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H 7201

:2007

(1)

目  次

ページ

1

  適用範囲

1

2

  引用規格

1

3

  用語及び定義 

1

4

  測定装置

1

4.1

  測定装置の構成

1

4.2

  機器の精度 

2

4.3

  ガスの純度 

2

4.4

  測定系容積及び空の試料系容積の算出 

2

5

  測定準備

3

5.1

  試料の準備 

3

5.2

  測定装置の準備

4

5.3

  試料の前処理 

4

6

  測定

4

7

  PCT 線の作成 

5

7.1

  合金中の水素濃度の算出 

5

7.2

  PCT 線の作図 

6

8

  報告

7


H 7201

:2007

(2)

まえがき

この規格は,工業標準化法第 14 条によって準用する第 12 条第 1 項の規定に基づき,財団法人大阪科学

技術センター(OSTEC)及び財団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して日本工業規格を改正す

べきとの申出があり,日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が改正した日本工業規格である。

これによって,JIS H 7201:1991 は改正され,この規格に置き換えられた。

この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。

この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権又は出願公開後の実用新案登録出願に

抵触する可能性があることに注意を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許

権,出願公開後の特許出願,実用新案権又は出願公開後の実用新案登録出願に係る確認について,責任は

もたない。


日本工業規格

JIS

 H

7201

:2007

水素吸蔵合金の圧力−

組成等温線(PCT線)の測定方法

Method for measurement of pressure-composition-temperature (PCT)

relations of hydrogen absorbing alloys

適用範囲 

この規格は,水素吸蔵合金の圧力−組成等温線(以下,

“PCT 線”という。

)をジーベルツ法で求めるた

めの一般的な測定方法について規定する。

なお,この規格を適用する測定対象温度範囲は,173 K∼573 K,測定圧力範囲は,1 kPa∼5 MPa とする。

引用規格 

次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。これらの

引用規格は,その最新版(追補を含む。

)を適用する。

JIS H 7003

  水素吸蔵合金用語

JIS K 0512

  水素

JIS Z 8401

  数値の丸め方

用語及び定義 

この規格で用いる主な用語及び定義は,JIS H 7003 による。

測定装置 

4.1 

測定装置の構成 

測定装置は,測定系,試料系,ガス供給・排気系及び温度制御用の機器並びに温度測定用の機器で構成

する。ガスと直接接触する機器は,測定中に印可するガスの最高使用圧力に耐えるに十分な強度があり,

水素と反応せず,水素を透過しない材料で構成し,室温及び測定対象温度において,水素加圧状態及び真

空状態での漏れがあってはならない。PCT 線測定装置の基本構成の例を

図 に示す。

測定装置を構成する機器は,次による。

a) 

測定系の機器  測定系の機器は,蓄圧容器(B),圧力計(P),バルブ(V

1

,V

2

,V

3

,V

4

)及び配管で

構成する。各機器を結ぶ配管は,できるだけ短くするとともに,測定系全体が一定で均一な温度に保

持できるように設計する。

b) 

試料系の機器  試料系の機器は,試料容器(D)及び配管で構成する。試料容器(D)とバルブ(V

4

とをつなぐ配管は,恒温槽(C)から外に出た部分の容積ができるだけ小さくなるように設計する。

試料容器(D)のガス出入口には圧損の小さい孔径 1

µm 程度のフィルタ(F)を取り付け,配管への

試料の飛散を防ぐ。恒温槽(C)の温度が測定系に影響しないように,試料系−測定系間を断熱する。


2

H 7201

:2007

c) 

ガス供給・排気系の機器  ガス供給・排気系の機器は,真空計(VG),並びに不活性ガス供給機器(I),

水素供給機器(H)及び真空排気機器(VE)で構成する。真空計(VG)は,できるだけバルブ(V

3

の近くに設置する。

d) 

温度制御用及び温度測定用の機器  温度制御用及び温度測定用の機器は,恒温槽(C)及び温度計(T

1

T

2

)で構成する。温度計(T

1

)は,蓄圧容器(B)の近傍に取り付け,温度計(T

2

)は,恒温槽(C)

