保温装置
【課題】極低温における水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量を正確に評価する。
【解決手段】保温装置５０は、水素貯蔵材を収容する試料用セル５６と、液状冷媒を収容する冷媒用容器６０とを有し、試料用セル５６を囲繞して該試料用セル５６から熱を除去する熱除去部材５８から冷媒用容器６０に至るまでには、伝熱部材６２が橋架されている。これらは、収容用容器６４に収容されている。この中、試料用セル５６が橋架管４０を介してＰＣＴ装置の流通経路１４に接続される。試料用セル５６の外表面は熱除去部材５８の内表面に当接し、一方、収容用容器６４の室７６の内表面と冷媒用容器６０の外表面との間にはクリアランスが形成される。このクリアランスに存在する気体は、真空ポンプによって排気される。
【解決手段】保温装置５０は、水素貯蔵材を収容する試料用セル５６と、液状冷媒を収容する冷媒用容器６０とを有し、試料用セル５６を囲繞して該試料用セル５６から熱を除去する熱除去部材５８から冷媒用容器６０に至るまでには、伝熱部材６２が橋架されている。これらは、収容用容器６４に収容されている。この中、試料用セル５６が橋架管４０を介してＰＣＴ装置の流通経路１４に接続される。試料用セル５６の外表面は熱除去部材５８の内表面に当接し、一方、収容用容器６４の室７６の内表面と冷媒用容器６０の外表面との間にはクリアランスが形成される。このクリアランスに存在する気体は、真空ポンプによって排気される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を低温に保持するための保温装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量を評価するに際しては、特許文献１に記載されるように、圧力−組成等温線（ＰＣＴ線）測定装置が用いられる。図７は、この種のＰＣＴ線測定装置１０の模式図である。このＰＣＴ線測定装置１０は、水素ガス供給源としての水素ボンベ１２に連結された流通経路１４と、該流通経路１４に対して分岐するように連結された分岐経路１６と、流通経路１４における分岐経路１６よりも下流側に設けられたバイパス経路１８とを有する。
【０００３】
流通経路１４には、第１ニードル弁２０、第１電磁弁２２、第２電磁弁２４及び真空ポンプ２６が介装されており、一方、バイパス経路１８には、第３電磁弁２８及び第２ニードル弁３０が介装されている。また、流通経路１４と分岐経路１６との連結箇所には、圧力計３２が配置されている。さらに、分岐経路１６は、その末端に配設された試料用セル３４に至るまで、前記流通経路１４に連結するセル用分岐管３６と、第４電磁弁３８と、該第４電磁弁３８から前記試料用セル３４にわたって橋架された橋架管４０とを有する。そして、前記試料用セル３４には、水素貯蔵材が収容される。以下、流通経路１４中の第１電磁弁２２から第２電磁弁２４に至るまでの間を主管４２、該主管４２から圧力計３２に至るまでの間を圧力計連結用管４４、主管４２から第３電磁弁２８に至るまでの間をバイパス分岐管４６と呼称するとともに、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及びセル用分岐管３６の容積の総和をＶａ、前記橋架管４０の容積をＶｂとする。
【０００４】
以上のように構成されたＰＣＴ線測定装置１０において、任意の平衡水素圧力Ｐａでの水素貯蔵材の水素貯蔵量は、次のようにして測定される。
【０００５】
はじめに、第１電磁弁２２〜第４電磁弁３８を閉止した状態で、水素貯蔵材の温度Ｔ１と、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及び橋架管４０の温度Ｔ２を測定する。その後、第１電磁弁２２のみを開放し、第１ニードル弁２０を調整しながら水素を導入して所定の水素圧力Ｐ１に到達した時点で第１電磁弁２２を閉止する。これにより、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及びセル用分岐管３６に体積Ｖａの水素が導入される。
【０００６】
ここで、水素貯蔵材が水素を貯蔵しないと仮定し、第４電磁弁３８を開放して水素が橋架管４０及び試料用セル３４に拡散した場合の圧力Ｐ２を算出する。この算出には、下記の式（１）で定義される気体の状態方程式が用いられる。
ｐＶ＝ｎＲＴ …（１）
【０００７】
式（１）中のＶには、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６、セル用分岐管３６、橋架管４０及び試料用セル３４の総容積から、水素貯蔵材の体積を差し引いた値が代入される。すなわち、試料用セル３４の容積をＶｃ、水素貯蔵材の体積をＶｄとするとき、下記の式（２）が成り立つ。
Ｖ＝Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ−Ｖｄ …（２）
【０００８】
次に、第４電磁弁３８を実際に開放し、圧力が平衡水素圧力Ｐａとなるまで待機する。この平衡水素圧力Ｐａと、算出した前記圧力Ｐ２との差から、該平衡水素圧力Ｐａにおける水素貯蔵量を算出する。
【０００９】
一方、平衡水素圧力Ｐａとは別の平衡水素圧力Ｐｂにおける水素貯蔵材の水素放出量は、次のようにして測定される。
【００１０】
先ず、第１電磁弁２２〜第４電磁弁３８を閉止した状態で、水素貯蔵材の温度Ｔ１と、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及び橋架管４０の温度Ｔ２を測定する。その後、第４電磁弁３８を開放し、さらに、第１電磁弁２２を開放する。この状態で、第１ニードル弁２０を調整しながら水素を導入して所定の水素圧力Ｐ３に到達した時点で第１電磁弁２２及び第４電磁弁３８を閉止する。これにより、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６、セル用分岐管３６、橋架管４０及び試料用セル３４に水素が導入される。
【００１１】
次に、第３電磁弁２８を開放するとともに第２ニードル弁３０を調整しながら水素を排気し、所定の圧力Ｐ４に到達した時点で第３電磁弁２８を閉止する。
【００１２】
ここで、水素貯蔵材が水素を貯蔵していないと仮定し、第４電磁弁３８を開放して水素がセル用分岐管３６、主管４２、圧力計連結用管４４及びバイパス分岐管４６に拡散した場合の圧力Ｐ５を算出する。この際にも、上記した気体の状態方程式が用いられる。
【００１３】
次に、第４電磁弁３８を実際に開放し、圧力が平衡水素圧力Ｐｂとなるまで待機する。この平衡水素圧力Ｐｂと、算出した前記圧力Ｐ５との差から、該平衡水素圧力Ｐｂにおける水素放出量を計算する。
【００１４】
水素貯蔵材の水素貯蔵量・水素放出量を正確に求めるためには、試料用セル３４に水素貯蔵材を収容しない状態で上記の測定（対照測定）を行った場合、水素貯蔵量及び水素放出量が双方とも０となることが必須である。
【００１５】
【特許文献１】特開平９−１７８７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
近年、極低温域での水素貯蔵材の水素貯蔵挙動に関する知見を得るための試みがなされつつある。このような場合、前記試料用セル３４を、液状冷媒が充填された恒温槽中に浸漬することが一般的である。なお、試料用セル３４は、該試料用セル３４に収容された水素貯蔵材の上端面が液状冷媒の液面よりも下方になるように浸漬される。
【００１７】
