JP2003275553A

JP2003275553A - 水素透過膜利用装置の保護方法およびその装置

Info

Publication number: JP2003275553A
Application number: JP2002078085A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Hara; 重樹原; Naoji Ito; 直次伊藤
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】水素透過膜を用いて水素を含む気体より水素
を分離する装置の保護方法及びその装置を提供する。【解決手段】水素透過能を発現する金属または合金から
なる水素透過膜を用いた装置であって、水素透過膜につ
ながる空間に排気装置を接続し、水素透過膜使用終了時
に、まず水素透過膜につながる空間をバルブ等を用いて
閉鎖し、Tc以上の温度で、排気装置を用いて残留ガスを
除去する水素透過膜利用装置の保護方法およびこの方法
を用いた装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素透過膜を用い
て水素を含む気体より水素を分離する装置の保護方法及
び保護装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ある種の金属膜は水素のみを通して他の
物質を全く通さないことから、水素製造への応用に期待
が寄せられている。しかしながら、このような水素透過
性金属膜には一般にそれぞれの膜によって異なる使用限
界温度 (Tc)があり、この温度以下で水素雰囲気にさら
すと強度の低下、割れ、崩壊等を生じる可能性がある。
したがって、水素透過膜はTc以上の温度で使用し、装置
を停止する際には水素を除去してから膜の温度を下げな
ければならない。一般には、水素透過膜の温度がTc以上
のうちにアルゴンや窒素といった不活性ガスを導入し
て、水素透過膜の水素供給側および水素透過側の水素を
これらのガスとともに外部に排出して除去し、その後で
温度を下げることにより装置の停止を行う。特開2001-1
18594号公報には、停止の際に水素透過膜の水素供給側
に空気を導入して水素を追い出すとともに、水素透過側
の水素も水素透過膜を通して除去する方法が開示されて
いる。また、特開2001-229951号公報には、水蒸気を導
入して水素を追い出し、これを燃料電池発電ユニットで
消費して除去する方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、不活性
ガスを用いる方法では、システム停止のたびに大量の不
活性ガスを消費するため、そのためのボンベ交換の保守
作業コストやボンベ設置のスペースが問題となる。ま
た、装置の停止時に空気を導入する方法では、水素透過
膜ユニット内において空気中の酸素と水素が反応するた
め、反応熱により水素透過膜の温度が大きく上昇し、膜
の崩壊や水素透過性能の低下をもたらすおそれがある。
さらに、燃料電池発電ユニットで水素を消費する方法
は、燃料電池以外のシステムでは用いることができない
という問題を抱えていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】水素透過膜使用後に水素
を除去する方法としては、上記のような窒素等のガスを
導入して水素を追い出す方法の他に、真空ポンプ等の排
気装置を用いて吸引除去する方法が考えられる。ところ
が、実用的な水素透過膜利用装置においては、水素透過
速度を稼ぐために水素を含む混合ガスを加圧して供給す
るのが普通であり、ここに排気装置を併用することはな
かった。したがって、排気装置を導入し、これを水素透
過膜の保護のために有効に機能させるには、それ相応の
システムを新たに構築する必要があった。我々はこの観
点からシステムの検討を行った結果、排気操作とバルブ
操作を適切に関連づけることが問題解決の本質であると
いう結論に至った。すなわち、水素透過膜につながる空
間に排気装置を接続し、水素透過膜使用終了時に、ま
ず、水素透過膜を含む空間をバルブ等を用いて外部から
隔離し、この排気装置を用いて水素を中心とする残留ガ
スを除去し、その後で水素透過膜を冷まして装置の停止
動作を完了すればよい。こうすることにより、Tc以下の
温度で水素透過膜を水素にさらさずにすむため、膜の崩
壊を防ぐことができる。ここで用いられる水素透過膜と
しては、優れた水素選択性と透過速度を有するパラジウ
ム系合金膜、パラジウム膜、アモルファスパラジウム-
シリコン系合金膜、バナジウム系合金膜、バナジウム
膜、アモルファスジルコニウム-ニッケル系合金膜、ジ
ルコニウム膜、アモルファスハフニウム-ニッケル系合
金膜、ニオブ系合金膜、ニオブ膜、タンタル膜、アモル
ファスチタン-鉄合金膜、チタン-ニッケル合金膜、チタ
ン-銀合金膜、アモルファス希土類-ニッケル系合金膜、
ジルコニウム-鉄-マグネシウム合金膜、ジルコニウム-
鉄-カルシウム系合金膜等があげられる。これらはそれ
ぞれ単独で用いられることもあるが、バナジウム-ニッ
ケル合金膜をはじめとするいくつかの合金膜は、表面に
パラジウムや白金などといった他の金属を被覆した形で
用いられることがある。また、水素透過速度の向上を目
指して、アルミナ等からなる多孔質体を支持体とし、パ
ラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム等
をその表面に被覆、あるいはその細孔内に充填または担
持させたものも水素透過膜として用いられる。このよう
な水素透過能を発現する金属または合金を利用した水素
透過膜は、膜によって使用限界温度Tcやその時の許容水
素分圧は異なるが、いずれも室温付近の低温で水素雰囲
気にさらすと膜が崩壊する可能性があるため、何らかの
対処法が熱望されていたものである。なお、水素透過性
金属膜を室温付近で水素にさらすことができないのは一
般的な現象であり、したがって、上記の水素透過膜に限
らず、今後開発されるものも含め、あらゆる水素透過性
金属膜に対して本発明の保護方法及び保護装置が必要と
なる可能性がある。

