(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中モータと、該水中モータのシャフトに取り付けられた羽根車と、該羽根車の周囲を覆うケーシングとを有する本体部と、
上記本体部に空気を供給する給気管とを備えた曝気装置であって、
上記ケーシングには、被処理液を下方から吸引する吸入口と、上記羽根車の下流側において該ケーシング内を上向きに流れる被処理液と空気との混合流体をその流れ方向を変化させながら、径方向外方の斜め下向きに吐出する吐出通路とが形成され、
上記本体部における水中モータと羽根車との間には、該水中モータのシャフトの周囲を取り囲むような環状の空気室が区画形成され、
上記給気管は、上記空気室に空気を導入するように形成され、
上記空気室の区画壁の下縁部は、上記羽根車の円筒状のハブの近傍にまで延びており、
上記給気管からの空気を被処理液に供給するための散気口は、羽根車の下流側において、上記吐出通路の上面よりも下方位置でかつ当該吐出通路の径方向内方位置の、上記空気室の区画壁の下縁部と羽根車のハブとの間で全周にわたるスリット状の隙間によって形成されている曝気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の曝気装置において、
ケーシングは、下部に適宜高さの支持脚を備えている曝気装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の曝気装置において、
上記給気管は、上記本体部の側方に上下方向に延びて設けられかつ、その下流側は上向きに湾曲し、
上記本体部には、該本体部の上げ下ろしに伴って上記給気管の下流端に着脱され、該給気管から供給される空気を上記空気室に導入する導入管が設けられている曝気装置。
【請求項４】
請求項３に記載の曝気装置において、
本体部は、給気管をガイドとして、または該給気管とは別体のガイド棒をガイドとして、あるいは該給気管及び該ガイド棒の両方をガイドとして該本体部を案内するように、該給気管及び該ガイド棒のうちの一方あるいはその両方に係合するガイド部材を備えている曝気装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の曝気装置において、
給気管の下流端は、上向きに突出する突出部を形成し、
導入管は、本体部の吊り降ろしに伴って上記給気管の突出部にはめ込まれることによって、該給気管に接続されている曝気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水の浄化等に用いられる曝気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、曝気槽の底面に設置され、槽内の汚水を曝気処理する水中機械式の曝気装置はよく知られている。水中機械式の曝気装置は、水中モータのシャフトに取り付けられた羽根車がケーシング内に収容され、この羽根車の回転によってケーシング内に汚水を吸引すると共に当該汚水中に微細な気泡を分散させて曝気を行うものである。この種の曝気装置は、被処理液を上方から吸い込んで下方から吐き出す下吐き出し型の装置と、被処理液を下方から吸い込んで上方から吐き出す上吐き出し型の装置とに大別される。下吐き出し型の装置は槽底に強い流れを与えるのに有利なものであり、上吐き出し型の装置は深槽式曝気に特に有効なものである。
【０００３】
ところで、曝気装置の性能向上のためには、被処理液に対する酸素の溶解効率（酸素移動効率）を高めることが効果的である。そこで、実公平４−９０３９号公報には、上吐き出し型の曝気装置において、酸素移動効率を高めるために、被処理液に空気を供給するための散気口を、羽根車の上流側だけでなく下流側にも設けることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、羽根車の上流側及び下流側の両方から空気を供給する方法であっても、供給空気の一部は羽根車の上流側に供給されるので、被処理液と共に羽根車を通過することになる。そのため、羽根車を通過する被処理液の液量は、供給空気の分だけ減少する。従って、空気の供給量を多くすればするほど、羽根車を通過する被処理液の液量は少なくなるため、全体として、酸素移動効率の向上には限界があった。
【０００５】
