JP2007167798A - Hydrogen permeable membrane module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen permeable membrane module which does not need a metallic support indispensable in the conventional technology, has simple structure, and can easily handle hydrogen permeable foil membrane serving as a hydrogen permeable membrane. <P>SOLUTION: This hydrogen permeable membrane module does not need the metallic support, and is formed by disposing a reinforcing member formed by laminating finely porous metallic sheets on both sides of a refined hydrogen collection member formed by laminating a plurality of metallic sheets having vertically penetrated spaces and by joining them together at once, and then by joining the hydrogen permeable membrane on faces of both reinforcing members. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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44〜45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44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44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。   44 to 45 are diagrams disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-276558 (referred to as “No. 558” in the present specification). FIG. 44 is an exploded perspective view for explaining the structure of the hydrogen gas separation unit. In FIG. 44, reference numeral 71 denotes an extension frame, which is made of a metal such as stainless steel. The extension frame 71 is formed by masking the portions to be the peripheral portion 101 and the central portion 102 of the clad cut plate, etching the portion to be the opening S, and leaving the peripheral portion 101 and the central portion 102. 72 is a material having hydrogen gas separation properties such as Pd alloy foil (= hydrogen permeable membrane), 73 is a metal support plate, and b is a pore.

図45は、図44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44のようにして構成された水素ガス分離ユニットは、図45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. 45 is a schematic perspective view of a hydrogen gas separator incorporating the unit of FIG. As shown in FIG. 45, the hydrogen gas separation unit configured as shown in FIG. 44 is fixed to the case 74 by laser welding or the like so that the surface of the metal support plate 73 is on the inside. It is said. 75 is a purified hydrogen take-out pipe.

また、図46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46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. 46 is a diagram disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-296061 (referred to as “061 publication” in this specification). In FIG. 46, a reinforcing plate 81 made of a plurality of porous metal plates is stacked on a base plate 80 with a ventilation groove, and a hydrogen permeable membrane composite 89 and a frame-shaped metal plate 82 are placed thereon, and the frame 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 permeable film 72 is used, and the hydrogen permeable film 72 is fixed to the extension frame 71 and the metal support plate 73 by laser welding or the like. Further, in Japanese Patent No. 061, a hydrogen permeable membrane composite 89 in which a hydrogen permeable membrane such as Pd is arranged on a porous support is used, a reinforcing plate 81 is overlaid on a base plate 80, and a hydrogen permeable membrane is formed thereon. The membrane composite 89 and the frame-shaped metal plate 82 are placed and joined by welding the outer periphery. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-58939 also describes joining an end portion of a hydrogen permeable membrane to a frame by laser welding when configuring a hydrogen separation module.

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(特願2005−192316号(出願日=平成17年6月30日)、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. (Japanese Patent Application No. 2005-192316 (application date = June 30, 2005), 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.

特開2001−276558号公報JP 2001-276558 A 特開平10−296061号公報JP-A-10-296061 特開2005−58939号公報JP 2005-58939 A 特願2005−192316号出願Application for Japanese Patent Application No. 2005-192316

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を配置して一度に接合した後、補強部材の面に水素透過膜を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 After the members are arranged and joined at once, a hydrogen permeable membrane is joined to the surface of the reinforcing member.

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を配置して一度に接合した後、補強部材の面に水素透過膜を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 are arranged and bonded at one time, and then a hydrogen permeable membrane is bonded to the surface of the reinforcing member.

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、それぞれ細孔を有する金属シートの複数枚を積層した補強部材を配置して一度に接合した後、上下の補強部材の面に水素透過膜を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. And, on both sides of the purified hydrogen collecting member laminated with a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes, a reinforcing member laminated with a plurality of metal sheets each having a fine hole is arranged and joined at once, A hydrogen permeable membrane is bonded to the surface of the reinforcing member.

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を配置して一度に接合した後、上下の補強部材の面に水素透過膜を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. Then, on each side of the purified hydrogen collecting member in which a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes are laminated, a plurality of reinforcing members in which a plurality of metal sheets having pores are sequentially laminated are joined at a time. Then, a hydrogen permeable membrane is joined to the surfaces of the upper and lower reinforcing members.

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金属シート、及び、前記補強部材を構成する金属シート〔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) is a metal sheet constituting the purified hydrogen collecting member, and a metal sheet constituting the reinforcing member [the present invention ( 6), the metal sheet constituting the reinforcing member having pores that become coarser toward the purified hydrogen collecting member, which is the central part in the thickness direction, is arranged as a metal sheet and joined at once. It is characterized by.

