(57)【要約】【課題】ポンプ本体、ポンプケーシング及びインペラを備えるスパイラルフロー定圧ポンプを提供する。【解決手段】ポンプリアカバー３の端面とインペラ副羽根１−２の後端面の圧力降下で、密閉装置６に洗い流し用水を提供し、ポンプリアカバー３の端面にある高圧エリアに孔を開け、この孔が密閉室４入る箇所が密閉装置６に近く、準高圧水を密閉室４に引き入れ、ポンプリアカバー３の端面にある低圧エリアに孔を開け、この孔が密閉室４から出る箇所が密閉装置６に遠く、密閉室４に入った準高圧水で密閉装置６を洗い流してから、流れ方向に応じて排水孔を通り低圧エリアに流れ戻し、ポンプで一部のエネルギーを回収するので、ポンプの水力効率を向上させ、乱流損失を減らすとともに、摩擦熱及び密閉室４の内部に存在可能なガスも持ち去り、長くするスロットルブッシュ２で密閉室から漏れた高圧水による副羽根１−２の圧力降下への影響を軽減し、副羽根１−２のバランスを確保する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ本体、ポンプケーシング及びインペラを備え、前記ポンプ本体がポンプケーシングの左端に設けられ、ポンプ本体の左端にシールリングが設けられ、ポンプ本体の内部にポンプ軸及びポンプリアカバーが設けられ、ポンプ軸の右端がポンプケーシング内に延長し、インペラがポンプ軸の右端に設けられ、ポンプ軸の外部にブッシュが設けられ、ブッシュがハブの左端に設けられ、ブッシュの外部に密閉装置が設けられ、前記ポンプリアカバーが密閉装置の外郭に設けられ、ポンプリアカバーと密閉装置との間に密閉室を形成し、前記ポンプリアカバーの右端面にある高圧エリアに注水傾斜孔を開け、この孔が密閉室に入る箇所が密閉装置に近く、ポンプリアカバーの右端面にある低圧エリアに排水傾斜孔を開け、この孔が密閉室から出る箇所が密閉装置に遠く、前記密閉装置がメカニカルシールにより密閉されることを特徴とするスパイラルフロー定圧ポンプ。
【請求項２】
前記ポンプケーシングの内壁が円弧状であり、インペラは１つのハブ部を有するリアカバー１つ、リアカバーの前方側にありリアカバーと一体化した複数の前羽根、及びリアカバーの後方側にありリアカバーと一体化した複数の副羽根を備え、それぞれの前羽根がリアカバーの円形の縁に近い箇所で反時計回りに曲げ、かつ時計回り方向に傾いており、リアカバーの前表面と一定の夾角を有する屈曲傾斜部を形成し、副羽根がインペラの外縁部まで直線状に延長され、副羽根の左側にポンプリアカバーが設けられることを特徴とする請求項１に記載のスパイラルフロー定圧ポンプ。
【請求項３】
前記高圧エリアは、ポンプリアカバーの右端面に、対応するインペラの外径の２／３より大きいエリアであり、前記低圧エリアはポンプリアカバーの右端面に、対応するインペラの外径の２／３より小さいエリアであることを特徴とする請求項２に記載のスパイラルフロー定圧ポンプ。
【請求項４】
前記注水傾斜孔はポンプリアカバーの右端面に、対応するインペラの外径の４／５に相当する箇所に設けられ、前記排水傾斜孔はポンプリアカバーの右端面に、注水傾斜孔に対する１８０度で対応するインペラの外径の１／２に相当する箇所に設けられることを特徴とする請求項２に記載のスパイラルフロー定圧ポンプ。
【請求項５】
前記メカニカルシールは、可動軸と固定軸を組み合わせて密閉する形であり、固定軸がシールリングの右端に設けられ、可動軸が固定軸の右端に設けられ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スパイラルフロー定圧ポンプ。
【請求項６】
前記密閉室の内部にスロットルブッシュが設けられ、前記スロットルブッシュはポンプリアカバーとブッシュとインペラのハブとの間の小さい隙間に沿ってインペラリアカバーまで延長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スパイラルフロー定圧ポンプ。
【請求項７】
