(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水が流入する個所に対応して縦向きの導水パイプを備えてその上端の汚水導入パイプから流入してくる汚水が同導水パイプ内を流れ落ちて池内流入口を通じて沈澱池内に流入するようにするとともに、前記導水パイプ内には、縦向きの回転羽根軸と、この回転羽根軸周りの回転羽根とが設けられて、汚水により回転羽根が回されることで回転羽根軸が回転駆動されて発電がなされるようにした発電装置において、前記回転羽根は、上段と下段のものが上下に離れて配備されるとともに、前記導水パイプ内における上段と下段の回転羽根間には、上底面が、また下段の回転羽根の下側には、下底面が設けられ、前記上底面上の回転羽根には、導水パイプの上部に偏心状に接続された汚水導入パイプからの汚水が旋回流となるように導入されて当該回転羽根を回転駆動させるとともに同下底面内の外周寄りに開けた第１落水口を通じて下向きに落ち込むようにされ、前記下底面上には、前記第１落水口から落ちてくる汚水を受けて旋回流を発生させて下側の回転羽根を回転駆動させるようにされるとともに同下底面内の外周寄りに開けた第２落水口を通じて旋回流を落として前記池内流入口へと導くように構成されていることを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、沈澱池には、循環駆動されるチェーンにフライトを配備して池内で循環運動させるようになっているが、このフライトを駆動するため、モーター及び減速機が駆動源として構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうした駆動源の消費電力は長期的にみればかなり嵩むものとなっていたが、その有効な対策がなかったのが現状である。
この発明はこうした問題を解決するためになされたものであり、処理水の流入あるいは流出するエネルギーを利用して処理槽内あるいは外の各種設備を駆動するようにした発電装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、処理水が流入あるいは流出する個所に対応して回転羽根を装備して流入あるいは流出してくる処理水により回転駆動自在にしてその回転により発生する動力から発電エネルギーを得るようにした発電装置である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、汚水が流入する個所に対応して縦向きの導水パイプを備えてその上端の汚水導入パイプから流入してくる汚水が同導水パイプ内を流れ落ちて池内流入口を通じて沈澱池内に流入するようにするとともに、前記導水パイプ内には、縦向きの回転羽根軸と、この回転羽根軸周りの回転羽根とが設けられて、汚水により回転羽根が回されることで回転羽根軸が回転駆動されて発電がなされるようにした発電装置において、前記回転羽根は、上段と下段のものが上下に離れて配備されるとともに、前記導水パイプ内における上段と下段の回転羽根間には、上底面が、また下段の回転羽根の下側には、下底面が設けられ、前記上底面上の回転羽根には、導水パイプの上部に偏心状に接続された汚水導入パイプからの汚水が旋回流となるように導入されて当該回転羽根を回転駆動させるとともに同下底面内の外周寄りに開けた第１落水口を通じて下向きに落ち込むようにされ、前記下底面上には、前記第１落水口から落ちてくる汚水を受けて旋回流を発生させて下側の回転羽根を回転駆動させるようにされるとともに同下底面内の外周寄りに開けた第２落水口を通じて旋回流を落として前記池内流入口へと導くように構成されていることを特徴とする。
【０００６】
図１（図２のＩ−Ｉ線に沿った拡大図）及び図２はこの発明の一実施形態を示し、１は沈澱池で、同沈澱池１は矩形のもので、その池底２上にはガイドレール３が敷設されるとともに、池内には、スプロケット軸４にそれぞれスプロケット５を回転自在に備えている。
【０００７】
スプロケット５の外周には、チェーン６が掛け渡されるとともに、同チェーン６には、複数のフライト７…が配備されている。
【０００８】
複数のスプロケット５…のうち汚水の流入する側（図２の左側）のものは、他の従動スプロケット８により回転が連動されるようにされ、同スプロケット８は、池上に設置した減速機付きモーターである駆動源１０と駆動スプロケット１１および駆動チェーン１２により回転駆動されるようになっている。
【０００９】
１４は汚水流入部で、沈澱池１の上流側前段階に一体に形成され、同流入部１４には、これまで沈砂池からポンプアップして導かれる汚水が導入口１５から流入し、開閉操作可能なゲート１６により池内流入口１７が開けられることにより導入されるようになっている。１８はゲートガイド、１９はゲート開閉手段である。
【００１０】
２１は導水枠で、上からみてコの字形（半円形その他でもよい）をなして汚水流入部１４内に固定して設けられている。この導水枠２１内には、回転羽根軸２２が上下の軸受２３，２３で支持されて設けられ、この回転羽根軸２２の外周には、複数枚の回転羽根２４…が上からの落水により一方向に回転するように設けられている。
【００１１】
回転羽根軸２２は、大部分が羽根取付けのために円筒状（中実軸でもよい）でその上側に伝達軸としての中実軸を備えたものになっている。２５は発電部で、この発電部２５からの電気は変換制御部２６を介して前記駆動源１０用として供給されるようになっている。
【００１２】
２７は導入路で、樋状（あるいは筒状）のものとして一端に前記導入口１５を有し他端が導水枠２１上端に連通状に接続されている。この導入路２７は開閉自在な前ゲート２８を備える。