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の接合を一度の接合で行えるので、一平面に何枚分もの精製水素収集部材及び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 case 74 corresponds to a metal support, and in the above-mentioned No. 061, the base plate 80 with a ventilation groove corresponds to the metal support. These metal supports need to be prepared separately from other members and joined by laser welding or the like, but in the present invention, those metal supports that are essential in the prior art are unnecessary. Moreover, the above-mentioned problem at the time of welding when using these metal supports can be solved.
(B) Since the purified hydrogen collecting member and the reinforcing member can be joined at a time, mass production of the hydrogen permeable membrane module can be performed by following the number of purified hydrogen collecting members and reinforcing members on one plane.
(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 increase the thickness of a fine mesh 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 member with fine pores in order toward the hydrogen permeable membrane side (reinforcing with the roughness of the pores successively reduced) Member) and providing a gradient in the pore size, the flow resistance of 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. 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、精製水素収集部材及び補強部材からなる接合体を、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形成する。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), a joined body composed of a purified hydrogen collecting member and a reinforcing member is arranged at a predetermined position defined by each of the present invention and formed by a single joining. To do. 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.

そして、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、上記一度の接合により形成した接合体に対して、その補強部材側の面に水素透過膜を接合する。本発明(1)〜(2)では補強部材側の面に水素透過膜を接合し、本発明(3)では細孔が最も細かい孔の側の補強部材の面に水素透過膜を接合し、本発明(4)〜(5)では上下の補強部材側の面に水素透過膜を接合し、本発明(6)では細孔が最も細かい細孔の側の上下の補強部材の面に水素透過膜を接合する。それら補強部材の面に対する水素透過膜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。   And also in any hydrogen permeable membrane module of this invention (1)-(7), a hydrogen permeable membrane is joined to the surface at the side of the reinforcement member with respect to the joined body formed by the said 1 time joining. In the present invention (1) to (2), a hydrogen permeable membrane is bonded to the surface on the reinforcing member side, and in the present invention (3), a hydrogen permeable membrane is bonded to the surface of the reinforcing member on the side of the finest pore, In the present inventions (4) to (5), hydrogen permeable membranes are bonded to the surfaces of the upper and lower reinforcing members, and in the present invention (6), hydrogen permeates to the surfaces of the upper and lower reinforcing members on the fine pore side. Join the membrane. The means for joining the hydrogen permeable membrane to the surfaces of these reinforcing members is not particularly limited, but preferred examples include “diffusion joining”.

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、これらの材料のうち(a)〜(c)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)を配置して一度に拡散接合した後、(c)の面に水素透過膜を接合することで作製される。
<Aspect of the present invention (1)>
The hydrogen permeable membrane module of the present invention (1) has as its material one or more metal sheets (a) having no voids, a plurality of metal sheets (b) having voids, and a plurality of fine sheets. A metal sheet (c) having holes and a hydrogen permeable membrane (d) are used. Of these materials, (a) to (c) are sequentially arranged, that is, (b) is arranged on (a), and (c) is arranged on (b) to diffuse at once. After the bonding, it is manufactured by bonding a hydrogen permeable membrane to the surface of (c).

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。そして、補強部材の面に水素透過膜を接合することで水素透過膜モジュールが作製される。
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. And a hydrogen permeable membrane module is produced by joining a hydrogen permeable membrane to the surface of a reinforcement member.
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1〜7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(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。   1-7 is a figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (1). In addition, also about the part which is common in this invention (2)-(7), it has demonstrated suitably in the location of the said <mode of this invention (1)>.

図1〜2はその作製過程を説明する図である。
図1(a)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(b)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。
1 and 2 are diagrams for explaining the manufacturing process.
FIG. 1A 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 reinforcement member 2 by the next diffusion joining.
FIG. 1 (b) is composed of one or more metal sheets having no gaps and a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes. At this stage, these metal sheets are simply stacked, that is, stacked. It is 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 hydrogen collecting member 1.

