(57)【要約】【課題】  化合物のガス吸着量を測定するに際し、多数の試料を同時に一連の作業で実施することが出来るようにして、作業の合理化ができるガス吸着測定装置を提供する。【解決手段】  試料が投入される吸着室、複数の吸着室よりなる吸着部、吸着室を選択する吸着室選択バルブ、ガス溜め、ガス溜めから吸着室選択バルブに通じるマニホルド、マニホルドに連通する圧力変換器、を有してなり、さらに好ましくはコントローラーうぃ付設させる。吸着室の容積は、吸着室選択バルブとマニホルドの合計容積の１００倍より大きくするのが好ましい。ガス吸着量の測定は、吸着室選択バルブを切り替えて吸着室を選択して、当該吸着室にいれた試料にガスを吸着させ、ガスの圧力変化を圧力変換器により検知していく。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が投入される吸着室、複数の前記吸着室よりなる吸着部、前記吸着室を選択する吸着室選択バルブ、ガス溜め、前記ガス溜めから前記吸着室選択バルブに通じるマニホルド、前記マニホルドに連通する圧力変換器、を有してなることを特徴とするガス吸着測定装置。
【請求項２】
前記吸着室の容積は、前記吸着室選択バルブと前記マニホルドの合計容積の１００倍より大きいことを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項３】
前記ガス溜めと前記圧力変換器に代り、ガス溜めと圧力変換器が一体に組み込まれたガス吸着分析装置を前記マニホルドに接続することを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項４】
前記マニホルドが、内径２ｍｍ以下のチューブでなることを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項５】
前記吸着部は、吸着室が円形状に並んで設置されていることを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項６】
前記吸着部は、吸着室が直線状に並んで設置されていることを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項７】
圧力変換器は、異なる範囲で操作できる複数の圧力変換器でなることを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項８】
前記吸着室は、内部温度の計測できる温度センサーをそれぞれ有することを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項９】
前記吸着室選択バルブは、ロータリーバルブまたはスライドバルブであることを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項１０】
前記吸着室選択バルブは、さらに全ての吸着室とマニホルドを断絶することができることを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項１１】
前記吸着室選択バルブは、多方向開閉バルブとして機能できることを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項１２】
前記吸着室は、その中にある試料の最大吸着量より多いガスを収容できる大きさの容積であることを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【請求項１３】
前記吸着室の少なくとも２倍の内容積をもつ第２のガス溜めを有することを特徴とする請求項１記載のガス吸着測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス吸着測定装置、詳細には複数の試料についてのガス吸着を同時に測定することができるガス吸着測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素吸蔵合金、触媒などの粉体では、その表面にガスが吸着することで機能するので、そのガス吸着量の測定は非常に重要である。昨今の技術の高度化とともに、このようなガス吸着量を測定する必要が高くなっている。