【００１３】
回転羽根２４…は、斜め羽根片として回転羽根軸２２周りに周間隔をおいて放射状に配備されているとともに、水面上に主にあって回転駆動されるようになっている。この回転羽根２４…は、上下に複数段配備してもよい。また、回転羽根２４…の外周には、縦筒ガイド２９が固定して設けられ、同ガイド２９は、導入路２７からの汚水を内部に導くためのガイド板３０を備える。尚、流路のいずれかの個所からはエアーを導入するようにしてもよい。また、磁石による水浄化を図るように構成することもある。このことは以下の実施形態でも同様に適用できる。また、前記導水枠２１と縦筒ガイド２９とは別体になっているが、縦筒ガイド２９を下向きに長いものにして導水枠２１を省略することもできる。さらに、導入路２７はパイプ状のものでもよい。
前記前ゲート２８はゲート１６とは独自に開閉できるので、前ゲート２８を閉止して汚水の流入を停止した状態でゲート１６の関連設備のメンテナンスなどをすることができる。
【００１４】
図３に示す実施形態は、汚水流入部３２に池内流入口３３とゲート３４を備えたものにおいて、全体をエルボ形にし上部一端に導入口３５を備え下部他端に導出口３６を形成した導水パイプ３７を固定してある。
【００１５】
この導水パイプ３７内には、上パイプ部内に前ゲート３８を開閉自在に装備する一方、下部の縦パイプ部にステー３９と下部軸受４０を備え、曲がりパイプ部にも上部軸受４１を備えてある。上下の軸受４０，４１を介して回転羽根軸４２を備えてその外周に回転羽根４３…を装備してある。４４はエアー供給手段で、強制的にエアーを供給する場合と吸引により供給する場合とがある。図示の場合、吸引によりエアーを供給するものを示す。尚、４５は発電部を示している。また、回転羽根４２…は、１段でもよいが図示の場合には上下に複数段に分けて配置してある。
【００１６】
図４は汚水流入部の要部を上からみて示す実施形態であり、４７は池内流入口で、ゲートガイド４８に案内されて上下に開閉調節されるゲート４９を備える。
５０は導水パイプで、その中心は垂直に向き、上端には偏心した個所に連通するように汚水導入パイプ５１が接続されている。
【００１７】
導水パイプ５０内には、縦向きに回転羽根軸５２が図示しない軸受による支持により回転自在に通されている。この回転羽根軸５２は、パイプ状であるが中実状でもよい。同軸５２の周りには、この実施形態においては、上下に２段（３段以上でもよい）に回転羽根５３…が設けられ、互いに上下に少し離れて設けられている。
【００１８】
図に実線で示した回転羽根５３は上段のもの、破線で示した回転羽根５３は下段のものである。導水パイプ５０内には、導入パイプ５１からの汚水を受けて旋回流Ｒ１にするための上底面５４が形成されるとともに、旋回流Ｒ１の汚水を下へ落とし込むための第１落水口５５が円弧状の穴として明けられている。
【００１９】
導入パイプ５０からの汚水は上段の回転羽根５３を旋回流Ｒ１でもって回転させたあと第１落水口５５から下方へ落とし込まれる。第１落水口５５からの汚水は上底面５４の下側でかつ下底面５６上で回転する下段の回転羽根５３を旋回流Ｒ２で回転駆動する。そののち、汚水は、下底面５６に明けられた第２落水口５７を通じて汚水流入部内に落ち、池内流入口４７を通じて沈澱池内に流入する。こうして回転羽根軸５２が回転駆動されることで発電がなされる。この実施形態は他の発電装置にも適用されることがある。
【００２０】
尚、前記回転羽根軸５２は斜め軸状でもよい。また、同軸５２は水平軸状になっていてもよい。また、汚水導入パイプ５１は、上底面５４上に汚水を送り込むようになっているが、同パイプ５１を分岐状とし、下底面５６上にも汚水を導入できるようにしてもよい。
【００２１】
図５に示す実施形態は、矩形沈澱池６０の下流側に設けられたＶノッチ６１付き越流堰６２からの上澄水により発電を行うようにしたものである。越流堰６２は複数本平行に配備され、これらの越流堰６２…からの上澄水は、上澄水導入渠６３内に流入し、これらは単一本である第１パイプ６４と第２パイプ６５により導出される。
【００２２】
第１パイプ６４内には、回転羽根軸６６周りに設けられた回転羽根６７…が回転自在に設けられている。６７…は軸受で、これらの回転羽根６７は上澄水で回転駆動されることで回転羽根軸６６が回転駆動されて発電部６８により発電がなされる。尚、図４に示すように旋回流により回転羽根６７…を駆動するようにしてもよい。
【００２３】
図５は、沈澱池６０の池底に溜まる汚泥を図の左方向に掻き寄せてピット内に落とし込むための汚泥掻寄装置７０を同時に示している。この装置７０は、ガイドレール７１上を走行ローラー７２…により図示の左右方向に進退自在な機体７３が装備されている。この機体７３は、ワイヤロープ７４で進退駆動されるもので、図示は後退した状態から進出する掻寄状態に移る際の様子を示している。７５はスクレーパで、図示しない左側にも複数枚設けられており、図示では非掻寄状態から下がって垂直な掻寄状態になる。
【００２４】
こうした汚泥掻寄装置７０により沈澱池にも発電装置を実施することがある。その他に、池底を進退するフレームに前後に間隔を置いて多数のスクレーパを配備して前記間隔以上のストロークをもってれらスクレーパを池底に添って進退させることで池底の汚泥を順次ピット迄送り込む方式のレシプロ式汚泥掻寄装置における汚水流入あるいは流出部において、発電装置は実施されることがあるし、また、これらの各方式の汚泥掻寄装置を駆動するために発明装置からの電力を利用することができる。
【００２５】