図1(a)〜(b)のように配置した各金属シートを一度に拡散接合して接合体を形成する。図1(c)はこうして形成された接合体である。そして、図2のとおり、その接合体のうち、補強部材2の面に水素透過膜を接合して水素透過膜モジュールを構成する。
図2(c)の段階において、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接合したものが、水素透過膜モジュールにおいて精製水素収集部材となり、複数枚の細孔を有する金属シートを接合したものが、水素透過膜モジュールにおいて細孔を有する補強部材となる。
Each metal sheet arrange | positioned like Fig.1 (a)-(b) is diffusion-bonded at once, and a joined body is formed. FIG. 1C shows the joined body formed in this way. Then, as shown in FIG. 2, a hydrogen permeable membrane module is configured by joining a hydrogen permeable membrane to the surface of the reinforcing member 2 in the joined body.
In the stage of FIG. 2 (c), one or a plurality of metal sheets having no voids and a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes are joined to form a purified hydrogen collecting member in the hydrogen permeable membrane module. What joined the metal sheet | seat which has a sheet | seat of a fine hole becomes a reinforcement member which has a fine hole in a hydrogen permeable membrane module.

以下、水素透過膜モジュールを構成する各部材、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 constituting the hydrogen permeable membrane module, that is, the closing member M, the purified hydrogen collecting member 1, the reinforcing member 2 having pores, and the hydrogen permeable membrane 3 will be sequentially described.

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 can be joined to each other. Examples thereof include stainless steel, nickel, nickel-base alloy, and copper. An alloy, an iron base alloy (iron nickel alloy etc.), etc. are mentioned. 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を重ねて一度に拡散接合する。このように、一度の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 more metal sheets made of these materials and having no voids, a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes, and a plurality of metal sheets having pores are stacked. Diffusion bonding at once. As described above, since the closing member, the purified hydrogen collecting member, and the reinforcing member are formed by one-time joining, the metal sheets are preferably 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3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3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。図4は、図1(b)、図3の最下部に示す精製水素収集部材1のA−A線断面図である。
<Production mode of purified hydrogen collecting member 1>
FIG. 3 is a view for explaining a production mode of the purified hydrogen collecting member 1. As shown in FIG. 3, a plurality of metal sheets having upper and lower penetrating gaps s are arranged inside, and one or more metal sheets having no gap are arranged at the lowermost part. By superimposing these, the purified hydrogen collecting member 1 and the closing member M are formed. As described above, at this stage, a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes s and a metal sheet not having one or more gaps on one side surface are simply overlaid. FIG. 4 is a cross-sectional view of the purified hydrogen collecting member 1 taken along the line AA shown in the lowermost part of FIGS.

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 hydrogen collecting member 1 having the gap S having a thickness of about 2 mm is configured by stacking 20 sheets.

また、空隙sを有しない金属シートは、図3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“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. 3, 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 “metal sheet having the gap s”.

〈空隙sを有する金属シートの作製態様〉
図5は、前記“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5(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5(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5(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5(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. 5 is a diagram for explaining a production mode of the “metal sheet having the gap s”. FIG. 5A shows a metal sheet, which is masked except for a portion of the surface that becomes the gap s. FIG. 5B 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. 5C shows this state. Next, by removing the masking, a metal sheet having voids 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5(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(b)、図3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 hydrogen collecting member 1 shown in the lower part of FIG. 1B and FIG. Not a metal sheet is placed. The space S of the purified hydrogen collecting member 1 serves as a purified hydrogen collecting unit.

〈細孔を有する補強部材2の作製態様〉
図6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6のとおり、それぞれ細孔を有する金属シートの複数枚を配置する。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、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 member 2 having pores>
FIG. 6 is a diagram for explaining a production mode of the reinforcing member 2 having pores. As shown in FIG. 6, a plurality of metal sheets each having a pore are arranged. And the reinforcing member 2 which has a pore is formed by overlapping these.
As described above, at this stage, a plurality of metal sheets having pores are simply stacked.

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 member 2 is configured.

〈細孔を有する金属シートの作製態様〉
図7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7(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7(b)に示す金属シートの表面に配置する。図7(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. 7 is a diagram for explaining a production mode of a metal sheet having pores. FIG. 7A shows a mask, which has no holes in the peripheral edge portion and has pores inside the peripheral edge portion. This mask is disposed on the surface of the metal sheet shown in FIG. FIG. 7C 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7(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枚の積層体が図1(a)、図6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。   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 member 2 having pores shown in the lowermost part of FIG.

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.

