JP2002239353A - 水素透過構造体 - Google Patents
水素透過構造体Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 同一体積における水素透過性膜の
表面積をより大きくして、水素透過モジュールの水素透
過性能を向上させる。 【解決手段】 水素透過構造体は、多孔質支持体
の表面に水素透過性膜を形成したものであって、該多孔
質支持体の断面の外形形状を凹凸形状にすることによっ
て一定体積中の水素透過性膜の表面積を大きくすること
ができる。
表面積をより大きくして、水素透過モジュールの水素透
過性能を向上させる。 【解決手段】 水素透過構造体は、多孔質支持体
の表面に水素透過性膜を形成したものであって、該多孔
質支持体の断面の外形形状を凹凸形状にすることによっ
て一定体積中の水素透過性膜の表面積を大きくすること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には水素透
過構造体とそれを用いたモジュールに関し、より特定的
には多孔質の基材に水素透過性膜が形成された水素透過
構造体とそれを用いたモジュールに関するものである。
過構造体とそれを用いたモジュールに関し、より特定的
には多孔質の基材に水素透過性膜が形成された水素透過
構造体とそれを用いたモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水素ガスは、燃料電池用の燃料等に用い
られ、ガス体燃料の変成法等によって工業的に製造され
る。例えば、ガス体燃料の変成法によれば、水蒸気を改
質することによって水素ガスが製造されるが、改質ガス
には主成分としての水素以外に副成分として一酸化炭
素、二酸化炭素が含まれている。この改質ガスを例えば
燃料電池用の燃料にそのまま用いると電池の性能が劣化
する。このため、水素ガス以外の副成分を除去し、高純
度の水素ガスを得るために改質ガスを精製する必要があ
る。その精製法の一つとして、水素透過性膜が水素のみ
を選択的に透過させるという特性を利用した方法があ
る。この水素透過性膜は多孔質の支持体または基材に形
成することによって用いられる。
られ、ガス体燃料の変成法等によって工業的に製造され
る。例えば、ガス体燃料の変成法によれば、水蒸気を改
質することによって水素ガスが製造されるが、改質ガス
には主成分としての水素以外に副成分として一酸化炭
素、二酸化炭素が含まれている。この改質ガスを例えば
燃料電池用の燃料にそのまま用いると電池の性能が劣化
する。このため、水素ガス以外の副成分を除去し、高純
度の水素ガスを得るために改質ガスを精製する必要があ
る。その精製法の一つとして、水素透過性膜が水素のみ
を選択的に透過させるという特性を利用した方法があ
る。この水素透過性膜は多孔質の支持体または基材に形
成することによって用いられる。
【０００３】例えば、特開平８−３８８６３号公報に
は、多孔質基体の表面の微細孔を閉塞するように、多孔
質基体の表面を水素分離能を有する金属で被覆してなる
水素分離体であって、多孔質基体が、貫通孔を有してお
り、貫通孔の内周面の微細孔を閉塞するように貫通孔の
内周面を水素分離能を有する金属で被覆した水素分離体
が、提案されている。この発明の目的は、単位体積あた
りの水素分離効率（体積効率）を大きくすることにあ
り、一定体積中の水素分離膜の面積を大きくすることで
ある。
は、多孔質基体の表面の微細孔を閉塞するように、多孔
質基体の表面を水素分離能を有する金属で被覆してなる
水素分離体であって、多孔質基体が、貫通孔を有してお
り、貫通孔の内周面の微細孔を閉塞するように貫通孔の
内周面を水素分離能を有する金属で被覆した水素分離体
が、提案されている。この発明の目的は、単位体積あた
りの水素分離効率（体積効率）を大きくすることにあ
り、一定体積中の水素分離膜の面積を大きくすることで
ある。
【０００４】また、特開平９−２９０７９号公報には、
多孔質金属または多孔質セラミックスまたは多孔質ガラ
スより構成されるチューブ状基体の内側または外側の少
なくともいずれか一方の面を無電解メッキにより少なく
ともパラジウムを含む金属なたは合金で被覆した水素分
離膜が提案されている。この発明の目的は、通常の無電
解メッキでは、多孔質基体の微細孔を完全にパラジウム
などで充填することが困難であることを解決するための
ものである。
多孔質金属または多孔質セラミックスまたは多孔質ガラ
スより構成されるチューブ状基体の内側または外側の少
なくともいずれか一方の面を無電解メッキにより少なく
ともパラジウムを含む金属なたは合金で被覆した水素分
離膜が提案されている。この発明の目的は、通常の無電
解メッキでは、多孔質基体の微細孔を完全にパラジウム
などで充填することが困難であることを解決するための
ものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平８−３８８６３
号公報において指摘されているように、単位体積あたり
の水素透過性能をより大きくすることが切望されてお
り、一定体積中の水素透過性膜の面積を大きくすること
が必要である。なお、ここで、前記文献では、水素分離
