JP2005144362A - Hydrogen separator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素分離能を有する金属を使用して水素混合ガスから水素を拡散分離する水素分離器に関する。 The present invention relates to a hydrogen separator that diffuses and separates hydrogen from a hydrogen mixed gas using a metal having hydrogen separation ability.
従来の水素分離器として特許文献1に示したようなものが知られている。この水素分離器は、多数の貫通孔を有する多孔質基体の表面にPdなどの水素分離能を有する金属を化学めっきにより被覆した構成を有している。 A conventional hydrogen separator as shown in Patent Document 1 is known. This hydrogen separator has a configuration in which a surface of a porous substrate having a large number of through-holes is coated with a metal having hydrogen separation ability such as Pd by chemical plating.
例えば炭化水素系燃料から改質して生成した水素混合ガスをこの水素分離器に通過させることにより、基体表面の金属めっき層に水素が吸収され、他のガス成分と分離される。
従来の水素分離器では、多孔質基体に形成された貫通孔が直円筒状の壁面形状をしていた。このためガス供給時の貫通孔内の流れが層流になり、金属めっき層の表面に境界層が形成されて大きな濃度勾配が生じる。これは水素分圧が低下することを意味しており、この結果として水素透過性が低下する。 In the conventional hydrogen separator, the through hole formed in the porous substrate has a right cylindrical wall shape. For this reason, the flow in the through-hole at the time of gas supply becomes a laminar flow, a boundary layer is formed on the surface of the metal plating layer, and a large concentration gradient is generated. This means that the hydrogen partial pressure decreases, and as a result, the hydrogen permeability decreases.
本発明では、多孔質体に形成した貫通孔の表面に水素分離能を有する金属を被覆した水素分離器を構成する。ただし前記多孔質体は貫通孔のガス流れ方向に複数個に分割構成し、隣接する多孔質体の各々の貫通孔の接合面間に段差を形成する。 In this invention, the hydrogen separator which coat | covered the metal which has hydrogen separation ability on the surface of the through-hole formed in the porous body is comprised. However, the porous body is divided into a plurality of parts in the gas flow direction of the through holes, and a step is formed between the joint surfaces of the through holes of the adjacent porous bodies.
本発明によれば、複数の多孔質体の各々の接合部で貫通孔間に段差を形成したことから、この段差部をガスが流れる際に乱れが発生し、境界層が形成されることがなくなる。このため、貫通孔内を流れる水素混合ガスの濃度が均一になり、水素透過速度が向上する。 According to the present invention, since the step is formed between the through holes at each joint portion of the plurality of porous bodies, turbulence occurs when the gas flows through the step portion, and a boundary layer is formed. Disappear. For this reason, the concentration of the hydrogen mixed gas flowing in the through hole becomes uniform, and the hydrogen permeation rate is improved.
本発明では複数の多孔質体をガス流れ方向に接合する構成としたことから、多孔質体の組み合わせかたや断面形状の設定次第で段差部を含めて複雑な形状を有する貫通孔を容易に形成することができる。 In the present invention, since a plurality of porous bodies are joined in the gas flow direction, through holes having a complicated shape including a stepped portion are easily formed depending on the combination of the porous bodies and the setting of the cross-sectional shape. be able to.
以下、本発明のいくつかの実施形態につき図面に基づいて説明する。各実施形態につき同一の部分は同一の符号を付して示すこととする。
(第1の実施形態)
図1―1〜図2−4は第1の実施形態を示している。図1に示したように、この実施形態の水素分離器11は、軸方向(ガス流れ方向)に連結された3個の円筒状の多孔質体12からなっている。各多孔質体12はアルミナ、シリカ等のセラミクス材から形成されている。各多孔質体12は、それぞれ両端面間を貫通する多数の貫通孔13を有している。各貫通孔13はガス流れ方向に平行な直円筒面状に形成されている。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts are denoted by the same reference numerals in each embodiment.
