JP2007167797A - Hydrogen permeable membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素透過膜モジュールに関し、より具体的には従来技術では必須であった金属支持体を不要とした水素透過膜モジュールに関する。 The present invention relates to a hydrogen permeable membrane module, and more specifically, to a hydrogen permeable membrane module that does not require a metal support, which is essential in the prior art.
例えば、炭化水素の水蒸気改質法で得られる改質ガスには主成分である水素のほか、CO、CO2等の副生成分や余剰H2Oが含まれている。このため改質ガスを、例えば燃料電池の燃料としてそのまま使用したのでは電池性能を阻害してしまう。燃料電池のうちPAFCで用いる水素中のCOは1vol%、PEFCでは100volppmが限度であり、これらを越えると電池性能が著しく劣化する。このためそれら副生成分や余剰H2Oは燃料電池に導入する前に除去する必要がある。 For example, the reformed gas obtained by the hydrocarbon steam reforming method contains by-products such as CO and CO 2 and surplus H 2 O in addition to hydrogen as a main component. For this reason, if the reformed gas is used as it is, for example, as fuel for a fuel cell, the cell performance is impaired. Among fuel cells, CO in hydrogen used in PAFC is limited to 1 vol%, and PEFC is limited to 100 vol ppm. For this reason, these by-products and surplus H 2 O must be removed before being introduced into the fuel cell.
そのような高純度の水素を得るための水素の精製法の一つとして水素透過膜法がある。水素透過膜法は、Pd、Pd合金等の水素透過性箔膜すなわち水素透過膜が水素以外のガスは透過せず、水素のみを選択的に透過する特性を利用するものである。水素含有ガスを水素透過膜に通すことで水素が選択的に透過して分離精製される。この場合、水素透過膜の膜厚は20μm以下、0.5〜20μm程度というように極薄のシート(箔)であるため、水素透過膜を支持する部材が必要である。 One hydrogen purification method for obtaining such high-purity hydrogen is a hydrogen permeable membrane method. In the hydrogen permeable membrane method, a hydrogen permeable foil membrane such as Pd or Pd alloy, that is, a hydrogen permeable membrane does not permeate gases other than hydrogen, but utilizes a characteristic of selectively permeating only hydrogen. By passing the hydrogen-containing gas through the hydrogen permeable membrane, hydrogen is selectively permeated and separated and purified. In this case, since the film thickness of the hydrogen permeable membrane is an extremely thin sheet (foil) such as 20 μm or less and about 0.5 to 20 μm, a member for supporting the hydrogen permeable membrane is required.
図35〜36は、特開2001−276558号公報(本明細書中“558号公報”と言う)に開示された図である。図35は水素ガス分離ユニットの構造を説明するための分解斜視図である。図35中、71は展張枠で、ステンレス鋼等の金属で構成される。展張枠71は、クラッド切板の周囲部分101と中央部分102となる部分にマスキングし、開口Sとなる部分をエッチング処理して、周囲部分101と中央部分102を残して形成される。72はPd合金箔などの水素ガス分離性を有する材料(=水素透過膜)、73は金属支持板、bは細孔である。
35 to 36 are diagrams disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-276558 (referred to as “No. 558” in the present specification). FIG. 35 is an exploded perspective view for explaining the structure of the hydrogen gas separation unit. In FIG. 35,
図36は、図35のユニットを組み込んだ水素ガス分離体の概略斜視図である。図35のようにして構成された水素ガス分離ユニットは、図36のとおり、金属支持板73の面が内側になるように、その周囲をレーザー溶接などでケース74に固定化して水素ガス分離体とされる。75は精製水素取出管である。
FIG. 36 is a schematic perspective view of a hydrogen gas separator incorporating the unit of FIG. As shown in FIG. 36, the hydrogen gas separation unit configured as shown in FIG. 35 is fixed to the
また、図37は、特開平10−296061号公報(本明細書中“061号公報”と言う)に開示された図である。図37において、通気用溝のついたベースプレート80の上に複数枚の多孔金属板からなる補強板81を重ね、その上に水素透過性膜複合体89と枠状金属板82を置き、該枠状金属板82の上から溶接でシールすることによって形成される。水素透過性膜複合体89は、ポリエチレフィルム等の表面平坦度を有する下地基材上にPd等の水素透過膜を0.1〜20μm形成し、その上に多孔質支持体を40〜300μm形成した後、下地基材を焼却または剥離して構成される。 FIG. 37 is a diagram disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-296061 (referred to as “061 publication” in this specification). In FIG. 37, a reinforcing plate 81 made of a plurality of porous metal plates is placed on a base plate 80 with a ventilation groove, and a hydrogen permeable membrane composite 89 and a frame-like metal plate 82 are placed on the reinforcing plate 81. It is formed by sealing from above the metal plate 82 by welding. In the hydrogen permeable membrane composite 89, a hydrogen permeable membrane such as Pd is formed on an underlying substrate having a surface flatness such as a polyethylene film, and a porous support is formed thereon on a thickness of 40 to 300 µm. After that, the base substrate is incinerated or peeled off.
そのように、558号公報においては、圧延薄膜タイプの水素透過膜72が使用され、水素透過膜72は、展張枠71、金属支持板73に対してレーザー溶接などで固定される。また、061号公報においては、多孔質支持体にPd等の水素透過膜を配した水素透過性膜複合体89が使用され、ベースプレート80の上に補強板81を重ね、その上に水素透過性膜複合体89と枠状金属板82を置き、外周部を溶接することで接合している。また、特開2005−58939号公報においても、水素分離モジュールを構成するに際し、枠体に水素透過膜の端部をレーザー溶接によって接合することが記載されている。
As described above, in the publication No. 558, a rolled thin film type hydrogen
しかし、水素透過膜は20μm以下の極薄であるため溶接条件の選定が難しく、溶接時に膜のみが過剰に溶け、モジュールの気密性が確保できないことが多々あった。この結果、歩留率はかなり低くなり、モジュールの作製効率が悪いことが問題であった。 However, since the hydrogen permeable membrane is extremely thin of 20 μm or less, it is difficult to select welding conditions, and only the membrane melts excessively during welding, and the airtightness of the module cannot be ensured in many cases. As a result, the yield rate became considerably low, and the problem was that the module production efficiency was poor.
本発明者らは、上記のような欠点がなく、構造自体簡単で且つ水素透過膜である水素透過性箔膜の取り扱いも容易な水素透過膜補強構造体を先に開発し、出願している(平成17年6月30日出願:特願2005−192316号、本明細書中“316号出願”と言う)。この水素透過膜補強構造体によれば、予め別の金属製枠体と接合して気密を確保した後、溶接を行うことで歩留まりはかなり向上した。しかし、一体ずつ作業を行うことから量産は困難であった。 The present inventors have previously developed and filed a hydrogen permeable membrane reinforcing structure that does not have the above-described drawbacks, has a simple structure, and is easy to handle a hydrogen permeable foil membrane that is a hydrogen permeable membrane. (Application on June 30, 2005: Japanese Patent Application No. 2005-192316, referred to as “Application No. 316” in this specification). According to this hydrogen permeable membrane reinforcing structure, the yield was considerably improved by performing welding after preliminarily joining with another metal frame to ensure airtightness. However, mass production was difficult because the work was performed one by one.
本発明は、上記のような欠点がなく、従来技術では必須であった金属支持体が不要であり、構造自体簡単で且つ水素透過膜である水素透過性箔膜の取り扱いも容易な水素透過膜モジュールを提供することを目的とするものである。 The present invention does not have the drawbacks described above, does not require a metal support that is essential in the prior art, has a simple structure, and can easily handle a hydrogen permeable foil film that is a hydrogen permeable film. The purpose is to provide modules.
本発明(1)は、金属支持体不要の水素透過膜モジュールである。そして、順次、1枚または複数枚の空隙を有しない金属シートと、複数枚の上下貫通空隙を有する金属シートを積層した精製水素収集部材と、複数枚の細孔を有する金属シートを積層した補強部材と、水素透過膜と、を配置して一度に接合してなることを特徴とする。 The present invention (1) is a hydrogen permeable membrane module that does not require a metal support. Then, in sequence, one or more metal sheets having no voids, a purified hydrogen collecting member in which a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes are laminated, and a reinforcement in which a plurality of metal sheets having pores are laminated The member and the hydrogen permeable membrane are arranged and bonded at a time.
本発明(2)は、金属支持体不要の水素透過膜モジュールである。そして、順次、1枚または複数枚の空隙を有しない金属シートと、複数枚の上下貫通空隙を有する金属シートを積層した精製水素収集部材と、複数枚の細孔を有する金属シートを積層した補強部材の複数個と、水素透過膜と、を配置して一度に接合してなることを特徴とする。 The present invention (2) is a hydrogen permeable membrane module that does not require a metal support. Then, in sequence, one or more metal sheets having no voids, a purified hydrogen collecting member in which a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes are laminated, and a reinforcement in which a plurality of metal sheets having pores are laminated A plurality of members and a hydrogen permeable membrane are arranged and bonded at a time.
本発明(3)は、上記(2)の水素透過膜モジュールにおいて、前記複数個の補強部材が、精製水素収集部材へいくほど細孔の孔が粗くなるように細孔の大きさに勾配を設けてなる補強部材であることを特徴とする。 According to the present invention (3), in the hydrogen permeable membrane module of the above (2), the plurality of reinforcing members have a gradient in the pore size so that the pores become coarser toward the purified hydrogen collecting member. The reinforcing member is provided.
本発明(4)は、金属支持体不要の水素透過膜モジュールである。そして、上下貫通空隙を有する金属シートの複数枚を積層した精製水素収集部材の両側に、それぞれ順次、細孔を有する金属シートを積層した補強部材と、水素透過膜と、を配置して一度に接合してなることを特徴とする。 The present invention (4) is a hydrogen permeable membrane module that does not require a metal support. Then, on both sides of the purified hydrogen collecting member in which a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes are laminated, a reinforcing member in which metal sheets having pores are sequentially laminated, and a hydrogen permeable membrane are disposed at a time. It is characterized by being joined.
本発明(5)は、金属支持体不要の水素透過膜モジュールである。そして、上下貫通空隙を有する金属シートの複数枚を積層した精製水素収集部材の両側に、それぞれ順次、細孔を有する金属シートの複数枚を積層した補強部材の複数個と、水素透過膜と、を配置して一度に接合してなることを特徴とする。 The present invention (5) is a hydrogen permeable membrane module that does not require a metal support. And on both sides of the purified hydrogen collecting member laminated with a plurality of metal sheets having upper and lower through gaps, respectively, a plurality of reinforcing members laminated with a plurality of metal sheets having pores, respectively, a hydrogen permeable membrane, It arrange | positions and it joins at once.
本発明(6)は、上記(5)の水素透過膜モジュールにおいて、前記複数個の補強部材が、厚さ方向の中心部である精製水素収集部材へいくほど細孔の孔が粗くなるように細孔の大きさに勾配を設けてなる補強部材であることを特徴とする。 According to the present invention (6), in the hydrogen permeable membrane module according to the above (5), the pores become rougher as the plurality of reinforcing members go to the purified hydrogen collecting member which is the central portion in the thickness direction. The reinforcing member is formed by providing a gradient in the size of the pores.
本発明(7)は、上記(1)〜(6)のいずれかの水素透過膜モジュールにおいて、前記精製水素収集部材を構成する複数枚の金属シート、及び、前記補強部材を構成する複数枚の金属シート(本発明(6)では、厚さ方向の中心部である精製水素収集部材へいくほど粗い細孔を有する補強部材を構成する金属シート)を、それぞれ金属シートのままで配置して一度に接合してなることを特徴とする。 In the hydrogen permeable membrane module according to any one of (1) to (6), the present invention (7) includes a plurality of metal sheets constituting the purified hydrogen collecting member and a plurality of sheets constituting the reinforcing member. The metal sheets (in the present invention (6), the metal sheets constituting the reinforcing members having pores that become coarser toward the purified hydrogen collecting member that is the central portion in the thickness direction) are each disposed as they are as the metal sheets. It is characterized by being joined.
本発明によれば下記(a)〜(e)のとおりの効果が得られる。
(a) 従来技術では必須であった金属支持体が不要であり、その作製の手間が丸々省けるため、低コスト化ができる。
前述558号公報で言えば、ケース74が金属支持体に相当し、前述061号公報で言えば、通気用溝のついたベースプレート80が金属支持体に相当する。これら金属支持体は他の部材とは別個に作製してレーザー溶接等によって接合する必要があるが、本発明においては、従来技術では必須であったそれらの金属支持体は不要である。また、それら金属支持体を用いる場合の溶接時における前述問題点を解決できる。
(b) 精製水素収集部材と、補強部材と、水素透過膜を一度の接合で行えるので、各材料から一回の工程でモジュール化が可能である上、一平面に何枚分もの補強部材をかたどることで水素透過膜モジュールの量産化が可能である。
(c) 一枚一枚の金属シートはエッチングで加工するため、精製水素収集部材、補強部材からなる接合体内部の構造を容易に制御可能である。これにより低コスト化、軽量化、低容量化が期待できる。
(d) 後述985号公報のとおり、薄い金属シートを積層することにより、一枚の厚部材では実現できなかった微細なメッシュの厚板化が可能であるが、本発明において、この技術を応用することにより、補強部材の強度が増強され、水素透過膜モジュールの耐久性を向上することができる。
(e) 精製水素収集部材側に最も細孔の孔が粗い補強部材を配置し、水素透過膜側に向けて、細孔の孔が順次密の補強部材(孔の粗さを順次小さくした補強部材)を配置して、細孔の大きさに勾配を設けることにより、水素透過膜の強度を保ったまま、水素透過膜側から精製水素収集部材に向けて流れる精製水素の流通抵抗を緩和することができる。
According to the present invention, the following effects (a) to (e) can be obtained.