膜と表現しているが、正確には水素のみを透過する性能
を有する膜のことであるので、本発明の詳細な説明で
は、水素透過性膜あるいは水素透過構造体との表現に統
一して説明する。
号公報において指摘されているように、単位体積あたり
の水素透過性能をより大きくすることが切望されてお
り、一定体積中の水素透過性膜の面積を大きくすること
が必要である。なお、ここで、前記文献では、水素分離
膜と表現しているが、正確には水素のみを透過する性能
を有する膜のことであるので、本発明の詳細な説明で
は、水素透過性膜あるいは水素透過構造体との表現に統
一して説明する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】一定体積中の水素透過性
膜の面積をより大きくする工夫がなされてはいたが、従
来の方法では限界があった。そこで、発明者らは鋭意工
夫を重ねた結果、本発明をなしたものであって、一定体
積中の水素透過性膜の面積を従来以上に大きくできるも
のであり、同じ水素透過性能を得るためのモジュール全
体の体積を小さくできるものである。
膜の面積をより大きくする工夫がなされてはいたが、従
来の方法では限界があった。そこで、発明者らは鋭意工
夫を重ねた結果、本発明をなしたものであって、一定体
積中の水素透過性膜の面積を従来以上に大きくできるも
のであり、同じ水素透過性能を得るためのモジュール全
体の体積を小さくできるものである。
【０００７】本発明の水素透過構造体は、多孔質支持体
の表面に水素透過性膜を形成した水素透過構造体におい
て、該多孔質支持体の断面の外形形状が凹凸形状であ
る。多孔質支持体の断面の外形形状を凹凸にすることに
よって、一定体積中の水素透過性膜の表面積を凹凸形状
ではない場合に比べて大きくすることができる。
の表面に水素透過性膜を形成した水素透過構造体におい
て、該多孔質支持体の断面の外形形状が凹凸形状であ
る。多孔質支持体の断面の外形形状を凹凸にすることに
よって、一定体積中の水素透過性膜の表面積を凹凸形状
ではない場合に比べて大きくすることができる。
【０００８】また、前記多孔質支持体が中空の管状であ
ることが好ましい。中空の管状にすることによって、多
孔質支持体の外周面かあるいは内周面に水素透過性膜を
形成することができるので、モジュールに組み立てた時
に、種々の目的に最適な構造のモジュールを得ることが
できる。さらに、前記多孔質支持体の断面において、中
空部の形状が、多孔質支持体の外形形状の凹凸と概略同
じ形状とすることがより好ましい。断面において、外形
形状と内面形状をほぼ同じ形状とすることによって、水
素透過性膜を外周面あるいは内周面いずれの面に形成し
た場合でも水素透過性膜の表面積に差がなくなるので、
同じ形状の多孔質支持体を用いて外周面あるいは内周面
いずれの面に水素透過性膜を形成しても水素透過性能に
差がなくなるので、経済的である。この時、多孔質支持
体の厚みは均一である必要は必ずしもないが、最も薄い
部分の厚みは強度の観点から１００μｍ以上あることが
好ましい。
ることが好ましい。中空の管状にすることによって、多
孔質支持体の外周面かあるいは内周面に水素透過性膜を
形成することができるので、モジュールに組み立てた時
に、種々の目的に最適な構造のモジュールを得ることが
できる。さらに、前記多孔質支持体の断面において、中
空部の形状が、多孔質支持体の外形形状の凹凸と概略同
じ形状とすることがより好ましい。断面において、外形
形状と内面形状をほぼ同じ形状とすることによって、水
素透過性膜を外周面あるいは内周面いずれの面に形成し
た場合でも水素透過性膜の表面積に差がなくなるので、
同じ形状の多孔質支持体を用いて外周面あるいは内周面
いずれの面に水素透過性膜を形成しても水素透過性能に
差がなくなるので、経済的である。この時、多孔質支持
体の厚みは均一である必要は必ずしもないが、最も薄い
部分の厚みは強度の観点から１００μｍ以上あることが
好ましい。
【０００９】また、中空の管状の多孔質支持体は、中央
部の貫通溝または／および貫通筒体が管の側面に対して
平行ではない形状であってもよい。すなわち、前記らせ
ん状にねじれたような形状や、一定の直径内において蛇
行しているような形状で合ってもよい。
部の貫通溝または／および貫通筒体が管の側面に対して
平行ではない形状であってもよい。すなわち、前記らせ
ん状にねじれたような形状や、一定の直径内において蛇
行しているような形状で合ってもよい。
【００１０】また、好ましくは、水素透過性膜は、パラ
ジウム（Ｐｄ）、パラジウム−白金合金（Ｐｄ−Ｐ
ｔ）、パラジウム−銀合金（Ｐｄ−Ａｇ）からなる群よ
り選ばれた少なくとも１種の金属を含む。
ジウム（Ｐｄ）、パラジウム−白金合金（Ｐｄ−Ｐ
ｔ）、パラジウム−銀合金（Ｐｄ−Ａｇ）からなる群よ
り選ばれた少なくとも１種の金属を含む。
【００１１】前記多孔質支持体はセラミックス粉末また
は金属微粒子または金属酸化物微粒子またはガラス粉末
をスラリー状にしたものを押し出し成形した後、焼結し
て作製することができる。
は金属微粒子または金属酸化物微粒子またはガラス粉末
をスラリー状にしたものを押し出し成形した後、焼結し
