(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源が一方の開口端から流入し、もう一方の開口端から流出する円筒と、前記円筒の周りに巻き付けた熱交換用の複数本の管とを備え、
複数本の管のうちの断面形状が円形の第１の管を円筒の周面に沿って巻き付け、
前記第１の管の周りに、断面形状が円形で前記第１の管の径よりも小さい管径を有する第２の管を、前記第１の管と第２の管とのいずれの管も隣り合う部分が密になる状態で、前記第１の管を覆って重なるように巻き付けることにより、第１の管の配設長さよりも第２の管の配設長さが長くなるように形成した熱交換器。
【請求項２】
熱源が一方の開口端から流入し、もう一方の開口端から流出する円筒と、前記円筒の周りに巻き付けた熱交換用の複数本の管とを備え、
複数本の管のうちの第１の管を円筒の周面に沿って巻き付け、この第１の管の周りに少なくとも一部が重なるように前記複数本の管のうちの第２の管を巻き付け、
第１の管は断面形状が三角形であり、その底面が円筒の周りに沿うように巻き付けられ、
第２の管は断面形状が逆三角形であり、第１の管と第２の管との傾斜面同士が対向するように巻き付けられた熱交換器。
【請求項３】
第２の管の傾斜面間の頂部が円筒の周りに接するように巻き付けられた請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
熱源が一方の開口端から流入し、もう一方の開口端から流出する円筒と、前記円筒の周りに巻き付けた熱交換用の複数本の管とを備え、
複数本の管のうちの第１の管を円筒の周面に沿って巻き付け、この第１の管の周りに少なくとも一部が重なるように前記複数本の管のうちの第２の管を巻き付け、
第１の管および第２の管の断面形状が四角形であり、第１の管の１つの面が円筒の周りに沿って対向し、第１の管における隣り合う面同士が接し、第１の管の残りの面が第２の管の１つの面に対向し、第２の管における隣り合う面同士が接するように、巻き付けられた熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱源を流す円筒とこの円筒の周りに巻き付けた管とを有する熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱交換器と、この熱交換器を取り付けた空気調和装置の冷凍サイクルとについて、図面を参照しながら説明する。
図１１に示すように、空気調和装置における冷媒加熱室外機の内部には、圧縮機１０１と、熱媒体としての冷媒を凝縮させる室外熱交換器１０２と、冷媒を加熱する冷媒加熱器１０３とが従来より設けられている。そして、これらの室外熱交換器１０２と冷媒加熱器１０３とを用いて冷媒サイクルを構成している。つまり、圧縮機１０１に四方弁１０４、室外熱交換器１０２、逆止弁１０５、絞り装置１０６、二方弁１０７、冷媒加熱器１０３と室内熱交換器１０８、逆止弁１０９が接続されている。そして、冷房時には、冷媒が、圧縮機１０１から四方弁１０４、室外熱交換器１０２、絞り装置１０６、室内熱交換器１０８を経て循環するように、また、暖房時には、冷媒が、圧縮機１０１から四方弁１０４、室内熱交換器１０８、冷媒加熱器１０３を経て循環するように二方弁１０７、逆止弁１０５、逆止弁１０９を設けている。
【０００３】
図１２は、冷媒加熱器１０３の熱交換器本体１１０であり、内面にフィンを付けた円筒１１１と、円筒１１１の周りに流体を流す管１１２とが形成されている。熱源は矢印Ａ方向から矢印Ｂ方向に円筒１１１内を流れ、熱交換用の流体は管１１２内を矢印Ｃ方向から進入し、矢印Ｄ方向から流出して熱交換を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来構成の熱交換器本体１１０では、熱交換用の流体を流す流路を形成する管１１２が１本だけであるため、複数組の熱交換を並行して良好に行うことができないという課題を有していた。