(57)【要約】【課題】水素を酸化反応により処理する処理材が収容された反応部の健全性を確保できること。【解決手段】複数の酸化数を取り得る金属酸化物から構成された処理材２７によって、原子炉格納容器から導入された被処理ガスＧ１に含まれる水素を酸化反応により処理する水素処理装置２０において、処理材２７を封入する反応管２６が筐体２３内に配置された反応容器２１を有し、この反応容器２１の筐体２３内には、反応管２６のうちで処理材２７が封入されて水素を酸化反応させる反応エリア２６Ａの外側に、水Ｗが冷却水として保有されたものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の酸化数を取り得る金属酸化物から構成された処理材によって、処理対象から導入された被処理ガスに含まれる水素を酸化反応により処理する水素処理装置において、
前記処理材を収容する反応部が筐体内に配置された反応容器を有し、
前記反応容器の前記筐体内には、前記反応部のうちで前記処理材が収容されて水素を酸化反応させる反応エリアの外側に、水が冷却水として保有されるよう構成された水素処理装置。
【請求項２】
前記反応容器の外側に設置されて水を保有する水槽を有し、この水槽と前記反応容器とが少なくとも２本の配管で連通されて、前記反応容器内の冷却水が前記配管を介して前記水槽との間で循環するよう構成された請求項１に記載の水素処理装置。
【請求項３】
前記少なくとも２本のダクトが、水平方向に延びると共に上下方向に並列して配置された請求項２に記載の水素処理装置。
【請求項４】
前記水槽または前記反応容器にて発生した蒸気をタービン、復水器に順次導いて循環させると共に、前記タービンに連結された発電機を稼働させる発電サイクルを有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水素処理装置。
【請求項５】
前記反応容器の筐体には、処理対象からの被処理ガスを導入するガス導入配管と、処理済ガスを前記処理対象へ戻すガス戻し配管とが接続され、前記ガス導入配管に配設されたポンプの作用で、前記処理対象から前記反応容器に導入される被処理ガスの流量が調整されるよう構成された請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水素処理装置。
【請求項６】
前記反応容器の筐体には、処理対象からの被処理ガスを導入するガス導入配管と、処理済ガスを前記処理対象へ戻すガス戻し配管とが接続され、前記ガス導入配管には、前記処理対象からの被処理ガスを前記反応容器に導くポンプが配設され、
前記ガス導入配管における前記ポンプの下流側と前記ガス戻し配管との間に、前記反応容器をバイパスするバイパス配管が設けられ、
前記バイパス配管と、前記ガス導入配管における前記バイパス配管接続端下流側部分との少なくとも一方に弁が配設され、この弁の開度変更により、前記反応容器に導入される被処理ガスの流量が調整されるよう構成された請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水素処理装置。
【請求項７】
前記反応容器の反応部は、複数の管エレメントが同心状に配置された多重管構造であり、前記各管エレメント間の領域と最も内側の前記管エレメント内の領域に処理材が収容され、
隣接する前記領域では、一方向に流れる被処理ガスの流れ方向が互いに逆向きになるように構成された請求項１乃至６のいずれか１項に記載の水素処理装置。
【請求項８】
前記反応容器の反応部は、複数の管エレメントが同心円状に配置された多重管構造であり、前記各管エレメント間の領域と最も内側の前記管エレメント内の領域に処理材が選択して収容され、
前記処理材が収容された前記領域と収容されていない前記領域に、被処理ガスが同一方向に流れるように構成された請求項１乃至６のいずれか１項に記載の水素処理装置。
【請求項９】
前記処理対象は、原子力プラントにおける原子炉格納容器である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の水素処理装置。
【請求項１０】
原子炉圧力容器を内包する原子炉格納容器と、
前記原子炉格納容器内部のガスを導くガス導入配管系と、
複数の酸化数を取り得る金属酸化物から構成された処理材を内包し、前記ガス導入配管系から導入された被処理ガスに含まれる水素を酸化反応により処理する反応容器と、
前記反応容器で処理されたガスを前記原子炉格納容器内部へ導くガス戻し配管系と、を備え、
