JP2006102662A - Hydrogen permeation separation material and production method therefor - Google Patents

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正昭 田中
Hitoshi Ozaki
仁 尾崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen permeation separation material with superior durability, heat resistance and workability, and enhanced strengths, while further thinning by improving strengths of a hydrogen permeation separation membrane which is a constituent, reducing cost, improving hydrogen permeation speed, and achieving high hydrogen concentration by reducing pin holes. <P>SOLUTION: In the hydrogen permeation separation material 1, the hydrogen permeation separation membrane 3 comprising a rolled multi-layered structure by diffusion bonding of a Pd layer 8, a Ta layer 9 and a Pd outer layer 10, each having extremely few pin holes, are diffusion-bonded on one surface of a porous metal 2 having communicating fine holes. Thus, the material allows the permeation of highly concentrated hydrogen, has superior workability, can be thinned by enhanced strengths, is inexpensive, and has a high hydrogen permeation speed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、メタンガスなどの炭化水素ガスと水蒸気の混合ガスから、水素ガスを分離して、高純度の水素ガスを生成するために用いる水素透過分離材と、その製造方法に関するものである。   The present invention relates to a hydrogen permeable separation material used for separating hydrogen gas from a mixed gas of hydrocarbon gas such as methane gas and water vapor to produce high-purity hydrogen gas, and a method for producing the same.

燃料としてガソリン、都市ガスであるメタン、又は液体であるメタノールやエタノール等の炭化水素、又は酸素元素を含む炭化水素を水蒸気等により改質して水素を生成する水素生成システムと燃料電池とを結合したシステムが、可搬型電源、定置型電源、電気自動車に搭載する電源等として期待されている。   Combining a fuel cell with a hydrogen generation system that generates hydrogen by reforming gasoline, city gas, methane, liquid hydrocarbons such as methanol and ethanol, or hydrocarbons containing oxygen elements with water vapor etc. Such a system is expected as a portable power source, a stationary power source, a power source mounted on an electric vehicle, and the like.

しかしながら、前記改質ガス中には1%程度の一酸化炭素ガスが含まれており、これが固体高分子型の燃料電池の電極触媒である白金を被毒するといった問題がある。固体高分子型の燃料電池の場合には、50ppm程度の一酸化炭素ガスでも白金被毒を受けるため、一酸化炭素ガス濃度を10ppm以下に低減する必要がある。   However, the reformed gas contains about 1% carbon monoxide gas, which has a problem of poisoning platinum which is an electrode catalyst of a solid polymer fuel cell. In the case of a solid polymer type fuel cell, since the carbon monoxide gas is also poisoned with platinum by about 50 ppm, it is necessary to reduce the carbon monoxide gas concentration to 10 ppm or less.

その低減方法として、選択的に水素のみを透過させるPd又はPdを含有する合金を使用した水素混合気体からの水素分離法が従来から知られている。ここでPd又はPd合金を水素分離体として用いる場合、通常これを薄膜状に加工して使用する。   As a reduction method thereof, a hydrogen separation method from a hydrogen mixed gas using Pd or an alloy containing Pd that selectively permeates only hydrogen is conventionally known. Here, when Pd or Pd alloy is used as a hydrogen separator, it is usually processed into a thin film.

例えば、Pd膜又はPd合金膜で円筒状のチューブを作り、その一端を密封溶接してチューブの外側に加圧された原料水素ガスを供給し、そして一定温度まで加熱すると、前記チューブ表面に接触している水素分子は原子状に解離し、Pdと固溶体を形成してPdに取り込まれる。   For example, when a cylindrical tube is made of a Pd film or a Pd alloy film, one end of the tube is sealed and welded, and pressurized raw material hydrogen gas is supplied to the outside of the tube. The hydrogen molecules that are dissociated into atoms form a solid solution with Pd and are taken into Pd.

前述により、取り込まれた水素原子は、チューブ内外の水素分圧により、圧力が高いチューブの外側から低い内側へ拡散し、その内側表面で再度水素分子となる。原料水素ガスに含有されている多くの不純物は、Pdとは反応しないため、チューブの外側に残存し、これにより水素が精製される。   As described above, the incorporated hydrogen atoms diffuse from the outside of the high pressure tube to the low inside due to the hydrogen partial pressure inside and outside the tube, and become hydrogen molecules again on the inside surface. Many impurities contained in the raw material hydrogen gas do not react with Pd, and therefore remain outside the tube, thereby purifying the hydrogen.

従来、Pd合金単一管を用いた水素精製装置は実用化されている。しかしながら用いられている管の膜厚は80μm以上で、水素透過量が少なく、且つ高価である。   Conventionally, a hydrogen purifier using a single Pd alloy tube has been put into practical use. However, the thickness of the tube used is 80 μm or more, and the hydrogen permeation amount is small and expensive.

一方、セラミック多孔質支持体表面にPd合金膜をメッキ法により20μm形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   On the other hand, a method has been proposed in which a Pd alloy film is formed on the surface of a ceramic porous support by 20 μm by a plating method (see, for example, Patent Document 1).

この方法ではセラミックから成る多孔質支持体の外表面にPd膜を被覆して機械的強度を高めている。   In this method, the mechanical strength is increased by coating a Pd film on the outer surface of a porous support made of ceramic.

しかしながら、従来のセラミックから成る多孔質支持体表面にPd膜或いはPd合金膜(以下単にPd合金膜とする)をメッキ法により形成する方法では、Pd合金膜が薄くなるとピンホールのようなものからの漏れが多くなる。その結果、原料水素ガスの純度が低いと得られる水素の純度が、例えばPd合金膜の厚さ20μmでは純度99.99%、10μmでは99.9%、5μmでは99%となるなど、透過した水素の純度が低下するといった問題がある。   However, in the conventional method of forming a Pd film or a Pd alloy film (hereinafter simply referred to as a Pd alloy film) on the surface of a porous support made of ceramic by a plating method, if the Pd alloy film becomes thin, it becomes like a pinhole. More leaks. As a result, the purity of hydrogen obtained when the purity of the raw material hydrogen gas is low, for example, the purity is 99.99% when the thickness of the Pd alloy film is 20 μm, 99.9% when the thickness is 10 μm, and 99% when the thickness is 5 μm. There is a problem that the purity of hydrogen is lowered.

また、セラミックから成る多孔質支持体の多くは、前記Pd合金膜に比べて熱膨張率が低いため、高温で使用した場合、管状多孔質支持体の外周面上に被覆したPd合金膜が剥離したり亀裂を生じたりして、原料水素ガスが精製した水素側に漏洩することがある。   Also, since many of the porous supports made of ceramic have a lower coefficient of thermal expansion than the Pd alloy film, the Pd alloy film coated on the outer peripheral surface of the tubular porous support peels off when used at a high temperature. In some cases, the source hydrogen gas leaks to the purified hydrogen side.

さらに、多孔質支持体表面にPd合金膜を形成して成る水素透過膜をフランジ等に取り付けて水素透過膜装置を組み立てる際、或いは使用時の振動により、水素透過膜の外表面に機械的衝撃,摩擦が加わって水素透過膜に損傷を与えることがある。   Furthermore, when a hydrogen permeable membrane device formed by forming a Pd alloy membrane on the porous support surface is attached to a flange or the like to assemble a hydrogen permeable membrane device, or due to vibration during use, a mechanical shock is applied to the outer surface of the hydrogen permeable membrane. , Friction may damage the hydrogen permeable membrane.

また、複数本の管状の水素透過膜を用いた装置に温度分布の差が生じた場合、各水素透過膜の間での熱の伝導がないため一部の水素透過膜の熱膨張が大きくなり、それらの水素透過膜とフランジ等との結合部に高い応力が発生し、結合部の気密性が損なわれるといった問題がある。   In addition, when a difference in temperature distribution occurs in an apparatus using a plurality of tubular hydrogen permeable membranes, thermal expansion of some hydrogen permeable membranes increases because there is no heat conduction between the hydrogen permeable membranes. There is a problem that high stress is generated at the joint between the hydrogen permeable membrane and the flange and the airtightness of the joint is impaired.

そこで、その後、従来のセラミックから成る多孔質支持体に代って、機械的強度が強くてねじり歪み,振動に強く、熱伝導が高くPd合金膜と熱膨張率の差が小さいために温度サイクルの耐久性が良く、高温での溶接等密封シールが容易でシール部からガス漏れがない等の特長を有する金属から成る多孔質支持体の検討が進められている。   Therefore, after that, instead of the conventional porous support made of ceramic, the mechanical strength is strong, the torsional strain and vibration are strong, the thermal conductivity is high, and the difference between the thermal expansion coefficient and the Pd alloy film is small. A porous support made of a metal having features such as excellent durability, easy hermetic sealing such as welding at high temperature, and no gas leakage from the sealed portion has been studied.

ここで、平滑な表面を持つ金属多孔質支持体を得るために多くの工夫がなされている。具体的には、発泡金属をプレス成型し細孔径を制御したもの。さらにこれに溶射又はメッキをするものや、複数のSUS316製金属繊維不織布或いは金網を積層焼結し、さらにこれに蒸着を行うもの(例えば、特許文献2参照)、あるいは、SUS316製の金網積層焼結多孔質体にセラミックを溶射するもの等により細孔を小さくし、平滑な表面を持つ金属多孔質支持体を形成する方法(例えば、特許文献3参照)が提案されている。   Here, many ideas have been made to obtain a metal porous support having a smooth surface. Specifically, the pore diameter is controlled by press molding foam metal. In addition, those that are sprayed or plated, those that laminate and sinter a plurality of SUS316 metal fiber non-woven fabrics or wire meshes, and that are further vapor-deposited (see, for example, Patent Document 2), or those that are made of SUS316 There has been proposed a method of forming a porous metal support having a smooth surface by reducing the pores with a ceramic sprayed porous body (for example, see Patent Document 3).