【０００５】

【本発明の実施の形態】本発明において、排気装置を接
続する場所は水素透過膜につながっている空間内ならど
こでもよいが、水素供給側に接続するのが好ましい。こ
うすることにより、水素供給側は水素以外のガスも含め
て全てを除去でき、水素透過側の水素は膜を通して水素
供給側に移動するのでこれも全て除去できる。したがっ
て、装置の停止後に膜両側の圧力差が残らないため、膜
への負担を抑えることができる。また、排気装置はもち
ろん水素供給側および水素透過側の両側に接続すること
もできる。この場合、速やかに残留ガスを除去でき、し
かも膜の両側を真空にできるのでより好ましい。水素透
過膜を崩壊させないためには、使用停止時の残留水素分
圧が低ければ低いほどよい。しかしながら、コストや扱
い易さを考慮すると、到達真空度の高い真空ポンプを用
いることはあまり適切とは言えない。許容水素分圧は膜
の種類によって大きく異なるが、室温付近では数Paから
数10kPaであるので、通常は油回転ポンプやアスピレー
タ等の比較的簡単な排気装置を用いることができる。

【０００６】さらに、本発明に用いるバルブとして熱で
動作する感温式バルブを用いることにより、バルブ駆動
のための電気エネルギーを節約し、かつバルブ操作のた
めの電子制御を必要としないシステムにすることができ
る。感温式バルブは感温部の熱を検知し、バルブに固有
のある温度T₀を境に動作するもので、T₀以上では開きT₀
以下では閉じる開閉バルブ、T₀以上では閉じT₀以下では
開く開閉バルブ、T₀の前後で流路を切り替える3方バル
ブなど様々なものを用いることができる。感温式バルブ
の動作原理としては、たとえばバイメタルや形状記憶合
金が熱とともに変形する性質を利用したものや、熱電対
を用いて発生した電力で電磁バルブを動かすもの等があ
り、もちろんこれらを用いることができる。しかしなが
ら、以下に説明するように、磁石を用いたものおよび気
体吸着媒体を用いたものは特に有効である。磁石を用い
たものは、たとえば特開平8-270935号公報に開示されて
いるものを用いることができる。これは、ガスの流路内
に配置した弁体にT₀をキュリー点とする温度感知用強磁
性体を設け、これと対向して別の強磁性体を配置したも
のである。こうすることにより、低温時には2つの磁石
が磁力により弁体を開位置に保持し、温度が上昇する
と、T₀付近で温度感知用磁性体の飽和磁化が急激に低下
してもう一方の強磁性体から離れ、バネ等の力により弁
体が閉位置に移動する。すなわち、バルブの開閉をT₀の
前後で熱のみによって行うことができる。このような磁
石を用いた感温式バルブは温度に対して極めて敏感に、
かつ長期にわたって繰り返し動作でき、しかも、動作温
度T₀は磁石の性質で決まるので、装置組立後の動作温度
調整が不要なこと等から、本発明には特に適している。
なお、特開平8-270935号公報には高温で閉じ、低温で開
くバルブについて示されているが、簡単な改良により、
高温で開き低温で閉じるバルブや、温度によって流路を
変える3方バルブ等にすることができ、本発明がそれら
すべてのバルブを対象としていることは言うまでもな
い。また、磁石を用いた感温式バルブはそれ以外にも様
々な改良が提案されており(たとえば、特開平10-300078
号公報)、それらは本発明において有効に生かされるべ
きである。気体吸着媒体を用いたものとしては、特開昭
61-270505号公報に開示された原理に基づくものが数多
く提案されている。これは、ピストンを内蔵するシリン
ダー内に水素吸蔵合金と水素を封入し、水素吸蔵合金を
加熱することにより吸蔵していた水素を放出させ、その
水素圧でピストンを押し出し、逆に水素吸蔵合金を冷却
することにより水素を吸蔵させ、それによる水素圧の低
