(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023146968
(43)【公開日】2023-10-12
(54)【発明の名称】フィルターの品質検査システム及び品質検査方法
(51)【国際特許分類】
G21F 9/02 20060101AFI20231004BHJP
B01J 20/20 20060101ALI20231004BHJP
G21C 13/00 20060101ALI20231004BHJP
【FI】
G21F9/02 551B
B01J20/20 B
G21F9/02 551Z
G21C13/00 500
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022054446
(22)【出願日】2022-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】722014321
【氏名又は名称】東洋紡エムシー株式会社
(72)【発明者】
【氏名】井上 誠
【テーマコード(参考)】
4G066
【Fターム(参考)】
4G066AA05B
4G066BA16
4G066CA12
4G066CA31
4G066CA32
4G066CA33
4G066DA02
(57)【要約】
【課題】活性炭素繊維を用いたフィルターの品質検査を安定して実施できるシステムを提供する。
【解決手段】活性炭素繊維を用いたフィルターの品質検査システムは、前記フィルターを設置するダクトと、評価用物質の蒸気を発生させる蒸気発生部と、空気を流入して前記蒸気を前記フィルターに供給する送風手段と、前記フィルターの上流側と下流側とにおいて前記評価用物質の濃度を測定する濃度測定部と、を備え、前記評価物質は、カーボン数9以上12以下のフッ素系化合物であり、前記送風手段にて送られる空気の相対湿度が75%以下に設定されている、または、前記蒸気発生前の前記ダクト内の相対湿度が75%以下に設定されている。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
活性炭素繊維を用いたフィルターの品質検査システムにおいて、
前記フィルターを設置するダクトと、
評価用物質の蒸気を発生させる蒸気発生部と、
空気を流入して前記蒸気を前記フィルターに供給する送風手段と、
前記フィルターの上流側と下流側とにおいて前記評価用物質の濃度を測定する濃度測定部と、を備え、
前記評価物質は、カーボン数9以上12以下のフッ素系化合物であり、
前記送風手段にて送られる空気の相対湿度が75%以下に設定されている、または、前記蒸気発生前の前記ダクト内の相対湿度が75%以下に設定されている、ことを特徴とする品質検査システム。
【請求項2】
前記熱源の形状は、板状または細管状であることを特徴とする請求項1に記載の品質検査システム。
【請求項3】
前記カーボン数9以上12以下のフッ素系化合物は、パーフルオロノナン、パーフルオロデカリン、または、N、N-ビスヘプタフルオロプロピルヘプタフルオロプロピルアミンであることを特徴とする請求項1または2に記載の品質検査システム。
【請求項4】
前記フィルターは、放射性物質除去用フィルターであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載の品質検査システム。
【請求項5】
活性炭素繊維を用いたフィルターの品質検査方法において、
ダクト内に前記フィルターを設置するステップと、
評価用物質の蒸気を発生させる蒸気発生ステップと、
空気を流入して前記蒸気を前記フィルターに供給する送風ステップと、
前記フィルターの上流側と下流側とにおいて前記評価用物質の濃度を測定する濃度測定ステップと、を含み、
前記評価表物質は、カーボン数9以上12以下のフッ素系化合物であり、
前記送風ステップにて送られる空気の相対湿度を75%以下に設定する、または、前記蒸気発生ステップの前に前記ダクト内の相対湿度を75%以下に設定する、ことを特徴とする品質検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フィルターの品質検査システム及び品質検査方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、医療施設や原子力施設などにおいては、放射性ヨウ素などのガス状の放射性物質が排出されるため、空調施設の気体処理経路中に空気浄化装置を設置し、発生した放射性気体分の濃度を法律に規制された基準値以下に低下させた後、施設外に排出している。そのため多くの施設では粒状活性炭を充填した充填層から構成されるフィルターユニットを用いて気体成分を除去する方法を採用している。こうしたフィルターユニットとしては、例えば鋼板またはSUS板からなる箱形フレーム内にガスケットを介して上下に各2枚の平行なパンチング板を設け、そのパンチング板の間に粒状活性炭を充填したものが知られている(特許文献1)。こうした粒状活性炭を主体とするフィルターユニットは充填時の重量が50kg以上あり、交換に多大な労力を必要としている。そこで除去効率の高い活性炭素繊維を用いたフィルターユニットが考案されている(特許文献2)。