さらに、メッキ,蒸着で予め作製したPd合金膜と、微粉末の金属粉末を加熱焼結することにより形成される、骨格が細く且つポアサイズの小さな多孔質層及び粗粉末の金属粉末を加熱焼結することにより形成される、骨格が太く且つポアサイズの大きな多孔質層の2層又はそれ以上の層から構成された金属製の多孔質板とを接合して水素透過膜を構成する方法が開示されている(例えば、特許文献4参照)。   Furthermore, a Pd alloy film prepared in advance by plating and vapor deposition and a fine powdered metal powder are heated and sintered. A porous layer with a thin skeleton and a small pore size and a coarse powdered metal powder are heated and sintered. A method of forming a hydrogen permeable membrane by joining a porous metal plate composed of two or more porous layers having a large skeleton and a large pore size formed by (For example, see Patent Document 4).

しかしながら金属の多孔質支持体表面にPd合金膜を形成する従来の方法の場合、平滑な表面を持つ金属多孔質支持体を得るために蒸着や溶射等特別の処理工程を経るために全体の工程数が多く、製造方法が複雑である問題があった。   However, in the case of the conventional method for forming a Pd alloy film on the surface of a metal porous support, the entire process is performed through a special treatment process such as vapor deposition or thermal spraying in order to obtain a metal porous support having a smooth surface. There was a problem that there were many numbers and the manufacturing method was complicated.

また、特許文献4に記載のものではメッキ,蒸着でPd合金膜を作製後、これを引き剥がして再度貼り付ける工程を取っているため、金属多孔質支持体にPd合金膜を直接メッキ或いは蒸着する方法に比べて工程が複雑となる。さらに10μm以下の薄膜になると歩留りが悪く、高価になるといった問題があった。   Moreover, in the thing of patent document 4, since the process which peels and peels this off after producing Pd alloy film by plating and vapor deposition is carried out, Pd alloy film is directly plated or vapor-deposited on a metal porous support body. Compared with the method to do, a process becomes complicated. Further, when the thickness is 10 μm or less, there is a problem that the yield is poor and the cost is high.

加えて第1の問題点であるセラミック材料を用いた多孔質支持体と同様に、Pd合金膜が薄くなるとピンホールのようなものからの漏れが多くなり、その結果、原料水素ガスの純度が低いと精製後の水素の純度が、例えばPd合金膜の厚さ20μmでは純度99.99%、10μmでは99.9%、5μmでは99%となるなど、透過した水素の純度が低下するといった問題が残されたままである。   In addition, as with the porous support using the ceramic material, which is the first problem, when the Pd alloy film becomes thinner, leakage from things such as pinholes increases, and as a result, the purity of the raw material hydrogen gas increases. If it is low, the purity of the hydrogen after purification is, for example, 99.99% when the thickness of the Pd alloy film is 20 μm, 99.9% when it is 10 μm, and 99% when it is 5 μm. Is left behind.

要するに、無数の微細な孔を有する多孔質支持体表面に無欠陥のPd合金膜を形成するのは非常に困難であり、不良品が出易く歩留りが悪くなることや、一方で無欠陥のPd合金膜を形成すべくその膜厚を厚くすると、その結果として水素透過性能が低下してしまい十分な性能が発揮されず、水素の分離精製効率が悪くなり、膜厚が厚くなることによってコストが高くなるといった問題が生ずる。   In short, it is very difficult to form a defect-free Pd alloy film on the surface of a porous support having innumerable fine pores, and a defective product is likely to be produced, resulting in poor yield, and on the other hand, defect-free Pd If the film thickness is increased in order to form an alloy film, the hydrogen permeation performance deteriorates as a result, and sufficient performance is not exhibited, the hydrogen separation and purification efficiency deteriorates, and the cost increases due to the thick film thickness. The problem of becoming high arises.

このような課題を少しでも解決するために、最近では、金属粉末を焼結した多孔質体の一方にPd膜またはPd合金膜を形成した後、Pd膜またはPd合金膜の表面層に冷間塑性加工を施すことを特徴としている製造方法がある(例えば、特許文献5参照)。
特開昭62−273030号公報 特開平6−304457号公報 特開平6−91144号公報 特開2000−5580号公報 特開2002−355537号公報
In order to solve such a problem as much as possible, recently, after forming a Pd film or a Pd alloy film on one of the porous bodies sintered with metal powder, a cold is applied to the surface layer of the Pd film or Pd alloy film. There is a manufacturing method characterized by performing plastic working (see, for example, Patent Document 5).
JP-A-62-273030 JP-A-6-304457 JP-A-6-91144 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-5580 JP 2002-355537 A

しかしながら、上記特許文献5に記載される方法であっても、以前よりも透過する水素濃度が高くなってはいるが、目的とする固体高分子型の燃料電池へ供給する場合の濃度となる10ppmは満足されていない。   However, even in the method described in Patent Document 5, the hydrogen concentration that permeates is higher than before, but the concentration when supplying to the intended polymer electrolyte fuel cell is 10 ppm. Is not satisfied.

これは、多孔質体へのPdの形成方法が無電解メッキであることから、ピンホールが存在するか、あるいは、単にPd膜を形成した後に冷間塑性加工したことによるミクロな割れが生じているか、また、Pd膜の形成方法が無電解メッキ法により形成されたため冷間塑性加工時に割れが生じたためであると考えられる。   This is because the formation method of Pd on the porous body is electroless plating, so that there are pinholes or micro cracks caused by cold plastic working after simply forming a Pd film. It is also considered that the Pd film was formed by the electroless plating method and thus cracks occurred during cold plastic working.

いずれにせよ、透過する水素濃度を向上させるためには更なるPd膜の厚みを厚くしなければならないと考えられ、コストが高くなってしまうという問題がある。   In any case, in order to improve the concentration of permeating hydrogen, it is considered that the thickness of the Pd film needs to be increased, and there is a problem that the cost increases.

また、Pd膜の膜厚は5μmであるが、多孔質体に無電解メッキを施す場合、金属焼結体のような比較的大きな多孔体では、表面空孔部の内部の孔表面にもPdメッキが施され、その後に空孔が埋まり、多孔質体表面をPd膜が覆うことになる。つまり、そのような部分が局所的に発生し、みかけのPd膜厚に対して、使用するPd量が多く、高コストとなると共に、その部分では膜厚が厚くなることから水素透過量が減る。   In addition, although the Pd film has a thickness of 5 μm, when electroless plating is performed on the porous body, a relatively large porous body such as a sintered metal body also has a Pd film on the surface of the pores inside the surface pores. Plating is performed, and then the pores are filled, and the Pd film covers the porous body surface. That is, such a portion is locally generated, and the amount of Pd to be used is larger than the apparent Pd film thickness, resulting in high cost, and the hydrogen permeation amount is reduced because the film thickness is thick at that portion. .

このことから、機械的強度が強くてねじり歪み,振動に強く、熱伝導が高く、Pd合金膜と熱膨張率の差が小さいために温度サイクルの耐久性が良く、高温での溶接等密封シールが容易でシール部からガス漏れがない等の特長を有することに加えて、支持体の表面のPd膜はメッキ法より緻密とすることでピンホール低減等より、透過する水素濃度を向上させると共に、多孔体である支持体表面の空孔部へのPd膜流入量を抑制することで、Pd量の低減に伴う低コスト化、水素透過量の増加が可能な支持体を有する水素透過分離材が求められている。   Therefore, it has high mechanical strength, resistance to torsional strain and vibration, high thermal conductivity, and small difference in thermal expansion coefficient from Pd alloy film, so it has good temperature cycle durability and is hermetically sealed such as welding at high temperature. In addition to having features such as easy and no gas leakage from the seal part, the Pd film on the surface of the support is made denser than the plating method, thereby improving the concentration of permeating hydrogen by reducing pinholes, etc. The hydrogen permeation separator having a support capable of reducing the cost and increasing the hydrogen permeation amount due to the reduction of the Pd amount by suppressing the inflow amount of the Pd membrane into the pores on the surface of the support which is a porous body Is required.

かかる課題を解決するために本発明は、水素透過分離材を構成するにあたり、連通する細孔を有する多孔質金属の少なくとも一表面に、水素を透過する水素透過分離膜を拡散接合したもので、これによって、ピンホールのない、又は、非常に少ない水素透過分離膜を用いての多孔質金属表面への拡散接合となり、その結果、水素以外のガス透過量を低減でき、透過する水素濃度を非常に高くできる。また、ミクロに見ると多孔質金属の表面空孔の開口部を覆う形で膜が形成されるため、空孔内に入る水素透過分離膜の量を低減でき、使用する水素透過分離膜のPd量を低減できる。   In order to solve such a problem, the present invention, in constituting a hydrogen permeation separator, a hydrogen permeation separation membrane that permeates hydrogen is diffusion bonded to at least one surface of a porous metal having pores that communicate with each other. This results in diffusion bonding to the porous metal surface using a hydrogen permeable separation membrane with no or very little pinholes. As a result, the amount of gas other than hydrogen can be reduced, and the permeated hydrogen concentration can be greatly reduced. Can be expensive. Further, when viewed microscopically, since the membrane is formed so as to cover the opening of the surface pores of the porous metal, the amount of the hydrogen permeable separation membrane entering the pores can be reduced, and the Pd of the hydrogen permeable separation membrane to be used is reduced. The amount can be reduced.