(A) The metal support, which is essential in the prior art, is unnecessary, and the labor for manufacturing it can be saved. Therefore, the cost can be reduced.
In the above-mentioned No. 558, the
(B) Since the purified hydrogen collecting member, the reinforcing member, and the hydrogen permeable membrane can be joined at a time, each material can be modularized in a single process, and several reinforcing members can be provided on one plane. By doing so, mass production of hydrogen permeable membrane modules is possible.
(C) Since each metal sheet is processed by etching, the structure inside the joined body composed of the purified hydrogen collecting member and the reinforcing member can be easily controlled. As a result, cost reduction, weight reduction, and capacity reduction can be expected.
(D) As described later in Japanese Patent Publication No. 985, by laminating thin metal sheets, it is possible to make a fine mesh thick plate that could not be realized with a single thick member. In the present invention, this technique is applied. By doing so, the strength of the reinforcing member can be enhanced and the durability of the hydrogen permeable membrane module can be improved.
(E) A reinforcing member with the coarsest pores is arranged on the side of the purified hydrogen collecting member, and the reinforcing members with fine pores are sequentially dense toward the hydrogen permeable membrane side (reinforcing with the roughness of the pores being successively reduced) The flow resistance of the purified hydrogen flowing from the hydrogen permeable membrane side toward the purified hydrogen collecting member is reduced while maintaining the strength of the hydrogen permeable membrane by arranging the member) and providing a gradient in the pore size. be able to.
本発明(1)〜(7)のいずれの水素透過膜モジュールにおいても、精製水素収集部材、補強部材、水素透過膜をそれら各本発明で規定する所定位置に配して一度の接合により構成される。その接合手段には特に限定はないが、その好ましい例として“拡散接合”が挙げられる。拡散接合によれば、それら部材を一回のバッチ熱処理で接合することができる。以下においては、主に拡散接合を例にして説明しているが、他の接合手段による場合も同様である。 In any one of the hydrogen permeable membrane modules of the present invention (1) to (7), the purified hydrogen collecting member, the reinforcing member, and the hydrogen permeable membrane are arranged at predetermined positions defined in the respective inventions, and are configured by one-time joining. The The bonding means is not particularly limited, but a preferred example is “diffusion bonding”. According to diffusion bonding, these members can be bonded by a single batch heat treatment. In the following description, diffusion bonding is mainly described as an example, but the same applies to cases using other bonding means.
本発明において、水素透過膜は、水素を選択的に透過する機能を有する材料で構成された箔膜であれば特に限定はなく、その例として下記(1)〜(6)が挙げられる。
(1)Pd膜、
(2)Pd合金膜、
(3)5族金属(V、NbまたはTa)と6族金属(Cr、Mo、W)その他の金属との合金膜、
(4)Pd合金膜の多層膜(すなわちPd合金膜自体の多層膜)、
(5)Pd膜と、5族金属(V、NbまたはTa)と6族金属(Cr、Mo、W)その他の金属との合金膜と、の多層膜、
(6)Pd合金膜と、5族金属(V、NbまたはTa)と6族金属(Cr、Mo、W)その他の金属との合金膜と、の多層膜。
このうち、(2)Pd合金膜はPdと他の金属との合金膜であり、Pdと合金化する金属としてはAu、Ag、Cu、Pt、Rh、Ru、Ir、Ce、Sm、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Y、Gdが挙げられる。それら金属の二種以上を組み合わせてPdと合金化してもよい。
これらの金属材料からなる箔膜は、圧延法、イオンプレーティング法、メッキ法など各種手法により作製される。
In the present invention, the hydrogen permeable membrane is not particularly limited as long as it is a foil membrane made of a material having a function of selectively permeating hydrogen, and examples thereof include the following (1) to (6).
(1) Pd film,
(2) Pd alloy film,
(3) an alloy film of a Group 5 metal (V, Nb or Ta) and a Group 6 metal (Cr, Mo, W) or other metal,
(4) Pd alloy film multilayer film (that is, Pd alloy film itself multilayer film),
(5) A multilayer film of a Pd film, an alloy film of a Group 5 metal (V, Nb or Ta) and a Group 6 metal (Cr, Mo, W) or other metal,
(6) A multilayer film of a Pd alloy film, an alloy film of a Group 5 metal (V, Nb or Ta), a Group 6 metal (Cr, Mo, W) or other metal.
Among these, (2) Pd alloy film is an alloy film of Pd and other metals, and metals that are alloyed with Pd are Au, Ag, Cu, Pt, Rh, Ru, Ir, Ce, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Y, Gd are mentioned. Two or more of these metals may be combined and alloyed with Pd.
Foil films made of these metal materials are produced by various methods such as rolling, ion plating, and plating.
本発明(1)〜(7)の態様について、その作製過程を含めて、順次説明する。以下では、閉塞部材、精製水素収集部材、補強部材、水素透過膜等の各部材を矩形状に構成した水素透過膜モジュールを例に説明しているが、その形状は四角形状その他、適宜の形状とすることができるものである。 The aspects of the present invention (1) to (7) will be sequentially described including the production process. In the following, a hydrogen permeable membrane module in which each member such as a blocking member, a purified hydrogen collecting member, a reinforcing member, and a hydrogen permeable membrane is formed in a rectangular shape will be described as an example. It can be said that.
〈本発明(1)の態様〉
本発明(1)の水素透過膜モジュールにおいては、その材料として、1枚または複数枚の空隙を有しない金属シート(a)と、複数枚の上下貫通空隙を有する金属シート(b)と、複数枚の細孔を有する金属シート(c)と、水素透過膜(d)が用いられる。そして、これらの材料を順次配置して、すなわち(a)の上に(b)を配置し、(b)の上に(c)を配置し、(c)の上に(d)を配置して一度に拡散接合することで水素透過膜モジュールが作製される。
<Aspect of the present invention (1)>
In the hydrogen permeable membrane module of the present invention (1), as the material, one or more metal sheets (a) having no voids, a plurality of metal sheets (b) having upper and lower through voids, a plurality of A metal sheet (c) having a single pore and a hydrogen permeable membrane (d) are used. Then, these materials are sequentially arranged, that is, (b) is arranged on (a), (c) is arranged on (b), and (d) is arranged on (c). Thus, a hydrogen permeable membrane module is manufactured by diffusion bonding at a time.
その接合により、上記1枚または複数枚の空隙を有しない金属シート(a)により閉塞部材が構成され、上記複数枚の上下貫通空隙を有する金属シート(b)により精製水素収集部材が構成され、上記複数枚の細孔を有する金属シート(c)により補強部材が構成される。
ここで、上記複数枚の上下貫通空隙を有する金属シート(b)における各空隙が水素透過膜モジュールにおいて精製水素を収集し、導出管へ向けて流通させる空隙となるので、当該(b)は“複数枚の精製水素流通用空隙を有する金属シート”とも言える。
また、上記閉塞部材は、精製水素収集部材の空隙のうち一方の開口側に位置して、その開口を塞ぐ役割をする。そして、精製水素収集部材の空隙のうち他方の開口側に補強部材が位置することになる。
By the joining, a closing member is constituted by the metal sheet (a) having no one or a plurality of voids, and a purified hydrogen collecting member is constituted by the metal sheet (b) having the plurality of upper and lower through-holes, The reinforcing member is constituted by the metal sheet (c) having a plurality of pores.
Here, since each void in the metal sheet (b) having the plurality of upper and lower through-holes is a void that collects purified hydrogen in the hydrogen permeable membrane module and circulates it toward the outlet tube, (b) It can also be said to be a “metal sheet having a plurality of purified hydrogen flow gaps”.
The closing member is located on one opening side of the gap of the purified hydrogen collecting member and serves to close the opening. And a reinforcement member will be located in the other opening side among the space | gap of a refinement | purification hydrogen collection member.
図1〜5は、本発明(1)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図である。なお、本発明(1)が本発明(2)〜(7)と共通する部分についても、適宜、当該〈本発明(1)の態様〉の箇所で説明している。 1-5 is a figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (1). In addition, also about the part which this invention (1) has in common with this invention (2)-(7), it has demonstrated suitably in the location of the said <mode of this invention (1)>.
図1はその作製過程を説明する図で、図1(c′)は図1(c)中A−A線断面図である。図1(a)は水素透過膜1である。
図1(b)は複数枚の細孔を有する金属シートからなり、この段階においては、それらの金属シートを重ねただけ、つまり積層しただけの状態である。そして、次の拡散接合により補強部材2となる。
図1(c)は1枚または複数枚の空隙を有しない金属シートと、複数枚の上下貫通空隙を有する金属シートとからなり、この段階においてはそれらの金属シートを重ねただけ、つまり積層しただけの状態である。そして、次の拡散接合により、1枚または複数枚の空隙を有しない金属シートは閉塞部材Mとなり、複数枚の上下貫通空隙を有する金属シートは精製水素収集部材1となる。
FIG. 1 is a diagram for explaining the manufacturing process, and FIG. 1 (c ′) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 (c). FIG. 1A shows a hydrogen
FIG. 1B is composed of a metal sheet having a plurality of pores. At this stage, the metal sheets are simply stacked, that is, are stacked. And it becomes the
FIG.1 (c) consists of the metal sheet which does not have a 1 or several sheet | seat space | interval, and the metal sheet which has a plurality of sheet | seats with an up-and-down penetration, and at this stage, those metal sheets were only piled up, that is, laminated. It is just a state. Then, by the next diffusion bonding, the metal sheet having one or a plurality of voids becomes the closing member M, and the metal sheet having the plurality of upper and lower through-holes becomes the purified
そして、図1(a)〜(c)のように配置した水素透過膜、各金属シートを、一度に拡散接合して水素透過膜モジュールを構成する。図1(d)はこうして構成された水素透過膜モジュールである。なお、図1(a)〜(c)においては、図示、説明の便宜上、水素透過膜、各部材となる金属シートのグループをそれぞれ離して示しているが、それら各材料を重ねて一度に拡散接合する。なお、各グループの金属シートは重ねただけである。 Then, the hydrogen permeable membrane and the metal sheets arranged as shown in FIGS. 1A to 1C are diffusion bonded at a time to constitute a hydrogen permeable membrane module. FIG. 1D shows a hydrogen permeable membrane module configured as described above. In FIGS. 1A to 1C, for the sake of illustration and explanation, the hydrogen permeable membrane and the group of metal sheets to be each member are shown separately, but these materials are overlapped and diffused at once. Join. In addition, the metal sheet of each group was only piled up.
以下、水素透過膜モジュールで用いる各部材、すなわち閉塞部材M、精製水素収集部材1、細孔を有する補強部材2、水素透過膜3について順次説明する。
Hereinafter, each member used in the hydrogen permeable membrane module, that is, the blocking member M, the purified
閉塞部材、精製水素収集部材、細孔を有する補強部材の構成材料は、エッチング加工が可能で相互に接合可能な金属であればよく、その例としてはステンレス鋼、ニッケル、ニッケル基合金、銅合金、鉄基合金(鉄ニッケル合金等)などが挙げられる。これらのうち特にステンレス鋼が好ましい。 The constituent material of the blocking member, the purified hydrogen collecting member, and the reinforcing member having pores may be any metal that can be etched and bonded to each other. Examples include stainless steel, nickel, nickel-base alloy, and copper alloy. And iron-based alloys (such as iron-nickel alloys). Of these, stainless steel is particularly preferable.
本発明(1)においては、それら材料で構成された1枚または複数枚の空隙を有しない金属シート、複数枚の上下貫通空隙を有する金属シート、複数枚の細孔を有する金属シート及び水素透過膜を重ねて一度に拡散接合する。このように、一度の拡散接合によりそれぞれ閉塞部材、精製水素収集部材及び補強部材を構成することから、それら金属シートは同一の材料であるのが好ましい。これにより拡散接合をより有効に行い、コスト低減を図ることができる。 In the present invention (1), one or a plurality of metal sheets made of these materials and having no voids, a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes, a metal sheet having a plurality of pores, and hydrogen permeation Diffusion bonding is performed at once by layering the films. As described above, since the closing member, the purified hydrogen collecting member, and the reinforcing member are formed by one diffusion bonding, it is preferable that the metal sheets are made of the same material. Thereby, diffusion bonding can be performed more effectively and cost reduction can be achieved.
