JP2005288290A - Hydrogen separation purification apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素含有ガスから水素透過膜を介して水素を回収するための水素分離精製装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen separation and purification apparatus for recovering hydrogen from a hydrogen-containing gas through a hydrogen permeable membrane.
この種の水素分離精製装置としては、枠体内の開口部に上下から一対の多孔質材を挿入し、一方の多孔質材の上面およびこの上面と面一状の枠体に水素透過膜を設置するとともに、当該水素透過膜を上記枠体に接合(例えば抵抗溶接)し、他方の多孔質材の下面およびこの下面と面一状の枠体に設置するとともに、当該水素透過膜を枠体に接合したものを上記枠体を介して複数積層したものが知られている(例えば、特許文献1)。 In this type of hydrogen separation and purification device, a pair of porous materials are inserted into the opening in the frame from above and below, and a hydrogen permeable membrane is installed on the upper surface of one porous material and the frame that is flush with the upper surface. In addition, the hydrogen permeable membrane is joined to the frame (for example, resistance welding), and is installed on the lower surface of the other porous material and the frame that is flush with the lower surface, and the hydrogen permeable membrane is used as the frame. A product obtained by laminating a plurality of joined ones via the frame body is known (for example, Patent Document 1).
このように構成された水素分離精製装置においては、隣り合う枠体間に水素含有ガスを供給することにより、当該ガス中の水素が水素透過膜を選択的に透過した後、多孔質材を通って、当該多孔質材の間に構成された通路に流出することになるので、当該通路を介して水素富化ガスを回収することができる。
ところが、上記水素分離精製装置においては、水素透過膜を枠体に接合する必要があるため、組立のために多くの工数がかかるという問題がある。しかも、例えば抵抗溶接で接合する場合には、水素透過膜と枠体との材質が相違すると、十分な接合強度が得られないという問題がある。さらに、水素透過膜と枠体との接合が十分でない場合には、水素透過膜と枠体との間から水素含有ガスが浸入し、当該水素含有ガスが水素透過膜を透過後の水素富化ガスに混入することになるので、純度の高い水素が得られないという問題がある。 However, in the hydrogen separation and purification apparatus, there is a problem that it takes a lot of man-hours for assembly because it is necessary to join the hydrogen permeable membrane to the frame. In addition, for example, when joining by resistance welding, there is a problem that sufficient joining strength cannot be obtained if the materials of the hydrogen permeable membrane and the frame are different. Furthermore, when the hydrogen permeable membrane and the frame are not sufficiently joined, the hydrogen-containing gas enters from between the hydrogen permeable membrane and the frame, and the hydrogen-rich gas after the hydrogen-containing gas permeates the hydrogen permeable membrane. Since it is mixed in the gas, there is a problem that high purity hydrogen cannot be obtained.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、少ない工数で簡単に組み立てることができるとともに、水素透過膜として種々の材質のものを使用することができ、かつ水素含有ガスが水素透過膜を透過後の水素富化ガスに混入することのない水素分離精製装置を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can be easily assembled with a small number of man-hours, can be made of various materials as a hydrogen permeable membrane, and the hydrogen-containing gas is a hydrogen permeable membrane. It is an object of the present invention to provide a hydrogen separation and purification device that does not mix with the hydrogen-enriched gas after permeation.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の水素分離精製装置は、水素の選択的透過性を有する水素透過膜と、この水素透過膜における膜面の周縁部に密接し、内方に開口部を有する板状のシール部材とを交互に層状に配置し、その層状に配置される方向である軸方向の一方の端に位置する上記水素透過膜に上記シール部材を介して設置される第1の支持部材と、上記軸方向の他方の端に位置する上記水素透過膜に上記シール部材を介して設置される第2の支持部材とで、上記複数の水素透過膜およびシール部材を圧縮荷重を付加した状態に保持してなり、上記シール部材のうち上記軸方向に一つおきに配置された第1のシール部材には、当該第1のシール部材の内方に水素含有ガスを導き入れるための原料ガス導入孔が設けられているとともに、この原料ガス導入孔によって導入された上記水素含有ガスのうち上記水素透過膜を透過せずに残った残ガスを流出するための残ガス流出孔が設けられており、上記シール部材のうち上記第1のシール部材以外の第2のシール部材には、上記原料ガス導入孔によって導入された上記水素含有ガスのうち上記水素透過膜を透過した後のガスを流出する精製ガス流出孔が設けられていることを特徴としている。
第1および第2の支持部材およびこれらの間に介在する水素透過膜、シール部材は、所定の順序で層状に配置した状態で、これらの面全体に均一な圧縮荷重が付加される様、適切に配置された1本または複数本の高強度ボルト等を用いて締結保持される。
したがって、第1および第2の支持部材には、その機能上、シール部材と比較して、同一材質でも少なくとも等しい強度、好ましくは、より高強度の材料を用いる必要がある。
In order to solve the above-mentioned problems, a hydrogen separation and purification apparatus according to
The first and second support members and the hydrogen permeable membrane and seal member interposed between them are appropriately arranged so that a uniform compressive load is applied to the entire surfaces in a state where they are arranged in layers in a predetermined order. Are fastened and held using one or a plurality of high-strength bolts or the like arranged in
Therefore, the first and second support members need to be made of a material having at least the same strength, preferably higher strength, even with the same material as compared with the seal member.
請求項2に記載の水素分離精製装置は、請求項1に記載の発明において、上記各第1のシール部材は、隣り合う一対の上記水素透過膜間に配置されていることを特徴としている。 A hydrogen separation and purification apparatus according to a second aspect is the invention according to the first aspect, wherein each of the first seal members is disposed between a pair of adjacent hydrogen permeable membranes.
請求項3に記載の水素分離精製装置は、請求項1または2に記載の発明において、上記第1の支持部材および第2の支持部材のうち少なくとも一方から上記第1のシール部材の原料ガス導入孔に通じる原料ガス供給用連通孔が形成され、上記第1の支持部材および第2の支持部材のうち少なくとも一方から上記第1のシール部材の残ガス流出孔に通じる残ガス排出用連通孔が形成され、上記第1の支持部材および第2の支持部材のうち少なくとも一方から上記第2のシール部材の精製ガス流出孔に通じる精製ガス排出用連通孔が形成されていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the hydrogen separation and purification apparatus according to the first or second aspect, wherein the raw material gas is introduced into the first seal member from at least one of the first support member and the second support member. A source gas supply communication hole that communicates with the hole is formed, and a residual gas discharge communication hole that communicates from at least one of the first support member and the second support member to the residual gas outflow hole of the first seal member. A purified gas discharge communication hole formed from at least one of the first support member and the second support member to the purified gas outflow hole of the second seal member is formed.
請求項4に記載の水素分離精製装置は、請求項1〜3の何れかに記載の発明において、上記シール部材のうち少なくとも第2のシール部材における上記開口部には、上記水素透過膜の一方の膜面を保持するとともに、当該水素透過膜を透過したガスの流通を可能とする孔を有するバックアップ部材が設けられていることを特徴としている。
通常、水素富化ガスに比べ水素含有ガスの圧力を高く設定するケースが多く、この場合、シール部材の開口部に接する水素透過膜面には第1から第2のシール部材方向の応力が負荷されるため、特に第2のシール部材の開口部にバックアップ部材を設けるのが望ましい。
ただし、水素富化ガスの圧力の方が水素含有ガスの圧力より高くなる場合もあり得るので、この場合の水素透過膜を保護するために、第1のシール部材の開口部にバックアップ部材を設けるように構成してもよい。
A hydrogen separation and purification apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein at least one of the hydrogen permeable membranes is provided in the opening of the second sealing member among the sealing members. A back-up member having a hole that holds the membrane surface and allows the gas that has permeated through the hydrogen-permeable membrane to flow therethrough is provided.
