(57)【要約】【課題】原子炉容器内の炉心が溶融して原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を冷却する効率を向上させる。【解決手段】炉心が溶融して原子炉容器を貫通した際に発生するコリウム１３を受け止めて保持する炉心溶融物保持装置３０に、原子炉容器の下方に設置された給水チェンバー１１と、下部入口部２１から高い位置にある上部出口部２２に向かって流路高さが減少しながら延びる冷却水流路２５が形成されたリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネル１１と、冷却水チャンネル１１の上面に取り付けられた耐熱材１２と、冷却水チャンネル１１の外側に上方に開いた開口から給水チェンバー１１に延びる給水配管９と、を備える。【選択図】図１
2008139023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、
前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、
前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって流路高さが減少しながら延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、
前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、
前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、
を有することを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項２】
原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、
前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、
前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、
前記半径方向の内側に比べて外側の敷設厚さが大きくなるように前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、
前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、
を有することを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項３】
原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、
前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、
前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、
前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた第１の耐熱材と、
前記第１の断熱材よりも熱伝導率が小さく、前記第１の断熱材よりも前記半径方向の外側で前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた第２の耐熱材と、
前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、
を有することを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項４】
原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、
前記原子炉容器の下方に設置された上面が上に広がる円錐状の給水チェンバーと、
前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、
前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、
前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、
を有することを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項５】
原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、
前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、
前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、
前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、
前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる第１の給水配管と、
前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記冷却水チャンネルの前記下部入口部と前記上部出口部との間に延びる第２の給水配管と、
を有することを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項６】
原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、
前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、