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、複数組の熱交換を並行して良好に行うことができる熱交換器を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の熱交換器は、熱源が一方の開口端から流入し、もう一方の開口端から流出する円筒と、前記円筒の周りに巻き付けた熱交換用の複数本の管とを備えたものであり、これによれば、複数組の熱交換を並行して良好に行うことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかる熱交換器は、熱源が一方の開口端から流入し、もう一方の開口端から流出する円筒と、前記円筒の周りに巻き付けた熱交換用の複数本の管とを備え、前記複数本の管のうちの断面形状が円形の第１の管を円筒の周面に沿って巻き付け、前記第１の管の周りに、断面形状が円形で前記第１の管の径よりも小さい管径を有する第２の管を、前記第１の管と第２の管とのいずれの管も隣り合う部分が密になる状態で、前記第１の管を覆って重なるように巻き付けることにより、第１の管の配設長さよりも第２の管の配設長さが長くなるように形成したものである。
この構成によれば、複数組の熱交換部分を管別に接続することで複数組の熱交換を並行して行うことができる。また、円筒の熱が第１の管に伝達され、第１の管からの廃熱がさらに第２の管に伝達される。さらに、第１の管および第２の管の何れもが断面形状が円形であり、前記第１の管の周りに、この第１の管の径よりも小さい管径を有する第２の管を、前記第１の管と第２の管とのいずれの管も隣り合う部分が密になる状態で、前記第１の管を覆って重なるように巻き付けることにより、第１の管の配設長さよりも第２の管の配設長さが長くなるように形成することができ、これにより熱交換を良好に行うことができる。
【０００７】
本発明の請求項２にかかる熱交換器は、熱源が一方の開口端から流入し、もう一方の開口端から流出する円筒と、前記円筒の周りに巻き付けた熱交換用の複数本の管とを備え、複数本の管のうちの第１の管を円筒の周面に沿って巻き付け、この第１の管の周りに少なくとも一部が重なるように前記複数本の管のうちの第２の管を巻き付け、第１の管は断面形状が三角形であり、その底面が円筒の周りに沿うように巻き付けられ、第２の管は断面形状が逆三角形であり、第１の管と第２の管との傾斜面同士が対向するように巻き付けられたものである。
この構成によれば、複数組の熱交換部分を管別に接続することで複数組の熱交換を並行して行うことができ、また、円筒の熱が第１の管に伝達され、第１の管からの廃熱がさらに第２の管に伝達され、また、断面形状が三角形である第１の管の底面と円筒とが面で熱を伝達するため、熱交換を良好に行うことができ、また、断面形状が三角形である第１の管と断面形状が逆三角形である第２の管との傾斜面同士が面で熱を伝達するため、熱交換をさらに良好に行うことができる。
【００１１】
本発明の請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の熱交換器において、第２の管の傾斜面間の頂部が円筒の周りに接するように巻き付けられたものである。
この構成によれば、第２の管の傾斜面間の頂部が円筒の周りに接しているため、熱交換を一層良好に行うことができる。
本発明の請求項４にかかる発明は、熱源が一方の開口端から流入し、もう一方の開口端から流出する円筒と、前記円筒の周りに巻き付けた熱交換用の複数本の管とを備え、複数本の管のうちの第１の管を円筒の周面に沿って巻き付け、この第１の管の周りに少なくとも一部が重なるように前記複数本の管のうちの第２の管を巻き付け、第１の管および第２の管の断面形状が四角形であり、第１の管の１つの面が円筒の周りに沿って対向し、第１の管における隣り合う面同士が接し、第１の管の残りの面が第２の管の１つの面に対向し、第２の管における隣り合う面同士が接するように、巻き付けられたものである。
【００１２】
この構成によれば、複数組の熱交換部分を管別に接続することで複数組の熱交換を並行して行うことができ、また、円筒の熱が第１の管に伝達され、第１の管からの廃熱がさらに第２の管に伝達され、また、円筒の周りをなす面と、第１の管の４つの面と、第２の管の３つの面とが互いに、面で熱を伝達するため、熱交換を良好に行うことができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態における熱交換器および空気調和装置について図面とともに説明する。空気調和装置の冷房暖房運転時における冷凍サイクルの全体的な構成要素については、同様であるため省略する。
【００１８】