図６に示す実施形態は、沈澱池やその他の処理池あるいは一般の貯水池などにおいて、同池７７に底部から排水管７８を通じて排水可能なもの（あるいは排水管をあとで施工したものも含む）を対象にしたものである。
【００２６】
そして、池７７内には、排水管７８に連通するように導水パイプ７９が立設されて上から池内の水が導入されるようにされるとともに、同パイプ７９内の回転羽根８０…が駆動されて発電部８１が運転されるようになっている。尚、８２は通穴で、池上のレバー８３を押し下げると排水ゲート８４が同通穴８２を開き、これにより、池７７内の水が全て排水されるようになっている。同レバー方式は、回転ハンドルにより回転を上下の運動に変換する方式により連動させてもよい。
【００２７】
図７に示す実施形態は、池８５内の排水を池側面の排水管８６を通じて行うようにしたものにおいて、その底面より導水パイプ８７を立設して上から池内の水を導入可能とし、同パイプ８７内の回転羽根８８…を駆動して発電部８９を稼働するようにしたものであり、９０は通穴、９１は排水ゲートを示している。
【００２８】
図８及び図９（図８のＩＸ−ＩＸ断面図）に示す実施形態は、複数列配された矩形の沈澱池９３…の長手方向上流側に前記のような汚水流入部（流入渠とも呼ぶ）９４を備え同流入部９４内に汚水導入口９５を開設したものを前提とする。
【００２９】
９６は池内流入口で、その手前に４面の連通架台９７をボックス状に固定して流入口９６と連通状とし、同架台９７上面に、架台９７内と連通するように導水パイプ９８を立設固定してその内部に備えた回転羽根９９により発電部１００が稼働するようにしてある。そして、導水パイプ９８には、制御部１０１により上下調節可能なゲートパイプ１０２が連設されていて、同パイプ１０２の誘引口１０３が水面に対応する際に汚水流入部９４内の汚水を呑み込み、その汚水により回転羽根９９がを回転駆動する。汚水は、連通架台９７内を経て池内流入口９６から沈澱池９３内に入るようになっている。図９の１０４はシールである。
尚、図９において、導水パイプ９８は、下部の曲がったエルボ状にして連通架台９７の立面に接続したり、あるいは連通架台９７を省略してパイプ９８を池内流入口９６に接続してもよい。また、ゲートパイプ１０２は、上端を誘引口としてもよい。
【００３０】
図１０に示す実施形態は、沈澱池への汚水流入部１０５において、池内流入口１０６の手前上側を仕切るように横仕切板１０７を備え、同仕切板１０７に導水パイプ１０８を立設するとともに同パイプ１０８内に回転羽根１０９を備えて発電可能にし、さらに、導水パイプ１０８にゲートパイプ１１０を備えて汚水を誘引口１１１から導入可能にしたものである。尚、図１０に示す装置は、図８に示すように流入渠内に複数配してもよい。また、ゲートパイプ１１０は、上端を誘引口としてもよい。
【００３１】
図１１に示す実施形態は、同じく流入渠たる汚水流入部１１３に池内流入口１１４とゲート１１５を備えたものを対象にし、ゲート１１５に同行して上下する連通ボックス１１６を備え付け、同ボックス１１６に下端が連通するようにしてエルボ状をなすゲートパイプ１１７を備え付けてゲート１１５が開いた時にゲートパイプ１１７の誘引口１１８が水面に対応しゲート１１５が閉じる時にゲートパイプ１１７の誘引口１１８が水面上にいて誘引を停止するような関係にしたものである。
【００３２】
ゲートパイプ１１７内には回転羽根１１９…が設けられて前記上下とは無関係に一定高さで回転するようにして発電部を稼働するようにしてある。そして、ゲートパイプ１１７は、ローラー１２０やサポート１２１などにより上下に案内されるようになっている。
尚、パイプ１１７をゲート１１５に直接連通状に取り付けてもよい。ゲート１１５、パイプ１１７あるいは連通ボックス１１６にはフロート機能をもたせて昇降運動が軽快になされるようにしてもよい。また、ローラー１２０はサポート１２１に備え付けてもよい。
【００３３】
図１２に示す実施形態は、汚水流入部１２３にバルブ１２４と池内流入パイプ１２５を備えて開閉により流入部１２３内の汚水を沈澱池内に流入したり停止したりする方式のものを対象にして、前記バルブ１２４前にエルボ状の導水パイプ１２６を立直状に接続し、同導水パイプ１２６の上端水面近くに逆円錐状の誘引口部１２７を備えてその中に回転羽根１２８を回転自在に装備したものである。そしてバルブ１２４が開時に誘引口部１２７を通じて汚水が流入することで回転羽根１２８が駆動されて発電部１２９が稼働するものである。
【００３４】
尚、図１３に示すように、誘引口部１２７は上からみて楕円形にして旋回流がつくられて回転羽根１２８を駆動するようにしてもよい。また、旋回流は、誘引口部１２７に内外連通状に備えたパイプ１３０…により旋回流を助長するようにしてもよい。
【００３５】
図１４に示す実施形態は、河川、各種用水路などの水流部１３２の流域内に、先端口が大きく開口し次第に窄まり状をなして後端部内に回転羽根１３３…を横軸状に回転装備した集束筒１３４を固定設置したものである。同集束筒１３４の後方には、回転羽根１３３の第１回転軸１３５からの水平入力を垂直出力に変換して第２回転軸１３６に伝達する変換ボックス１３７が設置されており、第２回転軸１３６から発電部１３８を稼働自在にしてある。集束筒１３４は、丸筒でも角筒でもよく、また楕円等でもよい。さらに、同筒１３４は複数のパイプを寄せ合わせて末端を１本に絞ったものにしてもよい。
【００３６】
図１５に示す実施形態も水流部１４０内に集束筒１４１を固定設置し、同筒１４１に回転軸１４２を横軸状に備えて同軸１４２の後端に回転羽根１４３…を、前端に発電部１４４を備えたものになっている。特に、同発電部１４４は、完全水密の水中型とされている。尚、同発電部１４４は後方に配置したり、位置は限定されない。また、発電部１４４の軸方向は縦あるいは斜めでもよい。さらに、図１４及び図１５において、集束筒１３４あるいは１４１は、上下に位置調整可能にしてもよい。この場合、平行リンクで支持することができる。
