(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒部を有する旋回チャンバーと、
液体金属を使用する機器の内部に存在する気体を取り込み、取り込んだ空気を前記中空円筒部内に導入して前記中空円筒部内で旋回流として流す導入管と、
前記中空円筒部内で旋回して流れてきた気体を前記旋回チャンバーから導出する導出管と、
前記中空円筒部を形成する前記旋回チャンバーの内周面に配置した、接触式の液体金属漏洩検出器と、
を有し、
前記接触式の液体金属漏洩検出器は、電圧が印加される線状の電極と、相互間隔があいた状態で前記線状の電極に環装された複数の絶縁管と、前記線状の電極に沿い配置された板状のアース電極とで構成されると共に、前記接触式の液体金属漏洩検出器は、前記旋回チャンバーの内周面に螺旋状に配置されていることを特徴とする液体金属漏洩検出装置。
【請求項２】
液体金属を使用する機器の内部に存在する気体を取り込んで流通させると共に、前記気体の流れ方向に関し上流側部分は下流側部分に比べて大径で、しかも前記上流側部分と前記下流側部分の間に位置して上流側から下流側に向かうにしたがい径が漸減している中間部分を有する配管と、
前記配管の上流側部分の内側で且つ前記中間部分の直前に配置されており、前記気体の流れ方向に沿い進むにつれて前記気体を流通させる流通開口面積を漸減させつつ旋回した状態で形成した旋回付与部と、
前記配管の中間部分の内周面に配置した、接触式の液体金属漏洩検出器と、
を有し、
前記接触式の液体金属漏洩検出器は、電圧が印加される線状の電極と、相互間隔があいた状態で前記線状の電極に環装された複数の絶縁管と、前記線状の電極に沿い配置された板状のアース電極とで構成されると共に、前記接触式の液体金属漏洩検出器は、前記中間部分の内周面に螺旋状に配置されていることを特徴とする液体金属漏洩検出装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記配管には、煤塵濃度計が配置されていることを特徴とする液体金属漏洩検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体金属漏洩検出装置に関し、気体に含まれるミスト状の液体金属を効果的に検出することにより、液体金属の漏洩量が微小であっても、確実に液体金属の漏洩を検出できるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
次世代のエネルギーシステムである高速増殖炉（ＦＲＢ：Fast Breeder Reactor）では、冷却材として液体金属ナトリウムが採用される予定である。
ところで、液体金属ナトリウムが大気と反応すると、ナトリウム自身が有する化学的活性により、金属火災等の重大事故に至る危険性がある。また、液体金属ナトリウムが大気等と反応した結果生じるアルカリ性の腐食生成物は、配管や構成機材、機械類等の腐食を進行させ、この腐食に起因して大漏洩・冷却材喪失事故に至る危険性がある。
【０００３】
そこで、液体金属ナトリウムが、万が一漏洩した場合には、第一に漏洩の早期検出、第二に対策を講じる必要がある。
【０００４】
液体金属ナトリウムの現状の漏洩検出方式としては、接触式、イオン化式、差圧式、放射線イオン化式等の種々の方式があり、設置環境によって用いる方式が異なるが、簡易的、且つ、確実な方法は接触式である。
【０００５】
ここで、液体金属ナトリウムの漏洩を検出する、接触式のナトリウム漏洩検出器（ＣＬＤ：Contact Leak Detector）の従来の各種例を説明する。
【０００６】
図７に示すナトリウム漏洩検出器１０では、円柱状の絶縁支持部１１の端面から、一対の棒状の電極１２ａ，１２ｂが突出している。この電極１２ａ，１２ｂはその基部（突出部を除く部分）が絶縁支持部１１に埋設されており、電極１２ａには正電圧が、電極１２ｂには負電圧が印加されている。
