(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水源の水面に浮遊し、毛細管作用により水源の水を吸収して太陽光に曝される薄水膜を水面上の部位に生成する物体と、その内部に物体がすき間をおいて複数個配設される漂流防止手段とを備え、前記薄水膜中の水を太陽光のエネルギーにより蒸発させて上空に水蒸気団を生成することを特徴とする水蒸気団生成装置。
【請求項２】
前記漂流防止手段が、浮遊物から成る枠体と、この枠体のアンカーから成ることを特徴とする請求項１記載の水蒸気団生成装置。
【請求項３】
前記物体が、波や風により回転する断面形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の水蒸気団生成装置。
【請求項４】
前記物体の表面に毛細管作用を有するシートを装着し、このシートの毛細管作用により水面下の水を吸収して前記薄水膜を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水蒸気団生成装置。
【請求項５】
前記物体は、その表面に毛細管作用を有するシートを装着して成っており、前記シートの両端部は水面下に垂下し、その毛細管作用により前記物体の前記水面上の部位の前記シートまで水を吸い上げて蒸発させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の水蒸気団生成装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の水蒸気団生成装置により水蒸気団を生成し、この水蒸気団を気流により陸地の上空へ上昇させてこの水蒸気団中の水蒸気を雨滴化し、陸上に雨を降らせることを特徴とする人工降雨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を利用した水蒸気団生成装置及び人工降雨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
雨量や地下水等の淡水が不足している地域では、農業や生活に必要な水不足のために、人間が継続的な活動ができないので、当然食糧事情も悪く経済的に見捨てられた地域となる傾向がある。このため、かつてロシアでは潅漑用の水を確保するため、潅漑用に膨大な用水路を構築して川の流れを変更する計画が立てられたり、中国では揚子江の水を利用するために潅漑用に長大な用水路を計画している。
【０００３】
また、世界には、多くの砂漠を持つ国々があるが、これらの砂漠化した地域や国は赤道付近に集中している。特にアフリカでは人口爆発による食糧難が大きな問題となっており、今後益々水不足が深刻化すると予想されている。そこで、人工的な降雨を大略でも計画的に定量的に実行できれば、広範囲な砂漠の緑地化や農地耕作が可能になり、食糧難の解決が期待できる。
【０００４】
また、近年低開発国での工業による空気汚染が問題になっている。空気汚染は、汚染の源を絶つことが望ましいが、多くの場合一朝一夕に絶つことは困難である。しかし、汚染の空気が多くの場所に流れていく前に、人工降雨を汚染源の近辺で発生させて酸性雨として流して処理すれば、汚染を拡散させないことが可能であろう。
【０００５】
ところで自然界では、海洋や湖沼、河川等の水が蒸発し、上空の低温大気まで運ばれて結露して雲粒となり、これが雨滴に成長して雨になる。従って、結露した雲粒が存在しないと、雨滴ができず雨は降らない。従来の人工降雨は、雲粒が存在する場合に、ドライアイスを飛行機で散布して雲粒を雨滴にしたり、大音響の振動で雲粒を雨滴にしていた。
【０００６】
人工降雨のための水の水蒸気化を行うには、多くの困難な問題がある。水を水蒸気化するには、エネルギー（熱）が必要である。水の場合は、水と同一温度の水蒸気に１ｋｇの水を蒸発させるには２２６６ｋジュール（０．６３ｋＷ時）を必要とする。つまり、概略６００ワットの電熱器を用いて約１時間かけると水１ｋｇが水蒸気になる。また太陽光のエネルギーは、日本では１平方メートル当たり最大約１ｋＷであり、これは約１．５ｋｇの水を１時間で水蒸気化できるエネルギーである。