特開2000−109985号公報JP 2000-109985 A

〈本発明(2)の態様〉
図1〜2においては、図1(a)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、各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)>
1 and 2 show the case where there is one reinforcing member having pores as shown in FIG. 1A, 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 above-mentioned <Aspect of the present invention (1)> except that a plurality of reinforcing members having respective 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8〜9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1〜2に示す態様に対して、図8中、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。細孔の孔が粗い補強部材11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。   8-9 is a figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (3). In contrast to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a reinforcing member having coarse pores is arranged on the purified hydrogen collecting member 10 side as indicated by reference numeral 11 in FIG. 8. Except for using the reinforcing member 11 having coarse pores, the embodiment is the same as the embodiment described in <Aspect of the present invention (1)>.

すなわち、図8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、細孔を有する補強部材12は図1の細孔を有する補強部材2に相当している。これらを細孔の孔が粗い補強部材11とともに図8(a)〜(c)のように配置して一度に拡散接合して図8(d)に示す接合体を構成する。そして、図9のとおり、その接合体のうち、細孔を有する補強部材12の面に水素透過膜13を拡散接合して水素透過膜モジュールを構成する。水素透過膜13は、図2の水素透過膜3に相当している。   That is, in FIG. 8, the purified hydrogen collecting member 10 corresponds to the purified hydrogen collecting member 1 in FIG. 1, and the reinforcing member 12 having pores corresponds to the reinforcing member 2 having pores in FIG. These are arranged together with the reinforcing member 11 having coarse pores as shown in FIGS. 8A to 8C, and diffusion bonded at a time to form a joined body shown in FIG. 8D. Then, as shown in FIG. 9, the hydrogen permeable membrane module is configured by diffusion bonding the hydrogen permeable membrane 13 to the surface of the reinforcing member 12 having pores in the joined body. The hydrogen permeable membrane 13 corresponds to the hydrogen permeable membrane 3 of FIG.

図8〜9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、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。   8-9, there are two reinforcing members 11 including a reinforcing member 11 with a coarse pore and a dense pore (that is, the pore diameter is smaller than the pore diameter of the reinforcing member 11). Although the reinforcing member with the coarsest pores is arranged on the side of the purified hydrogen collecting member 10 and the pores with the pores are sequentially dense toward the hydrogen permeable membrane side (the rough pores are shown). Reinforcing members whose thickness is successively reduced are arranged and configured. In this way, by providing a gradient in the pore size so that the pores become rougher toward the purified hydrogen collection member, the purified hydrogen collection from the hydrogen permeable membrane side while maintaining the strength of the hydrogen permeable membrane. The flow resistance of the purified hydrogen flowing toward the member can be reduced.

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6)、〈細孔を有する金属シートの作製態様〉(図7)と同様にして作製することができる。図10に、細孔の孔が粗い細孔を有する金属シートの複数枚から、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 member 11 with coarse pores was carried out in the same manner as described above <Manufacturing mode of reinforcing member 2 having pores> (FIG. 6) and <Manufacturing mode of metal sheet having pores> (FIG. 7). can do. FIG. 10 shows a mode in which the reinforcing member 11 with coarse pores is produced from a plurality of metal sheets having pores with coarse pores. The hydrogen permeable membrane module of the present invention (3) is produced in the same manner as in the above-mentioned <Aspect of the present invention (1)> except that a reinforcing member having a coarse pore is disposed on the purified hydrogen collecting member 10 side. can do.

〈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 directly contacting a metal sheet, for example, a stainless steel sheet and a hydrogen permeable membrane, is used 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11〜12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11〜12中、図1〜2と共通する部材、部分には同じ符号を用いている。図11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。   FIGS. 11-12 is a figure explaining the aspect which distribute | arranges any layer of those (A)-(D) between the reinforcement member which has a pore, and a hydrogen permeable film. 11-12, the same code | symbol is used for the member and part which are common in FIGS. 1-2. In FIG. 11, reference numeral 2 'denotes a "metal sheet having pores" in which any one of layers (A) to (D) is arranged 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とともに、図11(a)〜(c)のように配置し、一度に拡散接合して、閉塞部材Mと精製水素収集部材1と細孔を有する補強部材2と(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′との接合体を形成する。   The “metal sheet having pores” 2 ′ provided with any one of the layers (A) to (D), together with the closing member M, the purified hydrogen collecting member 1, and the reinforcing member 2 having pores, are shown in FIG. ) To (c), and diffusion-bonded at a time to arrange the closing member M, the purified hydrogen collecting member 1, the reinforcing member 2 having pores, and any one of the layers (A) to (D). The joined body with the “metal sheet having pores” 2 ′ is formed.