下やピストンの自重等によりピストンを引き戻すアクチ
ュエータである。このように熱により伸縮動作をおこな
うアクチュエータを用いることにより、磁石を用いた感
温式バルブと同様、開閉バルブ、3方バルブ等様々なも
のを作製することができる。この種のバルブが良いの
は、水素吸蔵合金を入れた容器(感温部)とシリンダー
(動作部)を配管で接続することにより、装置の定常状態
を検知するのに最も好ましい位置に感温部を配置し、こ
れとは離れた自由な位置に動作部を設けることができる
ことである。その上、配管を分岐して、1つの感温部に
対して複数の動作部を接続すれば、それら複数の動作部
を一斉に動かすことも可能となる。さらに、感温部を熱
電素子を用いて加熱することにより、熱のみでなく電気
的なバルブ制御も平行して行えるようなシステムにする
ことも容易であり、非常に便利である。なお、特開昭61
-270505号公報は水素吸蔵合金と水素を用いているが、
かならずしもこの組み合わせでなければならないわけで
はない。実際、他の気体吸着媒体と気体の組み合わせが
これまでにも提案されている。本発明では、これから開
発されるものも含め、様々な気体吸着媒体を利用した感
温式バルブを有効に活用すべきである。

【０００７】本発明に用いられるバルブは、必ずしも開
閉バルブとは限らない。たとえば、燃料電池システムで
は水素透過膜がまだ暖まっていない間、水素透過膜ユニ
ットへ供給されるガスをバイパスして、燃焼室でこのガ
スを燃焼しなければならない場合がある。このような時
は、3方バルブやその他の切替バルブ等を用いてガスの
流路を切り替えることにより、本発明を有効に活用する
ことができる。また、本発明におけるバルブの開閉は、
排気装置を用いて残留ガスを排気する際に外部からガス
が際限なく流入するのを防ぐためである。したがって、
外部から隔離されるのが水素透過膜ユニットのみである
必要はない。たとえば、改質器、水素透過膜ユニットお
よびそれらをつなぐ配管をバルブ等を用いて外部から隔
離し、改質器内も含めた空間内の残留ガスを除去しても
構わない。改質器は、その停止中に燃料であるメタノー
ルや水等が残留していると、改質触媒の表面に付着して
触媒の性能が低下する。したがって、本発明を用いて改
質器内の気体も除去することにより、改質器停止時の問
題をも同時に解決し得る。同様に、膜反応器では、水素
透過膜使用終了時に水素透過膜および膜反応器の触媒を
含む空間をバルブ等を用いて外部から隔離した後、排気
装置を用いて残留ガスを除去するとよい。

【０００８】水素透過膜を用いる装置としては、水素分
離装置、水素同位体分離装置、膜反応器等があげられ、
本発明はこのいずれにも適用可能である。水素分離装置
としては、メタン、メタノール、ガソリン等から水蒸気
改質により得られた二酸化炭素等を含む混合ガスから水
素を取り出す水素製造装置、化学プラントのオフガスに
含まれる水素を回収するための水素分離装置、粗製水素
に含まれる不純物を除去する水素精製装置等があげられ
る。水素同位体分離装置は水素透過速度が水素同位体に
よって異なることを利用して、たとえば重水素と軽水素
を分離するものである。膜反応器は触媒と分離膜を1つ
の反応器内に配置したものであるが、この分離膜として
水素透過膜を用いることができる。膜反応器を用いて化
学反応を行うことにより、反応生成物のうちの水素のみ
を反応領域から除去したり、膜を通して水素を反応領域
に供給したりすることによって、反応の促進や制御が期
待できる。また、一口に膜反応器と言っても様々なもの
があり、たとえば、敢えて触媒を反応器内に充填するの
ではなく水素透過膜自体が持つ触媒活性を利用したもの
などもあるが、本発明がこのような様々な膜反応器に対
して有効であることは言うまでもない。