内に取り付ける。

図 1PCT 線測定装置の基本構成の例 

4.2 

機器の精度 

使用する機器の精度は,次による。

−  恒温槽温度保持精度:±0.5 K

−  温度測定精度

:±0.5 K

−  圧力測定精度

:最高使用圧力で有効数字 4 けた以上あるものを使用する。

4.3 

ガスの純度 

測定に使用する水素の純度は,JIS K 0512 に規定する 3 級又はそれと同等以上の品質とする。また,不

活性ガス(アルゴン又はヘリウム)は工業用のものを用いる。

4.4 

測定系容積及び空の試料系容積の算出 

4.4.1 

容積の基準となる容器の容積の算出 

容積の基準となる容器(バルブ付き)の質量を,精密な化学はかりを用いてはかる。次に,この容器に

蒸留水を完全に満たしてバルブを閉じ,その質量をはかる。水を満たした容器の質量から空の容器の質量

を差し引いた質量を水の比重で除して,水の体積を有効数字 3 けた以上で求め,その体積を容積の基準と

なる容器の容積[v

s

(cm

3

]とする。

4.4.2 

測定系容積の算出 

測定系容積[v

d

(cm

3

]の算出は,次の手順によって行う。

なお,手順は室温において行う。また,圧力は,有効数字 3 けた以上で測定する。

I

:不 活 性 ガ ス 供 給 機 器

(ガス供給・排気系)

H

:水素供給機器(ガス供

給・排気系)

P

:圧力計(測定系)

B

:蓄圧容器(測定系)

VG

:真空計(ガス供給・排

気系)

VE

:真空排気機器(ガス供

給・排気系)

C

:恒温槽(温度制御用)

F

:フィルタ(試料系)

D

:試料容器(試料系)

V

1

∼V

4

:バルブ(測定系)

T

1

,T

2

:温度計(温度測定用)

V

3

V

4

H

測定系

I

T

1

T

2

B

P

VG

VE

D

F

C

V

1

V

2

試料系


3

H 7201

:2007

a)

容積の基準となる容器を,バルブ(V

4

)を挟んで測定系に接続する。このとき,バルブ(V

4

)と容積

の基準となる容器のバルブとの間の容積が,測定系の容積に対して無視できる程度に小さくなるよう

に,バルブ(V

4

)と容積の基準となる容器のバルブとの間隔をできるだけ短くする。

b)

バルブ(V

3

,バルブ(V

4

)及び容積の基準となる容器のバルブを開け,測定系内を真空排気する。

バルブ(V

3

)を閉じ,バルブ(V

2

)を開けて水素を導入し,測定系内の圧力を 0.1∼0.5 MPa とする。

バルブ(V

2

)を閉じた後,そのときの圧力 p

1

を測定する。

c)

容積の基準となる容器のバルブを閉じ,バルブ(V

3

)を開けて,測定系内を真空排気した後,バルブ

(V

3

)を閉じる。容積の基準となる容器のバルブを開け,容積の基準となる容器中のガスを測定系と

共存させた後の圧力 p

2

を測定する。

d)

測定系容積 v

d

を式(1)によって算出する

1)

s

2

1

d

1

v

p

p

v

×

÷÷ø

ö

ççè

æ

=

 (1)

ここに,

v

d

測定系容積(cm

3

v

s

容積の基準となる容器の容積(cm

3

1)

圧力が 0.5 MPa 以下のときは,圧縮率因子が 1.000 以上,かつ,1.003 以下であるため,式(1)

及び式(2)では,圧縮率因子を無視している。

4.4.3 

空の試料系容積の算出 

空の試料系容積[v

v

(cm

3

]の算出は,次の手順によって行う。

なお,測定は PCT 線測定予定の温度の下限及び上限でそれぞれ行う。また,圧力は,有効数字 3 けた以

上で測定する。

a)

空の試料容器を,バルブ(V

4

)を挟んで測定系に接続する。装置を測定対象温度に保つ。

b)