〈精製水素収集部材1の作製態様〉
図2は精製水素収集部材1の作製態様を説明する図である。図2のとおり、内部に上下貫通空隙sを有する金属シートの複数個を配置し、最下部には1枚または複数枚の空隙を有しない金属シートを配置する。これらを重ねることにより、精製水素収集部材1、閉塞部材Mを形成する。前述のとおり、この段階では、上下貫通空隙sを有する金属シートの複数枚とその片側面に1枚または複数枚の空隙を有しない金属シートを重ねただけの状態である。
<Production mode of purified
FIG. 2 is a view for explaining a production mode of the purified
上下貫通空隙sを有する金属シートの数は、水素透過膜モジュールにおいて強度と厚さを保ち得るに足る数とする。例えば、各金属シートの厚さは数十μm〜数百μm程度である。このため、その厚さが例えば100μmの場合、20枚重ねることで厚さ2mm程度の空隙Sを有する精製水素収集部材1を構成する。
The number of metal sheets having the upper and lower through-holes s is sufficient to maintain strength and thickness in the hydrogen permeable membrane module. For example, the thickness of each metal sheet is about several tens of μm to several hundreds of μm. For this reason, when the thickness is, for example, 100 μm, the purified
また、空隙sを有しない金属シートは、図2では1枚の例を示しているが、水素透過膜モジュールにおいて強度と厚さを保ち得るに足る数とする。空隙sを有しない金属シートの厚さ例については上記“上下貫通空隙sを有する金属シート”の場合と同様である。 Moreover, although the metal sheet | seat which does not have the space | gap s has shown the example of 1 sheet in FIG. 2, it is set as the number which can maintain intensity | strength and thickness in a hydrogen permeable membrane module. An example of the thickness of the metal sheet having no gap s is the same as in the case of the above “metal sheet having the upper and lower through gaps s”.
〈空隙sを有する金属シートの作製態様〉
図3は、上記“上下貫通空隙sを有する金属シート”の作製態様を説明する図である。図3(a)は金属シートであり、その表面のうち、空隙sとなる部分を除き、マスキングをする。図3(b)はこの状態を示している。次いでエッチング処理をする。エッチング処理により、マスキング部分以外の部分が除去され、空隙sが形成される。図3(c)はこの状態を示している。次いで、マスキングを除去することで、図3(d)に示すように、空隙sを有する金属シートが得られる。
<Production aspect of metal sheet having void s>
FIG. 3 is a view for explaining a production mode of the above-described “metal sheet having upper and lower through-holes s”. FIG. 3A shows a metal sheet, and masking is performed except for a portion of the surface which becomes the gap s. FIG. 3B shows this state. Next, an etching process is performed. By the etching process, portions other than the masking portion are removed, and the gap s is formed. FIG. 3C shows this state. Next, by removing the masking, a metal sheet having a gap s is obtained as shown in FIG.
マスキングは、例えばPVA−重クロム酸水溶液などのレジスト液を施し、乾燥することにより行うことができる。レジスト液の施工にはロールコート法、スピンコート法、ディップ引き上げ法などが適用できる。レジスト膜の厚さは、エッチング処理の際に保護できる厚さであればよく、例えば5〜10μm程度とする。そして、選択エッチング、すなわちマスキング部分を除く部分をエッチングする。 Masking can be performed by applying a resist solution such as a PVA-bichromic acid aqueous solution and drying it. For the application of the resist solution, a roll coating method, a spin coating method, a dip pulling method, or the like can be applied. The thickness of the resist film may be any thickness that can be protected during the etching process, and is, for example, about 5 to 10 μm. Then, selective etching, that is, a portion excluding the masking portion is etched.
エッチング処理でのエッチング液としては、例えば塩化第2鉄水溶液などが用いられる。この処理において、マスキングしない金属シートの露出部分から選択的にエッチングされ、図3(d)に示すように空隙sが形成される。この空隙sを有する金属シートの複数枚により形成された空隙Sを有する積層体が、図1(c)、図2の下部に示す精製水素収集部材1に相当し、その下面に空隙sを有しない金属シートが配置される。精製水素収集部材1の空隙Sが精製水素の収集部となる。
For example, a ferric chloride aqueous solution or the like is used as an etchant in the etching process. In this process, etching is selectively performed from the exposed portion of the metal sheet that is not masked, and a gap s is formed as shown in FIG. The laminate having the gap S formed by a plurality of metal sheets having the gap s corresponds to the purified
〈細孔を有する補強部材2の作製態様〉
図4は、細孔を有する補強部材2の作製態様を説明する図である。図4のとおり、それぞれ細孔を有する金属シートの複数個を配置する。そして、これらを重ねることにより、細孔を有する補強部材2を形成する。なお、前述のとおり、この段階では、接合前であるので細孔を有する金属シートの複数枚を重ねただけの状態である。
<Preparation mode of reinforcing
FIG. 4 is a diagram for explaining a production mode of the reinforcing
細孔を有する金属シートの数は、水素透過膜モジュールにおいて強度と厚さを保ち得るに足る数とする。例えば各金属シートの厚さは各金属シートの厚さは数十μm〜数百μm程度であるので、その厚さが例えば100μmの場合、20枚重ねることで厚さ2mm程度の細孔を有する補強部材2を構成する。
The number of metal sheets having pores is set to a number sufficient to maintain strength and thickness in the hydrogen permeable membrane module. For example, since the thickness of each metal sheet is about several tens of μm to several hundreds of μm, when the thickness is, for example, 100 μm, 20 sheets are stacked to have pores of about 2 mm in thickness. The reinforcing
〈細孔を有する金属シートの作製態様〉
図5は、細孔を有する金属シートの作製態様を説明する図である。図5(a)はマスクであり、その周縁部には孔がなく、周縁部で囲まれた内部に細孔を有するマスクである。このマスクを図5(b)に示す金属シートの表面に配置する。図5(c)はこの状態を示している。次いでエッチング処理をする。エッチング処理により、金属シートのうち、マスクの各細孔に対応する部分がエッチングにより除去され、それ以外の部分はエッチングされない。
<Preparation mode of metal sheet having pores>
FIG. 5 is a diagram for explaining a production mode of a metal sheet having pores. FIG. 5A shows a mask, which has no holes in the peripheral portion and has pores in the interior surrounded by the peripheral portion. This mask is disposed on the surface of the metal sheet shown in FIG. FIG. 5C shows this state. Next, an etching process is performed. By the etching process, portions of the metal sheet corresponding to the pores of the mask are removed by etching, and other portions are not etched.
次いで、マスキングを除去することで図5(d)に示すように、細孔を有する金属シートが得られる。この細孔を有する金属シートの複数個の積層体が図1(b)、図4の最下部に示す細孔を有する補強部材2に相当している。なお、前述のとおり、この段階では、接合前であるので細孔を有する金属シートの複数枚を重ねただけの状態である。
Next, by removing the masking, a metal sheet having pores is obtained as shown in FIG. A plurality of laminates of metal sheets having pores correspond to the reinforcing
なお、エッチング手段により複数の細孔を有する金属薄板を作製し、この金属薄板の複数個を複数細孔の孔位置を一致させた上で一体化する技術自体は、特開2000−109985号公報(本明細書中“985号公報”と言う)に開示されている。本発明においては、そのような技術を、上記細孔を有する金属シート、細孔を有する補強部材を作製する際に応用している。 Note that a technique for producing a metal thin plate having a plurality of pores by etching means and integrating the plurality of metal thin plates after matching the positions of the holes of the plurality of pores is disclosed in JP 2000-109985A. (Referred to as “985 publication” in this specification). In the present invention, such a technique is applied when producing the metal sheet having the pores and the reinforcing member having the pores.
〈本発明(2)の態様〉
図1においては、図1(b)として示すように細孔を有する補強部材が一個の場合を示しているが、細孔を有する補強部材を二個以上の複数個配置してもよい。本発明(2)の水素透過膜モジュールは、この場合に相当し、細孔を有する補強部材を複数個配置する点以外は、前述〈本発明(1)の態様〉の場合と同様にして作製することができる。
<Aspect of the present invention (2)>
Although FIG. 1 shows a case where there is one reinforcing member having pores as shown in FIG. 1B, two or more reinforcing members having pores may be arranged. The hydrogen permeable membrane module of the present invention (2) corresponds to this case, and is produced in the same manner as in the case of <Aspect of the present invention (1)> except that a plurality of reinforcing members having pores are arranged. can do.
〈本発明(3)の態様〉
本発明(3)の水素透過膜モジュールは、本発明(2)の水素透過膜モジュールにおいて、二個以上の複数個の補強部材が、精製水素収集部材へいくほど細孔の孔が粗くなるように細孔の大きさに勾配を設けてなる補強部材であることを特徴とする。
<Aspect of the present invention (3)>
In the hydrogen permeable membrane module of the present invention (3), in the hydrogen permeable membrane module of the present invention (2), the pores of the pores become coarser as the two or more reinforcing members go to the purified hydrogen collecting member. It is a reinforcing member in which a gradient is provided in the size of the pores.
図6は、本発明(3)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図である。図1に示す態様に対して、図6(c)に符号11として示すように、精製水素収集部材10側に、細孔の孔が粗い補強部材を配置する。なお、この段階では、前述細孔を有する金属シートの複数枚を重ねる場合と同じく、細孔の孔が粗い金属シートの複数枚を重ねただけの状態であり、この点、図7の最下部に示す状態についても同じである。
FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of the hydrogen permeable membrane module of the present invention (3). In contrast to the embodiment shown in FIG. 1, a reinforcing member having coarse pores is disposed on the purified
細孔の孔が粗い補強部材を用いる点以外は、〈本発明(1)の態様〉で説明した態様と同様である。すなわち、図6中、精製水素収集部材10は図1の精製水素収集部材1に相当し、12は細孔を有する補強部材で、図1の細孔を有する補強部材2に相当し、13は水素透過膜で、図1の水素透過膜3に相当している。
Except for using a reinforcing member having coarse pores, it is the same as the embodiment described in <Aspect of the present invention (1)>. That is, in FIG. 6, the purified
図6には、細孔の孔が粗い補強部材11と細孔の孔が密な(つまり、細孔の孔径が補強部材11の細孔の孔径より小さい)補強部材12の二個の場合を示しているが、精製水素収集部材10の側に最も細孔の孔が粗い補強部材を配置し、以降、水素透過膜側に向けて、細孔の孔が順次密の補強部材(つまり、孔の粗さを順次小さくした補強部材)を配置して構成する。このように、精製水素収集部材へいくほど細孔の孔が粗くなるように細孔の大きさに勾配を設けることにより、水素透過膜の強度を保ったまま、水素透過膜側から精製水素収集部材に向けて流れる精製水素の流通抵抗を緩和することができる。
FIG. 6 shows two cases of the reinforcing
細孔の孔が粗い補強部材11の作製は前述〈細孔を有する補強部材2の作製態様〉(図4)、〈細孔を有する金属シートの作製態様〉(図5)と同様にして作製することができる。図7に、細孔の孔が粗い細孔を有する金属シートの複数個から、細孔の孔が粗い補強部材11を作製する態様を示している。精製水素収集部材10側に細孔の孔が粗い補強部材を配置する点以外は、前述〈本発明(1)の態様〉の場合と同様にして本発明(3)の水素透過膜モジュールを作製することができる。
Production of the reinforcing
〈本発明(1)の態様〉〜〈本発明(3)の態様〉の水素透過膜モジュールにおいて、精製水素収集部材の空隙Sに連通した水素導出管を設ける。水素導出管は1個とは限らず複数個設けてもよい。水素導出管を設ける態様については後述のとおりである。 In the hydrogen permeable membrane module of <aspect of the present invention (1)> to <aspect of the present invention (3)>, a hydrogen lead-out pipe communicating with the gap S of the purified hydrogen collecting member is provided. The number of hydrogen outlet pipes is not limited to one, and a plurality of hydrogen outlet pipes may be provided. An embodiment in which the hydrogen outlet pipe is provided is as described later.
〈細孔を有する補強部材と水素透過膜との間に、拡散防止層、中間層−拡散防止層、拡散防止層−中間層、または、中間層−拡散防止層−中間層を配する態様〉
金属シート、例えばステンレス鋼のシートと水素透過膜とを直接接触させて接合した接合体を炭化水素の水蒸気改質条件(500〜700℃)等の高温下で使用すると、金属シートと水素透過膜の互いの成分が相互拡散して水素透過膜を変質させ、膜の強度、気密性、水素透過性能を著しく低下させるという問題があった。
<Diffusion prevention layer, intermediate layer-diffusion prevention layer, diffusion prevention layer-intermediate layer, or intermediate layer-diffusion prevention layer-intermediate layer between the reinforcing member having pores and the hydrogen permeable membrane>
When a joined body obtained by joining a metal sheet, for example, a stainless steel sheet and a hydrogen permeable membrane in direct contact with each other at a high temperature such as a hydrocarbon steam reforming condition (500 to 700 ° C.), the metal sheet and the hydrogen permeable membrane are used. The components of each other diffused to alter the hydrogen permeable membrane, resulting in a problem that the strength, hermeticity, and hydrogen permeation performance of the membrane are remarkably lowered.
