JPH0249464B2 - Hannonetsusokuteisochi - Google Patents

Hannonetsusokuteisochi

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JPH0249464B2
JPH0249464B2 JP13279582A JP13279582A JPH0249464B2 JP H0249464 B2 JPH0249464 B2 JP H0249464B2 JP 13279582 A JP13279582 A JP 13279582A JP 13279582 A JP13279582 A JP 13279582A JP H0249464 B2 JPH0249464 B2 JP H0249464B2
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water tank
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thermocouple
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water
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Mamoru Kaiho
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/48Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation
    • G01N25/4806Details not adapted to a particular type of sample
    • G01N25/4826Details not adapted to a particular type of sample concerning the heating or cooling arrangements

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、固体と気体との反応熱、例えば、石
炭と水素との反応熱を測定するための装置に関す
るものである。
従来、物質の燃焼熱を測定するための熱量計は
種種市販され、かつ、その測定精度も比較的高い
が、固体と気体との反応熱を精度よく測定する反
応熱測定装置は、装置化の困難なガスの流通系を
必要とすることもあつて、未だ開発されていな
い。しかしながら、固体と気体の反応熱を精度よ
く測定することは、両者の反応の機構を解明する
上で非常に重要な意味を有し、その開発が強く要
望されている。
本発明者は、固体と気体との反応熱測定装置を
開発すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成
するに到つた。
すなわち、本発明によれば、円筒状の測定セル
内に、上端を貫いて反応温度測定用の熱電対を立
設し、周面上部に反応ガス流通孔を設けた固体試
料を封入させる円筒状の反応管を、その外側にヒ
ータ、内面を反射鏡面とする赤外線イメージ炉を
順次同心的に設けるとともに、この測定セルを円
筒状の水槽内に取付保持し、かつこの水槽内に
は、測定セル下端から水槽内周面に沿つて水槽上
部に開く生成ガスの熱交換用らせん管、撹拌棒、
水温測定用の熱電対等を各設け、さらに上記水槽
を反応ガス熱交換用のらせん管、撹拌機構、加熱
機構及び温度検知用熱電対を有する外部水槽内に
設けるとともに、外部には、前記内槽に設けた熱
電対、前記外槽に設けた熱電対及び前記外槽に設
けた加熱機構に各接続する自動温度調節器及び前
記測定セル内に設けたヒータに接続する電力計を
設けたことを特徴とする反応熱測定装置が提供さ
れる。
本発明の反応熱測定装置は、その基本構造にお
いては、外部水槽の中に水槽(内部水槽)が配設
され、そしてその内部水槽の中に測定セルが配設
された構造を有する。その実施例を図面について
説明すると、第1図は断熱容器内に配設した内部
水槽の内部構造説明図及び第3図は反応熱測定装
置の全体説明図を示し、1は測定セルであつて、
下端はフイン2を有する小径のフイルター収容部
3に形成されている。この測定セル1は、水槽4
内に適宜の取付具を介して吊設保持されており、
水槽4の蓋部を貫いて設けた反応ガス導入管5を
介して第3図に詳記した外部水槽40内の反応ガ
ス熱交換用らせん管23で一定温度に調節された
反応ガスが送り込まれ、またフイルター収容部3
底部から生成ガスが水槽4の内周面に沿うらせん
管6を通つて水槽4上部の生成ガス排出管7によ
り取り出されるようになつている。
第1図において、水槽4を包囲するように記載
された容器は、断熱容器であり、水槽4とその断
熱容器(第3図においては符号30で示されてい
る)との間は、空気や断熱材が充填される。第1
図においては、空気の充填例を示す。
測定セル1の内部には、第2図に示すように、
その蓋部に上部を接続し、下端をフイルター収容
部3に接続した1つの立管よりなる反応管8が画