また、図８に示すように、被処理液と空気（気泡）との混合流体を吐出するための吐出通路１０１は、混合流体を横向きに吐出するように形成されていたので、被処理液よりも比重の軽い気泡が吐出通路１０１の上部に溜まりがちになり、吐出通路１０１の構成上、気泡は被処理液に十分にとけ込みにくかった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸素移動効率の高い曝気装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、羽根車を通過する被処理液の液量をできるだけ多くするように、散気口を羽根車の下流側のみに設ける一方、空気の撹拌効率を高めるために、いったん上向きに導かれた被処理液と空気との混合流体を、その流通方向を湾曲させて斜め下向きに吐き出すようにした。
【０００８】
具体的には、本発明に係る曝気装置は、水中モータと、該水中モータのシャフトに取り付けられた羽根車と、該羽根車の周囲を覆うケーシングとを有する本体部と、上記本体部に空気を供給する給気管とを備えた曝気装置であって、上記ケーシングには、被処理液を下方から吸引する吸入口と、上記羽根車の下流側において該ケーシング内を上向きに流れる被処理液と空気との混合流体をその流れ方向を変化させながら、径方向外方の斜め下向きに吐出する吐出通路とが形成され、上記本体部における水中モータと羽根車との間には、該水中モータのシャフトの周囲を取り囲むような環状の空気室が区画形成され、上記給気管は、上記空気室に空気を導入するように形成され、上記空気室の区画壁の下縁部は、上記羽根車の円筒状のハブの近傍にまで延びており、上記給気管からの空気を被処理液に供給するための散気口は、羽根車の下流側において、上記吐出通路の上面よりも下方位置でかつ当該吐出通路の径方向内方位置の、上記空気室の区画壁の下縁部と羽根車のハブとの間で全周にわたるスリット状の隙間によって形成されていることとしたものである。
【０００９】
なお、ここでいう水中モータとは、水中ギヤードモータを含む広い意味でのモータを意味する。
【００１０】
このことにより、散気口が羽根車の下流側に設けられているので、空気の供給量が多い場合であっても、羽根車を通過する被処理液の液量が低下するおそれはなく、被処理液の液量が多い分、全体として酸素移動効率は向上する。また、逆にいうと、空気の供給量を従来以上に多くすることができる。
【００１１】
ケーシングの吐出通路は混合流体を斜め下向きに吐出するように形成されているので、混合流体の流れ方向は、上向きから斜め下向きにまで急激に変化する。その際、混合流体には大きな遠心力が働くので、被処理液の上部に溜まりがちな気泡は、被処理液と激しく混合することになる。そのため、空気の供給量が多い場合であっても、気泡は十分に分散して混合し、酸素移動効率は向上する。
【００１２】
また、空気室を形成することにより、給気管から導かれた空気は、いったん空気室に貯留された後、空気室の区画壁の下縁部と羽根車との間のスリット状の隙間から吐き出され、被処理液に供給されることになる。その結果、羽根車の下流側において、空気が被処理液に効率よく供給されることになる。
【００１３】
上記ケーシングは、下部に適宜高さの支持脚を備えていることが好ましい。
【００１４】
このことにより、ケーシングは安定して支持されることになる。また、支持脚は適宜高さに形成されているので、ケーシングの下方には、被処理液の吸い込みを容易にするために十分な大きさの吸込スペースが確保される。
【００１５】
ところで、曝気装置は過酷な環境下で長時間使用されるものであるため、定期的にメンテナンスが必要となる。そのため、メンテナンスが容易なように、空気を供給する給気管の取り付け及び取り外しを簡易に行うことのできる装置が切望されている。
【００１６】
そこで、上記給気管は、上記本体部の側方に上下方向に延びて設けられかつ、その下流側は上向きに湾曲し、上記本体部には、該本体部の上げ下ろしに伴って上記給気管の下流端に着脱され、該給気管から供給される空気を上記空気室に導入する導入管が設けられている、としてもよい。
【００１７】
給気管から供給される空気をケーシングの内部に導入する導入管を設け、この導入管を給気管の下流端に着脱することによって給気管と本体部とが接続されるようにしたので、本体部はその上げ下ろしに伴って給気管に自動的に着脱されることになる。そのため、給気管と本体部とを接続するための特別な接続作業は不要となる。従って、メンテナンスは容易になる。