Usually, there are many cases where the pressure of the hydrogen-containing gas is set higher than that of the hydrogen-enriched gas. In this case, the stress in the direction from the first to the second seal member is applied to the hydrogen permeable membrane surface in contact with the opening of the seal member. Therefore, it is particularly desirable to provide a backup member at the opening of the second seal member.
However, since the pressure of the hydrogen-enriched gas may be higher than the pressure of the hydrogen-containing gas, a backup member is provided at the opening of the first seal member in order to protect the hydrogen-permeable film in this case. You may comprise as follows.
請求項5に記載の水素分離精製装置は、請求項1〜4の何れかに記載の発明において、上記水素透過膜は、カーボン系材料、樹脂、セラミックおよび金属の1種からなる単一膜または2種以上を積層させた複合膜によって形成されていることを特徴としている。
The hydrogen separation and purification apparatus according to
請求項6に記載の水素分離精製装置は、請求項5に記載の発明において、上記金属は、パラジウム、パラジウム合金、バナジウム、バナジウム合金、ニオブ、ニオブ合金、ニオブ−チタン−ニッケルを主成分とする合金、ニオブ−チタン−コバルトを主成分とする合金、ジルコニウム−ニッケルを主成分とする非晶質合金またはニオブ−ジルコニウム−ニッケルを主成分とする非晶質合金であることを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the hydrogen separation and purification apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the metal is mainly composed of palladium, palladium alloy, vanadium, vanadium alloy, niobium, niobium alloy, niobium-titanium-nickel. It is an alloy, an alloy mainly composed of niobium-titanium-cobalt, an amorphous alloy mainly composed of zirconium-nickel, or an amorphous alloy mainly composed of niobium-zirconium-nickel.
請求項7に記載の水素分離精製装置は、請求項1〜6の何れかに記載の発明において、上記シール部材は、カーボン系材料、樹脂、セラミックまたは金属によって形成されていることを特徴としている。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the hydrogen separation and purification apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the seal member is formed of a carbon-based material, a resin, a ceramic, or a metal. .
請求項8に記載の水素分離精製装置は、請求項7に記載の発明において、上記樹脂は、ポリアミド系の耐熱樹脂であることを特徴としている。 According to an eighth aspect of the present invention, in the hydrogen separation and purification apparatus according to the seventh aspect of the present invention, the resin is a polyamide heat-resistant resin.
請求項9に記載の水素分離精製装置は、請求項7に記載の発明において、上記金属は、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金またはステンレス鋼であることを特徴としている。 According to a ninth aspect of the present invention, in the hydrogen separation and purification apparatus according to the seventh aspect of the present invention, the metal is nickel, nickel alloy, copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, or stainless steel.
請求項10に記載の水素分離精製装置は、請求項1〜9の何れかに記載の発明において、少なくとも1つの上記シール部材は、複数の部材によって構成されていることを特徴としている。 A hydrogen separation and purification apparatus according to a tenth aspect of the invention is characterized in that, in the invention according to any one of the first to ninth aspects, at least one of the sealing members is constituted by a plurality of members.
請求項1〜10に記載の発明においては、第1および第2の支持部材によって、複数の水素透過膜およびシール部材に圧縮荷重を付加することにより、各シール部材が弾性変形や塑性変形を起こして各水素透過膜の膜面や第1または第2の支持部材の面に確実に密着した状態になる。このため、原料ガス導入孔から第1のシール部材の内方に供給された水素含有ガスが当該第1のシール部材と水素透過膜の間から漏れるのを確実に防止することができる。 In the first to tenth aspects of the present invention, the first and second support members apply a compressive load to the plurality of hydrogen permeable membranes and the seal member, thereby causing each seal member to undergo elastic deformation or plastic deformation. Thus, the hydrogen permeation membrane is in close contact with the membrane surface and the surface of the first or second support member. For this reason, it is possible to reliably prevent the hydrogen-containing gas supplied from the source gas introduction hole to the inside of the first seal member from leaking between the first seal member and the hydrogen permeable membrane.
また、空気を含む種々のガス等が第2のシール部材と水素透過膜との間から当該第2のシール部材の内方に浸入するのを防止することができるとともに、第1のシール部材の内方から水素透過膜を透過して第2のシール部材の内方に流入したガス、すなわち水素富化ガスが第2のシール部材と水素透過膜との間から漏れるのも確実に防止することができる。 Further, various gases including air can be prevented from entering the inside of the second seal member from between the second seal member and the hydrogen permeable membrane, and the first seal member The gas that has permeated the hydrogen permeable membrane from the inside and has flowed into the inside of the second seal member, that is, the hydrogen-enriched gas, can be reliably prevented from leaking between the second seal member and the hydrogen permeable membrane. Can do.
したがって、水素含有ガスやその他のガス等が水素透過膜を透過後の水素富化ガスに混入するのを防止することができるので、第2のシール部材の精製ガス流出孔から純度の高い水素を回収することができる。しかも、水素含有ガスあるいは水素富化ガスが外部に漏れるのも確実に防止することができる。 Therefore, it is possible to prevent the hydrogen-containing gas or other gas from entering the hydrogen-enriched gas after permeating the hydrogen-permeable membrane, so that high-purity hydrogen can be removed from the purified gas outflow hole of the second seal member. It can be recovered. Moreover, it is possible to reliably prevent the hydrogen-containing gas or the hydrogen-enriched gas from leaking outside.
また、シール部材を水素透過膜や第1および第2の支持部材に抵抗溶接等により接合する必要がないので、少ない工数で簡単に組み立てることができるとともに、水素透過膜をシール部材や第1および第2の支持部材等とは異なる種々の材質の材料(例えば、カーボン系材料、樹脂材料、セラミック材料、金属材料等)で構成することができる。 Further, since it is not necessary to join the sealing member to the hydrogen permeable membrane or the first and second support members by resistance welding or the like, the sealing member can be easily assembled with less man-hours, and the hydrogen permeable membrane can be assembled to the sealing member, the first and second members. It can be made of various materials (for example, carbon-based material, resin material, ceramic material, metal material, etc.) different from the second support member.
さらに、シール部材は、上述した弾性変形や塑性変形によって、隣接する水素透過膜の膜面または第1、第2の支持部材のシール面に密着することが可能な材質、かつ原料ガス導入孔および残ガス流出孔の加工が可能な厚さを持った1枚または複数枚の部材を積層するなどして構成される。したがって、シール部材を比較的薄い材料で構成することが可能であるため、当該シール部材と水素透過膜を交互に配置する方向である軸方向の寸法を低減することができる。すなわち、コンパクトで、しかも水素透過面積の大きなものを得ることができる。 Further, the seal member is made of a material that can be brought into close contact with the membrane surface of the adjacent hydrogen permeable membrane or the seal surfaces of the first and second support members by the elastic deformation and plastic deformation described above, and the source gas introduction hole and One or a plurality of members having a thickness capable of processing the residual gas outflow hole are laminated. Therefore, since the seal member can be made of a relatively thin material, the dimension in the axial direction, which is the direction in which the seal member and the hydrogen permeable membrane are alternately arranged, can be reduced. That is, a compact and large hydrogen permeation area can be obtained.
