JP4642599B2 - 放射性物質除去フィルターユニット - Google Patents

Description

本発明は、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放射性物質除去フィルターユニットに関するものである。

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。

近年は、原子力技術の利用の高まりから、大学の研究施設や医療施設あるいは原子力発電所などにおいて排出される放射性気体量も増加する傾向にあり、また、環境面への配慮からも、大気中に排出される放射性気体の濃度の規制が一段と厳しく設定されてきている。

このため、設置されている空気浄化装置の見直しが図られてきているが、放射性気体濃度の規制の厳格化が図られると、既設の空気浄化装置を取り替えたり改変したりしなければならないという事態が生じる。現在一般的に用いられているフィルターユニットは「トレイ型」と呼ばれる、側面の一方向の流入口から気体が流入し、流入された気体がチャコール層を介して垂直方向に流れる構造をとっている。図１にトレイ型フィルターユニットを使用した装置を掲げる。図１の装置では、施設内の放射性同位元素を含んだ気体はプレフィルター１、ＨＥＰＡフィルター２を通じて上下に各々約５ｃｍ厚に調製された粒状活性炭固定床の側面の所定の開口面積を有する流入口３より流入し、固定床４を通じて放射性同位元素を吸着して上下に排気される。トレイ型ユニットは上下２層からなる活性炭固定床４を有し、これが装置のレール状のジャケット５に置かれて固定される。上下の固定床の間は約３ｃｍの空間を有しており、側面の流入口から流入したガスはこの空間を通じて上下の活性炭固定床に通じる。

こうしたトレイ型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１参照）。このようなトレイ型ユニットに用いられる粒状活性炭は、使用後においては集荷した後、次の要領で解体し、焼却処理がなされている。即ち、側面に設けられた取出口の蓋のビスを外して取り外し、トレイ型ユニットを専用の装置で傾けながら内部の活性炭を回収容器内に回収する。また新しい活性炭はこれと逆の操作で投入される。回収された活性炭は焼却炉へ定量投入して炉内で旋回しながら焼却すると共に、フレーム等は圧縮処理装置で圧縮してドラム缶に封入している。前記従来のトレイ型フィルターユニットは、充填時の重量が５０ｋｇ以上あるため取り扱いにくく、また活性炭を回収容器内に移し変える際に粉塵が発生して作業環境が悪くなり、更にはフレームが鋼板またはＳＵＳ板からなるために焼却できず、解体作業が面倒であるばかりでなく、解体後に圧縮しても減容率が小さく、貯蔵するドラム缶の数量が多くなり、廃棄物貯蔵施設が手狭になるという不都合を有していた。

そのため、シート化されたチャコールフィルターを内蔵し、該シート状チャコールフィルターへの通過による放射性気体成分の捕集除去を行うことが提案されている（特許文献２参照）。また、ここではチャコールフィルターは織布状、不織布状の活性炭素繊維が用いられている。しかしながら、ここで用いられている活性炭素繊維を用いたフィルターユニットは前述のトレイ型に対応するものでないため、これをそのまま用いることができない。そこで本発明者らは、ひだ折りされたフィルターの山を流入口側に向けて配置し、フィルターユニットの枠体の流出側の上下面の少なくとも一方に貫通孔を設置したフィルターユニットを提案した（特許文献３参照）。

しかしながら、最近ではさらに高い捕集効率や寿命を得るためにフィルターユニット中に多層のフィルターを積層して充填することが求められている。この場合、所定の通過線風速を維持するのに必然的に山と山の間隔を狭める必要があるが、このフィルターユニットでは、ひだ折りされた山高さが高いために山と山の間隔を狭めるとユニットの圧力損失が高くなってしまう問題を有している。
特公昭６２−４４２３９号公報 特開２００３−６６１９１号公報 特願２００４−２９７６９５号公報

本発明は、上記従来技術の問題を解消するために創案されたものであり、より多くの量の活性炭素繊維を充填したトレイ型ユニットを可能にして、従来のトレイ型ユニットと同等程度の圧力損失を維持し、かつ従来の問題である重量による取扱性を向上させ、かつ燃焼の可能なトレイ型ユニットを提供することを技術的な課題とするものである。