バルブ(V

3

)及びバルブ(V

4

)を開け,測定系及び試料系内を真空排気する。バルブ(V

3

)を閉じ,

バルブ(V

2

)を開けて水素を導入し,測定系及び試料系内の圧力を 0.1∼0.5 MPa とする。バルブ(V

2

を閉じた後,そのときの圧力[p

3

(MPa)

],測定系温度[T

d

(K)

]及び試料系温度[T

r

(K)]を測定

する。

c)

バルブ(V

4

)を閉じ,バルブ(V

3

)を開けて,測定系内を真空排気した後,バルブ(V

3

)を閉じる。

バルブ(V

4

)を開け,試料容器中のガスを測定系と共存させた後の圧力[p

4

(MPa)

]を測定する。

d)

 PCT

線測定予定の温度の下限及び上限の空の試料系容積 v

v

を式(2)によってそれぞれ算出する

1)

)

(

4

3

d

d

4

r

v

p

p

T

v

p

T

v

=

 (2)

ここに,

v

v

空の試料系容積(cm

3

v

d

測定系容積(cm

3

T

r

試料系温度(K)

T

d

測定系温度(K)

注記  式(2)中の v

d

は,式(1)によって算出した測定系容積である 

e)

試料系温度 T

r

が下限及び上限のときのそれぞれの空の試料系容積 v

v

を元にして,線形近似によって,

中間の温度における空の試料系容積 v

v

を求め,空の試料系容積とする。

測定準備 

5.1 

試料の準備 

測定する水素吸蔵合金の試料の準備は,次による。


4

H 7201

:2007

a) 

試料の調整  粉砕可能な試料は,活性化処理を容易にし,かつ,表面からの劣化を最小限に抑えるた

め,試料容器への充てん直前に粉砕する。ただし,粉砕困難な試料については,数 mm 程度の大きさ

に機械的な方法で切断する。

b) 

試料の量  測定に用いる試料の量[X(g)]は,測定系容積 100 cm

3

当たり 1 g 以上とし,その質量を

有効数字 3 けた以上ではかる。

5.2 

測定装置の準備 

測定装置の準備は,次による。

a) 

漏れ試験  試料を充てんした試料容器を測定系に接続し,測定系内及び試料系内を真空脱気した後,

測定時の水素の最高使用圧力までヘリウム又は水素を導入し,装置に漏れのないことを確認する。

b) 

試料系容積の算出  試料系容積[v

r

(cm

3

]の算出は,次のいずれかの方法による。

1) a)

の漏れ試験で漏れのないことを確認した後,4.4.3 と同様の手順によって,試料系容積 v

r

を算出す

る。

なお,この方法では,水素に代えて不活性ガスを用いる。

2)

試料容器に充てんした試料の質量及び比重から試料の体積を算出し,その体積を 4.4.3 e)で求めた空

の試料系容積 v

v

から差し引いた体積を試料系容積 v

r

とする。

5.3 

試料の前処理 

試料の前処理は,次の手順によって行う。

a) 

試料容器内の水素置換  5.2 b)での試料系容積の算出後,測定系内及び試料系内の圧力が 10 Pa 以下に

なるまで真空脱気を行い,次いで水素を導入してその圧力を 0.1∼0.2 MPa とする。この測定系内及び

試料系内の真空脱気・水素導入の一連の操作を 3 回繰り返す。

b) 

活性化処理  a)での水素置換が終了した後,測定系内及び試料系内を真空脱気する。バルブ(V

3

)を

閉じ,バルブ(V

2

)を開いて,装置の最高使用圧力近くまで水素を導入する。バルブ(V

2

)を閉じ,

圧力の低下が止まるまで放置して試料に水素を吸蔵させる。

なお,この方法で活性化が進まないときは,水素加圧の状態で測定対象温度又はそれ以上の温度に

加熱した後,室温又はそれ以下に冷却する操作を繰り返す。

c) 

安定化処理  活性化処理後,PCT 線の測定対象温度で試料系内へ最高使用圧力の水素導入及び試料系

内の真空脱気を繰り返し行い,吸蔵・放出特性を安定化させる。

なお,活性化処理を行うことなく前処理を行うこともできる。

測定 

測定は,真空原点法によるものとし,次の手順によって行う。

a) 