前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、
前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、
前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、
前記給水配管の開口と前記上部出口部との間に設けられた堰と、
を有することを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項７】
前記堰は、前記上部出口部に向かって傾いていることを特徴とする請求項６に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項８】
原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、
水平方向に対して傾いた底面とその底面の周囲に鉛直方向に広がる壁によって囲まれた上に開いた炉心溶融物保持領域、および、水平方向の幅は一定のまま前記炉心溶融物保持領域の底面に沿って上面が上昇しながら延びる互いに平行な複数の冷却水流路が形成された冷却水チャンネルと、
前記冷却水チャンネルの炉心溶融物保持領域に向かう面に取り付けられた耐熱材と、
を有することを特徴とする炉心溶融物保持装置。
【請求項９】
前記冷却水流路の長さは全て同じであることを特徴とする請求項８に記載の炉心溶融物保持装置。
【請求項１０】
原子炉容器を収容する原子炉格納容器において、
前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、
前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲むペデスタル側壁と、
前記ペデスタル床の上に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって流路高さが減少しながら延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、を備えた炉心溶融物保持装置と、
を有することを特徴とする原子炉格納容器。
【請求項１１】
原子炉容器を収容する原子炉格納容器において、
前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、
前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲むペデスタル側壁と、
前記ペデスタル床の上に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記半径方向の内側に比べて外側の敷設厚さが大きくなるように前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、を備えた炉心溶融物保持装置と、
を有することを特徴とする原子炉格納容器。
【請求項１２】
原子炉容器を収容する原子炉格納容器において、
前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、
前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲むペデスタル側壁と、
前記ペデスタル床の上に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた第１の耐熱材と、前記第１の断熱材よりも熱伝導率が小さく、前記第１の断熱材よりも前記半径方向の外側で前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた第２の耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、を備えた炉心溶融物保持装置と、
を有することを特徴とする原子炉格納容器。
【請求項１３】
原子炉容器を収容する原子炉格納容器において、
前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、
前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲むペデスタル側壁と、
前記ペデスタル床の上に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる第１の給水配管と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記冷却水チャンネルの前記下部入口部と前記上部出口部との間に延びる第２の給水配管と、を備えた炉心溶融物保持装置と、
を有することを特徴とする原子炉格納容器。
【請求項１４】
原子炉容器を収容する原子炉格納容器において、
前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、
前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲むペデスタル側壁と、
水平方向に対して傾いた底面とその底面の周囲に鉛直方向に広がる壁によって囲まれた上に開いた炉心溶融物保持領域、および、水平方向の幅は一定のまま前記炉心溶融物保持領域の底面に沿って上面が上昇しながら延びる互いに平行な複数の冷却水流路が形成された冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの炉心溶融物保持領域に向かう面に取り付けられた耐熱材と、を備えてペデスタル床の上に設置された炉心溶融物保持装置と、