図11(d)はこうして構成された接合体である。なお、図11(a)〜(c)においては、説明の便宜上、各部材を離して示しているが、各部材を重ねて一度に拡散接合する。そして、図12のとおり、その接合体のうち、(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′の面に水素透過膜を接合して水素透過膜モジュールを構成する。図12(c)はこうして構成された水素透過膜モジュールである。   FIG. 11D shows a joined body configured in this manner. 11A to 11C, the respective members are separated from each other for convenience of explanation, but the respective members are overlapped and diffusion-bonded at a time. Then, as shown in FIG. 12, a hydrogen permeable membrane is bonded to the surface of the “metal sheet having pores” 2 ′ in which any one of layers (A) to (D) is arranged in the bonded body. Construct a membrane module. FIG. 12C shows a hydrogen permeable membrane module configured as described above.

〈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13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13(b)は金属シートである。図13(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. 13 is a diagram for explaining a mode of forming a diffusion preventing layer on a metal sheet having pores. FIG. 13B shows a metal sheet. The dotted line shown in FIG. 13B is for explanation, and indicates that the inside of the dotted 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13(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13(a)のマスクを図13(b)の金属シートの片面に配置する。図13(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. 13A, the masking can be performed by arranging a mask having no holes in the peripheral portion and having pores in the portion surrounded by the peripheral portion on the metal sheet. That is, the mask of FIG. 13A is arranged on one side of the metal sheet of FIG. FIG. 13C 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により、図13(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13(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. 13 (d) is obtained. The metal sheet having the pores is symmetric with respect to the front and back, and is the same as FIG. 13D when viewed from the back.

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、Si34、SiC、SiO2、AlN、Al23、MgO、CaO、AlSiOX、Y23、ZrO2、TiAlN、MgO・Al23、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Al23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13(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11(a)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. 13 (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. 11A, 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11(b)に示す細孔を有する補強部材2の上面に図13(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. 13E is arranged on the upper surface of the reinforcing member 2 having the pores shown in FIG. In this respect, the same applies to an aspect in which one or both of the first intermediate layer and the second intermediate layer are arranged in addition to the diffusion preventing layer.

図13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13(e)と同様の形態にすることもできる。図14はこの態様を説明する図である。図14(a)は細孔を有する金属シートである。図14(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14(b)のようにする。そして、この金属シートを、図14(c)のような単なる枠に対してはめ込む。   In the embodiment of FIG. 13, the diffusion prevention layer is formed on the metal sheet having pores. However, the metal sheet having the pores provided with the diffusion prevention layer is fitted into a simple frame, and FIG. ). FIG. 14 is a diagram for explaining this aspect. FIG. 14A shows a metal sheet having pores. A diffusion prevention layer is applied to the entire surface of one side of the metal sheet having pores shown in FIG. 14A, as shown in FIG. Then, this metal sheet is fitted into a simple frame as shown in FIG.

なお、ここでの“枠”は、拡散防止層を施した細孔を有する金属シートに対応する形状の枠であり、従来技術で言うような金属枠を意味しない。こうして、図14(d)に示すように、図13(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。   The “frame” here is a frame having a shape corresponding to a metal sheet having pores with a diffusion preventing layer, and does not mean a metal frame as in the prior art. In this way, as shown in FIG. 14D, 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14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。この場合、当該単なる枠も、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. 14 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 this case, the mere frame is also formed by overlapping a plurality of correspondingly shaped metal sheets, and is not a metal frame as in the prior art.

図15は金属シート、金属シートにおける細孔域、拡散防止層、金属露出面等の関係を説明する図である。図15(a)は図13(e)、図14(d)と同じ図である。図15(b)は、図15(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15(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. 15 is a diagram for explaining the relationship among a metal sheet, a pore region in the metal sheet, a diffusion prevention layer, a metal exposed surface, and the like. FIG. 15A is the same diagram as FIGS. 13E and 14D. FIG.15 (b) expands the right side part of Fig.15 (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. 15B, 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 peripheral edge 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).

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15(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16〜19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.15 (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11(a)、図12(b)、図13(e)、図14(d)、図15(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15(a)〜(b)で言えば、符号eとして示す部分であり、金属シートにおける細孔域の周縁bと拡散防止層の周縁cの間の幅部分である。   In the embodiment described above, the diffusion prevention layer is indicated by hatching in FIGS. 11 (a), 12 (b), 13 (e), 14 (d), and 15 (a) to 15 (b). In this way, the metal sheet is arranged so as to “swell” somewhat from the pore region of the metal sheet and the peripheral edge b of the pore region. 15 (a) to 15 (b), it is a portion indicated by a symbol e, and is a width portion between the peripheral edge b of the pore region and the peripheral edge c of the diffusion preventing layer in the metal sheet.