本発明によれば、水素透過分離材は、機械的強度が強くてねじり歪み、振動に強く、熱伝導が高くPd合金膜と熱膨張率の差が小さいために温度サイクルの耐久性が良く、高温での溶接等密封シールが容易でシール部からガス漏れがない等の従来と同等の特長を有することに加えて、支持体の表面の水素透過分離膜は、メッキ法に比べてピンホールが低減できることにより、透過する水素濃度を向上でき、また、水素透過膜の強度向上による破損防止で信頼性が向上できると共に、薄膜化が可能となり材料の使用量の低減に伴う低コスト化ができ、さらに、多孔体である支持体表面の空孔部への水素透過分離膜となるPd膜の流入量を抑制することで、Pd量の低減に伴う低コスト化も可能であり、薄膜化による水素透過量を向上した水素透過分離材が得られるものである。   According to the present invention, the hydrogen permeation separator has high mechanical strength, torsional strain, resistance to vibration, high heat conduction, and a small difference in thermal expansion coefficient from the Pd alloy film, so that the durability of the temperature cycle is good. In addition to having the same features as conventional ones such as easy sealing such as welding at high temperature and no gas leakage from the seal part, the hydrogen permeable separation membrane on the surface of the support has pinholes compared to the plating method. By being able to reduce, the concentration of permeating hydrogen can be improved, and the reliability can be improved by preventing damage by improving the strength of the hydrogen permeable membrane, and the thickness can be reduced and the cost can be reduced due to the reduction in the amount of material used. Furthermore, by suppressing the inflow amount of the Pd membrane as a hydrogen permeation separation membrane into the pores on the surface of the support, which is a porous body, it is possible to reduce the cost associated with the reduction of the Pd amount. Hydrogen permeation with improved permeation In which the separation material is obtained.

請求項1に記載の発明は、連通する細孔を有する多孔質金属の少なくとも一表面に水素を透過する水素透過分離膜を拡散接合したものである。   According to the first aspect of the present invention, a hydrogen permeable separation membrane that permeates hydrogen is diffusion bonded to at least one surface of a porous metal having pores that communicate with each other.

これによって、ピンホールのない、又は、非常に少ない水素透過分離膜を用いての多孔質金属表面への拡散接合となり、水素以外のガス透過量を低減でき、透過する水素濃度を非常に高くできる。さらに、ミクロに見ると多孔質金属の表面空孔の開口部を覆う形で膜が形成されるため、空孔内に入る水素透過分離膜の量を低減でき、使用する水素透過分離膜のPd量を低減できる。   As a result, diffusion bonding to the surface of the porous metal using a hydrogen permeation separation membrane with no or very little pinholes can be achieved, the amount of gas permeation other than hydrogen can be reduced, and the concentration of permeated hydrogen can be greatly increased. . Further, when viewed microscopically, since the membrane is formed so as to cover the opening of the surface pores of the porous metal, the amount of the hydrogen permeable separation membrane entering the pores can be reduced, and the Pd of the hydrogen permeable separation membrane to be used is reduced. The amount can be reduced.

請求項2に記載の発明は、前記水素透過分離材の水素透過分離膜を、複数の層からなる多層構造膜としたものである。   According to a second aspect of the present invention, the hydrogen permeation separation membrane of the hydrogen permeation separation material is a multilayer structure membrane composed of a plurality of layers.

これによって、水素透過分離膜の強度が向上することで、破損による透過水素の濃度低下を抑制できる。また、水素透過分離膜内部の層を2層以上に増やしたので、仮に隣接する2つの層にピンホールがあったとしても、その隣接する2つの層の接合面において、対向する層のピンホール同士が連通する可能性は僅かであり、その結果、膜を貫通するピンホールにより水素以外の気体が水素透過分離膜を通過する可能性を少なくすることができる。   As a result, the strength of the hydrogen permeable separation membrane is improved, and a decrease in the concentration of permeated hydrogen due to breakage can be suppressed. In addition, since the number of layers inside the hydrogen permeable separation membrane is increased to two or more, even if there are pinholes in two adjacent layers, the pinholes in the opposing layers at the joint surface between the two adjacent layers There is little possibility that they communicate with each other, and as a result, it is possible to reduce the possibility that a gas other than hydrogen will pass through the hydrogen permeable separation membrane by the pinhole penetrating the membrane.

請求項3に記載の発明は、水素透過分離膜を、水素吸蔵量の多い金属からなる複数積層された金属層と、前記複数積層された金属層の両面に設けられたPd層とからなる多層構造膜としたものである。   According to a third aspect of the present invention, the hydrogen permeation separation membrane is a multilayer comprising a plurality of stacked metal layers made of a metal having a large amount of hydrogen storage, and Pd layers provided on both surfaces of the plurality of stacked metal layers. It is a structure film.

前記Pdは金属層に一般に用いる金属より高価で水素の拡散速度が遅いため、Pd層またはPd合金層が多層構造の膜の最外層にのみ存在して水素分子を原子とする触媒として利用することで、Pd膜の使用量を低減すると共に、多層構造にすることにより強度向上に伴う薄膜化が可能となり、Pd膜の使用量をより低減でき、高性能を維持して安価にできる。   Since the Pd is more expensive than the metal generally used for the metal layer and has a slower hydrogen diffusion rate, the Pd layer or the Pd alloy layer exists only in the outermost layer of the multilayer film and is used as a catalyst having hydrogen molecules as atoms. Thus, the use amount of the Pd film can be reduced, and a multilayer structure can be used to reduce the thickness of the Pd film along with the improvement in strength. The use amount of the Pd film can be further reduced, and high performance can be maintained and inexpensive.

請求項4に記載の発明は、水素透過分離膜における多孔質金属との接合部を有する層を、その他の層より厚く設定したものである。   The invention described in claim 4 is such that the layer having the junction with the porous metal in the hydrogen permeable separation membrane is set thicker than the other layers.

これによって、他の接合部の面積と比して接合面積が小さく強度低下する水素透過分離膜の層と多孔質金属との接合部の強度を増加でき、強度が向上すれば、水素透過分離膜の膜厚を薄くできるので、水素透過分離膜の材料費を低減できる。   As a result, the strength of the joint between the porous metal and the hydrogen permeable separation membrane layer, which has a small joint area compared to the area of the other joint and has a reduced strength, can be increased. Therefore, the material cost of the hydrogen permeable separation membrane can be reduced.

請求項5に記載の発明は、前記水素透過分離膜の金属層を構成する金属を、体心立方構造を有する高融点の遷移金属としたものである。   According to a fifth aspect of the present invention, the metal constituting the metal layer of the hydrogen permeable separation membrane is a high melting point transition metal having a body-centered cubic structure.

これによって、体心立方構造を有する高融点の遷移金属は、構造上、水素をよく吸収するので水素透過性能が高く、水素透過分離膜の中心部分の材料として適しているという作用を有する。   As a result, the high melting point transition metal having a body-centered cubic structure absorbs hydrogen well and thus has high hydrogen permeation performance, and has an effect that it is suitable as a material for the central portion of the hydrogen permeation separation membrane.

また、この水素透過分離膜を、メタンガスなどの炭化水素ガスと水蒸気の混合ガスから、水素ガスを分離して、高純度の水素ガスを生成するために用いる場合は、500℃前後の高温反応炉中に水素透過分離膜が配置されるため、水素透過性能が高い金属として高融点の金属を用いることは耐熱性の点で有利であるという作用を有する。   Further, when this hydrogen permeable separation membrane is used for separating hydrogen gas from a mixed gas of hydrocarbon gas such as methane gas and water vapor to produce high purity hydrogen gas, a high temperature reactor of about 500 ° C. Since the hydrogen permeable separation membrane is disposed therein, the use of a metal having a high melting point as a metal having high hydrogen permeation performance is advantageous in terms of heat resistance.

請求項6に記載の発明は、前記水素透過分離膜の金属層を構成する金属を、Ta、Nb、Vのいずれかとしたものである。   In a sixth aspect of the present invention, the metal constituting the metal layer of the hydrogen permeable separation membrane is any one of Ta, Nb, and V.

これらTa、Nb、Vは、水素透過性能が高い、体心立方構造を有する高融点の遷移金属であるため、Ta、Nb、V、Ta合金、Nb合金、V合金は水素透過分離膜の中心部分の材料として適しているという作用を有する。また、Ta、Nb、V、Ta合金、Nb合金、V合金は、Pdに比べて引っ張り強度が大きく、圧延性が良好であるため、圧延により金属層を薄くし易いという作用を有する。   Since these Ta, Nb, and V are high melting point transition metals having high hydrogen permeation performance and a body-centered cubic structure, Ta, Nb, V, Ta alloy, Nb alloy, and V alloy are the centers of hydrogen permeable separation membranes. It has the effect | action that it is suitable as a material of a part. Further, Ta, Nb, V, Ta alloy, Nb alloy, and V alloy have an effect that the metal layer can be easily thinned by rolling because the tensile strength is higher than that of Pd and the rollability is good.

請求項7に記載の発明は、前記水素透過分離材において、水素透過分離膜の多層構造膜である各層を拡散接合とし、多層構造膜を圧延したものである。   According to a seventh aspect of the present invention, in the hydrogen permeation separator, each layer which is a multilayer structure film of the hydrogen permeation separation film is diffusion bonded, and the multilayer structure film is rolled.