【０００７】
一方、雨の水量は多い。例えば、１０ｋｍ×１０ｋｍの地域に１０ｍｍの雨が降ると、水量は１００００００立方メートル（１００万トン）である。このような大量の水を水蒸気にするためには大規模な水蒸気化装置が必要となり、これを定常的に運用するには高度な技術が必要である。
【０００８】
人工降雨の発生方法として、海水や湖沼、河川の淡水（以下、海水と淡水を「水」という）を蒸発させて水蒸気団（雲）を生成し、これを上空へ上昇させて雨滴化し、雨として降らせることが考えられるが、これには次のような多くの課題がある。
【０００９】
（１）１万トンを越える水を一度に短時間内で水蒸気化する装置は、大規模装置を用いて必要エネルギーも大きくなり、危険が無いように装置化する必要がある。また、場所も広範囲に分散することが考えられるが、稼働のリスクを低くするために、一カ所の故障や事故は他の大部分に影響せず、稼働できるような構成にする必要がある。
【００１０】
（２）大規模なシステムとなり、しかも広い場所や大きなエネルギーを必要とするので、既存の他の工業等に悪影響を与えない場所やエネルギー利用による運用が必要となる。
【００１１】
（３）望ましい雨量については、季節や地域によって必要とする降雨時期・場所・量等が相違するため、人工降雨システムによって降雨させる時期・場所・量等をある程度制御可能にする必要がある。
【００１２】
（４）大量の水を海中や湖沼中、河川中で暖めるには、膨大なエネルギーがいる。更に、大量の水は、少量のカロリーで暖めても対流などでいつまでも蒸発温度まで暖まらない。このため、少量の水のみを常時暖めるために、水蒸気化する水を海や湖沼、河川の中の水から分離しかつ水蒸気化する場所に一定時間の間保持して、水蒸気化のために加えるエネルギーが対流や熱伝導によってエネルギー損失しないようにする必要がある。
【００１３】
（５）少量の水を暖めて常時蒸気化させるためには、水蒸気化する水を少量づつ連続的に人手を介さず自動的に蒸気化する装置に補給する必要がある。
【００１４】
（６）雨を降らせる場所が変更される場合には、その場所に降らせるのに適切な場所に水蒸気化装置を容易に移動させる必要がある。
【００１５】
（７）雨を降らせる量が変更された場合に、その量に対応して降らせるのに適切な水蒸気を発生させるように水蒸気化装置を一定の範囲で容易に制御できる必要がある。
【００１６】
ところで、海洋や湖沼、河川等の水源は水深が深く、しかも波浪等により表層の水は波動し、水は上下に入れ替っている。したがって水が太陽光のエネルギーを受けても、表層の水は蒸発温度まで上昇しにくい。
【００１７】
しかしながら、海洋や湖沼、河川等の水源の水を薄水膜として取り出し、これを太陽光に曝せば、薄水膜は熱効率よく昇温して蒸発する。原理的には、薄水膜は厚さが薄い程太陽光のエネルギーにより温度上昇し、水蒸気に気化する。このようにして大量の水を蒸発させれば、上空に湿度の高い水蒸気団（雲）を生成することができる。そしてこの水蒸気団が海風、偏西風などの気流により陸地の上空、特に砂漠の上空へ移動すれば、上空の気温、殊に午後遅くや日没後の気温はきわめて低いので、水蒸気は容易に雨滴化、氷滴化し、雨や雪となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで本発明は、太陽光のエネルギーを利用して低コストで雨を降らすことができる水蒸気団生成装置及び人工降雨方法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】
【００１９】