漏洩した液体金属ナトリウムが、電極１２ａと電極１２ｂを繋ぐ状態で電極１２ａ，１２ｂに付着すると電気的短絡が発生する。この電気的短絡が発生したときに、ナトリウム検出器１０が反応して液体金属ナトリウムが漏洩したと検出するため、ユーザーは「ナトリウムが漏洩した」と一次判断することができる。
【０００７】
図８に示すナトリウム漏洩検出器２０では、円柱状の絶縁支持部２１の端面から、湾曲した電極２２が突出している。この電極２２はその基部（突出部を除く部分）が絶縁支持部２１に埋設されており、この電極２２には電圧が印加されている。絶縁支持部２１の周面には円筒状のアース電極２３が配置されている。
漏洩した液体金属ナトリウムが、電極２２とアース電極２３を繋ぐ状態で電極２２，２３に付着すると電気的短絡が発生する。この電気的短絡が発生したときに、ナトリウム漏洩検出器２０が反応して液体金属ナトリウムが漏洩したと検出するため、ユーザーは「ナトリウムが漏洩した」と一次判断することができる。
【０００８】
図９に示すナトリウム漏洩検出器３０では、線状の電極３１は、コネクタ部３２から引き出されており、しかも、線状の電極３１には複数個の絶縁管３３が環装されている。このため、電極３１は絶縁管３３が環装されていない部分で露出している。電極３１には電圧が印加されている。
また、板状のアース電極３４が、電極３１に沿い配置されている。
漏洩した液体金属ナトリウムが、電極３１の露出部分とアース電極３４を繋ぐ状態で電極３１，３４に付着すると電気的短絡が発生する。この電気的短絡が発生したときに、ナトリウム漏洩検出器３０が反応して液体金属ナトリウムが漏洩したと検出するため、ユーザーは「ナトリウムが漏洩した」と一次判断することができる。
【０００９】
上述した接触式のナトリウム漏洩検出器（ＣＬＤ：Contact Leak Detector）は、例えば、液体金属ナトリウムを使用する機器の下方（直下位置）に配置された受け皿（ライナー）の表面（上面）に配置され、液体金属ナトリウムの漏洩を検出するのに用いられている。
【００１０】
なお、「液体金属ナトリウムを使用する機器」とは、液体金属ナトリウムを使用する、各種の機器（例えばナトリウム加熱器）や容器（例えば原子炉格納容器）や配管を含むものであるとして、本明細書では使用する。
【００１１】
図１０に示すように、ナトリウム加熱器５０では、ケーシング５１内に加熱バーナー５２及び伝熱管５３が配置されると共に、ケーシング５１を貫通する状態で配管５４ａ，５４ｂが配置されている。伝熱管５３の入口端には配管５４ａが接続されており、伝熱管５３の出口端には配管５４ｂが接続されている。
液体金属ナトリウムは、配管５４ａを通じて送られて伝熱管５３内を流通し、配管５４ｂを通じて送りだされる。この液体金属ナトリウムは、伝熱管５３内を流通する間に、加熱バーナー５２により加熱される。
【００１２】
更に、このナトリウム加熱器５０には、送風機５５及び煙道５６が備えられている。送風機５５によりケーシング５１内に空気が押し込み送風され、ケーシング５１内の加熱された空気は、煙道５６及び煙突５７を通って大気中に放出される。
【００１３】
ナトリウム加熱器５０の直下には受け皿５８が設置されている。受け皿５８の表面（上面）に、上述した接触式のナトリウム漏洩検出器が配置される。
ナトリウム加熱器５０から液体金属ナトリウムが漏洩し、受け皿５８に落下して流れると、接触式のナトリウム漏洩検出器により、液体金属ナトリウムが漏洩していることを検出することができる。
【００１４】
煙道５６には煤塵濃度計（オパシティメータ）６０が備えられている。煤塵濃度計６０は、煙道５６に採光器（投光器）６１と受光器６２を取り付けて構成されている。受光器６２は、採光器６１に対向する位置（周方向に１８０度ずれた位置）に配置されている。採光器６１からは、煙道５６を径方向に横切る状態で光が出射され、煙道５６を横切ってきた光を受光器６２が受光する。
【００１５】
液体金属ナトリウムが漏洩していない健全時には、煙道５６内を流れる排気は無色である。