本発明においては、水素透過膜側(すなわち水素透過膜に当接する側)の細孔を有する補強部材における水素透過膜との接合部に(A)拡散防止層、(B)第一の中間層(=補強部材側)−拡散防止層、(C)拡散防止層−第二の中間層(=水素透過膜側)、または、(D)第一の中間層(=補強部材側)−拡散防止層−第二の中間層(=水素透過膜側)を配し、これにより補強部材と水素透過膜との互いの成分の相互拡散を無くして、水素透過膜の変質を防ぎ、膜強度、気密性及び水素透過性能の低下を防止することができる。 In the present invention, (A) a diffusion preventing layer and (B) a first intermediate layer at the joint with the hydrogen permeable membrane in the reinforcing member having pores on the hydrogen permeable membrane side (that is, the side in contact with the hydrogen permeable membrane) (= Reinforcement member side) -diffusion prevention layer, (C) diffusion prevention layer-second intermediate layer (= hydrogen permeable membrane side) or (D) first intermediate layer (= reinforcement member side) -diffusion prevention Layer-second intermediate layer (= hydrogen permeable membrane side) is arranged, thereby preventing mutual diffusion of mutual components between the reinforcing member and the hydrogen permeable membrane, preventing alteration of the hydrogen permeable membrane, membrane strength, airtightness And deterioration of hydrogen permeability can be prevented.
なお、水素透過膜との接合部に、そのように(A)〜(D)の層を配する技術は本発明者らが先に開発したものであり(前述“316号出願”)、本発明においては、これを応用するものである。 The technique of arranging the layers (A) to (D) at the junction with the hydrogen permeable membrane was previously developed by the present inventors (the above-mentioned “316 application”). In the invention, this is applied.
図8は、細孔を有する補強部材と水素透過膜との間にそれら(A)〜(D)のいずれかの層を配する態様を説明する図である。図8中、図1と共通する部材、部分には同じ符号を用いている。図8において、2′は金属シートの周縁から所定幅を残した上面に(A)〜(D)のいずれかの層を配した“細孔を有する金属シート”である。 FIG. 8 is a diagram illustrating a mode in which any one of the layers (A) to (D) is disposed between the reinforcing member having pores and the hydrogen permeable membrane. In FIG. 8, the same reference numerals are used for members and portions common to FIG. In FIG. 8, reference numeral 2 'denotes a "metal sheet having pores" in which any one of layers (A) to (D) is disposed on the upper surface leaving a predetermined width from the periphery of the metal sheet.
(A)〜(D)のいずれかの層を配した“細孔を有する金属シート”2′を、閉塞部材M、精製水素収集部材1、細孔を有する補強部材2、水素透過膜3とともに、図8(a)〜(d)のように配置し、一度に拡散接合して水素透過膜モジュールを構成する。図8(e)はこうして構成された水素透過膜モジュールである。
The “metal sheet having pores” 2 ′ in which any one of layers (A) to (D) is arranged together with the closing member M, the purified
〈細孔を有する金属シートまたは補強部材に(A)拡散防止層を配する態様〉
図9は、細孔を有する金属シートへの拡散防止層の形成態様を説明する図である。図9(b)は金属シートで、図9(b)に示す点線は説明のためのもので、その点線枠内が細孔域となることを示している。
<Aspect where (A) anti-diffusion layer is disposed on metal sheet or reinforcing member having pores>
FIG. 9 is a diagram for explaining a mode of forming a diffusion preventing layer on a metal sheet having pores. FIG. 9B is a metal sheet, and the dotted line shown in FIG. 9B is for explanation, and indicates that the inside of the dotted line frame is a pore region.
金属シートにマスキングをする。マスキングは、図9(a)に示すように、周縁部には孔がなく、その周縁部で囲まれた部分に細孔を有するマスクを金属シートに配置することで行うことができる。すなわち、図9(a)のマスクを図9(b)の金属シートの片面に配置する。図9(c)はこのマスキングをした状態を示している。 Mask the metal sheet. As shown in FIG. 9A, the masking can be performed by arranging a mask having no holes in the peripheral portion and having pores in a portion surrounded by the peripheral portion on the metal sheet. That is, the mask of FIG. 9A is arranged on one side of the metal sheet of FIG. FIG. 9C shows the masked state.
次に、エッチング処理をする。エッチング処理により、金属シートのうち、マスクの各細孔に対応する部分がエッチングにより除去され、それ以外の部分はエッチングされない。次いで、マスキングを除去することで図9(d)に示すように細孔を有する金属シートが得られる。この細孔を有する金属シートは、表裏対称であり、裏から見ても図9(d)と同じである。 Next, an etching process is performed. By the etching process, portions of the metal sheet corresponding to the pores of the mask are removed by etching, and other portions are not etched. Next, by removing the masking, a metal sheet having pores as shown in FIG. 9 (d) is obtained. The metal sheet having the pores is symmetrical with respect to the front and back, and is the same as FIG.
そして、拡散防止層を形成する。拡散防止層は、細孔を有する金属シートの片面に形成する。拡散防止層は、拡散防止層となる材料を、その金属シートの細孔部の領域(細孔域)に施すことで形成する。拡散防止層となる材料の施工は、デイップコート法、スプレー吹き付け法、印刷法、アークイオンプレーティング法、蒸着法などによって行うことができる。このうち印刷法は、金属シートが平らであるので特に有用である。 Then, a diffusion preventing layer is formed. The diffusion preventing layer is formed on one side of a metal sheet having pores. The diffusion preventing layer is formed by applying a material to be the diffusion preventing layer to the pore region (pore region) of the metal sheet. The material for forming the diffusion preventing layer can be applied by dip coating, spraying, printing, arc ion plating, vapor deposition, or the like. Of these, the printing method is particularly useful because the metal sheet is flat.
拡散防止層の構成材料としては、高融点金属またはセラミックスが用いられる。このうち高融点金属は、融点が1800℃以上の金属であり、その例としてはZr、Mo、Ta、W、Cr、Hf、Nb、Ruなどが挙げられる。また、セラミックスは、Ti、Si、Al、Mg、Ca、Y、Zr、Hfの群から選択される一種以上の元素とN、C、O、Bの群から選択される一種以上の元素とからなる化合物であり、その例としてはTiN、TiC、TiO2、TiB、Si3N4、SiC、SiO2、AlN、Al2O3、MgO、CaO、AlSiOX、Y2O3、ZrO2、TiAlN、MgO・Al2O3、2MgO・SiO2などが挙げられる。これらセラミックスは、単層で拡散防止層とするほか、例えばAl2O3層とZrO2層というように複数層積層して拡散防止層とする場合もある。 A refractory metal or ceramic is used as a constituent material of the diffusion preventing layer. Among them, the high melting point metal is a metal having a melting point of 1800 ° C. or higher, and examples thereof include Zr, Mo, Ta, W, Cr, Hf, Nb, Ru, and the like. The ceramic is composed of one or more elements selected from the group of Ti, Si, Al, Mg, Ca, Y, Zr, and Hf and one or more elements selected from the group of N, C, O, and B. Examples thereof are TiN, TiC, TiO 2 , TiB, Si 3 N 4 , SiC, SiO 2 , AlN, Al 2 O 3 , MgO, CaO, AlSiO X , Y 2 O 3 , ZrO 2 , TiAlN, MgO.Al 2 O 3 , 2MgO.SiO 2 and the like can be mentioned. These ceramics may be used as a diffusion prevention layer as a single layer or as a diffusion prevention layer by laminating a plurality of layers such as an Al 2 O 3 layer and a ZrO 2 layer.
また、拡散防止層は、細孔を有する金属シートの片面を酸化して酸化物を形成し、その酸化物を拡散防止層としてもよい。この酸化物の形成は、金属シートまたは補強部材に対して拡散防止層のみを配する態様、もしくは前述拡散防止層−第二の中間層(=水素透過膜側)を配する態様において適用できる。水素透過膜モジュール完成に至るまでの作製過程では、その酸化物が拡散防止層となる材料に相当する。 The diffusion preventing layer may be formed by oxidizing one surface of a metal sheet having pores to form an oxide, and the oxide may be used as the diffusion preventing layer. This oxide formation can be applied in a mode in which only the diffusion preventing layer is disposed on the metal sheet or the reinforcing member, or a mode in which the above-described diffusion preventing layer-second intermediate layer (= hydrogen permeable membrane side) is disposed. In the manufacturing process up to the completion of the hydrogen permeable membrane module, the oxide corresponds to the material that becomes the diffusion preventing layer.
形成された拡散防止層の側に水素透過膜が配される。拡散防止層となる材料の厚さは、その目的、すなわち金属シートの成分と水素透過膜との相互拡散防止を達成し得る範囲で適宜選定することができる。その範囲は、好ましくは0.05〜1μmである。なお、拡散防止層の厚さは、金属シートの細孔の径より小さいので、細孔が拡散防止層の構成材料により詰まることはない。 A hydrogen permeable membrane is disposed on the side of the formed diffusion prevention layer. The thickness of the material to be the diffusion preventing layer can be appropriately selected within the range in which the purpose, that is, the mutual diffusion prevention between the metal sheet component and the hydrogen permeable membrane can be achieved. The range is preferably 0.05 to 1 μm. In addition, since the thickness of the diffusion preventing layer is smaller than the diameter of the pores of the metal sheet, the pores are not clogged with the constituent material of the diffusion preventing layer.
図9(e)は、こうして拡散防止層となる材料を形成した状態を示している。この拡散防止層となる材料を施工してなる部材が、前述図8(b)に示す“細孔を有する金属シート”2′に相当し、ここでは(A)拡散防止層を有する“細孔を有する金属シート”2′である。 FIG. 9 (e) shows a state in which the material to be the diffusion preventing layer is formed in this way. The member formed by applying the material to be the diffusion prevention layer corresponds to the “metal sheet having pores” 2 ′ shown in FIG. 8B, and here, (A) “pores having the diffusion prevention layer”. The metal sheet “2 ′” having
以上では、1枚の細孔を有する金属シートに拡散防止層を配する場合について述べたが、細孔を有する金属シートを重ねた補強部材の片面に拡散防止層を配してもよい。この場合、図8(c)に示す細孔を有する補強部材2の上面に図9(e)に示すような拡散防止層を配した状態となる。この点、拡散防止層に加え、第一の中間層及び第二の中間層の一方または両方を配する態様についても同様である。
Although the case where the diffusion preventing layer is arranged on the metal sheet having one pore has been described above, the diffusion preventing layer may be arranged on one side of the reinforcing member on which the metal sheet having the pores is stacked. In this case, the diffusion preventing layer as shown in FIG. 9E is arranged on the upper surface of the reinforcing
図9の態様では細孔を有する金属シートに拡散防止層の成膜処理を施しているが、単なる枠に対して、拡散防止層を施した細孔を有する金属シートをはめ込み、図9(e)と同様の形態にすることもできる。図10はこの態様を説明する図である。図10(a)は細孔を有する金属シートである。図10(a)に示す細孔を有する金属シートの片面の全面に拡散防止層を施して図10(b)のようにする。そして、この金属シートを、図10(c)のような金属シートの外周に対応する開口を有する単なる枠に対してはめ込む。 In the embodiment of FIG. 9, the diffusion prevention layer is formed on the metal sheet having pores. However, the metal sheet having the pores having the diffusion prevention layer is fitted into a simple frame, and FIG. ). FIG. 10 is a diagram for explaining this aspect. FIG. 10A shows a metal sheet having pores. A diffusion preventing layer is applied to the entire surface of one side of the metal sheet having pores shown in FIG. 10A, as shown in FIG. Then, this metal sheet is fitted into a simple frame having an opening corresponding to the outer periphery of the metal sheet as shown in FIG.
こうして図10(d)のように、図9(e)と同様の構成とすることができる。この形成態様では、拡散防止層の成膜時にマスキング等の工程が不要であり、また、拡散防止層の成膜時に拡散防止材料の金属シートの裏面への回り込みがないなどのメリット、効果が得られる。 Thus, as shown in FIG. 10D, a configuration similar to that shown in FIG. This formation mode does not require a step such as masking during the formation of the diffusion prevention layer, and also provides merits and effects such as no wraparound of the diffusion prevention material to the back surface of the metal sheet during the formation of the diffusion prevention layer. It is done.
なお、図10には1枚の細孔を有する金属シートを用いる場合を示しているが、細孔を有する金属シートの複数枚を重ね(その複数枚のうち、水素透過膜側の金属シートのみを拡散防止層を施した金属シートとする)、上記と同様にして単なる枠に対してはめ込むようにしてもよい。これらの場合、単なる枠も、対応する形状の金属シートの複数枚を重ねて形成したものであり、従来技術で言うような金属枠体ではない。 FIG. 10 shows a case where a metal sheet having one pore is used, but a plurality of metal sheets having pores are stacked (of the plurality of sheets, only the metal sheet on the hydrogen permeable membrane side). And a metal sheet provided with a diffusion preventing layer), and may be fitted to a simple frame in the same manner as described above. In these cases, a simple frame is also formed by overlapping a plurality of metal sheets of corresponding shapes, and is not a metal frame as in the prior art.