て作製することができる。
【００１２】多孔質支持体は表面に孔を有し、さらに、
この孔を塞ぐように形成された多孔質の酸化物層、もし
くは平均粒径２μｍ以下の金属又は金属酸化物の層を備
えるのが好ましい。これにより、多孔質支持体の表面の
孔が塞がれた状態となり、その表面が平坦化されている
ので、水素透過性膜を多孔質支持体の表面に形成する場
合において、水素透過性膜をピンホールのない緻密な状
態で形成することができ、水素透過性膜の透過性能を向
上させることができる。この場合酸化物層は、酸化アル
ミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）お
よび酸化ジリコニウム（ＺｒＯ2）からなる群より選ば
れた少なくとも１種を含むのが好ましく、酸化アルミニ
ウムからなるのがより好ましい。
この孔を塞ぐように形成された多孔質の酸化物層、もし
くは平均粒径２μｍ以下の金属又は金属酸化物の層を備
えるのが好ましい。これにより、多孔質支持体の表面の
孔が塞がれた状態となり、その表面が平坦化されている
ので、水素透過性膜を多孔質支持体の表面に形成する場
合において、水素透過性膜をピンホールのない緻密な状
態で形成することができ、水素透過性膜の透過性能を向
上させることができる。この場合酸化物層は、酸化アル
ミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）お
よび酸化ジリコニウム（ＺｒＯ2）からなる群より選ば
れた少なくとも１種を含むのが好ましく、酸化アルミニ
ウムからなるのがより好ましい。
【００１３】上記のような水素透過構造体を組み込んだ
水素透過モジュールは、同じ水素透過性能を得る場合
は、従来のモジュールに比べてよりコンパクトにするこ
とができる。
水素透過モジュールは、同じ水素透過性能を得る場合
は、従来のモジュールに比べてよりコンパクトにするこ
とができる。
【００１４】中空の管状である多孔質支持体を用いた水
素透過構造体の断面において、中空部の中央部と外周部
とでガス流速に差ができ、見かけ上ガス分圧に分布がで
きるような水素透過モジュールとすることができる。
素透過構造体の断面において、中空部の中央部と外周部
とでガス流速に差ができ、見かけ上ガス分圧に分布がで
きるような水素透過モジュールとすることができる。
【００１５】供給ガスが、らせん状に回転しながら流れ
るように流路を形成した水素透過モジュールは、水素透
過構造体の内周面側と外周面側との圧力差が小さい場合
でも水素透過量を大きくすることができ、水素透過モジ
ュールの性能をより上げることができる。
るように流路を形成した水素透過モジュールは、水素透
過構造体の内周面側と外周面側との圧力差が小さい場合
でも水素透過量を大きくすることができ、水素透過モジ
ュールの性能をより上げることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の水素透過構造体は、多孔
質支持体の表面に水素透過性膜を形成した水素透過構造
体において、該多孔質支持体の断面の外形形状が凹凸形
状である。凹凸の形状に制約はないが、凸部の頂点を外
挿して得られる円の直径Ｌ１と凹部の底部を外挿して得
られる円の直径Ｌ２とは、Ｌ１≧２ｘＬ２の関係にある
ことが好ましい。
質支持体の表面に水素透過性膜を形成した水素透過構造
体において、該多孔質支持体の断面の外形形状が凹凸形
状である。凹凸の形状に制約はないが、凸部の頂点を外
挿して得られる円の直径Ｌ１と凹部の底部を外挿して得
られる円の直径Ｌ２とは、Ｌ１≧２ｘＬ２の関係にある
ことが好ましい。
【００１７】本発明の水素透過構造体は、板状でも管状
でもいずれの形状でもよいが、中空の管状であることが
好ましい。これは、管状の方が、同じ体積でより広い水
素透過性膜の表面積が得られるからである。さらに、多
孔質支持体の断面において、外形形状と内径形状は、ほ
ぼ同じ形状とする方が好ましい。その理由は、前述の通
りである。また、凹凸部は、管状の長手方向にほぼ直線
状に延びても良いし、例えばらせん状にねじれているよ
うな形状であってもよい。具体的な例としては、図１や
図２に示す形状が挙げられる。図１は凹凸部が管の長手
方向に直線上に延びており、図２は、凹凸部が管の長手
方向にねじれた形状となっている。また、一定の直径の
範囲内で、蛇行しているような形状であってもよい。ま
た、図１は凸部が８ヶ所、図２は凸部が４ヶ所あるが、
凸部の数はこれに限定されるものではないが、凸部の数
は、３ヶ所以上ある方が好ましい。さらに、これらの図
は例示であってこれらの形状に限定されるものではな
い。
でもいずれの形状でもよいが、中空の管状であることが
好ましい。これは、管状の方が、同じ体積でより広い水
素透過性膜の表面積が得られるからである。さらに、多
孔質支持体の断面において、外形形状と内径形状は、ほ
ぼ同じ形状とする方が好ましい。その理由は、前述の通
りである。また、凹凸部は、管状の長手方向にほぼ直線
状に延びても良いし、例えばらせん状にねじれているよ
うな形状であってもよい。具体的な例としては、図１や
図２に示す形状が挙げられる。図１は凹凸部が管の長手