一方、液体金属ナトリウムが漏洩しこれが加熱・酸化されると有色（例えば白色や黄色）の酸化ナトリウムガス等が発生して煙道５６内を流れる。煤塵濃度計６０は、酸化ナトリウムガス等が流通したときの受光量が、健全時の受光量に対して減少することを検出することにより、液体金属ナトリウムが漏洩したと判定する。
【００１６】
また、煙道５６に覗き窓を備え、監視人が目視で煙道５６内を監視しておき、酸化ナトリウムガス等の白煙を視認したときに、液体金属ナトリウムが漏洩したと判定することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平４−３４３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記のように従来では、受け皿５８の表面に接触式のナトリウム漏洩検出器を配置したり、煙道５６に煤塵濃度計６０や覗き窓を備えたりして、液体金属ナトリウムの漏洩を検出していた。
しかし従来の技術では、液体金属ナトリウムの漏洩量が微小である場合には、漏洩検出をすることができないおそれがあった。
【００１９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、液体金属の漏洩量が微小であっても、液体金属の漏洩を検出することができる、液体金属漏洩検出装置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】
【００２０】
上記課題を解決する本発明の構成は、
中空円筒部を有する旋回チャンバーと、
液体金属を使用する機器の内部に存在する気体を取り込み、取り込んだ空気を前記中空円筒部内に導入して前記中空円筒部内で旋回流として流す導入管と、
前記中空円筒部内で旋回して流れてきた気体を前記旋回チャンバーから導出する導出管と、
前記中空円筒部を形成する前記旋回チャンバーの内周面に配置した、接触式の液体金属漏洩検出器と、
を有し、
前記接触式の液体金属漏洩検出器は、電圧が印加される線状の電極と、相互間隔があいた状態で前記線状の電極に環装された複数の絶縁管と、前記線状の電極に沿い配置された板状のアース電極とで構成されると共に、前記接触式の液体金属漏洩検出器は、前記旋回チャンバーの内周面に螺旋状に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
また本発明の構成は、
液体金属を使用する機器の内部に存在する気体を取り込んで流通させると共に、前記気体の流れ方向に関し上流側部分は下流側部分に比べて大径で、しかも前記上流側部分と前記下流側部分の間に位置して上流側から下流側に向かうにしたがい径が漸減している中間部分を有する配管と、
前記配管の上流側部分の内側で且つ前記中間部分の直前に配置されており、前記気体の流れ方向に沿い進むにつれて前記気体を流通させる流通開口面積を漸減させつつ旋回した状態で形成した旋回付与部と、
前記配管の中間部分の内周面に配置した、接触式の液体金属漏洩検出器と、
を有し、
前記接触式の液体金属漏洩検出器は、電圧が印加される線状の電極と、相互間隔があいた状態で前記線状の電極に環装された複数の絶縁管と、前記線状の電極に沿い配置された板状のアース電極とで構成されると共に、前記接触式の液体金属漏洩検出器は、前記中間部分の内周面に螺旋状に配置されていることを特徴とする。
またこの場合、前記配管には、煤塵濃度計が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ミスト状の液体金属が気体中に含まれていても、気体を螺旋状に旋回させることにより、旋回する気体流の外周側において液体金属の濃度を濃くし、このように濃度を濃くした液体金属を接触式の液体金属漏洩検出器により検出するようにしたので、液体金属の漏洩量が微小であっても、確実に液体金属の漏洩を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１に係るナトリウム漏洩検出器の設置状態を示す構成図。