請求項2に記載の発明においては、各第1のシール部材が隣り合う一対の水素透過膜間に配置されているので、原料ガス導入孔を介して供給される水素含有ガスが必ず一対の水素透過膜の間に供給されることになる。したがって、水素透過膜における水素が透過する面積を最大限に有効に利用することができるので、当該水素の回収効率の向上を図ることができる。
In the invention described in
請求項3に記載の発明においては、水素含有ガスを原料ガス供給用連通孔に供給すると、当該水素含有ガスが各第1のシール部材の原料ガス導入孔から当該第1のシール部材内に流入することになる。この場合、水素透過膜を透過せずに第1のシール部材内に残った残ガスが残ガス流出孔から残ガス排出用連通孔を通して外部に排出されることになる。また、各第1のシール部材から水素透過膜を透過して第2のシール部材内に流入したガス、すなわち水素富化ガスは、当該第2のシール部材の精製ガス流出孔から精製ガス排出用連通孔を通して排出されることになる。したがって、水素含有ガスを原料ガス供給用連通孔に連続的に供給するだけで、精製ガス排出用連通孔から純度の高い水素を連続的に回収することができる。
In the invention according to
請求項4に記載の発明においては、水素透過膜を挟む第1と第2のシール部材のうち少なくとも第2のシール部材の開口部に、水素透過膜の一方の膜面を保持するとともに、水素透過膜を透過した水素富化ガスの流通を可能とする孔を有するバックアップ部材が設けられているので、両者の間に差圧が生じて、一方の第1のシール部材側から水素透過膜面に作用する力が発生したとしても、それをバックアップ部材によって支えることができる。したがって、上記差圧が増大した場合でも、水素透過膜が破損するのを防止することができる。
即ち、水素の透過効率を向上させるには、水素含有ガス側の圧力を増大させ、水素富化ガスとの水素分圧差を増大させることが有効であり、この場合、水素富化ガス側の第2のシール部材開口部側にバックアップ部材を設けることが好ましい。
ただし、上述のように、第1のシール部材の開口部にバックアップ部材を設けるように構成してもよい。
In the invention according to
That is, in order to improve the permeation efficiency of hydrogen, it is effective to increase the pressure on the hydrogen-containing gas side and increase the hydrogen partial pressure difference from the hydrogen-enriched gas. It is preferable to provide a backup member on the side of the two sealing member openings.
However, as described above, a backup member may be provided in the opening of the first seal member.
請求項5に記載の発明においては、水素透過膜を、カーボン系材料による単一膜、樹脂による単一膜、セラミックによる単一膜、金属による単一膜、樹脂とセラミックによる複合膜、樹脂と金属による複合膜、セラミックと金属による複合膜または樹脂とセラミックと金属による複合膜によって形成することにより、要求される水素の純度に則した水素富化ガスを生産することができる。たとえば、水素透過膜として樹脂による単一膜を用いた場合には、純度は高くないが安価な水素を提供することができ、また金属の単一膜やこの金属膜を含む複合膜を用いた場合には、純度が極めて高くかつ高価な水素を提供することができる。
In the invention of
請求項6に記載の発明においては、水素透過膜を構成する金属として、パラジウム、パラジウム合金、バナジウム、バナジウム合金、ニオブおよびニオブ合金、ニオブ−チタン−ニッケルを主成分とする合金、ニオブ−チタン−コバルトを主成分とする合金、ジルコニウム−ニッケルを主成分とする非晶質合金またはニオブ−ジルコニウム−ニッケルを主成分とする非晶質合金を用いることにより、原理的に水素含有ガスから100%の水素を分離回収することができる。
In the invention described in
しかも、水素透過膜における水素の分離は、100〜600℃の高温雰囲気中で行われることになるが、上記金属を用いることにより、これらの温度範囲で十分耐え得る水素透過膜を構成することができる。 In addition, hydrogen separation in the hydrogen permeable membrane is performed in a high temperature atmosphere of 100 to 600 ° C., but by using the above metal, a hydrogen permeable membrane that can sufficiently withstand these temperature ranges can be configured. it can.
さらに、上記金属を用いることにより、水素透過膜を極めて薄く構成することができるとともに、各膜面間の差圧に対しても十分耐え得る強度の高い水素透過膜を得ることができる。したがって、コンパクトに構成することができるとともに、水素の回収効率の向上を図ることができる。 Furthermore, by using the above metal, the hydrogen permeable membrane can be made very thin, and a hydrogen permeable membrane having high strength that can sufficiently withstand the differential pressure between the membrane surfaces can be obtained. Therefore, it can be configured in a compact manner, and the recovery efficiency of hydrogen can be improved.
請求項7に記載の発明においては、シール部材をカーボン系材料、樹脂、セラミックまたは金属によって形成することによって、当該シール部材が第1および第2の支持部材からの圧縮加重によって弾性変形および/または塑性変形し、水素透過膜の膜面に密着した状態になる。特に、樹脂および金属を用いた場合には、十分大きな弾性変形および塑性変形により、シール部材を水素透過膜の膜面に密着させることができ、気密性の向上を図ることができる。 In the seventh aspect of the present invention, the seal member is made of carbon-based material, resin, ceramic or metal, so that the seal member is elastically deformed and / or compressed by compressive load from the first and second support members. It is plastically deformed and is in close contact with the membrane surface of the hydrogen permeable membrane. In particular, when a resin and a metal are used, the sealing member can be brought into close contact with the membrane surface of the hydrogen permeable membrane by sufficiently large elastic deformation and plastic deformation, and airtightness can be improved.
請求項8に記載の発明においては、シール部材を構成する樹脂として特に耐熱性に優れるポリアミド系の樹脂を用いているので、水素含有ガスに含まれる腐食性のガスによってシール部材が腐食されるのを防止することができるとともに、300℃程度の雰囲気温度でも連続的に使用することができる。 In the invention described in claim 8, since the polyamide resin having excellent heat resistance is used as the resin constituting the seal member, the seal member is corroded by the corrosive gas contained in the hydrogen-containing gas. And can be used continuously even at an ambient temperature of about 300 ° C.
請求項9に記載の発明においては、シール部材を構成する金属として、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金またはステンレス鋼を用いているので、水素含有ガスに含まれる腐食性ガスによってシール部材が腐食されるのを極力防止することができるとともに、水素を分離する際の最も高温となる雰囲気(例えば600℃)においても、連続的に使用することができる。 In the invention described in claim 9, since nickel, nickel alloy, copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy or stainless steel is used as the metal constituting the sealing member, the corrosive gas contained in the hydrogen-containing gas. Can prevent the seal member from being corroded as much as possible, and can be continuously used even in an atmosphere (for example, 600 ° C.) at the highest temperature when hydrogen is separated.