請求項１記載の水蒸気団生成装置は、水源の水面に浮遊し、毛細管作用により水源の水を吸収して太陽光に曝される薄水膜を水面上の部位に生成する物体と、その内部に物体がすき間をおいて複数個配設される漂流防止手段とを備え、前記薄水膜中の水を太陽光のエネルギーにより蒸発させて上空に水蒸気団を生成する。
【００２０】
請求項２記載の水蒸気団生成装置は、望ましくは前記漂流防止手段が、浮遊物から成る枠体と、この枠体のアンカーから成るものである。
【００２１】
請求項３記載の水蒸気団生成装置は、望ましくは前記物体が、波や風により回転する断面形状を有するものである。
【００２２】
請求項４記載の水蒸気団生成装置は、望ましくは前記物体の表面に毛細管作用を有するシートを装着し、このシートの毛細管作用により水面下の水を吸収して前記薄水膜を生成するものである。
【００２３】
請求項５記載の水蒸気団生成装置は、望ましくは前記物体は、その表面に毛細管作用を有するシートを装着して成っており、前記シートの両端部は水面下に垂下し、その毛細管作用により前記物体の前記水面上の部位の前記シートまで水を吸い上げて蒸発させるようにしたものである。
【００２５】
請求項６記載の人工降雨方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の水蒸気団生成装置により水蒸気団を生成し、この水蒸気団を気流により陸地の上空へ上昇させてこの水蒸気団中の水蒸気を雨滴化し、陸上に雨を降らせるものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、物体の表面の薄水膜に太陽光が照射されることにより、薄水膜は熱効率よく蒸発温度まで上昇して蒸発し、上空へ上昇して湿度の高い水蒸気団（雲）となる。この水蒸気団が例えば砂漠等の陸地の上空へ移動し、殊に太陽光のエネルギーが小さくなる午後遅くの温度低下や、日没後の夜間温度の低下により冷却されて雨滴化、氷滴化し、雨となって地上に降る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における水蒸気団生成装置の全体側面図、図２、図３は同水蒸気団生成装置の平面図、図４は同水蒸気団生成装置に用いられる物体の斜視図、図５は同水蒸気団生成装置に用いられる物体の断面図である。
【００２９】
図１において、陸地Ｌの側方は水源としての海Ｓである。海面には物体１が浮遊している。図１及び図２において、物体１は多数個設けられている。多数個の物体１は、枠体２の内部に配設されており、この内部を浮遊している。枠体２は発砲スチロール、空気袋、材木等の浮遊物から成っており、図１に示すように、アンカー３により海底に固定するなどして、海流に流されて漂流しないようにしている。すなわち、枠体２とアンカー３は、物体１が海流や風などにより漂流して失われるのを防止する漂流防止手段となっている。アンカー３を取りはずせば、枠体２を船で曳航して、水蒸気団生成装置を別の位置へ移動させることができる。
【００３０】
枠体２の横寸法Ｌ１及び縦寸法Ｌ２は、地理的条件や気候的条件等によって任意に決定される。横寸法Ｌ１と縦寸法Ｌ２は限定されるものではないが、少なくとも１ｋｍ、出来れば１０ｋｍ以上あることが望ましい。図２に示す水蒸気団生成装置Ａ１は単一で設置してもよいが、図３に示すように一般の船のや保守管理用の船が航行ができるように、少なくとも数１０ｍ以上の間隔Ｔをおいて複数個配設してもよい。このように水蒸気団生成装置Ａ１をより多く配設すれば、その設置平面積をより広くして、より大量の水蒸気をより広範囲に発生させることができる。この水蒸気団生成装置Ａ１は、砂漠や少雨地域の風上に位置する海洋や湖沼、大河川等の水源に設置される。水蒸気団生成装置Ａ１の大きくは、船で曳航可能な大きさであることが望ましい。枠体の平面形状は、長枠形や環形でもよく、その形状は任意に決定できる。
【００３１】