ところが、この場合、該試料用セル３４における液状冷媒に浸漬されていない部位、及び橋架管４０等の温度は、試料用セル３４よりも高温となる。換言すれば、主管４２、セル用分岐管３６及び橋架管４０等から試料用セル３４における浸漬された部位に至るまでには、温度勾配が生じた状態となる。このため、上記の対照測定を行い、橋架管４０の容積Ｖｂ及び試料用セル３４の容積Ｖｃの実測値に基づいて式（１）から計算を行うと、図８に示すように、実際には水素の貯蔵・放出がないにも関わらず、計算上は、水素の貯蔵・放出が行われたことになるという結果が出てしまう。
【００１８】
従って、水素貯蔵材の正確な水素貯蔵量・水素放出量を求めるためには、対照測定での水素の貯蔵量・放出量をゼロとするような補正を行う必要がある。この補正は、先ず、水素貯蔵材を収容していない試料用セル３４を液状冷媒に浸漬した上でＰＣＴ線測定装置１０に水素を充填し、又は放出したときの水素圧力の実測値と、室温での橋架管４０の容積Ｖｂ及び試料用セル３４の容積Ｖｃから各水素圧力下での水素貯蔵量・放出量を求める第１作業を行い、次に、図９に示されるように、橋架管４０の容積Ｖｂ及び試料用セル３４の容積Ｖｃを変化させつつ、変化後の橋架管４０の容積Ｖｂ’及び試料用セル３４の容積Ｖｃ’の和Ｖｂ’＋Ｖｃ’がＶｂ＋Ｖｃに等しく、且つ該Ｖｂ’＋Ｖｃ’から算出される水素の貯蔵量・放出量がゼロとなるような組を見出す第２作業を行うことによって実施される。
【００１９】
しかしながら、前記第１作業を行うためには、５時間程度を必要とする。しかも、第１作業及び第２作業を行う間は、前記温度勾配が変化しないように恒温槽の温度、ひいては液状冷媒の液面を不変に保つ必要がある。温度勾配が変化した場合、正確な補正ができないからである。
【００２０】
ここで、前記液状冷媒としては、安価で且つ取り扱いが容易な液体窒素を使用するのが通例である。そして、この場合、恒温槽を構成する容器としてデュアー瓶４８（図７参照）が選定される。
【００２１】
しかしながら、液体窒素は極めて気化し易く、例えば、内径１００ｍｍのデュアー瓶４８に収容された液体窒素の液面は、室温で６０分後に３０ｍｍも下降する。このため、前記温度勾配を不変に保つことは困難であり、結局、正確な補正を行うことも困難である。
【００２２】
以上のように、極低温における水素貯蔵材の正確な水素貯蔵量・放出量を測定するための補正作業は、長時間を要し、しかも、適切な補正を行うことも容易ではないという不具合が顕在化している。
【００２３】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、試料用セル３４と、試料用セル以外の箇所との温度勾配を一定に保つことが可能であり、このために適切な補正を行うことが容易な保温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】
【００２４】
前記の目的を達成するために、本発明は、試料用セルに収容された試料を保温するための保温装置であって、
前記試料用セルの一部又は全部を囲繞し、前記試料用セルから熱を除去する熱除去部材と、
液状冷媒を収容するための冷媒用容器と、
前記熱除去部材から前記冷媒用容器に熱を伝達するための伝熱部材と、
前記試料用セル、前記熱除去部材、前記冷媒用容器及び前記伝熱部材を収容した収容用容器と、
を備え、
前記冷媒用容器及び前記収容用容器の各々が、前記液状冷媒を導入するための導入口が形成された管部を有することを特徴とする。
【００２５】
このような構成においては、液状冷媒が冷媒用容器、熱除去部材、伝熱部材を介して試料用セルから熱を奪取する。すなわち、試料用セルに収容された水素貯蔵材等の試料は、液状冷媒に浸漬されることなく、熱伝達を介して冷却される。この熱伝達は、液状冷媒が存在する限り継続されるので、試料用セルを長時間にわたって一定温度に保持することが可能となる。
【００２６】
その結果、該保温装置を連結する連結管も低温に保持され、従って、試料用セルから連結管に至る温度勾配を長時間にわたって一定に保持することができる。この間に上記の対照測定を行えば、正確な補正が可能となる。結局、試料の正確なＰＣＴ線図を得ることが可能となる。すなわち、試料が水素貯蔵材である場合、その水素貯蔵量・放出量を正確に評価することができる。
【００２７】
なお、試料用セルの外表面と熱除去部材の内表面とを当接させることが好ましい。これにより、試料用セルから効率的に熱を奪取することができるようになるからである。
【００２８】
この場合、試料用セルの外表面と熱除去部材の内表面との間にグリスを介在させるようにしてもよい。グリスが固化することにより、前記の熱奪取が一層効率的に営まれるようになる。
【００２９】
また、冷媒用容器の外表面と収容用容器の内壁との間にクリアランスを形成するとともに、このクリアランスから排気を行うことが好ましい。これにより収容用容器から冷媒用容器に対して熱が伝達されることが回避されるので、冷媒用容器、ひいては試料用セルを長期間にわたって一定温度に保持することが容易となる。
【００３０】
さらに、冷媒用容器は、その管部が収容用容器の管部に連結されることのみで収容用容器に収容されていること、換言すれば、管部以外は収容用容器に接触していない状態で収容用容器に収容されていることが好ましい。これにより、収容用容器から冷媒用容器に対して熱が伝達されることが一層困難となる。従って、試料用セルを長期間にわたって一定温度に保持することがさらに容易となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、試料用セルを液状冷媒に浸漬せず、冷媒用容器に収容した液状冷媒で熱除去部材及び伝熱部材を介して試料用セルから熱を奪取するようにしている。このため、液状冷媒が存在している間、前記熱奪取が継続されるので、試料用セルを長時間にわたって一定温度に保持することが可能となる。従って、試料用セルからＰＣＴ線測定装置を構成する連結管に至る温度勾配を長時間にわたって一定に保持することができる。
【００３２】
この間に対照測定を行うことにより正確な補正が可能となり、その結果、試料の正確なＰＣＴ線図を得ることが可能となる。このことは、試料が水素貯蔵材である場合、その水素貯蔵量・放出量を正確に評価することができることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る保温装置につき、それを含んで構成されたＰＣＴ線測定装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図７に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、場合によってはその詳細な説明を省略する。
【００３４】
図１は、本実施の形態に係る保温装置５０を含むＰＣＴ線測定装置５２を模式的に示した概略全体構成図である。このＰＣＴ線測定装置５２は、水素ボンベ１２に連結された流通経路１４と、該流通経路１４に対して分岐するように連結された分岐経路１６と、流通経路１４における分岐経路１６よりも下流側に設けられたバイパス経路１８とを有する。
【００３５】
流通経路１４には、第１ニードル弁２０、第１電磁弁２２、第２電磁弁２４及び真空ポンプ２６が上流側からこの順序で介装されており、一方、バイパス経路１８には、第３電磁弁２８及び第２ニードル弁３０が上流側からこの順序で介装されている。
【００３６】
流通経路１４を構成する主管４２と、分岐経路１６を構成する保温装置用分岐管５４との連結箇所には、圧力計３２が配置されている。さらに、分岐経路１６の末端には前記保温装置５０が配置され、該保温装置５０と前記主管４２の間には、前記保温装置用分岐管５４と、第４電磁弁３８と、該第４電磁弁３８から前記保温装置５０にわたって橋架された橋架管４０とが配置される。
【００３７】