前記反応容器は、その筐体内に配置されて前記処理材を収容する反応部を有し、
前記反応部のうちで前記処理材が収容されて水素を酸化反応させる反応エリアの外側かつ前記反応容器の筐体内に、水が冷却水として保有されるよう構成された原子力プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、被処理ガスに含まれる水素を処理する水素処理装置、及び水素処理装置を備える原子力プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉事故が発生すると、原子炉格納容器内に大量の水素が発生する場合がある。このような場合に何等有効な対策を行なうことができず、水素濃度が４ｖｏｌ％かつ酸素濃度が５ｖｏｌ％以上に上昇、即ち水素濃度が可燃限界を超えると気体（水素）は可燃状態になる。更に水素濃度が上昇すると、爆発等の急激な反応が起きる可能性もある。
【０００３】
こうした事態に対する有効な対策として、国内では、発生した水素をフィルタを通して原子炉格納容器外へ排出するようにしているが、微量であるものの放射性を帯びた粒子が、同時に原子炉格納容器外へ排出されてしまう恐れがある。
【０００４】
これに対し、原子炉圧力容器から原子炉格納容器内に漏れ出た水素を大気中に放出することなく、金属酸化物を用いて水素を酸化させ、水に変化させる水素処理装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１８７５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した水素処理装置では、この水素処理装置を構成する処理材（金属酸化物）を封入した反応管において、水素を含む被処理ガスが流入すると、被処理ガス中の水素と処理材の酸素とが反応して反応熱が生じる。このとき、水素濃度が高い場合には、処理材の温度が１０００℃程度に到達することも想定され、反応管の健全性が低下する恐れがある。
【０００７】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、水素を酸化反応により処理する処理材が収容された反応部の健全性を確保できる水素処理装置、及び水素処理装置を備える原子力プラント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】
【０００８】
本発明の実施形態における水素処理装置は、複数の酸化数を取り得る金属酸化物から構成された処理材によって、処理対象から導入された被処理ガスに含まれる水素を酸化反応により処理する水素処理装置において、前記処理材を収容する反応部が筐体内に配置された反応容器を有し、前記反応容器の前記筐体内には、前記反応部のうちで前記処理材が収容されて水素を酸化反応させる反応エリアの外側に、水が冷却水として保有されるよう構成されたものである。
【０００９】
本発明の実施形態における原子力プラントは、原子炉圧力容器を内包する原子炉格納容器と、前記原子炉格納容器内部のガスを導くガス導入配管系と、数の酸化数を取り得る金属酸化物から構成された処理材を内包し、前記ガス導入配管系から導入された被処理ガスに含まれる水素を酸化反応により処理する反応容器と、前記反応容器で処理されたガスを前記原子炉格納容器内部へ導くガス戻し配管系と、を備え、前記反応容器は、その筐体内に配置されて前記処理材を収容する反応部を有し、前記反応部のうちで前記処理材が収容されて水素を酸化反応させる反応エリアの外側かつ前記反応容器の筐体内に、水が冷却水として保有されるよう構成されたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、水素を酸化反応により処理する処理材が収容された反応部の健全性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る水素処理装置が適用された原子炉格納容器等を示す概略縦断面図。
【図２】図１の水素処理装置を、一部を切り欠いて示す構成図。
【図３】図２の反応管に封入された処理材（金属酸化物）の反応速度と温度との関係を示すグラフ。
【図４】図２における反応管の流入口からの軸方向長さと温度との関係を示すグラフ。
【図５】第２実施形態に係る水素処理装置を、一部を切り欠いて示す構成図。
【図６】図５の水素処理装置における変形形態を示す構成図。
【図７】第３実施形態に係る水素処理装置が適用された原子炉格納容器等を示す概略縦断面図。
【図８】第４実施形態に係る水素処理装置が適用された原子炉格納容器等を示す概略縦断面図。
