(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定圧力のガス流を発生する手段と、該ガス流を輸送する配管の途中に設けられ発生した超微粒子を前記ガス流にほぼ均等に乗せる超微粒子発生手段と、前記超微粒子発生手段の配管下流に配置され初段に試験用フィルタがその下流に後段フィルタがセットされたフィルタホルダと、前記超微粒子発生手段の上流の配管および前記超微粒子発生装置と前記フィルタホルダとの間の配管を所定の温度に加熱する第１の加熱手段とを具備し、
前記超微粒子発生手段が、銀、セシウム、ヨウ素、カーボン、その他の飛翔用材料を封入する坩堝手段と、該坩堝手段を加熱して前記飛翔用材料を溶融させる第２の加熱手段と、上流から輸送されてくる前記ガス流を前記坩堝手段内の飛翔用材料に吹き付けるノズル手段と、前記坩堝手段内において前記ガス流により吹き飛ばされた前記飛翔用材料の超微粒子を下流に送出するガイド手段とを有することを特徴とするフィルタ試験装置。
【請求項２】
前記坩堝手段が分解組立可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ試験装置。
【請求項３】
前記フィルタホルダが、上流側から下流側にかけて内径が大きくなり、該大きな内径が途中に形成された段部により前記上流側とほぼ同じ小さな内径に絞られほぼその内径のまま下流に連続するガス流通路を有し、前記段部の下流における前記段部で形成されたガス乱流が消滅しない領域に試験用フィルタをセットする第１フィルタセット部が形成され、該第１フィルタセット部の下流に後段フィルタをセットする第２フィルタセット部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ試験装置。
【請求項４】
前記段部の角部および隅部が、滑らかに形成されていることを特徴とする請求項３に記載のフィルタ試験装置。
【請求項５】
前記第１フィルタセット部および前記第２フィルタセット部が、各々分解組立可能に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のフィルタ試験装置。
【請求項６】
前記ガス流が、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、空気、燃焼ガス、その他のガスから成るガス流であることを特徴とする請求項１乃至５に記載のフィルタ試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銀（Ａｇ）、セシウム（Ｃｓ）、ヨウ素（Ｉ）等のＦＰ（Fusion Product）や核燃料構成材料のカーボン（Ｃ）等を除去するフィルタの性能試験を行うフィルタ試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、原子炉からなる高温ガス炉で高温ガスを生成し、この高温ガスにより直接タービンを駆動して発電を行う高温発電システムが研究されている。この高温発電システムでは、原子炉内で発生する前記したＦＰの飛翔付着によりタービン機器が高レベルで汚染されるため、そのタービン機器の保守に多大な時間や経費、さらには危険性等の負担が強いられる。
【０００３】
そこで、このようなＦＰをタービン機器の上流側で捕捉し、タービン機器への飛翔付着を防止するフィルタが研究開発されている。そして、このフィルタの性能試験を行うフィルタ試験装置も提案されている。
【０００４】
このフィルタ試験装置は、高温ガスのガス流にＦＰ等価の微粒子を乗せて試験用のフィルタを透過させ、そのフィルタにおける微粒子の捕捉率を測定するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このフィルタ試験装置における微粒子としては、ＦＰの一種である銀を使用しているものの、この銀をシリンダからプランジャにより微量を押し出して高温ガス流に乗せるものであったため、超微粒子として押し出すことが困難で、粒子が片寄ったり集合したり、あるいはガス流配管壁面に付着したりし、さらには詰まりが発生して連続供給ができなくなったりして、良好なフィルタ試験装置を実現することができなかった。
【０００６】
また、カーボン容器内に銀を入れて高周波誘導加熱により溶融蒸発させ、その蒸発した銀を冷たいガス流（窒素）に乗せることも行われているが、これでは蒸発した銀が直ちに結晶化して大きな粒子となり、やはり良好なフィルタ試験装置を実現することができなかった。
【０００７】