保温装置５０の全体概略縦断面図である図２に示されるように、該保温装置５０は、試料用セル５６と、該試料用セル５６から熱を除去する熱除去部材５８と、液状冷媒を収容する冷媒用容器６０と、熱除去部材５８から冷媒用容器６０に熱を伝達する伝熱部材６２と、これら試料用セル５６、熱除去部材５８、冷媒用容器６０及び伝熱部材６２を収容した収容用容器６４と、該収容用容器６４の内部を排気するための図示しない真空ポンプとを備える。なお、以下においては、液状冷媒として液体窒素を用いた場合を例示して説明する。
【００３８】
この場合、試料用セル５６には、水素貯蔵材が収容される。そして、少なくとも、該試料用セル５６における水素貯蔵材を収容した部位は、前記熱除去部材５８によって囲繞されている。すなわち、熱除去部材５８は、試料用セル５６を囲繞するのに適した形状で構成されている。
【００３９】
熱除去部材５８は、熱伝導度が高い、換言すれば、熱伝導が良好な材質からなる。このような材質の好適な例としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。とりわけ、無酸素銅は大きな熱伝導度を示すことから特に好適である。
【００４０】
後述するように、熱除去部材５８は、試料用セル５６から熱を奪取するためのものである。従って、熱除去部材５８の内表面は、試料用セル５６の外表面に当接していることが好ましい。この場合、熱除去部材５８の内表面と試料用セル５６の外表面の間にクリアランスが存在する場合に比して、試料用セル５６の熱が効率的に奪取されるようになるからである。
【００４１】
熱除去部材５８の内表面と試料用セル５６の外表面とを、グリスを介して当接させるようにしてもよい。この場合、低温時にグリスの粘度が上昇して固化する。その結果、熱除去部材５８の内表面と試料用セル５６の外表面との密着度が増すので、試料用セル５６からの熱の奪取が一層効率的に行われるようになる。
【００４２】
この熱除去部材５８の側壁中、底部近傍、略中腹部、上端部近傍の３箇所には、熱電対（図示せず）を挿入・支持するための支持ポケット６６ａ〜６６ｃがそれぞれ設けられる。熱除去部材５８の各部位における温度は、これら熱電対によって測定される。
【００４３】
伝熱部材６２は、熱除去部材５８が試料用セル５６から奪取した熱を冷媒用容器６０に伝達するためのものである。このため、伝熱部材６２の一端部は、ボルトを介して熱除去部材５８に連結されており、残余の他端部は、冷媒用容器６０の底部近傍に至るまで延在している。
【００４４】
伝熱部材６２は、熱除去部材５８と同様に、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の熱伝導が良好な材質から構成される。勿論、この場合も、無酸素銅が特に好適な材質の１つとして挙げられる。
【００４５】
この場合、冷媒用容器６０は、いずれもステンレス鋼で構成された中空な円筒状本体６８と、該円筒状本体６８の底部端面に設けられた連結用円柱部７０と、前記円筒状本体６８の蓋部端面に設けられた中空な冷媒導入用管部７２とを有する。この中、連結用円柱部７０が伝熱部材６２を介して前記熱除去部材５８に連結されている。
【００４６】
円筒状本体６８の蓋部の略中心には、貫通孔が形成されている。冷媒導入用管部７２は、この貫通孔の開口近傍の肉に対して溶接されることで蓋部７４に接合されている。
【００４７】
円筒状本体６８の内部と冷媒導入用管部７２とは、互いに連通している。後述するように、冷媒導入用管部７２は、液体窒素を導入するための導入口として機能する。
【００４８】
収容用容器６４の内部には、冷媒用容器６０を構成する円筒状本体６８を収容するための室７６が形成されている。この室７６の内壁は、冷媒用容器６０の外表面から若干離間している。すなわち、室７６の内壁と冷媒用容器６０の外表面には、クリアランスが形成されている。
【００４９】
収容用容器６４の一側面には、中空の排気用管部７８が形成されている。この排気用管部７８は前記室７６に連通する一方、該排気用管部７８に前記真空ポンプが接続される。
【００５０】
収容用容器６４の上端面には、連結用管部８０が突出形成されている。この連結用管部８０の内径は、冷媒用容器６０の冷媒導入用管部７２の外径と略等しい。また、連結用管部８０に挿入された冷媒導入用管部７２の上端面は、連結用管部８０の上端面と略面一となる。
【００５１】
冷媒用容器６０の冷媒導入用管部７２は、その上端面が、蓋部材８２から延在する前記連結用管部８０の上端面に対して溶接されている。冷媒用容器６０は、この溶接でのみ、収容用容器６４に接合されている。すなわち、冷媒用容器６０を構成する円筒状本体６８は、室７６内で懸吊された状態にある。このことから諒解されるように、冷媒用容器６０の円筒状本体６８は、収容用容器６４に接触していない。
【００５２】
本実施の形態に係る保温装置５０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００５３】
この保温装置５０が組み込まれたＰＣＴ線測定装置５２を用いて水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量を測定するに際しては、試料用セル５６に水素貯蔵材が収容される一方、冷媒用容器６０の冷媒導入用管部７２を介して液体窒素が円筒状本体６８に収容される。なお、前記真空ポンプは予め付勢されており、前記室７６からの排気を行う。
【００５４】
この排気により、室７６の内壁と円筒状本体６８の外表面との間が真空状態となる。しかも、本実施の形態においては、上記したように、室７６の内壁と円筒状本体６８の外表面との間にはクリアランスが形成され、液体窒素を収容した円筒状本体６８は収容用容器６４の内壁に接触していない。このため、収容用容器６４から冷媒用容器６０に対して熱が伝達されることが有効に回避される。従って、円筒状本体６８（冷媒用容器６０）、ひいては試料用セル５６が長時間にわたって一定温度に保たれる。
【００５５】
円筒状本体６８が低温になるに伴い、熱除去部材５８及び伝熱部材６２、場合によっては前記グリスを介して試料用セル５６から熱が奪取・伝達される。その結果、試料用セル５６も低温となり、これに追従して該試料用セル５６に収容された水素貯蔵材も低温となる。
【００５６】
そして、冷媒用容器６０、ひいては試料用セル５６が長時間にわたって一定温度に保たれるため、橋架管４０の温度も長時間にわたって一定温度に保たれる。その結果、試料用セル５６から橋架管４０等に至る温度勾配を略一定に保持することが可能となる。
【００５７】
この保持は、冷媒用容器６０に液体窒素が存在する限り継続される。すなわち、前記温度勾配が略不変となるので、上記の補正を行うことが極めて容易である。
【００５８】
なお、上記した実施の形態においては、液状冷媒として液体窒素を用いるようにしているが、液体酸素や液体ヘリウム等、別種の液状冷媒であってもよいことは勿論である。
【００５９】
また、試料用セル５６に収容される試料は、水素貯蔵材に特に限定されるものではなく、別の気体を物理的ないし化学的に吸着（貯蔵）し得る物質であれば如何なるものであってもよい。
【実施例１】
【００６０】
図１に示すＰＣＴ線測定装置５２を用い、前記支持ポケット６６ａ〜６６ｃの各々に熱電対を挿入して支持した。なお、室温において、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及び保温装置用分岐管５４の総容積Ｖａは２５ｃｍ3、橋架管４０の容積Ｖｂは１３ｃｍ3、保温装置５０中の試料用セル５６の容積Ｖｃは３ｃｍ3であり、試料用セル５６における熱除去部材５８に囲繞された部位は、底面から１２０ｍｍの高さまでであった。
【００６１】
また、熱除去部材５８及び伝熱部材６２は無酸素銅で構成し、冷媒用容器６０及び収容用容器６４は、ステンレス鋼の１種であるＳＵＳ３１６で構成した。冷媒用容器６０には２リットルの液体窒素を導入し、その後、冷媒導入用管部７２に取り付けられた図示しないリリーフバルブを閉止した。