【００３７】
付加的な例であるが、沈澱池等の処理池その他に水が一時的にでも溜まる個所には低周波数を発振して「きれいな水になあれ」等の音声を送り込んで浄化を図るようにしてもよい。
【００３８】
図１６に示す実施形態は、例えば、水処理場の塩素混和池等の池１４６からの排水が排水管１４７を通じて水位差のある海（あるいは河川）１４８に噴き上げるように流し込むようにしたものにおいて、池１４６内の底にパイプ１４９内に回転羽根１５０を備えて回転軸１５１により発電部１５２を駆動するようにし、一方、排水管１４７の海側の出口対応して別の輻流式回転羽根１５３を備えて駆動させ他の発電部１５４を稼働できるようにしたものである。前記発電部１５２，１５４はそのいずれか一方のみで構成してもよい。排水管１４７の出口は絞って水が噴出するようにしてあるが、絞りはなくてもよい。尚、１５５は堤防である。
【００３９】
図１７に示す実施形態は、上水あるいは下水処理場における各処理池１５６，１５７…の水面は段階的に低くなっており、こうした段階の丸印Ａを付した個所のいずれか１か所あるいは複数個所または全ての個所に発電部を備えることができることを示している。１６０は河川である。
【００４０】
図１８に示す実施形態は、同じく水位差のある棚田１６２，１６３，１６４の最終段階からの落水を利用して、落水パイプ１６５内のＢ個所に回転羽根を装備して発電部１６６を駆動自在にしたものである。
【００４１】
図１９及びそのＸ−Ｘ線断面図である図２０に示す実施形態は、平面Ｕ字形で図２０の断面図のように次第に底面を低くした人工的な（あるいは自然の河川でもよい）水路１６７内を河川や処理場等から導かれた水が流れるようにし、その中央に仕切ガイド壁１６８を形成するとともに、同ガイド壁１６８の一端と他端側にそれぞれスプロケット１６９，１７０を備えてこれらにチェーン、リンクなどの連鎖体１７１…を掛け渡し、この連鎖体１７１…の外周に添って回転羽根１７２…を多数配備したものである。
【００４２】
連鎖体１７１及び回転羽根１７２…は内ローラー１７３と外ローラー１７４により水路１６７内で軽快かつ安定に循環駆動されるが、例えば、回転羽根１７２…をフロート式にしてもよく、また、ガイドレール１７５に上ローラー１７６を添わせるようにしてもよい。これにより、矢印Ｙのように、水路１６７内に導かれた水は、回転羽根１７２…を押して連鎖体１７１…を介してスプロケット１６９，１７０を回転駆動させる。このスプロケット１６９，１７０のうちのいずれかあるいは双方の軸から発電部２００を駆動させるようにする。
尚、１７７は流入・流出ガイドで、水路１６７の上流端と下流端との間に設けられており、その上流側の側面が回転羽根１７２…の先側に水が当たるように斜め面になっていてすぐに下流側に流れ込まないようになっている。
【００４３】
図２０に示す実施形態では、連鎖体１７１に回転羽根１７２…が固定的になっていたが、図２１に示すように、回転羽根１７８を連鎖体１７９に起倒自在にしその進行側のストッパ１８０…により反進行方向側にのみ倒れるようにするとともに、上流側の水ガイド１８１を倒れる回転羽根１７８寄りに接近させて流入水が流出側に漏れないようにしてもよい。
また、水処理場には、長円形状をなすＯ・Ｄ（オキシデーション・ディッチ）が設けられることがあるが、その流入量に余裕のある場合には、図１９に示すような循環式回転羽根による発電装置を構成することがある。
【００４４】
図２２は他の実施形態で、汚水流入部２０１の出口であり沈澱池２０２内への入り口でもある池内流入口２０３の出口側に、ハウジング２０４を水平に突設するとともに、その内部に、左右１対の回転羽根２０５，２０５を第１回転軸２０６回りに回転自在に軸受２０７で支持させてある。回転羽根２０５は、ハウジング２０４に膨隆状に形成した遊動凹み２０８内に羽根半分が納まって回転し残る半分はハウジング２０４内に臨むようにして設けられている。
【００４５】
各回転軸２０６は単一本であってもよく、同軸２０５は、軸ケーシング２０９内を通した伝動軸２１０により沈澱池２０２の上方まで導かれているとともに、池上に設置した増速ギアボックス２１１内のピニオンに連結されている。
【００４６】
２１２はダイナモ（同期発電機でもよい）で、インバータ制御装置で交流に変換されて制御盤から所要の装置の電源として利用されている。この所要の装置とは、図２に示すフライト式汚泥掻寄装置であったり、図２８に示すモノレール式汚泥掻寄装置であったりする。この発電装置と共に太陽光発電装置を組み合わせてもよい。このことは他の実施形態でも同様にいえる。
【００４７】
尚、図２３における２１４は汚水掻揚ポンプを示し、汚水流入部２０１内に沈砂処理後の汚水を流入させるものであり、前記回転羽根２０５を回転駆動するためのエネルギー源になる。一方、図２３の仮想線２１５は図示しない掻揚ポンプにより一定高さに揚げられた汚水を段階的に低く設定された各種水処理設備に自然流下させて処理してゆくルートの一部を示すものである。図示のルートは、沈砂池からそれより低いレベルの最初沈澱池２０２に流入させるルートを示しており、こうした水処理設備にも本実施形態を適用することができる。また、最初沈澱池２０２からは、例えば、エアーレーションタンクや最終沈澱池、それに塩素混和池などが連設されているが、これらの前後間にもそれぞれずれ流入部があり、その個所のいずれかあるいはすべてに前記実施形態を適用することがある。このことは他の実施形態でも同様にいえる。