以上の問題は、使用する粒子として銀以外の粒子を使用する場合でも同様であった。
【０００８】
本発明の課題は、現実の高温ガス炉において発生する超粒子と等価な超微粒子乗せた高温ガス流を得られるようにし、以て良好なフィルタ性能試験が行えるようにしたフィルタ試験装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明は、所定圧力のガス流を発生する手段と、該ガス流を輸送する配管の途中に設けられ発生した超微粒子を前記ガス流にほぼ均等に乗せる超微粒子発生手段と、前記超微粒子発生手段の配管下流に配置され初段に試験用フィルタがその下流に後段フィルタがセットされたフィルタホルダと、前記超微粒子発生手段の上流の配管および前記超微粒子発生装置と前記フィルタホルダとの間の配管を所定の温度に加熱する第１の加熱手段とを具備し、
前記超微粒子発生手段が、銀、セシウム、ヨウ素、カーボン、その他の飛翔用材料を封入する坩堝手段と、該坩堝手段を加熱して前記飛翔用材料を溶融させる第２の加熱手段と、上流から輸送されてくる前記ガス流を前記坩堝手段内の飛翔用材料に吹き付けるノズル手段と、前記坩堝手段内において前記ガス流により吹き飛ばされた前記飛翔用材料の超微粒子を下流に送出するガイド手段とを有するよう構成した。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記坩堝手段が分解組立可能に構成されているようにした。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記フィルタホルダが、上流側から下流側にかけて内径が大きくなり、該大きな内径が途中に形成された段部により前記上流側とほぼ同じ小さな内径に絞られほぼその内径のまま下流に連続するガス流通路を有し、前記段部の下流における前記段部で形成されたガス乱流が消滅しない領域に試験用フィルタをセットする第１フィルタセット部が形成され、該第１フィルタセット部の下流に後段フィルタをセットする第２フィルタセット部が形成されているよう構成した。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、前記段部の角部および隅部が、滑らかに形成されているよう構成した。
【００１３】
第５の発明は、第３又は第４の発明において、前記第１フィルタセット部および前記第２フィルタセット部が、各々分解組立可能に形成されているよう構成した。
【００１４】
第６の発明は、第１乃至第５の発明において、前記ガス流が、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、空気、燃焼ガス、その他のガスから成るガス流であるよう構成した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は本発明のフィルタ試験装置の実施形態の全体を示すシステム図である。同図において、１はキャリアガスとしての窒素ガスを供給する膜圧窒素発生器等からなる窒素ガス供給装置、２は配管（例えば12.7mmφ、SUS316）、３は圧力調整装置、４はそれら配管２に装着した高周波誘導加熱コイル、５は窒素ガスに乗せるための銀粒子を発生させる銀粒子発生器、６は試験用のフィルタと別のフィルタをセットするためのフィルタホルダ、７は最終的に排気する窒素ガスを冷却するための２重管式水冷方式の冷却器である。
【００１６】
このフィルタ試験装置では、窒素ガス供給装置１から0.8 Nm3/h程度の流量で窒素ガスが供給され、圧力調整装置３において0.1Kg/cm2程度に減圧調整されてから、配管２により銀粒子発生器５に吹き付けられる。高周波誘導加熱コイル４は、内部に冷却水を流通した銅製パイプのコイルであり、配管２に巻き付けてられており、そのコイル４に高周波電流を流すことにより渦電流発熱して、銀粒子発生器５の上流側および下流側の窒素ガスを約９００℃程度に加熱する。銀粒子発生器５は、後記する加熱手段（５０６）で例えば９００〜１２００℃程度に加熱溶融させた銀Ａｇに対して前記した窒素ガスを吹き付け、蒸発している銀粒子を弾き飛ばしてその窒素ガス流にほぼ均等に乗せるものである。ここで、発生する銀超微粒子の量は、その加熱温度、窒素ガスの量、そのガス流の吹き付け速度等に比例して増大する。フィルタホルダ６は加熱手段（６０６）により９００℃程度に加熱されており、ここでは、その上流側に試験用フィルタをセットすると共に下流側に後段フィルタをセットして保持し、事後にそれらのフィルタを取り出して前段の試験用フィルタで捕捉した銀粒子量と、全フィルタで捕捉した全銀粒子量を比較（重量比、あるいは化学反応を利用した分析）することにより、前段の試験用フィルタの性能（捕捉率）を測定する。このフィルタホルダ６での圧力損失は0.1Kg/cm2程度であり、そこを通過した窒素ガスは冷却器７で７０℃程度に冷却されてから、大気に排出される。