【0003】
これまで、粒状活性炭を主体とするフィルターユニットは、場合によっては充填の斑が形成され本来吸着すべき放射性気体分の除去が十分でないことが起こる。そのため、フィルターユニットは使用者の排気設備のチャンバーボックスに設置された後、充填が均一であるかを確認するためにリークテストを実施することがある。リークテストは放射性物質ではない蒸気を短時間通過させ、上下流の測定された濃度から下流側のリーク率を求めるもので、元来フレオン112(フロンR-112)が用いられていたが、これはオゾン層破壊物質であり製造中止になった。そのため塩素を含まないフッ素系物質を用いた蒸気を用いて行っている(特許文献3)。特に現在ではパーフルオロヘキサン(C6F14)を用いた測定が一般的に行われている。
【0004】
一方、活性炭素繊維を用いたフィルターユニットは、既に品質検査を終えた活性炭素繊維の不織布をジグザグに加工してその間に波型セパレータを挿入して形状を安定化し、外枠に糊付けして作成するため粒状活性炭のような充填斑は起きない。そのためリーク検査は本来不要である。しかし、フィルターユニットの製品出荷の段階でフィルターとして吸着性能を保証することを利用者から求められる場合が多く、組み立て後のリーク検査を行う必要性が出てきた。フィルターの除去率の検査としては、予め作成された評価用ダクトに試験用フィルターを設置し、上流側より濃度調整された蒸気を発生させてフィルター上下流の濃度を測定する方法が一般的である(非特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特公昭62-44239号公報
【特許文献2】特許第4549388号公報
【特許文献3】特許第5595110号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】「ガス除去フィルタ性能試験方法」日本工業規格 JIS B 9901:1997
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
非特許文献1の方法においては清浄空気の温度を23±3℃、相対湿度55±10%で実施することが推奨されている。しかしながら、一般的に用いられているパーフルオロヘキサン(C6F14)をこの温湿度で使用した場合、活性炭素繊維を用いたフィルターがパーフルオロヘキサンを吸着することができず、リーク率が高く出てしまうことが多々あることがわかった。他方で、パーフルオロヘキサン以外の有機溶剤、例えばトルエンやヨウ化メチルに対しては十分な除去効率を示すため、製品としての不良ではなく、また、こうした現象は正常な粒状活性炭フィルターでは起きないため、活性炭素繊維を用いたフィルターとパーフルオロヘキサンとの相性にかかわる現象である。活性炭素繊維を用いたフィルターは通気抵抗と除去効率のバランスを考えて設計されているため、活性炭としての充填量が粒状活性炭に比べ低くなっており、空気中の水分の影響をより受けやすくなっていると考えられる。
【0008】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされ、その目的は、活性炭素繊維を用いたフィルターの品質検査を安定して実施できるシステム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は上記問題点に鑑み、鋭意検討した結果得られたものである。本発明は、以下の構成から成る。
(1)活性炭素繊維を用いたフィルターの品質検査システムにおいて、前記フィルターを設置するダクトと、評価用物質の蒸気を発生させる蒸気発生部と、空気を流入して前記蒸気を前記フィルターに供給する送風手段と、前記フィルターの上流側と下流側とにおいて前記評価用物質の濃度を測定する濃度測定部と、を備え、前記評価物質は、カーボン数9以上12以下のフッ素系化合物であり、前記送風手段にて送られる空気の相対湿度が75%以下に設定されている、または、前記蒸気発生前の前記ダクト内の相対湿度が75%以下に設定されている、ことを特徴とする品質検査システム。
(2)前記熱源の形状は、板状または細管状である(1)に記載の品質検査システム。
(3)前記カーボン数9以上12以下のフッ素系化合物は、パーフルオロノナン、パーフルオロデカリン、または、N、N-ビスヘプタフルオロプロピルヘプタフルオロプロピルアミンである(1)または(2)に記載の品質検査システム。
(4)前記フィルターは、放射性物質除去用フィルターである(1)から(3)のいずれか1に記載の品質検査システム。
(5)活性炭素繊維を用いたフィルターの品質検査方法において、ダクト内に前記フィルターを設置するステップと、評価用物質の蒸気を発生させる蒸気発生ステップと、空気を流入して前記蒸気を前記フィルターに供給する送風ステップと、前記フィルターの上流側と下流側とにおいて前記評価用物質の濃度を測定する濃度測定ステップと、を含み、前記評価表物質は、カーボン数9以上12以下のフッ素系化合物であり、前記送風ステップにて送られる空気の相対湿度を75%以下に設定する、または、前記蒸気発生ステップの前に前記ダクト内の相対湿度を75%以下に設定する、ことを特徴とする品質検査方法。