を有することを特徴とする原子炉格納容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉心が溶融して原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて保持する炉心溶融物保持装置、および、それを用いた原子炉格納容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷却型原子炉では、原子炉圧力容器内への給水の停止や、原子炉圧力容器に接続された配管の破断により冷却水が喪失されると、原子炉水位が低下し、炉心が露出して冷却が不十分になる可能性がある。
【０００３】
このような場合を想定して、原子炉は水位低下の信号により自動的に非常停止される。また、非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ）によって冷却材が原子炉圧力容器に注入される。これにより、炉心は冠水されて冷却され、炉心溶融事故を未然に防ぐようになっている。
【０００４】
しかし、極めて低い確率ではあるが、非常用炉心冷却装置が作動せず、かつ、その他の炉心への注水装置も利用できない事態も起こり得る。このような場合、原子炉水位の低下により炉心は露出し、十分な冷却が行われなくなる。炉心が十分に冷却されないと、原子炉停止後も発生し続ける崩壊熱によって燃料棒温度が上昇し、最終的には炉心溶融に至る可能性もある。
【０００５】
炉心溶融に至った場合、高温の炉心溶融物（コリウム）が原子炉圧力容器下部に溶け落ち、さらに原子炉圧力容器下鏡を溶融貫通して、格納容器内の床上に落下する。コリウムは格納容器床に張られたコンクリートを加熱する。これにより、接触面が高温状態になるとコンクリートと反応し、二酸化炭素、水素等の非凝縮性ガスを大量に発生させるとともにコンクリートを溶融浸食する。
【０００６】
発生した非凝縮性ガスは格納容器内の圧力を高め、原子炉格納容器を破損させる可能性がある。また、コンクリートの溶融浸食により格納容器バウンダリを破損させたり、格納容器構造強度を低下させる可能性がある。結果的に、コリウムとコンクリートの反応が継続すると格納容器破損に至り、格納容器内の放射性物質が外部環境へ放出させる恐れがある。
【０００７】
このコリウムとコンクリートの反応を抑制するためには、コリウムを冷却し、コリウム底部のコンクリートとの接触面の温度を浸食温度以下（一般的なコンクリートで１５００Ｋ以下）に冷却するか、コリウムとコンクリートが直接接触しないようにする必要がある。
【０００８】
そこで、炉心溶融物が落下した場合に備えて、様々な対策が提案されている。代表的なものがコアキャッチャーと呼ばれるものである。コアキャッチャーは、落下した炉心溶融物を耐熱材で受け止めて保持するとともに、注水手段と組み合わされて炉心溶融物を冷却する。
【０００９】
コリウムへ注水することによりコリウム上面の水の沸騰により冷却する場合には、コリウム堆積厚さが厚いとコリウム底部まで十分に冷却できない可能性がある。このため、床面積を広くとり、コリウムの堆積厚さを冷却可能な厚さ以下にする必要がある。しかし、十分大きな床面積を確保することは格納容器構造設計上困難である。
【００１０】
たとえば、典型的なコリウムの崩壊熱は、定格熱出力の約１％程度であり、定格熱出力４０００ＭＷの炉の場合には、４０ＭＷ程度の発熱量になる。上面の沸騰熱伝達量にはコリウム上面の状態により幅があるが、小さい方の値として０．４ＭＷ／ｍ２程度の熱流束が想定される。この場合にはコリウムの発熱量を上面の熱伝達のみで取るとすると、１００ｍ２程度（円直径で１１．３ｍ）の床面積が必要になる。これまでの格納容器構造を考慮するとこの面積を確保することは困難である。
【００１１】
原子炉格納容器床に落下した炉心溶融物の上面に冷却水を注水しても、炉心溶融物の底部での除熱量が小さいと、崩壊熱によって炉心溶融物底部の温度が高温のまま維持され、格納容器床のコンクリート浸食を停止することができない可能性がある。そこで、炉心溶融物を底面から冷却するという方法も提案されている（たとえば特許文献１ないし特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平７−１１０３９２号公報
【特許文献２】特開平６−１３０１６９号公報
【特許文献３】特開平９−１３８２９２号公報
【特許文献４】特開２００５−１９５５９５号公報
【非特許文献１】T.G.Theofanous、外１名、"The Coolability Limits of A Reactor Pressure Vessel Lowerhead”、１９９７年、Nuclear Engineering and Design、Volume 169、p.59 - p.76
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
炉心溶融物を底面から冷却するために、たとえば炉心溶融物堆積床面の下方に冷却水流路を設け、ここに冷却水を導くことによって炉心溶融物を底面から除熱する方法がある。しかし、流路上面が加熱面となっている状態では、加熱面で発生したボイドが加熱面に沿って滞留し、蒸気膜を形成することで伝熱を妨げるという問題がある。
【００１３】