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態における熱交換器本体１を概略的に示す正面図および側面図であり、２は、熱源が一方の開口端３から流入し、もう一方の開口端４に流出する円筒で、内面に複数のフィン５が設けられている。この円筒２の外周に、それぞれ独立した第１の管６と、この第１の管６の周りに重なるように第２の管７とを、螺旋状に巻き付けている。図１および図２においては、第１の管６と第２の管７とは断面形状が円形であり、ほぼ同径とされている。
【００１９】
この熱交換器本体１は、例えば図３に示す空調システムに使用される。この時、第１の管６の廃熱は第２の管７により熱交換され、またそれぞれ個別に熱交換される。そして、例えば第１の管６を接続配管８を介して床暖房ユニット１０に接続して、この熱交換を床暖房として利用し、また、第２の管７を接続配管９を介してエアコン室内ユニット１１に接続して、この熱交換をエアコンとして利用することができるように構成している。なお、図３における１３は室外ユニットである。
【００２０】
この熱交換器本体１によれば、上記のように複数組の熱交換を同時に並行して行うことができる。また、第１の管６の周りに第２の管７を重ねて巻き付けていることにより、第２の管７は第１の管６の廃熱を利用して熱交換するため廃熱回収の効果がある。また、第１の管と第２の管とを並べて円筒の周りに直接巻き付けることも考えられるが、この場合には円筒の軸心方向に対する長さが長くなってしまう。このような構成の熱交換器本体と比較して、この実施の形態の熱交換器本体１によれば、円筒２の軸心方向に対する長さを短くすることができるので、コンパクトな熱交換器を得ることができる。
【００２１】
図４は本発明の第２の実施の形態における熱交換器本体２０の要部を概略的に示す断面図であり、この実施の形態においても、円筒２の外周に、それぞれ独立した第１の管２１と、この第１の管２１の周りに重なるように第２の管２２とを、螺旋状に巻き付けているが、特にこの実施の形態においては、円筒２の外周に直接巻き付けた第１の管２１の径よりも、第１の管２１の周りに巻き付けた第２の管２２の径が小さく、何れの管２１、２２も隣り合う部分が密になるように配設されている。したがって、第１の管２１の配設距離（長さ）よりも第２の管２２の配設距離（長さ）が長く形成されている。
【００２２】
この熱交換器本体２０によっても、第２の管２２により第１の管２１を覆っているため、第１の管２１の廃熱が他へ逃げず、そして第２の管２２は径が小さくて熱交換される距離が長いため、より効率的に熱交換される。また、それぞれの管２１、２２からの熱媒体としての冷媒の熱で個別に熱交換するため、第１の実施の形態と同様に、第１の管２１の熱交換を例えば床暖房として利用し、また第２の管２２の熱交換をエアコンとして利用することができる。
【００２３】
図５は本発明の第３の実施の形態における熱交換器本体３０の要部を概略的に示す断面図であり、この実施の形態においても、円筒２の外周に、それぞれ独立した第１の管３１と、この第１の管３１の周りに重なるように第２の管３２とを、螺旋状に巻き付けているが、特にこの実施の形態においては、第１の管３１の断面形状が三角形とされている。そして、第１の管３１は、その底面３１ａが円筒２の周りに沿って接するように巻き付けられている。また、第１の管３１における底面３１ａから離れた箇所に位置する頂部３１ｂ間に、第２の管３２を配置させた姿勢で第２の管３２を巻き付けている。
【００２４】
この熱交換器本体３０によれば、第１の管３１は、円筒２と底面３１ａとにより面で接しているために効率的に熱交換でき、またその効率よく熱交換した第１の管３１の廃熱により第２の管３２の熱交換を行うことができる。さらに、第２の管３２は第１の管３１の頂部３１ｂの間に位置しているため、より効率的に熱交換を行うことができる。また、それぞれの管３１、３２からの熱媒体としての冷媒の熱で個別に熱交換するため、上記第１の実施の形態と同様に、第１の管３１の熱交換を例えば床暖房として利用し、また第２の管３２の熱交換をエアコンとして利用することができる。
【００２５】
図６は本発明の第４の実施の形態における熱交換器本体４０の要部を概略的に示す断面図であり、この実施の形態においても、円筒２の外周に、それぞれ独立した第１の管４１と、この第１の管４１の周りに重なるように第２の管４２とを、螺旋状に巻き付けているが、特にこの実施の形態においては、第１の管４１の断面形状が三角形とされ、第２の管４２の断面形状は逆三角形とされている。そして、第１の管４２の底面４１ａが円筒２の周りに沿うように接する状態で巻き付けられているとともに、第１の管４１と第２の管４２との傾斜面同士４１ｂ，４２ａが対向して接する姿勢で巻き付けられている。