請求項10に記載の発明においては、少なくと1つのシール部材が複数の部材によって構成されているので、例えば第1のシール部材における原料ガス導入孔および残ガス流出孔を簡単に形成することが可能になると共に、第2のシール部材における精製ガス流出孔を簡単に形成することが可能になる。すなわち、シール部材を例えば3つの部材で3層状に構成し、そのうちの中間位置の部材に原料ガス導入孔や残ガス流出孔や精製ガス流出孔に対応する位置にこれらの各孔に対応する形状の切欠を打抜プレス加工等の手段により形成することにより、原料ガス導入孔や残ガス流出孔や精製ガス流出孔を有するシール部材を簡単に形成することができる。 In the invention according to claim 10, since at least one seal member is constituted by a plurality of members, for example, the source gas introduction hole and the residual gas outflow hole in the first seal member can be easily formed. This makes it possible to easily form the purified gas outflow hole in the second seal member. That is, for example, the sealing member is configured in three layers with three members, and the shape corresponding to each of these holes is located at a position corresponding to the raw material gas introduction hole, the residual gas outflow hole, and the purified gas outflow hole in the intermediate position member. By forming the notches by means such as punching press processing, it is possible to easily form a seal member having a source gas introduction hole, a residual gas outflow hole, and a purified gas outflow hole.
以上説明したように、請求項1〜10に記載の発明によれば、第1および第2の支持部材によって、複数の水素透過膜およびシール部材に圧縮荷重を付加することにより、各シール部材が弾性変形や塑性変形を起こして各水素透過膜の膜面や第1または第2の支持部材の面に確実に密着した状態になるので、水素含有ガスやその他のガス等が水素透過膜を透過後の水素富化ガスに混入するのを防止することができる。したがって、第2のシール部材の精製ガス流出孔から純度の高い水素を回収することができる。しかも、水素含有ガスあるいは水素富化ガスが外部に漏れるのも確実に防止することができる。
As described above, according to the inventions described in
また、シール部材を水素透過膜や第1および第2の支持部材に抵抗溶接等により接合する必要がないので、少ない工数で簡単に組み立てることができるとともに、水素透過膜をシール部材や第1および第2の支持部材等とは異なる種々の材質の材料で構成することができる。 Further, since it is not necessary to join the sealing member to the hydrogen permeable membrane or the first and second support members by resistance welding or the like, the sealing member can be easily assembled with less man-hours, and the hydrogen permeable membrane can be assembled to the sealing member, the first and second members. The second support member and the like can be made of various materials.
さらに、シール部材は、上述した弾性変形や塑性変形によって水素透過膜の膜面に密着することが可能で、かつ原料ガス導入孔および残ガス流出孔の加工が可能な厚さのもので構成すればよい。したがって、シール部材を極めて薄いもので構成することができるので、コンパクトで、しかも水素透過面積の大きなものを得ることができる。 Further, the seal member is configured to have a thickness capable of being in close contact with the membrane surface of the hydrogen permeable membrane by the elastic deformation or plastic deformation described above, and capable of processing the source gas introduction hole and the residual gas outflow hole. That's fine. Therefore, since the seal member can be made of a very thin member, a compact member having a large hydrogen permeation area can be obtained.
請求項2に記載の発明によれば、各第1のシール部材が隣り合う一対の水素透過膜間に配置されているので、原料ガス導入孔を介して供給される水素含有ガスが必ず一対の水素透過膜の間に供給されることになる。したがって、水素透過膜における水素が透過する面積を最大限に有効に利用することができるので、当該水素の回収効率の向上を図ることができる。
According to invention of
請求項3に記載の発明によれば、水素含有ガスを原料ガス供給用連通孔に連続的に供給するだけで、精製ガス排出用連通孔から純度の高い水素を連続的に回収することができる。 According to the third aspect of the present invention, high-purity hydrogen can be continuously recovered from the purified gas discharge communication hole only by continuously supplying the hydrogen-containing gas to the raw material gas supply communication hole. .
請求項4に記載の発明によれば、第2のシール部材の開口部に、水素透過膜の一方の膜面を保持するとともに、当該水素透過膜を透過した水素富化ガスの流通を可能とする孔を有するバックアップ部材が設けられているので、水素透過膜の各膜面に作用する差圧が増大した場合でも、当該水素透過膜の破損を防止することができる。しかも、上記差圧を増大させることによって、水素が水素透過膜を透過する効率を向上させることができるので、水素回収効率の向上を図ることができる。
According to the invention described in
請求項5に記載の発明によれば、水素透過膜を、カーボン系材料による単一膜、樹脂による単一膜、セラミックによる単一膜、金属による単一膜、樹脂とセラミックによる複合膜、樹脂と金属による複合膜、セラミックと金属による複合膜または樹脂とセラミックと金属による複合膜によって形成することにより、要求される水素の純度に則した水素富化ガスを生産することができる。
According to the invention described in
請求項6に記載の発明によれば、水素透過膜を構成する金属として、パラジウム、パラジウム合金、バナジウム、バナジウム合金、ニオブおよびニオブ合金、ニオブ−チタン−ニッケルを主成分とする合金、ニオブ−チタン−コバルトを主成分とする合金、ジルコニウム−ニッケルを主成分とする非晶質合金またはニオブ−ジルコニウム−ニッケルを主成分とする非晶質合金を用いることにより、原理的に水素含有ガスから100%の水素を分離回収することができる。 According to the sixth aspect of the invention, palladium, palladium alloy, vanadium, vanadium alloy, niobium and niobium alloy, niobium-titanium-nickel alloy, niobium-titanium as the metal constituting the hydrogen permeable membrane. -100% from hydrogen-containing gas in principle by using an alloy based on cobalt, an amorphous alloy based on zirconium-nickel or an amorphous alloy based on niobium-zirconium-nickel Of hydrogen can be separated and recovered.
しかも、水素透過膜における水素の分離は、100〜600℃の高温雰囲気中で行われることになるが、上記金属を用いることにより、これらの温度範囲で十分耐え得る水素透過膜を構成することができる。 In addition, hydrogen separation in the hydrogen permeable membrane is performed in a high temperature atmosphere of 100 to 600 ° C., but by using the above metal, a hydrogen permeable membrane that can sufficiently withstand these temperature ranges can be configured. it can.
さらに、上記金属を用いることにより、水素透過膜を極めて薄く構成することができるとともに、各膜面間の差圧に対しても十分耐え得る強度の高い水素透過膜を得ることができる。したがって、コンパクトに構成することができるとともに、水素の回収効率の向上を図ることができる。 Furthermore, by using the above metal, the hydrogen permeable membrane can be made very thin, and a hydrogen permeable membrane having high strength that can sufficiently withstand the differential pressure between the membrane surfaces can be obtained. Therefore, it can be configured in a compact manner, and the recovery efficiency of hydrogen can be improved.
請求項7に記載の発明によれば、シール部材をカーボン系材料、樹脂、セラミックまたは金属によって形成することによって、当該シール部材が第1および第2の支持部材からの圧縮加重によって弾性変形および/または塑性変形し、水素透過膜の膜面に密着した状態になる。特に、樹脂および金属を用いた場合には、十分大きな弾性変形および塑性変形により、シール部材を水素透過膜の膜面に密着させることができ、気密性の向上を図ることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the seal member is made of carbon-based material, resin, ceramic, or metal, so that the seal member is elastically deformed and / or compressed by compressive load from the first and second support members. Alternatively, it is plastically deformed and is in close contact with the membrane surface of the hydrogen permeable membrane. In particular, when a resin and a metal are used, the sealing member can be brought into close contact with the membrane surface of the hydrogen permeable membrane by sufficiently large elastic deformation and plastic deformation, and airtightness can be improved.