そこで本発明は、原子炉容器内の炉心が溶融して原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を冷却する効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決するため、本発明は、原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって流路高さが減少しながら延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記半径方向の内側に比べて外側の敷設厚さが大きくなるように前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた第１の耐熱材と、前記第１の断熱材よりも熱伝導率が小さく、前記第１の断熱材よりも前記半径方向の外側で前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた第２の耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、前記原子炉容器の下方に設置された上面が上に広がる円錐状の給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる第１の給水配管と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記冷却水チャンネルの前記下部入口部と前記上部出口部との間に延びる第２の給水配管と、を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、前記原子炉容器の下方に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、前記給水配管の開口と前記上部出口部との間に設けられた堰と、を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、原子炉容器内の炉心が溶融して前記原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を受け止めて冷却する炉心溶融物保持装置において、水平方向に対して傾いた底面とその底面の周囲に鉛直方向に広がる壁によって囲まれた上に開いた炉心溶融物保持領域、および、水平方向の幅は一定のまま前記炉心溶融物保持領域の底面に沿って上面が上昇しながら延びる互いに平行な複数の冷却水流路が形成された冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの炉心溶融物保持領域に向かう面に取り付けられた耐熱材と、を有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、原子炉容器を収容する原子炉格納容器において、前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲むペデスタル側壁と、前記ペデスタル床の上に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって流路高さが減少しながら延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、を備えた炉心溶融物保持装置と、を有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、原子炉容器を収容する原子炉格納容器において、前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲むペデスタル側壁と、前記ペデスタル床の上に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記半径方向の内側に比べて外側の敷設厚さが大きくなるように前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、を備えた炉心溶融物保持装置と、を有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、原子炉容器を収容する原子炉格納容器において、前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲むペデスタル側壁と、前記ペデスタル床の上に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた第１の耐熱材と、前記第１の断熱材よりも熱伝導率が小さく、前記第１の断熱材よりも前記半径方向の外側で前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた第２の耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる給水配管と、を備えた炉心溶融物保持装置と、を有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、原子炉容器を収容する原子炉格納容器において、前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲むペデスタル側壁と、前記ペデスタル床の上に設置された給水チェンバーと、前記給水チェンバーに接続された開口である下部入口部から前記下部入口部よりも高い位置の上方に開いた開口である上部出口部に向かって延びる冷却水流路が形成された、前記下部入口部から前記上部出口部に向かう方向を半径方向とするリング状の投影形状を持つ冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの上面に取り付けられた耐熱材と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記給水チェンバーに延びる第１の給水配管と、前記冷却水チャンネルの外側に上方に開いた開口から前記冷却水チャンネルの前記下部入口部と前記上部出口部との間に延びる第２の給水配管と、を備えた炉心溶融物保持装置と、を有することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、原子炉容器を