(57)【要約】【課題】本発明は、放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置に関する。【解決手段】本発明は、二酸化炭素捕集器の液体窒素容器に供給される液体窒素の飛散によって液体窒素容器の周辺装置が冷却されることを防止し、還元反応器の反応炉を加熱する際に反応炉の熱気によって周辺装置が加熱されることを防止した放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機試料内の炭素を抽出して黒鉛化するために燃焼ガスから二酸化炭素のみを選別して捕集する二酸化炭素捕集器と、前記二酸化炭素捕集器により捕集した二酸化炭素を黒鉛に還元させる還元反応器と、を含む放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置であって、
前記二酸化炭素捕集器は、
燃焼ガスを固化する二酸化炭素トラップと、
前記二酸化炭素トラップを冷却する液体窒素容器と、
前記液体窒素容器に液体窒素を注入する液体窒素注入部と、
前記液体窒素容器内に設けられ、前記液体窒素注入部に隣接して配置される飛散防止部材と、
を含む、放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項２】
前記飛散防止部材は、前記液体窒素注入部から供給された液体窒素を吸収してから排出することで、前記液体窒素の飛散を抑制する多孔性材質からなる、請求項１に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項３】
前記飛散防止部材は、１〜４ｍｍの空隙を有するスポンジである、請求項２に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項４】
前記飛散防止部材は、複数本の原糸を編み上げて揃えた糸巻きの形状からなる、請求項２に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項５】
前記二酸化炭素捕集器は、前記二酸化炭素トラップが前記液体窒素容器に収容される際に前記液体窒素容器の開放面を密閉するように、前記二酸化炭素トラップに設けられたスクリーンを含む、請求項１に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項６】
前記二酸化炭素トラップは、複数個が所定距離離隔して設けられ、
前記スクリーンは、前記二酸化炭素トラップそれぞれに嵌合するように複数個が設けられ、中央に前記二酸化炭素トラップの直径に対応する直径を有する挿入孔が形成された板状からなる、請求項５に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項７】
前記二酸化炭素捕集器は、前記液体窒素容器から生成された冷却ガスを吸入して外部に排出するように、前記液体窒素容器に隣接して配置される冷却ガス排出装置を含む、請求項１に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項８】
前記冷却ガス排出装置は、前記飛散防止部材の直上に配置される、請求項７に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項９】
前記還元反応器は、
前記二酸化炭素トラップから供給された二酸化炭素の還元反応が起こる反応容器と、
前記反応容器に熱を供給する反応炉と、
前記還元反応の際に発生する水を除去するために前記二酸化炭素トラップを冷却する冷却槽と、
前記還元反応器の内部の圧力を調節するための圧力調節部と、
前記反応炉および前記反応容器と、前記二酸化炭素トラップ、前記冷却槽および前記圧力調節部との熱交換を遮断するように、前記反応容器上に設けられる熱遮断カーテンと、
を含む、請求項１に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項１０】
前記冷却ガス排出装置は、前記液体窒素容器または前記冷却槽から生成された冷却ガスを吸入して外部に排出するように、前記熱遮断カーテンにより区画される前記液体窒素容器および前記冷却槽が配置された領域に位置する、請求項９に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項１１】
前記熱遮断カーテンは、開閉自在になるように一端部が前記還元反応器にヒンジ結合する、請求項９に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項１２】
