JPS6165148A - Calorimeter - Google Patents

Calorimeter

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JPS6165148A
JPS6165148A JP18088084A JP18088084A JPS6165148A JP S6165148 A JPS6165148 A JP S6165148A JP 18088084 A JP18088084 A JP 18088084A JP 18088084 A JP18088084 A JP 18088084A JP S6165148 A JPS6165148 A JP S6165148A
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temperature
heater
reaction
cooling
heat
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JP18088084A
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ジエラルド・ウイリアム・ストツクトン
デイル・ホーマー・チデスター
スーザン・ジヤネツト・エールリヒ
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American Cyanamid Co
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  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 化学反応は、熱の形でエネルギーの放出又は吸収を伴な
う。その「反応熱」は与えられた化学変化について一定
の、再現可能な特性値である。更に、化学反応は広く異
なる速度で起こり、反応速度の時間変化有性は「反応速
度論」と言われている。反応熱及び反応速度の測定は、
大規模な化学的製造工程の実験的開発の基本的な部分で
あって、製造工程の最適化及び安全に関係しており、且
つ製造設備のための設計パラメータを提供する。熱を測
定するために使用される装置はいずれも熱量計と呼ばれ
ており、多様な特定の用途に用いられる数多くの先行技
術の熱量計が記述されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Chemical reactions involve the release or absorption of energy in the form of heat. The "heat of reaction" is a constant, reproducible characteristic value for a given chemical change. Furthermore, chemical reactions occur at widely different rates, and the time-varying nature of reaction rates is referred to as "reaction kinetics." Measurement of reaction heat and reaction rate is
A fundamental part of the experimental development of large-scale chemical manufacturing processes, concerned with process optimization and safety, and providing design parameters for manufacturing equipment. Any device used to measure heat is called a calorimeter, and numerous prior art calorimeters have been described for use in a variety of specific applications.

化学反応の研究に適用されている先行技術の熱量計の1
実施例が米国特許第3,994,164号に記述烙れて
いる。
One of the prior art calorimeters applied in the study of chemical reactions
An example is described in US Pat. No. 3,994,164.

不明細誉に記述された発明は、冥験室用の化学的製造工
程の研究のために設計され、且つ最適化された新規な、
改良された熱量計に関する。この熱量計は反応熱及び瞬
間的な反応速度の正確な測定を提供することができる。
The invention described in Unknown Honor is a novel,
Concerning an improved calorimeter. This calorimeter can provide accurate measurements of the heat of reaction and instantaneous reaction rate.

この装置はすぐれた性能及び1更用の安全性を提供する
。ガラス容器ではなく化学的に不活性な金属の反応容器
を使用することにより゛、ガラスよりも1千倍も高い金
属の熱伝導性のために大幅に減少した熱時定数が得られ
る。このことは熱量計をして反応物質(reαC−ti
on mass )  の熱変動に対しよシ迅速に応答
せしめることを可iIピとし、かくして熱的検出閾値を
低下させ飽和熱流型水準(satwrat ingんe
atfhLx Level )を上げる。反応容器に対
し外部に、イくツかの化字薬品供給流(chetnic
al feedstreams)  のためのサーモス
タット機構を設けることは、特性反応熱の正確な測定を
提供する。
This device offers excellent performance and one-use safety. By using a chemically inert metal reaction vessel rather than a glass vessel, a significantly reduced thermal time constant is obtained due to the thermal conductivity of metals which is 1000 times higher than glass. This can be confirmed by using a calorimeter to calculate the reactant (reαC-ti).
It is possible to respond more quickly to thermal fluctuations on mass, thus lowering the thermal detection threshold and reaching saturation heat flow type levels.
afhLx Level). External to the reaction vessel is a chemical feed stream (chetnic).
Providing a thermostatic mechanism for the feedstreams) provides accurate measurement of the characteristic heat of reaction.

このような機構がない場合には、反応物質は化字薬品供
給流の異なる温度によって加熱又は冷却される。このこ
とは重大な測定誤差を生じさせる。
In the absence of such a mechanism, the reactants would be heated or cooled by the different temperatures of the chemical feed streams. This causes significant measurement errors.

本発明において断熱シールド(αdiαba t 1c
shieldl  を設けたことは、本発明をして環視
温度変動に対して無感覚にせしめているが、これに反し
て先行技術の熱量計は周囲温度の変化に敏感である。操
作員の安全の見地から、本発明は5分の1乃至10分の
1程度の少量の反応物atl−使用し、もろいガラス容
器の使用を完全に回避し、且つ反応容器にズJして出来
る限シ大きな通気孔をイしているgTmな設計のすぐれ
た圧力解放機構を提供している。これ等の設計上の特許
に、すぐれた熱重訂を創るとともに潜在的な爆発の危険
性を大幅に減少させ、従来の化学尖験室において、最も
安全に操作することができる科学機器を提供する。
In the present invention, a heat insulating shield (αdiαba t 1c
The provision of the shield makes the present invention insensitive to ambient temperature variations, whereas prior art calorimeters are sensitive to changes in ambient temperature. From the standpoint of operator safety, the present invention uses a small amount of reactant, on the order of one-fifth to one-tenth the amount of reactant, completely avoids the use of fragile glass containers, and reduces It provides an excellent pressure relief mechanism with a gTm design that includes as large a vent as possible. These design patents create a scientific instrument that is the safest to operate in a conventional chemical laboratory, creating superior thermal overheating and greatly reducing the risk of potential explosion. do.

従って、本発明は反応熱量測定の技術における進歩を構
成するものであり、且つ当技術に存在している必要性を
満足している。
Accordingly, the present invention constitutes an advance in the art of reaction calorimetry and satisfies an existing need in the art.

本発明によれば、fヒ学反応の熱量測定に関する分祈に
使用する装置は、化学的に不活性な金属で作られた円筒
形反応容器を有して3シ、該円筒形反応客器は気密な蓋
と、攪拌号3勺:購と、温度センサーと、’□e正(c
atibration)ヒータと、いくつかの人口看と
、2段圧力解放機、購とを備えている。反応容器は断熱
シールドに囲まれており、容器の壁及び蓋7(l−辿る
熱の流れを除いておシ、このようにして、望ましくない
熱伝導路による熱雑音、及びエラーを取小にしている。
According to the invention, an apparatus for use in calorimetric measurements of chemical reactions comprises a cylindrical reaction vessel made of chemically inert metal; has an airtight lid, a stirrer, a temperature sensor, and a stirrer.
(atibration) heater, several population monitors, and a two-stage pressure relief machine. The reaction vessel is surrounded by an insulating shield, excluding the heat flow following the vessel wall and lid 7 (l), thus minimizing thermal noise and errors due to undesired heat conduction paths. ing.