請求項8に記載の発明によれば、シール部材を構成する樹脂として特に耐熱性に優れるポリアミド系の耐熱樹脂を用いているので、水素含有ガスに含まれる腐食性のガスによってシール部材が腐食されるのを防止することができるとともに、300℃程度の雰囲気温度でも連続的に使用することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, since the polyamide heat-resistant resin having particularly excellent heat resistance is used as the resin constituting the seal member, the seal member is corroded by the corrosive gas contained in the hydrogen-containing gas. And can be used continuously even at an ambient temperature of about 300 ° C.
請求項9に記載の発明によれば、シール部材を構成する金属として、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金またはステンレス鋼を用いているので、水素含有ガスに含まれる腐食性ガスによってシール部材が腐食されるのを極力防止することができるとともに、水素を分離する際の最も高温となる雰囲気(例えば600℃)においても、連続的に使用することができる。 According to the invention described in claim 9, since nickel, nickel alloy, copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy or stainless steel is used as the metal constituting the seal member, the corrosiveness contained in the hydrogen-containing gas is used. The seal member can be prevented from being corroded by the gas as much as possible, and can be continuously used even in an atmosphere (for example, 600 ° C.) where the hydrogen is separated at the highest temperature.
請求項10に記載の発明によれば、少なくと1つのシール部材が複数の部材によって構成されているので、例えば第1のシール部材における原料ガス導入孔および残ガス流出孔を簡単に形成することが可能になると共に、第2のシール部材における精製ガス流出孔を簡単に形成することが可能になる。すなわち、シール部材を例えば3つの部材で3層状に構成し、そのうちの中間位置の部材に原料ガス導入孔や残ガス流出孔や精製ガス流出孔に対応する位置および形状の切欠を打抜プレス加工等の手段により形成することにより、原料ガス導入孔や残ガス流出孔や精製ガス流出孔を有するシール部材を簡単に形成することができる。 According to the invention described in claim 10, since at least one seal member is constituted by a plurality of members, for example, the source gas introduction hole and the residual gas outflow hole in the first seal member can be easily formed. This makes it possible to easily form the purified gas outflow hole in the second seal member. That is, for example, the seal member is configured in three layers with three members, and a notch having a position and shape corresponding to the raw material gas introduction hole, the residual gas outflow hole, and the purified gas outflow hole is punched in the intermediate position member. By forming by such means, a sealing member having a raw material gas introduction hole, a residual gas outflow hole, and a purified gas outflow hole can be easily formed.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施の形態で示す水素分離精製装置は、図1〜図7に示すように、水素含有ガスのうち水素を選択的に透過させる性能を有する水素透過膜1と、この水素透過膜1における膜面1Aの周縁部に密接し、内方に開口部2Aを有する板状のガスケット(シール部材)2とを交互に層状に配置し、その層状に配置される方向である軸方向の一方の端に位置する水素透過膜1にガスケット2を介して設置される第1の支持部材3と、上記軸方向の他方の端に位置する水素透過膜1にガスケット2を介して設置される第2の支持部材4とで、複数の水素透過膜1およびガスケット2を圧縮荷重Pを付加した状態に保持するように構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 7, the hydrogen separation and purification apparatus shown in this embodiment includes a hydrogen
水素透過膜1は、図2、図3および図7に示すように、Pd(パラジウム)、Pd合金、V(バナジウム)、V合金、Nb(ニオブ)、Nb合金、Nb−Ti(チタン)−Ni(ニッケル)を主成分とする合金、Zr(ジルコニウム)−Niを主成分とする非晶質合金またはNb−Zr−Niを主成分とする非晶質合金等の金属によって、5〜100μm、より好ましくは10〜50μmの厚さに形成されている。
As shown in FIGS. 2, 3 and 7, the hydrogen
また、この実施の形態においては、水素透過膜1を正方形に形成した例を示しており(図7参照)、四隅部には、それぞれ後述する原料ガス供給用連通孔5を構成する第1の貫通孔1a、同じく後述する残ガス排出用連通孔6を構成する第2の貫通孔1b、同じく後述する精製ガス排出用連通孔7を構成する第3の貫通孔1c、1cが形成されている。第1の貫通孔1aと第2の貫通孔1bは、水素透過膜1の対角方向の各位置に配置されており、一方の第3の貫通孔1cと他方の第3の貫通孔1cも、水素透過膜1の対角方向の各位置に配置されている。
水素透過膜1、シール部材2、第1の支持部材3、第2の支持部材4、開口部2A、原料ガス供給用連通孔5、残ガス排出用連通孔6、精製ガス排出用連通孔7については、本実施の形態に示される他にも、その機能さえ満たせるのであれば形状に関する制限は無いのは当然である。また、原料ガス供給用連通孔5、残ガス排出用連通孔6、精製ガス排出用連通孔7などの数、位置等についても、本実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更が可能である。
Further, in this embodiment, an example in which the hydrogen
Hydrogen