これにより、水素透過分離膜は、ピンホールのない、または、非常に少ない膜を積層して拡散接合するので、各層の水素以外のガス透過量が低減し、さらに、隣接する2つの層にピンホールがあったとしても、その隣接する2つの層の接合面において、対向する層のピンホール同士が連通する可能性は僅かであるので、膜を貫通するピンホールにより水素以外の気体が水素透過分離膜を通過する可能性を少なくすることができ、非常に透過する水素濃度は非常に高くなる。また、ミクロに見ると多孔質金属の表面空孔の開口部を覆う形で膜が形成されるため、空孔内に入る水素透過分離膜の量が低減でき、水素透過分離膜の使用量を低減でき、また、水素透過分離膜の強度が向上し、その分、膜厚を薄くできるため、水素透過量が増加すると共に、水素透過分離膜の材料使用量が低減できる。   As a result, the hydrogen permeable separation membrane has no pinholes or very few layers are laminated and diffusion-bonded, so that the gas permeation amount other than hydrogen in each layer is reduced, and the two adjacent layers are pinned. Even if there is a hole, there is little possibility that the pinholes of the opposing layers communicate with each other at the joint surface of the two adjacent layers. The possibility of passing through the separation membrane can be reduced, and the hydrogen concentration that permeates is very high. In addition, when viewed microscopically, the membrane is formed so as to cover the openings of the surface pores of the porous metal, so that the amount of hydrogen permeable separation membrane entering the pores can be reduced, and the amount of hydrogen permeable separation membrane used can be reduced. Further, the strength of the hydrogen permeation separation membrane can be improved, and the film thickness can be reduced accordingly, so that the hydrogen permeation amount can be increased and the amount of material used for the hydrogen permeation separation membrane can be reduced.

請求項8に記載の発明は、多孔質金属の少なくとも一表面に水素を吸蔵または透過する水素透過分離膜を拡散接合するものである。   According to the eighth aspect of the present invention, a hydrogen permeable separation membrane that occludes or permeates hydrogen is diffusion bonded to at least one surface of a porous metal.

これによって、ピンホールのない、または、非常に少ない水素透過分離膜を用いて多孔質金属表面の拡散接合することから、水素以外のガス透過量を低減でき、高水素濃度を透過でき水素透過分離材を製造できると共に、ミクロに見ると多孔質金属の表面空孔の開口部を覆う形で膜が形成されるため、空孔内に入る水素透過分離膜の量が低減でき、水素透過分離膜の使用量を低減できる水素透過分離材を容易に製造することができる。   This allows diffusion bonding of the porous metal surface using a hydrogen permeation separation membrane with no or very little pinholes, so that the amount of gas permeation other than hydrogen can be reduced and high hydrogen concentration can be permeated. Since the membrane is formed so as to cover the opening of the surface pores of the porous metal when viewed microscopically, the amount of the hydrogen permeable separation membrane entering the pores can be reduced, and the hydrogen permeable separation membrane Therefore, it is possible to easily produce a hydrogen permeation separation material that can reduce the amount of use.

請求項9に記載の発明は、水素透過性能を有する複数の材料を拡散接合して圧延して製造した水素透過分離膜を、多孔質金属と拡散接合すると同時または拡散接合するものである。   According to the ninth aspect of the present invention, a hydrogen permeation separation membrane manufactured by diffusion bonding and rolling a plurality of materials having hydrogen permeation performance is simultaneously or diffusion bonded with a porous metal.

これによって、各層の水素以外のガス透過量が低減し、さらに、隣接する2つの層にピンホールがあったとしても、その隣接する2つの層の接合面において、対向する層のピンホール同士が連通する可能性は僅かであるので、膜を貫通するピンホールにより水素以外の気体が水素透過分離膜を通過する可能性を少なくすることができ、非常に透過する水素濃度は非常に高くなる。また、ミクロに見ると多孔質金属の表面空孔の開口部を覆う形で膜が形成されるため、空孔内に入る水素透過分離膜の量が低減でき、水素透過分離膜の使用量を低減でき、水素透過分離膜の強度が向上し、その分、膜厚を薄くできるため、水素透過量が増加すると共に、水素透過分離膜の材料使用量が低減できる。このような安価で高性能、高濃度で水素を透過分離できる水素透過分離材を製造することができる。   As a result, the gas permeation amount other than hydrogen of each layer is reduced, and even if there are pinholes in two adjacent layers, the pinholes of the opposing layers are formed at the bonding surface of the two adjacent layers. Since there is little possibility of communication, the possibility of gas other than hydrogen passing through the hydrogen permeable separation membrane can be reduced by the pinhole penetrating the membrane, and the concentration of permeated hydrogen becomes very high. In addition, when viewed microscopically, the membrane is formed so as to cover the openings of the surface pores of the porous metal, so that the amount of hydrogen permeable separation membrane entering the pores can be reduced, and the amount of hydrogen permeable separation membrane used can be reduced. The hydrogen permeation separation membrane can be reduced in strength, and the film thickness can be reduced accordingly, so that the amount of hydrogen permeation increases and the amount of material used for the hydrogen permeation separation membrane can be reduced. Such a hydrogen permeation separator that can permeate and separate hydrogen at a high performance and at a high concentration can be manufactured.

請求項10に記載の発明は、前記拡散接合を行うに際し、拡散接合面の酸化皮膜を除去した後、拡散接合を行うものである。   In the invention according to claim 10, the diffusion bonding is performed after removing the oxide film on the diffusion bonding surface when performing the diffusion bonding.

これによって、拡散接合の阻害を防止でき、容易に拡散接合が行え、さらに、接合面の水素透過の阻害を防止でき、高性能な水素透過分離材を製造することができる。   Thereby, the inhibition of diffusion bonding can be prevented, diffusion bonding can be easily performed, and further, the hydrogen permeation of the bonding surface can be prevented, and a high-performance hydrogen permeation separator can be manufactured.

請求項11に記載の発明は、酸素が無いまたは微量濃度の雰囲気で拡散接合を行うものである。   The invention according to claim 11 performs diffusion bonding in an atmosphere containing no oxygen or in a very small concentration.

これによって、拡散接合の阻害防止により水素透過の阻害を防止でき、より高性能な水素透過分離材を製造することができる。   Accordingly, inhibition of diffusion bonding can be prevented, thereby preventing hydrogen permeation from being inhibited, and a higher performance hydrogen permeation separator can be manufactured.

請求項12に記載の発明は、前記水素透過分離膜の形成に際し、2枚のPd箔と水素透過性能の高い金属からなる複数枚の金属箔とを、前記2枚のPd箔の間に前記複数枚の金属箔が位置するように重ね合わせ、その重ね合わせた箔を、拡散接合すると同時または拡散接合した後に、圧延するようにしたものである。   In the invention according to claim 12, in the formation of the hydrogen permeation separation membrane, two Pd foils and a plurality of metal foils made of a metal having high hydrogen permeation performance are placed between the two Pd foils. A plurality of metal foils are superposed so that they are positioned, and the superposed foils are rolled simultaneously with diffusion bonding or after diffusion bonding.

これによって、Pdは金属層に一般に用いる金属より高価で水素の拡散速度が遅いため、Pd層またはPd合金層が多層構造の膜の最外層にのみ存在して水素分子を原子とする触媒として利用することでPd膜の使用量を低減すると共に、多層構造にすることにより強度向上に伴う薄膜化が可能であるため、Pd膜の使用量を一層低減でき、高性能を維持して安価となる水素透過分離材を製造することができる。   As a result, Pd is more expensive than the metal generally used for the metal layer and has a slower hydrogen diffusion rate. Therefore, the Pd layer or the Pd alloy layer exists only in the outermost layer of the multilayer film and is used as a catalyst having hydrogen molecules as atoms. As a result, the amount of Pd film used can be reduced, and a multilayer structure can be used to reduce the thickness of the Pd film, so that the amount of Pd film used can be further reduced, maintaining high performance and being inexpensive. A hydrogen permeation separator can be produced.

請求項13に記載の発明は、水素透過分離材の製造において、積層させた後に真空中でホットプレスすることにより前記拡散接合を行うようにしたものである。   In the invention of claim 13, in the manufacture of the hydrogen permeation separator, the diffusion bonding is performed by hot pressing in vacuum after laminating.

これによって、重ね合わせた箔を真空中でホットプレスすることにより、簡単に金属箔(層)表面の酸化皮膜の形成を抑えながら重ね合わせた箔を拡散接合することができる。   Accordingly, by hot pressing the stacked foils in a vacuum, the stacked foils can be diffusion-bonded while suppressing formation of an oxide film on the surface of the metal foil (layer).

請求項14に記載の発明は、前記金属箔の重ね合わせる枚数を調節することにより、水素透過分離膜の厚みを調節するものである。   In the invention described in claim 14, the thickness of the hydrogen permeable separation membrane is adjusted by adjusting the number of the metal foils to be overlapped.

これによって、金属箔の重ね合わせる枚数を増減することにより、無駄のない必要充分なPd層の厚さを確保しながら水素透過分離膜の厚みを容易に変えることができる。   Accordingly, the thickness of the hydrogen permeable separation membrane can be easily changed while ensuring a necessary and sufficient thickness of the Pd layer without waste by increasing / decreasing the number of metal foils to be overlapped.

請求項15に記載の発明は、金属箔の重ね合わせる枚数を調節することにより、水素透過分離膜における複数積層された前記金属層全体の厚みと前記Pd層の厚みとの比率を調節するものである。   According to the fifteenth aspect of the present invention, by adjusting the number of metal foils to be superimposed, the ratio of the thickness of the plurality of metal layers stacked in the hydrogen permeable separation membrane to the thickness of the Pd layer is adjusted. is there.

これによって、金属箔の重ね合わせる枚数を増減し、必要に応じて圧延を調節することにより、厚みの異なる多種類の金属箔を用意することなく、水素透過分離膜における複数積層された金属層全体の厚みとPd層またはPd合金層の厚みとの比率を容易に変えることができる。   By this, by increasing or decreasing the number of metal foils to be stacked and adjusting the rolling as necessary, it is possible to prepare a plurality of stacked metal layers in the hydrogen permeable separation membrane without preparing various types of metal foils having different thicknesses. The ratio between the thickness of the Pd layer and the thickness of the Pd alloy layer can be easily changed.