ガス吸着量を測定する方法は、対象の化合物を密閉容器内に入れ、ガスを封入して内圧の変化を測定し気体の状態方程式から吸着量を求める方法（容積法）が一般的である〔例えば、特許文献１参照〕。この方法では、容積既知の密閉容器中に試料を置き、圧力を平衡状態として、試料に対する気体の吸着に伴う圧力変化から吸着量を求める方法であり、異なる温度で測定してそこから圧力組成等温線（ＰＣＴ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）曲線が出来上がる。しかし、この測定は、それぞれの試料について、圧力や温度を変えて行うことから時間のかかる厄介な作業の繰り返しとなる。まして多数の試料について行うことは、大変な作業を必要とし、コストのかかる作業であった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８７４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、化合物のガス吸着量を測定するに際し、多数の試料を同時に一連の作業で実施することが出来るようにして、作業の合理化ができるガス吸着測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達すべく本発明のガス吸着測定装置は、試料が投入される吸着室、複数の吸着室よりなる吸着部、吸着室を選択する吸着室選択バルブ、ガス溜め、ガス溜めから吸着室選択バルブに通じるマニホルド、マニホルドに連通する圧力変換器、を有してなっている。このとき、吸着室の容積は、吸着室選択バルブとマニホルドの合計容積の１００倍より大きくするのが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のガス吸着測定装置では、多数の試料についてガス吸着量測定を同時に一連の作業で実施することができて、作業の合理化ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、ガス吸着測定装置であり、多数の試料を一連の作業で同時に実施することが出来るようにするものである。以下、図を参照しつつその実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は、本発明を理解するための例示であり、本発明を限定するものではない。
【０００８】
化合物のガス吸着量は、ガスの吸着平衡圧を基礎に算出されることはよく知られている。図１は、吸着平衡圧ＰＥを求めるための圧力−時間曲線１００、１１０を示している。この図で曲線１００は、密閉容器に試料を入れ、ガスを封入してからの圧力を多数点１０１で測定して得た図である。一方、圧力−時間曲線１１０は、密閉容器に試料を置き、ガスを封入してからの４点１２０の圧力測定で得た図である。曲線１００、１１０でそれぞれの吸着平衡圧力ＰＥが求められる。この図からも、吸着平衡圧力を求めるのに測定点が多いことは必ずしも必要でないが、対象試料を吸着室に充分長い時間保持することが重要であることがわかる。
【０００９】
図２は、本発明のガス吸着測定装置の説明図であり、ガス吸着測定装置２００は、吸着室２１１〜２１５からなる吸着部２１０、吸着室２１１〜２１５の一つを選択する吸着室選択バルブ２０３、測定に使用するガスを保持するガス溜め２０４、ガス溜め２０４から吸着室選択バルブ２０３に通じるマニホルド２０２、マニホルド２０２と連通する圧力変換器２０１を主構成とし、さらにコントローラー２２０が付設されている。
【００１０】
吸着室２１１〜２１５は、測定対象の試料を入れてガス吸着させる場所であり、吸着室選択バルブ２０３を中心に円形状に並んで設置されている。その容積は、そこに入れられる試料の最大吸着量より多いガスを収容できる大きさであることが必要であるが、同時に吸着室選択バルブ２０３とマニホルド２０２を合わせた内容積に比べても充分大きくするという前提がある。測定に際しては、吸着室２１１〜２１５それぞれの容積を予め測定しておき、これに投入された試料が占める容積を考慮してこの分を差し引いた「補正容積」をもって吸着室２１１〜２１５の容積とする。吸着室２１１〜２１５それぞれには、熱電対などの温度センサーを取付けておくことにより測定精度を上げることができる。