反応熱を補償し且つシステムを反応容器の平らな底部下
方に配置された熱交換器の使用によって等7話に保持す
るfcめに熱を反応物質に加え又は反応物質から昨去す
ることができる。この熱交換器は剛性の金属プレートに
取付けられた薄い絶縁された金属箔の抵抗ヒータ伊具餉
して2シ、その下側は尚速度で流れているuT +’J
流体によって冷却されていて、且つ反応物質の温度以下
の一定温度に維持されている。制御ヒータ内に散逸され
た電力は、容器から循環流体ヒートシンク(熱温)への
熱の流れを確実に除き、且つ反応物イの・1重部度を一
定に維持すZ、ために調整される。反応が始まると、制
御と一タにおけるパワーの散逸は反応熱による熱流量(
httatflux )を相殺(offset)するた
めに調整される。
Heat can be added to or removed from the reactants to compensate for the heat of reaction and retain the system by the use of a heat exchanger placed below the flat bottom of the reaction vessel. . This heat exchanger consists of two thin insulated metal foil resistance heaters mounted on a rigid metal plate, the underside of which is still flowing at a high velocity.
It is cooled by a fluid and maintained at a constant temperature below the temperature of the reactants. The power dissipated in the control heater is regulated to ensure the removal of heat flow from the vessel to the circulating fluid heat sink and to maintain a constant concentration of 1 part of the reactant. Ru. Once the reaction begins, the control and power dissipation at the same time is controlled by the heat flow due to the reaction heat (
httatflux).

このようにして、制御ヒータにおけるパワー散逸変化は
、熱が反応によって発生され又は反応によって吸収され
る速さと直線的に比例し、この場曾この比例の勾配(訊
糾)はヒータと循環流体との間及びヒータと反応物質と
の間の熱抵抗比に関連があり、そして切片(1nter
cept )は容器と循環流体との間の温度差に左右さ
れる。従って、熱量計の特性は、設計中に感度又は、逆
に飽和熱R,散(satlLrating heat 
flux)  を最大にするために上述のパラメータに
対する値を選択することによって調整することができる
。熱量計の熱特性に更に、高い熱インピーダンス及び低
い熱インピーダンスの材料の選択及び熱の流れを所望の
方向に伝えるための適切な寸法の選択によって、そして
又前述の断熱シールドの如き熱障壁の使用によって制御
され、且つ調整される。
In this way, the power dissipation change in the controlled heater is linearly proportional to the rate at which heat is generated or absorbed by the reaction, and the slope of this proportionality then varies between the heater and the circulating fluid. and between the heater and the reactant, and the intercept (1nter
cept ) depends on the temperature difference between the container and the circulating fluid. Therefore, the characteristics of a calorimeter are determined during design by considering the sensitivity or, conversely, the saturation heat R,
flux) can be adjusted by selecting values for the above-mentioned parameters to maximize the flux. The thermal properties of the calorimeter are further influenced by the selection of high and low thermal impedance materials and by the selection of appropriate dimensions to direct the heat flow in the desired direction, and also by the use of thermal barriers such as the aforementioned thermal shields. controlled and regulated by

本発明の好ましい実施態様においては、デジタルコンピ
ュータが、熱測定値を得るため及び櫨々の熱交換器装置
に供給される電力の制御を提供するため、並びに供給原
料(fegdstocks )の送入及び攪拌速度を制
御し、計算を行ない、熱的及び速度論的(k包etic
)結果をグラフに表わすため使用されている。本発明の
その他の実施態様では、電気的制御が必要な各領域にア
ナログ制御器が使用され;そして測定値はアナログ記録
装置に表示される。
In a preferred embodiment of the invention, a digital computer is used to obtain heat measurements and to provide control of the power supplied to the heat exchanger equipment, as well as the feeding and agitation of the feedstocks (fegdstocks). Control speed, perform calculations, thermal and kinetic
) is used to graph the results. In other embodiments of the invention, analog controls are used for each area requiring electrical control; and measurements are displayed on an analog recording device.

本発明の好ましい実施態様の設計は前述の如く、等温操
作に対して最適化される。しかし、断熱及び温度走査モ
ードの双方の操作も可能である。等温モードでは、熱が
反応物質へ加えられ又はそれから除かれて、反応熱を相
殺し、そして温度を一定に維持する。断熱モードでは、
反応物質への熱の流れ又は反応物質からの熱の流れは阻
止され、反応熱は反応物質中に残るので、反応物質の温
度は、反応の熱力学及び動力学によって支配されている
とおり、指数函数的に上昇する。この反応温度は断熱シ
ールド及び循環油温度によって追跡される。温度走査モ
ードでは、反応物質の温度は、温度プログラムに従って
循環流体及び断熱シールドの温度上昇によって段階的に
、直線的に又は所望の他の所定の方式に瑚加される。
The design of the preferred embodiment of the invention is optimized for isothermal operation, as described above. However, both adiabatic and temperature scanning modes of operation are also possible. In isothermal mode, heat is added to or removed from the reactants to offset the heat of reaction and maintain the temperature constant. In adiabatic mode,
Because the flow of heat to or from the reactants is blocked and the heat of reaction remains in the reactants, the temperature of the reactants is exponential, as governed by the thermodynamics and kinetics of the reaction. rises functionally. The reaction temperature is tracked by a thermal shield and circulating oil temperature. In the temperature scanning mode, the temperature of the reactants is increased stepwise, linearly, or in any other predetermined manner as desired by increasing the temperature of the circulating fluid and the thermal shield according to a temperature program.

本化学反応熱量計は第1図に示されている如く、円筒形
対称の設計原理で製作された。上方から見て、本装置は
以下に嗣述する90く種々の目的に便用する熱n壁<t
にermal barrier )として作用する1組
の同心の金属缶の如く見える。本熱量計の核心は取外し
可能な容器(1)と、その蓋(2)であり、これ等は化
学的に抵抗力のある金属から作られている。試作の熱量
計では、強い鉱酸及び塩基に対し耐蝕性を保証するため
にジルコニウムが使用されている。反応容器は、蓋(2
)に取付けらfている多数の装置を備えつけちれている
。尚精度の白金抵抗温度計(RTD)(3)が、5XI
O−’”Cの分解能によって反応物質の温度を検知する
のに便用されている。反応混合物は、ステップモータ(
5)によって軸(6)を介して駆動される攪拌器A (
4)によって攪拌される。容器Vi熱倉計の較正に使用
される抵抗ヒータ(7)を含んでいる。
This chemical reaction calorimeter was constructed on the design principle of cylindrical symmetry, as shown in FIG. Viewed from above, the device has a thermal n wall < t
It looks like a set of concentric metal cans that act as a mechanical barrier. The core of the calorimeter is the removable container (1) and its lid (2), which are made from chemically resistant metals. Zirconium is used in the prototype calorimeter to ensure corrosion resistance against strong mineral acids and bases. The reaction container has a lid (2
) is equipped with a large number of devices attached to it. The precision platinum resistance thermometer (RTD) (3) is 5XI.
It is conveniently used to detect the temperature of the reactants by the resolution of O-'”C.The reaction mixture is heated by a step motor (
A stirrer A (
4). Contains a resistance heater (7) used for calibrating the vessel Vi thermostat.