【００１７】
図２は銀粒子発生器５の詳細を示す断面図である。５０１は銀Ａｇを坩堝５０１ａに入れた坩堝ブロック、５０２は坩堝５０１ａに連続する穴５０２ａをもつブロック、５０３はガス流の配管上流側に連続するノズル２０１の先端を坩堝５０１ａの直上にガイドすると共に坩堝５０１ａから弾き飛ばされた粒子を下流側配管２０２にガイドするガイドブロックである。また、５０４は坩堝５０１ａを温度制御するためにその温度を測定するサーモカップル等の温度測定素子、５０５は銀粒子発生器５の全体を保温するセラミックス等からなる保温材、５０６は内部に冷却水が流通する銅製の高周波誘導加熱コイルである。なお、ブロック５０１と５０２との間は、ボルト（図示せず）とメタルＯリング５０７によって水密的に結合されている。ここにおけるブロック５０１〜５０３としては、耐熱鋼が好ましい。
【００１８】
この銀粒子発生器５では、坩堝５０１ａに封入した銀Ａｇが高周波誘導加熱コイル５０６により９００〜１２００℃（少量発生の場合ほぼ９６０℃）程度に加熱溶融されており、そこに９００℃程度に加熱された窒素ガス流がノズル２０１から0.1Kg/cm2程度の圧力で直接吹き付けられることにより、蒸発している銀粒子が高温のまま飛び出し、窒素ガス流にほぼ均等に乗って配管２０２から下流に流出していく。このときの銀粒子の発生量は２×1013atom/s程度であり、その粒子の径は0.001〜10μｍ程度である。よって、例えば２週間連続運転するときは、坩堝５０１ａには余裕をみて0.47cc程度の銀を封入しておけばよい。
【００１９】
図３はフィルタホルダ６の詳細を示す断面図である。６０１はガス流の流入側ブロックであり、上端は高周波誘導加熱コイル４付きの配管２を経由して銀粒子発生器５に接続され、そのガス流通路６０１ａは上部から下方にかけてその内径が例えば１０度勾配で順次大きくなり、その下端は上部の内径の４〜５倍（例えば41.8 mm）に大きくなっている。６０２は乱流形成ブロックであり、流入側ブロック６０１のガス流通路６０１ａに連続する大径のガス流通路６０２ａが形成され、そのガス流通路６０２ａの下部は段部６０２ｂにおいて前記ガス流通路６０１ａの上部の内径と同程度の狭い内径（例えば１０mm）のガス流通路６０２ｃとなるよう絞られている。この段部６０２ｂから下端までのガス流通路６０２ｃの長さは例えば２０mm程度に短くなっている。なお、このガス流通路６０２ａから６０２ｃに内径が変化する段部６０２ｂでは、角や隅部分や滑らかに形成されている。６０３は上部フィルタガイドブロック、６０４は下部フィルタガイドブロックである。上部フィルタガイドブロック６０３では、その上端にそのガス流通路６０３ａより大きな径（ほぼ２倍）のフィルタセット部６０３ｂが形成され、そこに試験用フィルタ８１がセットされて乱流形成ブロック６０２との間で保持されている。下部フィルタガイドブロック６０４では、その上端にそのガス流通路６０４ａより大きな径（ほぼ２倍）のフィルタセット部６０４ｂが形成され、そこに下段フィルタ８２がセットされて上部フィルタガイドブロック６０３との間で保持されている。これらのフィルタ８１，８２の外径もガス流通路６０３ａ，６０４ａの例えばほぼ２倍となっている。なお、ブロック６０１と６０２の間、６０２と６０３の間、６０３と６０４との間は、各々ボルト（図示せず）およびメタルＯリング６０５によって水密的に結合されている。また、このフィルタホルダ６の周囲には、銀粒子発生器５と同様に、内部に冷却水が流通する銅製の高周波誘導加熱コイル６０６が保温材（図示せず）を介して巻き付けられている（図１参照）。
【００２０】
試験用フィルタ８１の試験断面積はガス流通路６０２ｃ，６０３ａの断面積と同じで比較的大きい（内径１０mm程度）ため、その窒素ガスの流速が中央部で速く周辺部が遅くなるような不均一分布、つまり層流となりやすく、適正なフィルタ試験を行うことができなくなる。これを解決するためには、ガス流通路に絞りを形成して乱流を発生させることが考えられるが、この絞りではその部分では乱流になるものの、元の径の戻った下流部分では層流に戻り、効果的でない。
【００２１】