図４、図５において、物体１は柱体１ａの表面に毛細管作用を有する布や多孔性合成樹脂シートなどのシート１ｂを装着して成っている。物体１は、海面や淡水面（以下、両者を水面という）に浮遊するものであり、発砲スチロールや空気袋などの水よりも比重の小さい物質から成っている。物体１の断面形状は、波や風によりその軸心線Ｎ．Ａを中心に容易に回転できるように（図５の矢印ａを参照）、円形若しくは８角形などの円形に近い形状が望ましい。柱体１ａは中空の円筒体でもよい。物体１の寸法は位置に決定できるが、例えば直径は５０ｃｍ、長さは１０ｍである。
【００３２】
図５に示すように、物体１の下部は水面下に浸漬しており、シート１ｂはその毛細管作用により水中の水を吸収して吸い上げ、吸い上げられた水は水面上に位置して大気に露出する部位のシート１ｂに毛細管作用により浸潤する（矢印ｂを参照）。このようにして、水面上の部位のシート１ｂは水を含浸し、大気中に露出して太陽光に曝される薄水膜が生成される。
【００３３】
薄水膜には太陽光が照射し（矢印Ｅを参照）、薄水膜に含浸された水は水蒸気となって蒸発する（図１の矢印Ｎ１を参照）。このように、水面よりも上方に位置する物体１の部位の表面に薄水膜を生成すれば、この薄水膜は太陽光のエネルギーにより熱効率よく容易に蒸発温度まで上昇して蒸発する。薄水膜は、その厚さが薄い程、これに含まれる水は太陽光のエネルギーにより蒸気になり易い。
【００３４】
海水の場合、シート１ｂに含浸された海水の水分が蒸発すれば、シート１ｂにはこの蒸発によって生成された塩が残留して固着する。この固着した塩はシート１ｂの毛細管作用を低下させる。しかしながら、物体１は波や風によりその軸心Ｎ．Ａを中心に回転し（図５の矢印ａを参照）、あるいは波浪によって表面に海水を浴びるので、シート１ｂに固着した塩は海水中へ溶出する。以上により塩の固着によるシートの毛細管力の低下は相当程度防止でき、したがって水面上において水分が蒸発したシート１ｂには、シート１ｂの毛細管作用により次々に継続して連続的に海水が補給される（図５の矢印ｂを参照）。湖沼や河川などの淡水の場合は、塩は存在しないので、残留固着塩の問題は生じない。
【００３５】
図１、図２において、海洋にはきわめて多数個の物体１が浮遊している。物体１と物体１の間は、物体１がより自由に回転できるように、若干（例えば１０ｃｍ程度）のすき間ｔを確保している。勿論、物体同士が衝突してもかまわない。多数の物体１からは、図５を参照して説明したように水蒸気が発生し、水蒸気は上昇（矢印Ｎ１）して上空には湿度の高い水蒸気団（雲）Ｃが生成される。
【００３６】
この水蒸気団Ｃは、凪時（風がないとき）にはほぼ垂直に上方へ上昇する（矢印Ｎ１）。そして気流（風）によって陸地Ｌの上空へ移動する（矢印Ｎ２）。海風Ｗがある場合には、陸地へ向って斜上方へ上昇する（矢印Ｎ３）。気流は様々な原因により生じる。気流の代表として海風Ｗがある。これは、昼間は陸地Ｌの温度が上昇して陸地Ｌの空気は上昇し、これにともない海上の比較的低温の空気が陸地Ｌへ向って移動するものである。
【００３７】
上空の気温は低い。殊に午後遅くから太陽光のエネルギーが弱くなると上空の気温は次第に低下し、日没後の夜間には更に気温は低下する。したがって上空の水蒸気団Ｃに含まれる水蒸気は、上空の低温雰囲気中において冷却されて雨滴化や氷滴化し、このようにして生成された雨滴や氷滴は雨や雪となって陸上に降る（図１の矢印Ｎ４）。
【００３８】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における物体の断面図、図７は同海洋や湖沼、河川に設置された水蒸気団生成装置の平面図である。
【００３９】
物体１１は球形であって、発砲スチロールや空気袋等の球体１１ａの表面に毛細管作用を有するシート１１ｂを装着して成っており、水面に浮遊して波浪により全方向に自由に回転する（矢印ｃを参照）。図２の場合と同様に、物体１１は枠体２の内部に多数個浮遊している。物体１１の表面のシート１１ｂは、毛細管作用により水中の水を水面上へ吸い上げる（矢印ｄを参照）。水面上の部位に位置するシート１１ｂには太陽光（矢印Ｅ）に曝される薄水膜が生成され、この薄水膜中の水は、太陽光のエネルギーにより容易に蒸発して上昇する（矢印Ｎ１）。枠体２の設置構造は実施の形態１の場合と同様である。また図７に示す水蒸気団生成装置Ａ２は、図３に示す水蒸気団生成装置Ａ１と同じように複数個配設してもよい。また球体１１ａの内部は中空でもよい。