方向に直線上に延びており、図２は、凹凸部が管の長手
方向にねじれた形状となっている。また、一定の直径の
範囲内で、蛇行しているような形状であってもよい。ま
た、図１は凸部が８ヶ所、図２は凸部が４ヶ所あるが、
凸部の数はこれに限定されるものではないが、凸部の数
は、３ヶ所以上ある方が好ましい。さらに、これらの図
は例示であってこれらの形状に限定されるものではな
い。
【００１８】このような多孔質支持体は、窒化珪素等の
窒化物や酸化アルミニウム等の酸化物のセラミックス、
金属あるいはガラスを用いることができる。その中で
も、多孔質窒化珪素が特に好ましい。それらの粉末をス
ラリー状にしたものを押し出し成形した後、焼結するこ
とによって多孔質支持体を得ることができる。多孔質窒
化珪素の気孔率は３０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下が
好ましく、４０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であるこ
とが特に好ましい。
窒化物や酸化アルミニウム等の酸化物のセラミックス、
金属あるいはガラスを用いることができる。その中で
も、多孔質窒化珪素が特に好ましい。それらの粉末をス
ラリー状にしたものを押し出し成形した後、焼結するこ
とによって多孔質支持体を得ることができる。多孔質窒
化珪素の気孔率は３０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下が
好ましく、４０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であるこ
とが特に好ましい。
【００１９】また、これらの多孔質支持体の表面に、酸
化アルミニウム、二酸化シリコン、酸化ジリコニウムな
どの微粒子を水に分散させたものを塗布し、塗布後焼成
することによって、多孔質支持体の表面の孔を塞いで多
孔質支持体の表面の表面粗さをＲｍａｘ０．３μｍ以下
に平坦化することが好ましい。
化アルミニウム、二酸化シリコン、酸化ジリコニウムな
どの微粒子を水に分散させたものを塗布し、塗布後焼成
することによって、多孔質支持体の表面の孔を塞いで多
孔質支持体の表面の表面粗さをＲｍａｘ０．３μｍ以下
に平坦化することが好ましい。
【００２０】前記多孔質支持体の表面に形成される水素
透過性金属膜の材料としては、パラジウム、パラジウム
−白金合金、パラジウム−銀合金のいずれかの金属ある
いは合金が挙げられる。その膜厚は、０．１μｍ以上２
０μｍ以下の範囲が好ましい。０．１μｍ未満であると
多孔質支持体の表面にピンホールのない緻密な水素透過
性膜を形成することが困難となる。また、２０μｍを超
えると水素透過量が減少し、良好な水素透過性能を有す
る膜を形成することが難しくなる。またこれらの薄膜の
形成方法は、電解メッキ法，無電解メッキ法、化学的気
相堆積法（ＣＶＤ法）、電気化学気相堆積法（Ｅ−ＣＶ
Ｄ法）、イオンプレーティング法、アークイオンプレー
ティング法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、アンバラン
ストマグネトロンスパッタ法などが挙げられる。
透過性金属膜の材料としては、パラジウム、パラジウム
−白金合金、パラジウム−銀合金のいずれかの金属ある
いは合金が挙げられる。その膜厚は、０．１μｍ以上２
０μｍ以下の範囲が好ましい。０．１μｍ未満であると
多孔質支持体の表面にピンホールのない緻密な水素透過
性膜を形成することが困難となる。また、２０μｍを超
えると水素透過量が減少し、良好な水素透過性能を有す
る膜を形成することが難しくなる。またこれらの薄膜の
形成方法は、電解メッキ法，無電解メッキ法、化学的気
相堆積法（ＣＶＤ法）、電気化学気相堆積法（Ｅ−ＣＶ
Ｄ法）、イオンプレーティング法、アークイオンプレー
ティング法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、アンバラン
ストマグネトロンスパッタ法などが挙げられる。
【００２１】以上のようにして作製した水素透過構造体
を金属性のパイプの中に設置し、水素透過構造体の内側
と外側の２系統の気体流路を形成すれば水素透過モジュ
ールが得られる。例えば水素透過構造体の外側の流路つ
まり水素透過構造体と前記パイプの内面との間に、原料
ガスを流し、透過してくる水素を水素透過構造体の内側
に流すことにより、高純度な水素ガスを得ることができ
る。この場合は、水素透過性膜を多孔質支持体の外周面
側に形成することが好ましい。また、逆に水素透過構造
体の外側に高純度な水素を取り出す場合は、多孔質支持
体の内周面側に水素透過性膜を形成することが好まし
い。
を金属性のパイプの中に設置し、水素透過構造体の内側
と外側の２系統の気体流路を形成すれば水素透過モジュ
ールが得られる。例えば水素透過構造体の外側の流路つ
まり水素透過構造体と前記パイプの内面との間に、原料
ガスを流し、透過してくる水素を水素透過構造体の内側
に流すことにより、高純度な水素ガスを得ることができ
る。この場合は、水素透過性膜を多孔質支持体の外周面
側に形成することが好ましい。また、逆に水素透過構造