屈曲傾斜部の外縁は後付き根から前自由縁まで内向きに３〜１０度傾斜することを特徴とする請求項２に記載のスパイラルフロー定圧ポンプ。
【請求項８】
前羽根の入口角は３０〜６０度であることを特徴とする請求項２に記載のスパイラルフロー定圧ポンプ。
【請求項９】
屈曲傾斜部の前自由縁の出口角は９０〜１３０度であることを特徴とする請求項２に記載のスパイラルフロー定圧ポンプ。
【請求項１０】
屈曲傾斜部の後付き根の出口角は１１０〜１４０度であることを特徴とする請求項２に記載のスパイラルフロー定圧ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特殊分野用ポンプに関し、特に改良されたスパイラルフロー定圧ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在では、市場で最も一般的なポンプはポンプケーシング、ポンプ本体及びインペラを備え、インペラは円弧状の前羽根を採用するものが多い。このような従来のポンプはエネルギー効率を重要視するので、多くの分野で広く使用されている。しかし、消防や鉱工業などの特殊分野では、ポンプの揚程についてより高い要求がある。
【０００３】
特許出願番号が２００７１００９８０３１．５であり名称が「スパイラルフロー定圧ポンプ」である既存の発明特許でスパイラルフロー定圧ポンプを提供した。このスパイラルフロー定圧ポンプはポンプケーシング１つ及びインペラ１つを備える。ポンプケーシングの内壁が円弧状であり、インペラは１つのハブ部を有するリアカバー１つ、リアカバーの前方側にありリアカバーと一体化した複数の前羽根、及びリアカバーの後方側にありリアカバーと一体化した複数の副羽根を備え、それぞれの前羽根がリアカバーの円形の縁に近い箇所で反時計回りに曲げ、かつ時計回り方向に傾いており、リアカバーの前表面と一定の夾角を有する屈曲傾斜部を形成し、副羽根がインペラの外縁部まで直線状に延長される。このポンプが動作する時に、屈曲傾斜部の後付け根での出口遠心力が屈曲傾斜部の前自由縁での出口遠心力より大きく、後付け根での流れ圧力も前自由縁での流れ圧力より大きい。液体の流れ方向は後付き根から自由縁へ縦方向に流れ、インペラの回転に伴い旋回流になりスパイラルフローを形成する。そして、多段遠心ポンプに類似し、インペラにある複数の前羽根の間のスペースに入り、再び加圧されることにより、高揚力及び定圧を得る。
【０００４】
しかし、上記のスパイラルフロー定圧ポンプは動作する時に、密閉室にある液体がポンプ動作室での液交換に関与しないので、機器の摩擦熱が排出されない。連続動作により密閉室にある液体の温度が上昇し、ポンプの動作上の安全リスクとなる。なお、この密閉室は排気手段    もなく、ポンプが起動時に注水する場合、密閉室の上部のガスが排出されなく、動作中に密閉室の内部は実際には気液混合状態にあり、かつ排出不可能であり、機器の気密性に破壊的影響を及ぼす恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既存技術では、密閉室の上部のガスが排出されなく、動作中に密閉室の内部は実際には気液混合状態にあり、かつ排出不可能であり、機器の気密性に破壊的影響を及ぼす恐れがある。既存技術の欠陥について、本発明は、密閉室に入った準高圧水で密閉装置を洗い流してから、流れ方向に応じて排水孔を通り低圧エリアに流れ戻し、ポンプで一部のエネルギーを回収するので、ポンプの水力効率を向上させるスパイラルフロー定圧ポンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