【００１８】
上記本体部は、上記給気管をガイドとして、または該給気管とは別体のガイド棒をガイドとして、あるいは該給気管及び該ガイド棒の両方をガイドとして該本体部を案内するように、該給気管及び該ガイド棒のうちの一方あるいはその両方に係合するガイド部材を備えていることが好ましい。
【００１９】
このことにより、本体部の上下移動に際して、本体部はガイド部材によって案内されることになるので、曝気槽に対する本体部の上げ下ろし作業は容易になる。
【００２０】
上記給気管の下流端は、上向きに突出する突出部を形成し、上記導入管は、本体部の吊り降ろしに伴って上記給気管の突出部にはめ込まれることによって、該給気管に接続されていることが好ましい。
【００２１】
このことにより、単に本体部を吊り降ろすだけで、導入管は給気管の突出部にはまり込み、本体部と給気管とは自動的に接続されることになる。また、単に本体部を吊り上げるだけで、導入管は給気管の突出部から外れ、本体部と給気管との接続が自動的に解かれることになる。従って、本体部と給気管の着脱は極めて容易になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
−曝気装置の構成−
図１に示すように、曝気装置１は、いわゆる上吐き出し型の水中機械式曝気装置であって、曝気槽内の一方の支持台５に固定された給気管２と、他方の支持台６に固定されたガイド棒７と、両支持台５，６に非固定状態で載置された本体部１０とを備えている。
【００２４】
給気管２は、主給気管３と給気スタンド４とから構成されている。主給気管３は、曝気槽の外部から底部にまで上下方向に延びており、上流端は図示しない送風機に接続され、下流端にはフランジ８が設けられている。給気スタンド４は、上下方向に延びる突出管１１と、突出管１１の側部から延びて上方に湾曲した曲がり管１２とを有し、支持台５に固定されている。曲がり管１２にはフランジ９が設けられており、このフランジ９と主給気管３のフランジ８とが固定されることにより、主給気管３と給気スタンド４とは水密に接続されている。このような構成により、給気管２の下流側は上向きに１８０度湾曲し、下流端は上向きに突出する突出部となっている。
【００２５】
本体部１０は、設置やメンテナンスの際に一体となって吊り上げまたは吊り下げられるように構成されており、水中モータ１３と、水中モータ１３のシャフト１４に取り付けられた羽根車１５と、羽根車１５の周囲を覆う本体ケーシング１６と、給気管２からの供給空気を本体ケーシング１６の内部に導く導入管１７とを備えている。
【００２６】
水中モータ１３は、モータケーシング１８の内周壁に固定されたステータ１９と、ステータ１９の内部にステータ１９と同心円状に配置されたロータ２０とを備えている。ロータ２０の内周面には、下向きに延びるシャフト１４が固定されている。シャフト１４は、上部軸受２１及び下部軸受２２によって回転自在に支持されている。
【００２７】
モータケーシング１８の下部は、オイルケーシング２３によって封止されている。オイルケーシング２３の中央部には、シャフト１４が貫通している。オイルケーシング２３の中央部の上側には、浸水溜まり室２４が形成されている。この浸水溜まり室２４には、モータ内部への浸水を検知するために、図示しない液面センサが設けられている。オイルケーシング２３の中央部の下側にはメカニカルシールブラケット２６が設けられ、オイルケーシング２３とメカニカルシールブラケット２６との間には、メカニカルシール３１が設けられている。そして、オイルケーシング２３とメカニカルシールブラケット２６とにより、オイル室２５が区画形成されている。
【００２８】
オイルケーシング２３の外周部は、モータケーシング１８よりも径方向外側に拡がっており、その内部には、シャフト１４の周囲を取り囲むような環状の空間からなる空気室２７が形成されている。
【００２９】