反応物質の温度は加熱素子及び冷却素子から作られた熱
交換装置によって注意深く調節される。同時加熱及び冷
却のこの設計原理は、すぐれた温度制御及び短い熱時定
数(5hort ther −mal time  c
onstant)を保証するため、熱量計のサーモスタ
ットで鯛温されたすべての領域に使用される。容器の加
熱は、O,,001インチ(約0.025nn)のポリ
マーフィルムで絶縁されており、且つ金属ディスク(8
)の頂部側に接着されている円形の金属箔抵抗ヒータに
よって達成される。、金属プレート(8)の下側は、入
口管(9)から流入して、2つの円形のプンート(8)
と (to +との間の間隙を通シ放射状に流れ、そし
て出口管(11)から排出される循環流体(試作機では
低粘度7リコン油)によって冷却される。ヒートシンク
(heatsink)  として役立っている循環流体
は、すぐれ次温度調節を提供するため同時に加熱され、
且つ冷却される貯蔵器から供給され、それへ戻される。
The temperature of the reactants is carefully controlled by a heat exchange device made up of heating and cooling elements. This design principle of simultaneous heating and cooling provides excellent temperature control and short thermal time constants.
A calorimeter thermostat is used in all heated areas to ensure constant temperature. Heating of the vessel is insulated with an 0,001 inch (approximately 0.025 nn) polymer film and a metal disk (8
) is achieved by a circular metal foil resistance heater glued to the top side of the , the lower side of the metal plate (8) enters from the inlet pipe (9) into two circular puntos (8).
It is cooled by a circulating fluid (low viscosity 7 recon oil in the prototype) that flows radially through the gap between The circulating fluids are simultaneously heated to provide excellent temperature control;
It is supplied from and returned to a reservoir which is then cooled.

循環油と化学反応物質との間の一定の温匿差は、以下に
論述する如く、重要な設計・ぞラメ−ターでおる。
A constant temperature differential between circulating oil and chemical reactants is an important design parameter, as discussed below.

反応容器へ又はそれからのすべての熱の流れは、熱交換
機構と@着している反応容器の平らなベースを通シ伝導
によって行なわれる。容器の壁及び蓋を通る熱の流れは
、断熱シールドを設けることによって効果的に除去され
、この断熱シールドが反応容器を囲む空間の温度を容器
の内側温度と等しく維持する。この断熱シールドは金属
缶(12)及びその蓋(13)の中に含まれているエア
ーオープン(αir oven)である。絶縁箔ヒータ
 (14)は缶(12)の外壁に接着されてお)、且つ
多数のダクト (151から流出する圧縮空気によって
冷却される。冷却空気は第2の缶(16)及びその蓋(
17)によって凹まれておシ、そして通気管(図示せず
)を通り排気される。断熱シールド内側の空気空間の温
度は第2の白金抵抗温度計(RTD)(18)によって
検知され、そして電子制御によって化学的反応物質の温
度に維持される。
All heat flow to and from the reaction vessel is by conduction through the flat base of the reaction vessel which is connected to the heat exchange mechanism. Heat flow through the walls and lid of the vessel is effectively eliminated by providing an insulating shield that maintains the temperature of the space surrounding the reaction vessel equal to the temperature inside the vessel. This insulating shield is an air oven contained within the metal can (12) and its lid (13). The insulating foil heater (14) is cooled by compressed air that flows out from the second can (16) and its lid (attached to the outer wall of the can (12)) and from a number of ducts (151).
17) and is exhausted through a vent pipe (not shown). The temperature of the air space inside the thermal shield is sensed by a second platinum resistance thermometer (RTD) (18) and maintained at the temperature of the chemical reactants by electronic control.

熱交換機構及び断熱シールド缶は、その高いサーマルイ
ンピーダンス及び高温操作に対する適応性により選択さ
れたポリテトラフルオルエチレンから製作され九ペース
ブロック(19)によって支持されている。熱交換器(
20)の本体もこの材料で作られている。全熱量計は、
蓋(22)及びペース(23)を備えている外部金属シ
ェル(21)内に収められている。このシェルの内側の
壁間はガラス繊維絶縁材で満たされている。
The heat exchange mechanism and insulating shield can are supported by nine pace blocks (19) made from polytetrafluoroethylene, selected for its high thermal impedance and suitability for high temperature operation. Heat exchanger(
The main body of 20) is also made of this material. The total calorimeter is
It is housed within an outer metal shell (21) comprising a lid (22) and a pace (23). The interior walls of this shell are filled with fiberglass insulation.

熱量計の組立及び分解は、内部!(13)及び(17)
が管状の離間材(standoffs)  (25)に
よって外部蓋(22)に取付けられているので極めて簡
単である。従って、すべての3つの爺は、第(2)図に
示されている如く、単一の組立体として取外され、且つ
挿入される。針軸受及びリップ7−ル(lip seα
l)  (26)によって支持されている撹拌器軸(6
)は反応容器a(2)の丁度上方で中断されており、且
つ歯車連結器(27)によって再結合される。連結器の
上部歯車は、外部及び内部蓋(13)、(17)、(2
2)と、駆動モータ (5)と、軸(8)と共に取外さ
れる。連結器の下部歯車は下部軸に取付けられておシ、
且つ別々に取外さnることかできる反応容器(1)と−
緒に残っている。
Assembling and disassembling the calorimeter is done inside! (13) and (17)
It is extremely simple since it is attached to the external lid (22) by means of tubular standoffs (25). Therefore, all three grandfathers are removed and inserted as a single assembly, as shown in Figure (2). Needle bearing and lip seα
l) stirrer shaft (6) supported by (26);
) is interrupted just above the reaction vessel a (2) and is reconnected by a gear coupling (27). The upper gear of the coupler has the outer and inner lids (13), (17), (2
2), the drive motor (5) and the shaft (8). The lower gear of the coupler is attached to the lower shaft,
and a reaction vessel (1) which can be removed separately;
remains together.

熱量計の作動中、流動性の化学薬品は多数の入口管(2
8)を逼り反応容器へ順次に又は同時に加えられること
ができる。これ寿の「滴定剤」の温度は断熱シールド缶
(12)と密着している管状熱交換器(図示せず)内で
前もって平衡されている。
During operation of the calorimeter, the fluid chemical is passed through a number of inlet tubes (2
8) can be added to the reaction vessel sequentially or simultaneously. The temperature of this "titrant" is pre-balanced in a tubular heat exchanger (not shown) in close contact with the insulating shield can (12).

この熱交・換器はコイルに巻かれたステンレススチール
管であって、缶の内側に接着されており、そL7て別の
i (5eparate pipe )  が各反応物
質に使用される。化学薬品は機械的に外部貯蔵器から平
衡管を通ってそして反応容器内にポンプで送られる。
The heat exchanger is a coiled stainless steel tube glued to the inside of the can, and a separate pipe L7 is used for each reactant. Chemicals are mechanically pumped from an external reservoir through the balance tube and into the reaction vessel.