設され、内部に設けた目皿9上に固形試料(例え
ば石炭)を封入するようになつている。この反応
管8の外側には外周面に4本のヒータ10が立設
され、その外方を取りまいて厚肉円筒状のアルミ
ブロツクよりなるイメージ炉11がアルミブロツ
ク内面を反射鏡面12として設けられている。1
3はこのアルミブロツクに埋入された冷却用水管
であつて、4本設けられ、第1図に明らかなよう
に回転羽根14を介して水槽4内の水を強制循環
するようになつている。水槽4の上面には、蓋部
を貫いて反応管8内に通ずる前記反応ガス導入管
5、生成ガス排出管7、ヒータ10に連なる電極
15の他に、下端を目皿9上の試料内に位置した
反応温度測定用の熱電対16、水槽4の水温測定
用の熱電対17並びに水槽4内に垂下取付され上
端を適宜の動力に接続して回転される撹拌棒18
が各々突設され、また加熱時の測定セル1内の気
体膨張を逃がすための逃しパイプ19が付設され
ていて、それらの取付部は水槽4と密封状態に作
られている。
測定セル1を収容する水槽4は、これを断熱容
器30に収容し、外部水槽40の内部に収容させ
て一体に組立てられる。即ち、第3図において、
40は外部水槽であつて加熱機構20、温度検知
機構21、撹拌機構22、反応ガス熱交換用らせ
ん管23を備え、さらに液面リレー24を介して
前記水槽4内に所要の水位まで外部水槽内の水を
供給するための外部水槽40と連通する電磁弁2
5付き連通管26を有している。反応ガス熱交換
用らせん管23は、外部より供給される反応ガス
(例えば水素)を外部水槽40内の水と同じ温度
まで熱交換したのち、前記反応ガス導入管5に接
続する。なお、27は自動温度調節器、28は温
度記録計であり、29は水量設定用の電気接点で
ある。30は断熱容器であり、断熱材31を内面
に張装して水槽4から外部へ熱の流出を遮断す
る。32は反応温度調節器、33は電力計であ
る。
本発明は上記のように構成され、測定セル1を
開いて反応管8内の目皿9上に一定量の粉末状の
固体、例えば石炭を封入し、測定セル1を水槽4
内に設入させるとともに、その全体を断熱容器3
0に収容して第3図のように外部水槽40内に収
容する。
次に、外部水槽40内に水を温度検知機構21
と自動温度調節器27の作用により、所要の温
度、例えば20℃に保持した後、電磁弁25を開
き、落差などを利用して外部水槽水の一部を連通
管26により水槽4内に導入する。その際、連通
管26は外部水槽水中を通過しているため水の調
整温度には変動がない。水槽4内の水量設定の電
気接点29を所定位置に設定しておくことによ
り、水槽4の水位はこの点まで上昇し、水位がこ
の電気接点の位置に達すると、液面リレー24が
作動して電磁弁25は閉になる。従つて、この操
作により、外部水槽内の一定温度に調整され水を
常に一定量水槽4内に自動的に秤量することがで
きる。
前記のようにして測定準備が終つた後、電極1
5から電気を通じてヒータ10を発熱させ、イメ
ージ炉11及び反応管8を介して反応管8内の固
体試料を加熱する。この場合、ヒータに通電した
電力量は電力計33により記録される。固体試料
の温度は熱電対16により測定され、温度記録計
により記録される。
試料温度が所定の反応温度に達した時に、反応
ガスを外部水槽40内の熱交換用らせん管23を
通じて加熱させ反応ガス導入管5から導入する。
この加熱された反応ガスは、反応管8内部に入
り、固体試料と接触反応する。
前記の接触反応により得られる生成ガスは、反
応管下部からフイルター収容部3を通り、その内
部のフイルター(例えば石英綿、脱脂綿などの充
填層)と接触し、生成ガス中に含まれる液状成分
がここで除去される。液状成分の除去された生成
ガスは、らせん管6を通つて水槽4の温度まで冷
却された後、生成ガス排出管7から排出される。
前記装置において、反応温度(試料の温度)は、
熱電対16とヒータ電極15に接続する反応温度
調節器32により所定の温度に調節され、その温
度は、時間に対して記録される。また、水槽4の
温度が反応経過と共に上昇すると、自動温度調節
器27と、それに接続する水槽4の水温測定用の
熱電対17及び外部水槽に対する温度検知機構2
1の熱電対と加熱機構20との協働作用により、
外部水槽40の水温は水槽4の水温に追随して上
昇する。この温度制御によつて、外部水槽40の
水温は常に水槽4の水温とほぼ等しい温度に保持
され、水槽4からの熱の逃散が防止され、また反
応ガスも熱交換用らせん管23により水槽40内
の水温にほぼ等しくなつてから水槽4内に供給さ
れるので、水槽4の効果的な断熱が達成される。
前記のようにして反応を所定時間行つた後、反
応を停止させる。即ち、反応ガスの導入、生成ガ
スの導出及びヒータ10の加熱をそれぞれ停止さ
せる。次いで、水槽4の水温の上昇が見られなく
なつた時の、その水温を測定し、測定を終了す
る。
前記のようにして測定を行つた場合、水槽4内
の水に加えられた全熱量Qは次の式で表わされ
る。
全熱量Qcal=(W1+W2)×△T () W1……水槽4の水量(g) W2……装置水当量(g) △T……測定前後の水槽4内の水温の差 また、水槽4内に導入された全熱量Q(cal)