導入管１７は、給気管２から供給される空気を上記空気室２７に導入するための配管であり、Ｕ字管で形成されている。導入管１７は、両開口端が下向きに開口するように逆Ｕ字状に配設されている。導入管１７の一端側は突出管１１よりも太径に形成されており、その開口端は突出管１１にはめ込まれる嵌合部２８になっている。嵌合部２８は開口端を塞ぐと共に突出管１１の外径に等しい開口が設けられており、この開口の周りには、ニトリルゴムで形成されたパッキン３０が設けられている。パッキン３０は、導入管１７の嵌合部２８が突出管１１にはめ込まれた際に、嵌合部２８と突出管１１との間を気密に封止するためのものである。この導入管１７の一端側は、ボルト等の固定具を用いることなく、突出管１１の先端に覆い被さるようにして突出管１１にはめ込まれて固定されている。一方、導入管１７の他端側には、導入管１７と空気室２７とが連通するように導入管１７をオイルケーシング２３に接続するためのフランジ２９が設けられている。導入管１７の他端側は、このフランジ２９を介して、ボルト等の固定具によってオイルケーシング２３に固定されている。
【００３０】
シャフト１４の先端には、羽根車１５が締結されている。羽根車１５は、シャフト１４と平行に延びる円筒形状のハブ３２と、ハブ３２の外周面に突設された複数の羽根３３とから構成されている。羽根３３は、回転によって被処理液を下方から上方に導くように配設されている。
【００３１】
オイルケーシング２３の下部には、羽根車１５のハブ３２の近傍にまで延びる区画壁３７が設けられている。区画壁３７とハブ３２との間には、全周にわたってスリット状の隙間が設けられ、この隙間によって散気口３８が形成されている。これにより、散気口３８は、羽根車１５の下流側の被処理液のみに空気を供給するようになっている。
【００３２】
本体ケーシング１６は、羽根車１５の周囲を覆うように設けられている。本体ケーシング１６は、円筒状の吸込ケーシング３４と、吸込ケーシング３４の上側に配置された吐出ケーシング３５とから構成されている。吸込ケーシング３４は、下方から吸い込む被処理液の流れを滑らかにするように、下向きに末広がり状に形成されている。吸込ケーシング３４の下端には、吸入口４７が形成されている。吐出ケーシング３５は、略円環状の上板３９と下板４０とによって構成されている。上板３９及び下板４０は、共に斜め下向きに延出している。図２に示すように、上板３９と下板４０との間には、周方向に沿って所定間隔毎に仕切部材４１が設けられている。本実施形態では、６個の仕切部材４１が等間隔に配設されている。各仕切部材４１は山型に形成され、頂部が内側を向くように配置されている。そして、吐出ケーシング３５の上板３９と下板４０と仕切部材４１とにより、吐出通路４２が区画形成されている。吐出通路４２は、上向きに流れる被処理液と空気との混合流体を流れ方向を変化させながら斜め下向きに吐出するように構成されている。
【００３３】
導入管１７の側部には、主給気管３と係合するガイド部材４３が設けられている。ガイド部材４３は、主給気管３の外径にほぼ等しい半円状の切欠きが設けられた板状部材によって形成され、この切欠部が主給気管３と係合することにより、主給気管３をガイドとして本体部１０の上下移動を案内する。従って、給気管２は、供給空気を本体部１０に導く導管の役割を果たすとともに、本体部１０を案内するガイド棒としての役割をも果たすものである。一方、吐出ケーシング３５におけるガイド部材４３と反対側の位置には、ガイド部材４３と同様のガイド部材４４が設けられている。このガイド部材４４も、ガイド棒７と係合することにより本体部１０の上下移動を案内するものである。
【００３４】
−曝気装置の設置作業−
図３に示すように、曝気装置１の設置の際には、ガイド部材４３，４４をそれぞれ主給気管３及びガイド棒７に係合させた状態で、本体部１０をチェーン４５によって吊り下げ、徐々に降下させる。これにより、本体部１０は主給気管３及びガイド棒７に案内され、図４に示すように、ふらつくことなく支持台５，６上の適正な位置に設置されることになる。
【００３５】
そして、本体部１０の吊り降ろしに際して、導入管１７の嵌合部２８は、突出管１１に覆い被さるようにして突出管１１の先端にはめ込まれる。これにより、導入管１７は突出管１１と気密に接続され、図示しない送風機から主給気管３、曲がり管１２、突出管１１、導入管１７を経て空気室２７につながる気密な給気通路が形成されることになる。
【００３６】
一方、メンテナンスの際には、主給気管３及びガイド棒７をガイドとして、本体部１０をチェーン４５によって吊り上げ、徐々に上昇させて曝気槽から取り出す。この際、本体部１０は単に支持台５，６の上に載置され、導入管１７は突出管１１にはめ込まれているだけであるので、曝気槽内での取り外し作業等は不要であり、本体部１０を容易に取り出される。