前記全自動還元装置は、熱電対固定装置をさらに含み、
前記熱電対固定装置は、
熱電対が差し込まれるように中空が形成され、前記反応炉の外側面に付着され、外側方向に突出した突起が対向するように設けられた固定部材と、
内側空間内に前記熱電対が連結され、前記熱電対が前記反応炉内に差し込まれて固定されるように、前記固定部材と回転着脱方式に締結されるコネクタと、
前記差し込み方向に前記熱電対を加圧する弾性部材が設けられた加圧部材と、
を含む、請求項９に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項１３】
前記コネクタは、
熱伝達率の高い金属からなり、一側が開口された中空を有する円筒状に形成され、外側面に締結溝が形成された熱電対固定部と、
前記熱電対固定部の一定部分を包むように中空を有する円筒状に形成され、内側に前記熱電対固定部の締結溝と締結される突出部が形成された回転部材と、を含む、請求項１２に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項１４】
前記回転部材は、前記固定部材の突起と締結されるように、外側面に「Ｌ」状または斜線方
向に切開された絶縁孔を備える、請求項１２に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項１５】
前記回転部材は、「Ｌ」状パターンで回転して前記固定部材と着脱される、請求項１２に記
載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【請求項１６】
前記固定部材には、前記熱電対が差し込まれて貫通されるように貫通孔が形成される、請求項１２に記載の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置に関し、より詳細には、二酸化炭素捕集器の液体窒素容器に供給される液体窒素の飛散によって液体窒素容器の周辺装置が冷却されることを防止し、還元反応器の反応炉を加熱する際に反応炉の熱気によって周辺装置が加熱されることを防止した放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
考古学的価値のある遺物の年代を測定するために用いられる放射性炭素年代測定法は、有機体が死んだ後、体内の放射性炭素が一定の割合で崩壊する原理を用いた年代測定法をいう。
【０００３】
自然には、12Ｃ、13Ｃ、14Ｃなど、三種類の炭素同位体（carbon isotope）が主に存在する。このうちほとんどが12Ｃで９８．８９％を占め、13Ｃが１．１１％で、14Ｃは極少量であるが、有機体が光合性や呼吸などにより炭素を体内に吸収してもその割合は変化しない。
【０００４】
しかし、有機体が死んだ後には、不安定な放射性炭素である14Ｃは、一定の速度で崩壊して14Ｎに変わる。この際、14Ｃの量が半分に低減する半減期（half‐life）がやってくるが、この時間が約５，７３０年という事実を利用して有機体の年代を推定することができる。
【０００５】
放射性炭素年代測定方法の一つである加速器質量分析法を用いて遺物などのような試料の年代を測定するためには、先ず、試料から炭素を抽出しなければならない。これを試料前処理過程とし、通常、化学前処理過程、真空燃焼過程および還元過程からなる。
【０００６】
化学前処理過程は、分析する試料から不純物を除去して、分析過程において汚染物による誤謬を防止するための過程であり、公知の洗浄過程と化学処理および乾燥過程などを経て試料に含有された不純物を除去して、分析信頼度を高める。
【０００７】
真空燃焼過程は、前処理した試料を真空下で燃焼して二酸化炭素を得る過程をいう。石英管で前処理された試料と酸化銅（ＣｕＯ）粉末および銀糸（Ag wire）を投入し、真空状態でトーチを用いて密封した後、密封した石英管を加熱炉（Muffle furnace）に入れて約８５０℃で２時間燃焼させると、酸化銅粉末から高純度の酸素が放出され、この酸素は、高温で原試料の炭素を酸化させて二酸化炭素を生成する。また、銀糸は、燃焼の副産物である硫黄の生成を抑制したり沈殿させる。
【０００８】
前記のような過程で発生した二酸化炭素は、数回のドライアイスとアルコールを混合した冷却乾燥器を通過させた後、液化窒素を用いて二酸化炭素のみを固化させて分離して抽出する。
【０００９】
還元過程は、二酸化炭素と水素を混合した混合ガスと鉄粉触媒を密閉された容器に入れて加熱し、ＣＯ2＋２Ｈ2→Ｃ＋２Ｈ2Ｏの反応を経て炭素粉である黒鉛を抽出する過程をいう。
【００１０】