【００６２】
図３は、各熱電対による温度の経時変化を示す。この図３から諒解されるように、熱除去部材５８の底部近傍、中腹部、上端部近傍における温度は全て約−１９４℃（７９Ｋ）であり互いに略等しく、且つその状態が２５時間にわたって維持された。これに伴い、試料用セル５６から橋架管４０等に至る温度勾配を略一定に保持されることが確認された。
【００６３】
その後、試料用セル５６に水素貯蔵材を収容しないまま、液体窒素を冷媒用容器６０に再導入して１時間放置し、熱電対が−１９４℃を示すことを確認した。次に、試料用セル５６内に水素圧力を０．１ＭＰａから８ＭＰａまで段階的に変更しながら水素を導入し、各段階での水素圧力と、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及び保温装置用分岐管５４の総容積Ｖａ（２５ｃｍ3）、橋架管４０の容積Ｖｂ（１３ｃｍ3）、試料用セル５６の容積Ｖｃ（３ｃｍ3）から、見かけ上の水素貯蔵量を算出した。
【００６４】
次に、試料用セル５６内から水素圧力を８ＭＰａから０．００４ＭＰａまで段階的に変更しながら水素を放出し、上記と同様に、各段階での水素圧力と、Ｖａ（２５ｃｍ3）、Ｖｂ（１３ｃｍ3）、Ｖｃ（３ｃｍ3）から、見かけ上の水素放出量を算出した。以上の水素貯蔵量・放出量の算出作業には、５時間を要した。結果を、図４に併せて示す。
【００６５】
次に、橋架管４０の容積及び試料用セル５６の容積を変化させつつ、変化後の橋架管４０の容積Ｖｂ’及び試料用セル５６の容積Ｖｃ’の和Ｖｂ’＋Ｖｃ’がＶｂ＋Ｖｃ（１６ｃｍ3）に等しく、且つ該Ｖｂ’＋Ｖｃ’から算出される水素の貯蔵量・放出量がゼロとなるような組を求めたところ、Ｖｂ’＝９ｃｍ3、Ｖｃ’＝７ｃｍ3となった。すなわち、これらＶｂ’、Ｖｃ’が、−１９４℃（７９Ｋ）における補正値である。
【００６６】
この補正値を考慮して、水素貯蔵量・放出量を再計算した。結果を図５に示す。この図５から諒解されるように、補正を行った結果、水素貯蔵量・放出量がともにゼロとなる。従って、試料用セル５６に水素貯蔵材を収容して上記と同様の測定を行えば、該水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量を正確に測定することが可能となる。
【００６７】
このように、上記した構成の保温装置５０を用いることにより、試料用セル５６から橋架管４０等に至る温度勾配を長時間にわたって一定に保持することができ、その結果、正確な補正を行うことができる。このため、水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量の正確な評価が可能となる。
【００６８】
比較のため、図７に示す一般的なＰＣＴ線測定装置１０を用いて上記と同様の測定を試みた。すなわち、はじめに、デュアー瓶４８に収容された液体窒素に試料用セル５６を浸漬して１時間放置し、該試料用セル５６の底部に設置された熱電対が−１９４℃を示すことを確認した。なお、試料用セル５６は、当初、底面から１２０ｍｍの高さまでが液体窒素に浸漬された。
【００６９】
次に、試料用セル３４内に水素圧力を０．０１５ＭＰａから８ＭＰａまで段階的に変更しながら水素を導入し、各段階での水素圧力と、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及びセル用分岐管３６の総容積Ｖａ（２５ｃｍ3）、橋架管４０の容積Ｖｂ（１３ｃｍ3）、試料用セル５６の容積Ｖｃ（３ｃｍ3）から、見かけ上の水素貯蔵量を算出した。この水素導入・算出過程の間に液体窒素が気化し続け、水素圧力が８ＭＰａに達した時点で、試料用セル５６における液体窒素に浸漬された部位は、底面から６３ｍｍの高さまでとなった。すなわち、液体窒素の液面は、当初から５７ｍｍ下降した。
【００７０】
次に、試料用セル３４内から水素圧力を８ＭＰａから０．００２ＭＰａまで段階的に変更しながら水素を放出した。その途中、水素圧力が０．０２ＭＰａに達した時点で、試料用セル３４の底部が液体窒素から露呈した。すなわち、液体窒素に浸漬された部位が存在しなくなった。すなわち、この時点で試料用セル３４の温度を−１９４℃に保持することが不可能となり、以降は測定を中断した。なお、試料用セル３４が液体窒素から露呈したときには、当初から４．２時間が経過していた。
【００７１】
測定を中断するまでの水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量の計算結果を図６に示す。この図６に示される線図に基づいて補正を行うことは不可能であった。
【００７２】
すなわち、デュアー瓶４８に収容した液体窒素に試料用セル３４を浸漬する方法では、液体窒素が気化してその液面が下降するため、試料用セル３４における浸漬された部位の領域が変動してしまう。このため、試料用セル３４から橋架管４０にわたる温度勾配を一定とすることができないので、正確な補正を行うこともできない。結局、水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量を正確に評価することも困難である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本実施の形態に係る保温装置を含むＰＣＴ線測定装置を模式的に示した概略全体構成図である。
【図２】図１のＰＣＴ線測定装置を構成する保温装置の全体概略縦断面図である。
【図３】前記保温装置を構成する熱除去部材の温度の経時変化を示すグラフである。
【図４】図１のＰＣＴ線測定装置を用いて算出された計算上の水素貯蔵量・放出量である。
【図５】図１のＰＣＴ線測定装置における補正後の水素貯蔵量・放出量である。
【図６】比較例のＰＣＴ線測定装置を用いて算出された計算上の水素貯蔵量・放出量である。
【図７】従来技術に係るＰＣＴ線測定装置を模式的に示した概略全体構成図である。
【図８】図７のＰＣＴ線測定装置を用いて算出された計算上の水素貯蔵量・放出量である。
【図９】図７のＰＣＴ線測定装置における補正後の水素貯蔵量・放出量である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、５２…ＰＣＴ線測定装置 １４…流通経路
１６…分岐経路 ２２、２４、２８、３８…電磁弁
３４…試料用セル ３６…セル用分岐管
４０…橋架管 ４２…主管
４４…圧力計連結用管 ４６…バイパス分岐管
５０…保温装置 ５４…保温装置用分岐管
５６…試料用セル ５８…熱除去部材
６０…冷媒用容器 ６２…伝熱部材
６４…収容用容器 ７２…冷媒導入用管部
７６…室 ７８…排気用管部
８０…連結用管部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を低温に保持するための保温装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量を評価するに際しては、特許文献１に記載されるように、圧力−組成等温線（ＰＣＴ線）測定装置が用いられる。図７は、この種のＰＣＴ線測定装置１０の模式図である。このＰＣＴ線測定装置１０は、水素ガス供給源としての水素ボンベ１２に連結された流通経路１４と、該流通経路１４に対して分岐するように連結された分岐経路１６と、流通経路１４における分岐経路１６よりも下流側に設けられたバイパス経路１８とを有する。
【０００３】