【００４８】
さらに、汚水管から沈砂池間にはポンプ場があり、同ポンプ場からの流れエネルギーを発電に利用することもできる。このことは他の実施形態でも同様にいえる。
【００４９】
図２４に示す実施形態は、ハウジング２１５内に回転羽根２１６を縦軸である回転軸２１７により軸受２１８で支持したもの（図２２で示すと同様のもの）において、回転軸２１７に伝動軸２１９を結合し、同軸２１９を池上に突き出してその上端に回転マグネット２２０を備えたもので、これに対し反発する関係の固定マグネット２２１をその下方に対向設置して回転マグネット２２０が浮遊して回転することで全重量を浮かしながら微小の抵抗で回転羽根２１６が回るようにしたものである。
【００５０】
図２５及び図２６に示す実施形態は、ハウジング２２３内で回転する回転羽根２２４を支持する一般形式の軸受２２５，２２５の上下位置にマグネット式の軸受２２６．２２６を装備したものである。
【００５１】
軸受２２６の内部は、図２５に示すように、回転軸２２７回りの内側回転マグネット２２８と壁からのブラケット２２９内に装備した外側固定マグネット２３０とでなり、両マグネット２２８，２３０とが反発し合うことで回転羽根２２４が軽快に回転するものである。この実施形態は他の実施形態の軸受にも適用がある。特に、図２４の上部に示すマグネット２２０，２２１と組み合わせて構成することができる。
【００５２】
ここで、（最初）沈澱池２３２内に流入する汚水による発電出力Ｐについて検討をしてみることにする。
ここに示す沈澱池２３２は、池全長Ｌ＝３０ｍ、池巾Ｗ＝３ｍ、池平均深さＨ＝（Ｈ１＋Ｈ２）／２＝３．２ｍで内容量が３８４ｍ３とされ、同池内への満水時間を３０分とした場合、流量Ｈは３８４／３０＝１２．６ｔ／ｍｉｎ．で、汚水管２３３のサイズを３５０Ａとした場合、Ｖ１＝２．５ｍ／ｓ、Ｖ２＝０．０１６４ｍ／ｓで、圧力水頭差ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１＝３．１２５ｍとなり、３．０ｍに設定する。ここで、回転羽根（プロペラ）効率ηＴを０．５、発電効率ηＧを０．６とすると、発電出力Ｐ＝９．８ＨＱ×０．５×０．６＝１．８５ＫＷとなる。図２８の池底に示された装置は汚泥掻寄装置であり、長い台車２３４に車輪２３５…を装備した機体に複数枚のスクレーパ２３６…を装備して同スクレーパ２３６が図示の後退状態から垂直な掻寄態勢にあってピット２３７側迄前進することで汚泥を掻き寄せる一方、スクレーパ２３６が水平な復帰態勢になって右方向である戻り方向に復帰するものである。これらの進退は図示しないワイヤーロープでなされる。
【００５３】
この汚泥掻寄装置にあっては池上に駆動用のモーター及び減速機が設置されてワイヤーロープを介して進退駆動されるが、駆動源の出力としては前記１．８５ＫＷで充分である。
【００５４】
図２９及び図３０に示す実施形態は、汚水流入部２３９内に拡開状をした旋回流起生部２４０を備えた落下連通パイプ２４１をＬ形のものとして設置してあるとともに、前記旋回流起生部２４０には、図３０に示すように、偏心した面上に汚水が落下して旋回流になるように導かれる。尚、旋回流起生部２４０の面上には、汚水がはみ出さないようにするための抑制ガイド２４２を突設してもよい。
【００５５】
これにより、図３０に示すように、旋回流が発生して前記落下連通パイプ２４１内を流れ落ち、図２９に示すように、水平軸式回転軸２４３周りの回転羽根２４４を回転駆動させる。尚、２４５はハウジング，２４６は出口である。また、２４７はチェーンなどの伝動ケースを示す。２４８は円錐ガイドである。
【００５６】
図３１は旋回流起生部２４０自体を落下連通パイプ２４１を基準に偏心させて汚水が流れ落ちる部分を広い受け面にしてこぼれ出ないようにしたものである。この面にも抑制ガイド２４２を備えてもよい。
【００５７】
図３２及び図３３に示す実施形態は、回転羽根２５１の心部２５２をフロートにして流出域で浮き上がるようにすることで、回転羽根２５２が軽快に回転するようにしたものである。
【００５８】
図３４は、回転羽根２５４の回転軸２５５の周りにフロート２５６を備え付けて回転羽根２５４及び回転軸２５５などを浮上させながら回転運動が軽快に行えるようにしたものである。前記実施形態のように、心部をもフロートにしてもよい。
【００５９】
図３５は、回転羽根２５８自体をフロートにしたものである。前記実施形態のように、心部をフロートにしたり，回転軸周りにフロートを備え付けたりしてもよい。
【００６０】
図３６は、水車２５９を発電に利用したものにおいて、同水車２５９の外周に対応するようにして例えば、自転車の発電装置２６０…のようなコンパクトなもの（ダイナモ）を複数個周方向に配列したものである。その先端接触部は水車２５９に対し弾性支持により接触するものとする。
【００６１】
尚、同図に仮想線で示すように、水車２５９の外周に掛けられたベルトやヤチェーンなどの伝動材２６１を介して増速してダイナモ２６２を駆動するようにしてもよい。
【００６２】
図３７は、駆動源（減速機付）２６４により回転軸２６５を回転させ池内のレーキ２６６を駆動させるようにした円形沈澱池２６７で、ポンプ２６８による揚水エネルギーにより汚水管２６９を通じてセンターウエル２７０内に汚水を導くように構成したものにおいて、同汚水管２６９の直管部分２７０および／または曲管部分２７１に図３８及び図３９に示すような発電装置ユニット２７２を既設管に対する後付け方式として又は新規組込み方式として装備したものである。
【００６３】