従来、前記のような黒鉛化過程を個々の試料ごとに手動で行った。すなわち、真空燃焼過程は、試料と酸化銅および銀糸を真空管に入れ、真空状態でトーチを用いて密封してから燃焼させ、黒鉛化過程は、燃焼した石英管を乾燥管（Dry line）のたわみ管（flexible bellows）に入れて破砕した後、液化窒素（ＬＮ２）／アルコールトラップとＬＮ２トラップを順に通過させて純粋な二酸化炭素（ＣＯ2）のみ固形化し、これを二酸化炭素貯蔵タンクに捕集した。
【００１１】
しかし、従来のような方法は、個々の試料ごとに真空燃焼過程および還元過程を二つの段階でそれぞれ行うため、不都合があり、途中に汚染する虞があり、作業に長い時間がかかった。また、試料に混入された異物によって二酸化炭素以外のガスが混入される場合、確認が困難で、除去が容易でなく、特に、硫化ガスが混入される場合には、還元反応自体がほとんど起こらない問題点があった。
【００１２】
前記のような問題点を解決するために、本出願人は、「黒鉛化装置およびこれを用いた黒鉛化方法」に係る発明を２０１０年１１月２９日付で特許権登録されている（特許文献１）。
【００１３】
前記特許文献１によれば、黒鉛化装置は、図１に示すように、試料を燃焼する試料燃焼部１１と前記試料燃焼部１１で発生した燃焼ガスに含まれた不純物をガスクロマトグラフィー法で１次的に除去する燃焼ガス分離部１２とを含んでなる元素分析装置１０と、前記元素分析装置１０を通過した燃焼ガスから二酸化炭素のみを選別して捕集する二酸化炭素捕集器（ＣＯ2捕集器）３０と、前記二酸化炭素捕集器３０により捕集した二酸化炭素を黒鉛に還元させる還元反応器４０と、前記元素分析装置１０、二酸化炭素捕集器３０および還元反応器４０の動作を制御する制御部５０と、を含んでなる。
【００１４】
前記のような構成により有機物の燃焼ガスに含まれた不純物を元素分析装置（elemental analyzer:ＥＡ）のガスクロマトグラフィー機能を用いて１次的に除去してから二酸化炭素を捕集することで、不純物の混入可能性を最大限に抑制し、黒鉛化過程の反応条件を最適化して二酸化炭素が黒鉛化する割合を著しく向上して同位体分別効果を抑制し、反応容器の規格を最適化して反応にかかる時間を著しく短縮し、最小量の試料のみで炭素年代測定に必要な十分な黒鉛が得られる効果を期待することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】韓国登録特許第１０‐０９９８２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、液体窒素容器に供給される液体窒素の飛散を防止するために、液体窒素容器内に飛散防止用スポンジを備え、液体窒素容器と周辺機器の熱交換を遮断するためのスクリーンを備えた、放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置を提供することを目的とする。また、二酸化炭素の還元反応の際に、二酸化炭素を加熱する反応炉と、二酸化炭素を冷却する冷却槽との熱交換を遮断するための熱遮断カーテンが設けられた、放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置を提供することを目的とする。
【００１７】
さらに、反応炉内に熱電対を水平方向に安全に差し込み、反応炉内に設けられた測定対象物の表面温度を常に一定の条件下で正確に測定することができ、また、既存の溶接またはボルトにより熱電対を付着した方式ではなく、回転式着脱方式により簡単かつ容易に熱電対を固定させることができ、また、測定対象物の表面温度を測定することができる加圧を用いた熱電対測定装置を含む、全自動還元装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の全自動還元装置は、有機試料内の炭素を抽出して黒鉛化するために燃焼ガスから二酸化炭素のみを選別して捕集する二酸化炭素捕集器と、前記二酸化炭素捕集器により捕集した二酸化炭素を黒鉛に還元させる還元反応器と、を含む放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置であって、前記二酸化炭素捕集器は、燃焼ガスを固化する二酸化炭素トラップと、前記二酸化炭素トラップを冷却する液体窒素容器と、前記液体窒素容器に液体窒素を注入する液体窒素注入部と、前記液体窒素容器内に設けられ、前記液体窒素注入部に隣接して配置される飛散防止部材と、を含む。
【００１９】
前記飛散防止部材は、前記液体窒素注入部から供給された液体窒素を吸収してから排出することで、前記液体窒素の飛散を抑制する多孔性材質からなり、１〜４ｍｍの空隙を有するスポンジである。