流通経路１４には、第１ニードル弁２０、第１電磁弁２２、第２電磁弁２４及び真空ポンプ２６が介装されており、一方、バイパス経路１８には、第３電磁弁２８及び第２ニードル弁３０が介装されている。また、流通経路１４と分岐経路１６との連結箇所には、圧力計３２が配置されている。さらに、分岐経路１６は、その末端に配設された試料用セル３４に至るまで、前記流通経路１４に連結するセル用分岐管３６と、第４電磁弁３８と、該第４電磁弁３８から前記試料用セル３４にわたって橋架された橋架管４０とを有する。そして、前記試料用セル３４には、水素貯蔵材が収容される。以下、流通経路１４中の第１電磁弁２２から第２電磁弁２４に至るまでの間を主管４２、該主管４２から圧力計３２に至るまでの間を圧力計連結用管４４、主管４２から第３電磁弁２８に至るまでの間をバイパス分岐管４６と呼称するとともに、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及びセル用分岐管３６の容積の総和をＶａ、前記橋架管４０の容積をＶｂとする。
【０００４】
以上のように構成されたＰＣＴ線測定装置１０において、任意の平衡水素圧力Ｐａでの水素貯蔵材の水素貯蔵量は、次のようにして測定される。
【０００５】
はじめに、第１電磁弁２２〜第４電磁弁３８を閉止した状態で、水素貯蔵材の温度Ｔ１と、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及び橋架管４０の温度Ｔ２を測定する。その後、第１電磁弁２２のみを開放し、第１ニードル弁２０を調整しながら水素を導入して所定の水素圧力Ｐ１に到達した時点で第１電磁弁２２を閉止する。これにより、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及びセル用分岐管３６に体積Ｖａの水素が導入される。
【０００６】
ここで、水素貯蔵材が水素を貯蔵しないと仮定し、第４電磁弁３８を開放して水素が橋架管４０及び試料用セル３４に拡散した場合の圧力Ｐ２を算出する。この算出には、下記の式（１）で定義される気体の状態方程式が用いられる。
ｐＶ＝ｎＲＴ …（１）
【０００７】
式（１）中のＶには、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６、セル用分岐管３６、橋架管４０及び試料用セル３４の総容積から、水素貯蔵材の体積を差し引いた値が代入される。すなわち、試料用セル３４の容積をＶｃ、水素貯蔵材の体積をＶｄとするとき、下記の式（２）が成り立つ。
Ｖ＝Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ−Ｖｄ …（２）
【０００８】
次に、第４電磁弁３８を実際に開放し、圧力が平衡水素圧力Ｐａとなるまで待機する。この平衡水素圧力Ｐａと、算出した前記圧力Ｐ２との差から、該平衡水素圧力Ｐａにおける水素貯蔵量を算出する。
【０００９】
一方、平衡水素圧力Ｐａとは別の平衡水素圧力Ｐｂにおける水素貯蔵材の水素放出量は、次のようにして測定される。
【００１０】
先ず、第１電磁弁２２〜第４電磁弁３８を閉止した状態で、水素貯蔵材の温度Ｔ１と、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及び橋架管４０の温度Ｔ２を測定する。その後、第４電磁弁３８を開放し、さらに、第１電磁弁２２を開放する。この状態で、第１ニードル弁２０を調整しながら水素を導入して所定の水素圧力Ｐ３に到達した時点で第１電磁弁２２及び第４電磁弁３８を閉止する。これにより、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６、セル用分岐管３６、橋架管４０及び試料用セル３４に水素が導入される。
【００１１】
次に、第３電磁弁２８を開放するとともに第２ニードル弁３０を調整しながら水素を排気し、所定の圧力Ｐ４に到達した時点で第３電磁弁２８を閉止する。
【００１２】
ここで、水素貯蔵材が水素を貯蔵していないと仮定し、第４電磁弁３８を開放して水素がセル用分岐管３６、主管４２、圧力計連結用管４４及びバイパス分岐管４６に拡散した場合の圧力Ｐ５を算出する。この際にも、上記した気体の状態方程式が用いられる。
【００１３】
次に、第４電磁弁３８を実際に開放し、圧力が平衡水素圧力Ｐｂとなるまで待機する。この平衡水素圧力Ｐｂと、算出した前記圧力Ｐ５との差から、該平衡水素圧力Ｐｂにおける水素放出量を計算する。
【００１４】
水素貯蔵材の水素貯蔵量・水素放出量を正確に求めるためには、試料用セル３４に水素貯蔵材を収容しない状態で上記の測定（対照測定）を行った場合、水素貯蔵量及び水素放出量が双方とも０となることが必須である。
【００１５】
【特許文献１】特開平９−１７８７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
近年、極低温域での水素貯蔵材の水素貯蔵挙動に関する知見を得るための試みがなされつつある。このような場合、前記試料用セル３４を、液状冷媒が充填された恒温槽中に浸漬することが一般的である。なお、試料用セル３４は、該試料用セル３４に収容された水素貯蔵材の上端面が液状冷媒の液面よりも下方になるように浸漬される。
【００１７】
ところが、この場合、該試料用セル３４における液状冷媒に浸漬されていない部位、及び橋架管４０等の温度は、試料用セル３４よりも高温となる。換言すれば、主管４２、セル用分岐管３６及び橋架管４０等から試料用セル３４における浸漬された部位に至るまでには、温度勾配が生じた状態となる。このため、上記の対照測定を行い、橋架管４０の容積Ｖｂ及び試料用セル３４の容積Ｖｃの実測値に基づいて式（１）から計算を行うと、図８に示すように、実際には水素の貯蔵・放出がないにも関わらず、計算上は、水素の貯蔵・放出が行われたことになるという結果が出てしまう。
【００１８】
従って、水素貯蔵材の正確な水素貯蔵量・水素放出量を求めるためには、対照測定での水素の貯蔵量・放出量をゼロとするような補正を行う必要がある。この補正は、先ず、水素貯蔵材を収容していない試料用セル３４を液状冷媒に浸漬した上でＰＣＴ線測定装置１０に水素を充填し、又は放出したときの水素圧力の実測値と、室温での橋架管４０の容積Ｖｂ及び試料用セル３４の容積Ｖｃから各水素圧力下での水素貯蔵量・放出量を求める第１作業を行い、次に、図９に示されるように、橋架管４０の容積Ｖｂ及び試料用セル３４の容積Ｖｃを変化させつつ、変化後の橋架管４０の容積Ｖｂ’及び試料用セル３４の容積Ｖｃ’の和Ｖｂ’＋Ｖｃ’がＶｂ＋Ｖｃに等しく、且つ該Ｖｂ’＋Ｖｃ’から算出される水素の貯蔵量・放出量がゼロとなるような組を見出す第２作業を行うことによって実施される。
【００１９】
しかしながら、前記第１作業を行うためには、５時間程度を必要とする。しかも、第１作業及び第２作業を行う間は、前記温度勾配が変化しないように恒温槽の温度、ひいては液状冷媒の液面を不変に保つ必要がある。温度勾配が変化した場合、正確な補正ができないからである。
【００２０】
ここで、前記液状冷媒としては、安価で且つ取り扱いが容易な液体窒素を使用するのが通例である。そして、この場合、恒温槽を構成する容器としてデュアー瓶４８（図７参照）が選定される。
【００２１】
しかしながら、液体窒素は極めて気化し易く、例えば、内径１００ｍｍのデュアー瓶４８に収容された液体窒素の液面は、室温で６０分後に３０ｍｍも下降する。このため、前記温度勾配を不変に保つことは困難であり、結局、正確な補正を行うことも困難である。
【００２２】
以上のように、極低温における水素貯蔵材の正確な水素貯蔵量・放出量を測定するための補正作業は、長時間を要し、しかも、適切な補正を行うことも容易ではないという不具合が顕在化している。
【００２３】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、試料用セル３４と、試料用セル以外の箇所との温度勾配を一定に保つことが可能であり、このために適切な補正を行うことが容易な保温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】