体の外側に高純度な水素を取り出す場合は、多孔質支持
体の内周面側に水素透過性膜を形成することが好まし
い。
【００２２】例えば、図１に示すような断面形状の水素
透過構造体の外周面側に水素透過性膜を形成し、水素透
過構造体の外側に原料ガスを流し、水素透過構造体の内
側中央部に例えば、水蒸気等のキャリアガスを流す。そ
うすると、水素透過構造体の外周側と内周側のガス流速
に差ができる。内側中央部の流速が速くなり、透過して
きた水素が、キャリアガスの流れに引き込まれ、水素透
過性膜の内周側では、水素分圧が低くなるので、外周側
から内周側へ水素がより透過し易くなる。このため、水
素透過構造体の内外の圧力差が小さい場合でも大きな水
素透過量を得ることができる。
透過構造体の外周面側に水素透過性膜を形成し、水素透
過構造体の外側に原料ガスを流し、水素透過構造体の内
側中央部に例えば、水蒸気等のキャリアガスを流す。そ
うすると、水素透過構造体の外周側と内周側のガス流速
に差ができる。内側中央部の流速が速くなり、透過して
きた水素が、キャリアガスの流れに引き込まれ、水素透
過性膜の内周側では、水素分圧が低くなるので、外周側
から内周側へ水素がより透過し易くなる。このため、水
素透過構造体の内外の圧力差が小さい場合でも大きな水
素透過量を得ることができる。
【００２３】また、例えば、図２に示すような断面形状
の水素透過構造体の内周面側に水素透過性膜を形成し、
水素透過構造体の内側に原料ガスを流し、水素透過構造
体の外側に例えば、水蒸気等のキャリアガスを流す。そ
うすると、水素透過構造体の内周側の流路が水素透過構
造体の側面に対してらせん状になっているので、原料ガ
スは、水素透過構造体に対して圧力が生じ、水素透過構
造体の内側と外側の圧力差が小さい場合でも大きな水素
透過量を得ることができる。
の水素透過構造体の内周面側に水素透過性膜を形成し、
水素透過構造体の内側に原料ガスを流し、水素透過構造
体の外側に例えば、水蒸気等のキャリアガスを流す。そ
うすると、水素透過構造体の内周側の流路が水素透過構
造体の側面に対してらせん状になっているので、原料ガ
スは、水素透過構造体に対して圧力が生じ、水素透過構
造体の内側と外側の圧力差が小さい場合でも大きな水素
透過量を得ることができる。
【００２４】さらに、より多くの水素透過量を必要とす
る場合は、金属パイプ内に水素透過構造体を複数個並列
に並べた構造とするかあるいは、上記水素透過モジュー
ルを複数個並列に並べた構造とすればよい。
る場合は、金属パイプ内に水素透過構造体を複数個並列
に並べた構造とするかあるいは、上記水素透過モジュー
ルを複数個並列に並べた構造とすればよい。
【００２５】
【実施例】実施例１ 図３に示すような形状の平均細孔径０．３μｍ、気孔率
５０ｖｏｌ％の多孔質窒化珪素を準備した。多孔質窒化
珪素の大きさは、凸部の頂点を外挿して得られる円の直
径が２０ｍｍ、凹部の底部を外挿して得られる円の直径
が８ｍｍ、厚さは、０．５ｍｍ、全長は１５０ｍｍであ
る。この窒化ケイ素の外周面に、平均粒径０．０３μｍ
の酸化アルミニウム微粒子を水に分散させたスラリーを
塗布し、７５０℃で１時間熱処理して、多孔質窒化珪素
の外周面表面を平坦化した。この時多孔質窒化珪素の表
面粗さは、Ｒｍａｘで０．２μｍであった。その後、図
５に示すような外径２０ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ５ｍｍ
の緻密質窒化珪素のガス出入り口をガラス付けし、多孔
質支持体１０を得た。
５０ｖｏｌ％の多孔質窒化珪素を準備した。多孔質窒化
珪素の大きさは、凸部の頂点を外挿して得られる円の直
径が２０ｍｍ、凹部の底部を外挿して得られる円の直径
が８ｍｍ、厚さは、０．５ｍｍ、全長は１５０ｍｍであ
る。この窒化ケイ素の外周面に、平均粒径０．０３μｍ
の酸化アルミニウム微粒子を水に分散させたスラリーを
塗布し、７５０℃で１時間熱処理して、多孔質窒化珪素
の外周面表面を平坦化した。この時多孔質窒化珪素の表
面粗さは、Ｒｍａｘで０．２μｍであった。その後、図
５に示すような外径２０ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さ５ｍｍ
の緻密質窒化珪素のガス出入り口をガラス付けし、多孔
質支持体１０を得た。
【００２６】この多孔質支持体の外周面に、アークイオ
ンプレーティング法によりＰｄ−Ｐｔ合金膜を０．３μ
ｍの厚みに形成した。アークイオンプレーティングのタ
ーゲットとしては、Ｐｄ９０ｗｔ％−Ｐｔ１０ｗｔ％の
合金を用いた。その後、内径２５ｍｍ、外形２６ｍｍ及
び内径９ｍｍ、外形１０ｍｍのＳＵＳ３１６製パイプを
用いて図４に示すような水素透過モジュールを組み立て
た。
ンプレーティング法によりＰｄ−Ｐｔ合金膜を０．３μ
ｍの厚みに形成した。アークイオンプレーティングのタ
ーゲットとしては、Ｐｄ９０ｗｔ％−Ｐｔ１０ｗｔ％の
合金を用いた。その後、内径２５ｍｍ、外形２６ｍｍ及
び内径９ｍｍ、外形１０ｍｍのＳＵＳ３１６製パイプを
用いて図４に示すような水素透過モジュールを組み立て
た。
【００２７】このようにして作製した水素透過モジュー
