JPH0215014B2 - - Google Patents

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
開発すべく鉛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、円筒状の試料セル
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
ータを備えた加熱管、筒状の反射板、反応ガスの
熱交換用らせん管を順次同心的に設け、かつ上記
らせん管の先端を加熱管の下方内部に開口させて
封入するとともに、この試料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、試料セル
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、攪拌機構、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試料セル内
に設けたヒータに接続する電流計を設けたことを
特徴とする反応熱測定装置が提供される。

本発明の実施例を図面について説明すると、第
１図は外部水槽を除いた要部を示し、１は試料セ
ルであつて、外周面にフイン２が列設され、下端
は同じくフインを有する小径のフイルター収容部
３に形成されている。この試料セル１は、水槽４
内に適宜の取付具（図示せず）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を介して後述する外部水槽１９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。

試料セル１の内部には、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
にヒータ１０を巻装した加熱管１１が上下端を密
封して重合され、さらにその外側を間隔をおいて
ステンレス板よりなる円筒状の反射板１２が取り
囲んでいる。前記反応ガス導入管５は、この反射
板１２を取りまくらせん管１３を経て加熱管１１
の下方の内部に開口しており、反応ガスは、加熱
管１１と反応管８の間を通つて上昇し、反応管８
の上部周面に横列した反応ガス流通孔１４を通つ
て反応管８内に流入するようになつている。水槽
４の上面には、蓋部を貫いて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のほかに、下端を試料セル１内の試料内に位
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ならびに水槽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が各々突設されており、それらの取付部
は水槽４と密封状態に作られている。

上記第１図に示す部分は、前記したように、さ
らに外部水槽に収容して一体に組立てられる。す
なわち、第２図において、１９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２
２、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１９と連通する電磁弁２５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１９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は電流計である。

本発明は上記のように構成され、試料セル１内
に目皿９上に一定量の粉末状の固体、例えば石炭
を封入し、試料セル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３０に収容して第２
図のように外部水槽１９内に収容する。

次に、外部水槽１９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た水
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、加熱
管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気
量は電流計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１９内の熱交換用らせん管２３を
通じて反応ガス導入管５から導入する。この反応
ガスはらせん管１３を通り、下部らせん管の出口
を通つて反応管８と加熱管１１との間の空隙部に
入り、この空隙部を上昇し、その間に所要の反応
温度に加熱される。そして、この加熱された反応
ガスは、反応管の上部周囲に横列した反応ガス流
通孔１４から反応管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及び外部水槽水に対する温度検知機構
２１の熱電対と加熱機構２０との協働作用によ
り、外部水槽１９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１
９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１
９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。

Ｑ（cal）＝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、反射板１２を取りま
くらせん管１３を介して加熱管１１の下方内部に
供給し、反応管８外周に沿つて上昇させたのち反
応ガス流通孔１４から反応管８内に入るようにし
たから、反応熱測定に際しての加熱時における試
料セル１内の気体の熱膨張を反応ガス流通孔１４
を介して生成ガス側に逃がし、試料セルの内圧の
上昇を防ぐことができるとともに、上記らせん管
１３はヒータ１０の反応ガスへの伝熱を助長し、
かつフイン２と共働して加熱終了後の試料セル１
の冷却を促し、測定誤差が生じないようにする利
点がある。

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、本発明の要部を示す縦断面図、第２
図は全体説明図である。 図中符号、１は試料セル、２はフイン、３はフ
イルター収容部、４は内部水槽、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は加熱
管、１２は反射板、１３はらせん管、１４は反応
ガス流通孔、１６は熱電対、１７は温度計、１８
は撹拌棒、１９は外部水槽、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は電流計である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒状の試料セル内に、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、その外側にヒータを備えた加熱管、筒状
   の反射板、反応ガスの熱交換用らせん管を順次同
   心的に設け、かつ上記らせん管の先端を加熱管の
   下方内部に開口させて封入するとともに、この試
   料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、試料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、
   攪拌棒、水温測定用の熱電対を各設け、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、攪拌機構、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
   器及び前記試料セル内に設けたヒータに接続する
   電流計を各設けたことを特徴とする反応熱測定装
   置。