【図９】第５実施形態に係る水素処理装置における反応管の構造を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図。
【図１０】図９の反応管の変形形態の構造を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図４）
図１に示すように、軽水炉型原子力発電プラントでは、原子炉格納容器１０は、炉心１２を収容する原子炉圧力容器１１を格納する。この原子炉圧力容器１１はペデスタル１３により支持されて設置される。原子炉格納容器１０には、原子炉圧力容器１１を包囲するドライウェル１４が形成され、このドライウェル１４がサプレッションチャンバ１５に連通されている。また、原子炉圧力容器１１には主蒸気配管１６が接続され、原子炉圧力容器１１内で発生した蒸気が主蒸気配管１６を経て図示しないタービンへ供給され、このタービンに連結された発電機（不図示）が稼働して電気を発生させる。
【００１３】
上述の原子力発電プラントにおいて原子炉事故が発生し、原子炉格納容器１０内に水素が大量に発生した際に、この処理対象としての原子炉格納容器１０内の水素が、図２に示す水素処理装置２０によって除去される。この水素処理装置２０は、水素を除去する反応容器２１と、水Ｗを貯溜して保有する水槽２２と、を有して構成される。
【００１４】
反応容器２１は、筐体２３内に上部支持板２４及び下部支持板２５を用いて、反応部としての反応管２６が複数本起立状態で配置されて構成され、反応管２６内に、水素を酸化反応により処理（除去）する処理材２７が封入されて収容される。また、筐体２３の底部に設けられたガス導入配管２８と、筐体２３の天部に設けられたガス戻し配管２９とによって、筐体２３内が原子炉格納容器１０内に連通される。ガス導入配管２８は、原子炉格納容器１０内の水素を含む被処理ガスＧ１を、反応容器２１の筐体２３内に導入する。ガス戻し配管２９は、反応容器２１にて水素が除去または低減された処理済ガスＧ２を原子炉格納容器１０へ戻す。
【００１５】
上部支持板２４及び下部支持板２５は、筐体２３の側壁の内周面に接して固着されると共に、複数の貫通孔が設けられている。各貫通孔に反応管２６が挿通されることで、反応管２６は起立姿勢に支持される。また、下部支持板２５の貫通孔と反応管２６との間にシール材（不図示）が設けられて、ガス導入配管２８により筐体２３内に導入された被処理ガスＧ１は、漏れることなく反応管２６内に導かれる。また、上部支持板２４の貫通孔は、反応管２６が加熱された際にその熱膨張を逃がせるように、反応管２６よりも大径に形成されている。
【００１６】
処理材２７は、複数の酸化数を取り得る金属酸化物、例えば酸化銅（ＣｕＯ）、過酸化マンガン（ＭｎｎＯｍ）、酸化コバルト（ＣｏｎＯｍ）等にて構成される。この処理材２７は、金属酸化物に含まれる酸素（Ｏ）と、被処理ガスＧ１中の水素（Ｈ２）とが酸化反応して水（Ｈ２Ｏ）を生成することで、外部からの酸素を必要とすることなく、被処理ガスＧ１に含まれる水素を処理（除去）することが可能である。例えば、処理材２７が酸化銅（ＣｕＯ）にて構成される場合の酸化反応式は、次の通りである。
ＣｕＯ＋Ｈ２→Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ
【００１７】
また、筐体２３内には、反応管２６のうちで処理材２７が封入されて水素を酸化反応させる反応エリア２６Ａ（即ち、反応管２６のうちで上部支持板２４と下部支持板２５との間の領域）の外側に、水Ｗが冷却水として保有されている。処理材２７は、水素を酸化反応させる際に温度が上昇し、処理する水素が多量で特段の冷却構造を有しない場合には１０００℃を超えることがある。筐体２３内に保有された水Ｗは、この処理材２７の温度上昇に伴う反応管２６の温度上昇を冷却により抑制する。
【００１８】
水槽２２は、反応容器２１の外側に設置されて、この反応容器２１の筐体２３における上部支持板２４、下部支持板２５間の領域と、少なくとも２本の配管（本実施形態ではそれぞれ１本の水供給配管３１、水戻し配管３２）で接続されて連通する。これらの水供給配管３１及び水戻し配管３２は、水平方向に延びると共に上下方向に並列して配置され、水供給配管３１が下方に、水戻し配管３２が上方にそれぞれ配置される。水槽２２内で低温の水Ｗが水供給配管３１を経て筐体２３内に供給されると共に、筐体２３内で高温の水Ｗが水戻し配管３２を経て水槽２２に戻されることで、筐体２３と水槽２２との間で水Ｗの自然循環が実現される。