スパイラルフロー定圧ポンプは、ポンプ本体、ポンプケーシング及びインペラを備え、前記ポンプ本体がポンプケーシングの左端に設けられ、ポンプ本体の左端にシールリングが設けられ、ポンプ本体の内部にポンプ軸及びポンプリアカバーが設けられ、ポンプ軸の右端がポンプケーシング内に延長し、インペラがポンプ軸の右端に設けられ、ポンプ軸の外部にブッシュが設けられ、ブッシュがハブの左端に設けられ、ブッシュの外部に密閉装置が設けられ、前記ポンプリアカバーが密閉装置の外郭に設けられ、ポンプリアカバーと密閉装置との間に密閉室を形成し、前記ポンプリアカバーの右端面にある高圧エリアに注水傾斜孔を開け、この孔が密閉室に入る箇所が密閉装置に近く、ポンプリアカバーの右端面にある低圧エリアに排水傾斜孔を開け、この孔が密閉室から出る箇所が密閉装置に遠く、前記密閉装置がメカニカルシールにより密閉される。
【０００７】
好ましくは、前記ポンプケーシングの内壁が円弧状であり、インペラは１つのハブ部を有するリアカバー１つ、リアカバーの前方側にありリアカバーと一体化した複数の前羽根、及びリアカバーの後方側にありリアカバーと一体化した複数の副羽根を備え、それぞれの前羽根がリアカバーの円形の縁に近い箇所で反時計回りに曲げ、かつ時計回り方向に傾いており、リアカバーの前表面と一定の夾角を有する屈曲傾斜部を形成し、副羽根がインペラの外縁部まで直線状に延長され、副羽根の左側にポンプリアカバーが設けられる。
【０００８】
好ましくは、前記高圧エリアは、ポンプリアカバーの右端面に、対応するインペラの外径の２／３より大きいエリアであり、前記低圧エリアはポンプリアカバーの右端面に、対応するインペラの外径の２／３より小さいエリアである。
【０００９】
好ましくは、前記注水傾斜孔はポンプリアカバーの右端面に、対応するインペラの外径の４／５に相当する箇所に設けられ、前記排水傾斜孔はポンプリアカバーの右端面に、注水傾斜孔に対する１８０度で対応するインペラの外径の１／２に相当する箇所に設けられる。
【００１０】
好ましくは、前記メカニカルシールは、可動軸と固定軸を組み合わせて密閉する形であり、固定軸がシールリングの右端に設けられ、可動軸が固定軸の右端に設けられる。
【００１１】
好ましくは、前記密閉室の内部にスロットルブッシュが設けられ、前記スロットルブッシュはポンプリアカバーとブッシュとインペラのハブとの間の小さい隙間に沿ってインペラリアカバーまで延長する。
【００１２】
好ましくは、屈曲傾斜部の外縁は後付き根から前自由縁まで内向きに３〜１０度傾斜する。
【００１３】
好ましくは、前羽根の入口角は３０〜６０度である。
【００１４】
好ましくは、屈曲傾斜部の前自由縁の出口角は９０〜１３０度である。
【００１５】
好ましくは、屈曲傾斜部の後付き根の出口角は１１０〜１４０度である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の良好な効果として、ポンプリアカバーの端面とインペラ副羽根の後端面の圧力降下で、密閉装置に洗い流し用水を提供し、ポンプリアカバーの端面にある高圧エリアに孔を開け、この孔が密閉室に入る箇所が密閉装置に近く、準高圧水を密閉室に引き入れ、ポンプリアカバーの端面にある低圧エリアに孔を開け、この孔が密閉室から出る箇所が密閉装置に遠く、密閉室に入った準高圧水で密閉装置を洗い流してから、流れ方向に応じて排水孔を通り低圧エリアに流れ戻し、ポンプで一部のエネルギーを回収するので、ポンプの水力効率を向上させ、乱流損失を減らすとともに、摩擦熱及び密閉室の内部に存在可能なガスも持ち去り、長くするスロットルブッシュで密閉室から漏れた高圧水による副羽根の圧力降下への影響を軽減し、副羽根のバランスを確保する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施形態の構造概略図である。
【図２】ポンプリアカバーの垂直断面概略図である。
【図３】ポンプリアカバーの端面の概略図である。
【図４】スロットルブッシュの概略図である。
【図５】本発明に係る実施形態１の性能曲線図である。
【図６】本発明に係る実施形態２の性能曲線図である。
【図７】本発明に係る実施形態３の性能曲線図である。