請求項16に記載の発明は、水素透過分離材の製造に際し、金属箔を構成する金属に、体心立方構造を有する高融点の遷移金属を用いるものである。   The invention described in claim 16 uses a high melting point transition metal having a body-centered cubic structure as the metal constituting the metal foil in the production of the hydrogen permeation separator.

これによって、耐熱性が高く、水素を多く固溶する材料であることから、メタンガスなどの炭化水素ガスと水蒸気の混合ガスから、水素ガスを分離して、高純度の水素ガスを生成するために用いる場合のような500℃前後の高温反応炉中での設置に適した水素透過分離材を製造することができる。   Because this is a material with high heat resistance and a large amount of solid solution of hydrogen, in order to separate the hydrogen gas from the mixed gas of hydrocarbon gas such as methane gas and water vapor to produce high purity hydrogen gas A hydrogen permeation separator suitable for installation in a high-temperature reactor at around 500 ° C. as in the case of use can be produced.

請求項17に記載の発明は、前記金属箔を構成する金属を、Ta、Nb、Vのいずれかとしたものである。   In the invention described in claim 17, the metal constituting the metal foil is any one of Ta, Nb, and V.

これによって、前記Ta、Nb、V、Ta、Nb、Vは、水素透過性能が高い、体心立方構造を有する高融点の遷移金属であり、Pdに比べて引っ張り強度が大きく、圧延性が良好であるので、耐熱性が高く、水素透過性能が良好で、薄膜化しやすい水素透過分離材を製造することができる。   As a result, Ta, Nb, V, Ta, Nb, and V are high melting point transition metals having high hydrogen permeation performance and a body-centered cubic structure, and have higher tensile strength and better rolling properties than Pd. Therefore, it is possible to produce a hydrogen permeation separator that has high heat resistance, good hydrogen permeation performance, and can be easily formed into a thin film.

請求項18に記載の発明は、水素透過分離材において、水素透過分離膜の多孔質金属との拡散接合されている面の対面から水素が透過するように設置したものである。   According to an eighteenth aspect of the present invention, in the hydrogen permeation separator, the hydrogen permeation separation membrane is installed so that hydrogen permeates from the opposite side of the surface where the hydrogen permeation separation membrane is diffusion bonded to the porous metal.

これによって、万が一に水素透過分離膜が破断した場合でも、多孔質金属の空孔部に残留する可能性があり、この場合、透過した水素と共に外部へ流出することを抑制できる。これは、例えば、透過した水素を燃料電池の燃料として利用する場合には燃料電池への異物混入による不具合が低減できるものである。   As a result, even if the hydrogen permeable separation membrane breaks, it may remain in the pores of the porous metal, and in this case, it can be suppressed from flowing out together with the permeated hydrogen. For example, when permeated hydrogen is used as fuel for a fuel cell, problems due to contamination of foreign matter into the fuel cell can be reduced.

請求項19に記載の発明は、前記水素透過分離材を管状とし、管内側に水素透過分離膜を位置させたものである。   According to a nineteenth aspect of the present invention, the hydrogen permeation separation material is tubular, and a hydrogen permeation separation membrane is positioned inside the tube.

これによって、管内表面は管外表面に比べて面積が小さくなることから、同一膜厚の水素透過分離材を設置する場合、管内側に設置することで、同一膜厚、つまり、同一の水素透過性能を維持して、水素透過分離膜の使用量を少なくできる。   As a result, the inner surface of the tube is smaller than the outer surface of the tube, so when installing hydrogen permeation separators with the same film thickness, installing them on the inner side of the tube results in the same film thickness, that is, the same hydrogen permeation. Performance can be maintained and the amount of hydrogen permeable separation membrane used can be reduced.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same structure as the past, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. Further, the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における水素透過分離材の断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a hydrogen permeation separator in Embodiment 1 of the present invention.

図1において、水素透過分離材1は、多孔質金属2と水素透過分離膜3とシール部材4とから構成されている。   In FIG. 1, a hydrogen permeable separation material 1 is composed of a porous metal 2, a hydrogen permeable separation membrane 3, and a seal member 4.

前記多孔質金属2は、例えば、ステンレス鋼、インコネル、ハステロイ等の耐熱性、耐腐食性等が比較的優れた金属からなり、円形の平板に形成されている。そして、この多孔質金属2は、円を形成する表面の接合面5と、接合面の対面の円面である外表面6と、外周面であるシール面7とからなり、内部には接合面5と外表面6とを連通する細孔が多数(無数)存在している。   The porous metal 2 is made of a metal having relatively excellent heat resistance, corrosion resistance, etc., such as stainless steel, Inconel, and Hastelloy, and is formed in a circular flat plate. And this porous metal 2 consists of the joint surface 5 of the surface which forms a circle | round | yen, the outer surface 6 which is a circular surface of a joint surface, and the sealing surface 7 which is an outer peripheral surface, and inside is a joint surface. There are a large number (numerous) of pores that connect the outer surface 5 with the outer surface 6.

水素透過分離膜3は、多層構造となっており、パラジウムのPd層8、タンタルのTa層9、Pd層8に比べて薄膜であるパラジウムのPd外層10で構成され、各層は円盤状で多孔質金属2の直径より大きい直径の約同等膜を各々の円面で直径中心に合わせて拡散接合で接合されている。   The hydrogen permeable separation membrane 3 has a multilayer structure, and is composed of a palladium Pd layer 8, a tantalum Ta layer 9, and a palladium Pd outer layer 10, which is a thin film compared to the Pd layer 8. An approximately equivalent film having a diameter larger than the diameter of the solid metal 2 is joined by diffusion bonding so as to be centered on each circle.

シール部材4は、円形ドーナツ状に形成され、ドーナツ状の空洞部に位置する内円の円周面部分である内円周面11と、ドーナツ状の天面となる円を形成しているドーナツ円面12とからなる。   The sealing member 4 is formed in a circular donut shape, and forms an inner circumferential surface 11 that is a circumferential surface portion of the inner circle located in the donut-shaped cavity, and a donut that forms a circle that becomes a donut-shaped top surface. It consists of a circular surface 12.

水素透過分離膜3は、Ta層9と接合している面の対面におけるPd層8の円面において、直径中心を同じくして多孔質金属2の接合面6と拡散接合され、それ以外の部分で前記シール部材4のドーナツ円面12と直径中心を同じくして接合されている。   The hydrogen permeation separation membrane 3 is diffusion bonded to the bonding surface 6 of the porous metal 2 with the same diameter center on the circular surface of the Pd layer 8 opposite to the surface bonded to the Ta layer 9, and other portions. And the donut circular surface 12 of the sealing member 4 is joined with the same diameter center.

また、前記シール部材4の内円周面11と多孔質金属2のシール面7は、拡散や溶接等で接合されており、筐体材12により水素透過分離材1のPd外層10におけるTa層9との接合面の対面となる部分と接触するガスが多孔質金属2の外表面6と接触するガスとが直接接触しないようにシールされている。   Further, the inner circumferential surface 11 of the sealing member 4 and the sealing surface 7 of the porous metal 2 are joined by diffusion, welding, or the like, and the Ta layer in the Pd outer layer 10 of the hydrogen permeation separation material 1 by the casing material 12. 9 is sealed so that the gas in contact with the portion that faces the joint surface 9 is not in direct contact with the gas in contact with the outer surface 6 of the porous metal 2.

以上のように構成された水素透過分離材について、以下その動作、作用を説明する。   The operation and action of the hydrogen permeable separation material configured as described above will be described below.

多孔質金属2の外表面6に存在するガスの圧力は、Pd外層10に面した部分の雰囲気ガスに比べて低圧力であるようにし、図示しないが、都市ガス、プロパンガス、灯油等の炭化水素燃料から水素を生成するために改質した後のガス、石炭やバイオマス等の有機物を熱分解して得られた熱分解ガスやタールを改質し、低分子化したガス、有機物の炭素を水蒸気と反応させた後のガス等の混合ガスを、Pd外層10に接触させて、混合ガスから水素のみを分離する。   The pressure of the gas existing on the outer surface 6 of the porous metal 2 is set to be lower than the atmospheric gas in the portion facing the Pd outer layer 10, and although not shown, carbonization of city gas, propane gas, kerosene, etc. Gas after reforming to produce hydrogen from hydrogen fuel, pyrolysis gas obtained by pyrolyzing organic matter such as coal and biomass, tar and reforming low molecular gas, organic carbon A mixed gas such as a gas after reacting with water vapor is brought into contact with the Pd outer layer 10 to separate only hydrogen from the mixed gas.

ここでは、メタンを水蒸気で改質した時の水素、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素が発生した場合の混合ガスからの水素分離について説明する。   Here, hydrogen separation from a mixed gas when hydrogen, methane, carbon dioxide, and carbon monoxide are generated when methane is reformed with steam will be described.

前記Pd外層10の表面に接触し吸着した混合ガスにおいて、Pd外層10の構成材料であるパラジウムの特性より他の金属に比して低エネルギーで水素が解離し、水素原子となり、Pd外層10の内部を通じて、Ta層9、Pd層8を通って、Pd層8の多孔質金属2との接合面まで圧力濃度差による拡散により透過する。   In the mixed gas that is in contact with and adsorbed on the surface of the Pd outer layer 10, hydrogen dissociates and becomes hydrogen atoms at a lower energy than other metals due to the characteristics of palladium that is a constituent material of the Pd outer layer 10. Through the inside, it passes through the Ta layer 9 and the Pd layer 8 and penetrates to the joint surface of the Pd layer 8 with the porous metal 2 by diffusion due to the pressure concentration difference.

