(57)【要約】      （修正有）【課題】正確に、かつ容易に、常温で気体であるガス中のほか、水蒸気中の化学反応でも、気−固反応過程の重量を測定できる熱重量分析装置を提供する。【解決手段】加熱炉１１内に設置された試料ホルダ１２と、導管１３と、加熱炉１１上部に設置され、被測定物を吊下部に吊り下げて重量を測定する重量測定装置１４とを備え、導管１３は試料ホルダ１２の内壁に配置され、導管の上流側端部が加熱炉外部のガス導入装置に接続され、下流側端部が試料ホルダ内の下部に配置され、前記重量測定装置１４の下部に前記導管１３及び試料ホルダ１２が吊下される。さらに、導管１３は試料ホルダ１２の外壁に配置され、導管１３の上流側端部が加熱炉１１外部のガス導入装置に接続され、さらに、下流側端部が試料ホルダ１２の下部にガス流出口１３５に配置され、前記重量測定装置１４の吊下部に前記導管が吊下される。【選択図】図１
0003177131.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉内に設置された試料ホルダと、反応ガスを試料ホルダ内に輸送するための導管    と、加熱炉上部に設置され、被反応試験物を載置した試料ホルダをフックと吊紐によ    り構成される吊下部に吊り下げて重量を測定する重量測定装置とを備え、導管は、導    管の下流側が試料ホルダの壁面に沿って設置され、導管の上流端部が加熱炉外部に設    けられたガス導入装置に可撓性パイプを通して接続され、かつ、下流側端部が試料ホ    ルダ内の下部に配置されるように構成され、前記重量測定装置の吊下部に前記導管及    び試料ホルダが共に吊下されることを特徴とする熱重量測定装置。
【請求項２】
前記導管が、試料ホルダの外壁に沿って接着して設置され、かつ、導管の下流端部    が試料ホルダの下部のガス流出口に接続配置されるように構成されていることを特徴    とする請求項1記載の熱重量分析装置。
【請求項３】
前記導管の上流側に、気化性の液体を注入する液体流路と可撓性パイプを通して、    接続するための液体導入口を設け、かつ、前記導管の下流側に、前記注入した液体を    気化するための熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項１〜２のいずれか    に記載の熱重量分析装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の熱重量分析装置の内部に、さらに、加熱炉内壁部側の基準熱    電対と、被反応試験物側の熱電対とを設置し、それらの２本の熱電対を加熱炉外に於    いて接続し、反応示差温度を測定することを可能とすることを特徴とする示差熱熱重    量分析装置
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、熱重量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料を加熱しながら所望のガスと反応させ、試料の重量変化を測定する熱重量分    析においては、試料表面にガス境膜が形成してしまい、これが抵抗になり分析精度が    低下してしまうことがある。このガス境膜が形成されると反応ガスは試料表面まで容    易に到達できず、ガスは未反応のまま流出してしまうことから、ガスが試料表面を洗    いながら接触し流通できるように構成し、ガス境膜の影響を低減させた熱重量分析装    置（熱天秤）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この熱重量分析装置は、    加熱炉内部に配置されて、試料ホルダの底部に接続された導管(支持管を兼ねる）が    、試料ホルダ及びガス管を垂直に支持し、導管の下部に重量を測定する重量測定装置    を備える。この熱重量分析装置では、試料ホルダ内に載置された試料に、導管からの    反応ガスが試料表面に接触し反応せしめて、試料の熱重量変化を測定するが、このガ    スは試料ホルダの底部に接続された導管から試料層を通過して、反応後のガスは試料    ホルダ上部の排出口から排出されるように構成されているので、ガスが試料表面に滞    留しにくく、ガス境膜が形成されにくい。また、導入したガスが１００％試料に接触    するので、個体と気体の反応モル比がわかり、反応速度が容易に計算できるという利    点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平０２−１１８５６号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記熱重量分析装置（特公平０２−１１８５６号）においては、試    料ホルダと、それを支持するための支持管を兼ねる導管とを加熱炉内に於いて、それ    らを重量測定装置上に垂直に保持するために装置内に、金属製のガイド板を設けられ    ている。このガイド板は、その中央部に支持管を通すための小穴が設置されていて、    支持管と小穴が接触して摩擦抵抗が生じるため正確な重量変化の測定が困難になるこ    とがあるという問題があった。