ルを炉の中に設置して全体を５００℃の温度に保持し
た。図４のａ部より水素を混合した原料ガスを１０１．
３２５ｋＰａ（１気圧）の圧力で流した。図４のｂ部よ
りキャリアガスとして１０１．３２５ｋＰａ（１気圧）
の水蒸気を流したところ、出てきたキャリアガス中に水
素が検出でき、水素透過構造体を水素が透過したことが
確認できた。
ルを炉の中に設置して全体を５００℃の温度に保持し
た。図４のａ部より水素を混合した原料ガスを１０１．
３２５ｋＰａ（１気圧）の圧力で流した。図４のｂ部よ
りキャリアガスとして１０１．３２５ｋＰａ（１気圧）
の水蒸気を流したところ、出てきたキャリアガス中に水
素が検出でき、水素透過構造体を水素が透過したことが
確認できた。
【００２８】比較例１ 比較として図６に示すように断面形状において凹凸形状
でない多孔質支持体を準備した。外径は２０ｍｍ、厚さ
は０．５ｍｍであり、長さは１５０ｍｍである。素材
は、実施例１と同じものを使用した。その後、実施例１
と同様に外周面に水素透過性膜を形成し、図７のように
組み立てて、水素透過モジュールを得た。そして、実施
例１と同様原料ガスとキャリアガスとしての水蒸気を流
して、出てきたキャリアガス中の水素の濃度を比較した
ところ、実施例１のモジュールの方が、比較例１のモジ
ュールに比べて３．５倍の水素を透過していることが明
らかとなった。
でない多孔質支持体を準備した。外径は２０ｍｍ、厚さ
は０．５ｍｍであり、長さは１５０ｍｍである。素材
は、実施例１と同じものを使用した。その後、実施例１
と同様に外周面に水素透過性膜を形成し、図７のように
組み立てて、水素透過モジュールを得た。そして、実施
例１と同様原料ガスとキャリアガスとしての水蒸気を流
して、出てきたキャリアガス中の水素の濃度を比較した
ところ、実施例１のモジュールの方が、比較例１のモジ
ュールに比べて３．５倍の水素を透過していることが明
らかとなった。
【００２９】実施例２ 図８に示すような外周の溝部がらせん形状の平均細孔径
０．３μｍ、気孔率５０ｖｏｌ％の多孔質窒化珪素を準
備した。多孔質窒化珪素の大きさは、最外径が２０ｍ
ｍ、内周部の直径は２ｍｍ、厚さは０．５ｍｍで有、全
長は１５０ｍｍである。この多孔質窒化珪素管状体の両
端に、図１０（ａ）に示すように、前記多孔質窒化珪素
の断面における凸部の形状とほほ同じ形状の４つの孔を
有する外径２０ｍｍ、厚み５ｍｍの緻密質窒化珪素から
なるガス出入り口をガラス付けした。この多孔質窒化珪
素管状体の内周面に、無電解メッキ法により、Ｐｄ９０
ｗｔ％、Ｐｔ１０ｗｔ％のＰｄ−Ｐｔ合金を０．３μｍ
の厚みに形成した。その後、内径２５ｍｍ、外径２６ｍ
ｍのＳＵＳ３１６からなるパイプと図１０（ｂ）に示す
形状のＳＵＳ３１６からなる蓋を用いて、図９に示すよ
うな水素透過モジュールを組み立てた。なお、前記ＳＵ
Ｓ３１６からなる蓋に取り付けたＳＵＳ３１６製のパイ
プの外径は１０ｍｍ、内径は９ｍｍである。
０．３μｍ、気孔率５０ｖｏｌ％の多孔質窒化珪素を準
備した。多孔質窒化珪素の大きさは、最外径が２０ｍ
ｍ、内周部の直径は２ｍｍ、厚さは０．５ｍｍで有、全
長は１５０ｍｍである。この多孔質窒化珪素管状体の両
端に、図１０（ａ）に示すように、前記多孔質窒化珪素
の断面における凸部の形状とほほ同じ形状の４つの孔を
有する外径２０ｍｍ、厚み５ｍｍの緻密質窒化珪素から
なるガス出入り口をガラス付けした。この多孔質窒化珪
素管状体の内周面に、無電解メッキ法により、Ｐｄ９０
ｗｔ％、Ｐｔ１０ｗｔ％のＰｄ−Ｐｔ合金を０．３μｍ
の厚みに形成した。その後、内径２５ｍｍ、外径２６ｍ
ｍのＳＵＳ３１６からなるパイプと図１０（ｂ）に示す
形状のＳＵＳ３１６からなる蓋を用いて、図９に示すよ
うな水素透過モジュールを組み立てた。なお、前記ＳＵ
Ｓ３１６からなる蓋に取り付けたＳＵＳ３１６製のパイ
プの外径は１０ｍｍ、内径は９ｍｍである。
【００３０】このようにして作製した水素透過モジュー
ルを炉の中に設置して全体を５００℃の温度に保持し
た。図９のｂ部より水素を混合した原料ガスを１０１．
３２５ｋＰａ（１気圧）の圧力で流した。図９のａ部よ
りキャリアガスとして１０１．３２５ｋＰａ（１気圧）
の水蒸気を流したところ、出てきたキャリアガス中に水
素が検出でき、水素透過構造体を水素が透過したことが
確認できた。
ルを炉の中に設置して全体を５００℃の温度に保持し
た。図９のｂ部より水素を混合した原料ガスを１０１．
３２５ｋＰａ（１気圧）の圧力で流した。図９のａ部よ
りキャリアガスとして１０１．３２５ｋＰａ（１気圧）
の水蒸気を流したところ、出てきたキャリアガス中に水
素が検出でき、水素透過構造体を水素が透過したことが
確認できた。
【００３１】比較例２ 比較として図１１に示すように断面形状において凹凸形
状でない多孔質支持体を準備した。外径は２０ｍｍ、厚
みは０．５ｍｍであり、全長は１５０ｍｍである。素材
は、実施例２と同じものを使用した。その後、実施例２
と同様に内周面に水素透過性膜を形成し、図１２のよう
に組み立てて、水素透過モジュールを得た。そして、実
施例２と同様原料ガスとキャリアガスとしての水蒸気を
流して、出てきたキャリアガス中の水素の濃度を比較し