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16(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16(b)のように、細孔域の全域に拡散防止層を配する。図16(c)に、図16(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、水素透過膜モジュールとしては同一の規模で、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. 16B, a diffusion preventing layer is disposed over the entire pore region. FIG. 16C is an enlarged plan view of the right side portion of FIG. By expanding the pore area of the metal sheet in this way, it is possible to widen the pore area of the metal sheet to the area of the “extrusion” portion. Therefore, the hydrogen permeable membrane module has a hydrogen purification area using a hydrogen permeable membrane on the same scale. Can be spread.

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17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. 17 is a diagram for explaining an aspect in which a first intermediate layer (= reinforcing member side) -a diffusion preventing layer is arranged 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。それら金属は、二種以上を例えば合金として組み合わせた形で用いてもよい。
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). These metals may be used in the form of a combination of two or more, for example, as an alloy.
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18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. 18 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19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−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。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17参照)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18参照)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. 19 shows a reinforcing member having pores on the hydrogen permeable membrane side, the first intermediate layer (= reinforcing member side) -diffusion prevention layer-second intermediate layer (= hydrogen) on the contact surface with the hydrogen permeable membrane. It is a figure explaining the aspect which arranged the permeable membrane side). Of these, the first intermediate layer is the same as the first intermediate layer (see FIG. 17) in terms of its purpose, constituent material, and its construction method, and the second intermediate layer is both of purpose, constituent material, and its construction method. This is the same as the second intermediate layer (see FIG. 18).

図20〜21は、前述図8〜9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”12′を配した態様である。水素透過膜側に“細孔を有する金属シート”12′が加わる点以外は、前述図8〜9を用いて説明したのと同様である。なお、図20〜21には、それら層について、前述“はみ出し”部分を有しない場合を示しているが、“はみ出し”部分を有する場合についても同様である。   20 to 21 are the “metal sheet having pores” in which any of layers (A) to (D) is arranged in the embodiment of the hydrogen permeable membrane module of the present invention (3) shown in FIGS. 12 'is arranged. Except that the “metal sheet having pores” 12 ′ is added to the hydrogen permeable membrane side, it is the same as described with reference to FIGS. 20 to 21 show a case where these layers do not have the above-mentioned “protruding” portion, but the same applies to the case where they have the “excessing” portion.

〈(A)〜(D)の層の形成時期に関する態様〉
水素透過膜との接合部に(A)〜(D)の層を配する場合には、前述図11〜12、上述図20〜21のように、水素透過膜を接合する前の、(A)〜(D)の層を接合体を形成する段階で形成してもよく、(A)〜(D)の層を配しない接合体を形成した後に(A)〜(D)の層を形成してもよい。この点、以下の態様についても同様である。図22は、(A)〜(D)の層を配しない接合体を形成した後に(A)〜(D)の層を形成する態様を説明する図である。
<Aspects Regarding Formation Time of Layers (A) to (D)>
When the layers (A) to (D) are arranged at the joint with the hydrogen permeable membrane, (A) before joining the hydrogen permeable membrane as shown in FIGS. 11 to 12 and FIGS. The layers (A) to (D) may be formed at the stage of forming the joined body, and the layers (A) to (D) are formed after the joined body that does not include the layers (A) to (D) is formed. May be. The same applies to the following aspects. FIG. 22 is a diagram for explaining a mode in which the layers (A) to (D) are formed after the joined body in which the layers (A) to (D) are not arranged is formed.

ここでは(A)拡散防止層の場合について説明するが、(B)〜(D)の層を形成する場合も同様である。図22のとおり、精製水素収集部材10と、細孔の孔が粗い補強部材11と細孔を有する補強部材12を配置して一度に拡散接合して図22(d)に示す接合体を構成する。そして、その接合体のうち、細孔を有する補強部材12の細孔域に拡散防止層を形成する。そして、その面に水素透過膜13を拡散接合して水素透過膜モジュールを構成する。   Here, the case of (A) the diffusion preventing layer will be described, but the same applies when the layers (B) to (D) are formed. As shown in FIG. 22, the purified hydrogen collecting member 10, the reinforcing member 11 with coarse pores, and the reinforcing member 12 with pores are arranged and diffusion bonded at a time to form the joined body shown in FIG. 22 (d). To do. And the diffusion prevention layer is formed in the pore area | region of the reinforcement member 12 which has a pore among the joined bodies. Then, a hydrogen permeable membrane module is configured by diffusion bonding the hydrogen permeable membrane 13 to the surface.