【図２】本発明の実施例１に係るナトリウム漏洩検出器を示す断面図。
【図３】図２のIII矢視図。
【図４】本発明の実施例２に係るナトリウム漏洩検出器を示す断面図。
【図５】本発明の実施例３に係るナトリウム漏洩検出器を示す断面図。
【図６】本発明の実施例４に係るナトリウム漏洩検出器を示す断面図。
【図７】従来のナトリウム漏洩検出器を示す構成図。
【図８】従来のナトリウム漏洩検出器を示す構成図。
【図９】従来のナトリウム漏洩検出器を示す構成図。
【図１０】ナトリウム加熱器及びその周辺機器を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。なお従来技技術と同一部分には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００２５】
図１は本発明の実施例１に係るナトリウム漏洩検出装置（液体金属漏洩検出装置）１００の設置状態を示す構成図であり、図２はナトリウム漏洩検出装置１００を示す断面図であり、図３は図２のIII矢視図である。
【００２６】
図１〜図３に示すように、本実施例のナトリウム漏洩検出装置１００は、煙道５６に備えられている。前述したように、煙道５６は、ナトリウム加熱器５０のケーシング５１内で加熱された空気を煙突５７に送るものである。
【００２７】
ナトリウム漏洩検出装置１００は、旋回チャンバー１０１と、導入管１０２と、導出管１０３と、ナトリウム漏洩検出器１０４とで構成されている。
【００２８】
旋回チャンバー１０１は、両端が閉塞された円筒部材であり、内部に中空円筒部１０１ａを有している。
導入管１０２は、煙道５６の内部空間と旋回チャンバー１０１の内部空間である中空円筒部１０１ａとを連通・接続するものである。導入管１０２は、旋回チャンバー１０１の一端側（図２では左端側）で旋回チャンバー１０１の接線方向に沿い旋回チャンバー１０１に接続されている。
導出管１０３は、煙道５６内を流通する空気の流れ方向に関して導入管１０２が接続されている位置よりも下流側において、煙道５６の内部空間と旋回チャンバー１０１の中空円筒部１０１ａとを連通・接続するものである。導出管１０３は、旋回チャンバー１０１の他端側（図２では右端側）で旋回チャンバー１０１の接線方向に沿い旋回チャンバー１０１に接続されている。
【００２９】
ナトリウム漏洩検出器１０４は、接触式の検出器であり、図９に示す接触式のナトリウム漏洩検出器３０と同構成の検出器である。このナトリウム漏洩検出器１０４は、旋回チャンバー１０１の内周面に、螺旋状に配置されている。
【００３０】
導入管１０２が旋回チャンバー１０１の一端側で接線方向に沿い旋回チャンバー１０１に接続されているため、導入管１０２を通して煙道５６から取り込んだ空気は、接線方向に沿い中空円筒部１０１ａ内に導入される。
また、導出管１０３が旋回チャンバー１０１の他端側で接線方向に沿い旋回チャンバー１０１に接続されているため、中空円筒部１０１ａ内の空気は、接線方向に沿い導出されて、煙道５６に戻される。
【００３１】
このように、旋回チャンバー１０１の中空円筒部１０１ａでは、一端側で接線方向に沿い空気が導入され、他端側で接線方向に沿い空気が導出されるため、旋回チャンバー１０１の中空円筒部１０１ａでは、空気は旋回しながら一端側から他端側に向かって螺旋状に移動していく。図３において点線の矢印は、旋回しつつ螺旋状に移動する空気Ａを示している。
【００３２】
ナトリウム加熱器５０のケーシング５１内で液体金属ナトリウムが微小でも漏洩した場合には、漏洩した液体金属ナトリウムが蒸発して空気中にミスト状の液体金属ナトリウム（粒）として混入する。このようなミスト状の液体金属ナトリウムを含む空気は、煙道５６内を流れる。そして、煙道５６内を流れるミスト状の液体金属ナトリウムを含む空気の一部は、導入管１０２を介して旋回チャンバー１０１内に導入される。
【００３３】