反応容器の圧力解放ガス抜き(presurξre、1
iej−υent ing ) Id 2つのレベルで
達成される。小さなスプリングで荷重をかけられた逃げ
弁(第1図には図示されていない)は蓋(2)に取付け
られており、且つ僅かな過度の圧力を逃がすだめスイン
チ(約3.17m)直径のガス抜き(υent )を備
えている。主ガス抜きの能力を超える大きな過度の圧力
の場合には、反応容器の蓋全体(2)が上方へ移動され
て、最大の可能なガス抜き孔を提供する。蓋の運動はス
ピリングを装填した蓋保持器(29)及び攪拌器軸のた
めのベロ一連結器(30ンによって可能とされる。排出
された(τented)蒸気は熱量計のベースの管(第
1図には図示されていない)を通り出て行く。
Pressure release gas venting of the reaction vessel (presurξre, 1
iej−υenting ) Id is accomplished at two levels. A small spring-loaded relief valve (not shown in Figure 1) is attached to the lid (2) and has a diameter of about 10 feet (3.17 m) to relieve slight excess pressure. Equipped with gas vent (υent). In case of large overpressures exceeding the capacity of the main degassing, the entire lid (2) of the reaction vessel is moved upwards to provide the largest possible degassing holes. Movement of the lid is enabled by a lid holder (29) loaded with a spill and a tongue connection (30) for the stirrer shaft. (not shown in Figure 1).

熱量計の好ま(−い実施例におい℃、すべての制御及び
測定機能は、操作員との相互作用を簡易化し、且つ設計
のフレキシビリティ及び制御アルゴリズムの適用を提供
するため、デジタル・コンピュータを用いて行なわれる
。更に、マイクロプロセッサ−をベースにした制御器が
、タイiング、切換え及び制御機能並びにホスト(ho
st)コンピュータへのコミュニケーショ、ンを容易に
するため含まれている。
In preferred embodiments of the calorimeter, all control and measurement functions are performed using a digital computer to simplify operator interaction and provide design flexibility and application of control algorithms. In addition, a microprocessor-based controller provides timing, switching and control functions as well as host
st) included to facilitate communication to the computer.

第3図il″lt電子制御システムのブロックグイアゲ
ラムを例示している。2つの異なるデジタル・インタフ
ェース・パスが使用されている=16ビツト平行インタ
フェースがコンピュータとマイクロプロセッサ−との間
のコばユニケーションを許容しており、一方標準IEE
E−488インターフエース(8ビット千行/バイト・
シリアル)がこツインタフエース・プロトコルに供給さ
7″L石コンピュータといくつかの周辺装置との間のコ
ミュニケーションのため使用さjれている。
Figure 3 illustrates the block diagram of an electronic control system. Two different digital interface paths are used = 16-bit parallel interface between the computer and the microprocessor. standard IEE
E-488 interface (8 bits 1,000 lines/byte)
Serial) is used for communication between the 7"L stone computer and several peripheral devices supplied with the TwinTaface protocol.

マイクロプロセッサ−制御器は中央処理装置(CPU)
 、リアルタイム・クロック/インタラブド・ジェネレ
ータ(CLOCK)、デジタル・インタフェース制御器
(Ilo ) 、リレイ・マルチプレクサ(f”1UX
)、4つの高安定デジタル・アナログ変換器(DAC)
、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び消去可能FR
OM (EFROM)を含んでいる。マイク、ロプロセ
ッサはシステム構成素子の相互接続及び切換をインプリ
メントI implement )する好都合な手段を
備えている。
Microprocessor - controller is central processing unit (CPU)
, real-time clock/interconnected generator (CLOCK), digital interface controller (Ilo), relay multiplexer (f”1UX)
), four high-stability digital-to-analog converters (DACs)
, random access memory (RAM) and erasable FR
Contains OM (EFROM). The microprocessor provides convenient means for implementing the interconnection and switching of system components.

データの取得、意志決定(decision maki
ng )及び制御機能は独立してデジタル・コンピュー
タによって行なわれる。
Data acquisition, decision making
ng) and control functions are performed independently by a digital computer.

高精密デジタル電圧計が全システムの電圧及び抵抗測定
を行なうため使用されており、且つコンピュータ制御の
下でリレイ・マルチプレクサI 、MUX)によって筏
々の入力ライン間で切換えられる。白金RTDの抵抗測
定H5X10−”Cの抵抗温度計分解能を備えている、
接合効果!、’unctioneffects )のた
めのり、C,オフゼット補償を有している真(true
 ) 4線測定である。白金1(T Dはアメリカ国立
標準間(NBS)にトレーサプル(traceable
 lである応答カーブを有1.でいる石英標準温度計(
QUARTZ)に対して目盛られている。種々の抵抗ヒ
ータにおけろd’クワ−逸はヒータを横切り印加された
電圧を測定することにより、且つ回路内を流れる電流を
乗することによって決定される。電流は公知の抵抗によ
って分割された精密な直列電流検知抵抗体を横切る電圧
として独立して測定される。従って、・ゼワー測定は絶
対的であり非常に高い精度を有している。
High precision digital voltmeters are used to make voltage and resistance measurements of the entire system and are switched between the raft input lines by relay multiplexers (I, MUX) under computer control. Platinum RTD resistance measurement H5X10-”C resistance thermometer resolution,
Bonding effect! ,'unctioneffects), C, true with offset compensation.
) This is a 4-wire measurement. Platinum 1 (TD is traceable to the National Standards System (NBS))
1 with a response curve of 1. Quartz standard thermometer (
QUARTZ). The d' current in various resistive heaters is determined by measuring the voltage applied across the heater and multiplying by the current flowing in the circuit. Current is measured independently as a voltage across precision series current sensing resistors divided by known resistances. Therefore, Zewar measurements are absolute and have very high precision.

ヒータへの電力は、4つのDACの中の3つを経てコン
ピュータからプログラムされている3つのプログラム可
能な電源によって供給される。第4tvDAcはオイル
パ、x、 (oil bath )温度を制御し且つプ
ログラムするのに使用されろ。これ等の16ピツトDA
C?−12”父に65.536の1の制御分解能を備え
ている。
Power to the heater is provided by three programmable power supplies programmed from the computer via three of the four DACs. The fourth tvDAc is used to control and program the oil bath temperature. These 16 pit DA
C? -12” has a control resolution of 65.536 to 1.

定量的な熱化学情報を提供するため上述の熱量計では、
作動モードが等温(isothermal )であるか
又は温度走査であるかに関係なく、化学反応物質と循環
油ヒート7ンクとの間の温度差を一定に保つことが必要
である。等温状態下での作動が最も容易に理解されろ。
In order to provide quantitative thermochemical information, the calorimeters described above use
Regardless of whether the mode of operation is isothermal or temperature scanning, it is necessary to maintain a constant temperature difference between the chemical reactants and the circulating oil heat tank. Operation under isothermal conditions is most easily understood.