【００１９】
図１及び図２に示すように、上述の水素処理装置２０では、原子炉格納容器１０内の水素を含む被処理ガスＧ１は、ガス導入配管２８を経て水素処理装置２０における反応容器２１の筐体２３内に導入され、反応容器２１の反応管２６内を、流入口（不図示）から流出口３４へ向かって一方向に流れる間に、反応管２６内の処理材２７と接触する。これにより、被処理ガスＧ１中の水素が、処理材２７（金属酸化物）の酸素と酸化反応して水蒸気に変化し、除去される。この水槽処理装置２０により水素が除去または低減された処理済ガスＧ２は、ガス戻し配管２９を経て原子炉格納容器１０内へ戻される。
【００２０】
上述の水素と酸素の酸化反応では、図３に示すように、反応速度は温度の上昇に従って２次関数的に上昇する。このとき、反応管２６の温度は、図４に示すように、流入口からの軸方向長さの増加に応じて上昇する。反応管２６の温度は、処理材２７が処理する水素量が多量で特段の冷却構造を有しない場合には１０００℃を超えることがある。ところが、筐体２３内に保有され且つ水槽２２との間で循環する水Ｗが冷却水として機能することで、反応管２６は、その温度が低く抑制されて、座屈等の不具合の発生が回避される。
【００２１】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）反応容器２１では、水素を酸化反応により処理する処理材２７が封入された反応管２６が筐体２３内に配置されると共に、この筐体２３内には、反応管２６のうちで処理材２７が封入されて水素を酸化反応させる反応エリア２６Ａの外側に、水Ｗが冷却水として保有されている。このため、処理材２７が酸化反応に伴って発熱しても、この処理材２７を封入する反応管２６は、冷却水としての水Ｗにより冷却されて許容温度の範囲に保持される。この結果、反応管２６の構造上の健全性を維持することができる。
【００２２】
（２）反応容器２１の筐体２３には、水供給配管３１及び水戻し配管３２を介して水槽２２が連通して接続され、この水槽２２内の水Ｗが、水供給配管３１及び水戻し配管３２により筐体２３との間で循環するよう構成されている。この結果、この循環する水Ｗによって、反応容器２１の反応管２６を確実に冷却することができる。
【００２３】
［Ｂ］第２実施形態（図５、図６）
図５は、第２実施形態に係る水素処理装置を、一部を切り欠いて示す構成図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分は、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００２４】
本第２実施形態の水素処理装置４０が第１実施形態と異なる点は、水槽２２にて発生した蒸気をタービン４２、復水器４３に順次導いて、水槽２２との間で閉じた循環系を構成すると共に、タービン４２に連結された発電機４４を稼働させる発電サイクル４１を有する点である。
【００２５】
この水素処理装置４０では、復水器４３の熱交換量を増大させることで水槽２２内の圧力を減圧させ、これにより、水槽２２内に保有された水Ｗの温度（飽和温度）を低く制御し、この水Ｗによって、反応容器２１の筐体２３内で反応管２６を効果的に冷却することが可能になる。
【００２６】
本第２実施形態では、図６に示すように、水槽２２を介さず、反応容器２１の筐体２３内で蒸気を発生させ、この蒸気をタービン４２へ導き、復水器４３で凝縮された水Ｗを、反応容器２１の筐体２３内に戻すよう構成された水素処理装置４５であってもよい。この水素処理装置４５の反応容器２１の筐体２３内では、水Ｗの水面Ｗ０は、水素処理装置４０や第１実施形態の水素処理装置２０のように上部支持板２４の位置にはなく、水供給配管３１と水戻し配管３２との間にある。従って、筐体２３内では、水面Ｗ０の上方に蒸気が存在し、この蒸気がタービン４１へ導かれる。
【００２７】
なお、水素処理装置４５の反応容器２１の反応管２６内には、処理材２７が、下部支持板２５の位置から水面Ｗ０に至る範囲に封入される。従って、この水素処理装置４５における反応管２６の反応エリア２６Ｂも、処理材２７が封入された範囲（即ち、下部支持板２５の位置から水面Ｗ０に至る範囲）になる。
【００２８】
以上のように構成されたことから、本第３実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）を奏する。
【００２９】
