態では、温度の異なる空気通路間を吸着器１１０、１２０、１３０、１４０が行き来するといった作動を行わないので、空気の漏れに伴う熱損失が発生しない。
【００４６】
ところで、本実施形態に係る冷凍機では、吸入された室外空気を一旦、除湿加熱することにより室外空気と空調風（空調ケーシング１５０内を流通する空気）との間に温度差を発生させて空調風の熱を室外に放熱し、その後、加湿冷却するものであるので、原理的には、２個の吸着器（第１、３吸着器１１０、１３０）と１個の熱交換器（第１熱交換器１６１）にて冷凍機として成り立つ。しかし、切換方式となるので、断続的な冷房となる。
【００４７】
さらに、１個の吸着器では、実用的に十分な量の除湿加熱を行うことができないので、室外空気と空調風との間に十分な温度差を確保することができず、放熱を十分にできない。
【００４８】
これに対して、本実施形態では、２個の吸着器にて除湿加熱を行っているので、室外空気と空調風との間に十分な温度差を確保することが可能となる。また、第１状態から第２状態へ切り替わったとき、２個の吸着器を加湿冷却と廃熱による脱離との２工程に割り当てることができるため、連続的な冷房が可能となる。
【００４９】
しかも、周知のごとく、吸着剤は水分を吸着する吸着工程と水分を脱離する脱離工程とで関係湿度に対する水分吸着量が異なるので（図６参照）、第３吸着器１３０は、第２状態において吸着した水分量の全てを脱離することができず、室内に吹き出す空気の温度が十分に下がらないおそれがある。
【００５０】
これに対して、本実施形態では、（エンジンＥの）廃熱にて十分に水分が脱離された吸着器にて除湿加熱するので、空調風の湿度を十分に低下させることができる。したがって、脱離工程にある吸着器（例えば第１状態にあっては第３吸着器１３０）に十分に関係湿度の低い空気が供給されることとなるので、脱離工程にある吸着器にて空調風を十分に加湿冷却することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
本実施形態は、図７、８に示すように、第４、２吸着器１４０、１２０の空気流れ下流側に熱を回収する第１、２熱回収器１８１、１８２を設けるとともに、両熱回収器１８１、１８２で回収した熱を再び吸着剤の再生に利用するようにしたものである。なお、図７は第１状態を示すものであり、図８は第２状態を示すものである。
【００５２】
これにより、図９に示すように、必要再生熱量ｈ2に対して回収された熱量ｈ3分、外部（エンジンＥ）から与える熱量ｈ4を小さくすることができるので、さらに少ない熱量にて十分な冷凍能力を得ることが可能となる。
【００５３】
（第３実施形態）
本実施形態は、図１０、１１に示すように、第１実施形態に係る冷凍機１００において、第１状態にあっては第１、２吸着器１１０、１２０に流入する空気（除湿加熱される前の空気）中に、第２状態にあっては第３、４吸着器１３０、１４０に流入する空気（除湿加熱される前の空気）中に水分を供給する加湿器１９１、１９２を設けたものである。
【００５４】
なお、図１０は第１状態を示しており、図１１は第２状態を示しており、第１状態では加湿器１９１により第１吸着器１１０に流入する空気に加湿し、第２状態では加湿器１９２により第３吸着器１３０に流入する空気に加湿する。
【００５５】
これにより、図１２に示すように、除湿加熱される前の空気の温度が低下し、冷凍機１００内の加湿冷却量が増大するので、室内に吹き出す空気の温度を第１実施形態に係る冷凍機１００より低下させることができる。
【００５６】
（第４実施形態）
本実施形態は、図１３、１４に示すように、第１実施形態に係る冷凍機１００において、第１、２熱交換器１６１、１６２に霧状（ミスト状）の水（液体）を噴射（噴霧）する第１、２噴霧装置（噴射装置）２０１、２０２を設けたものである。
【００５７】
なお、図１３は第１状態を示し、図１４は第２状態を示しており、第１状態においては第１噴霧装置２０１にて第１熱交換器１６１に水を噴霧し、第２状態においては第２噴霧装置２０２にて第２熱交換器１６２に水を噴霧する。
【００５８】
これにより、第１、２熱交換器１６１、１６２の冷却能力が増大するので、図１５に示すように、室内に吹き出す空気の温度を第１実施形態に係る冷凍機１００より低下させることができる。
【００５９】
（第５実施形態）
本実施形態は、第２、４吸着器１２０、１４０に収納された吸着剤１２１、１４１は、第１、３吸着器１１０、１３０に収納された吸着剤１１１、１３１に比べて、主に低い湿度の状態で水分の吸着を行うことに着目してなされたものである。
【００６０】
具体的には、図１６に示すように、空調ケーシング１５０に吸入される前（室外空気）の関係湿度より低い関係湿度の状態において、吸着剤１１１、１３１より多くの水分を吸着することができる吸着剤を吸着剤１２１、１４１に採用したものである。因みに、本実施形態では、吸着剤１１１、１３１をシリカゲルＢタイプとし、吸着剤１２１、１４１をシリカゲルＡタイプとしている。
【００６１】
これにより、効率良く空調風を除湿加熱できるので、冷凍機１００の成績係数をさらに向上させることができる。
【００６２】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、室外空気を吸入して室内に吹き出す空気を冷凍機１００にて空調（冷却）したが、室内空気を吸入して室内に吹き出す空気を空調してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍機における第１状態を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る冷凍機における制御ドアの状態を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る冷凍機における第２状態を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る冷凍機における制御ドアの状態を示す模式図である。
【図５】絶対湿度の温度との関係を示す線図である。
【図６】吸着量と関係湿度との関係を示す線図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る冷凍機における第１状態を示す模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る冷凍機における第２状態を示す模式図である。
【図９】絶対湿度の温度との関係を示す線図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る冷凍機における第１状態を示す模式図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る冷凍機における第２状態を示す模式図である。
【図１２】絶対湿度の温度との関係を示す線図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る冷凍機における第１状態を示す模式図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る冷凍機における第２状態を示す模式図である。
【図１５】絶対湿度の温度との関係を示す線図である。
【図１６】本発明の第４実施形態に係る冷凍機における吸着量と関係湿度との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１１０…第１吸着器、１２０…第２吸着器、１３０…第３吸着器、
１４０…第４吸着器、１６１…第１熱交換器、１６２…第２熱交換器、
１７１…第１加熱用熱交換器、１７２…第２加熱用熱交換器。
【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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【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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