反応に対する温度設定点がTr であり、そしてオイル
パスに対する温度設定点がToであるとすれば、Tr>
To及び差ΔTo=Tr−Torri正であり、且つ一
定である。
If the temperature set point for the reaction is Tr and the temperature set point for the oil path is To, then Tr>
To and the difference ΔTo=Tr−Torri are positive and constant.

ヒータと循環油との間の熱抵抗がROI度・ワット−り
であるとすれば、制御ヒータ(第1図の部分8)におけ
るパワー散逸qhは によって与えられる。
If the thermal resistance between the heater and the circulating oil is ROI degrees Watts, then the power dissipation qh in the control heater (section 8 in FIG. 1) is given by:

これ等の定常状態の下では、熱は反応容器内へ流入せず
又それから流出せず、そしてTrli一定に保たれろ。
Under these steady state conditions, no heat flows into or out of the reaction vessel and Trli remains constant.

式(1)によって与えられた値qhは反応が起きていな
い点における実験のための基線を表わしている。化学反
応又は較正(carib?″a−tionlヒータ(第
1図の部分7への電力の印加のいづれかによって、反応
容器内にgrの速度で熱が発生するとき、この熱は反応
物質の温度が上昇するのを避けろため速かに除去されな
ければならない。熱散逸に対する唯一の利用可能な伝導
路は反応容器の底部を通り、制御ヒータを通り、急速に
循環している油中へであり、そして結果として油貯蔵器
の冷却システムにおける散逸である。
The value qh given by equation (1) represents the baseline for the experiment at a point where no reaction is occurring. When heat is generated in the reaction vessel at a rate of gr, either by a chemical reaction or by the application of power to section 7 of FIG. It must be removed quickly to avoid rising.The only available path for heat dissipation is through the bottom of the reaction vessel, through the control heater, and into the rapidly circulating oil. and the result is dissipation in the oil reservoir cooling system.

反応物質とヒータとの間の熱抵抗がRrであれば、 Tr−To=qr (Rr+Ro)+qhRo    
(2)であり、(2)式は Tr−To               RrROR
O と変形されろ。
If the thermal resistance between the reactant and the heater is Rr, then Tr-To=qr (Rr+Ro)+qhRo
(2), and the formula (2) is Tr-To RrROR
Be transformed into O.

(1)式ばq r = Oのとき基線qhが(Tr−T
o)/Roであることを示しているので、qr〆0のと
きqhの変化が(3)式の左辺によって与えられている
。従って (4)式は、制御ヒータにおける・ぞワー散逸の変化Δ
qhが熱抵抗RrとRoとの比及び零の切片(1nte
rcept )によって決定された勾配を有してい℃、
反応で発生された熱qrに直線的に比例することを示唆
し℃いる。従って化学的反応熱ΔDrは反応の進行中制
御ヒータにおける・ぐワー散逸の変化を積分することに
よって測定することができることは明らかである。
In equation (1), when q r = O, the baseline qh is (Tr-T
o)/Ro, the change in qh when qr〆0 is given by the left side of equation (3). Therefore, equation (4) is expressed as the change in power dissipation in the control heater Δ
qh is the ratio of thermal resistance Rr and Ro and the zero intercept (1nte
rcept ) with a slope determined by °C,
This suggests that the heat generated in the reaction is linearly proportional to qr °C. It is therefore clear that the heat of chemical reaction ΔDr can be measured by integrating the change in gas dissipation in the control heater during the course of the reaction.

△7’7 r=K f△q h、 −d t     
 (5)O この場合に定数Kt、=:Ro/(Ro+Rr)は熱量
計の電気的較正の際に決定さrL己。
△7'7 r=K f△q h, -d t
(5)O In this case the constant Kt, =: Ro/(Ro+Rr) is determined during the electrical calibration of the calorimeter.

Uこれ等の観察は多数の興味深い思索へ導く。熱量計に
おける最大7ぐワー散逸は合理的なΔToに対して最小
でなければならないRoによって限定される。熱量計の
感熱性ばRr / Ro比を犬きくすることによって最
大にされるので、小さな反応熱grけ制御ヒータ・ぞワ
ーghの大きな変化を生ずる。他方において、’Rr/
Roを小さくすると、熱量計により扱うことができる熱
流量が最大になる。熱抵抗Rr / Roの比は熱量計
の製作中に調整可能であるから、任意の所望の特性を有
する計器を構成することができる。
These observations lead to a number of interesting considerations. The maximum power dissipation in the calorimeter is limited by Ro, which must be minimal for a reasonable ΔTo. The heat sensitivity of the calorimeter is maximized by increasing the Rr/Ro ratio so that a small reaction heat grating produces a large change in the heater temperature. On the other hand, 'Rr/
Decreasing Ro maximizes the heat flow that can be handled by the calorimeter. Since the ratio of thermal resistances Rr/Ro can be adjusted during the fabrication of the calorimeter, a meter can be constructed with any desired characteristics.

熱量計の動的特性は指数項c、−ezp(−t/T)〕
(この場合Tf−jシステムの時定数)を含む抵抗/コ
ンデンサー等価回路(resistance/capa
cita−nce equivalent circu
it )の公式を構成することによって推論することが
できる。(−かし乍ら、以下に論述する如く、熱量計の
応答は、太きく減少された有効な時定数を与える制御ア
ルゴリズムの使用により、その本来の時定数によって限
定されない。
The dynamic characteristics of the calorimeter are the exponential terms c, -ezp(-t/T)]
(in this case the time constant of the Tf-j system)
cita-nce equivalent circuit
It can be inferred by constructing the formula for (-However, as discussed below, the response of a calorimeter is not limited by its natural time constant through the use of a control algorithm that provides a significantly reduced effective time constant.

熱量計を制御するのに使用されるコンピュータグログラ
ムは、種々のセンサーから温度測定値を得て、実際の温
度を所望の温度(設定点)に関連づけて、そして適切な
応答によっていかなル差ヲも修正せしめる。エラー(e
rror)信号ΔTI=設定点−実際の温度)と特定の
制御ヒータにおける対応するパワーレベル(power
 1evel )との間の数学的関係は制御アルゴリズ
ムと呼ばれる。断熱シールドに対しては、従来のPID
I比例/積分/微分係数)アルゴリズムが使用され、そ
して満足すべきでるることが判明した。このアルゴリズ
ムの函数形式は qh=に、・ΔT s +に2fΔTs−dt+に3 
・d(△Ts) 、1t           (6) 式中、ΔTsけ断熱シールドに対するエラー信号である
。(6)式の3つの項の係数に、 、f、及びに31″
を最小オーバシュート(minimum over−s
hoot )及びリンギア 1” Iringing 
)によって速かな応答を与えるように実験的に最適化さ
れた。
The computer grogram used to control the calorimeter takes temperature readings from various sensors, relates the actual temperature to the desired temperature (set point), and corrects any differences by appropriate responses. I'll let you fix it too. Error (e
rror) signal ΔTI = set point - actual temperature) and the corresponding power level (power
1evel) is called a control algorithm. For insulation shields, conventional PID
A proportional/integral/derivative) algorithm was used and was found to be satisfactory. The functional form of this algorithm is qh = ・ΔT s + 2f ΔTs − dt + 3
・d(ΔTs), 1t (6) In the formula, ΔTs is the error signal for the heat shield. The coefficients of the three terms in equation (6) are , f, and 31″
minimum over-s
hoot) and ring gear 1” Iringing
) has been experimentally optimized to give fast response.