ガスケット2は、図2、図3、図5および図6に示すように、その外周縁が水素透過膜1の外周縁とほぼ一致すべく正方形状に形成されているとともに、内方に形成された開口部2Aが外周縁と同軸状の正方形状に形成されている。また、ガスケット2の四隅部には、それぞれ後述する原料ガス供給用連通孔5を構成する第1の貫通孔2a、同じく後述する残ガス排出用連通孔6を構成する第2の貫通孔2b、同じく後述する精製ガス排出用連通孔7を構成する第3の貫通孔2c、2cが形成されている。第1の貫通孔2aと第2の貫通孔2bは、ガスケット2の対角方向の各位置に配置されており、一方の第3の貫通孔2cと他方の第3の貫通孔2cも、ガスケット2の対角方向の各位置に配置されている。
As shown in FIGS. 2, 3, 5, and 6, the
このガスケット2は、例えば、所定材質の板を出発材料として、打抜プレス加工やワイヤカット加工、ドリル加工等の手法により、内部に開口部2A、ガス用貫通孔2a、2b、2c等を形成することにより製作される。また、樹脂材料の場合には、所定形状の金型への射出成形等の方法によっても製作することが可能である。
The
また、ガスケット2には、その機能上、上述した軸方向において、交互に配置された第1のガスケット(第1のシール部材)21と、第2のガスケット(第2のシール部材)22があり、本実施の形態では同一形状のものを用いることが可能である。しかしながら、これら2種類のガスケットの形状は、その機能上の要件から、それぞれが異なる形状となる場合がある。
Further, the
第1のガスケット21には、図5に示すように、当該第1のガスケット21の内方に水素含有ガスを導き入れるための原料ガス導入孔21aが設けられているとともに、この原料ガス導入孔21aによって導入された水素含有ガスのうち水素透過膜1を透過せずに残った残ガスを流出するための残ガス流出孔21bが形成されている。原料ガス導入孔21aは、第1の貫通孔2aに連通するとともに、開口部2Aにおける第1の貫通孔2aの近傍の隅部の内周面に開口している。また、残ガス流出孔21bは、第2の貫通孔2bに連通するとともに、開口部2Aにおける第2の貫通孔21bの近傍の隅部の内周面に開口している。
As shown in FIG. 5, the
一方、第2のガスケット22には、図6に示すように、一対の精製ガス流出孔22a、22aが形成されている。各精製ガス流出孔22aは、原料ガス導入孔21aを介して第1のガスケット21の開口部2Aに導入された水素含有ガスのうち水素透過膜1を透過して第2のガスケット22の開口部2Aに流入したガス、すなわち水素富化ガスを流出するためのものであり、それぞれ各第3の貫通孔2cに連通するとともに、開口部2Aにおける各第3の貫通孔2cの近傍の隅部の内周面に開口している。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the
また、第1のガスケット21は、図2および図3に示すように、隣り合う一対の水素透過膜1間にかならず配置されるようになっている。これに対して、第2のガスケット22は、水素透過膜1と第1の支持部材3との間および水素透過膜1と第2の支持部材4との間にも配置されるようになっている。ただし、第1のガスケット21についても、水素透過膜1と第1の支持部材3との間や、水素透過膜1と第2の支持部材4との間に設けてもよい。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the
そして、各ガスケット2は、Ni、Ni合金、Cu(銅)、Cu合金、Al(アルミニウム)、Al合金またはSUS(ステンレス鋼)等の金属によって、0.05〜5mm、より好ましくは0.08〜3mmの厚さに形成されている。
Each
ガスケット2の厚さを上述のように0.05mm以上に設定したのは、0.05mm未満では上述した圧縮荷重Pによって弾性変形や塑性変形した際に、水素透過膜1や第1の支持部材3や第2の支持部材4に対して気密性を保つために必要なだけの変形代をとれず、また原料ガス導入孔21a、残ガス流出孔21bまたは精製ガス流出孔22aの加工が困難になるとともに、剛性が小さく容易に変形してしまうことから取り扱いが困難になるからである。
The thickness of the
また、ガスケット2の厚さを上述のように5mm以下に設定したのは、5mmを超えると、水素透過膜1と交互に積層した際に、その積層する軸方向の寸法が増大し、体積効率が低下してしまうからである。
Further, the thickness of the
このため、上述した各理由により、ガスケット2の厚さは、0.08〜3mmに設定することがより好ましい。
For this reason, it is more preferable to set the thickness of the
第1および第2の支持部材3、4は、図1〜図2に示すように、外周縁が水素透過膜1やガスケット2の外周縁とほぼ一致すべく正方形状に形成された例えばSUS製(金属製)の板によって形成されている。
ただし、第1および第2の支持部材3、4は、これらの間に層状に配置された水素透過膜1および第1、第2のガスケット21、22が気密性を保つための圧縮荷重Pが、均一に付加されるよう、適切に配置された1本または複数本の高強度ボルト等を用いて締結保持される。
したがって、第1および第2の支持部材3、4には、その機能上、第1、第2のガスケット21、22と比較して、同一材質でも少なくとも等しい強度、好ましくは、より高強度の材料を用いる必要がある。
As shown in FIGS. 1 to 2, the first and
However, the first and
Accordingly, the first and
そして、第1の支持部材3には、水素透過膜1およびガスケット2における第1の貫通孔1a、2aに対応する位置に第1の貫通孔3aが形成されている。
また、第2の支持部材4には、水素透過膜1およびガスケット2における第2の貫通孔1b、2bに対応する位置に第2の貫通孔4bが形成されているとともに、同水素透過膜1およびガスケット2における各第3の貫通孔1c、1c、2c、2cに対応する位置にそれぞれ第3の貫通孔4c、4cが形成されている。
The
The
このため、水素透過膜1、ガスケット2および第1の支持部材3の各第1の貫通孔1a、2a、3aによって第1の支持部材3から各第1のガスケット21の原料ガス導入孔21aに通じる原料ガス供給用連通孔5(図1、図2及び図4)が構成された状態になる。また、水素透過膜1、ガスケット2および第2の支持部材4の各第2の貫通孔1b、2b、4bによって第2の支持部材4から各第1のガスケット21の残ガス流出孔21bに通じる残ガス排出用連通孔6(図1、図2および図4)が構成された状態になる。さらに、水素透過膜1、ガスケット2および第2の支持部材4の各第3の貫通孔1c、2c、4cによって第2の支持部材4から各第2のガスケット22の各精製ガス流出孔22aに通じる精製ガス排出用連通孔7(図1、図3および図4)が構成された状態になる。
For this reason, the hydrogen gas
なお、第1の支持部材3に形成した第1の貫通孔3aは、第2の支持部材4、あるいは第1および第2の支持部材3、4の双方に設けてもよい。また、第2の支持部材4に形成した第2および第3の貫通孔4b、4cは、第1の支持部材3、あるいは第1および第2の支持部材3、4の双方に設けてもよい。
The first through hole 3 a formed in the
また、上述した水素含有ガスとしては、例えばメタノール、ガソリン、LNG、LPG等の炭化水素系原料を水蒸気改質して得られる混合ガス、その他の水素を含むガスの使用が可能である。
そして、水素含有ガスは、通常、0.15〜2.0MPaの圧力で原料ガス供給用連通孔5から原料ガス導入孔21aを介して第1のガスケット21の開口部2A内に供給され、各水素透過膜1に対応する位置において100〜600℃の高温雰囲気に保持された状態で水素の分離が行われることになる。
In addition, as the hydrogen-containing gas described above, for example, a mixed gas obtained by steam reforming a hydrocarbon-based raw material such as methanol, gasoline, LNG, or LPG, or other gas containing hydrogen can be used.