【００３７】
−曝気装置の運転動作−
曝気装置１の運転時には、水中モータ１３が駆動され、シャフト１４の回転に従って羽根車１５が回転する。この羽根車１５の回転によって、槽内の被処理液は吸込ケーシング３４の下方から内部に向かって吸い込まれる。吸い込まれた被処理液は、上方に向かって流通し、羽根車１５を通過する。
【００３８】
一方、図示しない送風機から給気管２及び導入管１７を通じて供給された空気は、いったん空気室２７に導かれた後、散気口３８を通じて、羽根車１５の直後の被処理液に供給される。この際、散気口３８は環状且つスリット状に形成されているので、空気は被処理液に対して、全周囲にわたって均一に且つフィルム状に供給される。羽根車１５の直後の被処理液は、羽根車１５によって撹拌されているので、供給された空気は微細化され、数多くの微小な気泡となって被処理液中に混入する。
【００３９】
その際、図５に示すように、吐出通路４２が斜め下向きに形成されていることから、気泡と被処理液との混合流体の流れ方向は、上向き方向から斜め下向き方向へと急激に曲げられる。そのため、混合流体（特に混合流体に含まれる被処理液）には大きな遠心力が働き、被処理液は吐出通路４２の上側を流れやすくなる。その結果、吐出通路４２の上部に溜まりがちな気泡は、被処理液によって激しく撹拌される。従って、気泡と被処理液とは激しく混ざり合い、被処理液に対する酸素の溶解効率（酸素移動効率）は向上する。
【００４０】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、散気口３８が羽根車１５の下流側に設けられているので、羽根車１５を通過する流体は被処理液のみとなり、供給空気が羽根車１５を通過することはない。そのため、空気の供給量が多くなっても、被処理液の流量が減少することがなく、被処理液の液量の減少による酸素移動効率の低下を防止することができる。
【００４１】
吐出通路４２が斜め下向き方向に延びているので、混合流体の流れ方向は、上向き方向から斜め下向き方向に急激に変化する。そのため、混合流体に遠心力が作用し、吐出通路の上側に溜まりがちな気泡は被処理液によって分散され、被処理液と空気とは激しく混ざり合う。従って、吐出通路４２における被処理液に対する酸素の溶解効率を向上させることができる。
【００４２】
このように、空気の供給量が増えても被処理液の流量は減少せず、加えて、吐出通路４２における酸素の溶解効率が向上することから、空気の供給量を従来よりも増加させることができる。従って、従来よりも酸素移動効率を向上させることができる。
【００４３】
また、本体部１０にガイド部材４３，４４を設け、給気管２及びガイド棒７をガイドとして本体部１０の上下移動を案内することとしたので、チェーン４５によって本体部１０を吊り降ろすだけで、本体部１０を適正な箇所に位置決め設置することができる。また、吊り上げる際に本体部１０がふらつくことがなく、本体部１０を容易に引き揚げることができる。
【００４４】
また、給気管２の下流側を上向きに突出する突出管１１とし、突出管１１から供給される空気を空気室２７に導入する導入管１７を、突出管１１にはめ込まれるように形成することとしたので、本体部１０を吊り降ろすだけで導入管１７を給気管２に自動的に接続することができる。また、本体部１０を吊り上げるだけで、導入管１７と給気管２との接続を自動的に解くことができる。従って、本体部１０と給気管２とを接続するためのボルト等の固定具は不要であり、本体部１０の据え付け及び取り外し作業は容易となる。そのため、メンテナンスは容易である。
【００４５】
−変形例−
上記実施形態では、本体部１０を案内するガイド手段として、給気管２の主給気管３に係合するガイド部材４３と、ガイド棒７に係合するガイド部材４４とを備えていたが、ガイド部材４３，４４のうちのいずれか一方のみを備えるようにしてもよい。また、ガイド部材４３，４４の取り付け位置は、上記実施形態の位置に限定されるものではなく、本体部１０の形状に応じて適宜変更してもよい。ガイド部材４３は主給気管３に係合するものに限られず、給気スタンド４に係合するように形成されていてもよい。例えば図６に示すように、給気スタンド４の突出管１１に係合するガイド部材４３ａや４３ｂを備えていてもよい。また、ガイド部材４３とガイド部材４３ａ，４３ｂの両方を備えていてもよい。