そして、Pd層8の多孔質金属2との接合面において、多孔質金属2の金属部分と接合している部分以外のPd層8表面、つまり、多孔質金属2の細孔に露出しているPd層8の表面にて、水素原子は分子化し、水素ガスとなって多孔質金属2の細孔内を流通して外表面6の細孔部から外部へ透過する。このようにして、水素だけが水素透過分離膜を透過し、混合ガスから高濃度の水素を分離する。   And in the joint surface with the porous metal 2 of the Pd layer 8, it is exposed to the Pd layer 8 surface other than the part joined to the metal part of the porous metal 2, that is, the pore of the porous metal 2. On the surface of the Pd layer 8, hydrogen atoms are molecularized and become hydrogen gas that flows through the pores of the porous metal 2 and permeates from the pores of the outer surface 6 to the outside. In this way, only hydrogen permeates the hydrogen permeable separation membrane and separates high-concentration hydrogen from the mixed gas.

次に、本実施の形態における水素透過分離材の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the hydrogen permeable separation material in this Embodiment is demonstrated.

本実施の形態における水素透過分離膜3の製造方法では、厚さ9〜20μmの2枚のPd箔と、弗化水素の水溶液に漬けて酸化皮膜を除去した厚さ50〜500μmの1枚のTa箔とを、2枚のPd箔の間にTa箔が位置するように重ね合わせ、約900℃において真空(約6Pa)中で3時間、アルミナ板を介して加圧する(ホットプレスする)ことにより、拡散接合させ、その後、圧延によって厚さ25μm、35μm、50μm、100μmの水素透過分離膜3を作製する。   In the manufacturing method of the hydrogen permeable separation membrane 3 in the present embodiment, two Pd foils having a thickness of 9 to 20 μm and one sheet having a thickness of 50 to 500 μm obtained by immersing in an aqueous solution of hydrogen fluoride to remove the oxide film. Laminate Ta foil so that the Ta foil is positioned between two Pd foils, and pressurize (hot press) through an alumina plate in vacuum (about 6 Pa) at about 900 ° C. for 3 hours. Then, the hydrogen permeable separation membrane 3 having a thickness of 25 μm, 35 μm, 50 μm, and 100 μm is manufactured by rolling.

このとき、2枚のPd箔は一方が他方に比べて厚みの厚いもの使用する。   At this time, one of the two Pd foils is thicker than the other.

そして、多孔質金属2及び水素透過分離膜3をプラズマエッチングや酸水溶液で脱脂及び脱酸処理した後、直ちに、多孔質金属2の接合面5に厚みの厚いPd箔側が接触するように水素透過分離膜3を重ねて約900℃において真空(約6Pa)中で3時間、アルミナ板を介して加圧する(ホットプレスする)ことにより、拡散接合させる。   Then, after the porous metal 2 and the hydrogen permeable separation membrane 3 are degreased and deoxidized with plasma etching or an acid aqueous solution, the hydrogen permeation is immediately performed so that the thick Pd foil side contacts the bonding surface 5 of the porous metal 2. The separation membranes 3 are stacked and diffusion-bonded by applying pressure (hot pressing) through an alumina plate at about 900 ° C. in a vacuum (about 6 Pa) for 3 hours.

このとき、Pd層が0.1〜10μmの厚さになるように圧延することが好ましい。   At this time, it is preferable to perform rolling so that the Pd layer has a thickness of 0.1 to 10 μm.

これらの水素透過分離膜3だけの場合において、500℃において水素透過試験を行ったところ、膜厚が薄くなるほど水素透過性能が良好であったが、各水素透過分離膜とも良好な水素透過性能が確認できた。   When only these hydrogen permeable separation membranes 3 were subjected to a hydrogen permeation test at 500 ° C., the hydrogen permeable performance was better as the film thickness was reduced. It could be confirmed.

本実施の形態における厚さ50μmの水素透過分離膜は、厚さ50μmのPdAg(23wt%alloy)と比較して、約2倍以上の水素透過性能を有していた。   The hydrogen permeation separation membrane having a thickness of 50 μm in the present embodiment had a hydrogen permeation performance approximately twice as high as that of PdAg (23 wt% alloy) having a thickness of 50 μm.

なお、本実施の形態では、水素透過分離膜3にPdとTaとの積層膜を使用しているが、Pd合金及びTa合金でも良く、合金膜を積層させたものや、合金膜の単一膜等、多くの金属膜を利用可能である。この場合、多孔質金属2と水素透過分離3との拡散接合の相性の良い材料同士を選択すればさらに良くなる。   In the present embodiment, a laminated film of Pd and Ta is used for the hydrogen permeation separation membrane 3, but a Pd alloy and a Ta alloy may be used, or a laminated alloy film or a single alloy film. Many metal films such as films can be used. In this case, it is further improved if materials having good compatibility of diffusion bonding between the porous metal 2 and the hydrogen permeation separation 3 are selected.

以上のことから、メッキ等で水素透過分離膜3を形成した場合は緻密ではないが故に、水素透過濃度維持するべくピンホールを低減するためには膜厚を厚くする必要がある。しかしながら、本実施の形態1では、もとからピンホールのない、または、非常に少ない水素透過分離膜3を用いて多孔質金属2の表面の拡散接合することから、メッキ等により多孔質金属2に水素透過分離膜3を形成した場合のような比較的緻密ではない水素透過分離膜3に比べてピンホールが非常に少なくなり、メッキによる形成時と同一の水素透過濃度とした場合には、本実施の形態では薄膜化が可能となり、水素透過分離材1の使用量が低減できると共に、単位時間当たりの水素透過量、つまり、水素透過速度は水素透過分離膜3の膜厚が厚くなれば遅くなり、薄くなれば速くなることから、速くできる。   From the above, when the hydrogen permeable separation membrane 3 is formed by plating or the like, it is not dense. Therefore, in order to reduce pinholes in order to maintain the hydrogen permeation concentration, it is necessary to increase the film thickness. However, in the first embodiment, since the surface of the porous metal 2 is diffusion-bonded by using the hydrogen permeation separation membrane 3 which has no pinholes or very few originally, the porous metal 2 is formed by plating or the like. In the case where the hydrogen permeation separation membrane 3 is formed with a relatively small pinhole as compared with the relatively non-dense hydrogen permeation separation membrane 3, the same hydrogen permeation concentration as that formed by plating is used. In the present embodiment, it is possible to reduce the thickness, the amount of hydrogen permeation separator 1 used can be reduced, and the hydrogen permeation amount per unit time, that is, the hydrogen permeation rate can be increased if the thickness of the hydrogen permeation separation membrane 3 is increased. You can do it faster because it gets slower and faster as you get thinner.

さらに、ミクロに見ると多孔質金属2の表面空孔部を覆う形で膜が形成され、つまり、メッキ等では多孔質金属2の細孔部にも少なからずともメッキされ、条件によっては、水素透過分離膜材料が細孔の深くまで埋まってしまうことがある。   Further, when viewed microscopically, a film is formed so as to cover the surface pores of the porous metal 2, that is, in the case of plating or the like, at least the pores of the porous metal 2 are plated. The permeation membrane material may be buried deep in the pores.

この場合、透過する水素濃度には問題はないが、水素透過分離材の使用量が増加すると共に、多孔質金属2の細孔部に露出している水素透過分離膜3部分は水素が透過して放出される面となるので、細孔に露出している部分の厚みは部分的に厚くなる。このとき、多孔質金属2の素地と接触接合している部分の水素透過分離膜3が薄くても、多孔質金属2の細孔空間に露出している部分が厚ければ、水素透過速度は遅くなる。   In this case, there is no problem in the permeated hydrogen concentration, but the amount of hydrogen permeation separator increases, and the hydrogen permeation separation membrane 3 exposed in the pores of the porous metal 2 permeates hydrogen. Therefore, the portion exposed to the pores is partially thickened. At this time, even if the portion of the hydrogen permeable separation membrane 3 in contact with the substrate of the porous metal 2 is thin but the portion exposed to the pore space of the porous metal 2 is thick, the hydrogen permeation rate is Become slow.

しかしながら、本実施の形態では、膜を拡散接合するので、多孔質金属2の接合部において、水素透過分離膜3が多孔質金属2の細孔内を埋めることは無い。よって、従来に比べると、水素透過分離膜3の使用量を低減できる。   However, in this embodiment, since the membrane is diffusion-bonded, the hydrogen permeable separation membrane 3 does not fill the pores of the porous metal 2 at the joint portion of the porous metal 2. Therefore, the amount of hydrogen permeable separation membrane 3 used can be reduced as compared with the prior art.

また、水素透過分離膜3を多孔質金属2に形成した後に圧延して薄膜化する従来の方法では、緻密でないメッキで水素透過分離膜を形成していると、圧延により、破損する可能性が高く、それを回避するためには非常に厚く水素透過分離膜3を形成しなければならない。さらに、厚く形成したとしても多孔体金属2との接合部分で部分的に剥離する可能性もある。   Further, in the conventional method in which the hydrogen permeable separation membrane 3 is formed on the porous metal 2 and then rolled to form a thin film, if the hydrogen permeable separation membrane is formed by non-dense plating, there is a possibility of damage due to rolling. In order to avoid this problem, the hydrogen permeation separation membrane 3 must be formed very thick. Furthermore, even if it is formed thick, there is a possibility that it is partially peeled off at the joint portion with the porous metal 2.

しかしながら、本実施の形態では、先に圧延した水素透過分離膜3を多孔質金属2に拡散接合させるので、このような可能性を低減できる。ここで、必要に応じて多孔質金属2も先に圧延しておいても良い。   However, in the present embodiment, since the hydrogen permeable separation membrane 3 previously rolled is diffusion bonded to the porous metal 2, such a possibility can be reduced. Here, if necessary, the porous metal 2 may be rolled first.

さらに、前記多孔質金属2の細孔の変形により、細孔が塞がったり、形状が変化したりする可能性があり、その場合、その部分に埋まっている水素透過分離膜3部分が破損する可能性が高いが、この点においても、本実施の形態では低減できる。   Further, the pores of the porous metal 2 may be deformed and the pores may be blocked or the shape may be changed. In this case, the hydrogen permeable separation membrane 3 part embedded in the part may be damaged. Although this is high, this embodiment can also reduce this point.