本発明はかかる課題を達成するために鋭意検討した結果、得られたものである。
即ち、本発明は側面の一方向の流入口から気体が流入し、流入された気体がフィルターを介して垂直方向に相対する上下面の少なくとも一方の流出口から流出するトレイ型の放射線物質除去フィルターユニットにおいて、側面の流入口から流入した気体が、ひだ折りされたフィルターを介して流入口の流れと垂直の方向へ流出することを特徴とする放射性物質除去フィルターユニットである。
本発明の放射性物質除去フィルターの好ましい態様では、ひだ折りされたフィルターの一方の面が外部に露出し、他方の面が天板内壁とひだ折りされたフィルターの間に気体が流入口より流れ入るための空隙部ｄを有し、空隙部ｄにおけるフィルターと天板内壁の間隔（Ｄｄ）がひだ折りされたフィルターの山高さの１０％以上確保されるようになっており、また流入口とフィルター保持板の間に空隙部ａを有し、空隙部ａにおける流入口とフィルター保持板の間隔（Ｄａ）は、空隙部ｄにおける間隔（Ｄｄ）より大きくなっており、またひだ折りされたフィルターが活性炭素繊維を主成分としたシートで構成されており、またフィルターユニットの枠体および壁面、およびひだ折りされたフィルター内のセパレーターが燃焼可能な材料で構成されている。

本発明によれば、より多くの量の活性炭素繊維を充填して高い捕集効率や寿命を得ながら、従来のトレイ型ユニットと同等程度の圧力損失を維持し、かつ問題である重量による取扱性を向上させ、かつ燃焼の可能なトレイ型ユニットを提供することが可能となる。

以下、本発明の放射性物質除去フィルターユニットを詳細に説明する。
図２ａ及び図２ｂは本発明のフィルターユニット例の全体概略図であり、それぞれ流入口側よりユニットの枠体天板方向及び濾材開口面方向から見た図を示す。図２ａ及び図２ｂからわかるようにフィルターユニットはひだ折りされたフィルター６とセパレーター７、これらを囲う枠体８ａ、フィルターをユニット内部で保持する板９から構成される。流入口の前にはフィルター保持板９があり、その保持板９の向こう側に放射性物質を濾過するフィルター６がある。フィルター６の上下面のうち一方にはフィルター６と天板８ｂ内壁の間に気体の通路が存在するように天板８ｂを設け、他方にはフィルターが外部に露出するように枠体に開口を設けている。図３は図２ａ及び図２ｂのフィルターユニットが取り付けられたトレイ型フィルターユニット装置の断面図の一部を示す。図３に示すようにフィルターユニットはフィルター保持板９が見える側を流入口３側にするようにレール状のジャケット５に取り付けられる。気体は流入口３から、流入口３と保持板９の間に保持されている空隙部ａと、天板８ｂの内壁とフィルター６の間に構成されている空隙部ｄを通じて、ひだ折りされかつセパレーターにより一定の間隔を有したシート状のフィルター６を通過して流入口３の流入方向に対して垂直の方向に排出される。