(First embodiment)
1-1 to 2-4 show the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
前記各多孔質体12は、それぞれ同一の断面および外径形状をしているが、ただし図1−2に示したように隣接する1対の多孔質体12を互いに中心線周りに所定の角度ずらし、各々の貫通孔13の開口断面が部分的に重複するように接合することで当該接合部分にて隣接する貫通孔13の間に段差14(図2−2参照)を形成するようにしてある。
Each of the
図2−2〜図2−4はこの水素分離器11の製造手順を示している。まず3個の焼成前の多孔質体12を前述したように隣接するもの同士で貫通孔13の位置がずれるように角度を設定して軸方向に配列する(図2−2)。次いで両端から圧力をかけた状態で焼成して相互に接合する(図2−3)。次いで接合した各多孔質体12の端面および貫通孔13の内面にPd、V、Nb、Ta等の水素分離能を有する金属を化学めっきして水素分離膜15を形成する(図2−4)。段差14の部分はめっき加工がしにくいので、水素分離膜15は接合前に予め多孔質体12に形成しておくようにしてもよい。
FIGS. 2-2 to 2-4 show the manufacturing procedure of the
このようにして形成した水素分離器11の貫通孔13に水素を含む混合ガスを通過させることにより、前記貫通孔13の段差14の部分で流れに乱れが生じることから、濃度勾配による分圧低下を抑えて水素透過係数を高められる。
(第2の実施形態)
図3および図3−1〜図3−4は第2の実施形態を示している。第1の実施形態と異なる部分につき説明すると、この実施形態では図示したように貫通孔13をガス流れ方向に次第に内径が変化するテーパ状に形成した点にある。
By passing the mixed gas containing hydrogen through the through-
(Second Embodiment)
FIG. 3 and FIGS. 3-1 to 3-4 show a second embodiment. The difference from the first embodiment will be described. In this embodiment, as shown in the figure, the
貫通孔13がテーパ形状であるので、この実施形態では互いに隣接する多孔質体12をそれぞれの貫通孔13の断面上の位置が一致するように接合し、当該接合面における隣接する貫通孔13の内径差により段差14を形成するようにしている。
Since the
この水素分離器11の製造手順は第1の実施形態と同様である。図3−2〜図3−4はそれぞれ図2−2〜図2−4の工程に対応している。
The manufacturing procedure of the
この実施形態によれば貫通孔13がテーパ状をしているので該貫通孔13を水素混合ガスが流れるとき、段差14のみならず貫通孔13の途中部分にてもその内径変化によって乱れが生じるので、水素濃度の均一化がより促進される。
According to this embodiment, since the through-
また、この実施形態では、ガス流れ方向を図の左から右への流れとするとき、貫通孔13が下流側に向かって次第に拡径する設定としてある。これは水素分離器の下流域ほど水素透過量が減少する傾向があることから、多孔質体12の壁厚を薄くできる一方で貫通孔13の内径を増大して水素分離膜15の表面積を大きくすることができ、これにより水素濃度が低い状態でも所要の水素透過量を確保することが可能になることによる。ただし前記と逆方向にガスを流す場合でも乱流化による効果は期待することができる。
(第3の実施形態)
図4に第3の実施形態を示す。これは図示したように3個の多孔質体12の各々に断面上同一の位置に貫通孔13を形成し、ただし下流側のものほどその内径が大きくなるように設定したものである。各貫通孔13の内径が変化する接合部分が段差14となる。
Further, in this embodiment, when the gas flow direction is a flow from the left to the right in the drawing, the through
(Third embodiment)
FIG. 4 shows a third embodiment. As shown in the figure, the
この実施形態によれば、下流側の多孔質体12ほどその貫通孔13の内径が大となるように設定したことにより前記第2の実施形態と同様の作用および効果が得られる。
(第4の実施形態)
図5−1〜図5−4に第4の実施形態を示す。この水素分離器11は、各多孔質体12を、多孔質体12と同一の材質で同一の外径に形成した筒状部材16を介して互いの端面間に所定の間隔が空くように接合してある。
According to this embodiment, the same functions and effects as those of the second embodiment can be obtained by setting the inner diameter of the through
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment is shown in FIGS. In this
この水素分離器11の製造手順は第1の実施形態と同様である。図5−2〜図5−4はそれぞれ図2−2〜図2−4の工程に対応している。水素分離膜15は筒状部材16の内面にも形成してある。
The manufacturing procedure of the
この実施形態によれば、各多孔質体12の貫通孔13と筒状部材16との間で急激に通路断面積が変化するため、大きなガスの乱れが生じて水素透過係数が増大する。
According to this embodiment, since the passage cross-sectional area changes abruptly between the through