【０００５】
そこで、本考案は、上記従来技術の問題点を解決しようとするものであり、測定誤    差の少ない熱重量分析装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の熱重量分析装置は加熱炉内に設置された試料ホルダと、ガスを試料ホルダ    内に流送するための導管と、加熱炉上部に設置され、被測定物を吊下部に吊り下げて    重量を測定する重量測定装置とを備え、導管は、導管の下流側が試料ホルダ壁面に沿    って設置され、導管の上流側端部が加熱炉外部に設けられたガス導入装置に接続され    、かつ、下流端部が試料ホルダ内の下部に配置されるように構成され、前記重量測定    装置の吊下部に前記導管及び試料ホルダが共に鉛直に吊下されることを特徴とする。    本考案では、吊下式の重量測定装置を用いて導管及び試料ホルダを共に上から鉛直に    吊下する構成であるため、導管及び試料ホルダは鉛直に保持されて加熱炉内壁に接触    することは無く、測定に支障が起きることはない。導管の下流側が加熱炉内に配置さ    れるので、反応ガスが導管中を流通する間に、ガスは加熱炉温度まで十分に加熱され    、測定誤差が減り、正確に測定ができる。
【０００７】
これらの装置に於いて、前記導管の下流側は、試料ホルダの内壁に接着され、その下    端部は試料ホルダの下部に配置されているか、あるいは、前記導管の下流側は、試料    ホルダの外壁に接着され、かつ、その下端部は試料ホルダの下部に設けられた穴部に    接続するように構成されていることが好ましい。前記導管の上流側に、気化性の液体    を注入する液体流路と接続するための液体導入口を設けることが好ましい。液体導入    口を設け、液体を導管に流すことができるように構成することで、水蒸気等の気化性    成分を含むガスを発生することができ、結露が生成しにくくなる。
【０００８】
また、前記ガス管の下流側に、熱交換器が設けられていることが好ましい。熱交換器    を設けることで、液体の気化を促進することができる。
【考案の効果】
【０００９】
本考案によれば、簡易な構成の熱重量分析装置で、反応ガスを流通させながら試料    を加熱した場合の重量変化を、反応時間の経過と共に正確に測定できるという優れた    効果を奏し得る。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１０】
本考案の熱重量分析装置について、以下説明する。本考案の熱重量測定装置（以下    、単に熱天秤とする）の第1の実施形態を、図1に示す。熱天秤1は、加熱炉11と、    この加熱炉１１内に設置された試料ホルダ１２内に載置された試料１２２に接触させ    る反応ガスを輸送するための導管１３と、重量測定装置１４を有する。
【００１１】
加熱炉１１は、好ましくは管状炉であり、温度調節部１１１を有するヒータ１１３    を備え、加熱炉内の温度を、熱電対１１２を用いて調整して、試料ホルダ１２を所定    の温度に加熱することが可能である。
【００１２】
試料ホルダ１２は、例えば円筒形であり、上面に排気孔１７を有する。その外径は    加熱炉１１の内径より４〜１０ｍｍ小さくし、加熱炉１１の内壁と接触しないように    留意する。例えば、図1中では、加熱炉１１の内径が３２ｍｍであって、試料ホルダ    の外径が２０ｍｍである。試料ホルダ１２の底部には、石英ウール１２１が詰めてあ    り、測定対象である試料１２２を、試料ホルダ１２底部の石英ウール１２１の上に載    置できるほか、流入した反応ガスの分散にも作用する。また、試料ホルダ１２は、測    定温度範囲内での耐熱性を有し、かつ、化学的にも安定であり加工容易なるもの、例    えば、石英製、白金製、ステンレス製、普通鋼製、特殊鋼製等が挙げられる。
【００１３】