吸蔵線の測定  5.3 の試料の前処理終了後,次の手順によって行う。

1)

測定対象温度又はそれ以上の温度で,バルブ(V

1

)及びバルブ(V

2

)を閉じ,バルブ(V

3

)及びバ

ルブ(V

4

)を開け,測定系内及び試料系内を真空脱気して試料から水素を放出させる。

2)

測定系及び試料系を測定対象温度に保持し,第 0 回目として初期の測定系の水素圧[p

d(0)

(MPa)

を真空脱気している状態で測定する。バルブ(V

3

)を閉じて,測定系全体の圧力が平衡に達するま

で放置した後

2)

,平衡水素圧[p

r(0)

(MPa)

,測定系温度[T

d(0)

(K)

]及び試料系温度[T

r(0)

(K)

を測定する。

3)

第 回目の測定として,バルブ(V

4

)を閉じ,バルブ(V

2

)を開いて水素を導入し,水素圧力を前

回の測定における平衡水素圧[p

r(n-1)

(MPa)

]よりも高い適切な値にまで増加させた後,バルブ(V

2


5

H 7201

:2007

を閉じ,そのときの測定系の水素圧[p

d(n)

(MPa)

]を測定する。バルブ(V

4

)を開いて,測定系全

体の圧力が平衡状態に達するまで放置した後

2)

,平衡水素圧[p

r(n)

(MPa)

,測定系温度[T

d(n)

(K)

及び試料系温度[T

r(n)

(K)

]を測定する。

4) 3)

の操作を平衡水素圧[p

r(n)

]が所定の圧力を超えるまで繰り返す。繰返し回数は,10∼20 回とす

る。

b) 

放出線の測定  最後の a) 3)の測定が終了した後,次の手順によって行う。

1) 

測定回数 は,吸蔵線の測定からの通番とする。吸蔵線測定の最後の回の測定値は,放出線の水素

濃度を算出するときの式(3)のデータとしても用いる。 

2)

第 回目の測定として,バルブ(V

4

)を閉じ,バルブ(V

3

)を開いて測定系内を減圧し,測定系内

の水素圧力を前回の測定における平衡水素圧[p

r(n-1)

]よりも低い適切な値にまで低下させた後,バ

ルブ(V

3

)を閉じ,そのときの測定系の水素圧力[p

d(n)

]を測定する。バルブ(V

4

)を開き,測定

系全体の圧力が平衡状態に達するまで放置した後

2)

,平衡水素圧[p

r(n)

,測定系温度[T

d(n)

]及び試

料系温度[T

r(n)

]を測定する。

3) 2)

の操作を平衡水素圧[p

r(n)

]が所定の圧力未満になるまで繰り返す。繰返し回数は,10∼20 回と

する。

2)

圧力が平衡状態に達したかどうかの判断は,圧力計の指示値の変動がなくなることを基準

に行うとよい。例えば,1 分間変動がなければ,平衡状態に達したとみなせるが,平衡状

態に達する時間は試料によって異なる。この時間を更に延長して測定したときに,PCT 線

のヒステリシスが変化した場合は,平衡状態に達するには更に長い時間が必要とみなされ

る。

7 PCT

線の作成 

7.1 

合金中の水素濃度の算出 

箇条 によって得たデータを式(3)に代入して,第 回目の測定での対合金質量分率の変化量[

W

(n)

]を

算出する。放出線測定での

W

(n)

は,負の値になる。

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

%

100

2

1

r

4

r

1

r

1

d

3

d

1

d

r

2

r

r

d

1

d

d

H

×

ú

ú
û

ù

ê

ê
ë

é

÷

÷
ø

ö

ç

ç
è

æ

÷

÷
ø

ö

ç

ç
è

æ

-

n

-

n

-

n

-

n

n

n

n

n

n

T

z

v

p

T

z

v

p

T

z

v

p

T

z

v

p

RX

A

W

 (3)