【００２０】
他の実施例において、前記飛散防止部材は、複数本の原糸を編み上げて揃えた糸巻きの形状からなる。
【００２１】
また、前記二酸化炭素捕集器は、前記二酸化炭素トラップが前記液体窒素容器に収容される際に前記液体窒素容器の開放面を密閉するように、前記二酸化炭素トラップに設けられたスクリーンを含む。
【００２２】
また、前記二酸化炭素トラップは、複数個が所定距離離隔して設けられ、前記スクリーンは、前記二酸化炭素トラップそれぞれに嵌合するように複数個が設けられ、中央に前記二酸化炭素トラップの直径に対応する直径を有する挿入孔が形成された板状からなる。
【００２３】
また、前記二酸化炭素捕集器は、前記液体窒素容器から生成された冷却ガスを吸入して外部に排出するように、前記液体窒素容器に隣接して配置される冷却ガス排出装置を含む。
【００２４】
また、前記冷却ガス排出装置は、前記飛散防止部材の直上に配置される。
【００２５】
また、前記還元反応器は、前記二酸化炭素トラップから供給された二酸化炭素の還元反応が起こる反応容器と、前記反応容器に熱を供給する反応炉と、前記還元反応の際に発生する水を除去するために前記二酸化炭素トラップを冷却する冷却槽と、前記還元反応器の内部の圧力を調節するための圧力調節部と、前記反応炉および前記反応容器と、前記二酸化炭素トラップ、前記冷却槽および前記圧力調節部との熱交換を遮断するように、前記反応容器上に設けられる熱遮断カーテンと、を含む。
【００２６】
また、前記冷却ガス排出装置は、前記液体窒素容器または前記冷却槽から生成された冷却ガスを吸入して外部に排出するように、前記熱遮断カーテンにより区画される前記液体窒素容器および前記冷却槽が配置された領域に位置する。
【００２７】
また、前記熱遮断カーテンは、開閉自在になるように一端部が前記還元反応器にヒンジ結合する。
【００２８】
また、前記全自動還元装置は、熱電対固定装置をさらに含み、前記熱電対固定装置は、熱電対が差し込まれるように中空が形成され、前記反応炉の外側面に付着され、外側方向に突出した突起が対向するように設けられた固定部材と、内側空間内に前記熱電対が連結され、前記熱電対が前記反応炉内に差し込まれて固定されるように、前記固定部材と回転着脱方式に締結されるコネクタと、前記差し込み方向に前記熱電対を加圧する弾性部材が設けられた加圧部材と、を含む。
【００２９】
また、前記コネクタは、熱伝達率の高い金属からなり、一側が開口された中空を有する円筒状に形成され、外側面に締結溝が形成された熱電対固定部と、前記熱電対固定部の一定部分を包むように中空を有する円筒状に形成され、内側に前記熱電対固定部の締結溝と締結される突出部が形成された回転部材と、を含む。
【００３０】
また、前記回転部材は、前記固定部材の突起と締結されるように、外側面に「Ｌ」状または
斜線方向に切開された絶縁孔を備える。
【００３１】
また、前記回転部材は、「Ｌ」状パターンで回転して前記固定部材と着脱される。
【００３２】
なお、前記固定部材には、前記熱電対が差し込まれて貫通されるように貫通孔が形成される。
【発明の効果】
【００３３】
前記のような構成による本発明の放射性炭素年代測定用試料前処理のための全自動還元装置は、液体窒素容器に供給される液体窒素の飛散を防止して、液体窒素によって周辺機器が冷却されることを防止する効果がある。特に、周辺機器の一つであるシール部材が冷却されるにつれてシール部材の密閉力が低下することを防止する効果がある。
【００３４】
また、還元反応器の反応炉と冷却槽の熱交換を遮断して、反応炉の加熱効率および冷却槽の冷却効率が向上する効果がある。
【００３５】
さらに、上述の熱電対固定装置により反応炉内に熱電対を水平方向に安全に差し込み、前記反応炉内に設けられた測定対象物の表面温度を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の全自動還元装置の概略的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施例による全自動還元装置の概略的なブロック図である。
【図３】本発明の一実施例による二酸化炭素捕集器の概略的な斜視図である。
【図４】二酸化炭素捕集器の部分斜視図である。
【図５】二酸化炭素捕集器の部分断面図である。
【図６】本発明の一実施例による還元反応器の概略的な斜視図（反応炉結合時）である。
【図７】還元反応器の他の概略的な斜視図（反応炉分離時）である。
【図８】還元反応器のさらに他の概略的な斜視図（熱遮断カーテン開放時）である。
【図９】還元反応器の部分斜視図である。