本来の時定数よりもより速かに応答するため熱量計にP
IDアルゴリズム「効果(farces月の使用が示唆
される。有効時定数は(6)式における係数の調整によ
って本来の定数の数分の1にすることができろ。
P to the calorimeter to respond faster than the original time constant.
The use of farces is suggested in the ID algorithm.The effective time constant can be reduced to a fraction of the original constant by adjusting the coefficient in equation (6).

容器制御ヒータに対する制御アルゴリズムは新規であり
、且つ最良の制御を与えろため経験によって発見された
。容器エラー信号△Tcに関して二次依存関係(qlL
adratic dttpgnde?Lce )を有す
るアルゴリズムのPI型式(微分係数項なし)が使用さ
れた。
The control algorithm for the vessel controlled heater is new and was discovered through experience to provide the best control. Regarding the container error signal △Tc, there is a quadratic dependency relationship (qlL
adratic dttpgnde? The PI form of the algorithm (without derivative term) with Lce ) was used.

qh、に、・ΔTc・1ΔTcJ+に4fΔTc・1Δ
Tc 1dtこの場合1ΔTclはエラー信号の絶対値
を示す。
qh, ・ΔTc・1ΔTcJ+ 4fΔTc・1Δ
Tc 1dt In this case, 1ΔTcl indicates the absolute value of the error signal.

このアルゴリズムの効果′は、ΔTcがとるに足りない
ほど小さいとき、ヒータパワーqhを本質的に一定にす
るが、より大きなTcに対しては直線依存関係(1in
ear dependence )が許容する工りも早
くqんを変化することである。このアプローチの結果が
ノイズのない基線であり(一定のqh)、且つ熱的撹乱
(thermal disturbance )(例え
ば反応の始め)後の設定点温度への非常に急速な復帰で
ある。加熱及び冷却サイクル中熱応答を同一にするため
、異なる値の係数に3及びK。
The effect of this algorithm' is to make the heater power qh essentially constant when ΔTc is negligibly small, but for larger Tc it becomes linearly dependent (1 in.
The workmanship that ear dependency) allows is to change q quickly. The result of this approach is a noise-free baseline (constant qh) and a very rapid return to the set point temperature after thermal disturbance (eg, the beginning of the reaction). 3 and K to the coefficients of different values to make the thermal response the same during the heating and cooling cycles.

が正及び負のエラー信号ΔTcに対して使用されだ。こ
7″Lは制御装置の加熱及び冷却素子の異なる効率を効
果的に補償する。
is used for the positive and negative error signals ΔTc. This 7"L effectively compensates for the different efficiencies of the heating and cooling elements of the control system.

化学的反応熱量計の作動にパワー補償原理に基づいてい
る。熱量計によって提供される熱発生データの有効性を
確立するため、較正によって制御器の応答の直線性を決
定し、且つ公知の化学的システムの検査によって熱の流
れ測定の精度を決定する必要がめった。
The operation of chemical reaction calorimeter is based on the power compensation principle. In order to establish the validity of the heat release data provided by the calorimeter, it is necessary to determine the linearity of the controller response by calibration and to determine the accuracy of the heat flow measurements by testing known chemical systems. Rarely.

制御器パワ一応答の直線性fl15(1’の水を含む容
器を使用して決定された。この実験において反応容器と
循環流体との間の温度差は30°Kに維持された。電力
は0乃至40ワツトの範囲に亘って較正ヒータに印加さ
れた。制御ヒータのパワ一応答は、第4図に示されてい
る如く、較正ヒータ・ぞワーの一次函数であることが判
明した。合成熱抵抗RO及びRrはこの較正プロットの
勾配及び基線ノワーqhから推論することができる。
The linearity of the controller power-response was determined using a vessel containing water fl15 (1'). In this experiment the temperature difference between the reaction vessel and the circulating fluid was maintained at 30 °K. The power was A range of 0 to 40 watts was applied to the calibrated heater.The power response of the control heater was found to be a linear function of the calibrated heater power, as shown in Figure 4.Synthesis Thermal resistances RO and Rr can be inferred from the slope of this calibration plot and the baseline nowa qh.

較正定数にの値(5式参照)は: 熱量計の性能は酸塩基中和反応実験によって試験すれた
。トリス−(ヒドロキシメチル)アミノメタン(TRI
S)及び塩酸の中和エンタルピーの4回の反復測定から
平均実験値−Ll、55Kca11モルが得られ、これ
は文献に記された値−LL、55KCQ11モル(1)
とすばらしくヨ〈一致している。この実験に対する時間
対制御器パワーの典型的なプロットは第5図で明らかで
ある。
The values for the calibration constant (see equation 5) are: The performance of the calorimeter was tested by acid-base neutralization reaction experiments. Tris-(hydroxymethyl)aminomethane (TRI
Four repeated measurements of the enthalpy of neutralization of S) and hydrochloric acid give an average experimental value of -Ll, 55Kca 11 mol, which is in contrast to the value given in the literature -LL, 55KCQ 11 mol(1)
It's wonderfully consistent. A typical plot of controller power versus time for this experiment is evident in FIG.

(HOc、i2)3CNH3+ c、−a−b 、c−
d、e−f及びg−んで描かれたプロットの領域が実験
のための基線を示している。
(HOc, i2)3CNH3+ c, -a-b, c-
The areas of the plot marked d, ef, and g indicate the baseline for the experiment.

b−c及びj’ −gにおけるノセワー変位(ezcl
LrS−ion)に軸圧ヒータにおいて散逸された電力
によるものであり、領域d−eにおける応答は酸塩基中
和反応によるものである。この陽子交換反応の速度は熱
量計の応答時間と比較して極めて速く、ゴソクス゛カー
(boxcar )形のパワ一応答カーブは滴定の開始
と終りに対応するエツジにより得られる。従って、速度
論的解析はこの反応に関連がない。
Nosewer displacement in b-c and j'-g (ezcl
The response in region d is due to the acid-base neutralization reaction. The rate of this proton exchange reaction is extremely fast compared to the response time of the calorimeter, and a boxcar-shaped power-response curve is obtained with edges corresponding to the beginning and end of the titration. Therefore, kinetic analysis is not relevant to this reaction.