図11(a)は図9(e)、図10(d)と同じ図である。図11(b)は、図11(a)の右側部分を拡大し、平面図として示したものである。aは金属シートの周縁、bは金属シートにおける細孔域の周縁、cは拡散防止層の周縁である。図11(b)のとおり、金属シートの周縁aと拡散防止層の周縁cとの間には所定幅dが置かれる。この所定幅dが前述“金属シートの周縁から所定幅を残した”ところの当該“所定幅”であり、この所定幅dの面が、金属シートの金属が露出した面(金属露出面)となる。 FIG. 11 (a) is the same as FIG. 9 (e) and FIG. 10 (d). FIG.11 (b) expands the right side part of Fig.11 (a), and shows it as a top view. a is the periphery of the metal sheet, b is the periphery of the pore region in the metal sheet, and c is the periphery of the diffusion preventing layer. As shown in FIG. 11B, a predetermined width d is placed between the peripheral edge a of the metal sheet and the peripheral edge c of the diffusion prevention layer. The predetermined width d is the “predetermined width” where “the predetermined width is left from the periphery of the metal sheet”, and the surface of the predetermined width d is a surface where the metal of the metal sheet is exposed (metal exposed surface). Become.
水素透過膜は、接合時に、当該金属露出面で接合され、拡散防止層の部分では接合しない。なお、図11(b)中右側に点線を付しているが、これは、おおよそこの点線の箇所までに水素透過膜が配されることを示している。この点、後述図12〜15の態様においても同じである。 At the time of bonding, the hydrogen permeable membrane is bonded at the exposed metal surface, and is not bonded at the diffusion preventing layer. In addition, although the dotted line is attached | subjected to the right side in FIG.11 (b), this has shown that the hydrogen permeable film is distribute | arranged to the location of this dotted line roughly. This also applies to the embodiments shown in FIGS.
以上で述べた態様では、拡散防止層は、図8(b)、図9(e)、図10(d)、図11(a)〜(b)中、斜線で示すように、金属シートの細孔域と、細孔域の周縁bから幾分“はみ出し”て配されている。図11(a)〜(b)で言えば、符号eとして示す部分であり、bとcの間の幅部分である。 In the embodiment described above, the diffusion prevention layer is formed of a metal sheet as shown by hatching in FIGS. 8 (b), 9 (e), 10 (d), and 11 (a) to 11 (b). The pore region is arranged so as to be somewhat “out of” from the peripheral edge b of the pore region. 11 (a) to 11 (b), it is a portion indicated by a symbol e and a width portion between b and c.
しかし、拡散防止層は、水素透過膜とは接合しないので、そのような“はみ出し”部分は必須ではなく、実質上細孔域のみに配してもよい。これにより、金属シートの細孔域をその分、すなわち“はみ出し”部分だけ広くすることができる。この点は前記(B)〜(D)の層を配する場合についても同様である。. However, since the diffusion preventive layer does not join with the hydrogen permeable membrane, such a “protruding” portion is not essential and may be disposed substantially only in the pore region. As a result, the pore region of the metal sheet can be widened by that amount, that is, only the “excess” portion. This also applies to the case where the layers (B) to (D) are provided. .
そのように“はみ出し”部分を無くして、その分細孔域を広げると、図12(a)のようになり、金属シートの細孔域を広くすることができる。そして、図12(b)のように、細孔域の全域に拡散防止層を配する。図12(c)に、図12(b)の右側部分を拡大し、平面図として示している。このように金属シートの細孔域を広げることで“はみ出し”部分の領域まで金属シートの細孔域を広くできることから、モジュールとしては同一規模で、水素透過膜による水素精製域を広げることができる。 When the “excess” portion is eliminated and the pore region is expanded accordingly, the pore region of the metal sheet can be widened as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 12B, a diffusion prevention layer is disposed over the entire pore region. FIG. 12C is an enlarged plan view of the right side portion of FIG. By expanding the pore area of the metal sheet in this way, the pore area of the metal sheet can be expanded to the area of the “extrusion” portion, so that the hydrogen purification area by the hydrogen permeable membrane can be expanded on the same scale as a module. .
以上、いずれの場合にも、拡散防止層は、金属シート成分と水素透過膜成分の相互拡散を防ぎ、水素透過膜の劣化を防止する。 As described above, in any case, the diffusion preventing layer prevents mutual diffusion of the metal sheet component and the hydrogen permeable membrane component, and prevents deterioration of the hydrogen permeable membrane.
〈細孔を有する金属シートまたは補強部材に(B)第一の中間層(=補強部材側)−拡散防止層を配する態様〉
図13は、水素透過膜側の細孔を有する補強部材について、水素透過膜との当接面に第一の中間層(=補強部材側)−拡散防止層を配した態様を説明する図である。第一の中間層は、細孔を有する補強部材と拡散防止層との間の接合強度を高め、密着性を確保するための層であり、細孔を有する補強部材を構成する最上部の細孔を有する金属シートの面に対してメッキ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、その他適宜の方法により層状に塗布することにより形成することができる。
<Aspect where (B) first intermediate layer (= reinforcing member side) -diffusion preventing layer is disposed on a metal sheet or reinforcing member having pores>
FIG. 13 is a diagram for explaining a mode in which a first intermediate layer (= reinforcing member side) -a diffusion preventing layer is disposed on the contact surface with the hydrogen permeable membrane for the reinforcing member having pores on the hydrogen permeable membrane side. is there. The first intermediate layer is a layer for increasing the bonding strength between the reinforcing member having pores and the diffusion preventing layer and ensuring adhesion, and is the uppermost thin layer constituting the reinforcing member having pores. It can form by apply | coating to the surface of the metal sheet which has a hole by the plating method, a vapor deposition method, an arc ion plating method, and other appropriate methods.
第一の中間層(=補強部材側)の構成材料としては、Au、Ag、Cu、Al、Ti、Ni、Co、Pt、Pd、Rh、Ruなどが用いられる。それら金属の二種以上を例えば合金として組み合わせてもよい。
第一の中間層の厚さはその目的を達成し得る範囲で適宜選択することができる。その範囲は0.05〜20μm、好ましくは0.1〜10μmである。“第一の中間層+拡散防止層”の厚さは、金属シートの細孔の径より小さいので、細孔が詰まることはない。
Au, Ag, Cu, Al, Ti, Ni, Co, Pt, Pd, Rh, Ru, etc. are used as a constituent material of the first intermediate layer (= reinforcing member side). Two or more of these metals may be combined as an alloy, for example.
The thickness of the first intermediate layer can be appropriately selected as long as the object can be achieved. The range is 0.05 to 20 μm, preferably 0.1 to 10 μm. Since the thickness of the “first intermediate layer + diffusion prevention layer” is smaller than the diameter of the pores of the metal sheet, the pores are not clogged.
〈細孔を有する金属シートまたは補強部材に(C)拡散防止層−第二の中間層(=水素透過膜側)を配する態様〉
図14は、水素透過膜側に配する細孔を有する補強部材について、水素透過膜との当接面に拡散防止層−第二の中間層(=水素透過膜側)を配した態様を説明する図である。第二の中間層は、拡散防止層と水素透過膜との間の接合強度を高め、密着性を確保するための層であり、拡散防止層の面に対してメッキ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、その他適宜の方法により層状に塗布することにより行うことができる。
<Mode in which (C) diffusion preventing layer-second intermediate layer (= hydrogen permeable membrane side) is arranged on a metal sheet or reinforcing member having pores>
FIG. 14 illustrates an aspect in which a diffusion preventing layer-second intermediate layer (= hydrogen permeable membrane side) is arranged on the contact surface with the hydrogen permeable membrane for the reinforcing member having pores arranged on the hydrogen permeable membrane side. It is a figure to do. The second intermediate layer is a layer for increasing the bonding strength between the diffusion preventing layer and the hydrogen permeable membrane and ensuring adhesion. The surface of the diffusion preventing layer is plated, vapor deposited, or arc ionized. It can be carried out by applying a layer by a plating method or other appropriate methods.
第二の中間層(=水素透過膜側)の構成材料としては、Au、Ag、Cu、Ni、Co、Pt、Pd、Rh、Ruなどが用いられる。それら金属の二種以上を例えば合金として組み合わせてもよい。
第二の中間層の厚さはその目的を達成し得る範囲で適宜選択することができる。その範囲は0.05〜20μm、好ましくは0.05〜1μmである。
As a constituent material of the second intermediate layer (= hydrogen permeable membrane side), Au, Ag, Cu, Ni, Co, Pt, Pd, Rh, Ru, or the like is used. Two or more of these metals may be combined as an alloy, for example.
The thickness of the second intermediate layer can be appropriately selected as long as the purpose can be achieved. The range is 0.05 to 20 μm, preferably 0.05 to 1 μm.
〈細孔を有する金属シートまたは補強部材に(D)第一の中間層(=補強部材側)−拡散防止層−第二の中間層(=水素透過膜側)を配する態様〉
図15は、水素透過膜側の細孔を有する補強部材について、水素透過膜との当接面に第一の中間層(補強部材と拡散防止層間の中間層)−拡散防止層−第二の中間層(拡散防止層と水素透過性膜間の中間層)を配した態様を説明する図である。このうち、第一の中間層は目的、構成材料、その施工法とも、前述第一の中間層(図13参照)と同じであり、第二の中間層は目的、構成材料、その施工法とも、前述第二の中間層(図14参照)と同じである。
<Mode in which (D) first intermediate layer (= reinforcing member side) -diffusion prevention layer-second intermediate layer (= hydrogen permeable membrane side) is arranged on a metal sheet or reinforcing member having pores>
FIG. 15 shows a reinforcing member having pores on the hydrogen permeable membrane side, the first intermediate layer (intermediate layer between the reinforcing member and the diffusion preventing layer) -diffusion preventing layer-second layer on the contact surface with the hydrogen permeable membrane. It is a figure explaining the aspect which has arrange | positioned the intermediate | middle layer (intermediate layer between a diffusion prevention layer and a hydrogen permeable film). Of these, the first intermediate layer is the same as the first intermediate layer (see FIG. 13) in terms of the purpose, constituent material, and its construction method, and the second intermediate layer is both objective, constituent material, and construction method. This is the same as the second intermediate layer (see FIG. 14).
図16は、図6に示す本発明(3)の水素透過膜モジュールの態様において、(A)〜(D)のいずれかの層を配した“細孔を有する金属シート”2′に相当する12′を配した態様である。なお、図16には、それら層について、前述“はみ出し”部分を有する場合を示しているが、“はみ出し”部分を有しない場合についても同様である。 FIG. 16 corresponds to the “metal sheet having pores” 2 ′ in which any one of layers (A) to (D) is arranged in the embodiment of the hydrogen permeable membrane module of the present invention (3) shown in FIG. 12 'is arranged. FIG. 16 shows a case where the above-described “excess” portion is included in these layers, but the same applies to the case where the “excess” portion is not included.
《本発明(4)〜(6)の態様》
本発明(4)〜(6)の水素透過膜モジュールは、上下貫通空隙を有する金属シートの複数枚を積層した精製水素収集部材の両側に、細孔を有する金属シートを積層した補強部材、あるいは補強部材の複数個、あるいは厚さ方向の中心部である精製水素収集部材へいくほど細孔の孔が粗くなるように細孔の大きさに勾配を設けてなる補強部材、水素透過膜を配置して一度に接合して構成される。
<< Aspects of the present invention (4) to (6) >>
The hydrogen permeable membrane module of the present invention (4) to (6) is a reinforcing member in which a metal sheet having pores is laminated on both sides of a purified hydrogen collecting member in which a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes are laminated, or A reinforcing member with a gradient in the pore size and a hydrogen permeable membrane are arranged so that the pores become coarser toward the purified hydrogen collecting member, which is the central part in the thickness direction, or a plurality of reinforcing members It is configured to be joined at a time.
そのように、それら水素透過膜及び補強部材を上下貫通空隙を有する金属シートの複数枚を積層した精製水素収集部材の両側に配することから、本発明(4)〜(6)は、コンパクトで、しかも高性能の水素透過膜モジュールとすることができる。
なお、以下においては、(A)拡散防止層を配した細孔を有する金属シートを配した図面を用いて説明するが、(B)〜(D)のいずれかの層を配した細孔を有する金属シートを配する場合や、これら(A)〜(D)の層を有しない場合についても同様である。
As described above, since the hydrogen permeable membrane and the reinforcing member are arranged on both sides of the purified hydrogen collecting member in which a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes are laminated, the present inventions (4) to (6) are compact. Moreover, a high-performance hydrogen permeable membrane module can be obtained.
In addition, in the following, (A) Although it demonstrates using drawing which arranged the metal sheet which has the pore which distribute | arranged the diffusion prevention layer, the pore which distribute | arranged the layer in any one of (B)-(D) The same applies to the case where the metal sheet is provided or the case where the layers (A) to (D) are not provided.
〈本発明(4)の態様〉
本発明(4)は、複数枚の上下貫通空隙を有する金属シートを積層した精製水素収集部材の両側に、それぞれ順次、細孔を有する金属シートを積層した補強部材と、水素透過膜を配置して接合により一度に接合してなることを特徴とする。なお、前述のとおり、一度の接合により接合する前はそれらの金属シートを重ねただけの状態であり、この点以下の態様についても同様である。
<Aspect of the present invention (4)>
In the present invention (4), a reinforcing member in which metal sheets having pores are sequentially laminated and a hydrogen permeable membrane are arranged on both sides of a purified hydrogen collecting member in which metal sheets having a plurality of upper and lower through-holes are laminated. It is characterized by being joined at once by joining. In addition, as mentioned above, before joining by one joining, it is in the state of having only piled up those metal sheets, and the same is true for the aspects below this point.