また、水素透過分離膜3を多孔質金属2に形成した後に圧延する場合には、多孔質金属2の細孔部が圧延時の変形により塞がる部分も発生する可能性があり、これにより、水素透過分離膜3から水素を透過して放出する部分の面積が減少し、見かけの水素透過面積より、実際は小さくなり、同一条件でも水素透過量が減少する可能性がある。しかしながら、本実施の形態では、これを低減できる。   In addition, when rolling after forming the hydrogen permeable separation membrane 3 on the porous metal 2, there is a possibility that a portion where the pores of the porous metal 2 are blocked by deformation during rolling may occur. The area of the portion where hydrogen is permeated and released from the permeation separation membrane 3 is reduced, which is actually smaller than the apparent hydrogen permeation area, and the hydrogen permeation amount may be reduced even under the same conditions. However, this can be reduced in the present embodiment.

さらに、積層して多層化構造となっているので、単層に比べて強度が増加し、破損を抑制できる。また、水素透過分離膜3の更なる薄膜化、または、強度を維持するための支持体となる多孔質金属2を薄くでき、水素透過分離材1の使用量を低減できる。   Furthermore, since it is laminated and has a multilayer structure, the strength is increased as compared with a single layer, and breakage can be suppressed. Further, the hydrogen permeable separation membrane 3 can be further thinned or the porous metal 2 serving as a support for maintaining the strength can be thinned, and the amount of the hydrogen permeable separation material 1 used can be reduced.

また、水素透過分離膜3の内部の層を2層以上に増やしたので、仮に隣接する2つの層にピンホールがあったとしても、その隣接する2つの層の接合部分において、対向する層のピンホール同士が連通する可能性は僅かであるので、膜を貫通するピンホールにより水素以外の気体が水素透過分離膜3を通過する可能性を少なくすることができる。   In addition, since the number of layers inside the hydrogen permeable separation membrane 3 is increased to two or more, even if there are pinholes in two adjacent layers, at the junction between the two adjacent layers, Since there is little possibility that pinholes communicate with each other, the possibility that gases other than hydrogen pass through the hydrogen permeable separation membrane 3 can be reduced by pinholes penetrating the membrane.

さらにまた、PdはTaより高価で水素の拡散速度が遅いため、Pd層8及びPd外層10のようにPdが多層構造の膜の最外層にのみ存在して水素分子を原子とする触媒として利用することで、Pdの使用量を低減できる。   Furthermore, since Pd is more expensive than Ta and has a slower hydrogen diffusion rate, Pd is present only in the outermost layer of the multi-layered film like the Pd layer 8 and the Pd outer layer 10 and is used as a catalyst having hydrogen molecules as atoms. By doing so, the amount of Pd used can be reduced.

また、Taのような体心立方構造を有する高融点の遷移金属は、構造上、水素をよく吸収するので水素透過性能が高く、水素透過速度が速くなる。   Moreover, a high melting point transition metal having a body-centered cubic structure such as Ta absorbs hydrogen well because of its structure, so that the hydrogen permeation performance is high and the hydrogen permeation rate is high.

また、この水素透過分離材1を、メタンガスなどの炭化水素ガスと水蒸気の混合ガスから、水素ガスを分離して、高純度の水素ガスを生成するために用いる場合は、500℃前後の高温反応炉中に多孔質金属2及び水素透過分離膜3が配置されるため、水素透過性能が高い金属として高融点のTaを用いることは耐熱性の点で有利である。   Moreover, when this hydrogen permeation separator 1 is used for separating hydrogen gas from a mixed gas of hydrocarbon gas such as methane gas and water vapor to produce high-purity hydrogen gas, a high-temperature reaction at around 500 ° C. Since the porous metal 2 and the hydrogen permeable separation membrane 3 are disposed in the furnace, it is advantageous in terms of heat resistance to use Ta having a high melting point as a metal having high hydrogen permeability.

さらに、合部の面積と比して接合面積が小さく強度低下する水素透過分離膜3のPd層8と多孔質金属2との接合部の強度が向上し、水素透過分離膜3の薄膜化による使用量低減でき、また、破損を抑制できる。   Furthermore, the strength of the joint between the Pd layer 8 and the porous metal 2 of the hydrogen permeable separation membrane 3 where the joint area is smaller and the strength is lower than the joint area is improved, and the hydrogen permeable separation membrane 3 is made thinner. The amount used can be reduced, and damage can be suppressed.

また、TaはPdに比べて引っ張り強度が大きく、圧延性が良好であるため、圧延により水素透過分離膜3を製造する場合には薄くし易く加工性が向上する。   Further, since Ta has a higher tensile strength than Pd and has a good rolling property, when the hydrogen permeation separation membrane 3 is manufactured by rolling, it is easy to make it thin and the workability is improved.

また、酸化被膜除去後に真空中で拡散接合を行うことから、拡散接合の阻害となる酸化物を防止でき水素透過速度の低下を抑制できると共に、拡散接合の阻害となる酸化皮膜を除去するので容易に拡散接合を行え、高性能な水素透過分離材1を比較的容易に製造することができる。   In addition, since diffusion bonding is performed in vacuum after removal of the oxide film, it is possible to prevent the oxide that hinders diffusion bonding, suppress the decrease in hydrogen permeation rate, and easily remove the oxide film that hinders diffusion bonding. Thus, the high-performance hydrogen permeation separator 1 can be manufactured relatively easily.

このような、従来と同様の効果に加えて、高性能で、材料の使用量が少なく、強度が高く、信頼性の高い水素透過分離材1を本実施の形態に記載の製造方法で円滑に製造することができる。   In addition to the effects similar to the conventional one, the hydrogen permeation separator 1 having high performance, low material usage, high strength, and high reliability can be smoothly produced by the manufacturing method described in the present embodiment. Can be manufactured.

(実施の形態2)
図2は本発明の実施の形態2における水素透過分離材の断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the hydrogen permeation separator in Embodiment 2 of the present invention.

なお、実施の形態1と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。   In addition, about the same structure as Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

本実施の形態2が実施の形態1と異なる点は、ガスと接触する面積を同一として低体積で配置することを目的に水素透過分離材1を管状とし、管の内面に水素透過分離膜3が設置された点で異なる。   The second embodiment is different from the first embodiment in that the hydrogen permeation separation material 1 is tubular for the purpose of disposing the same area in contact with the gas at a low volume, and the hydrogen permeation separation membrane 3 is formed on the inner surface of the tube. It is different in that is installed.

図2において、水素透過分離管14aは水素透過分離材1を管状にしたものであり、管内14bに混合ガスが流通し、管内表面15から水素透過分離膜3を通じて多孔質金属2へ水素が透過し、管外表面16から管外17へ放出される。このとき、管内14bは管外17に比べて圧力が高くなるように設定されている。   In FIG. 2, the hydrogen permeation separation tube 14 a is formed by forming the hydrogen permeation separation material 1 into a tubular shape. A mixed gas flows in the tube 14 b, and hydrogen permeates from the inner surface 15 of the tube to the porous metal 2 through the hydrogen permeation separation membrane 3. And is discharged from the tube outer surface 16 to the tube outer tube 17. At this time, the inside 14 b is set to have a higher pressure than the outside 17.

以上のように構成された水素透過分離管14aについて、以下その動作、作用を説明する。   The operation and action of the hydrogen permeation separation tube 14a configured as described above will be described below.

管内14bの水素を含んだ混合ガスが管内表面15に吸着されると、水素透過分離膜3の材料特性により水素が解離して原子となり管外方向に向けて拡散により水素透過分離膜3内を透過し、多孔質金属2の接合部以外部分、つまり、多孔質金属2の連通細孔を通じて管外17に通じている水素透過分離膜3の露出面部で透過してきた水素原子が水素分子、つまり、水素ガスとなり、多孔質金属2の細孔を通じて管外表面16から管外17へ放出される。このようにして、水素だけが水素透過分離膜を透過し、混合ガスから高濃度の水素を分離する。   When the mixed gas containing hydrogen in the tube 14b is adsorbed on the tube inner surface 15, the hydrogen dissociates due to the material characteristics of the hydrogen permeable separation membrane 3 to become atoms and diffuses in the hydrogen permeable separation membrane 3 by diffusion toward the outside of the tube. Hydrogen atoms that permeate and permeate through the exposed surface portion of the hydrogen permeable separation membrane 3 that passes through a portion other than the joint portion of the porous metal 2, that is, through the communicating pores of the porous metal 2 to the outside of the tube 17, are hydrogen molecules, Hydrogen gas is released from the outer surface 16 to the outside 17 through the pores of the porous metal 2. In this way, only hydrogen permeates the hydrogen permeable separation membrane and separates high-concentration hydrogen from the mixed gas.

以上のことから、万が一に水素透過分離膜3が破断した場合でも、多孔質金属2の空孔部に残留する可能性があり、この場合、透過した水素と共に外部へ流出することを抑制できる。これは、例えば、透過した水素を燃料電池の燃料として利用する場合には燃料電池への異物混入による不具合を低減できる。   From the above, even if the hydrogen permeable separation membrane 3 is broken, it may remain in the pores of the porous metal 2, and in this case, it can be suppressed from flowing out together with the permeated hydrogen. For example, in the case where permeated hydrogen is used as fuel for the fuel cell, it is possible to reduce problems caused by contamination of the fuel cell.