旋回チャンバー１０１内に導入された、ミスト状の液体金属ナトリウムを含む空気は、中空円筒部１０１ａにおいて旋回しつつ螺旋状に移動する。このとき、空気に含まれるミスト状の液体金属ナトリウムは遠心力で半径方向外側に移動して、旋回チャンバー１０１の内周面側（旋回する空気流の外周側）に集まり濃度が濃くなる。
このため、旋回チャンバー１０１の内周面に螺旋状に配置されたナトリウム漏洩検出器１０４は、濃縮されたミスト状の液体金属ナトリウムを精度よく検出することができる。
【００３４】
この結果、液体金属ナトリウムが微小量だけ漏洩しても、この漏洩を検出することができる。
また、液体金属ナトリウムが大漏洩する前に微小漏洩が発生することが一般的であるため、大漏洩に至る前の微小漏洩の段階で早期に漏洩を検出することができる。
【実施例２】
【００３５】
図４は本発明の実施例２に係るナトリウム漏洩検出装置２００を示す構成図である。このナトリウム漏洩検出装置２００は、煙道（配管）５６を利用して構成したものである。
煙道（配管）５６内には、ナトリウム加熱器５０のケーシング５１内で加熱された空気が流通する。
【００３６】
煙道（配管）５６のうち、ナトリウム漏洩検出装置２００を構成する部分は、上流側部分５６ａと中間部分５６ｂと下流側部分５６ｃとからなる３つの部分になっている。上流側部分５６ａは下流側部分５６ｃに比べて大径になっている。上流側部分５６ａと下流側部分５６ｃの間に位置する中間部分５６ｂは、上流側（図４では左側）から下流側（図４では右側）に向かうにしたがい径が漸減している。
【００３７】
煙道５６の上流側部分５６ａの内側（内部空間）で、且つ、中間部分５６ｂの直前には、旋回付与部２０１が配置されている。旋回付与部２０１は、板状部材であり、煙道５６内を流れる空気の流れ方向に沿い進むにつれて、空気を流通させる流通開口面積を漸減させつつ旋回した状態で形成されている。
このため、旋回付与部２０１の下流端の開口から流出する空気は、流速が上昇した状態で旋回しつつ下流側に向かって螺旋状に移動していく。
【００３８】
煙道５６の中間部分５６ｂの内周面には、図９に示す接触式のナトリウム漏洩検出器３０と同構成の接触式のナトリウム漏洩検出器２０２が備えられている。このナトリウム漏洩検出器２０２は、中間部分５６ｂの内周面に、螺旋状に配置されている。
【００３９】
ナトリウム加熱器５０のケーシング５１内で液体金属ナトリウムが微小でも漏洩した場合には、漏洩した液体金属ナトリウムが蒸発して空気中にミスト状の液体金属ナトリウム（粒）として混入する。このようなミスト状の液体金属ナトリウムを含む空気は、煙道５６内を流れる。
【００４０】
そして、煙道５６内を流れるミスト状の液体金属ナトリウムを含む空気が、上流側部分５６ａを流通すると、旋回付与部２０１により、流通する空気は流通径が絞られて流速が上昇すると共に旋回する。
このため、旋回付与部２０１の下流端の開口から流出する空気は、流速が上昇した状態で旋回しつつ下流側に向かい、中間部５６Ｂ内で螺旋状に移動していく。
【００４１】
中間部５６ｂ内に導入された、ミスト状の液体金属ナトリウムを含む空気は、中間部５６ｂ内において旋回しつつ螺旋状に移動する。このとき、空気に含まれるミスト状の液体金属ナトリウムは遠心力で半径方向外側に移動して、中間部５６ｂの内周面側（旋回する空気流の外周側）に集まり濃度が濃くなる。しかも、中間部５６ｂは下流側になるにしたがい流通径が狭くなるため、中間部５６ｂの下流側になるにしたがい、中間部５６ｂの内周面側（旋回する空気流の外周側）での液体金属ナトリウムの濃度が濃くなる。
このため、中間部５６ｂの内周面に螺旋状に配置されたナトリウム漏洩検出器２０２は、濃縮されたミスト状の液体金属ナトリウムを精度よく検出することができる。
【００４２】
この結果、液体金属ナトリウムが微小量だけ漏洩しても、この漏洩を検出することができる。
また、液体金属ナトリウムが大漏洩する前に微小漏洩が発生することが一般的であるため、大漏洩に至る前の微小漏洩の段階で早期に漏洩を検出することができる。
【実施例３】
【００４３】