図17は、本発明(4)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図である。図17のとおり、符号20すなわち、上下貫通空隙sを有する複数の金属シートを積層した上下貫通空隙Sを有する精製水素収集部材の上下両側に、それぞれ順次、細孔を有する複数個の金属シートを積層した補強部材21、22と、水素透過膜23を配置して一度に拡散接合する。なお、22は、拡散防止層(A)を配した細孔を有する金属シートであり、細孔を有する金属シートである点に変わりはなく、一度の拡散接合により補強部材となる。
FIG. 17 is a diagram illustrating an embodiment of the hydrogen permeable membrane module of the present invention (4). As shown in FIG. 17, a plurality of metal sheets having pores are sequentially provided on the upper and lower sides of the purified hydrogen collecting member having the upper and lower through-holes S in which a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes s are laminated as shown in FIG. The laminated reinforcing
上記上下貫通空隙Sを有する精製水素収集部材20は、前述図3のようにして作製した“空隙sを有する金属シート”の複数個を積層して形成される。すなわち、図18のように“空隙sを有する金属シート”の複数個(n枚)を積層することで形成される。
The purified
また、精製水素収集部材20は、“空隙sを有する金属シート”として複数個の空隙s、s、s・・・を有する金属シートを用いて形成してもよい。図19のように“複数個の空隙sを有する金属シート”の複数個(n枚)を積層することで、複数個の空隙S、S、S・・・を有する精製水素収集部材20が形成される。
Further, the purified
また、精製水素収集部材20は、図19のように“複数個の空隙sを有する金属シート”の複数個(n枚)を積層することで、複数個の空隙S、S、S・・・を有する精製水素収集部材20を形成する際に、図20のように、精製水素を集めるための集合孔を設けてもよい。集合孔により複数個の空隙S、S、S・・・を予め繋げておくことで、水素導出管との連結をより容易に行える。水素透過膜で分離され、各空隙S、S、S・・・を流れてくる精製水素は集合孔を経て水素導出管から取り出される。
Further, the purified
〈本発明(5)の態様〉
本発明(5)は、上下貫通空隙を有する複数の金属シートを積層した精製水素収集部材の両側に、それぞれ順次、細孔を有する金属シートを積層した補強部材の複数個と、水素透過膜を配置して一度に接合してなることを特徴とする。
<Aspect of the present invention (5)>
The present invention (5) includes a plurality of reinforcing members each having a metal sheet having pores sequentially laminated on both sides of a purified hydrogen collecting member having a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes, and a hydrogen permeable membrane. It arrange | positions and it joins at once, It is characterized by the above-mentioned.
前述図17においては、符号21、21として示すように、精製水素収集部材20の一側に細孔を有する補強部材を一個、精製水素収集部材20の両側で二個を示しているが、その一側に細孔を有する補強部材を二個以上、両側で四個以上を配置してもよい。本発明(5)は、この場合に相当し、各細孔を有する補強部材、また他の部材についても〈本発明(4)の態様〉の場合と同様にして作製することができる。
In FIG. 17, as indicated by
〈本発明(6)の態様〉
本発明(6)は、本発明(5)において、複数個の補強部材が、厚さ方向の中心部である精製水素収集部材へいくほど細孔の孔が粗くなるように細孔の大きさに勾配を設けてなるものに相当している。
<Aspect of the present invention (6)>
According to the present invention (6), in the present invention (5), the size of the pores is such that the pores become coarser as the plurality of reinforcing members go to the purified hydrogen collecting member which is the central portion in the thickness direction. Is equivalent to a gradient.
図21は本発明(6)の態様を説明する図である。図21のとおり、上下貫通空隙Sを有する、複数個の金属シートを積層した精製水素収集部材30の両側に、それぞれ順次、細孔の孔を粗くした複数個の金属シートを積層した補強部材31と、細孔の孔が密な(つまり、細孔の孔が補強部材31の細孔より小さい)補強部材32、33と、水素透過膜34を配置して一度に拡散接合する。なお、33は、拡散防止層(A)を配した細孔を有する金属シートであり、細孔を有する金属シートである点に変わりはなく、一度の拡散接合により補強部材となる。
FIG. 21 is a diagram for explaining an aspect of the present invention (6). As shown in FIG. 21, the reinforcing
図21には、細孔の孔が粗い補強部材31と細孔の孔が密な補強部材32、33の二個の場合を示しているが、厚さ方向の中心部である精製水素収集部材30の側に最も細孔の孔が粗い補強部材を配置し、以降、水素透過膜側に向けて、順次、細孔の孔が順次密の補強部材(孔の粗さを順次小さくした補強部材)を配置して構成する。このように、細孔の大きさに勾配を設けることにより、水素透過膜の強度を保ったまま、水素透過膜側から精製水素収集部材に向けて流れる精製水素の流通抵抗を緩和することができる。
FIG. 21 shows a case where there are two reinforcing
図22(a)に、図21のようにして構成した水素透過膜モジュールを示している。本発明の水素透過膜モジュールのスケールは適宜設定できるが、例えば長さ30cm、幅3cm、厚さ1cmというような規模とすることができる。図21中“×10”というように示しているのは各部材を構成する金属シートの枚数例である。 FIG. 22A shows a hydrogen permeable membrane module configured as shown in FIG. The scale of the hydrogen permeable membrane module of the present invention can be set as appropriate. For example, the scale can be 30 cm long, 3 cm wide, and 1 cm thick. In FIG. 21, “× 10” indicates an example of the number of metal sheets constituting each member.
〈精製水素収集部材、補強部材の各金属シートを金属シートのままで水素透過膜を含めて一体接合する態様〉
本発明の水素透過膜モジュールは、(1)精製水素収集部材を構成する金属シート、補強部材を構成する金属シートを金属シートのままで重ね、水素透過膜を含めて一度に接合してもよく、(2)後述仮止めする場合のように、各金属シートを重ねた精製水素収集部材(一度の拡散接合により精製水素収集部材となる)、各金属シートを重ねた補強部材(一体の拡散接合により補強部材となる)を個々に形成した後、水素透過膜を含めて一度に拡散接合してもよい。(1)の場合には、例えば、シートの位置決め用のダイ、すなわち型枠内にそれら各金属シートを水素透過膜を含めて積層して加熱及び加圧を行い、拡散接合により一度に接合して水素透過膜モジュールとする。
<Mode for integrally joining the metal sheet of the purified hydrogen collecting member and the reinforcing member together with the hydrogen permeable membrane with the metal sheet as it is>
In the hydrogen permeable membrane module of the present invention, (1) the metal sheet constituting the purified hydrogen collecting member and the metal sheet constituting the reinforcing member may be stacked as they are and joined together including the hydrogen permeable membrane. (2) As will be described later, a purified hydrogen collecting member in which each metal sheet is stacked (becomes a purified hydrogen collecting member by one diffusion bonding), and a reinforcing member in which each metal sheet is stacked (integrated diffusion bonding) (Which will be a reinforcing member) may be individually formed and then diffusion bonded together including the hydrogen permeable membrane. In the case of (1), for example, a sheet positioning die, that is, a metal sheet including a hydrogen permeable film is laminated in a mold, heated and pressed, and bonded together by diffusion bonding. A hydrogen permeable membrane module.
〈水素透過膜モジュールへの水素導出管の配置態様〉
以上のように構成した水素透過膜モジュールにおいて、精製水素を取り出すための水素導出管を配置する。以下、その配置態様について順次説明する。
<Arrangement of hydrogen outlet pipe to hydrogen permeable membrane module>
In the hydrogen permeable membrane module configured as described above, a hydrogen lead-out tube for taking out purified hydrogen is arranged. Hereinafter, the arrangement | positioning aspect is demonstrated sequentially.
〈精製水素収集部材に対して水素導出部Tを設ける態様〉
精製水素収集部材に対して精製水素導出部を設ける。すなわち、以上で述べた態様の水素透過膜モジュールにおいては、別途、精製水素収集部材の空隙Sに連なる精製水素導出部を設ける。図21の態様で作製した水素透過膜モジュールを例にすると、図22(a)のように水素導出部を有しない形に構成されているので、精製水素導出部Tを穿設する。
<Mode in which a hydrogen lead-out portion T is provided for the purified hydrogen collecting member>
A purified hydrogen outlet is provided for the purified hydrogen collecting member. That is, in the hydrogen permeable membrane module of the aspect described above, a purified hydrogen lead-out portion connected to the gap S of the purified hydrogen collecting member is separately provided. When the hydrogen permeable membrane module manufactured in the embodiment of FIG. 21 is taken as an example, it is configured so as not to have a hydrogen lead-out portion as shown in FIG.
精製水素収集部材30の部位を穿孔して精製水素の導出部とする。図22(b)中“T”として示す孔で、この孔Tは精製水素収集部材の空隙S(図1、図6、図8、図16、図17、図21等参照)に連通している。穿孔は、例えば切削工具により容易に行うことができる。そして、図22(c)のように、精製水素導出部Tに水素導出管35を連結する。
A portion of the purified
また、前述図20のように、精製水素を集めるための集合孔を設けている場合には、集合孔により複数個の空隙S、S、S・・・を予め繋げているので、同様にして精製水素導出部Tに水素導出管35を連結することができる。
Further, as shown in FIG. 20, when the collecting holes for collecting purified hydrogen are provided, a plurality of voids S, S, S... Are connected in advance by the collecting holes. A
図23は、こうして形成した水素導出管35付き水素透過膜モジュールの内部、水素導出管35の連結部を説明する図である。図23(a)は図22(c)と同じである。図23(b)は図23(a)中A−A線断面を拡大して示した図、図23(c)は図23(a)中B−B線断面を拡大して示した図である。図23(b)のとおり、精製水素導出部Tに対して水素導出管35を嵌合し、ガス密にシール、固定する。そのシール、固定は溶接、ろう付けなどにより行う。
FIG. 23 is a diagram for explaining the inside of the hydrogen permeable membrane module with the
なお、前述図19に示すような複数の空隙Sを設けた精製水素収集部材の場合には、精製水素導出部Tは各空隙Sのいずれにも連通するように穿孔する。図24はこの態様を説明する図である。図24(a)に示すように、精製水素収集部材30の部位を穿孔する前の外観は図22(a)と同様であるが、図24(a)中符号30として示す精製水素収集部材が、図19のように複数の空隙Sを設けた精製水素収集部材で構成されている。精製水素導出部Tは複数の空隙Sのいずれにも連通する必要があるので、図24(b)に示すように矩形状に穿孔して精製水素導出部Tを形成する。そして、図24(c)のように、精製水素導出部Tに、その形状に対応した水素導出管36を連結する。
In the case of a purified hydrogen collecting member provided with a plurality of voids S as shown in FIG. 19, the purified hydrogen lead-out portion T is perforated so as to communicate with any of the voids S. FIG. 24 is a diagram for explaining this aspect. As shown in FIG. 24 (a), the appearance of the purified
〈精製水素導出部Tに係る変形態様1〉
精製水素収集部材における精製水素導出部Tについては各種態様が可能である。以上で述べた水素透過膜モジュールにおいては、精製水素収集部材の空隙Sに連なる精製水素導出部Tを設ける。これに対して、精製水素収集部材について、空隙Sの部分を、予め補強部材の細孔域よりも広めに取っておくことにより(つまり、精製水素導出部Tを穿設する部位の幅を小さくしておくことにより)、精製水素導出部として穿設する長さを短くすることができる。
<
Various aspects are possible for the purified hydrogen outlet T in the purified hydrogen collecting member. In the hydrogen permeable membrane module described above, the purified hydrogen lead-out portion T connected to the gap S of the purified hydrogen collecting member is provided. On the other hand, with respect to the purified hydrogen collecting member, the space S is previously made wider than the pore region of the reinforcing member (that is, the width of the portion where the purified hydrogen lead-out portion T is drilled is reduced). In this case, the length of the purified hydrogen lead-out portion can be shortened.