【０００９】

【実施例】以下に本発明について具体的に記述する。も
とより、これらは本発明の実施形態の一部であり、本発
明がこれらに限定されるわけではない。 (実施例１)図1は本発明を適用した水素精製装置であ
る。恒温槽5の中に配置された水素透過膜ユニット1の内
部は水素透過膜2で水素供給室3と水素透過室4に分断さ
れている。粗製水素は配管8、開閉バルブ7および配管6
を通して水素供給室3に供給され、必要に応じて配管9、
開閉バルブ10および配管11を通して排出される。一方、
水素透過室4には配管12が取り付けられており、ここか
らさらに開閉バルブ13および配管14を通して精製された
水素を取り出す。さらに、配管6は開閉バルブ15および
配管16を通して真空ポンプ17に接続されている。水素透
過膜には通常パラジウム-銀系合金膜が用いられるが、
この材料は200℃以下では膜崩壊の原因となるα-β相転
移が起こるため、これが使用限界温度Tcとなる。

【００１０】次に操作方法について説明する。起動前、
開閉バルブ7、10、13、15の全ては閉じており、これら
に囲まれた空間は真空に保たれている。まず、水素透過
膜ユニット1を恒温槽5を用いて加熱し、水素透過膜2の
温度がTcを越えた後、開閉バルブ7を開き、配管6を通し
て若干量の不純物ガスを含む粗製水素を導入するととも
に、開閉バルブ13も開放し、起動操作を完了する。水素
透過膜2をTc以上に保って運転を行えば、配管14より高
純度水素が得られる。なお、粗製水素を処理するにつれ
て不純物ガスが水素供給室3に蓄積されるので、開閉バ
ルブ10を開いて連続的または間欠的に水素供給室3内の
ガスを排出する。こうすることにより多量の粗製水素を
長時間にわたって処理することができる。装置を停止す
る際には、開閉バルブ7、10、13を閉じ、真空ポンプ17
を起動した後開閉バルブ15を開く。その結果、水素供給
側の残留ガスは除去される。一方、水素透過側の残留ガ
スは水素であるが、これも水素透過膜2を通して水素供
給室3へ移動するため、真空ポンプが水素供給側にしか
接続されていなくとも、水素透過側の水素も除去でき
る。したがって、このようにして水素透過膜につながる
空間を真空にすることができ、その後で水素透過膜ユニ
ット1を冷却すれば、低温で水素雰囲気にさらすことが
なく、水素透過膜2の崩壊等を防ぐことができる。最後
に、開閉バルブ15を閉じ、真空ポンプ17を停止して、水
素精製装置の停止操作を完了する。このように本発明を
用いることにより、停止時に不活性ガス等を準備する必
要がなくなるため、従来のシステムに比べて装置を小型
化できるばかりか、メンテナンスも容易になる。