【図１０】本発明の一実施例による熱電対固定装置の概略的な斜視図である。
【図１１】熱電対固定装置の分解斜視図である。
【図１２】熱電対固定装置の回転部材と固定部材の締結過程を例示的に示す順序図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
上述の従来の黒鉛化装置には、二酸化炭素捕集器に試料ガスを冷却させて二酸化炭素を捕集するための液体窒素容器が設けられるが、液体窒素容器に供給される液体窒素は、−２００℃以下の低温であるため液体窒素容器に供給される際に高圧で供給され、高圧で供給される液体窒素は、液体窒素容器内で飛散されて、液体窒素容器の周辺機器、例えば、シールのためのシール部材を冷却させてシール部材の弾性力が失われるにつれてシール部材の密閉力が低下する現象が生じることもあった。
【００３８】
また、還元反応器には、二酸化炭素の還元反応に必要な熱を供給する反応炉と、二酸化炭素の還元反応の際に発生する水を除去するために二酸化炭素を冷却させる冷却槽と、が設けられるが、反応炉は高温に加熱され、冷却槽は低温に冷却されることから、反応炉と冷却槽の相互間の熱交換によって反応炉の加熱効率および冷却槽の冷却効率が低下する現象が生じることもあった。
【００３９】
したがって、本発明の一実施例による全自動還元装置は、前記のような現象を改善するために着目され、以下、前記のような本発明の一実施例による全自動還元装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
図２には本発明の一実施例による全自動還元装置の概略的なブロック図が示されている。図示されているように、前記全自動還元装置は、採取した試料を燃焼する試料燃焼部６１０と、試料燃焼部６１０から発生した燃焼ガスから不純物を１次的に除去する燃焼ガス分離部６２０とを含んでなる元素分析装置（Elemental Analyzer：ＥＡ）６００と、元素分析装置６００を通過したガスから二酸化炭素のみを捕集する二酸化炭素捕集器３００と、二酸化炭素捕集器３００により捕集した二酸化炭素を黒鉛に還元させる還元反応器４００と、元素分析装置６００、二酸化炭素捕集器３００および還元反応器４００を制御し、反応温度と圧力、水素ガスの混合比を調節し、反応過程を記録する制御部５００と、を含んでなる。
【００４１】
元素分析装置６００は、試料燃焼部６１０と、燃焼ガス分離部６２０と、からなり、試料燃焼部６１０では、高純度のヘリウムキャリアガスが流れている９００℃程度に加熱された石英管にスズ箔（foil）で包んだ試料とともに高純度酸素を吹き込んで炭素年代測定に用いられる試料を燃焼させる。試料が燃焼する際には激しい発熱反応によって瞬間的に１５００℃まで温度が上昇する。試料燃焼部６１０から生成された燃焼ガスは、燃焼ガスに含まれた不純物を１次的に除去するために、試料燃焼部６１０と連結された燃焼ガス分離部６２０に供給される。燃焼ガス分離部６２０では、試料燃焼部６１０から供給された燃焼ガスから、ガスクロマトグラフィー法を用いて燃焼ガス内に含まれた不純物を除去して、１次的に二酸化炭素を分離する。燃焼ガス分離部６２０により分離した二酸化炭素には、キャリアガスであるヘリウムと燃焼のために注入された酸素を含み、窒素、水素などの微量の不純物が含まれており、これらヘリウム、酸素およびその他の微量の不純物を含む二酸化炭素ガスは、二酸化炭素捕集器３００に移送される。
【００４２】
二酸化炭素捕集器３００は、元素分析装置６００と連結されて、元素分析装置６００から供給されるヘリウム、酸素およびその他の微量の不純物が含まれた二酸化炭素ガスから二酸化炭素のみを捕集するための装置である。
【００４３】
図３には本発明の一実施例による二酸化炭素捕集器３００の概略的な斜視図が示されており、図４には本発明の一実施例による二酸化炭素捕集器３００の部分斜視図が示されており、図５には本発明の一実施例による二酸化炭素捕集器３００の部分断面図が示されている。
【００４４】
図示されているように、二酸化炭素捕集器３００は、二酸化炭素を固化する二酸化炭素トラップ３３０と、二酸化炭素トラップ３３０の温度を冷却する液体窒素容器３４０と、捕集した二酸化炭素を還元反応器に供給する第１弁３１０と、二酸化炭素から分離したヘリウム、酸素および窒素、水素などの微量の不純物を排出する第２弁３２０と、からなり、元素分析装置６００（図２参照）を通過して供給された二酸化炭素を液体窒素容器３４０に浸漬された二酸化炭素トラップ３３０を通過させて固体状態にした後、気化温度差を用いてヘリウム、酸素およびその他の微量の残留ガスを除去することで、高純度の二酸化炭素を得る。この際、気化したヘリウム、酸素およびその他の残留ガスは、第２弁３２０を介して外部に排出する。二酸化炭素捕集器３００で捕集した二酸化炭素は、黒鉛化反応のために第１弁３１０を介して還元反応器４００に供給される。液体窒素容器３４０は、内周に充填される液体窒素の断熱のために二重管形態の石英からなり、二重管の内部は、真空Ｖに形成されることができる。液体窒素容器３４０に石英を適用する理由は、−２００℃以下の温度を有する液体窒素を貯蔵しても変形および破損することなく、成形が容易であるためである。