【図８】本発明に係る実施形態４の性能曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、具体的な実施形態とともに本発明についてさらに説明する。実施形態の例は添付図面に示す。そのうち、同じ符号または類似する符号は同じ部品または類似する部品、或いは同じ機能または類似する機能を持つ部品を表す。以下参考図面で説明する実施例は例示的なものであり、本発明の説明のみに用いられ、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００１９】
図１及び図４に示すように、スパイラルフロー定圧ポンプは、ポンプ本体１１、ポンプケーシング１０及びインペラ１を備え、ポンプケーシング１０の内壁が円弧状であり、インペラ１は１つのハブ部１−４を有するリアカバー１−３、リアカバー１−３の前方側にありリアカバー１−３と一体化した複数の前羽根１−１、及びリアカバー１−３の後方側にありリアカバー１−３と一体化した複数の副羽根１−２を備え、副羽根１−２がインペラ１の外縁部まで直線状に延長され、それぞれの前羽根１−１がリアカバー１−３の円形の縁に近い箇所で反時計回りに曲げ、かつ時計回り方向に傾いており、リアカバー１−３の前表面と一定の夾角を有する屈曲傾斜部を形成する。屈曲傾斜部の外縁は後付き根から前自由縁まで内向きに３〜１０度傾斜し、好ましくは６度とする。前羽根の入口角は３０〜６０度であり、好ましくは４５度とする。屈曲傾斜部の前自由縁の出口角は９０〜１３０度であり、好ましくは１００度とする。屈曲傾斜部の後付き根の出口角は１１０〜１４０度であり、好ましくは１３０度とする。
【００２０】
ポンプ本体１１がポンプケーシング１０の左端に設けられ、ポンプ本体１１の左端にシールリング９が設けられ、ポンプ本体１１の内部にポンプ軸１２及びポンプリアカバー３が設けられ、ポンプ軸１２の右端がポンプケーシング１０の内部に延長し、インペラ１がポンプ軸１２の右端に設けられ、ポンプ軸１２の外部にブッシュ７が設けられ、ブッシュ７がハブ１−４の左端に設けられ、ブッシュ７の外部に密閉装置６が設けられ、ポンプリアカバー３が副インペラ１−２の左側・密閉装置６の外郭に設けられ、ポンプリアカバー３と密閉装置６との間に密閉室４を形成し、ポンプリアカバー３の右端面に、インペラ１の外径の４／５に相当する箇所に注水傾斜孔５を開け、この孔が密閉室に入る箇所５−１が密閉装置６に近く、注水孔に対する１８０度でインペラの外径の１／２に相当する箇所に排水傾斜孔８を開け、この孔が密閉室４から出る箇所が密閉装置６に遠い。密閉装置６はメカニカルシールにより密閉され、固定軸６−２及び可動軸６−１を備え、固定軸６−２がシールリング９の右端に設けられ、可動軸６−１が固定軸６−２の右端に設けられる。定圧ポンプが動作する時に、固定軸６−２が固定して動かなく、可動軸６−１がポンプ軸１２と共に回転する。
【００２１】
密閉室４の内部にスロットルブッシュ２が設けられ、スロットルブッシュ２はポンプリアカバー３とブッシュ７とハブ２との間の小さい隙間に沿ってインペラリアカバー１−３まで延長する。
【００２２】
ポンプケーシング１０の内壁は円弧状を採用でき、好ましくは、ポンプケーシング１０の内壁はマルチ円弧状の内壁を形成する。具体的には、円弧状のポンプケーシング１０の内壁は前部としての半径Ｒ１の円弧部、中部としての半径Ｒ２の円弧部、後部としての前部から後部までポンプケーシング１０の中心線に傾斜する傾斜直線部分を備える。前部としての半径Ｒ１の円弧部、中部としての半径Ｒ２の円弧部、後部としての前部から後部までポンプケーシング１０の中心線に傾斜する傾斜直線部分は、ポンプケーシングの中心線を取り囲み、ポンプケーシングの内壁を形成する。半径Ｒ１が半径Ｒ２より大きいので、マルチ円弧状内壁を形成し、インペラ１の前羽根１−１によるポンプ内のスパイラルフローをインペラ１の複数の前羽根１−１の間のスペースに何回も引入れる可能であり、ポンプの出口圧力をいっそう向上させる。ポンプケーシング１０のマルチ円弧状内壁について、特許公開番号ＣＮ１０１２９４５８０  Ｂの中国特許文献を参照する。