収容する原子炉格納容器において、前記原子炉容器の下方に位置するペデスタル床と、前記原子炉容器を支持する、前記ペデスタル床の周囲を囲むペデスタル側壁と、水平方向に対して傾いた底面とその底面の周囲に鉛直方向に広がる壁によって囲まれた上に開いた炉心溶融物保持領域、および、水平方向の幅は一定のまま前記炉心溶融物保持領域の底面に沿って上面が上昇しながら延びる互いに平行な複数の冷却水流路が形成された冷却水チャンネルと、前記冷却水チャンネルの炉心溶融物保持領域に向かう面に取り付けられた耐熱材と、を備えてペデスタル床の上に設置された炉心溶融物保持装置と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、原子炉容器内の炉心が溶融して原子炉容器を貫通した際に発生する炉心溶融物を冷却する効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明に係る炉心溶融物保持装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図２は、本発明に係る第１の実施の形態における原子炉格納容器の立断面図である。
【００２９】
原子炉格納容器２の下部ドライウェル１６には、下部に位置するペデスタル床７、および、その周りを取り囲む円筒面状のペデスタル側壁２４によって、ペデスタル１５が形成されている。炉心２３を内蔵する原子炉圧力容器１は、ペデスタル側壁２４によって支持されている。
【００３０】
また、原子炉格納容器２の下部には、ペデスタル側壁２４を取り囲むようにサプレッションプール４が形成されている。サプレッションプール４には、プール水４ａが貯えられている。
【００３１】
ペデスタル床７の上には、事故時に原子炉圧力容器下部ヘッド３から放出される炉心溶融物１３を保持する炉心溶融物保持装置３０が配設されている。炉心溶融物保持装置３０には、注水配管８が接続されている。また、注水配管８は、注入弁１４を介して、原子炉格納容器２の上部に位置する水槽５に接続されている。
【００３２】
原子炉格納容器２の上には、格納容器冷却器６が配設されている。格納容器冷却器６は、たとえば、原子炉格納容器２の蒸気を導いて水中に沈めた熱交換機６６で凝縮させ、水槽５に凝縮水を戻すものである。このような格納容器冷却器６として、静的格納容器冷却設備やドライウェルクーラーなどを用いることができる。
【００３３】
図１は、第１の実施の形態における、ペデスタル床７近傍の立断面図である。なお、図１には、冷却水の流れを模式的に破線の矢印で示した。また、コリウム１３が炉心溶融物保持装置３０の上に落下した場合の堆積状況も併せて示した。
【００３４】
炉心溶融物保持装置３０は、ペデスタル床７の上に設置されている。炉心溶融物保持装置３０は、給水チェンバー１０、冷却水チャンネル１１、耐熱材１２および給水配管９を有している。
【００３５】
給水チェンバー１０は、中空の円盤状に形成されており、ペデスタル床７の上面に配置されている。給水チェンバー１０には、注水配管８が接続されている。
【００３６】
冷却水チャンネル１１は、給水チェンバー１０からペデスタル側壁２４に向かって傾きを持って上昇し、ペデスタル側壁２４の近傍で鉛直に立ち上がって、その上端は上部出口部２２において開口している。冷却水チャンネル１１の内部には、冷却水流路２５が形成されている。冷却水流路２５の流路高さは、給水チェンバー１０と接続する下部入口部２１で最も大きく、外周に近づくほど小さくなっている。冷却水チャンネル１１の鉛直に立ち上がった外周部よりも内側は、上に開いた円錐状の炉心溶融物保持領域６１である。
【００３７】
冷却水チャンネル１１とペデスタル側壁２４の間には、給水配管９の一端が開口している。給水配管９のもう一方の端は、給水チェンバー１０に接続されている。
【００３８】
冷却水チャンネル１１の上面およびペデスタル側壁２４に沿って鉛直に立ち上がっている部分の内側には、その全体を覆うように、耐熱材１２が配設されている。耐熱材１２としては、たとえばＺｒＯ２を用いることができる。
【００３９】
図３は、第１の実施の形態における給水チェンバー１０近傍の平面図である。なお、図３では、耐熱材１２の図示を省略している。
【００４０】
冷却水チャンネル１１は、給水チェンバー１０の周りに放射状に延びる管状体５５を隙間なく配置したものである。冷却水チャンネル１１の内部に形成された複数の冷却水流路２５は、給水チェンバー１０につながる下部入口部２１から外周に向かって周方向に広がり、上部出口部２２につながっている。
【００４１】
炉心溶融事故が発生し、コリウム１３が原子炉圧力容器下部ヘッド３を貫通して下部ドライウェル１６へ落下すると、炉心溶融物保持装置３０の耐熱材１２に受け止められる。コリウム１３が落下すると、給水チェンバー１０へ冷却水が供給され、下部入口部２１から各冷却水流路２５に冷却水が分配される。
【００４２】
高温のコリウム１３の熱は耐熱材１２に伝わり、さらに冷却水チャンネル１１の壁を介して冷却水に伝えられる。コリウム１３の熱が伝達されることにより、冷却水流路２５を流れる冷却水は、いずれ沸騰する。
【００４３】
図４は、非特許文献１に示された下向きの伝熱面の角度に対する沸騰限界熱流束の実験結果を示すグラフである。なお、図中「ＵＬＰＵｃｏｒ」は、ＵＬＰＵ試験による相関式を、「ＳＢＬＢｃｏｒ」はＳＢＬＢ試験による相関式を示し、「ΔＴｓｕｂ」は飽和温度に対する温度差を示している。
【００４４】
図４から、たとえば、２０°の傾斜を持った下向きの伝熱面の場合は、下向きの水平面（角度０°）よりも、沸騰限界熱流束が約６０％程度向上することがわかる。本実施の形態では、冷却水流路２５は傾斜を持っているため、沸騰により生じた蒸気泡は、浮力によって伝熱面である冷却水チャンネル１１の内面から離脱しやすく、良好な熱伝達率が得られる。