【００１１】(実施例2)図2は本発明を適用した水素精製
装置であり、実施例1に若干改良を加えたものである。
実施例1と異なるのは、7'、13'および15'を感温式開閉
バルブとし、これらを恒温槽5の中に入れたことであ
る。ここで、感温式開閉バルブ7'および13'は、定常運
転時の恒温槽の温度より若干低いT₀以上で開き、それ以
下で閉じるものであり、一方、感温式開閉バルブ15'
は、T₀よりさらに若干低いT₁以上で閉じ、それ以下で開
くものである。なお、T₁はTcに比べて十分高い温度であ
る。なお、ここでは、説明を分かりやすくするため、水
素透過膜ユニット1、水素透過膜2および恒温槽5の温度
はほぼ一致するものとする。次に操作方法について説明
する。起動前、開閉バルブ7'、10および13'は閉じ、15'
は開いている。装置を起動するには恒温槽5を用いて水
素透過膜ユニット1を加熱しさえすればよい。恒温槽5の
温度がT₁を越えると、感温式開閉バルブ15'は自動的に
閉じる。続いてT₀を越えると、感温式開閉バルブ7'およ
び13'が自動的に開き、配管6を通して若干量の不純物ガ
スを含む粗製水素が導入されるとともに、水素透過膜2
を通して精製された水素が配管12を通して装置外へと導
かれる。こうして起動操作は自動的に完了する。定常運
転時は、実施例1と同様、開閉バルブ10を開いて連続的
または間欠的に水素供給室3内のガスを排出する。装置
を停止する際には、開閉バルブ10を閉じた状態で、恒温
槽5の加熱を停止するとともに、真空ポンプ17を起動す
る。恒温槽5の温度がT₀に達すると感温式開閉バルブ7'
および13'は自動的に閉じ、さらに、T₁に達すると感温
式開閉バルブ15'が自動的に開く。その結果、水素透過
膜2につながる空間を真空にすることができるので、そ
の後でTc以下の温度になっても水素雰囲気にさらされる
ことがなく、水素透過膜2の崩壊等を防ぐことができ
る。最後に、真空ポンプ17を停止して、水素精製装置の
停止操作を完了する。なお、真空ポンプ17は、停止後も
配管16を真空のまま維持できるものであれば、水素透過
膜2の両側の圧力をいずれも真空にしておくことがで
き、したがって、不必要な応力が水素透過膜2に加わる
のを防ぎ、膜の寿命を延ばすことができるのでより好ま
しい。このように本発明を用いることにより、恒温槽5
および真空ポンプ17の始動・停止のみによって水素精製
装置の起動・停止を行うことができるため、操作が著し
く容易になる。しかも、実施例1と同様、停止時に不活
性ガス等を準備する必要がなくなるため、従来のシステ
ムに比べて装置を小型化できるばかりか、メンテナンス
も容易になる。

【００１２】(実施例3)図3はメタノールを分解して水素
を取り出す膜反応器1'へ応用した例である。構造は実施
例1とほとんど同じであり、異なるのは、反応室3'にメ
タノール分解触媒が充填されていることと、開閉バルブ
18を介して水素透過側も排気できるようにしたことのみ
である。次に操作方法について説明する。起動前、開閉
バルブ7、10、13、15、18の全ては閉じており、これら
に囲まれた空間は真空に保たれている。まず、膜反応器
1'を恒温槽5を用いて加熱し、水素透過膜2の温度がTcを
越えた後、開閉バルブ7を開き、配管6を通して気体状態
のメタノールを供給するとともに、開閉バルブ10および
13も開放し、起動操作を完了する。膜反応器1'をメタノ
ール分解反応に適した200℃以上に保って反応を行え
ば、反応と分離を一つの反応器内で行えるばかりか、通
常の反応器より高い反応率も得られる。装置を停止する
際には、開閉バルブ7、10、13を閉じ、真空ポンプ17を
起動した後開閉バルブ15および18を開く。その結果、反
応側および水素透過側両方のガスは除去され、水素透過
膜2につながる空間を真空にすることができる。したが
って、その後で膜反応器1'を冷却すれば、低温で水素雰
囲気にさらすことがなく、水素透過膜2の崩壊等を防ぐ
ことができる。最後に、開閉バルブ15および18を閉じ、
真空ポンプ17を停止して、膜反応器1'の停止操作を完了
する。以上のように、本発明を実施例3で示されたよう
な形で用いることにより、実施例1と同様、不活性ガス
を用いないため、小型にすることができ、かつメンテナ
ンスもほとんど必要なくなる。