熱量計の性能の立証は非水i non −a gugo
uS)系における有機化学反応で得られた。触媒として
p−トルエンスルフォン酸(7) −T S A I 
ヲ使用スる無水酢酸のエタノリシスに対する反応熱ハ、
4つの試験において−14,38K ca11モルとし
て決定された。
Proof of calorimeter performance is non-aqueous
Obtained by organic chemical reaction in uS) system. p-Toluenesulfonic acid (7) as a catalyst - T S A I
The heat of reaction for the ethanolysis of acetic anhydride is
Determined as -14,38K cal 1 mol in 4 tests.

実験的に測定された反応熱は文献に発表されていない。The experimentally measured heat of reaction has not been published in the literature.

しかし乍ら、反応熱は有機化合物(2ンの燃焼熱に対す
る平均化された官能基の寄与(confribwtio
n )に基づいてハンド、リツクニ(Eandrick
 )の計算法を用いて−14,26Kca11モルと推
定された。時間対熱の流れのカーブが第6図に示されて
いる。
However, the heat of reaction is the average contribution of functional groups to the heat of combustion of organic compounds (confribwtio).
Hand, Ritsukuni (Eandrick) based on
) was estimated to be -14,26Kcal 11 moles. The curve of heat flow versus time is shown in FIG.