導管１３は、導管の上流側から導入された反応ガスが加熱炉内で十分に加熱された    後に下流側から流出され、試料に接触できるように構成されていることが好ましい。    また、気化性の液体をガス化するため、図1では、導管１３は、その下部に熱交換器    １３６が取り付けてあり、試料ホルダ１２の内壁部に図示しない溶接等により固定さ    れ、ガスが加熱炉内で十分熱せられた後に熱交換器１３６下部のガス流出口１３５か    ら試料ホルダ１２の下部へと導入されるように構成されている。熱交換器内部には熱    交換媒体として適した粉体が充填されており、その充填材１３７が下方に溢れ落ちる    ことを防止するための通気性のストッパ１３８を有する。熱交換促進のための充填材    １３７は耐熱性に優れ、かつ、化学的に不活性な粉体が好ましい。それら粉体の中で    、例えば、５０〜１００ｍｅｓｈのけい砂等が実用的である。導管１３の上流側には    、ガス導入装置（図示せず）に可撓性導管（例えばシリコンゴム製）１３１を介して    接続されているガス導入口１３２が設けられている。また液体をガス化して反応を試    みようとする場合は、この上流側には、液体定量ポンプ（図示せず）からの液体流路    に可撓性パイプ（例えばシリコンゴム製）により接続した、注射針１３３を介して接    続している液体導入口１３４が設けられていることが好ましい。
【００１４】
ここで、液体とは気化性の液体をいい、例えば、Ｈ2Ｏが挙げられる。この気化性    の液体は、加熱炉によって熱せられる導管１３と、その下流側に接続した熱交換器１    ３６を通過することで気化し、導入されたガス（Ｎ2、ＣＯ2、Ｓｏｘ、Ｎｏｘ、Ａ    ｉｒ等）１５と混合されて水蒸気等気体成分を含む反応ガスが形成される。熱交換器    １３６の下流側端部のガス流出口１３５は、試料ホルダ１２底部の石英ウール１２１    の内部に位置するように構成され、ガス導入装置から導入したガス１５を、石英ウー    ルを通して分散して試料１２２に供給し反応を進行せしめることが可能である。導管    １３及び熱交換器１３６の材質としては試料ホルダの材質と同様に、石英、白金、ス    テンレス、普通鋼、特殊鋼等があり、価格と加工性の面からみるとステンレスが優れ    ているが、加熱温度が１０００℃以下では普通鋼も使用できる。しかし、１２００℃    以上となると白金を使うことになる。導管１３の形状は、例えば図1においては、外    径が３ｍｍのパイプであり、熱交換器１３６の外径は５ｍｍである。
【００１５】
図1においては、導管１３は上流側と下流側の間で少し曲がっているがこれは試    料ホルダ１２を、重量測定装置下部のフック１４１と、導管の吊紐１４２により鉛直    に吊り下げ、加熱炉１１の中央に、ヒータ１１３に接触しないように保持するためで    ある。また、導管１３の上部が、吊紐１４２付近で大きく曲がっているが、導管１３    が吊紐１４２からずり落ちず、ガス１５を試料ホルダ１２内に輸送できるように構成    されていれば、どのような曲げ方であってもよい。また、図1においては、熱交換器    １３６は試料ホルダ１２の内壁に沿わせるように構成しているが、熱交換器１３６を    、外壁に沿わせて配置し、試料ホルダ１２の底部に横穴を設けて、この穴部に熱交換    器の端部を接続してもよい。
【００１６】
重量測定装置１４は、被測定物を吊下部に吊り下げて重量を測定する吊下式の電子    天秤、またはロードセルが好ましい。重量測定装置１４は、吊下部としてのフック１    ４１から垂下した吊紐１４２を介して、導管１３及び試料ホルダ１２を吊るして支持    し、試料ホルダ１２の底部に詰めた石英ウール１２１の上に載置した試料１２２の重    量変化を測定する。例えば、図1中では、試料ホルダ１２の内壁部に沿わせて導管１    ３と連結する熱交換器１３６を配置しており、この導管１３を、吊紐１４２を介して    フック１４１に吊ることにより、試料ホルダ１２も一体となって垂下できるので、熱    天秤の構造は簡単になり、熱重量の測定も容易となる。
【００１７】
次に、第２の実施形態を図２の熱天秤２に示す。本考案の第１の実施形態中から加    熱炉１１を省略し、特に垂下物である導管１３，及び試料ホルダ１２の、図1の熱天    秤1に示したものと違う形態を図２に示す。なお、図２中、図1と同一の構成要素に    ついては同一の符号を付してある。
【００１８】
この第２の熱天秤２は、熱交換器を有せず、導管１３のみを重量測定装置１４から    垂下した吊紐１４２で吊るして支持し、導管１３に図示しない溶接等により接着した    試料ホルダ１２を支持できるように構成している点が第1の熱天秤1とは異なる。こ    れにより、ガスの輸送路はより簡単になる。
【００１９】