は、固体試料と反応ガスとの反応による反応熱
と、ヒータ10により導入されたジユール熱と、
反応ガスと生成ガスとの顕熱との差に相当する熱
とを基準にすると、次の式で表わすことができ
る。
Qcal=q1+q2+q3 () q1……反応熱 q2……ジユール熱 q3……反応ガスと生成ガスの顕熱の差 従つて、前記()及び()の式から、反応
熱q1は次の式で表わされる。
q1=Q−(q2+q3) =(W1+W2)×△T−(q2+q3) 即ち、反応熱q1は、水槽4の水の量W1、装置
水当量W2、水槽4の水の温度上昇△T、ジユー
ル熱q2及び反応ガスと生成ガスの顕熱の差q3をそ
れぞれ測定することによつて求めることができ
る。この場合、水槽4内の水の量W1、及び装置
水当量W2は装置因子としてあらかじめ決定され
るので定数として扱われ、また反応ガスと生成ガ
スの顕熱の差q3は、それぞれのガスはいずれも水
槽4内の水温とほぼ等しい温度で導入及び導出さ
れるので、実質上無視することが可能である。従
つて、本発明の装置によれば、反応熱q1は、水槽
4内の水温上昇△Tと、ジユール熱q2とを測定す
ることによつて得ることができる。なお、ジユー
ル熱q2は、前記電流計33の記録に基づき、次式
に求められる。
q2=∫t 0I2Rdt () I……アンペア R……ヒータの抵抗(Ω) t……通電時間(秒) 本発明は以上説明したように、一定量の水の温
度上昇の測定と、外部に設けた電流計によるジユ
ール熱の測定とにより反応熱を知るものであり、
特に圧入すべき反応ガスを直接、反応管8内に導
入するとともに、反応管8をとりまくヒータ10
…を、厚肉円筒状のアルミブロツクの内面を反射
鏡面12とする赤外線イメージ炉11を介して加
熱するようにしたから、熱放射による熱移動が大
であつて試料の急速加熱が可能であるとともに、
上記イメージ炉11の反射鏡を冷却するために水
槽4内の水を強制循環させるようにしたため熱交
換性が増大でき、従つて、加熱時間の短縮とそれ
に伴う熱リーク量の減少による測定精度の向上を
図ることができ、さらに装置全体の構造を簡略化
することができる利点がある。そして、この場
合、加熱時に測定セル1内の気体膨張を逃がすた
めの逃しパイプ19は、加熱気体が水槽4内の水
と熱交換してから水槽4外部へ排出され、加熱終
了後は冷却した測定セル1内に吸い込まれセル内
を常圧に保つようにしたから熱リークを極度に減
少させることができ効率的である。
本発明は、種々の固体と気体との反応系、例え
ば石炭の水素化反応、石炭の乾留、バイオマス、
産業用廃棄物の熱分解、種々の金属鉱石のバイ焼
などにおける反応熱の測定に対して有利に適用さ
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は断熱容器内に配設した水槽の内部構造
説明図、第2図はその水槽内に配設された測定セ
ルの説明断面図、第3図は全体説明図である。 図中符号、1は測定セル、2はフイン、3はフ
イルター収容部、4は水槽、5は反応ガス導入
管、6はらせん管、7は生成ガス排出管、8は反
応管、9は目皿、10はヒータ、11はイメージ
炉、12は反射鏡面、13は冷却用水管、14は
回転羽根、16は熱電対、17は熱電対、18は
撹拌棒、19は逃しパイプ、23は反応ガス熱交
換用らせん管、26は連通管、27は自動温度調
節器、29は電気接点、30は断熱容器、32は
反応温度調節器、33は電力計である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 円筒状の測定セル内に、上端を貫いて反応温
    度測定用の熱電対を立設し、周面上部に反応ガス
    流通孔を設けた固体試料を封入させる円筒状の反
    応管を、その外側にヒータ、内面を反射鏡面とす
    る厚肉円筒状のイメージ炉を順次同心的に設ける
    とともに、この測定セルを円筒状の水槽内に取付
    保持し、かつこの水槽内には、測定セル下端から
    水槽内周面に沿つて水槽上部に開く生成ガスの熱
    交換用らせん管、撹拌棒、水温測定用の熱電対、
    上記イメージ炉周壁内に通ずる冷却用水管、並び
    に測定セルの膨張気体を排出する逃しパイプを各
    設け、さらに上記水槽を外部水槽内に設けるとと
    もに、この外部水槽には、前記反応管に接続する
    反応ガス熱交換用らせん管、撹拌機構、加熱機構
    及び温度検知用熱電対を各設け、さらに外部に
    は、前記内槽に設けた熱電対、前記外槽に設けた
    熱電対及び前記外槽に設けた加熱機構に各接続す
    る自動温度調節器及び前記測定セル内に設けたヒ
    ータに接続する電力計を各設けたことを特徴とす
    る反応熱測定装置。
JP13279582A 1982-07-29 1982-07-29 Hannonetsusokuteisochi Expired - Lifetime JPH0249464B2 (ja)

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