この実施形態では筒状部材16の内面にも水素分離膜15を形成してあるためそれだけ水素処理量を増やすことができる。ただし、筒状部材16をガス透過性の低い材質、例えば高密度セラミクスで形成し、その内面への水素透過膜15の被覆を行わないようにしてもよく、これにより成膜工程を省いてコストの低減を図ることができる。
(第5の実施形態)
図6−1〜図6−3に第5の実施形態を示す。これは各多孔質体12の接合端面に予めPdを被覆すると共に、さらにNi、Cu、AgなどPdよりも高強度の金属膜17を被覆してある。この多孔質体12を熱間圧着することにより、Pdよりも高強度の金属膜が形成され、各多孔質体12間の接着強度がより向上する。
(第6の実施形態)
図7―1〜図7−3は第6の実施形態を示す。これは、各多孔質体12の端面に、予め該端面と同一断面形状を有しかつガス透過性の低い材質、例えば高密度セラミクスからなる部材18を焼結、接着等により被着したものである。水素透過膜15は前記皮膜18を挟んで各多孔質体12を接合した後に形成する。
In this embodiment, since the
(Fifth embodiment)
FIGS. 6-1 to 6-3 show a fifth embodiment. This is because Pd is previously coated on the joining end face of each
(Sixth embodiment)
FIGS. 7-1 to 7-3 show a sixth embodiment. This is a material in which a
複数の多孔質体12を接合した後に水素分離膜15をめっき加工する場合、段差14の部分は直角の隅部となるので、めっき加工がし難くめっき不良が生じやすい。この実施形態では、その段差部分だけをガス透過性の低い被膜18を形成し、めっき加工前に被膜18を接合してシール性を確保している。なお被膜18と該皮膜18を形成する多孔質体12端面とは互いに同一断面形状にしてあるので両者間に段差を生じることはない。したがってこの実施形態によれば、段差14の付近に仮にめっき不良が生じたとしても、当該不良部分からガスが漏洩する不都合を防止することができる。
When the
なお、前記構成において多孔質体12の接合個数や断面形状は各実施形態に示したものに限られるものではなく種々の選択が可能である。
In addition, in the said structure, the joining number and cross-sectional shape of the
11 水素分離器
12 多孔質体
13 貫通孔
14 段差
15 水素分離膜
16 筒状部材
17 高強度金属膜
18 部材
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記多孔質体を貫通孔のガス流れ方向に複数個に分割した構成とすると共に、隣接する多孔質体の各々の貫通孔の接合面間に段差を形成したことを特徴とする水素分離器。 In the hydrogen separator in which the surface of the through hole formed in the porous body is coated with a hydrogen separation membrane made of a metal having hydrogen separation ability,
A hydrogen separator having a structure in which the porous body is divided into a plurality of through holes in the gas flow direction, and a step is formed between the joint surfaces of the through holes of adjacent porous bodies.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003387008A JP2005144362A (en) | 2003-11-17 | 2003-11-17 | Hydrogen separator |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003387008A JP2005144362A (en) | 2003-11-17 | 2003-11-17 | Hydrogen separator |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2003387008A Pending JP2005144362A (en) | 2003-11-17 | 2003-11-17 | Hydrogen separator |
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JP (1) | JP2005144362A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006159081A (en) * | 2004-12-07 | 2006-06-22 | Nissan Motor Co Ltd | Hydrogen separation membrane device |
JP2011526237A (en) * | 2008-07-01 | 2011-10-06 | リンデ アクチエンゲゼルシヤフト | Hydrogen production method and apparatus |
-
2003
- 2003-11-17 JP JP2003387008A patent/JP2005144362A/en active Pending
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JP4543907B2 (en) * | 2004-12-07 | 2010-09-15 | 日産自動車株式会社 | Hydrogen separation membrane device |
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