【発明の効果】
【0010】
本発明により、高沸点のパーフルオロヘキサンを用いて、活性炭素繊維を用いたフィルターやフィルターユニットの品質検査を安定して実施することができる。よって、例えば、医療施設や原子力施設などで発生したガス状の放射性物質を捕集除去するための、活性炭素繊維を用いた放射性物質除去フィルターの品質検査を安定して実施できる。本発明のシステムを用いて検査することにより、利用者に品質の高いフィルターを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】トレー型活性炭素繊維製放射性物質除去フィルターユニットの斜視組立図を示す図である。
【
図2】610角型活性炭素繊維製放射性物質除去フィルターユニットの斜視組立図を示す図である。
【
図3】610角型活性炭素繊維製放射性物質除去フィルターユニットの検査設備の概略図である。
【
図4】トレー型活性炭素繊維製放射性物質除去フィルターユニットの検査設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の品質検査システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図中、同じ構成部材については同じ番号を付し説明は繰り返さない。
【0013】
まず、本実施の形態の品質検査システムの検査対象になる活性炭素繊維を用いたフィルターの例について説明する。ここでは、フィルターの例としてフィルターユニットの例について説明する。なお、本実施の形態の品質検査システムは、フィルターユニットを設置するとして説明するが、フィルターを設置するようになっていてもよい。
【0014】
本実施の形態の品質検査システムの対象になるフィルターユニット3は、例えば、
図1に示すような610角型のフィルターユニット3aや、
図2に示すようなトレー型のフィルターユニット3bである。フィルターユニットの形状や規格風量が異なるため、各々の形状に応じた品質検査システムを用いて検査を行う。
【0015】
本実施の形態の品質検査システム100の例として、
図3に610角型のフィルターユニット3aの品質検査システム100a、
図4にトレー型のフィルターユニット3bに対するの品質検査システム100bを示す。
【0016】
品質検査システム100a,100bはいずれも、上流側ダクト1及び下流側ダクト2を備え、これらの間に検査するフィルターユニット3が装着される。フィルターユニット3にはゴム製のパッキンが装着されており、パッキン部分がダクトに密着するようにダクトに装着される。特に装着方法は公知の方法でよいが装着部分から下流側に隙間ができないことが肝要である。上流側ダクト1及び下流側ダクト2が一続きに構成されていてもよい。
【0017】
上流側ダクト1の上流には、熱源4が設置されており、熱源4は熱により評価用物質の蒸気を発生させる機器である。本実施の形態では評価用物質に評価用液体を用いる。評価用液体は送液ポンプ6から導入管(7)を通じて熱源4に滴下される。熱源4の温度は発生させる蒸気のもととなる評価用液体の沸点よりも高く設定し、滴下されたら瞬時に揮発するように温度を設定する。また、熱源4は架台5の上に設置されている。架台5は、上記を上流側ダクト1に効率よく流通するように、熱源4の高さを調整するものである。
【0018】
高沸点の蒸気は発生すると即液化するため、安定な蒸気の発生には、発生した蒸気を導入する管を設置しないことが好ましく、蒸気を発生させる装置として、上流側ダクト1の内部にホットプレートのような板状の熱源4を設置し、熱源4に定量的に評価用液体が供給されることによって揮発する機構が好ましい。
板状の熱源以外の熱源4としては、熱伝導性が高い材料、特に銅で形成された口径3~10mmの細管を用いることも可能である。この細管をできるだけ熱媒との接触時間が長くなる様に蛇管のように細工して熱媒中に浸し、細管中に送液ポンプ6で評価用液体とキャリアガスを通す。細管の一方の側には送液ポンプとキャリアガス、もう一方の側は開放してフィルター3側に向ける。その際、細管の開放されている側は蒸気が液化しない様に極力高温を保つことが肝要である。
【0019】
ダクト内に空気を送り込む方法は下流側に設置されたブロアー(11)を用いて所定風量に調整される。
なお、送風ブロアーにて上流側から空気送り込む方式もあるが、どちらでも構わない。風量はダクトに設置された風量計(10)で確認する。なお、空気の温度、湿度については、特に湿度については相対湿度75%以下、さらには72%以下に調整された空気、または品質検査システムがその条件内に入っている系で実施することが好ましい。温度は常識的な室温条件であれば構わないが相対湿度が75%を超えると下流側へのリークが発生し、好ましくない。発生された蒸気の濃度の測定は、上流側、下流側に設置されたサンプリング管(8)(9)にサンプリング用ポンプを設置してガス分析用サンプリングバッグにガスをサンプリングし、水素炎イオン化検出器(FID)、または電子補足検出器(ECD)を備えたガスクロマトグラフ、または簡易的に全炭化水素計を用いて測定する。測定中におけるガスの発生時間は検査するフィルターユニットに吸着する量を極力低くするため1分から5分までとする。その間にガスのサンプリングを実施する。