図５は本発明の実施例３に係るナトリウム漏洩検出装置２００ａを示す構成図である。このナトリウム漏洩検出装置２００ａは、図４に示すナトリウム検出器２００に、更に煤塵濃度計２１０を備えたものである。
【００４４】
煤塵濃度計２１０は旋回付与部２０１の下流部分に備えられており、採光器（投光器）２１１と受光器２１２を相対向して取り付けて構成されている。採光器２１１からは、旋回付与部２０１を横切る状態で光が出射され、旋回付与部２０１を横切ってきた光を受光器２１２が受光する。
【００４５】
煙道５６を流通する空気に、ミスト状になっている導電性の液体金属ナトリウムが含まれている場合には、導電性物質をキャッチしたときに反応するナトリウム漏洩検出器２０２により検出することができる。
【００４６】
一方、液体金属ナトリウムが漏洩しこれが加熱・酸化等されると、酸化ナトリウムNa2Oや過酸化ナトリウムNa2O2や、炭酸ナトリウムNa2CO3や、水酸化ナトリウムNaOHが発生する。
このうち、炭酸ナトリウムNa2CO3は固体であり且つ導電性が低い。
また水酸化ナトリウムNaOHは室温では絶縁体であるが、高温では導電性は低い。ただし水酸化ナトリウムNaOHや炭酸ナトリウムNa2CO3は、高温で水蒸気雰囲気あるいは未反応ナトリウムミストの存在で導電性を示す可能性はある。
【００４７】
導電性が無い、または導電性が低いナトリウム化合物が空気に混入して煙道５６内を流通した場合、このようなナトリウム化合物はナトリウム漏洩検出器２０２では検出できない。
【００４８】
しかし、上記のナトリウム化合物はミスト状になった場合には、白色煙または黄色煙となるため、煤塵濃度計２１０により検出することができる。
【００４９】
このように実施例３のナトリウム漏洩検出器２００ａでは、ナトリウム漏洩検出器２０２の他に、煤塵濃度計２１０を備えているため、導電性が無い、または導電性の低いナトリウム化合物が流通しても、ナトリウム漏洩を確実に検出することができる。
【実施例４】
【００５０】
図６は本発明の実施例４を示すものである。本実施例では、ナトリウムを使用する機器（図示省略）を内蔵すると共に窒素ガスが封入された原子炉格納容器３００に、実施例１で示したナトリウム漏洩検出器１００を接続したものである。
【００５１】
即ち、ナトリウム漏洩検出器１００の導入管１０２と導出管１０３を、原子炉格納容器３００に接続したものである。
原子炉格納容器３００内の窒素ガスを、導入管１０２を介して旋回チャンバー１０１の中空円筒部１０１ａ内に導き、導いた窒素ガスを中空円筒部１０１ａにおいて旋回しつつ螺旋状に移動させ、導出管１０３を介して原子炉容器３００内に戻している。
【００５２】
これにより、原子炉格納容器３００内で液体金属ナトリウムの漏洩があっても、ナトリウム漏洩検出装置１００のナトリウム漏洩検出器１０４により漏洩検出をすることができる。
【００５３】
本発明では、液体金属ナトリウムのみならず、他の種類の導電性を有する液体金属の漏洩を検出することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
５０  ナトリウム加熱器
５１  ケーシング
５２  加熱バーナー
５３  伝熱管
５４ａ，５４ｂ  配管
５５  送風機
５６  煙道
５６ａ  上流側部分
５６ｂ  中間部分
５６ｃ  下流側部分
５７  煙突
５８  受け皿（ライナー）
６０  煤塵濃度計
１００  ナトリウム漏洩検出装置
１０１  旋回チャンバー
１０１ａ  中空円筒部
１０２  導入管
１０３  導出管
１０４  ナトリウム漏洩検出器
２００，２００ａ  ナトリウム漏洩検出装置
２０１  旋回付与部
２０２  ナトリウム漏洩検出器
２１０  煤塵濃度計
３００  原子炉格納容器
【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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