【００２４】
前記の目的を達成するために、本発明は、試料用セルに収容された試料を保温するための保温装置であって、
前記試料用セルの一部又は全部を囲繞し、前記試料用セルから熱を除去する熱除去部材と、
液状冷媒を収容するための冷媒用容器と、
前記熱除去部材から前記冷媒用容器に熱を伝達するための伝熱部材と、
前記試料用セル、前記熱除去部材、前記冷媒用容器及び前記伝熱部材を収容した収容用容器と、
を備え、
前記冷媒用容器及び前記収容用容器の各々が、前記液状冷媒を導入するための導入口が形成された管部を有することを特徴とする。
【００２５】
このような構成においては、液状冷媒が冷媒用容器、熱除去部材、伝熱部材を介して試料用セルから熱を奪取する。すなわち、試料用セルに収容された水素貯蔵材等の試料は、液状冷媒に浸漬されることなく、熱伝達を介して冷却される。この熱伝達は、液状冷媒が存在する限り継続されるので、試料用セルを長時間にわたって一定温度に保持することが可能となる。
【００２６】
その結果、該保温装置を連結する連結管も低温に保持され、従って、試料用セルから連結管に至る温度勾配を長時間にわたって一定に保持することができる。この間に上記の対照測定を行えば、正確な補正が可能となる。結局、試料の正確なＰＣＴ線図を得ることが可能となる。すなわち、試料が水素貯蔵材である場合、その水素貯蔵量・放出量を正確に評価することができる。
【００２７】
なお、試料用セルの外表面と熱除去部材の内表面とを当接させることが好ましい。これにより、試料用セルから効率的に熱を奪取することができるようになるからである。
【００２８】
この場合、試料用セルの外表面と熱除去部材の内表面との間にグリスを介在させるようにしてもよい。グリスが固化することにより、前記の熱奪取が一層効率的に営まれるようになる。
【００２９】
また、冷媒用容器の外表面と収容用容器の内壁との間にクリアランスを形成するとともに、このクリアランスから排気を行うことが好ましい。これにより収容用容器から冷媒用容器に対して熱が伝達されることが回避されるので、冷媒用容器、ひいては試料用セルを長期間にわたって一定温度に保持することが容易となる。
【００３０】
さらに、冷媒用容器は、その管部が収容用容器の管部に連結されることのみで収容用容器に収容されていること、換言すれば、管部以外は収容用容器に接触していない状態で収容用容器に収容されていることが好ましい。これにより、収容用容器から冷媒用容器に対して熱が伝達されることが一層困難となる。従って、試料用セルを長期間にわたって一定温度に保持することがさらに容易となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、試料用セルを液状冷媒に浸漬せず、冷媒用容器に収容した液状冷媒で熱除去部材及び伝熱部材を介して試料用セルから熱を奪取するようにしている。このため、液状冷媒が存在している間、前記熱奪取が継続されるので、試料用セルを長時間にわたって一定温度に保持することが可能となる。従って、試料用セルからＰＣＴ線測定装置を構成する連結管に至る温度勾配を長時間にわたって一定に保持することができる。
【００３２】
この間に対照測定を行うことにより正確な補正が可能となり、その結果、試料の正確なＰＣＴ線図を得ることが可能となる。このことは、試料が水素貯蔵材である場合、その水素貯蔵量・放出量を正確に評価することができることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る保温装置につき、それを含んで構成されたＰＣＴ線測定装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図７に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、場合によってはその詳細な説明を省略する。
【００３４】
図１は、本実施の形態に係る保温装置５０を含むＰＣＴ線測定装置５２を模式的に示した概略全体構成図である。このＰＣＴ線測定装置５２は、水素ボンベ１２に連結された流通経路１４と、該流通経路１４に対して分岐するように連結された分岐経路１６と、流通経路１４における分岐経路１６よりも下流側に設けられたバイパス経路１８とを有する。
【００３５】
流通経路１４には、第１ニードル弁２０、第１電磁弁２２、第２電磁弁２４及び真空ポンプ２６が上流側からこの順序で介装されており、一方、バイパス経路１８には、第３電磁弁２８及び第２ニードル弁３０が上流側からこの順序で介装されている。
【００３６】
流通経路１４を構成する主管４２と、分岐経路１６を構成する保温装置用分岐管５４との連結箇所には、圧力計３２が配置されている。さらに、分岐経路１６の末端には前記保温装置５０が配置され、該保温装置５０と前記主管４２の間には、前記保温装置用分岐管５４と、第４電磁弁３８と、該第４電磁弁３８から前記保温装置５０にわたって橋架された橋架管４０とが配置される。
【００３７】
保温装置５０の全体概略縦断面図である図２に示されるように、該保温装置５０は、試料用セル５６と、該試料用セル５６から熱を除去する熱除去部材５８と、液状冷媒を収容する冷媒用容器６０と、熱除去部材５８から冷媒用容器６０に熱を伝達する伝熱部材６２と、これら試料用セル５６、熱除去部材５８、冷媒用容器６０及び伝熱部材６２を収容した収容用容器６４と、該収容用容器６４の内部を排気するための図示しない真空ポンプとを備える。なお、以下においては、液状冷媒として液体窒素を用いた場合を例示して説明する。
【００３８】
この場合、試料用セル５６には、水素貯蔵材が収容される。そして、少なくとも、該試料用セル５６における水素貯蔵材を収容した部位は、前記熱除去部材５８によって囲繞されている。すなわち、熱除去部材５８は、試料用セル５６を囲繞するのに適した形状で構成されている。
【００３９】
熱除去部材５８は、熱伝導度が高い、換言すれば、熱伝導が良好な材質からなる。このような材質の好適な例としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。とりわけ、無酸素銅は大きな熱伝導度を示すことから特に好適である。
【００４０】
後述するように、熱除去部材５８は、試料用セル５６から熱を奪取するためのものである。従って、熱除去部材５８の内表面は、試料用セル５６の外表面に当接していることが好ましい。この場合、熱除去部材５８の内表面と試料用セル５６の外表面の間にクリアランスが存在する場合に比して、試料用セル５６の熱が効率的に奪取されるようになるからである。
【００４１】
熱除去部材５８の内表面と試料用セル５６の外表面とを、グリスを介して当接させるようにしてもよい。この場合、低温時にグリスの粘度が上昇して固化する。その結果、熱除去部材５８の内表面と試料用セル５６の外表面との密着度が増すので、試料用セル５６からの熱の奪取が一層効率的に行われるようになる。
【００４２】
この熱除去部材５８の側壁中、底部近傍、略中腹部、上端部近傍の３箇所には、熱電対（図示せず）を挿入・支持するための支持ポケット６６ａ〜６６ｃがそれぞれ設けられる。熱除去部材５８の各部位における温度は、これら熱電対によって測定される。
【００４３】
伝熱部材６２は、熱除去部材５８が試料用セル５６から奪取した熱を冷媒用容器６０に伝達するためのものである。このため、伝熱部材６２の一端部は、ボルトを介して熱除去部材５８に連結されており、残余の他端部は、冷媒用容器６０の底部近傍に至るまで延在している。
【００４４】
伝熱部材６２は、熱除去部材５８と同様に、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の熱伝導が良好な材質から構成される。勿論、この場合も、無酸素銅が特に好適な材質の１つとして挙げられる。