【００４５】
図５は、冷却水チャンネルの流路高さが一定の場合の給水ヘッダー中心からの距離と冷却チャンネル流路断面積の関係の例を示すグラフである。図６は、冷却水チャンネルの流路断面積を一定に保った場合の給水ヘッダー中心からの距離と冷却水チャンネルの流路高さの関係の例を示すグラフである。
【００４６】
冷却水流路２５の流路高さが半径方向で一定の場合には、冷却水流路２５の断面積は給水チェンバー１０の中心からの距離の二乗に比例する。このため、冷却水流路２５を流れる冷却水の流速は外周に近づくにつれて小さくなる傾向にある。しかし、本実施の形態では、冷却水流路２５の流路高さが外周に近づくにつれて減少していくため、冷却水流路２５の断面積の増加が抑えられる。たとえば図７に示すように冷却水流路２５の断面積を一定に保つこともできる。さらに、外周に近づくにつれて、冷却水流路２５の断面積を小さくすることもできる。
【００４７】
このように外周領域での冷却水流路２５の断面積の増加が抑えられることにより、冷却水流路２５内の冷却水の流速低下を抑制することができる。つまり、単位面積、単位時間当たりの除熱に寄与する冷却水が外周に近づくにつれて減少することを抑制することができる。したがって、炉心溶融物保持装置３０の局所的な温度上昇を抑制することができる。
【００４８】
下部入口部２１から冷却水チャンネル１１に入った冷却水は、冷却水流路２５を通って上昇し、外周に位置する上部出口部２２から溢れ出る。上部出口部２２から溢れ出た冷却水の大部分は、炉心溶融物保持装置３０の円錐形の部分に流れ込む。冷却水チャンネル１１を出た冷却水は、耐熱材１２の上に溢水し、コリウム１３の上に水プールを形成する。この水プールを形成した冷却水は、コリウム１３の表面で沸騰し、コリウム１３を冷却する。
【００４９】
このように、冷却水チャンネル１１の内部での沸騰と、コリウム１３の表面の沸騰の両方によって、コリウム１３は冷却される。
【００５０】
給水チェンバーへの初期の給水は、たとえば、炉心溶融物保持装置より上方に設置されたプール水を重力落下させることにより注水配管８を介して行われる。初期注水が終了した後は、ペデスタル１５の内部の炉心溶融物保持装置３０の上部へ溢水した冷却水が、冷却水流路２５での沸騰により生じる自然循環によって、給水配管９より給水チェンバー１０に供給される。
【００５１】
溶融炉心を冷却することにより生じた蒸気は、格納容器上部の冷却器６で凝縮されて、水槽５に戻される。水槽５に戻された蒸気を凝縮した冷却水は、再びコリウム１３の冷却に用いられるようになっており、水が自然循環することによってコリウム１３の冷却が継続される。
【００５２】
耐熱材１２の融点は、ＺｒＯ２を耐熱材１２に用いた場合には約２２００℃程度なので、コリウム１３の温度（平均的には２２００℃程度）よりも高く、溶融するおそれは小さい。また、耐熱材１２を配設することにより、コリウム１３が直接、冷却水チャンネル１１に接触せず、また、耐熱材１２の熱抵抗によって熱流束が抑えられるため、冷却水チャンネル１１の壁が破損するおそれも小さい。
【００５３】
このように、本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０によって、効果的にコリウムの温度を下げることができ、コリウム１３は炉心溶融物保持装置３０の内部に安定的に保持される。
【００５４】
また、コリウム１３は、ペデスタル床７のコンクリートと直接接触しないため、コンクリート浸食反応も起きない。したがって、二酸化炭素や水素などの非凝縮性ガス発生による加圧や、原子炉格納容器の損傷が生じるおそれも小さくなる。
【００５５】
［第２の実施の形態］
図７は、本発明に係る第２の実施の形態におけるペデスタル床７近傍の立断面図である。
【００５６】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０では、耐熱材１２の敷設厚さが外周に近いほど厚くなっている。
【００５７】
なお、耐熱材１２の敷設厚さは連続的に変化する必要はなく、厚さが異なる耐熱ブロックを用いたり、耐熱ブロックを積層することなどにより、非連続で変化していてもよい。
【００５８】
このような炉心溶融物保持装置では、冷却水チャンネル１１の内部の流路面積が大きく、冷却水の流速が小さくなる外周部において、コリウム１３から冷却水への熱の伝達が抑制される。このため冷却水チャンネル１１の局所的な温度上昇を抑制することができ、炉心溶融物を安定して保持し、冷却し続けることができる。
【００５９】
［第３の実施の形態］
図８は、本発明に係る第３の実施の形態におけるペデスタル床７近傍の立断面図である。
【００６０】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０では、内周部に敷設された第１の耐熱材５２とその外側に敷設された第２の耐熱材５３を有している。冷却水流路２５の流路高さは、一定である。
【００６１】
なお、外周に近いほど熱伝導率が小さくなるように２種類以上の耐熱材を配置してもよい。
【００６２】
このような炉心溶融物保持装置では、冷却水チャンネル１１の内部の流路面積が大きく、冷却水の流速が小さくなる外周部において、コリウム１３から冷却水への熱の伝達が抑制される。このため冷却水チャンネル１１の局所的な温度上昇を抑制することができ、炉心溶融物を安定して保持し、冷却し続けることができる。
【００６３】
［第４の実施の形態］
図９は、本発明に係る第４の実施の形態におけるペデスタル床７近傍の立断面図である。
【００６４】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０では、給水チェンバー１０の上面が上に開いた円錐状である。