【００４０】
球体１１ａは表面積が大きいので、シート１１ｂは水面上に広面積の薄水膜を生成できる。また物体１１は波や風により水面上で如何なる方向へも回転できる。したがって水の蒸発によってシート１１ｂに残留固着した塩は、海中に潜って溶出する。物体１１がより自由に回転できるように、物体１と物体１の間にすき間ｔが確保される。実施の形態２の降雨の発生メカニズムは実施の形態１と同じである。
【００４１】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３における物体の断面図である。物体２１は弾性と多孔性を有する合成樹脂から成る中空球体である。部分拡大図Ｋに示すように、物体２１には毛細管作用を有する連通孔２２を有している。物体２１は実施の形態２の物体１１と同様に使用される。物体２１は、自身が毛細管作用を有しており、自身で吸水し（矢印ｅ）、太陽光に曝される薄水膜を水面上の部位に生成できるので、上記のようなシート１１ｂを用いる必要はない。物体２１の水面上の部位にまで吸収された水は、太陽光Ｅのエネルギーにより蒸発し、大気中を上昇して（矢印Ｎ１）、上述のような水蒸気団Ｃを生成する。また物体２１は風や波浪により自由に回転し（矢印ｆ）、水面上で水が蒸発することにより連通孔２２内に残留固着した塩は、水面下に没入することにより海中へ溶出する。降雨のメカニズムは、実施の形態１と同じである。
【００４２】
（実施の形態４）
図９は本発明の実施の形態４における物体の斜視図、図１０は同物体の断面図、図１１は同水蒸気団生成装置の平面図である。
【００４３】
図９、図１０において、物体３１は、断面台形の長尺の板体３１ａの表面に毛細管作用を有するシート３１ｂを装着して成っている。図１０及び図１１に示すように、物体１は互いにすき間ｔを確保して浮遊している。そしてシート３１ｂの両端部３１ｂ’は水面下の海中に垂下しており、その毛細管作用により海水を水面上の部位に位置する板体３１ａの上面上のシート３１ｂまで吸い上げる（矢印ｇ）。物体３１は、図１１に示すように、図２の場合と同様に海洋に多数個配設される。
【００４４】
板体３１ａの上面上に位置するシート３１ｂは毛細管作用により海水を吸収して含浸し、太陽光に曝される薄水膜を水面上に生成する。この薄水膜に太陽光が照射されることにより（矢印Ｅ）、薄水膜の水は蒸発して上昇し（矢印Ｎ１）、上空に図１と同様の水蒸気団（雲）Ｃを生成する。板体３１ａの上面上のシート３１ｂに残留固着した塩は、物体３１が波浪を被ることにより溶出する。降雨のメカニズムは実施の形態１と同じである。なお、両端部３１ｂ’、３１ｂ’を結んで、シート３１ｂで板体３１ａを包んでもよい。
【００４５】
実施の形態１〜４から明らかなように、水蒸気団を生成するための物体の形状、構造、寸法等は自由に設計できるのであって、要するに海面や湖面などの水面上の部位に、太陽光に曝されて太陽光のエネルギーによって昇温して蒸発する薄水膜を毛細管作用によって生成し、かつ蒸発によって物体から失われた水を毛細管作用により海や湖沼、河川等の水源から極力次々に継続的に連続して吸収して補給し、薄水膜の生成を極力継続できればよいものである。そして薄水膜から蒸発して生成された水蒸気団を上空へ上昇させ、水蒸気団を冷却させて降雨を発生させればよいものである。
【００５２】