【００２６】
この熱交換器本体４０によれば、第１の管４１は、円筒２と底面４１ａにより面で接しており、さらに第１の管４１と第２の管４２との傾斜面同士４１ｂ，４２ａも面で接しているために一層効率的に熱交換でき、またその効率よく熱交換した第１の管４１の廃熱により第２の管４２の熱交換を行うことができる。また、それぞれの管４１、４２からの熱媒体としての冷媒の熱で個別に熱交換するため、上記の第１の実施の形態と同様に、第１の管４１の熱交換を例えば床暖房として利用し、また第２の管４２の熱交換をエアコンとして利用することができる。
【００２７】
図７は本発明の第５の実施の形態における熱交換器本体５０の要部を概略的に示す断面図であり、この実施の形態においても、円筒２の外周に、それぞれ独立した第１の管５１と、この第１の管５１の周りに重なるように第２の管５２とを、螺旋状に巻き付けており、第１の管５１の断面形状が三角形とされ、第２の管５２の断面形状は逆三角形とされている。そして、特にこの実施の形態においては、第２の管５２の傾斜面５２ａ間の頂部５２ｂが円筒２の周りに接するように巻き付けられている。また、第１の管５２の底面５１ａが円筒２の周りに沿うように接する状態で巻き付けられているとともに、第１の管５１と第２の管５２との傾斜面同士５１ｂ，５２ａが対向して接する姿勢で巻き付けられている。
【００２８】
この熱交換器本体５０によれば、第１の管５１は、円筒２と底面５１ａにより面で接しており、さらに第１の管５１と第２の管５２との傾斜面同士５１ｂ，５２ａも面で接しているために一層効率的に熱交換でき、また、第２の管５２はその頂部５２ｂで円筒２に点で接しているため、この第２の管５２は第１の管５１の廃熱利用と直接熱源の通る円筒２からの熱交換とにより、より効率的に熱交換することができる。また、それぞれの管５１、５２からの熱媒体としての冷媒の熱で個別に熱交換するため、第１の実施の形態と同様に、第１の管５１の熱交換を例えば床暖房として利用し、また第２の管５２の熱交換をエアコンとして利用することができる。
【００２９】
図８は本発明の第６の実施の形態における熱交換器本体６０の要部を概略的に示す断面図であり、この実施の形態においても、円筒２の外周に、それぞれ独立した第１の管６１と、この第１の管６１の周りに重なるように第２の管６２とを、螺旋状に巻き付けており、特にこの実施の形態においては、第１の管６１および第２の管６２の断面形状が四角形とされている。そして、第１の管６１の１つの面である底面６１ａが円筒２の周りに接し、第１の管６１における隣り合う面である側面６１ｂ同士が接し、第１の管６１の残りの面である天面６１ｃが第２の管６２の１つの面である底面６２ａに接し、第２の管６２における隣り合う面である側面６２ｂ同士が接するように、巻き付けられている。
【００３０】
この熱交換器本体６０によれば、第１の管６１は、円筒２と底面６１ａとにより面で接し、第１の管６１の隣り合う側面６１ｂ同士も面で接するため、熱源が通る円筒２から放熱される熱をあまり他へ逃すことなく熱交換できて、また効率よく熱交換した第１の管６１の廃熱により第２の管６２の熱交換を行うことができる。さらに、第２の管６２も、第１の管６１の天面６１ｃに底面６２ａで接し、第２の管６２の隣り合う側面６２ｂ同士も面で接するため、第２の管６２から出る廃熱を他へあまり逃がすことなく効率よく熱交換することができる。また、それぞれの管６１、６２からの熱媒体としての冷媒の熱で個別に熱交換するため、上記の第１の実施の形態と同様に、第１の管６１の熱交換を例えば床暖房として利用し、また第２の管６２の熱交換をエアコンとして利用することができる。
【００３１】
図９は本発明の第７の実施の形態における熱交換器本体７０の要部を概略的に示す断面図であり、この実施の形態においても、円筒２の外周に、それぞれ独立した第１の管７１と、この第１の管７１の周りに重なるように第２の管７２とを、螺旋状に巻き付けており、第１の管７１と第２の管７２とは断面形状が円形である。特にこの実施の形態においては、第１の管７１と第２の管７２との間にアルミニウム、銅、シリコン、などに代表される熱伝導の良い物質７３を充填している。