本発明のフィルターユニットは、図３に示すようにひだ折りされたシート状フィルターが流入口３と保持板９の間の一定の間隔（Ｄａ）が存在する空隙部ａと、ユニットの天板８ｂ内壁とひだ折りされたフィルター６の間の一定の間隔（Ｄｄ）が存在する空隙部ｄによって空気の緩衝部分を構成し、これによりひだ折りされたフィルターに低圧損で均一な流速分布を提供することが可能となる。また、この緩衝部分により一方の側面の流入口から流入した気体が流入口の流れと垂直の方向へ流出することができる。ひだ折りされたシート状フィルターの保持板９と流入口３の間の空隙部ａの間隔（Ｄａ）は空気の流通に対する構造抵抗抑制のため、少なくともユニットの天板８ｂ内壁とひだ折りされたフィルターの間の空隙部ｄの間隔（Ｄｄ）より大きいことが好ましく、ＤａはＤｄの１．５倍以上であることがより好ましい。ＤａがＤｄに対して小さい場合、構造抵抗が大きくなり、フィルターユニットの圧力損失が上昇し、好ましくない。また、ユニットの天板８ｂ内壁とひだ折りされたフィルターの間の空隙部ｄの間隔（Ｄｄ）はフィルターへの均一な風速分布を得るうえで大きいほど望ましいが、ひだ折りされたフィルターの山高さの好ましくは１０％以上、より好ましくは１２％以上、さらに好ましくは１５％以上である。Ｄｄがフィルター山高さの１０％より小さい場合、フィルターに風速の分布が生じ、フィルターが有効に利用されない部位が生じてしまうため好ましくない。

本発明のフィルターは活性炭素繊維を主材料とするシート状のものであることが望ましい。ここで使用される活性炭素繊維は公知の方法で製造されたものであり、例えばＢＥＴ法による比表面積が７００ｍ^２／ｇ以上を有し、かつＢＪＨ（Ｂａｒｒｅｔｔ−Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ）法、マイクロポア孔についてはＨＫ（Ｈｏｒｖａｔｈ−Ｋａｗａｚｏｅ）法により求められた細孔分布から算出された細孔直径３〜３０ｎｍの細孔容積０．１５ｃｃ／ｇ以下、細孔直径３ｎｍ未満の細孔容積０．５０ｃｃ／ｇ以上の細孔特性を有するものが有機系ヨウ素化合物の脱離および加熱による脱着が生じないため好ましく使用される。形態としては不織布、織布、編地、紙状物でシートであれば特に限定されない。また、除去特性を向上させるために所定のシートを何層にも積層したり、製造時の取扱性向上のため他の素材からなるシートを積層して用いてもよい。しかしながら、あまり充填密度の高いシートを用いた場合、圧力損失が高くなるため、シートの透過速度係数が０．０２〜０．２ｃｍ／ｓ／Ｐａであることが望まれる。透過速度係数とはある一定の圧力損失がある場合の気体の風速を示すものであるが、望ましくは０．０３〜０．１９ｃｍ／ｓ／Ｐａ、さらには０．０４〜０．１８ｃｍ／ｓ／Ｐａであることが特に望ましい。本来はこうした透過速度係数は大きいほど望ましいが、０．２ｃｍ／ｓ／Ｐａより大きい場合、有効な除去効率と寿命を確保することが困難となり、また０．０２ｃｍ／ｓ／Ｐａより小さい場合は気体が流通しにくくなっているため本来の使用条件の風速に対応することが困難になり、好ましくない。シートは厚みが２〜２０ｍｍであり、重量が２００〜２０００ｇ／ｍ^２であることがひだ折り時のハンドリングにおいて望ましいが、設定風量などが適宜勘案されるため特に限定されるものではない。

また、特にフィルターの有機ヨウ素の除去特性を向上させるために活性炭素繊維に１種類以上の薬品を添着してもよい。かかる薬品としては、１，４−ジアザ−２，２，２−ピシクロオクタン（トリエチレンジアミン）、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−アミノプロピル）−ピペラジン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−アミノエチルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、１，５−ジアザビシクロウンデセン、ポリ−３級−ブチルアミノエチルメタクリレート、ポリエチレンイミン、１，５−ジアザピシクロ〔４，３，０〕ノン−５−エン、１，５−ジアザピシクロ〔５，４，０〕ウンデ７−５−エン、２−メチル−１，４−ジアザピシクロ〔２，２，２〕オクタン、フェニルヒドラジン、２−シアノピリジン、ジイソプロピルアミン、トリメチルアミノエチルピペラジン、ヘキサメチレンテトラミン、メチルポリエチレンイミン、ポリアルキルポリアミン等のアミン類の他、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化錫などの金属ヨウ化物が好適に用いられる。