【００２３】
本定圧ポンプが動作する時に、屈曲傾斜部の後付け根での出口遠心力が屈曲傾斜部の前自由縁での出口遠心力より大きく、後付け根での流れ圧力も前自由縁での流れ圧力より大きい。液体の流れ方向は後付き根から自由縁へ縦方向に流れ、インペラ１の回転に伴い旋回流になりスパイラルフローを形成する。そして、多段遠心ポンプに類似し、インペラ１にある複数の前羽根１−１の間のスペースに入り、再び加圧されることにより、高揚力及び定圧を得る。消防や鉱工業などの分野で広く使用されることができる。
【００２４】
さらに、実施形態において、ポンプリアカバー３の端面とインペラ副羽根１−２の後端面の圧力降下で、密閉装置６に洗い流し用水を提供し、ポンプリアカバー３の端面にある高圧エリアに孔５を開け、この孔が密閉室に入る箇所５−１が密閉装置６に近く、準高圧水を密閉室４に引き入れ、ポンプリアカバーの端面にある低圧エリアに孔８を開け、この孔が密閉室から出る箇所８−１が密閉装置６に遠く、密閉室４に入った準高圧水で密閉装置６を洗い流してから、流れ方向により排水孔８を通り低圧エリアに戻り、ポンプで一部のエネルギーを回収するので、ポンプの水力効率を向上させ、乱流損失を減らすとともに、摩擦熱及び密閉室４の内部に存在可能なガスも持ち去り、長くするスロットルブッシュ２で密閉室４から漏れた高圧水による副羽根１−２の圧力降下への影響を軽減し、副羽根１−２のバランスを確保する。
【００２５】
実施形態１
実施形態１は本発明で提供するスパイラルフロー定圧ポンプを移動消防分野に応用し、その性能曲線は図５に示す。現在、市場での一般的な移動消防用ユニットは済柴１２Ｖ１９０シリーズである。本実施形態は本発明で提供するスパイラルフロー定圧ポンプの揚程を済柴１２Ｖ１９０と一致する基準に設定し、試験により比較する。実施形態１と済柴１２Ｖ１９０シリーズ消防用ユニットのパラメータの比較結果は次の通りである。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
上表により、本発明に係る実施形態１は市販の移動消防用ユニットに比べると、揚程が同じである場合、実施形態１のパワーと流量が著しく小さいので、省エネルギーを実現することに加え、実施形態１の重さが市販の移動消防用ユニットの半分よりも小さいので、携帯性が大幅に向上した。
【００２８】
実施形態２
実施形態２は本発明で提供するスパイラルフロー定圧ポンプを鉱工業に応用し、その性能曲線は図６に示す。現在、市場での一般的な鉱工業用ポンプはＭＤ２８０−４３Ｘ６多段ポンプである。本実施形態は本発明で提供するスパイラルフロー定圧ポンプの揚程をＭＤ２８０−４３Ｘ６多段ポンプと一致する基準に設定し、試験により比較する。実施形態２とＭＤ２８０−４３Ｘ６多段ポンプのパラメータの比較結果は次の通りである。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
上表により、現在最も一般的に使用されているＭＤ２８０−４３Ｘ６多段ポンプは揚程が流量の増加に伴って減少する一方、実施形態２の揚程は全流量範囲でほとんど変化しない。また、実施形態２の重さがＭＤ２８０−４３Ｘ６多段ポンプの四分の一よりも小さいので、輸送に便利である。
【００３１】
実施形態３
実施形態３は本発明で提供するスパイラルフロー定圧ポンプを建物消防分野に応用し、その性能曲線は図７に示す。現在、市場での一般的な建物消防用ポンプはＸＢＤ１２／８０消防ポンプである。本実施形態は本発明で提供するスパイラルフロー定圧ポンプの揚程をＸＢＤ１２／８０消防ポンプと一致する基準に設定し、試験により比較する。実施形態３とＸＢＤ１２／８０消防ポンプのパラメータの比較結果は次の通りである。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