【００３２】
この熱交換器本体７０によれば、第１の管７１と第２の管７２との間に熱伝導の良い物質７３を充填しているため、第１の管７１からの熱が他へ逃げるのを防止し、物質７３は熱伝導が良いため効率の良い熱交換を行うことができる。
なお、さらに、円筒２と第１の管７１との間にも熱伝導の良い物質７３を充填してもよく、これによれば、円筒２からの熱が他へ逃げるのを防止し、物質７３は熱伝導が良いため効率の良い熱交換を行うことができる。
【００３３】
図１０は本発明の第８の実施の形態における熱交換器本体８０の要部を概略的に示す断面図であり、この実施の形態においても、円筒２の外周に、それぞれ独立した第１の管８１と、この第１の管８１の周りに重なるように第２の管８２とを、螺旋状に巻き付けており、第１の管８１と第２の管８２とは断面形状が円形である。特にこの実施の形態においては、第１の管８１と第２の管８２との間に熱伝導性ゴムシートなどの熱伝導の良い素材でできたシート状の物質８３を介装している。
【００３４】
この熱交換器本体８０によっても、第１の管８１と第２の管８２との間に熱伝導の良い素材でできたシート状の物質８３を充填しているため、第１の管８１からの熱が他へ逃げるのを防止し、シート状の物質８３は熱伝導が良いため効率の良い熱交換を行うことができる。
なお、さらに、円筒２と第１の管８１との間にも熱伝導の良い素材でできたシート状の物質８３を介装してもよく、これによれば、円筒２からの熱が他へ逃げるのを防止し、シート状の物質８３は熱伝導が良いため効率の良い熱交換を行うことができる。
【００３５】
以上の各実施の形態にかかる熱交換器本体１、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０において、円筒２に巻き付けた第１の管６、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１に熱媒体としての冷媒を流し、第２の管７、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２にも熱媒体としての同種の冷媒を流すことにより、それぞれの冷媒の温度差を利用した効率的な空調システムの設計を行うことができる。
【００３６】
また、以上の各実施の形態にかかる熱交換器本体１、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０において、円筒２に巻き付けた第１の管６、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１に熱媒体としての冷媒を流し、第２の管７、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２には前記冷媒とは異なる種類の冷媒を流すことにより、それぞれの冷媒の特性を活かした空調システムの設計を行うことができる。
【００３７】
また、以上の各実施の形態にかかる熱交換器本体１、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０において、円筒２に巻き付けた第１の管６、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１に熱媒体（冷媒）として水を流し、第２の管７、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２には水以外の流体の冷媒を流すことにより、水と、水以外の流体の冷媒とのそれぞれの冷媒の特性を活かした空調システムの設計を行うことができる。
【００３８】
また、以上の各実施の形態にかかる熱交換器本体１、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０において、円筒２に巻き付けた第１の管６、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１に熱媒体（冷媒）として水を流し、第２の管７、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２にも熱媒体（冷媒）として水を流すことにより、水の特性を生かした空調システムの設計を効率良く行うことができる。
【００３９】