【００４５】
この場合、冷媒用容器６０は、いずれもステンレス鋼で構成された中空な円筒状本体６８と、該円筒状本体６８の底部端面に設けられた連結用円柱部７０と、前記円筒状本体６８の蓋部端面に設けられた中空な冷媒導入用管部７２とを有する。この中、連結用円柱部７０が伝熱部材６２を介して前記熱除去部材５８に連結されている。
【００４６】
円筒状本体６８の蓋部の略中心には、貫通孔が形成されている。冷媒導入用管部７２は、この貫通孔の開口近傍の肉に対して溶接されることで蓋部７４に接合されている。
【００４７】
円筒状本体６８の内部と冷媒導入用管部７２とは、互いに連通している。後述するように、冷媒導入用管部７２は、液体窒素を導入するための導入口として機能する。
【００４８】
収容用容器６４の内部には、冷媒用容器６０を構成する円筒状本体６８を収容するための室７６が形成されている。この室７６の内壁は、冷媒用容器６０の外表面から若干離間している。すなわち、室７６の内壁と冷媒用容器６０の外表面には、クリアランスが形成されている。
【００４９】
収容用容器６４の一側面には、中空の排気用管部７８が形成されている。この排気用管部７８は前記室７６に連通する一方、該排気用管部７８に前記真空ポンプが接続される。
【００５０】
収容用容器６４の上端面には、連結用管部８０が突出形成されている。この連結用管部８０の内径は、冷媒用容器６０の冷媒導入用管部７２の外径と略等しい。また、連結用管部８０に挿入された冷媒導入用管部７２の上端面は、連結用管部８０の上端面と略面一となる。
【００５１】
冷媒用容器６０の冷媒導入用管部７２は、その上端面が、蓋部材８２から延在する前記連結用管部８０の上端面に対して溶接されている。冷媒用容器６０は、この溶接でのみ、収容用容器６４に接合されている。すなわち、冷媒用容器６０を構成する円筒状本体６８は、室７６内で懸吊された状態にある。このことから諒解されるように、冷媒用容器６０の円筒状本体６８は、収容用容器６４に接触していない。
【００５２】
本実施の形態に係る保温装置５０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００５３】
この保温装置５０が組み込まれたＰＣＴ線測定装置５２を用いて水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量を測定するに際しては、試料用セル５６に水素貯蔵材が収容される一方、冷媒用容器６０の冷媒導入用管部７２を介して液体窒素が円筒状本体６８に収容される。なお、前記真空ポンプは予め付勢されており、前記室７６からの排気を行う。
【００５４】
この排気により、室７６の内壁と円筒状本体６８の外表面との間が真空状態となる。しかも、本実施の形態においては、上記したように、室７６の内壁と円筒状本体６８の外表面との間にはクリアランスが形成され、液体窒素を収容した円筒状本体６８は収容用容器６４の内壁に接触していない。このため、収容用容器６４から冷媒用容器６０に対して熱が伝達されることが有効に回避される。従って、円筒状本体６８（冷媒用容器６０）、ひいては試料用セル５６が長時間にわたって一定温度に保たれる。
【００５５】
円筒状本体６８が低温になるに伴い、熱除去部材５８及び伝熱部材６２、場合によっては前記グリスを介して試料用セル５６から熱が奪取・伝達される。その結果、試料用セル５６も低温となり、これに追従して該試料用セル５６に収容された水素貯蔵材も低温となる。
【００５６】
そして、冷媒用容器６０、ひいては試料用セル５６が長時間にわたって一定温度に保たれるため、橋架管４０の温度も長時間にわたって一定温度に保たれる。その結果、試料用セル５６から橋架管４０等に至る温度勾配を略一定に保持することが可能となる。
【００５７】
この保持は、冷媒用容器６０に液体窒素が存在する限り継続される。すなわち、前記温度勾配が略不変となるので、上記の補正を行うことが極めて容易である。
【００５８】
なお、上記した実施の形態においては、液状冷媒として液体窒素を用いるようにしているが、液体酸素や液体ヘリウム等、別種の液状冷媒であってもよいことは勿論である。
【００５９】
また、試料用セル５６に収容される試料は、水素貯蔵材に特に限定されるものではなく、別の気体を物理的ないし化学的に吸着（貯蔵）し得る物質であれば如何なるものであってもよい。
【実施例１】
【００６０】
図１に示すＰＣＴ線測定装置５２を用い、前記支持ポケット６６ａ〜６６ｃの各々に熱電対を挿入して支持した。なお、室温において、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及び保温装置用分岐管５４の総容積Ｖａは２５ｃｍ3、橋架管４０の容積Ｖｂは１３ｃｍ3、保温装置５０中の試料用セル５６の容積Ｖｃは３ｃｍ3であり、試料用セル５６における熱除去部材５８に囲繞された部位は、底面から１２０ｍｍの高さまでであった。
【００６１】
また、熱除去部材５８及び伝熱部材６２は無酸素銅で構成し、冷媒用容器６０及び収容用容器６４は、ステンレス鋼の１種であるＳＵＳ３１６で構成した。冷媒用容器６０には２リットルの液体窒素を導入し、その後、冷媒導入用管部７２に取り付けられた図示しないリリーフバルブを閉止した。
【００６２】
図３は、各熱電対による温度の経時変化を示す。この図３から諒解されるように、熱除去部材５８の底部近傍、中腹部、上端部近傍における温度は全て約−１９４℃（７９Ｋ）であり互いに略等しく、且つその状態が２５時間にわたって維持された。これに伴い、試料用セル５６から橋架管４０等に至る温度勾配を略一定に保持されることが確認された。
【００６３】
その後、試料用セル５６に水素貯蔵材を収容しないまま、液体窒素を冷媒用容器６０に再導入して１時間放置し、熱電対が−１９４℃を示すことを確認した。次に、試料用セル５６内に水素圧力を０．１ＭＰａから８ＭＰａまで段階的に変更しながら水素を導入し、各段階での水素圧力と、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及び保温装置用分岐管５４の総容積Ｖａ（２５ｃｍ3）、橋架管４０の容積Ｖｂ（１３ｃｍ3）、試料用セル５６の容積Ｖｃ（３ｃｍ3）から、見かけ上の水素貯蔵量を算出した。
【００６４】
次に、試料用セル５６内から水素圧力を８ＭＰａから０．００４ＭＰａまで段階的に変更しながら水素を放出し、上記と同様に、各段階での水素圧力と、Ｖａ（２５ｃｍ3）、Ｖｂ（１３ｃｍ3）、Ｖｃ（３ｃｍ3）から、見かけ上の水素放出量を算出した。以上の水素貯蔵量・放出量の算出作業には、５時間を要した。結果を、図４に併せて示す。
【００６５】
次に、橋架管４０の容積及び試料用セル５６の容積を変化させつつ、変化後の橋架管４０の容積Ｖｂ’及び試料用セル５６の容積Ｖｃ’の和Ｖｂ’＋Ｖｃ’がＶｂ＋Ｖｃ（１６ｃｍ3）に等しく、且つ該Ｖｂ’＋Ｖｃ’から算出される水素の貯蔵量・放出量がゼロとなるような組を求めたところ、Ｖｂ’＝９ｃｍ3、Ｖｃ’＝７ｃｍ3となった。すなわち、これらＶｂ’、Ｖｃ’が、−１９４℃（７９Ｋ）における補正値である。
【００６６】
この補正値を考慮して、水素貯蔵量・放出量を再計算した。結果を図５に示す。この図５から諒解されるように、補正を行った結果、水素貯蔵量・放出量がともにゼロとなる。従って、試料用セル５６に水素貯蔵材を収容して上記と同様の測定を行えば、該水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量を正確に測定することが可能となる。
【００６７】