【００６５】
このような炉心溶融物保持装置３０では、給水チェンバー１０の上面が傾きを持っているため、その天井部分で発生した気泡が滞留することなく冷却水流路２５に向かって流れていく。このため、給水チェンバー１０での局所的な温度上昇を抑制することができ、炉心溶融物を安定して保持し、冷却し続けることができる。
【００６６】
［第５の実施の形態］
図１０は、第５の実施の形態における冷却水チャンネル１１近傍の平面図である。図１１は、図１０におけるXI−XI矢視断面図である。図１２は、図１０におけるXII−XII矢視断面図である。なお、図１０では、耐熱材１２の図示を省略している。
【００６７】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０は、２種類の給水配管９１，９２を有している。第１の給水配管９１は、給水チェンバー１０に接続されていている。第２の給水配管９２は、冷却水チャンネル１１に下部入口部２１と上部出口部２２との間で接続されている。
【００６８】
このような炉心溶融物保持装置では、冷却水チャンネル１１の内部の流路面積が大きく、冷却水の流速が小さくなる外周部において、より多くの冷たい冷却水が供給される。このため冷却水チャンネル１１の局所的な温度上昇を抑制することができ、炉心溶融物を安定して保持し、冷却し続けることができる。
【００６９】
［第６の実施の形態］
図１３は、本発明に係る第６の実施の形態におけるペデスタル床７近傍の立断面図である。
【００７０】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０は、上部出口部２２と給水配管９との間に堰５１が設けられている。堰５１は、上部出口部２２に向かって傾いている。
【００７１】
冷却水流路２５を流れる途中で、コリウム１３から伝達された熱によって冷却水中に発生した気泡は、上部出口部２２から冷却水とともに放出される。この気泡を含んだ冷却水の給水配管９への直接の流入は、堰５１によって抑制される。このため、冷却水中の気泡の給水配管９への流入は抑制され、より多くの冷却水が給水チェンバー１０に供給されるようになる。
【００７２】
［第７の実施の形態］
図１４は、本発明に係る第７の実施の形態におけるペデスタル床７近傍の平面図である。図１５は、図１４におけるXV−XV矢視断面図である。図１６は、図１４におけるXVI−XVI矢視断面図である。図１７は、図１４におけるXVII−XVII矢視断面図である。
【００７３】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０は、ペデスタル床７の上に配設された、投影形状がほぼ正方形の冷却水チャンネル１１を有している。冷却水チャンネル１１の上部には、傾いた底面とその底面を囲む鉛直方向に広がる壁からなるコリウム保持領域６１が形成されていて、そこでコリウムを保持する。冷却水チャンネル１１のコリウム１３を保持する領域６１に向かう面には、耐熱材１２が敷設されている。
【００７４】
冷却水チャンネル１１のコリウム保持領域６１の下には、内部に複数の冷却水流路２５が形成されている。冷却水流路２５は互いに平行である。また、冷却水流路２５は、一定の水平方向の幅で入口部６２から出口部６３に延びている。冷却水流路２５の上面は、コリウム保持領域６１の底面に沿って入口部６２から出口部６３に向かって上昇している。冷却水流路２５の下面は、水平に形成されたペデスタル床７に接している。
【００７５】
注水配管８は入口部６２の近傍に開口していて、注水配管８から供給される冷却水は、ペデスタル壁２４で囲まれたペデスタル床７の上に放出され、少なくともその一部は入口部６２から冷却水流路２５に流入する。冷却水流路２５を通過した冷却水は出口部６３から放出される。注水配管８から供給される冷却水は、ペデスタル側壁２４で囲まれた領域に貯えられていき、水位がコリウム保持領域６１を囲む壁を超えるとコリウム保持領域６１の内部に流入し、コリウム１３の上に水プールを形成する。この水プールを形成した冷却水は、コリウム１３の表面で沸騰し、コリウム１３を冷却する。
【００７６】
このような炉心溶融物保持装置３０では、冷却水流路２５の上面が傾きを持っているため、沸騰により生じた蒸気泡は、浮力によって伝熱面である冷却水流路２５の上面から離脱しやすく、良好な熱伝達率が得られる。また、冷却水流路２５の水平方向の幅は一定であるため、コリウム１３からの伝熱面である冷却水流路２５の上面に沿った冷却水の流速の減少は抑制される。このため冷却水チャンネル１１の局所的な温度上昇を抑制することができ、炉心溶融物を安定して保持し、冷却し続けることができる。
【００７７】
［第８の実施の形態］
本発明に係る第８の実施の形態における炉心溶融物保持装置３０は、上面から見ると図１４に示した第７の実施の形態の炉心溶融物保持装置３０と同じである。
【００７８】
図１８は、本発明に係る第８の実施の形態におけるペデスタル床７近傍の立断面図である。なお、図１８は、図１４におけるXV−XV矢視断面図に相当する。
【００７９】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０は、ペデスタル床７が水平ではなく、コリウム保持領域６１の底面と平行になっている点が、第７の実施の形態と異なっている。つまり、冷却水流路２５は、流路面積が一定のまま、入口部６２から出口部６３に延びている。このため、冷却水の流速は低下することなく入口部６２から出口部６３に流れ、冷却水チャンネル１１の局所的な温度上昇を抑制することができ、炉心溶融物を安定して保持し、冷却し続けることができる。
【００８０】
［第９の実施の形態］