The hydrogen-containing gas is normally supplied from the source gas
上記のように構成された水素分離精製装置においては、第1および第2の支持部材3、4によって、複数の水素透過膜1およびガスケット2に圧縮荷重Pを付加することにより、各ガスケット2が弾性変形や塑性変形を起こして各水素透過膜1の膜面1Aや第1または第2の支持部材3、4の内面に確実に密着した状態になる。このため、第1のガスケット21の開口部2A内が0.15〜2.0MPaの圧力に加圧された場合でも、ガスケット2が十分に弾塑性変形することにより、水素含有ガスが第1のガスケット21と水素透過膜1の間から漏れるのを防止することができる。
In the hydrogen separation and purification apparatus configured as described above, each
また、空気を含む種々のガス等が第2のガスケット22と水素透過膜1との間から当該第2のガスケット22の開口部2Aに浸入するのも防止することができるとともに、第1のガスケット21側から水素透過膜1を透過して第2のガスケット22側に流入した水素富化ガスが第2のガスケット22と水素透過膜1との間から漏れるのも防止することができる。
Further, various gases including air can be prevented from entering the
したがって、水素含有ガスやその他のガス等が水素透過膜1を透過後の水素富化ガスに混入するのを防止することができるので、純度の高い水素を回収することができる。しかも、水素含有ガスあるいは水素富化ガスが外部に漏れるのも防止することができる。
Accordingly, it is possible to prevent the hydrogen-containing gas or other gas from being mixed into the hydrogen-enriched gas that has passed through the hydrogen
また、ガスケット2を水素透過膜1や第1および第2の支持部材3、4に抵抗溶接等により接合する必要がないので、少ない工数で簡単に組み立てることができるとともに、水素透過膜1をガスケット2や第1および第2の支持部材3、4とは材質の異なる上述した種々の金属材料で構成することができる。また、水素透過膜1を金属以外の例えばカーボン系材料、樹脂材料、セラミック材料等で構成することも可能である。
Further, since it is not necessary to join the
さらに、ガスケット2としては、上述したガス漏れを防止することが可能な変形代が得られる厚さで、かつ原料ガス導入孔21aおよび残ガス流出孔21bの加工が可能な厚さに構成すればよいことから、上述のように極めて薄いもので構成することができる。したがって、軸方向の寸法を抑えることができるので、コンパクトで、しかも水素透過面積が大きく水素の回収効率の高いものを得ることができる。
Furthermore, the
また、各第1のガスケット21が隣り合う一対の水素透過膜1間に必ず配置されることになっているので、水素含有ガスが必ず一対の水素透過膜1の間に供給されることになる。したがって、水素透過膜1の面積を最大限に有効に利用することができるので、水素の回収効率の向上を図ることができる。
In addition, since each
さらに、水素含有ガスを原料ガス供給用連通孔5に供給すると、当該水素含有ガスは、各第1のガスケット21の原料ガス導入孔21aから当該第1のガスケット21内に流入し、水素透過膜1を透過せずに第1のガスケット21内に残った残ガスが原料ガス導入孔21aと対角方向に位置する残ガス流出孔21bから残ガス排出用連通孔6を通して外部に排出されることになる。また、各第1のガスケット21から水素透過膜1を透過して第2のガスケット22に流入した水素富化ガスは、原料ガス導入孔21aおよび残ガス流出孔21bが配置されている対角方向とは直交する方向の対角方向に配置された各精製ガス流出孔22aから精製ガス排出用連通孔7を通して排出されることになる。したがって、水素含有ガスを原料ガス供給用連通孔5に連続的に供給するだけで、精製ガス排出用連通孔7から純度の高い水素を連続的に回収することができる。また、残ガス排出用連通孔6から排出される残ガスは、必要に応じて水素含有ガスとして再度使用することも可能である。
Further, when the hydrogen-containing gas is supplied to the source gas
また、水素透過膜1として、上述した各金属を用いることにより、原理的に水素含有ガスから100%の水素を分離回収することができる。この場合、水素含有ガスが上述した0.15〜2.0MPaの圧力で供給され、一方、回収される水素富化ガスの圧力は概ね0.1MPaに維持されているため、水素透過膜1の膜面1Aに両者の差圧として約0.05〜1.9MPaが作用することになる。ここで、水素含有ガス中の水素分圧(水素含有率により変化)が、水素富化ガス中の水素分圧(水素富化ガスがほぼ100%水素の場合、水素富化ガスの圧力と同等)がより高い場合、水素含有ガス中の分子状水素が一方の膜面1Aから原子状水素になって当該水素透過膜1の金属の原子によって構成される格子内に侵入し、上記水素分圧差によって格子内を通過して、他方の膜面1A側で再び分子状水素(ガス)となることにより、選択的に水素ガスのみを分離・精製することができる。
Further, by using each of the above-described metals as the hydrogen
さらに、水素透過膜1における水素の分離は、100〜600℃の高温雰囲気中で行われることになるが、上記水素分離条件に適した金属水素透過膜を選択することにより、これらの温度範囲で十分耐え得る水素透過膜1を構成することができる。
Furthermore, hydrogen separation in the hydrogen
しかも、水素透過膜1として上記金属を用いることにより、当該水素透過膜1を上述のように5〜100μmと極めて薄く構成した場合でも、第1のガスケット21と第2のガスケット22との間の差圧(0.05〜1.9MPa)に対しても十分耐え得る強度の高い水素透過膜1を得ることができる。したがって、コンパクトに構成することができるとともに、水素の回収効率の向上を図ることができる。なお、水素透過膜1の厚さを5〜100μmとしたのは、5μm未満では、上記差圧によって当該水素透過膜1が破損するおそれがあるからであり、100μmを超えると水素原子の移動抵抗が大きくなって水素の分離効率が低下するからである。したがって、この理由から、水素透過膜1の厚さは、上述のように、10〜50μmの厚さに設定することがより好ましい。
In addition, by using the metal as the hydrogen
また、ガスケット2についても、それぞれの水素分離条件に適した金属材料を選択することにより、水素含有ガスに含まれる腐食性のガスによってガスケット2が腐食されるのを極力防止することができるとともに、水素を分離する際の最も高温となる雰囲気(例えば600℃)において、連続的に使用することができる。
In addition, for the
なお、上記実施の形態においては、水素透過膜1を上述した金属による単一膜で構成した例を示したが、この水素透過膜1は、カーボン系材料による単一膜、樹脂による単一膜、セラミックによる単一膜、樹脂とセラミックによる複合膜、樹脂と上記各金属による複合膜、セラミックと上記各金属による複合膜または樹脂とセラミックと上記各金属の複合膜によって形成してもよい。このように、水素透過膜1を構成する材料を選定することにより、要求される水素の純度に則した水素富化ガスを生産することが可能になる。たとえば、樹脂の単一膜で水素透過膜1を構成した場合には、純度は高くないが安価な水素を提供することができ、また上記各金属の単一膜やこの金属膜を含む複合膜で水素透過膜1を構成した場合には、純度が極めて高くかつ高価な水素を提供することができる。
In the above embodiment, the hydrogen
また、ガスケット2はカーボン系材料や樹脂やセラミック等によって構成してもよく、例えば樹脂を用いる場合にはポリアミド系の耐熱樹脂を用いることが好ましい。ポリアミド系の耐熱樹脂でガスケット2を構成した場合には、水素含有ガスに含まれる腐食性のガスによってガスケット2が腐食されるのを防止することができるとともに、300℃程度の雰囲気温度でも連続的に使用することができる。しかも、圧縮荷重Pによって大きな弾塑性変形が生じることから、高圧の水素含有ガスが供給された場合でも、水素含有ガスが水素透過膜1とガスケット2との間から漏れるのを確実に防止することができる。
The
さらに、水素透過膜1、ガスケット2、第1の支持部材3および第2の支持部材4を正方形状に形成したものを示したが、これらは、長方形状、その他の多角形状、円形状、楕円形状等の他の形状のもので構成してもよい。
Further, the hydrogen
一方、上記実施の形態においては、第2のガスケット22として内方に正方形状の開口部2Aを有するものを示したが、この第2のガスケット22の開口部2Aには、水素透過膜1の一方の膜面1Aを保持するとともに、当該水素透過膜1を透過した水素富化ガスの流通を可能とする孔を有するバックアップ部材を設けるように構成してもよい。この場合のバックアップ部材は、例えば精製ガス流出孔22aに連通する複数の孔を有する多孔質材や、精製ガス流出孔22aに連通する蛇行形状のスリットを有する部材や複数の孔を有するパンチングメタル部材等によって構成することが可能である。
On the other hand, in the above-described embodiment, the
図8は、第2のガスケット22の開口部2Aに蛇行するスリット22bを有するバックアップ部材を一体的に形成した第1の他の例を示している。すなわち、第2のガスケット22を構成する正方形状の板に、上述した開口部2Aに相当する部分にスリット22bを複数回蛇行するように形成するとともに、その蛇行するスリット22bの各端部を精製ガス流出孔22aに連通させたもので構成されている。
第1のガスケット21についても、第2のガスケット22における上記第1の他の例と同様に構成してもよい。ただし、この場合には、スリット22bの各端部を原料ガス導入孔21aおよび残ガス流出孔21bにそれぞれ連通させることになる。
FIG. 8 shows a first other example in which a backup member having a
The
また、図9は、第2のガスケット22の開口部2Aに複数の孔を有するパンチングメタル部材(バックアップ部材)を一体的に形成した第2の他の例を示している。すなわち、上述した開口部2Aに相当する部分には、水素透過膜1の一方の膜面1Aが当接する側に第2のガスケット22と一体の平板22cが形成され、この平板22cにおける水素透過膜1とは反対側に上記開口部2Aを同じ大きさの凹部22dが形成されている。そして、平板部22cには、水素透過膜1を透過後の水素富化ガスが通過可能な孔22eが複数形成されており、凹部22dの隅部内周面には、精製ガス流出孔22aが開口している。このように構成した第2のガスケット22は、凹部22d側の面を重ね合わせた状態で使用することになる。