ここに,

A

H

水素の原子量=1.007 94

R

気体定数=8.314 472  (J・mol

1

・K

1

∆W

(n)

対合金質量分率の変化量  [%(質量分率)

各項の分母にある圧縮率因子(z

1

z

4

)は,その各項の圧力及び温度をそれぞれ式(4)の圧力(p)及び温

度(T)に代入して算出する。

)

(

1

4

3

2

1

+

+

+

+

+

=

ET

DT

CT

BT

A

p

z

 (4)

ここに,

  A

4.934 82

×

10

5

B

2.040 36

C

8.153 34

×

10

D

=−

6.556 1

×

10

4

E

4.565 16

×

10

6

繰返し第

n

回目の測定で得た対合金質量分率で表した水素濃度[

W

(n)

]は,式

(5)

によって算出する。


6

H 7201

:2007

( )

( )

å

=

=

n

i

n

n

W

W

1

 (5)

ここに,

W

(n)

対合金質量分率で表した水素濃度[%(質量分率)

また,試料の組成式が既知の場合は,合金の平均原子量を算出し,第

n

回目の測定で得た水素対金属の

原子数比で表した水素濃度[

(H/M)

(n)

]を,式

(6)

によって算出する。

( )

( )

H

M

100

)

(

A

A

W

M

/

H

n

n

×

=

 (6)

算出値は,有効数字 4 けたまで求め,JIS Z 8401 に規定する規則 A によって有効数字 3 けたに丸める。

注記 1

例えば,z

1

は,次の式によって求めることができる。

z

1

=1+p

d(n)

ABT

d(n)

-1

CT

d(n)

-2

DT

d(n)

-3

ET

d(n)

-4

注記 2

圧力 5 MPa 以上の水素の圧縮率因子は,Lemmon らの文献が参考になる。

7.2 PCT

線の作図 

試料の組成式が既知の場合は,対合金質量分率で表した水素濃度(W)又は水素対金属の原子数比で表

した水素濃度(H/M)を横軸にとり,平衡水素圧(p)を自然対数目盛の縦軸にとって,繰返し第 回目の

平衡水素圧[p

r(n)

]に対応する W

(n)

又は(H/M)

(n)

をプロットする。ただし,試料の組成式が未知の場合は,

横軸に,対合金質量分率で表した水素濃度(W)だけを取る。各点を通常は右下がりにならない曲線で滑

らかに結び,PCT 線を作図する。PCT 線の作図例を

図 に示す。


7

H 7201

:2007

図 2PCT 線の作図例 

報告 

報告書には,次の事項を記載する。ただし,記載する事項は,受渡当事者間の協定によって,次の事項

の中から選択することができる。

a) 

試料 

1)

試料名又は組成式(試料名で組成が不明の場合は,成分などを含めた試料識別名とする。

2)

試料履歴(入手元,製造方法,熱処理温度,熱処理時間など。

3)

試料の量

4)

試料の粒径及びその測定法

b) 

前処理の条件 

1)

安定化処理の条件及び回数

2)

測定原点設定のための真空脱気処理温度及び真空脱気処理時間

c) 

測定装置及び圧力測定精度

d) 

水素の純度 

e) PCT

線  [測定対象温度(単位は K)及び吸蔵線と放出線との区別を併記。]

f) PCT

線特性パラメータ  PCT 線から数値化できる次のパラメータがある場合には,温度,圧力,水素

量などの条件を付記して,それらを記載する。

1)

有効水素吸蔵量(温度,吸蔵圧,放出圧などを付記。

2)

放出圧(温度,合金中の水素濃度などを付記。

3)

吸蔵圧(温度,合金中の水素濃度などを付記。

4)

プラトーの傾き(温度などを付記。

5)

水素化熱(合金中の水素濃度などを付記。


8

H 7201

:2007

参考文献  E. W. Lemmon, M. L. Huber, D.G. Friend and C. Paulina, “Standardization Equation for Hydrogen Gas

Densities for Fuel Consumption Applications”, SAE Technical Papers, Document Number:

2006-01-0434, (2006).