第２の熱天秤２は、図1の熱天秤1とは異なり熱交換器１３６を有しないため、注    入した反応液体を十分に気化するために、導管１３を試料ホルダ１２の底面より、さ    らに下部に長く伸ばし、その先端をＵ字型に曲げて試料ホルダの底面に設けられたガ    ス流出口１３５より、水蒸気を含む反応ガスは試料ホルダに供給される。ガスは試料    ホルダ１２の底部に詰められた石英ウール１２１中に流入する。この反応ガスは石英    ウールにより分散され、試料層１２２内を流通し試料表面と接触し反応が進行する。    導管１３の先端部の延長したU字型部分の長さは、径２０ｍｍ、高１００ｍｍの試料    ホルダを例にとると、試料ホルダの底面より５０〜８０ｍｍ程度であることが好まし    い。
【００２０】
本考案の第３の実施形態中から、特に導管１３、および試料ホルダ１２の形態を、    図３の熱天秤３に示す。なお、図３中加熱炉１１は省略し、図1、図２と同一の構成    要素については同一の符号を付してある。図３では、導管を試料ホルダの外壁部周囲    を螺旋状に沿って配置し、外壁部とは図示しない溶接等によって接着せしめている。    試料ホルダ１２の底面に近い側部に設けた穴部には導管１３が接続され、ガス１５が    試料層に導入されるように構成している。螺旋状にすることで導管の下流部は長くな    るため、ガス１５が試料ホルダ底部に到達するまでの間に十分にガス及び液体流路よ    りの反応性液体を加熱・気化することが可能である。この場合でも、図２と同様に、    導管と導管に接着された試料ホルダとを一本の吊紐で支持することが好ましい。
【００２１】
本考案の熱天秤の第４の実施形態を、図４の熱天秤４に示す。この熱天秤４は、ガ    ス導入法及び重量測定法に関しては、図１〜図３に示した方法と同様であって良いが    、ここでは図1の方法を基本に用いて説明する。第４の考案は、熱天秤１〜３の装置    内に、さらに２本の熱電対を設置して、示差熱分析を可能としたものである。基準側    熱電対１５２は加熱炉内壁の近くに設置され、試料側熱電対１５１は試料層内に設置    される。これら２本の熱電対を図示したように結線すると、反応過程の重量変化と反    応熱の示差温度を測定することができる。この２本の熱電対を付加して設置すると、    示差熱天秤としても利用可能である。
【００２２】
熱天秤２〜４の試料ホルダ１２及び導管１３は、前記熱天秤1と同様に石英製、鋼    製、ステンレス製、又は白金製であることが好ましい。
【００２３】
上記第１〜４の熱天秤１〜４では、試料ホルダ１２中の試料１２２を加熱炉１１に    よって所定の温度に加熱すると同時に、所定のガスを導管から試料ホルダ１２内の下    部へ導入する。導入するガス１５は、例えば（Ｎ2、ＣＯ2、Ｓｏｘ、Ｎｏｘ、Ａｉ    ｒ、水蒸気等であり、これらのガスは、石英ウール１２１を通過した後に試料層１２    ２を通過する。試料層を通過する際に、ガスが試料と反応し、試料１２２の重量が変    化する。この重量変化を、重量測定装置１４で測定し、重量測定装置１４に接続して    いる計算機１６にて測定結果を処理し、連続的に記録する。なお、反応後のガスは、    試料ホルダ１２上部に設けた排気口１７から排出される。また前記したように、熱天    秤1〜３の装置内に熱電対２本を付加設置することにより示差熱分析も可能である。    
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本考案の熱重量測定装置は、正確に、かつ簡易に熱重量を分析できることから、化    学、物理の測定分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本考案の第1の熱天秤1の構成を示す模式図である。
【図２】本考案の第２の熱天秤２の構成を示す模式図である。
【図３】本考案の第３の熱天秤３の構成を示す模式図である。
【図４】本考案の第４の熱天秤４の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    熱天秤１
２    熱天秤２
３    熱天秤３
４    熱天秤４
１１  加熱炉
１２  試料ホルダ
１３  導管
１４  重量測定装置
１５  ガス
１６  計算機
１７  排気口
１１１  温度調節部
１１２  熱電対
１１３  ヒータ
１２１  石英ウール
１２２  試料
１３１  可撓性パイプ
１３２  ガス導入口
１３３  注射針
１３４  液体導入口
１３５  ガス流出口
１３６  熱交換器
１３７  充填物
１３８  粉体落下ストッパ
１４１  フック
１４２  吊紐
１５１  熱電対T1
１５２  熱電対T2
【図１】
0003177131.tif 000003
【図２】
0003177131.tif 000004
【図３】
0003177131.tif 000005
【図４】
0003177131.tif 000006