図３８及び図３９における実線指示は直管部分での組み付け例を示し，仮想線は曲管部分での組み付け例を示している。
すなわち、直管部分２７０とユニット２７２とはフランジ２７３で結合してある。ユニット２７２は、樋状をした本体部分２７４に対向状をなす取付部２７５を突設するとともに、同取付部２７５に縦溝２７６を形成したものである。
【００６４】
２７６は回転羽根で、同羽根２７６の回転軸２７７は、セット板２７８に軸受２７９を介して支持されるとともに、セット板２７８は、止着具２８０により本体部分２７４および取付部２７５側に取り付けられている。この際、回転軸２７７は縦溝２７６を通じてセットされる。尚、回転羽根２７６は汚水の流れにその半分が臨むようにされている。また、図３９に仮想線で示すように、蓋２８１を着脱自在に付してもよい。この蓋２８１は、汚水が乱出するのを防止する。
【００６５】
図３９に仮想線で示す２８３は曲管部分の本体部分である。この本体部分にもそれに応じた形の取付部２８４を備える。
尚、取付部２８４の基部内には、汚水が回転羽根２７６の外側へ作用しないように遮蔽板２８５を装備する。この場合も蓋を装備する。また、図３８に示すように、矢印×のようにエアーおよび／または微生物導入手段２８６を構成して浄化機能を高めるようにしてもよい。このエアーおよび／または微生物導入手段２８６は管系上の他のいずれの個所に設定してもよい。
【００６６】
図４０，図４１（図４０のＹ部拡大断面図），図４２及び図４３に示す実施形態は、沈澱池前段階である汚水流入部３００の池内流入口３０１下流側に他のタイプの発電装置を構成したものである。
【００６７】
３０２はブラケットで、前記下流側の池内流入口３０１下方に対応して固定され，同ブラケット３０２上を介して発電装置を固定設置してある。同装置は、上からみると図４２に示すように長円形状をしたインペラハウジング３０３を備え，同ハウジング３０３の上下には底板３０４と上蓋３０５がそれぞれ一体に形成されている。
【００６８】
ハウジング３０３の池内流入口３０１に対向する個所には、同口３０１に連通して対応する形状の導入口３０６が形成されている。また、ハウジング３０３の沈澱池向きに対応して導出口３０７が開口している。ハウジング３０３内には、左右１対のインペラ体３０８，３０８が縦軸回りに回転自在に配備されている。
【００６９】
各インペラ体３０８は、芯体３０９と、芯軸３１０，及びインペラ３１１…からなる。芯体３０９は、中心に芯軸３１０を備えた円筒体でその上下も蓋設された中空体でなる。この芯体３０９は、インペラ体３０８それ自体を水流上に軽く浮かせるように作用する。芯軸３１０は、上下端部が芯体３０９からそれぞれ突出し、特に、下端部は、先鋭状とされて、ブラケット３０２の上枠部底部に固定したピボット軸受３１２に点状支持されている。芯軸３１０の上端部も軸受支持されていることにより、インペラ体３０８は非常に軽快に回転するようになっている。尚、芯軸３１０の下端には、図４１に仮想線で示すようにスクリュー３１３を形成して水をピボット軸受３１２と芯軸３１０間に圧力をもって入り込むようにしてもよい。
【００７０】
インペラ３１１は、図４２に示すように、ａ，ｂ，ｃの３部からなり、ａ部は、芯体３０９の外周面を基部にして外径方向でかつ回転方向に先行するように傾斜して突出する。ｂ部は、ａ部の先端部から逆に後行する向きに突出して、図４２のように、水流の流れがハウジング３０３内に入り込まないようになっている。ｃ部は、ｂ部からさらに後行する方向に傾斜して突出する。３１４は補強リブである。αは、図４２における水平線に対しインペラ３１１の基部と芯軸３１０を通る線とのなす角度で、ここでは３０度とされており、この３０度の線上には、ｂ部の先端が一致している。
【００７１】
尚、ハウジング３０３内の１対のインペラ体３０８，３０８間には、前ガイド３１５と後ガイド３１６が楔状に折り曲げた板状のものとして前後に多少離間して配備されている。前ガイド３１５は、インペラ３１１の前後間により確実に水流が導入されるようにする等の作用がある。後ガイド３１６は、導出口３０７からの水流が直線流として比較的強い流れで沈澱池内に流れ込むのでなく分流としてしかも上下斜め流として沈澱を阻害しないように流出するようになっている。
【００７２】
尚、図４２に○印を付したように、エアー吸引口３１７を配置してもよい。このエアー吸引口３１７は図示の位置の中の１つ、あるいは適宜の複数位置に設けられるものであり、これにより、沈澱池内ではエアーが混合して浄化が促進される。
【００７３】
図４０及び図４３の３１９はギアボックスで、減速あるいは増速が可能である。３２０は水中発電機で、同発電機３２０から上方に延びて池上にまで達するパイプはケーブル用ガイドパイプ３２１で、図示のようにコード３２２を池上にまで導くもので、このコード３２２はここでは、図５のような汚泥掻寄装置の駆動用に利用されている。その他、図２のフライト式汚泥掻寄装置その他の水処理設備を駆動する電源として利用され得る。
【００７４】
図４４に示す実施形態は、汚水流入部３２５の出口下流側面に発電装置の駆動手段３２６を設置して図４０から図４３に示す構成とし、同駆動手段３２６から上方に向けて池上まで伝達シャフト３２７を伸ばし、同シャフト３２７を軸受３２８で安定に支持するとともに、伝達シャフト３２７の上端に駆動側スプロケット３２９を装着し、池上に設置した減速機３３０から突出した入力軸３３１に装着した従動側スプロケット３３２との間にチェーン３３３を架装して、減速機３３０から発電機３３４を駆動して対象機器や装置を運転するようにしたものである。すなわち、池内に駆動手段を、池上に発電のための手段を構成したものである。
【００７５】