（３）水素処理装置４０、４５が、タービン４２、復水器４３及び発電機４４を備えた発電サイクル４１を有し、復水器４３による熱交換量を調整することで、水槽２２及び反応容器２１の筐体２３内の水Ｗの温度を低く制御できる。このため、反応容器２１の反応管２６をより効果的に冷却でき、更に、発電機４４によって電気を発生させることができる。
【００３０】
（Ｃ）第３実施形態（図７）
図７は、第３実施形態に係る水素処理装置が適用された原子炉格納容器等を示す概略縦断面図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００３１】
本第３実施形態の水素処理装置５０が第１実施形態と異なる点は、ガス導入配管２８に循環ポンプ５１が配設されると共に、反応容器２１の筐体２３内に、反応管２６または処理材２７の温度を計測する温度計測装置５２が設置され、循環ポンプ５１が温度計測装置５２による計測温度に基づいて制御されて、原子炉格納容器１０からガス導入配管２８を経て反応容器２１の筐体２３内に導入される被処理ガスＧ１の流量が調整されるよう構成された点である。
【００３２】
つまり、この循環ポンプ５１による被処理ガスＧ１の流量制御は、温度計測装置５２により計測された反応容器２１内の反応管２６または処理材２７の温度が設定値よりも高い場合に、原子炉格納容器５５から反応容器２１へ導入される被処理ガスＧ１の流量を減少させるものである。これにより、反応容器２１の反応管２６内を流れる水素量も減少し、処理材２７による水素の酸化反応が低下して、反応管２６の温度が制限値以下に抑制される。
【００３３】
また、この反応容器２１の筐体２３内においても、第１実施形態と同様に、反応管２６のうちで処理材２７が封入された反応エリア２６Ａの外側に、水Ｗが反応管２６に対する冷却水として保有されている。なお、本第３実施形態では、反応容器２１の筐体２３に水槽２２が、水供給配管３１及び水戻し配管３２を介して連通して接続されてもよい。
【００３４】
ここで、原子炉格納容器５５内には、炉心１２を収容する原子炉圧力容器１１がペデスタル５６に支持されて設置されている。この原子炉格納容器５５には、原子炉圧力容器１１を包囲するドライウェル５７が形成され、このドライウェル５７がサプレッションチャンバ５８に連通されている。
【００３５】
以上のように、本第３実施形態によれば、反応容器２１の筐体２３内に、水素処理装置２０と同様に水Ｗが冷却水として保有されているので、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏し、水槽２２が設置されている場合には、第１実施形態の効果（２）と同様な効果を奏する。更に、本第３実施形態によれば、次の効果（４）を奏する。
【００３６】
（４）反応容器２１に設置された温度計測装置５２によって反応管２６または処理材２７の温度が計測され、この計測温度が設定値よりも高い場合に循環ポンプ５１が制御されて、原子炉格納容器５５から反応容器２１へ導入される被処理ガスＧ１の流量が減少するよう調整される。このため、反応管２６内を流れる水素量が減少することで処理材２７の酸化反応が低下して、反応管２６の温度を制限値以下に抑制でき、この結果、反応管２６の健全性を確保できる。
【００３７】
［Ｄ］第４実施形態（図８）
図８は、第４実施形態に係る水素処理装置が適用された原子炉格納容器等を示す概略縦断面図である。この第４実施形態において第１及び第３実施形態と同様な部分については、第１及び第３実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００３８】
本第４実施形態の水素処理装置６０が第３実施形態と異なる点は、ガス導入配管２８における循環ポンプ５１の下流側とガス戻し配管２９との間に、反応容器２１をバイパスするバイパス配管６１が配設され、このバイパス配管６１と、ガス導入配管２８におけるバイパス配管６１の接続端下流部分との少なくとも一方に、開度変更可能な制御弁（本実施形態では制御弁６２、６３）が配設された点である。
【００３９】
つまり、制御弁６２はバイパス配管６１に、制御弁６３は、ガス導入配管２８におけるバイパス配管６１の接続端下流側部分に配設される。これらの制御弁６２及び６３は、反応容器２１の反応管２６または処理材２７の温度を計測する温度計測装置５２の計測温度に基づいて開度が変更されて、原子炉格納容器５５から反応容器２１に導入される被処理ガスＧ１の流量が調整される。
【００４０】