第1のガスケット21についても、第2のガスケット22における上記第2の他の例と同様に構成してもよい。
FIG. 9 shows a second other example in which a punching metal member (backup member) having a plurality of holes is integrally formed in the
The
上述のようなそれぞれのバックアップ部材を有する第2のガスケット22を用いた場合には、第1のガスケット21内に供給される水素含有ガスの圧力によって、水素透過膜1の各膜面1Aに作用する差圧が増大した場合でも、当該水素透過膜1をバックアップ部材によって支えることができる。したがって、上記差圧を増大させることができるので、水素が水素透過膜1を透過する効率を向上させることができ、水素回収効率の向上を図ることができる。
When the
また、第1のガスケット21に上述のようなそれぞれのバックアップ部材を設けた場合には、背圧が高くなるなどによって、ガスの逆流が生じた場合にも、水素透過膜1を保護することができる。
Further, when each of the backup members as described above is provided in the
なお、上記第1のガスケット21及び第2のガスケット22は、それぞれ図10及び図11に示すように、複数(ここで示す例では3つ)の部材で構成したものであってもよい。
The
すなわち、第1のガスケット21は、図10に示すように、正方形状の板状に形成された上面部材211、中間面部材212および下面部材213によって3層状に構成されている。すなわち、図10は、第1のガスケット21の第3の他の例を示している。各部材211、212、213には、上述した開口部2A、第1の貫通孔2a、第2の貫通孔2bおよび第3の貫通孔2cが形成されている。また、中間面部材212は、上述した原料ガス導入孔21aおよび残ガス流出孔21bに対応する位置に、当該各孔21a、21bと平面視で同一の形状の切欠21A、21Bが形成されている。
That is, as shown in FIG. 10, the
したがって、上面部材211、中間面部材212および下面部材213を積層することにより、原料ガス導入孔21a、残ガス流出孔21b等を有する第1のガスケット21を構成することができる。
この場合、原料ガス導入孔21a、残ガス流出孔21bに相当する切欠21A、21Bを、開口部2Aや各貫通孔2a、2b、2cと同様に打抜プレス加工やワイヤカット加工、ドリル加工等の手法により、中間面部材212に簡単に形成することができる。よって、原料ガス導入孔21aおよび残ガス流出孔21bを有する厚さの薄い第1のガスケット21を簡単に製造することができる。
Therefore, by laminating the
In this case, the
一方、第2のガスケット22は、図11に示すように、正方形状の板状に形成された上面部材221、中間面部材222および下面部材223によって3層状に構成されている。すなわち、図11は、第2のガスケット22の第3の他の例を示している。各部材221、222、223には、上述した開口部2A、第1の貫通孔2a、第2の貫通孔2bおよび第3の貫通孔2cが形成されている。また、中間面部材222は、上述した各精製ガス流出孔22a、22aに対応する位置に、当該各孔22a、22aと平面視で同一の形状の切欠22A、22Aが形成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 11, the
したがって、上面部材221、中間面部材222および下面部材223を積層することにより、精製ガス流出孔22a、22a等を有する第1のガスケット21を構成することができる。よって、上述した3層状の第1のガスケット21と同様の理由により、精製ガス流出孔22a、22aを有する厚さの薄い第2のガスケット22を簡単に製造することができる。
Therefore, the
また、第1のガスケット21および第1のガスケット21の第2の他の例に対して、上述したバックアップ部材を有する第2の他の例や第3の他の例を組み合わせてもよい。
Moreover, you may combine the 2nd other example which has the backup member mentioned above, and the 3rd other example with respect to the 2nd other example of the
1 水素透過膜
1A 膜面
2 ガスケット(シール部材)
2A 開口部
3 第1の支持部材
4 第2の支持部材
5 原料ガス供給用連通孔
6 残ガス排出用連通孔
7 精製ガス排出用連通孔
21 第1のガスケット(第1のシール部材)
21a 原料ガス導入孔
21b 残ガス流出孔
22 第2のガスケット(第2のシール部材)
22a 精製ガス流出孔
22e 孔
P 圧縮荷重
1 Hydrogen permeable membrane
21a Raw material
22a Purified gas outflow hole 22e Hole P Compressive load
Claims (10)
上記シール部材のうち上記軸方向に一つおきに配置された第1のシール部材には、当該第1のシール部材の内方に水素含有ガスを導き入れるための原料ガス導入孔が設けられているとともに、この原料ガス導入孔によって導入された上記水素含有ガスのうち上記水素透過膜を透過せずに残った残ガスを流出するための残ガス流出孔が設けられており、
上記シール部材のうち上記第1のシール部材以外の第2のシール部材には、上記原料ガス導入孔によって導入された上記水素含有ガスのうち上記水素透過膜を透過した後のガスを流出する精製ガス流出孔が設けられていることを特徴とする水素分離精製装置。 A hydrogen permeable membrane having selective hydrogen permeability and a plate-like sealing member having an opening inward in close contact with the peripheral portion of the membrane surface of the hydrogen permeable membrane are alternately arranged in layers. A first support member installed via the seal member on the hydrogen permeable membrane located at one end in the axial direction, which is the direction in which the gas is disposed, and the hydrogen permeation located at the other end in the axial direction With the second support member installed on the membrane via the seal member, the plurality of hydrogen permeable membranes and the seal member are held in a state where a compression load is applied,
Of the sealing members, the first sealing members arranged every other in the axial direction are provided with source gas introduction holes for introducing the hydrogen-containing gas into the inside of the first sealing member. In addition, a residual gas outflow hole is provided for flowing out the residual gas remaining without passing through the hydrogen permeable membrane among the hydrogen-containing gas introduced by the raw material gas introduction hole.
The second sealing member other than the first sealing member among the sealing members is purified to flow out the gas after passing through the hydrogen permeable membrane among the hydrogen-containing gas introduced by the source gas introduction hole. A hydrogen separation and purification apparatus, wherein a gas outflow hole is provided.
上記第1の支持部材および第2の支持部材のうち少なくとも一方から上記第1のシール部材の残ガス流出孔に通じる残ガス排出用連通孔が形成され、
上記第1の支持部材および第2の支持部材のうち少なくとも一方から上記第2のシール部材の精製ガス流出孔に通じる精製ガス排出用連通孔が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の水素分離精製装置。 A source gas supply communication hole communicating from at least one of the first support member and the second support member to the source gas introduction hole of the first seal member is formed,
A residual gas discharge communication hole communicating from at least one of the first support member and the second support member to the residual gas outflow hole of the first seal member is formed;
The purified gas discharge communication hole is formed from at least one of the first support member and the second support member to the purified gas outflow hole of the second seal member. 2. The hydrogen separation and purification apparatus according to 2.
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