図４５に示す実施形態は、池内からの伝達シャフト３３６の上端にベベルギアによる方向変換装置３３７を設置し，同装置３３７と減速機３３９とを駆動シャフト３４０で連結して発電機３４１を駆動するようにしたものである。
【００７６】
図４６に示す実施形態は、油圧系により発電機３４３を駆動するようにしたもので、３４４は伝達シャフト、３４５は油圧ポンプ、３４６はアキュームレータ、３４７は油圧モーターをそれぞれ示している。
【００７７】
図４７に示す実施形態は、河川３４９内に前記したような駆動手段３５０をコンクリートによる固定手段３５１により設置したものである。図面は下流側から駆動手段３５０を見た様子を示している。固定手段３５１は適宜に移動手段により別位置に移動可能に構成してもよい。３５２は水中発電機であるが、同発電機３５２は丘上に設置してそこまで伝動系を構成してもよい。
【００７８】
図４８に示す実施形態は、円形沈澱池についての動力源を汚水流入エネルギーにより負担させるようにしたものである。すなわち、円形沈澱池は、歩廊３５４に駆動源３５５を備えて回転軸３５６によりレーキ３５７を回転駆動するようにしてあるが、この駆動源３５５の電力として、センターウエル３５８内に汚水を投入可能に臨む汚水導入管３５９内を流れくる汚水エネルギーにより賄うようにしたものであって、汚水導入管３５９の出口外部あるいは内部にインペラ３６０を配置してその駆動軸３６１から発電機３６２を駆動するようにしてある。この発電機３６２による電力で駆動源３５５を運転するようにしてある。
【００７９】
図４９に示す実施形態は、塩素混和池３６４からの処理水が排水パイプ３６５を通じて河川などに放流されるようになっているものにおいて、排水パイプ３６５の少なくとも出口を角形にしておき、そこからの排水により下方のインペラ３６６を回転駆動させるようにしたものである。そして、その回転力は伝達手段３６７により発電機３６８を駆動するようにしてある。パイプ３６５の出口を角形にしてあると、インペラ３６６に効率よく当り回転力に変換される。
【００８０】
図５０に示す実施形態は、汚水流入部から多孔状の整流部３７０を介して沈澱池内に汚水が流入する流域で効果的に沈澱を促すようにしたものである。すなわち、沈澱池内には、整流部３７０に対向するように、くの字上下連続屈曲状の沈澱促進制御板３７１を立面状に設置したものである。この制御板３７１は、整流部３７０の側からみてくの字に凹む域が上下に多数あるので、突出する部分から分かれて流れ込む汚水は１つの凹みＳに対し上下から流れ込むようになってそれらがぶつかるようにして互いのエネルギーを相殺し合うもので、その結果、沈澱が効果的に促進されて下方のピット内に沈澱してゆく。尚、制御板３７１には、多数の通孔３７２…が開けられて同孔３７２…を通過した汚水は絞りから広がった流域に入ることで大きく減速されて沈澱が促進されることになる。制御板３７１の下流側には、後制御板３７３を離間して設けてもよいし、同板３７３に通孔３７４…を備えるか否かはいずれでもよい。同後制御板３７３はピットの上方に対応して位置するものとする。
【００８１】
また、制御板３７１は、図５０に仮想線で示すように前傾あるいは後傾姿勢で設置してもよい。さらに、制御板３７１は、コの字蛇行状のものでもよい。
【００８２】
制御板３７１の通孔３７２…は、同じ孔径で同じ間隔をもって配列してもよいし、図５０に示すように、池幅の端側において流れ速度が小さいことから同側を大きな孔径にし池幅中央側を小さい孔径のものにしてもよい。こうした孔径を異なるものにする方法のほかに、孔数を異なるものにする方法もある。すなわち、池幅端側において孔数を多くし逆に池幅中央側において孔数を少なくするのである。
【００８３】
図５２に示す実施形態は、制御板３７１などを設置する方法を示すもので、３７５はセット枠で、制御板３７１を納めることができるもので、その中に納まる制御板３７１を押さえ板３７６により固定セットするように構成してある。
【００８４】
図５３から図５５に示す実施形態は、他の制御板についてのもので、図５３は、波板状の制御板３７８を示し、その前突部に通孔を開けるか否かはここで限定されない。図５４は、折版屋根形の制御板３７９で、図５５は、折版屋根形ではあるが上下のものが個々のもので上下に配列固定されその上下間に通隙３８０…を残した制御手段３８１である。通隙３８０…の下流側には、上流側に向けて凹む面を向けた後制御手段３８２を配してもよい。
【００８５】
図５６及び図５７は、沈澱促進制御板についての他の実施形態を示す。この制御板３８４は、アングルを四辺に配して矩形の枠組にした外枠３８５の枠内に組み付けられている。制御板３８４は、くの字連続屈曲状に形成されたもので、その各斜面には、前記よりも比較的大きな直径をした通孔３８６…がここでは正面視千鳥配置で開けられている。この外枠３８５付の制御板３８４は、下方のピット上に縦向きに設置されてアンカーボルトなどの止着具により固定される。尚、図５７の上下の向きに合わせて沈澱池内に設置されるものであるが、例えば、それに９０度回転させた状態で設置されることもある。
【００８６】
図５８に示す実施形態は、高所から低所に水を落とすために敷設された落水パイプ４００の中途につなぎパイプ４０１を接続し、同パイプ４０１を抱き込みアンカー４０２で固定するとともに、このつなぎパイプ４０１の上側に半丸形のケーシング４０３を別体あるいは一体に装備してその内部で回転軸４０４回りで回転するように回転胴４０５を装備するとともに回転胴４０５の外周にインペラ４０６を装備したものである。
【００８７】