例えば、反応容器２１内の反応管２６または処理材２７の温度が設定値以下である場合には、制御弁６３の開度が大きく設定され、且つ制御弁６２の開度が小さくまたは開度ゼロに設定されて、原子炉格納容器５５からの被処理ガスＧ１の大部分は、ガス導入配管２８を経て反応容器２１の筐体２３内に導入される。また、反応容器２１内の反応管２６または処理材２７の温度が設定値よりも高い場合には、制御弁６２の開度が大きく設定され、且つ制御弁６３の開度が小さくまたは開度ゼロに設定されて、原子炉格納容器５５からの被処理ガスＧ１の大部分はバイパス配管６１を流れてガス戻し配管２９に至り、反応容器２１の筐体２３内に導入される被処理ガスＧ１の流量が減少する。
【００４１】
この第４実施形態においても、第１実施形態と同様に、反応容器２１の筐体２３内には、反応管２６のうちで処理材２７が封入された反応エリア２６Ａの外側に水Ｗが、反応管２６に対する冷却水として保有されている。また、反応容器２１の筐体２３に水槽２２が、水供給配管３１及び水戻し配管３２を介して連通して接続されてもよい。
【００４２】
以上のように、本第４実施形態によれば、反応容器２１の筐体２３内に、水素処理装置２０と同様に水Ｗが冷却水として保有されているので、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏し、水槽２２が設置されている場合には、第１実施形態の効果（２）と同様な効果を奏する。更に、本第４実施形態によれば、次の効果（５）及び（６）を奏する。
【００４３】
（５）反応容器２１に設置された温度計測装置５２によって反応管２６または処理材２７の温度が計測され、この計測温度が設定値よりも高い場合に、制御弁６３の開度が小さくまたは開度ゼロに制御されて、原子炉格納容器５５から反応容器２１に導入される被処理ガスＧ１の流量が減少するよう調整される。このため、反応管２６内を流れる水素量が減少することで処理材２７の酸化反応が低下して、反応管２６の温度を制限値以下に抑制でき、この結果、反応管２６の健全性を確保できる。
【００４４】
（６）制御弁６２及び６３による被処理ガスＧ１の流量調整は、第３実施形態の循環ポンプ５１による流量調整に比べて容易に実施できる。更に、制御弁６２と６３は、いずれか一方が配置された場合でも、両者が同時に配置された場合とほぼ同様な効果を奏する。
【００４５】
［Ｅ］第５実施形態（図９、図１０）
図９は、第５実施形態に係る水素処理装置における反応管の構造を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。この第５実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４６】
本第５実施形態の水素処理装置７０が第１実施形態と異なる点は、反応容器２１の反応部としての反応管７１が、複数の管エレメント（本第５実施形態では内管エレメント７２及び外管エレメントを７３）が同心状に配置された多重管構造（本第５実施形態では２重管構造）に構成された点である。
【００４７】
この多重管（２重管）構造の反応管７１では、処理材２７は、各管エレメント間の領域（本第５実施形態では内管エレメント７２と外管エレメント７３間の管間領域７５）と、最も内側の管エレメント内の領域（本第５実施形態では内管エレメント７２内の内管領域７４）に封入されて収容される。そして、これらの隣接する領域（本第５実施形態では内管領域７４、管間領域７５）では、一方向に流れる被処理ガスＧ１の流れ方向が互いに逆向きになるように構成されている。即ち、被処理ガスＧ１は、内管エレメント７２内の内管領域７４では上昇流として流れ、内管エレメント７２と外管エレメント７３管の管間領域７５では、下降流として流れる。
【００４８】
処理材２７が封入された反応管では、処理材２７による水素の酸化反応に伴う温度分布は、図４に示すように、反応管の流入口から遠ざかるに従って温度が上昇する。従って、反応管７１において、隣接する内管領域７４と管間領域７５の被処理ガスＧ１の流れ方向を逆方向にすることで、被処理ガスＧ１の流入口付近の低温の処理材２７が、被処理ガスＧ１の流出口付近の高温の被処理材２７を冷却する。
【００４９】
例えば、内管領域７４における被処理ガスＧ１の流入口付近の低温の処理材２７が、管間領域７５における被処理ガスＧ１の流出口付近の高温の処理材２７を冷却し、また、管間領域７５における被処理ガスＧ１の流入口付近の低温の処理材２７が、内管領域７４における被処理ガスＧ１の流出口付近の高温の処理材２７を冷却する。これにより、内管エレメント７２及び外管エレメント７３、ひいては反応管７１の温度を低下させることが可能になる。
【００５０】