前記の実施例において、電気的較正パルスが領域d−e
間に生ずる反応前後に印加される。パワー変位(etc
lLrsion )の初めの急速であり、そして添加速
度(rate of addition )によッテ決
定されたプラトー (platearb )が達せられ
る。しかし乍ら、試薬が消費されるにつれて、反応速度
は低下し、・pワ一応答は減少する。試薬の添加が終っ
た後、反応はしばらくの間第二次反応速度I 5eco
ndorder kineties )で続き、そして
パワ一応答はこの速度法則(rate law )と共
同して衰退子る。ノぞワーカープの分析からこの反応に
対する第二次速度定数[rate constant 
)が得られる。
In the above embodiment, the electrical calibration pulse is in the region d-e
It is applied before and after the reaction that occurs in between. Power displacement (etc.
A plateau is reached which is initially rapid and determined by the rate of addition. However, as the reagents are consumed, the reaction rate decreases and the p-power response decreases. After the addition of reagents is complete, the reaction continues for a while at a second-order reaction rate I 5eco
order kinetics), and the power response decays in conjunction with this rate law. The second-order rate constant for this reaction was determined from the analysis of the nozzle curve.
) is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は横断面におけろ、本発明の装置の典型的な実施
態様の機械的配置の概略図である。 第2図は種々の蓋及び攪拌器側動軸の歯車カップリング
の連結による装置の組立及び分解の容易な手段の図であ
る。 第3図は本発明の好ましい実施態様の電気制御及び測定
構成素子の相互接続のブロックダイアグラムである。 第4図に本装置の較正ヒータで散逸された/ぞワ一の函
数としての制御ヒータ/Pワ一の直線応答のグラフ図で
ろろ。 第5図は急速な酸−塩基反応の研究におけろ不装置の典
型的な使用のグラフ図である。 第6図は装置内で行なわれたおそい有機反応のグラフ図
である。              ・l・・・・・
・容器 2・・・・・・薔 3・・・・・・抵抗温度計 5・・・・・・ステッピングモータ 7・・・・・・抵抗ヒータ 8・・・・・・金属デスク、金属プレート9・・・・・
・入口管 11・・・・・・出口管 12・・・・・・金属缶 】7・・・・・・蓋 18・・・・・・抵抗温度計 20・・・・・・熱交換器 特許出願人  アメリカン・サイアナεド・カンパニー FIG、3 す2止°“−り ″°クワ−令ト (ワ、、ト)FIG
4 0     .5     1     1.5   
  2碕間(吟う
FIG. 1 is a schematic diagram of the mechanical arrangement of an exemplary embodiment of the device of the invention, also in cross section. FIG. 2 is a diagram of an easy means of assembling and disassembling the device by connecting the various lids and gear couplings of the stirrer side drive shafts. FIG. 3 is a block diagram of the electrical control and measurement component interconnections of a preferred embodiment of the invention. FIG. 4 is a graphical representation of the linear response of the control heater/power as a function of the power dissipated by the calibration heater of the present device. FIG. 5 is a graphical representation of a typical use of the apparatus in the study of rapid acid-base reactions. FIG. 6 is a graphical representation of the slow organic reaction carried out within the apparatus.・l・・・・・・
・Container 2...Rose 3...Resistance thermometer 5...Stepping motor 7...Resistance heater 8...Metal desk, metal plate 9...
・Inlet pipe 11...Outlet pipe 12...Metal can]7...Lid 18...Resistance thermometer 20...Heat exchanger Patent Applicant: American Cyana Company FIG, 3.
4 0. 5 1 1.5
2sakima (ginu)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、化学工程を試験するのに使用する熱量計にして、 a、気密な蓋と、撹拌器機構と、温度センサと、較正ヒ
ータと、いくつかの化学薬品導入口ポートと、2段圧力
解放機構とを備えている平底の反応容器と; b、該容器及びその反応物質への熱の流れを制御するた
め該反応容器の底に密着しており、規定の温度において
循環する流体によつて冷却される循環金属プレートに取
付けられた電気ヒータを具備している熱交換器と; c、該容器からの制御されない熱の漏洩を防止するため
にあつて、該電気ヒータによつて囲まれており、且つ流
動ガスによつて冷却され、温度センサを備えている円筒
状の障壁を具備している断熱シールドと; d、化学薬品供給流の温度を平衡化するためにあつて、
該断熱シールドに取付けられており、且つそれと密接に
熱接触している管状熱交換器を具備している定温(in
cubation)機構と; e、該装置を組立及び分解し、且つ該反応容器への接近
を得るための容易な機構であつて、円筒状の室に対する
該種々の蓋が単一の組立体として接続されており、 且つ撹拌器駆動軸が歯車連結器によつて結合されている
2つの部分に分離されている容易な手段と; f、ポンプと、ヒータと、冷却システムと、温度センサ
ーとを備えている該循環流体のための貯蔵器と; gg、該温度センサーに応答し、且つ反応物質の温度T
_rと、該断熱シールドの温度T_sと、循環流体の温
度T_oを制御するようになつており、本発明の好まし
い実施態様では、ディジタルコンピュータ制御器を具備
しており、その他の実施態様では、アナログ制御器を具
備している電子調節手段であつて、前述の各制御装置b
、c及びfにおいて、該冷却素子からの一定冷却下にあ
る間に該加熱素子内に散逸されるパワーを調整すること
によつて加熱と冷却との間の平衡を調節する電子的調節
器手段と; を具備することを特徴とする熱量計。 2、該熱交換器が、中央から縁へ又はその逆にプレート
と第2プレートとの間を放射状に流れる流体によつて冷
却される支持プレートに接着されている平らな円形の絶
縁された箔のヒータを具備しており、該流体の冷却効率
が不変であつて、該ヒータの効率が該容器内に含まれて
いる該反応物質の温度を調節するため調整される特許請
求の範囲第1項記載の装置。 3、該断熱シールドが、接着された箔ヒータで包まれて
おり、該断熱シールドを囲んでいる多数のダクトから流
れる加圧されたガスによつて均一に冷却されるカバーさ
れた円筒状の室を具備しており、加熱及び冷却の平衡が
該反応物質の温度に等しい該室内の温度を維持する特許
請求の範囲第2項記載の装置。 4、1又はそれ以上の化字薬品供給流の温度が、該断熱
シールドの加熱及び冷却機構と密接に熱的に連絡してい
る該断熱シールドの内部表面に接着されている管状熱交
換器の使用によつて該容器内で既に該反応物質と平衡化
されている特許請求の範囲第3項記載の装置。 5、該冷却流体が、循環システム及び温度センサと、電
気ヒータと、冷却システムとを具備していて、該循環流
体の温度を正確に調節するため適切な手段により表わさ
れる温度調節機構を備えている貯蔵器によつて供給され
る特許請求の範囲第2項記載の装置。 6、過剰な圧力の形成を2段機構によつて軽減すること
ができる装置であつて、 a、核反応容器の蓋に配置されており、小さな過圧力を
逃がすための直径0.125インチ(約5.46mm)
のガス抜き孔を備えている小さな調整可能な弁と; b、該蓋のためのスプリングを装填された保持器と、撹
拌器軸のためのベローカップリングとを具備していて、
大きな過圧力を逃がし、且つ熱量計の操作中最大の安全
を保証するための出来る限り最大のガス抜き孔を与える
ため該蓋及び該軸の縦方向の変位を許容するように組合
わされている該反応容器の該蓋のための折たためる保持
機構と; を具備する特許請求の範囲第1項記載の装置。 7、油貯蔵器と化学反応物質との間の温度差が特許請求
の範囲第5項の流体サーモスタット及び循環システムと
協働して作用する特許請求の範囲第2項の熱交換器によ
つて一定に維持され、該反応物質の温度が一定に保たれ
るか又は所定の変化に追従するようにされ、その間に反
応熱及び反応速度が、該熱交換器内に配置された電気制
御ヒータにおけるパワーの散逸の比例調整によつて測定
される特許請求の範囲第1項の装置の作動方法。 8、特許請求の範囲第2項記載の該熱交換器に配置され
た該制御ヒータ中の電力散逸ghが該温度エラー信号△
Tの有符号平方(signed square)、プラ
ス温度エラー信号の有符号平方の時間積分に比例して調
節され、該温度エラー信号が該化学反応物質の瞬間温度
と該特定の温度設定点の差であつて、次式 ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、K_1及びK_2は正及び負の温度エラー信号に
対して大きさの異なる定数であり、|△T|は該温度エ
ラー信号の絶対値を表わす、 の関係に従う特許請求の範囲第1項記載の装置を作動す
る方法。
[Claims] 1. A calorimeter used to test chemical processes, comprising: a. an airtight lid, a stirrer mechanism, a temperature sensor, a calibration heater, and several chemical inlet ports; and a two-stage pressure relief mechanism; b. closely attached to the bottom of the reaction vessel to control the flow of heat to the vessel and its reactants, at a specified temperature; a heat exchanger comprising an electric heater mounted on a circulating metal plate cooled by a circulating fluid; c. an insulating shield comprising a cylindrical barrier surrounded by and cooled by a flowing gas and provided with a temperature sensor; d. to equilibrate the temperature of the chemical feed stream; It's hot,
A constant temperature (in
e. an easy mechanism for assembling and disassembling the device and gaining access to the reaction vessel, in which the various lids to the cylindrical chamber are connected as a single assembly; f. a pump, a heater, a cooling system and a temperature sensor; a reservoir for the circulating fluid that is responsive to the temperature sensor and that is responsive to the temperature T of the reactant;
_r, the temperature T_s of the insulating shield, and the temperature T_o of the circulating fluid, which in a preferred embodiment of the invention includes a digital computer controller, and in other embodiments includes an analog controller. An electronic adjustment means comprising a controller, each of the above-mentioned controllers b
, c and f, electronic regulator means for regulating the balance between heating and cooling by regulating the power dissipated into the heating element while under constant cooling from the cooling element; A calorimeter characterized by comprising: and; 2. A flat circular insulated foil adhered to a support plate, in which the heat exchanger is cooled by a fluid flowing radially between the plate and the second plate from the center to the edge or vice versa. Claim 1, wherein the cooling efficiency of the fluid remains unchanged and the efficiency of the heater is adjusted to adjust the temperature of the reactant contained within the vessel. Apparatus described in section. 3. A covered cylindrical chamber in which the insulating shield is wrapped with a glued foil heater and uniformly cooled by pressurized gas flowing from a number of ducts surrounding the insulating shield. 3. The apparatus of claim 2, wherein the heating and cooling equilibrium maintains a temperature in the chamber equal to the temperature of the reactants. 4. The temperature of one or more chemical feed streams is controlled by a tubular heat exchanger bonded to the interior surface of the insulating shield in intimate thermal communication with the heating and cooling mechanisms of the insulating shield. 4. A device according to claim 3, which upon use is already equilibrated with the reactants in the vessel. 5. The cooling fluid is equipped with a circulation system and a temperature sensor, an electric heater, a cooling system, and a temperature regulation mechanism represented by suitable means for accurately regulating the temperature of the circulation fluid. 3. The device of claim 2, wherein the device is supplied with a reservoir. 6. A device capable of relieving the build-up of excess pressure by means of a two-stage mechanism, a. Approximately 5.46mm)
a small adjustable valve with a vent hole; b. a spring-loaded retainer for the lid and a bellows coupling for the agitator shaft;
The cap is combined to allow longitudinal displacement of the lid and the shaft in order to provide the largest possible vent holes to relieve large overpressures and guarantee maximum safety during operation of the calorimeter. 2. The apparatus of claim 1, further comprising: a collapsible retention mechanism for the lid of the reaction vessel. 7. By means of a heat exchanger according to claim 2, in which the temperature difference between the oil reservoir and the chemical reactant acts in cooperation with the fluid thermostat and circulation system of claim 5. The temperature of the reactants is kept constant or is made to follow a predetermined change, while the heat of reaction and the reaction rate are controlled in an electrically controlled heater located in the heat exchanger. A method of operating the device according to claim 1, measured by proportional adjustment of the dissipation of power. 8. The power dissipation gh in the control heater disposed in the heat exchanger according to claim 2 causes the temperature error signal Δ
is adjusted proportionally to the time integral of the signed square of T, plus the signed square of the temperature error signal, such that the temperature error signal is the difference between the instantaneous temperature of the chemical reactant and the particular temperature set point. The following formula ▲ includes mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ In the formula, K_1 and K_2 are constants with different magnitudes for positive and negative temperature error signals, and |△T| A method of operating a device according to claim 1 according to the relationship: expressed in absolute value.
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