【００１３】(実施例4)図4は本発明を適用した燃料電池
発電ユニット25に水素を供給するシステムを示したもの
であるが、基本的な構造は実施例1と同じである。異な
るのは、まず、水素供給ラインに改質器20を設置したこ
とである。これにともなってバルブ7''の位置を改質器2
0の原燃料供給ライン上へ移動した。さらに、7''および
10''を3方バルブとし、これらをバイパス配管19で接続
した。3方バルブ7''は配管22をバイパス配管19あるいは
配管21に接続するものであり、配管22と接続されていな
い方の配管はこのバルブによって閉じられている。3方
バルブ10''も同様で、配管11をバイパス配管19あるいは
配管9に接続し、配管11と接続されていない配管はこの
バルブにより閉じられる。また、配管11は途中で分岐し
て、一方は改質器20を加熱するための燃焼室23に、他方
は恒温槽5を加熱するための燃焼室24に供給されてい
る。なお、本実施例でも開閉バルブ15、18および配管16
を通して水素透過膜2の両側を排気できるようにしてあ
る。次に操作方法について説明する。装置起動時にはバ
ルブ7''、10''、13、15、18によって改質器20および水
素透過膜2につながる空間は外部から隔離されており、
真空に維持されている。この時、3方バルブ7''および1
0''によって配管22はバイパス配管19を通して配管11に
接続されているので、メタン、メタノール、ガソリン等
の原燃料は水蒸気とともにこれらの配管を通して、燃焼
室23および24に供給され、改質器20および恒温槽5を加
熱する。水素透過膜2の温度がTcを越えた後、3方バルブ
7''および10''を切り替え、開閉バルブ13を開き、定常
運転へと移行する。これによって、配管22から供給され
るガスは改質器20において水蒸気改質反応等により水素
を主成分とする混合ガスとなり、配管6を通して水素供
給室3に導かれる。この中に含まれている水素の大半は
水素透過膜2を通して分離され、配管12、開閉バルブ13
および配管14を通して燃料電池発電ユニット25へ送ら
れ、発電に使用される。水素透過膜2を透過しなかった
ガスは配管9、3方バルブ10''および配管11を経由して燃
焼室23および24に供給され、改質器20および恒温槽5の
加熱に使用される。装置を停止する際には、まず3方バ
ルブ7''および10''を切り替えて、配管22、19および11
を接続し、開閉バルブ13を閉じる。その結果、改質器20
および水素透過膜2につながる領域は外部から隔離され
る。続いて真空ポンプ17を起動し、開閉バルブ15および
18を開くことにより改質器20および水素透過膜2につな
がる空間内のガスは除去される。こうして残留ガスを十
分除去した後で水素透過膜2および改質器20の温度を下
げることにより、低温で水素雰囲気にさらすことがない
ので、水素透過膜2の崩壊を防ぐことができる。最後に
開閉バルブ15および18を閉じ、真空ポンプ17を停止する
ことにより、燃料電池の水素供給システムの停止操作を
完了する。水素透過膜を利用した燃料電池システムで
は、水素透過膜ユニット1から配管9を通して排出される
ガスは水素を中心とした可燃性ガスを含む。これは通
常、改質器20や恒温槽5すなわち水素透過膜2を暖めるた
めに用いられる。したがって、装置の起動時にこれらを
暖めるためには、水素透過膜2の温度がたとえTcに満た
ないときにでもこの可燃性ガスを燃焼室23および24に供
給する必要がある。実施例4はこのことを考慮したもの
である。さらに、3方バルブ7''を原燃料供給ラインに配
置したことにより、装置停止の際に改質器20内のメタノ
ールや水等の残留ガスも同時に除去できるので、これら
が改質触媒の表面に付着して触媒の性能を低下させるこ
ともない。以上のように、本発明を実施例4で示された
ような形で燃料電池システムに応用することにより、改
質触媒や水素透過膜2の性能を損なわずに、容易に停止
できるようになる。

【００１４】

【本発明の効果】本発明は、水素透過膜利用装置におい
て、不活性ガスを使用することなく水素透過膜を保護す
る方法及び装置を提供する。これは、不活性ガスボンベ
の交換等の保守作業を不要とするばかりか、装置の小型
化、低コスト化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】実施例1 (水素精製装置)

【図2】実施例2 (水素精製装置)

【図3】実施例3 (膜反応器)

【図4】実施例4 (燃料電池の水素供給システム)