【0020】
次に本実施の形態の品質検査システム100に用いる蒸気を発生させる評価用物質について説明する。通常はカーボン数6のパーフルオロヘキサン(C6F14)が用いられるが、本実施の形態の品質検査システム100にではカーボン数9以上12以下のフッ素系化合物を用いることが、安定した評価をするうえで必要である。カーボン数9以上12以下のフッ素系化合物としては、例えば、パーフルオロノナン(C9F18)(沸点125゜C)、パーフルオロデカリン(C10F22)(沸点142℃)の他、N、N-ビスヘプタフルオロプロピルヘプタフルオロプロピルアミン(C9F21N)(沸点128℃)が挙げられるが、これらには限定されない。カーボン数が12よりも大きいものは少量でも揮発が極めて困難であり、かつ活性炭素繊維に吸着すると、フィルターとしての本来の機能である除去対象物質の除去効率が著しく悪化する可能性があり好ましくない。逆に、カーボン数が9よりも少ないものについては、パーフルオロヘキサンと同様、相対湿度が高い場合にリークが発生し、好ましくない。
【実施例0021】
次に実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。以下に実施例及び比較例に共通する試験方法について説明する。
【0022】
1.温湿度の確認と蒸気の濃度調整
図3または
図4に示した品質検査システム100a、100bにフィルターユニット3a、3bの枠体を設置し、上流側ダクト1の中に温湿度計プローブを設置して、送風ブロアー11を起動させ所定の風量に設定した。
温湿度を確認した後一旦送風ブロアー11を停止し、次に熱源4を評価用液体が揮発する設定温度にセットし上昇するまで放置した。熱源4の温度が設定値まで上昇したことを確認し、再び送風ブロアー11を作動させ設定風量になっていることを確認した。
評価用液体をビーカーに入れて送液ポンプ6に接続し、設定温度になった熱源4上に送り込み、蒸気を発生させた。
FID形VOC分析計(島津製作所製VMS-1000F)を、上流側サンプリング管8及び下流側のサンプリング管9に各々接続し、設定濃度になる様に送液ポンプ6の送り量を調整した。なお、蒸気の濃度はVOC分析計の表示値であるメタンガス換算濃度を蒸気の炭素数で除した値が、おおむね30±5ppmになるように設定した。調整が終わった後、評価用液体の供給と送風を停止した。
【0023】
2.フィルター
上記設置した枠体に、品質検査対象のフィルターユニット3a、3bを取り付けた。フィルターユニットは、実施例1,2,3及び比較例1,2では、610角フィルターユニットWAC-292W(定格風量50m3/min、株式会社ワカイダ・エンジニアリング製)、実施例4,5では、トレー型フィルターユニットWAC-678(定格風量10m3/min、株式会社ワカイダ・エンジニアリング製)を用いた。
【0024】
3.測定条件
送風ブロアー11を起動し、設定風量になっていることを確認後、ブランクの測定として上流側サンプリング管8及び下流側サンプリング管9に各々サンプリングポンプとガス分析用サンプリングバッグを設置し、2分間各々のガスをサンプリングした。サンプリングバッグをVOC分析計にセットして上下流のブランク値を測定した。続いて送液ポンプ6を起動した。起動後1分してから上流側サンプリング管8及び下流側サンプリング管9に各々サンプリングポンプとガス分析用サンプリングバッグを設置し、2分間各々のガスをサンプリングし、同様にVOC分析計で測定した。
【0025】
4.リーク率の計算
以下の数式によってフィルターのリーク率を算出した。
リーク率(%)={(下流側濃度-下流側ブランク)/(上流側濃度-上流側ブランク)}×100
【0026】
表1に実施例1~6、比較例1、2で用いた評価用液体及び測定結果を示す。
【0027】
【0028】
表1により、カーボン数9以上12以下のフッ素系化合物を蒸気として、相対湿度が75%以下で供給することで、リークを発生させずに検査できることがわかる。
【0029】
なお、上記開示した実施形態および各実施例はすべて例示であり制限的なものではない。また、実施の形態および各実施例で開示した構成を適宜組み合わせた実施の形態や実施例も本発明に含まれる。つまり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって有効であり、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内のすべての変更・修正・置き換え等を含むものである。
本発明の品質検査システムにより、従来のパーフルオロヘキサンを用いて行われていた方法に比べて、リークを抑えて検査ができる。また、本発明の品質検査システムは低コストで構成でき、データの安定性も良い。よって、活性炭素繊維を用いたフィルター、例えば、放射性ヨウ素除去用フィルター、の品質検査においては非常に有効であり、産業に大いに貢献できる。