【００１１】
吸着室選択バルブ２０３は、吸着部２１０に設置され、吸着室２１１〜２１５のいずれかを選択して当該吸着室とマニホルド２０２を連通させる。従って、吸着室選択バルブ２０３は、多方向開閉バルブとして機能できるものであり、図２ではロータリーバルブで、左右いずれかに回転することによりバルブ開放部２０３Ａが吸着室２１１〜２１５のいずれかの入口２０６と合って連通し、吸着室２１１〜２１５のいずれとも合わないとき全ての吸着室とマニホルドを断絶することになる。また、バルブ２０３は、開閉で容積変化がないものがよく、ロータリーバルブはこの目的にも叶い、吸着室２１１〜２１５を切り替えてガス吸着量を測定するに際し、その測定精度に実質的な影響を与えない。バルブ２０３は、その他ニードルバルブやダイヤフラムバルブなど他種類のバルブも使用でき、これらは、１０００ｐｓｉ以上の高圧の場合には、精度の上でより好ましいことがある。このようは開閉バルブの場合には、吸着室２１１〜２１５のそれぞれとマニホルド２０２とを結ぶラインに設置することになる。バルブ２０３は、手動で操作してもよく、コントローラー２２０に操作手順を組込んで自動操作としてもよい。
【００１２】
マニホルド２０２は、圧力変換器２０１および吸着室選択バルブ２０３を通じて吸着室２１１〜２１５のある吸着部２１０と連通し、他方隔離の開閉バルブ２０５を挟んでガス溜め２０４と連結している。測定の精度を上げるためには、マニホルド２０２の内容積は吸着室２１１〜２１５に比べて可能な限り小さくするのがよく、例えば吸着室２１１〜２１５の一つの容積より２桁小さくする。実用的には、マニホルド２０２は直径２ｍｍ以下の電解研磨したステンレスチューブを用いる。
【００１３】
圧力変換器２０１は、マニホルド２０２および吸着室２１１〜２１５における圧力を測定し、これを電気信号でコントローラー２２０に送る機能をしている。吸着室選択バルブ２０３を操作して吸着室２１１〜２１５の一つを選び接続すると、選ばれた吸着室は、マニホルド２０２を通じて圧力変換器と連通することになる。圧力変換器２０１は、ひずみゲージ式圧力変換器、圧電式（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）圧力変換器、隔膜真空計（キャパシタンスマノメータ）〔例えば、米国エムケーエス・インスツメント（ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．）社製「マイクロバラトロン（Ｍｉｃｒｏ  Ｂａｒａｔｒａｏｎ）」（商品名）、日本国内販売：日本エム・ケー・エス株式会社〕などがあり、任意に選択して使用できる。また、圧力変換器は、異なる範囲で操作できる複数の圧力変換器を設置して、状況により使い分けることもできる。
【００１４】
ガス溜め２０４は、ガス吸着の測定に使用するガスを溜めておく場所であり、開閉バルブ２０５を経て、マニホルド２０２に通じ、吸着室２１１〜２１５にガスを供給する。また、ガス溜め２０４は、開閉バルブ２１６を経て外部ガス供給源（図示していない）に接続されて、吸着室２１１〜２１５のいずれかにガスを供給した後に次のガス供給に備えて外部からガスを受けて補充する。ガス溜め２０４中のガスは、１，０００〜１０，０００ｐｓｉの高圧ガスであり、かつ吸着室２１１〜２１５に供給されるガスは非常に少量であるので、ガス溜め２０４の容積は例えば５ｍＬ程度でよい。また、ガス溜め２０４には、熱電対などの温度センサー２０４Ａを取付けるのがよい。
【００１５】
コントローラー２２０は、圧力および温度データの収集、バルブ操作、さらにガス量の調整、測定頻度などガス吸着測定装置２００の操作全般に及び、これらを任意に組み込んで実施できる。もちろん、コントローラー２２０をなしにして、全てを手動で行うことも可能である。
【００１６】
本発明のガス吸着測定装置２００により測定を行うには、吸着室２１１〜２１５のそれぞれに測定対象の試料を入れ、ガスを導入して各試料の平衡圧力を求める。このとき、ガス吸着測定装置２００は、複数の吸着室２１１〜２１５にある試料について同時に行うことができる。
【００１７】
