JP2005058867A - 水素分離シート - Google Patents

Abstract

【課題】 パラジウムの使用量を従来よりも低減させた水素分離シートを提供する。
【解決手段】 ステンレス粉ａとパラジウム（Ｐｄ）粉ｂとを主とし、所定厚のシート状に成形した基材部Ａ1と、該基材部Ａ1に分散配置され、一方の面に露出したパラジウム（Ｐｄ）ｂが他方の面に露出したパラジウム（Ｐｄ）ｂと連続して成る水素透過部Ａ2とを具備する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、水素分離シートに関する。

周知のように、水素分離膜は半導体製造における高純度水素ガスや燃料電池の燃料となる水素ガスの取得に供されている。従来、このような水素分離膜に関する多くの技術が開発・実用化されているが、これら従来技術の共通点は、多孔質基材上に希少金属であるパラジウム（Ｐd）膜を形成する点である。

例えば、特開２００３−１３５９４３号公報には、上記従来技術の1つとして、金属多孔体上に多孔質セラミックス層を形成し、この多孔質セラミックス層上にＣＶＤ法を用いてパラジウム膜あるいはパラジウム合金膜を形成する技術が開示されている。この技術によれば、金属多孔体と多孔質セラミックス層とを積層することにより水素分離膜の機械的強度を向上させることができる一方、パラジウム膜あるいはパラジウム合金膜の膜厚を０．３〜５μｍに設定することにより、パラジウム化合物の使用量を抑えつつ良好な機械的強度及び水素透過率を実現している。
特開２００３−１３５９４３号公報

ところで、パラジウムは極めて高価な希少金属である。したがって、水素分離膜のコストを低減するためにはパラジウムの使用量を最小限に抑える必要がある。上記特開２００３−１３５９４３号公報に開示された技術はパラジウム化合物つまりパラジウムの使用量を抑えることをも念頭に置くものであるが、当該技術よりもさらにパラジウムの使用量を抑えることが可能な技術の開発が切望されている。特に燃料電池用の燃料としての水素ガスの製造にはコスト低減が重要な課題となっており、当該製造コストの低減を実現するためには、水素ガスの製造に供される水素分離膜のコストを低減する必要がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とする。
（１）パラジウムの使用量を従来よりも低減させた水素分離シートを提供する。
（２）従来よりも安価な水素分離シートを提供する。

上記目的を達成するために、本発明では、ステンレス粉あるいはニッケル（Ｎｉ）粉とパラジウム（Ｐｄ）粉あるいはパラジウム合金粉とを主とし、所定厚のシート状に成形した基材部と、該基材部に分散配置され、一方の面に露出したパラジウム（Ｐｄ）あるいはパラジウム合金が他方の面に露出したパラジウム（Ｐｄ）あるいはパラジウム合金と連続して成る水素透過部とを具備する、という解決手段を採用する。

上記解決手段によれば、基材部中に分散配置し、両面に露出すると共に連続したパラジウム（Ｐｄ）あるいはパラジウム合金によって水素が一方の面から他方の面に透過する。そして、このようなパラジウム（Ｐｄ）あるいはパラジウム合金は基材部に部分的に分散配置するので、パラジウム膜あるいはパラジウム合金膜を全面に設ける従来の水素分離膜よりもパラジウム（Ｐｄ）あるいはパラジウム合金の使用量を大幅に低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係わる水素分離シートＡの外観構成を示す斜視図、また図２は当該水素分離シートＡの拡大断面図である。

本水素分離シートＡは、粉末圧延法を用いることにより図１に示すように所定厚のシート状に成形したものである。このような本水素分離シートＡは、図２に示すようにステンレス粉ａを所定厚に成形した基材部Ａ1と、該基材部Ａ1に分散配置され、粒径がステンレス粉ａよりも大きい単一のパラジウム（Ｐｄ）粉ｂを用いることでパラジウム（Ｐｄ）が両面に露出して成る水素透過部Ａ2とから構成されている。

複数のステンレス粉ａから成る基材部Ａ1は、本水素分離シートＡの機械的強度を担う部分であり、一方、両面に露出した状態のパラジウム粉ｂから成る水素透過部Ａ2は、水素を一方の面から他方の面に透過させる水素透過機能を有する。

図３は、本実施形態の変形例に係わる水素分離シートＢの拡大断面図である。この水素分離シートＢは、粒径が略同一のステンレス粉ａ1とパラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1とからなる混合粉を粉末圧延法を用いることにより所定厚のシート状に成形したものである。また、当該水素分離シートＢは、ステンレス粉ａ1とパラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1とを主として含みかつ所定厚のシート状に成形した基材部Ｂ1と、該基材部Ｂ1に分散配置され、一方の面に露出したパラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1が他方の面に露出したパラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1と他のパラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1を介して連接して成る水素透過部Ｂ2とから構成されている。

パラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1を含むものの主にステンレス粉ａ1から成る基材部Ｂ1は、本水素分離シートＢの機械的強度を担う部分であり、連接することによって両面を結ぶ複数のパラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1から成る水素透過部Ｂ2は、水素を一方の面から他方の面に透過させる水素透過機能を有する。

図４は、本実施形態の更なる変形例に係わる水素分離シートＣの外観構成を示す斜視図である。この水素分離シートＣは、上記各水素分離シートＡ，Ｂの両端部にステンレス粉から成る溶着部Ｃ1を設けたものである。この溶着部Ｃ1は、水素分離シートＣの両端部を溶接するために設けられている。すなわち、パラジウムは溶接性に難点があるので、溶接製に優れたステンレス材のみから成る溶着部Ｃ1を設けることによって水素分離シートＣと容易に密着固定することが可能となる。