現在最も一般的に使用されているＸＢＤ１２／８０消防ポンプは、定圧での作動を確保するために、周波数変換・変速システムを搭載しなければならない。周波数変換・変速システムは電子機器であり、耐用寿命が短く、エネルギー消費量が高いので、そのコストがポンプ自体の３倍である。また、その信頼性も比較的悪いので、ＸＢＤ１２／８０消防ポンプの信頼性とコストが確保されていない。一方、実施形態３は周波数変換・変速システムを要せずに自己定圧を実現できるので、コストが低く、体積が小さく、エネルギー消費量が低く、信頼性が高い。
【００３４】
実施形態４
実施形態４は本発明で提供するスパイラルフロー定圧ポンプを車載消防分野に応用し、その性能曲線は図８に示す。現在、市場での一般的な車載消防用ユニットはアメリカ製Ｗａｔｅｒｏｕｓユニットである。本実施形態は本発明で提供するスパイラルフロー定圧ポンプの揚程をＷａｔｅｒｏｕｓユニットと一致する基準に設定し、試験により比較する。実施形態４とＷａｔｅｒｏｕｓユニットのパラメータの比較結果は次の通りである。
【００３５】
【表４】
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【００３６】
上表により、現在最も一般的に使用されているＷａｔｅｒｏｕｓユニットは揚程が流量の増加に伴って著しく減少する一方、実施形態４の揚程は全流量範囲でほとんど変化しない。また、実施形態４の重さがＷａｔｅｒｏｕｓユニットの半分よりも小さいので、輸送に便利である。
【００３７】
さらに、上述した実施形態において、本発明で提供するスパイラルフロー定圧ポンプは自己冷却機能を持つので、機械過熱の可能性を大幅に低減し、機器の耐用寿命を延長する。
【００３８】
本明細書の説明について、「１つの実施形態」、「いくつかの実施形態」、「例」、「具体的な例」や「いくつかの例」などの用語による説明は、当該実施形態または例と結び付けて説明する具体的特徴、構造、材料や特長が、本発明に係る少なくとも１つの実施形態または例に含まれることを表す。本明細書において、上記の用語についての模式的な説明は、必ずしも同じの実施形態または例を指すとは限らない。また、説明される具体的特徴、構造、材料や特長は、任意の１つもしくは複数の実施形態または例において、適切な形式で結びつけることができる。
【００３９】
本発明に係る実施形態を図示・説明したが、当業者は、本発明の原理または主旨から逸脱しない限り、これらの実施形態に種々の変更、修正、置換及び変形を行え、本発明の範囲が特許請求の範囲及びその同等物によって定義されることを理解する。
【符号の説明】
【００４０】
１    インペラ
１−１  前羽根
１−２  副羽根
１−３  リアカバー
１−４  ハブ
２    スロットルブッシュ
３    ポンプリアカバー
４    密閉室
５    注水傾斜孔
５−１  注水傾斜孔が密閉室に入る箇所
６    密閉装置
６−１  可動軸
６−２  固定軸
７    ブッシュ
８    排水傾斜孔
８−１  排水傾斜孔が密閉室から出る箇所
９    シールリング
１０    ポンプケーシング
１１    ポンプ本体
１２    ポンプ軸
【図１】
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【図２】
2016525184.tif 000008
【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】
2016525184.tif 000013
【図８】
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【国際調査報告】
2016525184.tif 000015
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2016525184.tif 000017
2016525184.tif 000018
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