【００４５】
この際、液体窒素容器３４０には一定のレベルの液体窒素が収容されるように、液体窒素注入部３４１を介して液体窒素が液体窒素容器３４０に供給される。液体窒素容器３４０は、二酸化炭素トラップ３３０に対して相対的に昇下降自在に構成される。したがって、液体窒素容器３４０は、選択的に二酸化炭素トラップ３３０を内部に収容させるかまたは離脱させることができる。一例として、液体窒素容器３４０の昇降によって二酸化炭素トラップ３３０が液体窒素容器３４０の内部に収容され、液体窒素容器３４０の下降によって二酸化炭素トラップ３３０が液体窒素容器３４０から離脱する。
【００４６】
また、後述する還元反応の際には、二酸化炭素トラップ３３０が冷却槽４４０（図８および図９参照）に収容されるようにして、還元反応の際に発生する水を除去する。
【００４７】
液体窒素注入部３４１から供給される液体窒素は、約−２００℃の低温であるため高圧で供給され、高圧で供給される液体窒素の飛散を防止するための本実施例の全自動還元装置は、次のような構成を有する。液体窒素容器３４０内には飛散防止部材３５０が設けられることができる。飛散防止部材３５０は、液体窒素注入部３４１から供給される高圧の液体窒素の飛散を防止するための構成であり、多孔性素材が適用されることができ、一例として、スポンジ、または空隙が形成されるように複数本の原糸を引き揃えた糸巻きが適用されてもよい。
【００４８】
多孔性素材は、液体窒素注入部３４１から排出された液体窒素をその内部の空隙に吸収しながら液体窒素容器３４０の内部に流出することから、液体窒素が液体窒素容器３４０に高圧で流入される際の衝撃を緩和して、液体窒素が液体窒素容器３４０の外部に飛んだり飛散することを効果的に抑制することができる。
【００４９】
前記多孔性素材の空隙は１〜４ｍｍであってもよい。空隙が１ｍｍ未満の場合には液体窒素の供給がスムーズでなく、４ｍｍを超える場合には液体窒素の飛散防止の効果が低下するためである。
【００５０】
また、液体窒素容器３４０の冷気が二酸化炭素トラップ３３０の上端に伝達されることを防止するために、スクリーン３６０が設けられる。スクリーン３６０は、中央に嵌合孔が形成された板状であり、前記嵌合孔に二酸化炭素トラップ３３０が嵌められて固定されることができる。したがって、嵌合孔は、二酸化炭素トラップ３３０の直径と同じ直径を有するように構成される。スクリーン３６０は、二酸化炭素トラップ３３０が液体窒素容器３４０に収容された際に、液体窒素容器３４０の開放面を密閉するように構成される。スクリーン３６０は、二酸化炭素トラップ３３０が複数個設けられた場合に、それぞれの二酸化炭素トラップ３３０にそれぞれ嵌められるように複数個設けられてもよい。複数個の二酸化炭素トラップ３３０に、複数個の嵌合孔を有する単数のスクリーンを適用する場合、それぞれの二酸化炭素トラップ３３０が嵌められる嵌合孔を正確に加工しなければならないため、製作が容易でなく、嵌合孔の間隔が正確に加工されなかった場合、嵌合孔に無理に嵌める（圧入する）ことになって、二酸化炭素トラップ３３０にスクリーン３６０の荷重が加えられ、二酸化炭素トラップ３３０が破損することがあるためである。スクリーン３６０は、通常のゴム材質が適用されてもよく、一例として、ウレタン材質が適用されてもよい。
【００５１】
また、単数のスクリーンを適用する場合、スクリーン３６０の熱膨張によって二酸化炭素トラップ３３０に不要な荷重を加えることもあるためである。
【００５２】
前記のようなスクリーン３６０は、液体窒素容器３４０の上昇による二酸化炭素トラップ３３０の収容の際に液体窒素容器３４０の上部開放面を密閉する。これにより、液体窒素容器３４０の内部の液体窒素が液体窒素容器３４０の外部に流出することを防止する効果がある。
【００５３】