【符号の説明】

1 水素透過膜ユニット 1' 膜反応器 2 水素透過膜 3 水素供給室 3' 反応室 4 水素透過室 5 恒温槽 6 配管 7 開閉バルブ 7' 感温式開閉バルブ 7'' 3方バルブ 8 配管 9 配管 10 開閉バルブ 10'' 3方バルブ 11 配管 12 配管 13 開閉バルブ 13' 感温式開閉バルブ 14 配管 15 開閉バルブ 15' 感温式開閉バルブ 16 配管 17 真空ポンプ 18 開閉バルブ 19 バイパス配管 20 改質器 21 配管 22 配管 23 燃焼室 24 燃焼室 25 燃料電池発電ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA01 JA02A JA02C JA53A JA63A JA71 KA12 KA15 KA17 KA81 KE22Q KE23Q KE25Q MA06 MB04 MC02 MC03 PA01 PB66 PC80 4G140 FA02 FB09 FC01 FE01 5H027 AA02 BA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】水素透過能を発現する金属または合金か
らなる水素透過膜を用いた装置であって、水素透過膜に
つながる空間に排気装置を接続し、水素透過膜使用終了
時に、まず水素透過膜につながる空間をバルブ等を用い
て閉鎖し、Tc以上の温度で、排気装置を用いて残留ガス
を除去する水素透過膜利用装置の保護方法。
【請求項2】水素透過膜がパラジウム、バナジウム、
チタン、ジルコニウム、ニッケル、白金、ルテニウム、
ニオブ、タンタル、マグネシウム、カルシウム、ランタ
ン、からなる群れより選ばれる金属又は合金の1種又は2
種以上である請求項1に記載した水素透過膜利用装置の
保護方法。
【請求項3】水素透過膜利用装置が水素分離装置、水
素同位体分離装置あるいは膜反応器である請求項1に記
載した水素透過膜利用装置の保護方法。
【請求項4】水素透過膜利用装置が燃料電池システム
である請求項1に記載した水素透過膜利用装置の保護方
法。
【請求項5】排気装置を水素透過膜の水素供給側と水
素透過側の両側に接続した請求項1に記載した水素透過
膜利用装置の保護方法。
【請求項6】空間を外部から隔離するためのバルブの
うち少なくとも1つが感温式バルブである請求項1に記載
した水素透過膜利用装置の保護方法。
【請求項7】水素透過膜ユニットを含む空間がバルブ
等を用いて外部から隔離されている間、水素透過膜ユニ
ットに供給されるガスをバイパスするようにした請求項
1に記載した水素透過膜利用装置の保護方法。
【請求項8】水素透過膜ユニットに供給するガスを生
成する改質器を有している装置において、水素透過膜使
用終了時に水素透過膜および改質触媒を含む空間をバル
ブ等を用いて外部から隔離する請求項1に記載した水素
透過膜利用装置の保護方法。
【請求項9】水素透過膜使用終了時に水素透過膜およ
び膜反応器の触媒を含む空間をバルブ等を用いて外部か
ら隔離する請求項3に記載した水素透過膜利用装置の保
護方法。
【請求項10】水素透過能を発現する金属または合金か
らなる水素透過膜を用いた装置であって、水素透過膜に
つながる空間に排気装置を接続し、水素透過膜使用終了
時に、まず水素透過膜を含む空間をバルブを用いて閉鎖
し、その上でこの排気装置を用いて残留ガスを除去して
水素透過膜を保護する水素透過膜利用装置。
【請求項11】水素透過膜がパラジウム、バナジウム、
チタン、ジルコニウム、ニッケル、白金、ルテニウム、
ニオブ、タンタル、マグネシウム、カルシウム、ランタ
ン、からなる群れより選ばれる金属又は合金の1種又は2
種以上である請求項10に記載した水素透過膜利用装置。
【請求項12】水素透過膜利用装置が水素分離装置、水
素同位体分離装置あるいは膜反応器である請求項10に記
載した水素透過膜利用装置。
【請求項13】水素透過膜利用装置が燃料電池システム
である請求項10に記載した水素透過膜利用装置。
【請求項14】排気装置を水素透過膜の水素供給側と水
素透過側の両側に接続した請求項10に記載した水素透過
膜利用装置。
【請求項15】空間を外部から隔離するためのバルブの
うち少なくとも1つが感温式バルブである請求項10に記
載した水素透過膜利用装置。
【請求項16】水素透過膜ユニットを含む空間がバルブ
等を用いて外部から隔離されている間、水素透過膜ユニ
ットに供給されるガスをバイパスするようにした請求項
10に記載した水素透過膜利用装置。
【請求項17】水素透過膜ユニットに供給するガスを生
成する改質器を有している装置において、水素透過膜使
用終了時に水素透過膜および改質触媒を含む空間をバル
ブ等を用いて外部から隔離する請求項10に記載した水素
透過膜利用装置。
【請求項18】水素透過膜使用終了時に水素透過膜およ
び膜反応器の触媒を含む空間をバルブ等を用いて外部か
ら隔離する請求項12に記載した水素透過膜利用装置。