《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を配置して一度に接合し、その接合体の両補強部材の面に水素透過膜を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 plurality of reinforcing members or a reinforcing member having a pore size gradient is arranged at a time so that the pores become coarser toward the purified hydrogen collecting member which is the central part in the thickness direction. A hydrogen permeable membrane is joined to the surfaces of both reinforcing members of the joined body.

そのように、それら補強部材及び水素透過膜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 reinforcing member and the hydrogen permeable membrane 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)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上下両側に細孔を有する金属シートを積層した補強部材を配置して一度に接合する。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ても同様である。そして、その接合体の両補強部材の面に水素透過膜を接合して構成される。
<Aspect of the present invention (4)>
In the hydrogen permeable membrane module of the present invention (4), a reinforcing member in which metal sheets having pores are arranged on both upper and lower sides of a purified hydrogen collecting member in which a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes are laminated is disposed at a time. Join. 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. The hydrogen permeable membrane is joined to the surfaces of both reinforcing members of the joined body.

図23〜24はその作製過程を説明する図である。図23において、20は上下貫通空隙Sを有する精製水素収集部材、21は細孔を有する補強部材、22は拡散防止層を有する細孔を有する金属シートである。そして、これらの部材を図22(a)〜(e)のように配置して一度に拡散接合する。   23 to 24 are diagrams for explaining the manufacturing process. In FIG. 23, 20 is a purified hydrogen collecting member having upper and lower through-holes S, 21 is a reinforcing member having pores, and 22 is a metal sheet having pores having a diffusion preventing layer. Then, these members are arranged as shown in FIGS. 22A to 22E and diffusion-bonded at a time.

こうして、精製水素収集部材20と細孔を有する補強部材21と拡散防止層を有する細孔を有する金属シートの接合体を構成する。図23(f)はこうして構成された接合体である。なお、図23(a)〜(e)においては、説明の便宜上、各部材を離して示しているが、各部材を重ねて一度に拡散接合するものである。そして、図24のとおり、その接合体のうち、上下の、細孔を有する金属シート22、22の拡散防止層側の面に水素透過膜を接合して水素透過膜モジュールを構成する。   Thus, a joined body of the purified hydrogen collecting member 20, the reinforcing member 21 having pores, and the metal sheet having pores having a diffusion preventing layer is formed. FIG. 23 (f) shows a joined body configured in this manner. In FIGS. 23A to 23E, for convenience of explanation, the respective members are separated from each other. However, the respective members are overlapped and diffusion-bonded at a time. And as shown in FIG. 24, a hydrogen permeable membrane module is comprised by joining a hydrogen permeable film to the upper and lower surfaces of the metal sheets 22 and 22 having pores on the diffusion preventing layer side.

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5のようにして作製した“空隙sを有する金属シート”の複数枚を積層して形成される。すなわち、図25のように“空隙sを有する金属シート”の複数枚(n枚)を積層することで形成される。   The purified hydrogen collecting member 20 having the upper and lower through-holes S is formed by laminating a plurality of “metal sheets having gaps s” produced as shown in FIG. That is, it is formed by laminating a plurality (n sheets) of “metal sheets having gaps s” as shown in FIG.

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。すなわち、図26のように“複数の空隙sを有する金属シート”の複数枚(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。   The purified hydrogen collecting member 20 may be formed using a metal sheet having a plurality of voids s, s, s... As a “metal sheet having voids s”. That is, as shown in FIG. 26, by stacking a plurality (n) of “metal sheets having a plurality of voids s”, the purified hydrogen collecting member 20 having a plurality of voids S, S, S. It is formed.