また、二酸化炭素捕集器３００には、液体窒素容器３４０から発生する冷却ガスを外部に排出するための冷却ガス排出装置３７０がさらに設けられることができる。冷却ガス排出装置３７０は、通常のガスの循環のためのダクトとファンからなることができ、冷却ガス排出装置３７０により液体窒素容器３４０の周辺機器が冷却ガスによって冷却することを防止する。特に、冷却ガス排出装置３７０のダクトは、液体窒素注入部３４１に位置した飛散防止部材３５０の上側に配置されることができる。これは、液体窒素注入部３４１において液体窒素の飛散または流出が頻繁に起こる可能性があるためである。
【００５４】
図６には本発明の一実施例による反応炉４１０の結合の際の還元反応器４００の概略的な斜視図が示されており、図７には反応炉４１０の分離の際の還元反応器４００の概略的な斜視図が示されており、図８には熱遮断カーテン４６０の開放の際の還元反応器４００の概略的な斜視図が示されている。また、図９には還元反応器４００の部分斜視図が示されている。
【００５５】
図示されているように、還元反応器４００は、反応に必要な熱を供給する反応炉４１０と、炭素還元反応が起こる反応容器４２０と、反応容器４２０と連結されて還元反応の際に発生する水を除去する二酸化炭素トラップ３３０と、二酸化炭素トラップ３３０の温度を−５０℃内外に冷却する冷却槽４４０と、還元反応器４００の内部を真空状態に作り、内部の圧力を測定する圧力調節部４５０と、からなる。反応炉４１０上には、反応容器４２０の温度を測定するための熱電対２００およびこれを固定する熱電対固定装置１００が設けられ、熱電対２００および熱電対固定装置１００に関する構成については後述する。冷却槽４４０は、二酸化炭素トラップ３３０に対して相対的に昇下降自在に構成される。したがって、冷却槽４４０は、上述の液体窒素容器３４０と同様に、選択的に二酸化炭素トラップ３３０を内部に収容させるかまたは離脱させることができる。一例として、冷却槽４４０の昇降によって二酸化炭素トラップ３３０が冷却槽４４０の内部に収容され、冷却槽４４０の下降によって二酸化炭素トラップ３３０が冷却槽４４０から離脱する。
【００５６】
すなわち、二酸化炭素の捕集の際には、二酸化炭素トラップ３３０が液体窒素容器３４０に収容され、還元反応の際には、液体窒素容器３４０と冷却槽４４０がスイッチングされて、二酸化炭素トラップ３３０が冷却槽４４０に収容されることができる。
【００５７】
反応炉４１０は、炭素還元反応に必要な熱を供給するものであり、銀塊などのように熱伝導率に優れた金属材質からなる本体には、反応容器４２０が収容されることができる収容溝４１１が形成されており、反応炉４１０の特定の部分には、熱線（図示せず）が設けられている。反応容器４２０は、炭素還元反応が起こる空間であり、石英管が用いられる。
【００５８】
この際、本発明において、反応炉４１０から発生する熱が二酸化炭素トラップ３３０、冷却槽４４０および圧力調節部４５０に伝達されることを防止するために、熱遮断カーテン４６０が設けられることができる。熱遮断カーテン４６０は、反応炉４１０および反応容器４２０と、二酸化炭素トラップ３３０、冷却槽４４０および圧力調節部４５０との間に配置され、反応容器４２０が貫通されるように貫通溝が反応容器４２０の数だけ形成されることができる。また、熱遮断カーテン４６０は、開閉自在にヒンジ結合手段４６１により還元反応器４００に結合することができる。熱遮断カーテン４６０を開閉式に構成して、二酸化炭素トラップ３３０、冷却槽４４０および圧力調節部４５０のメンテナンスが容易になるように構成している。また、熱遮断カーテン４６０の内部空間に上述の冷却ガス排出装置３７０が配置され、液体窒素容器３４０から流出する低温の窒素ガスが熱遮断カーテン４６０の外部に流出しない。特に、冷却ガス排出装置３７０は、高温の反応容器４２０に影響を与えないようにすることを特徴とする。
【００５９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施例による熱電対固定装置１００についてより詳細に説明する。
【００６０】
図１０には本発明の一実施例による熱電対固定装置１００の斜視図が示されており、図１１には熱電対固定装置１００の分解斜視図が示されている。また、図１２には熱電対固定装置１００の回転部材１２３と固定部材１１０の締結過程を例示的に示す順序図が示されている。
【００６１】
図１０および図１１に示すように、本発明の熱電対固定装置１００は、固定部材１１０と、コネクタ１２０と、加圧部材１３０と、を含む。
【００６２】
固定部材１１０は、上述の反応炉４１０（図８参照）の外側面に付着され、外側方向に突出した突起１１１が対向するように設けられる。
【００６３】
コネクタ１２０は、内側空間内に熱電対２００が連結され、熱電対２００が反応炉４１０の収容溝４１１（図９参照）に水平方向に差し込まれて固定されるように固定部材１１０に締結される。