測定を行う前に、測定精度を改善するために吸着室２１１〜２１５それぞれについて、減圧にして雰囲気ガスを除き、次いで目的のガスを導入するのがよい。ガス溜め２０４に目的のガスを外部から受け入れ、開閉バルブ２０５を開く。ガス溜め２０４とマニホルド２０２、さらに圧力変換器２０１が連通してガスが流れる。温度、容積、ガス圧力からガス量がわかる。次いで、選択バルブ２０３により任意の吸着室２１１〜２１５と選択開放することでガス溜め２０４と吸着室２１１〜２１５の一つが連通する。隔離バルブ２０５を閉じてから、選択バルブ２０３を回転させて当該吸着室を密閉状態にする。この操作を繰り返して吸着室２１１〜２１５それぞれについてガスを封じて密閉する。
【００１８】
ガス溜め２０４は、その容積が充分大きくないので吸着室２１１〜２１５の一つにガスを供給すると圧力が下がる。そこで、吸着室２１１〜２１５の一つにガスを供給する毎に、選択バルブ２０３は閉じた状態、すなわち、吸着室２１１〜２１５のいずれとも連通していない状態にして、開閉バルブ２１６を開き外部からガスを受け入れ補充する。
【００１９】
吸着室２１１〜２１５にガスを密閉させ、同時に開閉バルブ２０５も閉じた状態で、吸着室２１１〜２１５それぞれでは試料にガスが吸着されていく。所定時間経過の後、吸着室選択バルブ２０３を回転して吸着室２１１〜２１５の一つの入口２０６と合わせると、当該吸着室は圧力変換器２０１と連通してその圧力を感知し、コントローラー２２０に送り記録していく。吸着室選択バルブ２０３で吸着室を切替えてそれぞれの圧力を逐一測定する。すなわち、各試料について任意の時間間隔で測定を行っていくことで圧力推移が把握でき、平衡圧力に達すると、試料によるガスの吸着／脱着がなくなり圧力は一定になる。圧力を経時的に測定して図１の圧力−時間曲線１１０が描かれ、吸着平衡圧力がわかる。
【００２０】
吸着室が平衡圧力に達すると、その平衡圧力に基づいて、さらに各吸着室の容積（補正容積）、初期ガス圧力、温度を考慮して、試料によるガス吸着量が計算できる。本発明のガス吸着測定装置２００は、マニホルド２０２と吸着室選択バルブ２０３を合わせた容積が、吸着室の容積に比較して非常に小さく、通常２桁以上小さくしているので、吸着室毎に圧力差があっても、ガス吸着量に誤差を生じることはほとんどない。
【００２１】
別の実施の形態では、マニホルド２０２と吸着室選択バルブ２０３を合わせた内部容積が、吸着室の容積に比較して無視しえなく大きいことがある。その場合には、吸着室選択バルブ２０３により吸着室２１１〜２１５を選択する前に、マニホルド２０２と吸着室選択バルブ２０３を合わせた部分の圧力、温度からガス量を求めておき、吸着室選択バルブ２０３を当該吸着室と連通させたときのガス量を補正していく。これにより、マニホルド２０２と吸着室選択バルブ２０３を合わせた部分に残るガスを考慮して、試料が実際に吸着した量を計算できることになる。
【００２２】
吸着室２１１〜２１５が全て平衡圧力に達した後、各試料に吸着したガス量が計算される。この後、吸着室２１１〜２１５からガスを排出させてから同様に密閉、保持し、温度を高めて試料からのガス脱着量を求めることもできる。
【００２３】
本発明のガス吸着測定装置２００によれば、ある吸着室で平衡圧力に達し、他の吸着室で平衡圧力に達していないとき、平衡圧力に達した吸着室で新たなガス導入を行い別の評価を行うことができる。すなわち、平衡圧力に達するに非常に遅いものがあっても、並行して別の測定ができるので、効率よく多くの測定ができる利点がある。
【００２４】
本発明のガス吸着測定装置２００は、ガス溜め２０４にガスを追加せずに吸着室２１１〜２１５のそれぞれにガスを供給して測定を行うこともできる。この場合、吸着室２１１〜２１５のそれぞれにガスを導入するとき、最初の吸着室と後の吸着室でガス圧力は変わるが、それぞれの温度、容積、圧力はわかるので、導入ガス量が異なっても計算で補正できる。コントローラー２２０により導入ガス量が異なることの補正を行うこともできる。これは、非常に多数の試料について測定を行おうとする場合に有利である。
【００２５】
試料によっては、ガスの吸着速度が非常に速く、開閉バルブ２０５によりガス溜め２０４と隔離する前に試料が無視し得ない程に吸着してしまうことがある。このような場合には、ガス溜め２０４と特定の吸着室が連通している段階で、圧力変換器２０１により測定していくことで、圧力を補正してこの最初の段階で吸着したガス量を正確に捉えることができる。