さらに、管内表面15は管外表面16に比べて面積が小さくなることから、同一膜厚の水素透過分離膜3を設置する場合、管内14の側に設置することで、同一膜厚、つまり、同一の水素透過性能を維持して、水素透過分離膜の使用量を少なくできる。   Furthermore, since the inner surface 15 of the tube has a smaller area than the outer surface 16 of the tube, when the hydrogen permeable separation membrane 3 having the same film thickness is installed, by installing the hydrogen permeation separation membrane 3 on the tube 14 side, the same film thickness, The same hydrogen permeation performance can be maintained and the amount of hydrogen permeation separation membrane used can be reduced.

以上のように、本発明にかかる水素透過分離材は、耐熱性、耐圧性、水素透過性能に優れ、安価なものとして、混合ガスから水素を分離して高濃度の水素を得るために利用でき、好ましくは、生ゴミを含むバイオマス、プラスチック、石炭などの有機物固体、汚泥、石油、廃油などの有機液体等を熱分解や改質して得られる高温の混合ガスから高濃度の水素だけを選択的に分離回収し、燃料として利用するための水素透過分離材として利用できる。   As described above, the hydrogen permeation separator according to the present invention is excellent in heat resistance, pressure resistance, hydrogen permeation performance, and inexpensive, and can be used for separating hydrogen from a mixed gas to obtain high concentration hydrogen. Preferably, only high-concentration hydrogen is selected from high-temperature gas mixtures obtained by pyrolyzing and reforming organic solids such as biomass, plastics, coal, and other organic solids, sludge, petroleum, and waste oil. Can be separated and recovered and used as a hydrogen permeation separator for use as fuel.

本発明の実施の形態1における水素透過分離材の断面図Sectional drawing of the hydrogen permeable separation material in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態2における水素透過分離材の断面図Sectional drawing of the hydrogen permeable separation material in Embodiment 2 of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 水素透過分離材
2 多孔質金属
3 水素透過分離膜
14b 管内
1 Hydrogen Permeation Separation Material 2 Porous Metal 3 Hydrogen Permeation Separation Membrane 14b In Pipe

Claims (19)

連通する細孔を有する多孔質金属の少なくとも一表面に、水素を透過する水素透過分離膜が拡散接合された水素透過分離材。   A hydrogen permeation separator in which a hydrogen permeation membrane that permeates hydrogen is diffusion bonded to at least one surface of a porous metal having pores that communicate with each other. 前記水素透過分離膜を、複数の層からなる多層構造膜とした請求項1に記載の水素透過分離材。   The hydrogen permeation separation material according to claim 1, wherein the hydrogen permeation separation membrane is a multi-layered membrane composed of a plurality of layers. 前記水素透過分離膜を、水素吸蔵量の多い金属からなる複数積層された金属層と、前記複数積層された金属層の両面に設けられたPd層とからなる多層構造膜とした請求項2に記載の水素透過分離材。   The hydrogen permeation separation membrane is a multilayer structure film comprising a plurality of laminated metal layers made of metal having a large amount of hydrogen storage, and Pd layers provided on both surfaces of the plurality of laminated metal layers. The hydrogen permeation separator described. 前記水素透過分離膜は、多孔質金属との接合部を有する層が、その他の層より厚く形成された請求項2または3に記載の水素透過分離材。   The hydrogen permeation separation material according to claim 2 or 3, wherein the hydrogen permeation separation membrane has a layer having a junction with a porous metal formed thicker than the other layers. 前記金属層を構成する金属を、体心立方構造を有する高融点の遷移金属とした請求項3または4に記載の水素透過分離材。   The hydrogen permeation separator according to claim 3 or 4, wherein the metal constituting the metal layer is a high melting point transition metal having a body-centered cubic structure. 前記金属層を構成する金属を、Ta、Nb、Vのいずれかとした請求項3から5のいずれか一項に記載の水素透過分離材。   The hydrogen permeation separator according to any one of claims 3 to 5, wherein a metal constituting the metal layer is Ta, Nb, or V. 前記多層構造膜の各膜は拡散接合され、前記多層構造膜を圧延構造とした請求項3から6のいずれか一項に記載の水素透過分離材。   The hydrogen permeation separator according to any one of claims 3 to 6, wherein each film of the multilayer structure film is diffusion bonded, and the multilayer structure film has a rolled structure. 前記水素透過分離膜における多孔質金属との拡散接合されている面の対面から水素が透過するように設置された請求項1から7のいずれか一項に記載の水素透過分離材。   The hydrogen permeation separation material according to any one of claims 1 to 7, wherein the hydrogen permeation separation material is installed so that hydrogen permeates from a surface opposite to a surface where the hydrogen permeation separation membrane is diffusion-bonded to the porous metal. 多孔質金属からなる管状材の内面側に前記水素透過分離膜が位置する請求項8に記載の水素透過分離材。   The hydrogen permeable separation material according to claim 8, wherein the hydrogen permeable separation membrane is located on the inner surface side of a tubular material made of a porous metal. 連通する細孔を有する多孔質金属の少なくとも一表面に、水素を吸蔵または透過する水素透過分離膜を拡散接合する水素透過分離材の製造方法。   A method for producing a hydrogen permeable separation material, wherein a hydrogen permeable separation membrane that occludes or permeates hydrogen is diffusion bonded to at least one surface of a porous metal having pores that communicate with each other. 水素透過性能を有する複数の材料を拡散接合し、圧延して製造した水素透過分離膜を、多孔質金属と拡散接合する請求項10に記載の水素透過分離材の製造方法。   The method for producing a hydrogen permeable separation material according to claim 10, wherein a hydrogen permeable separation membrane produced by diffusion bonding and rolling a plurality of materials having hydrogen permeation performance is diffusion bonded to a porous metal. 拡散接合を行う面の酸化皮膜除去後に前記拡散接合を行う請求項10または11に記載の水素透過分離材の製造方法。   The method for producing a hydrogen permeable separation material according to claim 10 or 11, wherein the diffusion bonding is performed after removing the oxide film on the surface on which diffusion bonding is performed. 酸素が無いまたは微量濃度の雰囲気内において拡散接合を行う請求項10から12のいずれか一項に記載の水素透過分離材の製造方法。   The method for producing a hydrogen permeable separation material according to any one of claims 10 to 12, wherein diffusion bonding is performed in an atmosphere containing no oxygen or in a trace concentration. 前記水素透過分離膜は、2枚のPd箔と水素透過性能の高い金属からなる複数枚の金属箔からなり、前記2枚のPd箔の間に前記複数枚の金属箔が位置するように重ね合わせ、その重ね合わせた箔を、拡散接合すると同時または拡散接合した後に、圧延する請求項10から13のいずれか一項に記載の水素透過分離材の製造方法。   The hydrogen permeable separation membrane is composed of two Pd foils and a plurality of metal foils made of a metal having high hydrogen permeation performance, and is stacked so that the plurality of metal foils are positioned between the two Pd foils. The method for producing a hydrogen permeation separation material according to any one of claims 10 to 13, wherein the laminated foils are rolled simultaneously with diffusion bonding or after diffusion bonding. 前記拡散接合は、積層させた後に真空中でホットプレスすることにより行われる請求項10から14のいずれか一項に記載の水素透過分離材の製造方法。   The method for producing a hydrogen permeable separator according to any one of claims 10 to 14, wherein the diffusion bonding is performed by laminating and hot pressing in vacuum. 前記金属箔の重ね合わせる枚数を調節することにより、水素透過分離膜の厚みを調節する請求項14または15に記載の水素透過分離材の製造方法。   The method for producing a hydrogen permeable separation material according to claim 14 or 15, wherein the thickness of the hydrogen permeable separation membrane is adjusted by adjusting the number of the metal foils to be overlapped. 前記金属箔の重ね合わせる枚数を調節することにより、水素透過分離膜における複数積層された前記金属層全体の厚みと前記Pd層の厚みとの比率を調節する請求項14から16のいずれか一項に記載の水素透過分離材の製造方法。   The ratio of the thickness of the whole said metal layer laminated | stacked in the hydrogen permeable separation membrane and the thickness of the said Pd layer is adjusted by adjusting the number of sheets which the said metal foil overlaps. A method for producing a hydrogen permeation separator as described in 1. 前記金属箔を構成する金属は、体心立方構造を有する高融点の遷移金属である請求項14から17のいずれか一項に記載の水素透過分離材の製造方法。   18. The method for producing a hydrogen permeation separator according to claim 14, wherein the metal constituting the metal foil is a high melting point transition metal having a body-centered cubic structure. 前記金属箔を構成する金属は、Ta、Nb、Vのいずれかである請求項18に記載の水素透過分離材の製造方法。   The method for producing a hydrogen permeation separator according to claim 18, wherein the metal constituting the metal foil is Ta, Nb, or V.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9873088B2 (en) 2011-05-17 2018-01-23 Natrix Separations Inc. Layered tubular membranes for chromatography, and methods of use thereof
US10800808B2 (en) 2008-09-02 2020-10-13 Merck Millipore Ltd. Chromatography membranes, devices containing them, and methods of use thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10800808B2 (en) 2008-09-02 2020-10-13 Merck Millipore Ltd. Chromatography membranes, devices containing them, and methods of use thereof
US10981949B2 (en) 2008-09-02 2021-04-20 Merck Millipore Ltd. Chromatography membranes, devices containing them, and methods of use thereof
US11884701B2 (en) 2008-09-02 2024-01-30 Merck Millipore Ltd. Chromatography membranes, devices containing them, and methods of use thereof
US9873088B2 (en) 2011-05-17 2018-01-23 Natrix Separations Inc. Layered tubular membranes for chromatography, and methods of use thereof
US10195567B2 (en) 2011-05-17 2019-02-05 Natrix Separations Inc. Layered tubular membranes for chromatography, and methods of use thereof
US10874990B2 (en) 2011-05-17 2020-12-29 Merck Millipore Ltd. Layered tubular membranes for chromatography, and methods of use thereof

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