たところ、実施例２のモジュールの方が、比較例２のモ
ジュールに比べて３．０倍の水素を透過していることが
明らかとなった。
状でない多孔質支持体を準備した。外径は２０ｍｍ、厚
みは０．５ｍｍであり、全長は１５０ｍｍである。素材
は、実施例２と同じものを使用した。その後、実施例２
と同様に内周面に水素透過性膜を形成し、図１２のよう
に組み立てて、水素透過モジュールを得た。そして、実
施例２と同様原料ガスとキャリアガスとしての水蒸気を
流して、出てきたキャリアガス中の水素の濃度を比較し
たところ、実施例２のモジュールの方が、比較例２のモ
ジュールに比べて３．０倍の水素を透過していることが
明らかとなった。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、一定体積中の水素透過
性膜の面積をより大きくすることができ、同じ体積の水
素透過モジュールに比べてより多くの水素を透過させる
ことができる。
性膜の面積をより大きくすることができ、同じ体積の水
素透過モジュールに比べてより多くの水素を透過させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施態様の１例を示す。
【図２】 本発明の実施態様の他の１例を示す。
【図３】 本発明の水素透過構造体の１例を示す。
【図４】 本発明の水素透過モジュールの１例を示す。
【図５】 図４に示す水素透過モジュールに用いるガス
出入り口を示す。
出入り口を示す。
【図６】 比較例の水素透過構造体の１例を示す。
【図７】 比較例の水素透過モジュールを示す。
【図８】 本発明の水素透過構造体の１例を示す。
【図９】 本発明の水素透過モジュールの１例を示す。
【図１０】図９に示す水素透過モジュールに用いるガス
出入り口を示す図で、（ａ）は緻密質窒化珪素製ガス出
入り口であり、（ｂ）はＳＵＳ３１６製の外蓋を示す。
出入り口を示す図で、（ａ）は緻密質窒化珪素製ガス出
入り口であり、（ｂ）はＳＵＳ３１６製の外蓋を示す。
【図１１】比較例の水素透過構造体の１例を示す。
【図１２】比較例の水素透過モジュールを示す。
１：水素透過性膜 ２：多孔質支持体 ３：水素を含有する原料ガスの流す方向 ４：キャリアガスの流す方向 ５：平坦化層 ６：ガス出入り口 ７：金属性パイプ １０：本発明の水素透過構造体 １１：比較例の水素透過構造体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上村 卓 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 吉田 健太郎 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA22 KE07Q MA02 MA09 MB04 MC02X NA31 PA01 PB20 PB63 PC80 5H027 AA02 BA01 BA16
Claims (8)
- 【請求項１】 多孔質支持体の表面に水素透過性膜を形
成した水素透過構造体において、該多孔質支持体の断面
の外形形状が凹凸形状であることを特徴とする水素透過
構造体。 - 【請求項２】 前記多孔質支持体が中空の管状である請
求項１記載の水素透過構造体。 - 【請求項３】 前記多孔質支持体の断面において、中空
部の形状が、多孔質支持体の外形形状の凹凸と概略同じ
形状である請求項２に記載の水素透過構造体。 - 【請求項４】 請求項２に記載の多孔質支持体におい
て、中央部の貫通溝または／および貫通筒体が管の側面
に対して平行ではないことを特徴とする水素透過構造
体。 - 【請求項５】前記多孔質支持体がセラミックス粉末また
は金属微粒子または金属酸化物微粒子またはガラス粉末
をスラリー状にしたものを押し出し成形した後、焼結し
て作製することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
１項記載の水素透過構造体。 - 【請求項６】 請求項１乃至３記載の水素透過構造体を
用いた水素透過モジュール。 - 【請求項７】 中空の管状である多孔質支持体の断面に
おいて、中空部の中央部と外周部とでガス流速に差がで
き、見かけ上ガス分圧の分布ができるような水素透過モ
ジュール。 - 【請求項８】 供給ガスが、らせん状に回転しながら流
れるように流路が形成されている請求項６記載の水素透
過モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001040131A JP2002239353A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 水素透過構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001040131A JP2002239353A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 水素透過構造体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002239353A true JP2002239353A (ja) | 2002-08-27 |