そこで本実施形態では、ガス流通路の内径をブロック６０１において４〜５倍程度に連続的に順次大きくしその大径部分をブロック６０２の下部近くまで同じ径で連続させ、そのブロック６０２の下部の段部６０２ｂで再度元の内径に戻すように形成して、その問題を解決した。ここでは、ガス流通路の内径が大きくなった部分でガス流の流速が一旦低下して安定した層流となり、段部６０２ｂで乱流となって高速化し、その後はもとの狭い内径の流路内を流れるので、乱流状態つまり流速分布がほぼ均一な状態が少なくともガス流通路６０２ｃから６０３ａにかけて、さらにガス流通路６０４ａまではしばらく継続し、層流になる以前にフィルタ８１，８２に流入するようになる。このとき、段部６０２ｂの角部や隅部が滑らかであるので、その流速分布はより均一化される。したがって、フィルタ８１，８２には流速分布が均一で銀粒子がほぼ均一乗った窒素ガスが流入するので、フィルタ８１の有効フィルタ面積部分を均一に試験できる。
【００２２】
前記したように、本試験装置を例えば２週間連続運転してから試験用フィルタ８１と後段フィルタ８２を取り外し、その試験用フィルタ８１で捕捉した銀粒子の重量をＤ１とし、後段フィルタ８２で捕捉した銀粒子の重量をＤ２とすると、Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）により試験用フィルタ８１の捕捉率を測定することができる。
【００２３】
［その他の実施の形態］
なお、上記では試験用フィルタ８１で捕捉されなかった銀粒子が後段のフィルタ８２によって完全に捕捉されることを前提としているが、後段のフィルタ８２で完全に捕捉できない場合には、後段フィルタを増加してフィルタ段数をｎ（≧３）段以上にし、Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２＋・・・＋Ｄｎ）（Ｄ２〜Ｄｎは後段フィルタで各々捕捉した銀粒子の重量）により試験用フィルタ８１の捕捉率を測定すればよい。また、各フィルタで捕捉した銀粒子量は、重量によらず、ＨＮＯ3により溶解させて化学分析により測定することもできる。
【００２４】
また、以上の説明では銀粒子をフィルタに運ぶキャリアガスとして窒素ガスを使用したが、アルゴンガス、ヘリウムガス、空気、燃焼ガスやその他の任意のガスを使用することができる。さらに、本発明のフィルタ試験装置は、原子炉からなる高温ガス炉の飛翔物（前記した銀以外にもヨウ素、セシウム、カーボン等がある。）を捕捉するフィルタの試験にとどまらず、その温度範囲は最高４０００℃程度まで、圧力は最高２０Kg/cm2程度までの条件での各種の飛翔物の捕捉用フィルタの試験に利用でき、例えば、トカマク炉等の核融合炉の飛翔物捕捉用フィルタ、原子力施設の飛翔物捕捉用フィルタ、石炭高温ガス化発電施設の飛翔物捕捉用フィルタ、火災や爆発事故での飛翔物捕捉用フィルタ、ガスタービンやジェットタービンでの混入飛翔物捕捉用フィルタ、人工衛星への宇宙空間からの飛翔物の捕捉用フィルタ等の試験用として利用できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上から第１の発明によれば、所望の飛翔物をほぼ均等に高温ガス流に乗せて試験用フィルタおよび後段フィルタに輸送することができ、また、溶融し蒸発した飛翔用材料に対して高温ガスを吹き付けるので、飛翔物を正確に超微粒子の形で飛翔させることでき、適正なフィルタ試験を行うことができるようになる。
【００２６】
第３乃至第５の発明によれば、試験用フィルタに対して流れるガス流が乱流となりその速度分布がほぼ均等となるので、そのフィルタを性能試験をより適正に行うことができるようになる。
【００２７】
第６の発明によれば、あらゆるガス流が使用できるので、各種用途用のフィルタの性能試験が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態のフィルタ試験装置のシステム構成図である。
【図２】  銀粒子発生器の断面図である。
【図３】  フィルタホルダの断面図である。
【符号の説明】
１：窒素ガス供給装置、２：配管、３：圧力調整装置、４：高周波誘導加熱コイル、５：銀粒子発生器、５０１：坩堝ブロック、５０２：ブロック、５０３：ガイドブロック、６：フィルタホルダ、６０１：流入側ブロック、６０２：乱流形成ブロック、６０３：上部フィルタガイドブロック、６０４：下部フィルタガイドブロック、７：冷却器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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