このように、上記した構成の保温装置５０を用いることにより、試料用セル５６から橋架管４０等に至る温度勾配を長時間にわたって一定に保持することができ、その結果、正確な補正を行うことができる。このため、水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量の正確な評価が可能となる。
【００６８】
比較のため、図７に示す一般的なＰＣＴ線測定装置１０を用いて上記と同様の測定を試みた。すなわち、はじめに、デュアー瓶４８に収容された液体窒素に試料用セル５６を浸漬して１時間放置し、該試料用セル５６の底部に設置された熱電対が−１９４℃を示すことを確認した。なお、試料用セル５６は、当初、底面から１２０ｍｍの高さまでが液体窒素に浸漬された。
【００６９】
次に、試料用セル３４内に水素圧力を０．０１５ＭＰａから８ＭＰａまで段階的に変更しながら水素を導入し、各段階での水素圧力と、主管４２、圧力計連結用管４４、バイパス分岐管４６及びセル用分岐管３６の総容積Ｖａ（２５ｃｍ3）、橋架管４０の容積Ｖｂ（１３ｃｍ3）、試料用セル５６の容積Ｖｃ（３ｃｍ3）から、見かけ上の水素貯蔵量を算出した。この水素導入・算出過程の間に液体窒素が気化し続け、水素圧力が８ＭＰａに達した時点で、試料用セル５６における液体窒素に浸漬された部位は、底面から６３ｍｍの高さまでとなった。すなわち、液体窒素の液面は、当初から５７ｍｍ下降した。
【００７０】
次に、試料用セル３４内から水素圧力を８ＭＰａから０．００２ＭＰａまで段階的に変更しながら水素を放出した。その途中、水素圧力が０．０２ＭＰａに達した時点で、試料用セル３４の底部が液体窒素から露呈した。すなわち、液体窒素に浸漬された部位が存在しなくなった。すなわち、この時点で試料用セル３４の温度を−１９４℃に保持することが不可能となり、以降は測定を中断した。なお、試料用セル３４が液体窒素から露呈したときには、当初から４．２時間が経過していた。
【００７１】
測定を中断するまでの水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量の計算結果を図６に示す。この図６に示される線図に基づいて補正を行うことは不可能であった。
【００７２】
すなわち、デュアー瓶４８に収容した液体窒素に試料用セル３４を浸漬する方法では、液体窒素が気化してその液面が下降するため、試料用セル３４における浸漬された部位の領域が変動してしまう。このため、試料用セル３４から橋架管４０にわたる温度勾配を一定とすることができないので、正確な補正を行うこともできない。結局、水素貯蔵材の水素貯蔵量・放出量を正確に評価することも困難である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本実施の形態に係る保温装置を含むＰＣＴ線測定装置を模式的に示した概略全体構成図である。
【図２】図１のＰＣＴ線測定装置を構成する保温装置の全体概略縦断面図である。
【図３】前記保温装置を構成する熱除去部材の温度の経時変化を示すグラフである。
【図４】図１のＰＣＴ線測定装置を用いて算出された計算上の水素貯蔵量・放出量である。
【図５】図１のＰＣＴ線測定装置における補正後の水素貯蔵量・放出量である。
【図６】比較例のＰＣＴ線測定装置を用いて算出された計算上の水素貯蔵量・放出量である。
【図７】従来技術に係るＰＣＴ線測定装置を模式的に示した概略全体構成図である。
【図８】図７のＰＣＴ線測定装置を用いて算出された計算上の水素貯蔵量・放出量である。
【図９】図７のＰＣＴ線測定装置における補正後の水素貯蔵量・放出量である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、５２…ＰＣＴ線測定装置 １４…流通経路
１６…分岐経路 ２２、２４、２８、３８…電磁弁
３４…試料用セル ３６…セル用分岐管
４０…橋架管 ４２…主管
４４…圧力計連結用管 ４６…バイパス分岐管
５０…保温装置 ５４…保温装置用分岐管
５６…試料用セル ５８…熱除去部材
６０…冷媒用容器 ６２…伝熱部材
６４…収容用容器 ７２…冷媒導入用管部
７６…室 ７８…排気用管部
８０…連結用管部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料用セルに収容された試料を保温するための保温装置であって、
前記試料用セルの一部又は全部を囲繞し、前記試料用セルから熱を除去する熱除去部材と、
液状冷媒を収容するための冷媒用容器と、
前記熱除去部材から前記冷媒用容器に熱を伝達するための伝熱部材と、
前記試料用セル、前記熱除去部材、前記冷媒用容器及び前記伝熱部材を収容した収容用容器と、
を備え、
前記冷媒用容器及び前記収容用容器の各々が、前記液状冷媒を導入するための導入口が形成された管部を有することを特徴とする保温装置。
【請求項２】
請求項１記載の保温装置において、前記試料用セルの外表面と前記熱除去部材の内表面とが当接することを特徴とする保温装置。
【請求項３】
請求項２記載の保温装置において、前記試料用セルの外表面と前記熱除去部材の内表面とがグリスを介して当接することを特徴とする保温装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の保温装置において、前記冷媒用容器の外表面と前記収容用容器の内壁との間にクリアランスが形成されるとともに、前記クリアランスから排気を行うための排気手段をさらに有することを特徴とする保温装置。
【請求項５】
請求項４記載の保温装置において、前記冷媒用容器は、前記管部が前記収容用容器の前記管部に連結されることのみで前記収容用容器に収容されていることを特徴とする保温装置。
【請求項１】
試料用セルに収容された試料を保温するための保温装置であって、
前記試料用セルの一部又は全部を囲繞し、前記試料用セルから熱を除去する熱除去部材と、
液状冷媒を収容するための冷媒用容器と、
前記熱除去部材から前記冷媒用容器に熱を伝達するための伝熱部材と、
前記試料用セル、前記熱除去部材、前記冷媒用容器及び前記伝熱部材を収容した収容用容器と、
を備え、
前記冷媒用容器及び前記収容用容器の各々が、前記液状冷媒を導入するための導入口が形成された管部を有することを特徴とする保温装置。
【請求項２】
請求項１記載の保温装置において、前記試料用セルの外表面と前記熱除去部材の内表面とが当接することを特徴とする保温装置。
【請求項３】
請求項２記載の保温装置において、前記試料用セルの外表面と前記熱除去部材の内表面とがグリスを介して当接することを特徴とする保温装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の保温装置において、前記冷媒用容器の外表面と前記収容用容器の内壁との間にクリアランスが形成されるとともに、前記クリアランスから排気を行うための排気手段をさらに有することを特徴とする保温装置。
【請求項５】
請求項４記載の保温装置において、前記冷媒用容器は、前記管部が前記収容用容器の前記管部に連結されることのみで前記収容用容器に収容されていることを特徴とする保温装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２７６０６７（Ｐ２００９−２７６０６７Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２４５７３（Ｐ２００８−１２４５７３）
【出願日】平成２０年５月１２日（２００８．５．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１２日（２００８．５．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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