次に，図５は上記水素分離シートＡ，Ｂ，Ｃを製造するための製造装置Ｓのシステム構成図である。この製造装置Ｓは、原料粉末供給ホッパー１、ベルトフィーダー２、１対の圧延ローラ３Ａ，３Ｂ及び加熱炉４を備えている。原料粉末供給ホッパー１は、ベルトフィーダー２の片端上方に配置されており、原料粉Ｘを予め規定された供給速度でベルトフィーダー２上に連続供給する。ベルトフィーダー２は、上記原料粉末供給ホッパー１によって片端に供給された原料粉Ｘを圧延ローラ３Ａ，３Ｂの直上まで搬送して投下する。

圧延ローラ３Ａ，３Ｂは、互いの周面が所定間隔を隔てて平行対峙するように配置されており、上記ベルトフィーダー２によって直上から投下された原料粉Ｘを圧延してシート化する。加熱炉４は、上記圧延ローラ３Ａ，３Ｂの下方に設けられており、圧延ローラ３Ａ，３Ｂによってシート化された原料粉Ｘ（原料シート）に熱処理を施して原料粉Ｘ間の密着性を高め、シートの厚さ方向に貫通した空隙を無くす。

このような製造装置Ｓを用いて水素分離シートＡ，Ｂ，Ｃを製造する場合についてさらに詳しく説明する。最初に、水素分離シートＡを製造する場合について説明する。この場合、原料粉Ｘは、ステンレス粉ａとパラジウム（Ｐｄ）粉ｂとから成る混合粉であり、ステンレス粉ａの中に当該ステンレス粉ａよりも粒径が大きなパラジウム（Ｐｄ）粉ｂが均一に分散するように事前処理されたものである。このような原料粉Ｘは、原料粉末供給ホッパー１及びベルトフィーダー２を介して圧延ローラ３Ａ，３Ｂ間の窪みに順次連続して供給され、シート化される。

ここで、水素分離シートＡは、図２に示すように各パラジウム（Ｐｄ）粉ｂが両面に露出する状態となっているので、圧延ローラ３Ａ，３Ｂによる圧延処理では、原料粉Ｘはパラジウム（Ｐｄ）粉ｂの粒径以下となる厚さ迄圧延される。実際には、水素分離シートＡは、圧延時の押圧力によってパラジウム（Ｐｄ）粉ｂを押し潰し圧延することによって表裏面に貫通した孔がなくなった緻密化された図２に示す状態とされる。

次に、水素分離シートＢを製造する場合、原料粉Ｘは、ほぼ同一粒径のステンレス粉ａ1とパラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1とから成る混合粉であり、ステンレス粉ａ1とパラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1とが均一に混じり合うように事前処理されたものである。そして、このような原料粉Ｘが原料粉末供給ホッパー１及びベルトフィーダー２を介して圧延ローラ３Ａ，３Ｂ間の窪みに順次連続して供給されることによってシート化される。

次に、水素分離シートＣを製造する場合には、圧延ローラ３Ａ，３Ｂの上部周面部に仕切板を設けることによって当該上部周面部に連続する３つの区画ｋ1〜ｋ3を設ける。そして、これら各区画ｋ1〜ｋ3のうち、真中に位置する区画ｋ2に水素分離シートＡ用あるいは水素分離シートＢ用の原料粉Ｘを供給し、当該区画ｋ2の両側に位置する区画ｋ1，ｋ3にステンレス粉ａを原料粉Ｘとして各々供給する。そして、このような各原料粉Ｘを圧延ローラ３Ａ，３Ｂで圧延してシート化することによって水素分離シートＣが製造される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）水素分離シートＡ，Ｂ，Ｃの製造に供するステンレス粉ａ，ａ1をニッケル（Ｎi）粉としても良い。
（２）水素分離シートＡ，Ｂ，Ｃの製造に供する各パラジウム（Ｐｄ）粉ｂ，ｂ1をパラジウム合金粉としても良い。また、バナジウム（Ｖ）粉あるいはバナジウム（Ｖ）合金粉としても良い。

本発明の一実施形態に係わる水素分離シートＡの外観構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係わる水素分離シートＡの拡大断面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係わる水素分離シートＢの拡大断面図である。 本発明の一実施形態の更なる変形例に係わる水素分離シートＣの拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係わる水素分離シートＡ，Ｂ，Ｃの製造に供される製造装置Ｓのシステム構成図である。

符号の説明

Ａ，Ｂ，Ｃ……水素分離シート
ａ，ａ1……ステンレス粉
ｂ，ｂ1……パラジウム（Ｐｄ）粉
１…… 原料粉末供給ホッパー
２…… ベルトフィーダー
３Ａ，３Ｂ……圧延ローラ
４……加熱炉

Claims (2)

1. ステンレス粉あるいはニッケル（Ｎｉ）粉とパラジウム（Ｐｄ）粉あるいはパラジウム合金粉とを主とし、所定厚のシート状に成形した基材部と、
   該基材部に分散配置され、一方の面に露出したパラジウム（Ｐｄ）あるいはパラジウム合金が他方の面に露出したパラジウム（Ｐｄ）あるいはパラジウム合金と連続して成る水素透過部と
   を具備することを特徴とする水素分離シート。
2. 端部に設けられ、ステンレスあるいはニッケル（Ｎｉ）から成る溶着部を備える、ことを特徴とする請求項1記載の水素分離シート。
   
   
   
   
   
   

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