本発明は実施の形態１〜４に限定されないのであって、様々な設計変更が可能である。例えば実施の形態１〜４において、最外周の物体１、１１、２１、３１にアンカーを取り付けて漂流防止手段としてもよく、そうすれば枠体２は不要である。また実施の形態１、２、４では、毛細管作用を得るために毛細管作用を有するシートを用いていたが、毛細管作用を有する多孔性の合成樹脂をコーティングするなどして物体の表面に毛細管作用を確保してもよい。
【００５３】
本発明の装置や方法によれば、常に雨が必ず降るというものではない。雨が降る確率は水蒸気団生成装置の平面積、シートや物体の毛細管力の大きさ、水蒸気団生成装置の設置位置や上昇・移動位置付近の気象条件等のパラメータである。例えば、水蒸気団生成装置の平面積が広い程、降雨が実現する可能性は高くなる。また、タイミングを見計らって、上空に生成された水蒸気団にドライアイスを散布して雨滴の生成を促進してもよく、このように従来の人工降雨方法を併用すれば、より高い確率で降雨が期待できる。また気象状況が強風下であれば、物体から蒸発した水蒸気は大気中に拡散してしまうので、降雨の確率はきわめて低くなるであろう。要は、要求される設備費や保守管理費等のコストパフォーマンスの下で、雨量の少ない地域に望まれる月間降雨量や年間降雨量が得られればよいのである。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、物体の表面の薄水膜に太陽光が照射されることにより、薄水膜は熱効率よく蒸発温度まで上昇して蒸発し、上空へ上昇して湿度の高い水蒸気団となる。この水蒸気団が例えば砂漠等の陸地の上空へ移動し、殊に太陽光のエネルギーが小さくなる午後遅くの温度低下や、日没後の夜間温度の低下により冷却されて雨滴となり、雨となって地上に降る。したがって従来の海水の淡水化装置よりもはるかに大量かつ安価に淡水である降雨を実現できる。したがって砂漠や少雨地域の生活環境や植生環境を著しく向上でき、またこれらの地域での農業、工業、サービス業等の諸産業の振興が可能となる。よって本発明の産業上の利用可能性はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１における水蒸気団生成装置の全体側面図
【図２】本発明の実施の形態１における水蒸気団生成装置の平面図
【図３】本発明の実施の形態１における水蒸気団生成装置の平面図
【図４】本発明の実施の形態１における水蒸気団生成装置に用いられる物体の斜視図
【図５】本発明の実施の形態１における水蒸気団生成装置に用いられる物体の断面図
【図６】本発明の実施の形態２における物体の断面図
【図７】本発明の実施の形態２における海洋や湖沼、河川に設置された水蒸気団生成装置の平面図
【図８】本発明の実施の形態３における物体の断面図
【図９】本発明の実施の形態４における物体の斜視図
【図１０】本発明の実施の形態４における物体の断面図
【図１１】本発明の実施の形態４における水蒸気団生成装置の平面図
【符号の説明】
【００５６】
１、１１、２１、３１  物体
１ｂ、１１ｂ、３１ｂ  シート
２  枠体（漂流防止手段）
３  アンカー（漂流防止手段）
ｔ  すき間
【要約】
【課題】太陽光のエネルギーを利用して低コストで雨を降らすことができる水蒸気団生成装置及び人工降雨方法を提供することを目的とする。
【解決手段】海洋Ｓに物体１を浮遊させる。物体１の表面に装着されたシート１ｂは、毛細管作用により海洋Ｓの海水を水面よりも上方の部位に吸い上げる。吸い上げられた海水により、水面上のシート１ｂに薄水膜が生成される。薄水膜に太陽光が照射されると、薄水膜中の水は容易に水蒸気となって上空へ上昇し（矢印Ｎ１）、上空に湿度の高い水蒸気団Ｃが生成される。水蒸気団Ｃは気流によって陸地Ｌの上空へ移動し（矢印Ｎ２）、上空の低温雰囲気中において冷却されて雨滴となり、陸上に雨が降る（矢印Ｎ４）。
【選択図】図１【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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