また、内管領域７４と管間領域７５とのそれぞれの流入口付近の処理材２７は温度が上昇する。図３に示すように処理材２７は温度が高いと反応速度が向上するため、内管領域７４と管間領域７５とのそれぞれの流入口付近での反応速度を向上させることができる。
【００５１】
なお、図１０に示すように、本第５実施形態において、処理材２７は、各管エレメント間の領域（本第５実施形態では内管エレメント７２と外管エレメント７３間の管間領域７５）と、最も内側の管エレメント内の領域（本第５実施形態では内管エレメント７２内の内管領域７４）とに選択的に封入（本第５実施形態では内管領域７４のみに封入）されてもよい。そして、処理材２７が封入された領域（本第５実施形態では内管領域７４）と封入されていない領域（本第５実施形態では管間領域７５）に、被処理ガスＧ１が一方向に流れるように構成されてもよい。
【００５２】
この図１０の場合では、内管領域７４における被処理ガスＧ１の流出口付近の高温の処理材２７は、処理材２７が封入されていない管間領域７５内を流れる低温の被処理材Ｇ１によって冷却され、これにより反応管７１が冷却されることになる。
【００５３】
以上のように構成されたことから、本第５実施形態においても、第１実施形態の効果（１）、及び水槽２２が設置されている場合には効果（２）とそれぞれ同様な効果を奏するほか、次の効果（７）及び（８）を奏する。
【００５４】
（７）反応管７１が多重管構造、例えば内管エレメント７２と外管エレメント７３とによる２重管構造であり、内管エレメント７２内の内管領域７４と、内管エレメント７２と外管エレメント７３間の管間領域７５に、共に処理材２７が封入された場合、反応管７１内を一方向に流れる被処理ガスＧ１が、内管領域７４と管間領域７５とにおいて互いに逆向きに流れる。このため、反応管７１において、被処理ガスＧ１の流入口付近の低温の処理材２７が、被処理ガスＧ１の流出口付近の高温の処理材２７を冷却する。この結果、内管エレメント７２及び外管エレメント７３の流出口付近が高温になることを抑制でき、反応管７１の健全性を確保できる。
【００５５】
（８）反応管７１が多重管構造、例えば内管エレメント７２と外管エレメント７３とによる２重管構造であり、内管エレメント７２内の内管領域７４と、内管エレメント７２と外管エレメント７３間の管間領域７５のいずれか（例えば内管領域７４のみ）に処理材２７が封入されている場合、被処理ガスＧ１は、処理材２７が封入された例えば内管領域７４と封入されていない例えば管間領域７５とを同一方向に流れる。このため、処理材２７が封入された例えば内管領域７４では、被処理ガスＧ１の流出口付近の高温の処理材２７が、処理材２７が封入されていない例えば管間領域７５内を流れる被処理ガスＧ１によって冷却される。従って、この場合も反応管７１を全体として低温に保持でき、その健全性を確保できる。
【００５６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５７】
例えば、各実施形態では、反応容器２１における反応部は、反応管２６、７１の場合を述べたが、例えば流路が形成されたブロック体であってもよい。また、処理対象は、原子炉格納容器１０、５５に限らず、例えば化学プラントの建屋であってもよい。
また、第３実施形態から第５実施形態にて説明した構成は、第１実施形態及び第２実施形態で説明した、水による反応容器２１内部の冷却を適用しなくとも、各実施形態にて説明した効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００５８】
１０…原子炉格納容器（処理対象）、２０…水素処理装置、２１…反応容器、２２…水槽、２３…筐体、２６…反応管（反応部）、２６Ａ…反応エリア、２７…処理材、２８…ガス導入配管、２９…ガス戻し配管、３１…水供給配管、３２…水戻し配管、４０…水素処理装置、４１…発電サイクル、４２…タービン、４３…復水器、４４…発電機、５０…水素処理装置、５１…循環ポンプ、５２…温度計測装置、５５…原子炉格納容器（処理対象）６０…水素処理装置、６１…バイパス配管、６２、６３…制御弁、７０…水素処理装置、７１…反応管（反応部）、７２…内管エレメント、７３…外管エレメント、７４…内管領域、７５…管間領域、Ｗ…水、Ｇ１…被処理ガス、Ｇ２…処理済ガス。
【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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