図25はその態様を説明する図である。図25中、補強部材の細孔域の端部を点線で示している。図25(e)のとおり、精製水素収集部材30において、空隙Sの部分をS′として示すように補強部材の細孔域より広めに取る。これにより、空隙長さが“S+S′”となり、補強部材の細孔域の端部より長くなるので、その分、精製水素導出部Tを設けるための穿設部分を短くすることができる。なお、図25では各部材を平面図として示しているが、各部材を面平行に配置、重ねて(積層して)一度に接合する。
FIG. 25 is a diagram for explaining the mode. In FIG. 25, the end of the pore region of the reinforcing member is indicated by a dotted line. As shown in FIG. 25 (e), in the purified
〈精製水素導出部Tに係る変形態様2〉
図26〜29は他の態様を説明する図である。図26のとおり、前述図21における空隙Sを有する精製水素収集部材30を、空隙S及びこの空隙Sに連なる精製水素導出部Tを有する精製水素収集部材40に代えたものに相当している。
<
FIGS. 26-29 is a figure explaining another aspect. As shown in FIG. 26, the purified
ここで、上記空隙S及びこの空隙Sに連なる精製水素導出部Tを有する精製水素収集部材40は、精製水素導出部Tを設ける点以外は、前述〈精製水素収集部材1の作製態様〉(図2参照)と同様である。ただし、本態様では、図2の最下部にある“空隙sを有しない金属シートM”は無い。
Here, the purified
図27のとおり、それぞれ内部に“空隙s及びこの空隙sに連なる開口tを有する金属シート”の複数個を配置する。そして、これらを重ねることにより、空隙S及びこの空隙Sに連なる精製水素導出部Tを有する精製水素収集部材40を形成する。
As shown in FIG. 27, a plurality of “metal sheets each having an air gap s and an opening t connected to the air gap s” are arranged therein. And the refinement | purification
図28は、上記“空隙s及びこの空隙sに連なる開口tを有する金属シート”の作製態様を説明する図である。図28(a)は金属シートであり、金属シートの表面のうち、空隙sとなる部分とこれ続く開口tとなる部分を除き、マスキングをする。図28(b)はこの状態を示している。次いでエッチング処理をする。エッチング処理により、マスキング部分以外の部分が除去され、空隙sとこれに続く開口tが形成される。図28(c)はこの状態を示している。次いで、マスキングを除去することで、図28(d)に示すように、空隙sとこれに続く開口tを有する金属シートが得られる。その他の点は、前述〈空隙sを有する金属シートの作製態様〉と同様である。 FIG. 28 is a diagram for explaining a production mode of the “metal sheet having the gap s and the opening t connected to the gap s”. FIG. 28A shows a metal sheet, and masking is performed except for a portion that becomes a gap s and a portion that becomes an opening t following the surface of the metal sheet. FIG. 28B shows this state. Next, an etching process is performed. By the etching process, the portion other than the masking portion is removed, and the gap s and the opening t following this are formed. FIG. 28 (c) shows this state. Next, by removing the masking, as shown in FIG. 28 (d), a metal sheet having a gap s and an opening t subsequent thereto is obtained. The other points are the same as those described above <Preparation mode of metal sheet having void s>.
こうして構成した精製水素収集部材40を用いて水素透過膜モジュールを構成する。図26のとおり、精製水素収集部材40の上下両側に、それぞれ順次、細孔の孔を粗くした金属シートの複数枚を積層した補強部材41と、細孔の孔が密な(つまり、細孔の孔が補強部材41の細孔より小さい)補強部材42と、拡散防止層を有する細孔を有する金属シート43と、水素透過膜44を配置して一度に拡散接合して水素透過膜モジュールを構成する。
A hydrogen permeable membrane module is configured using the purified
〈精製水素導出部Tへの水素導出管の連結態様〉
図29は、図26のようにして構成した水素透過膜モジュールの構造を説明する図である。図29(a)は、その水素透過膜モジュールを斜視図として示した図である。精製水素導出部Tに対して水素導出管45を嵌合し、ガス密にシール、固定する。そのシール、固定は溶接、ろう付けなどにより行う。図29(b)は図29(a)に示す精製水素導出部Tに水素導出管45を連結した図である。図29(c)は、図29(a)中A−A線断面図である。
<Connection mode of hydrogen outlet pipe to purified hydrogen outlet section T>
FIG. 29 is a diagram illustrating the structure of the hydrogen permeable membrane module configured as shown in FIG. FIG. 29A is a perspective view of the hydrogen permeable membrane module. The hydrogen lead-out
〈水素透過膜モジュール作製時の変形態様1〉
本発明の水素透過膜モジュールは、“水素透過膜+細孔部を有する補強部材+精製水素収集部材”、“水素透過膜+複数個の‘細孔を有する補強部材’+精製水素収集部材”、あるいは“水素透過膜+複数個の‘精製水素収集部材へいくほど細孔の孔が粗くなるように細孔の大きさに勾配を設けてなる補強部材’+精製水素収集部材”というように積層、接合して作製される。
<
The hydrogen permeable membrane module of the present invention includes “hydrogen permeable membrane + reinforcing member having pores + purified hydrogen collecting member”, “hydrogen permeable membrane + a plurality of 'reinforcing members having pores' + purified hydrogen collecting member” Or “hydrogen permeable membrane + reinforcing member with a gradient in pore size so that the pores become coarser as they go to a plurality of“ purified hydrogen collecting members ”+ purified hydrogen collecting member” It is manufactured by stacking and bonding.
それらの作製に際し、積層する各部材に“繋ぎ”を付けて枠を残したまま接合することにより、その作製を容易にすることができる。図30はこの態様を説明する図である。
図30(a)は水素透過膜であり、1点鎖線で示すように、水素透過膜の外周縁から所定幅を置き、この幅部分を“繋ぎ”とする。1点鎖線で示す枠内の膜が製品水素透過膜モジュールに組み込まれる。
In producing them, the members can be easily attached by attaching “joins” to each other and leaving the frame. FIG. 30 is a diagram for explaining this aspect.
FIG. 30A shows a hydrogen permeable membrane. As shown by a one-dot chain line, a predetermined width is set from the outer peripheral edge of the hydrogen permeable membrane, and this width portion is referred to as “joining”. The membrane within the frame indicated by the one-dot chain line is incorporated into the product hydrogen permeable membrane module.
図30(b)は細孔を有する補強部材であり、1点鎖線で示すように、補強部材の外周縁から所定幅を置き、この幅部分を“繋ぎ”とする。繋ぎ枠の大きさは水素透過膜のそれと同じである。1点鎖線で示す枠内の補強部材が製品水素透過膜モジュールに組み込まれる。
図30(c)は図30(b)の細孔より粗い細孔を有する補強部材であり、1点鎖線で示すように、補強部材の外周縁から所定幅を置き、この幅部分を“繋ぎ”とする。繋ぎ枠の大きさは水素透過膜のそれと同じである。1点鎖線で示す枠内の補強部材が製品水素透過膜モジュールに組み込まれる。
FIG. 30B shows a reinforcing member having pores. As shown by a one-dot chain line, a predetermined width is set from the outer peripheral edge of the reinforcing member, and this width portion is referred to as “joining”. The size of the connecting frame is the same as that of the hydrogen permeable membrane. A reinforcing member in a frame indicated by a one-dot chain line is incorporated into the product hydrogen permeable membrane module.
FIG. 30C shows a reinforcing member having pores coarser than those shown in FIG. 30B. As shown by a one-dot chain line, a predetermined width is set from the outer peripheral edge of the reinforcing member, and the width portions are connected to each other. ". The size of the connecting frame is the same as that of the hydrogen permeable membrane. A reinforcing member in a frame indicated by a one-dot chain line is incorporated into the product hydrogen permeable membrane module.
図30(d)は精製水素収集部材であり、1点鎖線で示すように、精製水素収集部材の外周縁から所定幅を置き、この幅部分を“繋ぎ”とする。繋ぎ枠の大きさは水素透過膜のそれと同じである。1点鎖線で示す枠内の精製水素収集部材が製品水素透過膜モジュールに組み込まれる。なお、図30(d)には、空隙長さが前述“S+S′”の精製水素収集部材を示しているが、他の態様の精製水素収集部材についても同様である。 FIG. 30D shows a purified hydrogen collecting member. As shown by a one-dot chain line, a predetermined width is set from the outer peripheral edge of the purified hydrogen collecting member, and this width portion is defined as “joining”. The size of the connecting frame is the same as that of the hydrogen permeable membrane. The purified hydrogen collecting member within the frame indicated by the one-dot chain line is incorporated into the product hydrogen permeable membrane module. FIG. 30 (d) shows the purified hydrogen collecting member having the above-mentioned gap length “S + S ′”, but the same applies to the purified hydrogen collecting member of other embodiments.
そして、以上のように構成した各部材を積層して拡散接合により一度に接合する。なお、図30中、各部材(a)〜(d)は平面図として示しているが、各部材を面平行に配置、重ねて(積層して)一度に接合する。そして、“繋ぎ”部分で一度に切断して水素透過膜モジュールを形成する。この場合、図30(a)〜(d)中、1点鎖線で示す繋ぎ枠となる線状部分を、予め所定間隔を置いてエッチングにより除去しておくことにより(これにより、水素透過膜等の各部材のうち、外周縁と繋ぎ枠との間はエッチング除去されない繋ぎ部分でのみ連結される)、切断を容易に行うことができる。 And each member comprised as mentioned above is laminated | stacked, and it joins at once by diffusion bonding. In addition, in FIG. 30, although each member (a)-(d) is shown as a top view, each member is arrange | positioned in parallel and is piled up (stacked), and is joined at once. Then, the hydrogen permeable membrane module is formed by cutting at a “connecting” portion at a time. In this case, in FIG. 30 (a) to (d), by removing the linear portion that becomes the connecting frame indicated by the one-dot chain line by etching at a predetermined interval in advance (the hydrogen permeable membrane etc. Among these members, the outer peripheral edge and the connecting frame are connected only at a connecting portion that is not etched away), and can be easily cut.
〈水素透過膜モジュール作製時の変形態様2〉
本発明の水素透過膜モジュールは、例えば“水素透過膜+複数個の‘精製水素収集部材へいくほど細孔の孔が粗くなるように細孔の大きさに勾配を設けてなる補強部材’+精製水素収集部材”というように積層し、一度の拡散接合により形成される。その接合に際してその積層体を予め仮止めしておくのがよい。仮止めは各部材単位で行ってもよい。
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The hydrogen permeable membrane module of the present invention includes, for example, “a hydrogen permeable membrane + a reinforcing member having a gradient in pore size so that the pores become coarser toward a plurality of“ purified hydrogen collecting members ”+ It is formed by one-time diffusion bonding such as “purified hydrogen collecting member”. It is preferable to temporarily fix the laminated body in advance for the joining. Temporary fixing may be performed for each member.
図31はその態様を説明する図である。図31のとおり、水素透過膜(a)、細孔を有する補強部材(b)、(b)より粗い細孔を有する補強部材(c)、精製水素収集部材(d)、また図示は省略しているが、精製水素収集部材(d)の下部にも、順次、(b)より粗い細孔を有する補強部材(c)、細孔を有する補強部材(b)、水素透過膜(a)が配置、積層される。 FIG. 31 is a diagram for explaining the mode. As shown in FIG. 31, the hydrogen permeable membrane (a), the reinforcing member (b) having pores, the reinforcing member (c) having coarser pores than (b), the purified hydrogen collecting member (d), and the illustration are omitted. However, a reinforcing member (c) having pores coarser than (b), a reinforcing member (b) having pores, and a hydrogen permeable membrane (a) are also sequentially provided at the lower portion of the purified hydrogen collecting member (d). Arranged and stacked.
そして、その積層体つまり重ねたものを図31中、p、p、p・・・として示すように、スポット溶接により仮止めをしておく。図31では、各部材(a)〜(d)は平面図として示しているが、各部材を面平行に配置、重ねて(積層して)スポット溶接により仮止めする。そして、仮止めした積層体を拡散接合により一度に接合し、“繋ぎ”部分で一度に切断して水素透過膜モジュールを形成する。 Then, the laminated body, that is, the stacked one is temporarily fixed by spot welding as indicated by p, p, p... In FIG. In FIG. 31, the members (a) to (d) are shown as plan views, but the members are arranged in parallel to each other, stacked (stacked), and temporarily fixed by spot welding. Then, the laminated body temporarily fixed is bonded at once by diffusion bonding, and cut at a “joining” portion at a time to form a hydrogen permeable membrane module.
ここで、細孔を有する補強部材(b)は、図5(d)に示すような“細孔を有する金属シート”の複数枚からなる。(b)より粗い細孔を有する補強部材(c)は、図7に示すような“粗い細孔を有する金属シート”の複数枚からなる。また、精製水素収集部材(d)は、前述図25中符号30として示す空隙S+S′を有する精製水素収集部材に対応する“空隙s+s′を有する金属シート”の複数枚からなる。
Here, the reinforcing member (b) having pores is composed of a plurality of “metal sheets having pores” as shown in FIG. (B) The reinforcing member (c) having coarser pores is composed of a plurality of “metal sheets having coarse pores” as shown in FIG. Further, the purified hydrogen collecting member (d) is composed of a plurality of “metal sheets having gaps s + s ′” corresponding to the purified hydrogen collecting member having gaps S + S ′ shown as
〈水素透過膜モジュール作製時の変形態様3〉
本発明の水素透過膜モジュールは、例えば“水素透過膜+複数個の‘精製水素収集部材へいくほど細孔の孔が粗くなるように細孔の大きさに勾配を設けてなる補強部材’+精製水素収集部材”というように積層し、一度に拡散接合することで形成される。本変形態様3は、精製水素収集部材について、前記〈精製水素導出部Tに係る変形態様1〉での空隙長さ“S+S′”よりさらに延長しておくことにより、精製水素導出部Tを設けるための切削工程つまり穿設を不要とし、水素導出管の接合も省ける構造である。
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The hydrogen permeable membrane module of the present invention includes, for example, “a hydrogen permeable membrane + a reinforcing member having a gradient in pore size so that the pores become coarser toward a plurality of“ purified hydrogen collecting members ”+ It is formed by laminating like “purified hydrogen collecting member” and diffusion bonding at once. In this modified
図32はその態様を説明する図である。図32(c)のとおり、精製水素収集部材について、その空隙Sの部分から、S″として示すように空隙部分をさらに延長し、空隙S″の部分が精製水素導出部Tと水素導出管となるようにする。細孔を有する補強部材についても、図32(b)のとおり、空隙S″の部分に対応した形状とする。 FIG. 32 is a diagram for explaining the mode. As shown in FIG. 32 (c), with respect to the purified hydrogen collecting member, the void portion is further extended from the void S portion as indicated by S ″, and the void S ″ portion includes the purified hydrogen outlet portion T, the hydrogen outlet pipe, and the like. To be. The reinforcing member having pores also has a shape corresponding to the space S ″ as shown in FIG.