さらに、本発明のフィルターユニットは枠体が燃焼可能な材料で構成されていることが好ましい。このことにより従来のように重量のある鋼板製のトレイ型ユニットを活性炭の交換時に専用の装置を用いて取り扱うことなく、ユニット全体の交換で済むため作業者の負担が軽減される他、燃焼可能な材料と活性炭素繊維のフィルターを一緒に焼却できるため燃焼効率が良くなり、廃棄業者の負担も軽減される。燃焼可能な材料としては木材の他プラスチック類、ダンボールのような紙類、繊維成形物などが挙げられるが、空気中で燃焼するものであればこれに限定されない。

次に実施例、比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、測定方法は下記の方法に準拠した。
（１）透過速度係数
フィルターサンプルを７ｃｍφに打ち抜き、風速８ｃｍ／ｓｅｃの空気を流してそのときの圧力損失を計測する。さらに風速をそのときの圧力損失で除して透過速度係数とした。
（２）細孔特性
島津製作所製ＡＳＡＰ２０１０を使用し液体窒素温度における窒素吸着等温線より以下の各項目を算出した。
比表面積：ＢＥＴ法による（相対圧０．０２〜０．２）
細孔容積：メソポア孔についてはＢＪＨ（Ｂａｒｒｅｔｔ−Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ）法により、マイクロポア孔についてはＨＫ（Ｈｏｒｖａｔｈ−Ｋａｗａｚｏｅ）法により求められた細孔分布から算出した。

実施例
公知の方法で得られた比表面積が１４９０ｍ^２／ｇ、細孔直径３〜３０ｎｍの細孔容積が０．０１ｃｃ／ｇ、細孔直径３ｎｍ未満の細孔容積が０．８３ｃｃ／ｇ、重量が２００ｇ／ｍ^２、厚みが２．５ｍｍの活性炭素繊維不織布３枚とその両面に重量１００ｇ／ｍ^２のポリプロピレン繊維からなる不織布をニードルパンチにより積層し、積層フィルターＡとした。この積層フィルターの厚みは９ｍｍ、重量は１５００ｇ／ｍ^２、透過速度係数は０．１６ｃｍ／ｓ／Ｐａであった。さらに同様の活性炭素繊維不織布２枚とその両面に重量１００ｇ／ｍ^２のポリプロピレン繊維からなる不織布をニードルパンチにより積層し、積層フィルターＢとした。この積層フィルターの厚みは５ｍｍ、重量は６００ｇ／ｍ^２、透過速度係数は０．２４ｃｍ／ｓ／Ｐａであった。
このフィルターＡ、Ｂを引きそろえて山高さ１３０ｍｍ、山数１５山でひだ折り加工し、幅６０７ｍｍにスリットし、ひだとひだの間に山高さ５ｍｍ、長さ６０７ｍｍ、幅１１０ｍｍの波型セパレーターを挿入して寸法６０７ｍｍ×５９１ｍｍ、高さ１３０ｍｍのひだ折りフィルターとした。
厚み１２ｍｍ、幅１５５ｍｍの合板を用いて外寸６１５ｍｍ（内寸５９１ｍｍ）×７００ｍｍ（高さ１５５ｍｍ）のコの字型に枠を組み、フィルターが接する部分に発泡ウレタン樹脂を塗布してひだ折りフィルターを固定した。このときひだ折りフィルターの山側になっている部分をコの字枠の下の部分に固定し、高さ１５５ｍｍのうち２２ｍｍが余るように固定した。フィルターが固定されていない一方の端面に５９１ｍｍ×１３０ｍｍ（厚み１２ｍｍ）の合板を発泡ウレタン樹脂を塗布してフィルターに接合した。このとき枠組みには６６ｍｍ分の合板部分が突出していた。
ここに６６ｍｍ（厚み１２ｍｍ）の合板を用意して長さ５９１ｍｍにカットし突出している部分の下の部位に接合した。さらにこの木枠の上面、即ちフィルターとの間に２２ｍｍのスペースが形成されている方向に７００ｍｍ×６１５ｍｍ（厚み６ｍｍ）の天板を取り付け、図２ａ，２ｂに示すようなトレイ型フィルターユニットとした。このフィルターユニットの重量は８ｋｇで、このときの流入口とフィルター保持板の間隔（Ｄａ）は６６ｍｍ、フィルターと天板内壁の間隔（Ｄｄ）は２２ｍｍであった。空隙を構成する部分には合板との接合部分にリークが生じないようにシリコン樹脂でシールした。
このユニットを開口部が５８０ｍｍ×５０ｍｍの寸法を有するトレイ型ユニット装置に装着した。このときのユニットの圧力損失は風速９．４ｍ^３／分で３２０Ｐａであった。