図１９は、本発明に係る第９の実施の形態のペデスタル床７近傍の平面図である。図２０は、図１９におけるXX−XX矢視立断面図である。
【００８１】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０は、第６の実施の形態の炉心溶融物保持装置における冷却水チャンネルの入口部６２および出口部６３それぞれに接して鉛直方向に延びる入口側垂直流路８１および出口側垂直流路８２を配設したものである。入口側垂直流路８１および出口側垂直流路８２の上面は開放されている。また、注水配管８は、入口側垂直流路８１の上面近傍まで延びている。
【００８２】
注水配管８から放出される冷却水は、入口側垂直流路８１に流れ込み、冷却水流路２５を通って出口側垂直流路８２から溢れ出る。出口側垂直流路８２から溢れ出た冷却水の一部は容器６１に流れ込む。
【００８３】
このような炉心溶融物保持装置３０では、注水配管８から供給される冷たい冷却水が、冷却水流路２５に流れ込み易くなり、コリウム１３を効果的に冷却することができる。
【００８４】
［第１０の実施の形態］
本発明に係る第１０の実施の形態における炉心溶融物保持装置３０は、上面から見ると図１９に示した第９の実施の形態の炉心溶融物保持装置３０と同じである。
【００８５】
図２１は、本発明に係る第１０の実施の形態のペデスタル床７近傍の立断面図である。なお、図２１は、図１９におけるXX−XX矢視立断面図に相当する。
【００８６】
本実施の形態の炉心溶融物保持装置３０は、第９の実施の形態におけるペデスタル床７が、入口側垂直流路８１から出口側垂直流路８２に向かって上昇しているものである。
【００８７】
このような炉心溶融物保持装置３０では、入口側垂直流路８１から出口側垂直流路８２の間における冷却水流路２５の流路面積が変化しないため、冷却水の流速が低下することがない。このため、コリウム１３を効果的に冷却することができる。
【００８８】
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、上述の各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。さらに、上述の各実施の形態は沸騰水型原子炉の例で示したが、加圧水型原子炉、高速炉等の炉心溶融物保持装置にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態における、ペデスタル床近傍の立断面図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態における、原子炉格納容器の立断面図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態における冷却水チャンネル近傍の平面図である。
【図４】下向きの伝熱面の角度に対する沸騰限界熱流束の実験結果を示すグラフである。
【図５】冷却水チャンネルの流路高さが一定の場合の給水ヘッダー中心からの距離と冷却チャンネル流路断面積の関係の例を示すグラフである。
【図６】冷却水チャンネルの流路断面積を一定に保った場合の給水ヘッダー中心からの距離と冷却水チャンネルの流路高さの関係の例を示すグラフである。
【図７】本発明に係る第２の実施の形態におけるペデスタル床近傍の立断面図である。
【図８】本発明に係る第３の実施の形態におけるペデスタル床近傍の立断面図である。
【図９】本発明に係る第４の実施の形態におけるペデスタル床近傍の立断面図である。
【図１０】本発明に係る第５の実施の形態における冷却水チャンネル近傍の平面図である。
【図１１】図１０におけるXI−XI矢視断面図である。
【図１２】図１０におけるXII−XII矢視断面図である。
【図１３】本発明に係る第６の実施の形態におけるペデスタル床近傍の立断面図である。
【図１４】本発明に係る第７の実施の形態におけるペデスタル床近傍の平面図である。
【図１５】図１４におけるXV−XV矢視断面図である。
【図１６】図１４におけるXVI−XVI矢視断面図である。
【図１７】図１４におけるXVII−XVII矢視断面図である。
【図１８】発明に係る第８の実施の形態におけるペデスタル床近傍の立断面図である。
【図１９】本発明に係る第９の実施の形態のペデスタル床近傍の平面図である。
【図２０】図１９におけるXX−XX矢視立断面図である。
【図２１】本発明に係る第１０の実施の形態のペデスタル床近傍の立断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１…原子炉圧力容器、２…原子炉格納容器、３…原子炉圧力容器下部ヘッド、４…サプレッションプール、４ａ…プール水、５…水槽、６…格納容器冷却器、７…ペデスタル床、８…注水配管、９,９１，９２…給水配管、１０…給水チェンバー、１１…冷却水チャンネル、１２…耐熱材、１３…コリウム（炉心溶融物）、１４…注入弁、１５…ペデスタル、１６…下部ドライウェル、２１…下部入口部、２２…上部出口部、２３…炉心、２４…ペデスタル側壁、２５…冷却水流路、３０…炉心溶融物保持装置、５１…堰、５２…第１の耐熱材、５３…第２の耐熱材、６１…炉心溶融物（コリウム）保持領域、６２…入口部、６３…出口部、６６…熱交換機、８１…入口側垂直流路、８２…出口側垂直流路
【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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【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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