ここで、図32(b)、(c)のように、補強部材となる金属シートの複数枚、精製水素収集部材となる金属シート(空隙s+s″を有する)の複数枚を、それぞれ積層し、その積層体つまり重ねたものを図32(b)、(c)中、p、p、p・・・として示すように、スポット溶接により仮止めをしておく。そして、その積層体を図32(a)に示す水素透過膜とともに一度に拡散接合する。次いで、図中1点鎖線で示す“繋ぎ”部分で一度に切断して水素透過膜モジュールを形成する。 Here, as shown in FIGS. 32 (b) and 32 (c), a plurality of metal sheets serving as reinforcing members and a plurality of metal sheets (having gaps s + s ″) serving as purified hydrogen collecting members are respectively laminated. 32 (b) and 32 (c), p, p, p... Are temporarily fixed by spot welding, and the laminate is shown in FIG. A hydrogen permeable membrane module is formed by performing diffusion bonding together with the hydrogen permeable membrane shown in FIG.
図33は、こうして形成した水素導出管付き水素透過膜モジュールを説明する図である。図33(a)は平面図、図33(b)は斜視図、図33(c)は図33(a)中A−A線断面を幾分拡大して示した図である。図33(c)中、S、(T)、S″として示すように、空隙部分、分精製水素の導出部、水素導出管が一度に構成される。52は空隙S″を有する水素導出管である。 FIG. 33 is a view for explaining the hydrogen permeable membrane module with a hydrogen outlet tube formed in this way. 33 (a) is a plan view, FIG. 33 (b) is a perspective view, and FIG. 33 (c) is an enlarged view of a section taken along line AA in FIG. 33 (a). In FIG. 33 (c), as indicated by S, (T), S ″, a void portion, a fractionated hydrogen deriving section, and a hydrogen deriving tube are formed at once. 52 is a hydrogen deriving tube having a void S ″. It is.
複数個の‘精製水素収集部材へいくほど細孔の孔が粗くなるように細孔の大きさに勾配を設けてなる補強部材’を用いた水素透過膜モジュールについても、上記と同様にして構成される。図33(d)は細孔の孔が粗い補強部材51も設けた場合の断面図である。
The hydrogen permeable membrane module using a plurality of 'reinforcing members having a gradient in pore size so that the pores become coarser as they go to the purified hydrogen collecting member' is configured in the same manner as described above. Is done. FIG. 33 (d) is a cross-sectional view when the reinforcing
〈水素透過膜モジュール作製時の変形態様4〉
前述図5(d)に示すような“細孔を有する金属シート”や、前述図8〜15に示すような“拡散防止層”、“第一の中間層+拡散防止層”、“拡散防止層+第二の中間層”、あるいは“第一の中間層+拡散防止層+第二の中間層”を形成した“細孔を有する金属シート”は、複数枚を同時に作製することもできる。
<Deformation mode 4 when producing hydrogen permeable membrane module>
"Metal sheet having pores" as shown in FIG. 5 (d), "Diffusion prevention layer", "First intermediate layer + diffusion prevention layer", "Diffusion prevention" as shown in FIGS. A plurality of “metal sheet having pores” in which “layer + second intermediate layer” or “first intermediate layer + diffusion prevention layer + second intermediate layer” is formed can be produced simultaneously.
図34はこの態様を説明する図である。図34(a)中、61は2領域に細孔を有する金属シートであり、1点鎖線で示す枠内が各領域である。こうして一平面に何枚分もの細孔を有する金属シートをかたどることができる。この各細孔域に拡散防止層を形成する。その金属露出面を除く部分への拡散防止層の形成過程は前述図9〜13を用いて説明したのと同様である。
FIG. 34 is a diagram for explaining this aspect. In FIG. 34A,
同様にして、精製水素収集部材を形成する“空隙sを有する金属シート”についても、一平面に何枚分もかたどり、粗い細孔を有する補強部材を形成する“粗い細孔を有する金属シート”についても、一平面に何枚分もの補強部材をかたどる。図34(b)はそれらに対応する水素透過膜62である。
Similarly, the “metal sheet having voids” that forms the purified hydrogen collecting member is also formed as a “metal sheet having coarse pores” that forms a reinforcing member having coarse pores by forming several sheets in one plane. As for, follow a number of reinforcing members on a single plane. FIG. 34B shows the hydrogen
そして、精製水素収集部材を形成する“空隙sを有する金属シート”の複数枚を中央に、その上下に順次、粗い細孔を有する補強部材を形成する“粗い細孔を有する金属シート”の複数枚、細孔を有する補強部材を形成する“粗い細孔を有する金属シート”の複数枚、“拡散防止層を形成した細孔を有する金属シート”、水素透過膜62を積層して一度に拡散接合する。なお、図34は平面図として示しているが、各部材を面平行に配置、積層して一度に接合する。
Then, a plurality of “metal sheets having coarse pores” forming a reinforcing member having coarse pores in the upper and lower sides of the plurality of “metal sheets having voids s” forming the purified hydrogen collecting member in the center. Sheets, multiple sheets of “metal sheet with coarse pores” that form reinforcing members with pores, “metal sheet with pores with diffusion prevention layer”, and hydrogen
そして、水素透過膜モジュール単位に切断して水素透過膜モジュールを構成する。この場合、図34(a)中、1点鎖線で示す線状部分を、予め所定間隔を置いてエッチングにより除去しておくことにより(これにより、水素透過膜等の各部材のうち、外周縁と繋ぎ枠との間はエッチング除去されない繋ぎ部分でのみ連結される)、切断を容易に行うことができる。 And it cut | disconnects into a hydrogen permeable membrane module unit, and comprises a hydrogen permeable membrane module. In this case, in FIG. 34 (a), the linear portion indicated by the alternate long and short dash line is removed by etching at a predetermined interval in advance (by this, the outer peripheral edge of each member such as the hydrogen permeable membrane). And the connecting frame are connected only at a connecting portion that is not removed by etching), and can be easily cut.
図34は2個の水素透過膜モジュールを一度に作製する場合であるが、同様にして、3個以上の複数個の水素透過膜モジュールを一度に作製することができる。こうして水素透過膜モジュールの量産化が可能となる。 FIG. 34 shows a case where two hydrogen permeable membrane modules are manufactured at a time. Similarly, three or more hydrogen permeable membrane modules can be manufactured at a time. Thus, mass production of the hydrogen permeable membrane module becomes possible.
本発明の水素透過膜モジュールは、炭化水素の改質ガスなど、各種水素含有ガスから水素を分離精製するのに使用され、改質ガスの生成と改質ガスの水素透過膜による精製を一つの装置で行うように一体化したいわゆるメンブレンリアクター用の水素透過膜モジュールとしても使用される。 The hydrogen permeable membrane module of the present invention is used to separate and purify hydrogen from various hydrogen-containing gases such as hydrocarbon reformed gas, and the reformed gas is produced and purified by the hydrogen permeable membrane. It is also used as a hydrogen permeable membrane module for a so-called membrane reactor integrated as in an apparatus.
1 精製水素収集部材
2 細孔を有する補強部材
3 水素透過膜
s 金属シート内部の空隙
S 空隙
M 閉塞部材
10 精製水素収集部材
11 細孔(孔が粗い)を有する補強部材
12 細孔を有する補強部材
13 水素透過膜
2′ 拡散防止層等を配した細孔を有する金属シートまたは補強部材
a 金属シートの周縁
b 拡散防止層の周縁
c 金属シートの細孔域の周縁
12′ 拡散防止層等を配した細孔を有する金属シートまたは補強部材
20 精製水素収集部材
21 細孔を有する補強部材
22 拡散防止層等を配した細孔を有する金属シートまたは補強部材
23 水素透過膜
30 精製水素収集部材
31 細孔(孔が粗い)を有する補強部材
32 細孔を有する補強部材
33 拡散防止層等を配した細孔を有する金属シートまたは補強部材
34 水素透過膜
35、36 水素導出管
S′ 空隙Sの延長部
40 精製水素収集部材
41 細孔(孔が粗い)を有する補強部材
42 細孔を有する補強部材
43 拡散防止層等を配した細孔を有する金属シートまたは補強部材
44 水素透過膜
T 開口、精製水素収集部材の水素導出部
t 空隙sとなる部分に続く開口
45 水素導出管
p スポット溶接部
S″ 空隙
52 空隙S″を有する水素導出管
61 金属シート
62 水素透過膜
71 展張枠
72 Pd合金箔などの水素ガス分離性を有する材料(水素透過性箔膜)
73 金属支持板
101 クラッド切板の周囲部分
102 クラッド切板の中央部分
b 細孔
80 通気用溝のついたベースプレート
81 複数枚の多孔金属板からなる補強板
82 柱状金属板
89 水素透過性膜複合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Purified hydrogen collecting member 2 Reinforcing member having pores 3 Hydrogen permeable membrane s Void inside metal sheet S Void M Blocking member 10 Purified hydrogen collecting member 11 Reinforcing member having pores (rough pores) 12 Reinforcing having pores Member 13 Hydrogen permeable membrane 2 'Metal sheet or reinforcing member having pores provided with a diffusion prevention layer or the like a Periphery of metal sheet b Perimeter of diffusion prevention layer c Perimeter of pore region of metal sheet 12' Diffusion prevention layer or the like Metal sheet or reinforcing member having fine pores arranged 20 Purified hydrogen collecting member 21 Reinforcing member having fine pores 22 Metal sheet or reinforcing member having fine pores arranged with a diffusion preventing layer 23 Hydrogen permeable membrane 30 Purified hydrogen collecting member 31 Reinforcing member having pores (rough pores) 32 Reinforcing member having pores 33 Metal sheet or reinforcing member having pores provided with a diffusion prevention layer or the like 34 Hydrogen Overmembrane 35, 36 Hydrogen outlet tube S 'Extension part of gap S 40 Purified hydrogen collecting member 41 Reinforcing member having pores (rough pores) 42 Reinforcing member having pores 43 Metal sheet or reinforcing member having 44 Hydrogen permeable membrane T Opening, hydrogen lead-out part of purified hydrogen collecting member t Opening continuing to part to become gap s 45 Hydrogen lead-out pipe p Spot welded part S ″ gap 52 52 hydrogen lead-out pipe having gap S ″ 61 Metal sheet 62 Hydrogen permeable membrane 71 Expanding frame 72 Pd alloy foil and other materials having hydrogen gas separation properties (hydrogen permeable foil membrane)
73
Claims (15)
The hydrogen permeable membrane module according to any one of claims 1 to 14, wherein the hydrogen permeable membrane module is a hydrogen permeable membrane module for a membrane reactor.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007167798A (en) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Tokyo Gas Co Ltd | Hydrogen permeable membrane module |
WO2011030902A1 (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-17 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen separation membrane and method for separating hydrogen |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2023540237A (en) * | 2020-08-27 | 2023-09-22 | エレメント・ワン・コーポレーション | Hydrogen purification device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS3817806B1 (en) * | 1961-08-11 | 1963-09-11 | ||
JPH10296061A (en) * | 1997-04-23 | 1998-11-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Hydrogen separation membrane and its manufacture |
JP2001286742A (en) * | 2000-04-10 | 2001-10-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Hydrogen separation membrane |
JP2003534906A (en) * | 2000-06-07 | 2003-11-25 | プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド | Oxygen separation method using composite ceramic membrane |
JP2007007565A (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Tokyo Gas Co Ltd | Reinforcing structure for hydrogen-permeable film, and its manufacturing method |
JP2007167798A (en) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Tokyo Gas Co Ltd | Hydrogen permeable membrane module |
-
2005
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS3817806B1 (en) * | 1961-08-11 | 1963-09-11 | ||
JPH10296061A (en) * | 1997-04-23 | 1998-11-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Hydrogen separation membrane and its manufacture |
JP2001286742A (en) * | 2000-04-10 | 2001-10-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Hydrogen separation membrane |
JP2003534906A (en) * | 2000-06-07 | 2003-11-25 | プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド | Oxygen separation method using composite ceramic membrane |
JP2007007565A (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Tokyo Gas Co Ltd | Reinforcing structure for hydrogen-permeable film, and its manufacturing method |
JP2007167798A (en) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Tokyo Gas Co Ltd | Hydrogen permeable membrane module |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007167798A (en) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Tokyo Gas Co Ltd | Hydrogen permeable membrane module |
WO2011030902A1 (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-17 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen separation membrane and method for separating hydrogen |
US8728199B2 (en) | 2009-09-14 | 2014-05-20 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Hydrogen separation membrane and method for separating hydrogen |
JP5597852B2 (en) * | 2009-09-14 | 2014-10-01 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen separation membrane and hydrogen separation method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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