なお、上記実施の形態においては、円筒２の周りに、それぞれ独立した第１の管６、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１と、この第１の管６、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１の周りに重なるように第２の管７、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２との２本の管を巻き付けた場合について述べたが、これに限るものではなく、第２の管７、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２の周りに重なるように第３の管を巻き付けたり、さらに管を巻き付けることも可能であり、これによれば、さらに多くの熱交換放熱ユニットに接続して熱交換することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
上記実施の形態から明らかなように、円筒の周りに熱交換用の複数本の管を巻き付けることにより、複数の熱交換を同時に行うことができ、一方の管の熱交換を例えばエアコンに利用、またもう一方の管の熱交換を床暖房に利用する空調システムを設計することができる。また、管の周りに他の管を重ねて巻き付けることにより、外周側の位置に巻き付けた管は内周側の位置に巻き付けた管の廃熱を利用して熱交換するため、廃熱回収の効果があり、また、円筒の軸心方向に対する長さを短くすることができて、コンパクトな熱交換器を得ることができる。
【００４１】
また、円筒の外周に直接巻き付けた第１の管の径よりも、第１の管の周りに巻き付けた第２の管の径が小さく、何れの管隣り合う部分が密になるように配設することにより、第１の管の廃熱が第２の管以外へ逃げず、より効率的に熱交換される。また、第１、第２の管の形状を三角形にすることにより円筒と第１の管、第１の管と第２の管が面で接し、また流体が攪拌されより効率よい熱交換ができる。また、第１、第２の管の形状を四角形にすることにより、円筒と第１の管、第１の管と第２の管の接触面積がより大きくなり、また流体もより攪拌され、効率的に熱交換ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における熱交換器本体を概略的に示す正面図
【図２】同第１の実施の形態における熱交換器本体を概略的に示す側面図
【図３】同第１の実施の形態における熱交換器本体を利用した空調システムを概略的に示す斜視図
【図４】本発明の第２の実施の形態における熱交換器本体を概略的に示す断面図
【図５】本発明の第３の実施の形態における熱交換器本体を概略的に示す断面図
【図６】本発明の第４の実施の形態における熱交換器本体を概略的に示す断面図
【図７】本発明の第５の実施の形態における熱交換器本体を概略的に示す断面図
【図８】本発明の第６の実施の形態における熱交換器本体を概略的に示す断面図
【図９】本発明の第７の実施の形態における熱交換器本体を概略的に示す断面図
【図１０】本発明の第８の実施の形態における熱交換器本体を概略的に示す断面図
【図１１】空気調和装置の冷凍サイクルを示す図
【図１２】従来の熱交換器の側面図
【符号の説明】
１、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０    熱交換器本体
２      円筒
５      フィン
６、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１    第１の管
７、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２    第２の管
１０    床暖房ユニット
１１    エアコン室内ユニット
３１ａ、４１ａ、５１ａ、６１ａ、６２ａ    底面
３１ｂ、５２ｂ    頂部
４１ｂ、４２ａ、６１ｂ、６２ｂ    側面
６１ｃ    天面
７３      熱伝導の良い物質
８３      シート状の物質
【図１】
0003792064.tif 000002
【図２】
0003792064.tif 000003
【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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