尚、前記ケーシング４０３およびインペラ４０６は、下側に配置してもよく、また、上下に配置してもよい。さらに、図５９に示す実施形態のように、パイプ４０１の左右両側に１対をなすようにケーシング４０３およびインペラ４０６を配備してもよい。この場合、回転軸４０４に付したスプロケット４０７とチェーン４０８とで左右のインペラ４０６，４０６が互いに入り込むタイミングに連動するようにしてある。また、前記実施形態では左右に配したが、その一方だけでもよい。図５８、図５９のいずれの実施形態も発電力を得るためのものである。前記パイプ４００は落水用である必要はない。また、前記インペラの１対はパイプ４０１の長手方向の同一の個所に配置されているが、互いに前後にずらせて配置してもよい。
【００８８】
図５８および図５９の実施形態はパイプ中途に発電装置を設けたが、Ｕ字溝などの溝を対象にしてこれらのような発電装置を構成してもよい。この場合、図５８のように溝の上側あるいは下側、さらに上下双方にインペラを装備したり、図５９のように溝の左右に１対のインペラを配備したり、あるいはその一方にインペラを配してもよい。
【００８９】
【発明の効果】
この発明は以上のようであるので、処理水の流入あるいは流出するエネルギーを利用して処理槽内あるいは外の各種設備を駆動するようにした発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す図２のＩ−Ｉ線断面図。
【図２】図１の実施形態を示す沈澱池縦断面図。
【図３】他の実施形態を示す汚水流入部の縦断面図。
【図４】他の実施形態を示す汚水流入部の横断面図。
【図５】他の実施形態を示す越流堰付近の発電装置断面図。
【図６】他の実施形態を示す断面図。
【図７】他の実施形態を示す断面図。
【図８】他の実施形態を示す沈澱池の横断面図。
【図９】図８のＩＶ−ＩＶ線断面図。
【図１０】他の実施形態を示す汚水流入部の縦断面図。
【図１１】他の実施形態を示す汚水流入部の縦断面図。
【図１２】他の実施形態を示す汚水流入部の縦断面図。
【図１３】図１２の誘引口部の変形実施形態を示す平面図。
【図１４】他の実施形態を示す縦断面模式図。
【図１５】他の実施形態を示す縦断面模式図。
【図１６】他の実施形態を示す縦断面模式図。
【図１７】水処理場における他の実施形態を示す縦断面模式図。
【図１８】棚田における発電装置の実施形態を示す縦断面模式図。
【図１９】他の実施形態を示す平面図。
【図２０】図１９のＸ−Ｘ線断面図。
【図２１】回転羽根の他の実施形態を示す平面図。
【図２２】汚水流入部出口付近に発電装置を設置した他の実施形態を示す横断面図。
【図２３】図２２の縦断面図。
【図２４】他の実施形態を示す縦断面図。
【図２５】図２６の横断面図。
【図２６】図２５の縦断面図。
【図２７】一般的規模の沈澱池の概要とその各寸法を示す平面図。
【図２８】図２７の縦断面図。
【図２９】汚水流入部出口付近に備えた発電装置と同装置への旋回流起生方法を示す縦断面図。
【図３０】図２９の旋回流起生方法を示す斜視図。
【図３１】旋回流起生方法の他の実施形態を示す平面図。
【図３２】フロート式発電装置の一実施形態を示す平面図。
【図３３】図３２の正面図。
【図３４】フロート式発電装置の他の実施形態を示す正面図。
【図３５】回転羽根の羽根をフロート式にした実施形態を示す平面図。
【図３６】水車による発電装置の他の実施形態を示す正面図。
【図３７】円形沈澱池への汚水流入管に発電装置を装備した実施形態を示す縦断面模式図。
【図３８】図３７の発電装置の具体的実施形態を示す平面図。
【図３９】図３８の正面図。
【図４０】発電装置についての他の実施形態を示す側断面図。
【図４１】図４０のＹ部拡大断面図。
【図４２】図４０の横断面図。
【図４３】図４０の正面図。
【図４４】発電装置の他の実施形態を示す縦断面図。
【図４５】発電装置の他の実施形態を示す縦断面図。
【図４６】発電装置の他の実施形態を示す縦断面図。
【図４７】河川に適用した発電装置の他の実施形態を示す縦断面図。
【図４８】円形沈澱池における発電装置の他の実施形態を示す縦断面図。
【図４９】塩素混和池からの排水を発電に利用した実施形態を示す断面図。
【図５０】沈澱池における沈澱促進装置を示す模式図。
【図５１】制御孔付制御板の他の実施形態を示す背面図。
【図５２】制御板の設置の仕方を示す分解斜視図。
【図５３】制御板の他の実施形態を示す側断面模式図。
【図５４】制御板の他の実施形態を示す側断面模式図。
【図５５】制御板の他の実施形態を示す側断面模式図。
【図５６】外枠付き制御板の他の実施形態を示す縦断面模式図。
【図５７】図５６の制御板の背面図。
【図５８】他の実施形態を示す一部切り欠き側面図。
【図５９】他の実施形態を示す横断面図。
【符号の説明】
１４，３２…汚水流入部  ２４，４３，５３…回転羽根  ２５，４５…発電部
【図１】
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【図２】
0004873112.tif 000003
【図３】
0004873112.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004873112.tif 000008
【図８】
0004873112.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004873112.tif 000011
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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