Family
ID=18902794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001040131A Pending JP2002239353A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 水素透過構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002239353A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005079962A1 (en) * | 2004-01-21 | 2005-09-01 | Valerio Vernocchi | Module with non-deformable support for filter septa and membrane type filter elements |
| US8226751B2 (en) | 2005-09-30 | 2012-07-24 | Nippon Seisen Co., Ltd. | Composite membrane material for hydrogen separation and element for hydrogen separation using the same |
| EP2816087A1 (en) | 2005-12-13 | 2014-12-24 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | Aqueous organic-inorganic hybrid composition |
| JP2016195017A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池スタック |
| WO2017150721A1 (ja) * | 2016-03-04 | 2017-09-08 | 旭化成株式会社 | ガス分離用モジュールおよびガス分離方法 |
| JP2019081141A (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-30 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 分離膜用セラミック多孔質支持体 |
-
2001
- 2001-02-16 JP JP2001040131A patent/JP2002239353A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005079962A1 (en) * | 2004-01-21 | 2005-09-01 | Valerio Vernocchi | Module with non-deformable support for filter septa and membrane type filter elements |
| US8226751B2 (en) | 2005-09-30 | 2012-07-24 | Nippon Seisen Co., Ltd. | Composite membrane material for hydrogen separation and element for hydrogen separation using the same |
| EP2816087A1 (en) | 2005-12-13 | 2014-12-24 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | Aqueous organic-inorganic hybrid composition |
| JP2016195017A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池スタック |
| WO2017150721A1 (ja) * | 2016-03-04 | 2017-09-08 | 旭化成株式会社 | ガス分離用モジュールおよびガス分離方法 |
| JPWO2017150721A1 (ja) * | 2016-03-04 | 2018-10-11 | 旭化成株式会社 | ガス分離用モジュールおよびガス分離方法 |
| US11077405B2 (en) | 2016-03-04 | 2021-08-03 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Module for gas separation, and gas separation method |
| JP2019081141A (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-30 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 分離膜用セラミック多孔質支持体 |
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