比較例
実施例で使用した活性炭素繊維不織布を６７６ｍｍ×５９１ｍｍの寸法で１４枚分用意した。外寸７００ｍｍ×６１５ｍｍ×５０ｍｍ、厚み１２ｍｍの木枠を２つ作り、各々木枠の底にプラスチック製のネットを張った。木枠の中に先の用意した活性炭素繊維不織布を７枚ずつ入れ、活性炭素繊維と木枠の部分に接着剤を塗布して接着した。
さらに７００ｍｍ長×６０ｍｍ幅、厚み１２ｍｍの合板２枚、および６１５ｍｍ長×６０ｍｍ幅、厚み１２ｍｍの合板１枚をコの字型に組み、それを活性炭素繊維の充填された木枠のひとつの上に寸法を合わせて乗せ、さらにその上にもうひとつの活性炭素繊維の充填された木枠を寸法を合わせて乗せた。こうして外寸奥行７００ｍｍ、幅６１５ｍｍ、高さ１６０ｍｍで側面が開口しているひだ折りされていないフィルターユニットを作成した。このユニットの活性炭素繊維含有量は１２３０ｇであり、全体重量は９ｋｇであった。
このユニットを開口部が５８０ｍｍ×５０ｍｍの寸法を有するトレイ型ユニット装置に装着した。このときのユニットの圧力損失は風速９．４ｍ^３／分で１５０９Ｐａであった。

従来のトレイ型フィルターユニットを使用した装置を示す。 本発明のトレイ型フィルターユニットの一例を示す。 本発明のトレイ型フィルターユニットの一例を示す。 本発明のトレイ型フィルターユニットを取り付けた装置の断面図の一部を示す。

符号の説明

１ ： プレフィルター
２ ： ＨＥＰＡフィルター
３ ： 流入口
４ ： 活性炭固定床
５ ： レール状ジャケット
６ ： フィルター
７ ： セパレーター
８ａ： 枠体
８ｂ： 枠体（天板）
９ ： フィルター保持板

Claims (4)

1. 側面の一方向の流入口から気体が流入し、流入された気体がフィルターを介して垂直方向に相対する上下面の少なくとも一方の流出口から流出するトレイ型の放射線物質除去フィルターユニットにおいて、側面の流入口から流入した気体が、ひだ折りされたフィルターを介して流入口の流れと垂直の方向へ流出すること、及びひだ折りされたフィルターの一方の面が外部に露出し、他方の面が天板内壁とひだ折りされたフィルターの間に気体が流入口より流れ入るための空隙部ｄを有し、空隙部ｄにおけるフィルターと天板内壁の間隔（Ｄｄ）がひだ折りされたフィルターの山高さの１０％以上確保されていることを特徴とする放射性物質除去フィルターユニット。
2. 流入口とフィルター保持板の間に空隙部ａを有し、空隙部ａにおける流入口とフィルター保持板の間隔（Ｄａ）は、空隙部ｄにおける間隔（Ｄｄ）より大きいことを特徴とする請求項１に記載の放射性物質除去フィルターユニット。
3. ひだ折りされたフィルターが活性炭素繊維を主成分としたシートで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性物質除去フィルターユニット。
4. フィルターユニットの枠体および壁面が燃焼可能な材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放射性物質除去フィルターユニット。

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