【００２６】
上記したガス吸着測定装置２００は、５つの吸着室２１１〜２１５を有するように記載したが、吸着室の個数は何ら限定されるものではなく、これより少なくあるいは多くすることもできる。図３には、ガス吸着測定装置２００の変形として２つの吸着部３１０、３２０があり、それぞれに吸着室選択バルブ３０３、３０４が設置され、吸着室３１１を有するガス吸着測定装置３００を示している。このガス吸着測定装置３００は、圧力変換器２０１は共通で１つであるが、より多くの吸着室３１１が使用できる。
【００２７】
図４には、吸着部４１０に吸着室４１１〜４１５が直線状に並んだ形態になった例を示している。この例では、吸着室選択バルブ４０３としてスライドバルブが用いられてマニホルド２０２と吸着室４１１〜４１５それぞれを連通させている。このスライドバルブ４０３も、図２の試料選択バルブ２０３に用いたロータリーバルブと同じく、マニホルド２０２と吸着室４１１〜４１５それぞれと結合しても実質影響を及ぼす程の容積をもたない。図５には、吸着部４２０に吸着室４２１が複数段（図５では２段）に設置された例である。この場合、スライドバルブが縦と横に移動してマニホルド２０２と吸着室４２１が連通されることになる。
【００２８】
図６には、ガス吸着分析装置５３０を、吸着室５１１に結んだ例を示している。このガス吸着分析装置５３０は、ガス溜めと圧力変換器が一体になっており、例えば、シーベルト（Ｓｉｅｖｅｒｔ）タイプガス吸着分析装置〔例えば、米国ハイエナジー（Ｈｙ−Ｅｎｅｒｇｙ）社製「ＰＣＴＰｒｏ−２０００」（商品名）、日本国内販売：伯東株式会社〕〕があり、使用可能である。
【００２９】
図７には、別の実施の形態となるガス吸着測定装置６００であり、この例では３つのガス溜め６０４Ａ〜Ｃがあり、ガス溜め６０４Ａの容積は吸着室２１１〜２１５それぞれの容積の２倍、ガス溜め６０４Ｂは吸着室２１１〜２１５それぞれの容積の４倍、ガス溜め６０４Ｃは吸着室２１１〜２１５それぞれの容積の１０倍となっていて、ガス吸着測定とともに脱着測定を含めて多様な吸着の熱力学的考察のできるようになっている。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
多数の試料に対してガス吸着量を同時に測定することが出来、作業の合理化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】吸着測定における圧力の経時変化の例を２つ示している。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるガス吸着測定装置の説明図である。
【図３】２つの吸着部があり、それぞれの選択バルブで吸着室が連結された実施の形態によるガス吸着測定装置の説明図である。
【図４】吸着部に吸着室が直線状に並んだ実施の形態を示す説明図である。
【図５】吸着部に吸着室が複数段に設置された実施の形態を示す説明図である。ます。
【図６】ガス溜めと圧力変換器が一体になったガス吸着分析装置を、吸着室に結んだ例を示した説明図である。
【図７】容積の異なる３つのガス溜めを組み込んだガス吸着測定装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
２００、３００、６００：ガス吸着測定装置
２０１：圧力変換器
２０２：マニホルド
２０３、３０３、３０４：（ロータリーバルブ型）吸着室選択バルブ
２０３Ａ：（吸着室選択バルブの）バルブ開放部
２０４、６０４Ａ、６０４Ｂ、６０４Ｃ：ガス溜め
２０５：開閉バルブ
２０６：（吸着室の）入口
２１０、３１０、３２０、４１０、４２０、５１０：吸着部
２１１〜２１５、３１１、４１１、４２１、５１１：吸着室
２１６：開閉バルブ
２２０：コントローラー
４０３：（スライドバルブ型）吸着室選択バルブ
５３０：ガス吸着分析装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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