【００４６】
図７に示すように、給気管２と本体部１０とが直結され、本体ケーシング１６の下部に支持脚５０が設けられていてもよい。支持脚５０は、周方向に沿って所定間隔ごとに複数個設けられている。支持脚５０は、被処理液を下方から吸い込むために十分なスペースを確保するように、適宜高さに形成されている。このような形態であっても、散気口３８は羽根車１５の下流側に設けられているので、被処理液の流量の減少による酸素移動効率の低下を防止することができる。また、吐出通路４２は被処理液と空気との混合流体をその流れ方向を変化させながら吐出するので、酸素の溶解効率は向上する。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、散気口を羽根車の下流側に設けることとしたので、羽根車によって吸引処理される被処理液の液量を常に十分に確保することができ、被処理液の液量が減少することによる酸素移動効率の低下を防止することができる。
【００４８】
吐出通路を、混合流体の流れ方向を上向き方向から斜め下向き方向に変化させるように形成したので、吐出通路内で空気と被処理液とを激しく混合させることができる。従って、酸素移動効率を向上させることができる。
【００４９】
水中モータのシャフトの周囲を取り囲むような環状の空気室を設け、散気口を当該空気室の区画壁の下縁部と羽根車との間のスリット状の隙間によって形成することにより、羽根車の下流側の被処理液に対し、空気を効率よく供給することができる。
【００５０】
ケーシングの下部に適宜高さの支持脚を設けることにより、ケーシングを安定して支持することができ、また、下方からの被処理液の吸い込みが容易になる。
【００５１】
給気管の下流側を上向きに湾曲させ、導入管を本体部の上げ下ろしに伴って本体部を当該給気管の下流端に着脱させることとしたので、給気管と本体部とを接続するための人手による接続作業を省略することができ、メンテナンスを容易にすることができる。
【００５２】
本体部に、給気管及びガイド棒のうちの一方または両方に係合するガイド部材を設けることとしたので、本体部の上げ下ろし作業が容易になり、また、本体部を単に吊り下げるだけで所定の据え付け位置に位置決め設置することができる。従って、メンテナンスは容易になる。
【００５３】
給気管の下流端を上向きに突出する突出部とし、導入管を当該突出部にはめ込まれるように形成することにより、単に本体部を吊り降ろすだけで導入管を給気管にはめ込むことができ、また、単に本体部を吊り上げるだけで導入管を給気管から取り外すことができる。従って、本体部の上げ下ろしに伴って本体部と給気管を自動的に接続しまたは取り外すことができ、メンテナンスを一層容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態に係る曝気装置の一部を破断して示す正面図である。
【図２】  実施形態に係る曝気装置の本体部の上面図である。
【図３】  曝気装置の本体部の上げ下ろし作業を説明するための図であり、本体部の移動途中の状態の正面図である。
【図４】  曝気装置の本体部の上げ下ろし作業を説明するための図であり、本体部の設置後の状態の正面図である。
【図５】  実施形態に係る曝気装置の吐出通路近傍の断面図である。
【図６】  ガイド部材の取り付け位置を変更した変形例に係る図１相当図である。
【図７】  他の変形例に係る図１相当図である。
【図８】  従来の曝気装置の吐出通路近傍の断面図である。
【符号の説明】
１  曝気装置
２  給気管
１０  本体部
１１  突出管（突出部）
１３  水中モータ
１４  シャフト
１５  羽根車
１６  本体ケーシング（ケーシング）
１７  導入管
２３  オイルケーシング
２７  空気室
３０  パッキン
３６  吐出口
３７  空気室の区画壁
３８  散気口
４１  仕切部材
４２  吐出通路
４３  ガイド部材
４７  吸入口
５０  支持脚
【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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