【００６４】
より具体的に、コネクタ１２０は、熱電対固定部１２２と、回転部材１２３と、を含む。
【００６５】
熱電対固定部１２２は、熱伝達率の高い金属からなり、一側面が開口されて中空を有する円筒状に形成され、内部中央には熱電対２００が溶接により連結される。
【００６６】
熱電対固定部１２２は、他端に熱電対素線２１０が連結されて、熱電対２００から伝達される熱を熱電対素線２１０に伝達する媒介体の役割を行うとともに、熱電対２００を固定する機能を行う。参考までに、熱電対素線２１０は、熱測定装置（図示せず）と連結されることができる。
【００６７】
また、熱電対固定部１２２の外側面には締結溝１２２ａが形成されることができる。締結溝１２２ａは、回転部材１２３の突出部１２３ａと締結される。
【００６８】
回転部材１２３は、熱電対固定部１２２の所定の部分を包むように中空を有する円筒状に形成され、内側に熱電対固定部１２２の締結溝１２２ａと締結される突出部１２３ａが形成される。
【００６９】
また、回転部材１２３の外側面には、固定部材１１０の突起１１１が差し込まれて固定される絶縁溝１２１ａが形成される。
【００７０】
より具体的に、絶縁溝１２１ａは、回転部材１２３の外側面に「Ｌ」方向を有するように形
成され、絶縁溝１２１ａの両端のいずれか一つには突出部が差し込まれ、他の一つは、絶縁溝１２１ａに差し込まれた突起１１１を固定するように形成される。
【００７１】
したがって、図１２の（ａ）を参照すると、回転部材１２３は、突起１１１を差し込んだ後、回転して締結され、回転部材１２３は、「Ｌ」状パターンで回転して固定部材１１０と着脱
する。
【００７２】
加圧部材１３０は、前記水平方向に熱電対２００を加圧する機能を行い、より具体的に、支持板１３１と、弾性部材１３２と、を含む。
【００７３】
支持板１３１は、中央が突出した、「⊥」状に形成され、突出した部分が弾性部材１３２内に差し込まれ、前記突出した部分の外側表面は弾性部材１３２の一端と溶接または締結部材により結合する。
【００７４】
弾性部材１３２は、高弾力ばねであってもよく、一端が前記突出した部分の外側表面と固定され、他端が熱電対固定部１２２と溶接または締結部材により結合する。
【００７５】
したがって、本発明の熱電対固定装置１００は、反応炉４１０内に熱電対２００を水平方向に安全に差し込み、反応炉４１０内に設けられた反応容器４２０（図８参照）の表面温度を正確に測定することができる。
【００７６】
また、既存の溶接またはボルトにより反応炉４１０に付着した方式ではなく、回転着脱方式により簡単かつ容易に熱電対を固定することができるという利点がある。
【００７７】
また、加圧部材を用いて測定対象物の表面に接する熱電対に可変加圧を提供することで、加圧が適用された熱電対に測定対象物の表面における互いに異なる温度を測定することができる。すなわち、弾性力の高い加圧部材を適用して、相対的に強い圧力で熱電対が測定対象物に接した際の表面温度を測定することができ、弾性力の低い加圧部材を適用して、相対的に弱い圧力で熱電対が測定対象物に接した際の表面温度を測定することができる。
【００７８】
本発明の上記実施例に限定して技術的思想を解釈してはならない。適用範囲が多様であることは言うまでもなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく当業者の水準で様々な変形実施が可能である。したがって、かかる改良および変更は当業者にとって自明なことである限り、本発明の保護範囲に属することになる。
【符号の説明】
【００７９】
１００  熱電対固定装置
１１０  固定部材
１２０  コネクタ
１２２  熱電対固定部
１２１ａ  絶縁孔
１２２ａ  締結溝
１２３  回転部材
１２３ａ  突出部
１３０  加圧部材
１３１  支持板
１３２  弾性部材
２００  熱電対
２１０  熱電対素線
３００  二酸化炭素捕集器
３１０  第１弁
３２０  第２弁
３３０  二酸化炭素トラップ
３４０  液体窒素容器
３４１  液体窒素注入部
３５０  飛散防止部材
３６０  スクリーン
３７０  冷却ガス排出装置
４００  還元反応器
４１０  反応炉
４２０  反応容器
４４０  冷却槽
４５０  圧力調節部
４６０  熱遮断カーテン
５００  制御部
６００  元素分析装置
６１０  試料燃焼部
６２０  燃焼ガス分離部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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