また、精製水素収集部材20は、図26のように“複数の空隙sを有する金属シート”の複数枚(n枚)を積層して複数個の空隙S、S、S・・・を有する精製水素収集部材20を形成する際に、精製水素を集めるための集合孔を設けてもよい。すなわち、図27のように、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, as shown in FIG. 26, the purified hydrogen collecting member 20 has a plurality of (n sheets) of “metal sheets having a plurality of voids s” and has a plurality of voids S, S, S. When forming the hydrogen collecting member 20, a collecting hole for collecting purified hydrogen may be provided. That is, as shown in FIG. 27, the plurality of voids S, S, S,... The purified hydrogen separated by the hydrogen permeable membrane and flowing through the voids S, S, S... Is taken out from the hydrogen outlet pipe through the collecting holes.

〈本発明(5)の態様〉
本発明(5)の水素透過膜モジュールは、上下貫通空隙Sを有する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を配置して一度に接合する。そして、その接合体の両補強部材の面に水素透過膜を接合して構成される。
<Aspect of the present invention (5)>
In the hydrogen permeable membrane module of the present invention (5), a plurality of reinforcing members in which a plurality of metal sheets having pores are sequentially laminated are arranged on both sides of a purified hydrogen collecting member having upper and lower through-holes S, respectively. Join at once. The hydrogen permeable membrane is joined to the surfaces of both reinforcing members of the joined body.

前述図23〜24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 FIGS. 23 to 24, as shown by reference numerals 21 and 21, one reinforcing member having pores on one side of the purified hydrogen collecting member 20 and two on both sides of the purified hydrogen collecting member 20 are shown. Two or more reinforcing members having pores on one side thereof and four or more reinforcing members on both sides may be arranged. The present invention (5) corresponds to this case, and the reinforcing member having each pore and other members can be produced in the same manner as in the case of <Aspect of the present invention (4)>.

〈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28〜29は本発明(6)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図である。図28のとおり、上下貫通空隙Sを有する精製水素収集部材30の両側に、それぞれ順次、細孔の孔を粗くした金属シートの複数枚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と、拡散防止層を有する細孔を有する金属シート33を配置して一度に接合する。   FIGS. 28-29 is a figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (6). As shown in FIG. 28, on both sides of the purified hydrogen collecting member 30 having the upper and lower through-holes S, a reinforcing member 31 in which a plurality of metal sheets with coarse pores are sequentially laminated, and the pores are dense. The reinforcing member 32 (that is, the pores of the pores are smaller than the pores of the reinforcing member 31) and the metal sheet 33 having the pores having the diffusion preventing layer are arranged and bonded at a time.

図28(h)はこうして構成された接合体である。そして、図29のとおり、その接合体のうち、上下両側の拡散防止層を有する細孔を有する金属シート33、33の面に水素透過膜を接合して水素透過膜モジュールを構成する。図29(d)はこうして構成された水素透過膜モジュールである。図30(a)にそれを拡大して示している。   FIG. 28 (h) shows a joined body configured as described above. And as shown in FIG. 29, a hydrogen permeable membrane module is comprised by joining a hydrogen permeable film to the surface of the metal sheets 33 and 33 which have a pore which has a diffusion prevention layer of the upper and lower sides among the joined bodies. FIG. 29D shows a hydrogen permeable membrane module configured as described above. FIG. 30 (a) shows it in an enlarged manner.

図28〜29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、水素透過膜側に向けて、順次、細孔の孔が密の補強部材(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。   28 to 29 show two cases of the reinforcing member 31 having a coarse pore and the reinforcing member 32 having a dense pore, the purified hydrogen collecting member which is the central portion in the thickness direction. The reinforcing member with the coarsest pores is arranged on the 30th side, and the reinforcing members with the dense pores (reinforcing members with progressively smaller pore roughness) are arranged sequentially toward the hydrogen permeable membrane side. And configure. Thus, by providing a gradient in the pore size, the flow resistance of the purified hydrogen flowing from the hydrogen permeable membrane side toward the purified hydrogen collecting member can be reduced while maintaining the strength of the hydrogen permeable membrane. .

本発明の水素透過膜モジュールのスケール、すなわち規模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28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。   Although the scale of the hydrogen permeable membrane module of the present invention, that is, the scale can be set as appropriate, for example, the scale can be 30 cm in length, 3 cm in width, and 1 cm in thickness. In FIG. 28, “× 10” is an example of the number of metal sheets constituting each member.

〈精製水素収集部材の各金属シート、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(一度の接合により補強部材となる)を個々に形成した後、一度に接合してもよい。(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する。そして、その接合体のうち、上下の細孔を有する金属シートの面に水素透過膜を接合して水素透過膜モジュールとする。
<Embodiment of integrally joining each metal sheet of the purified hydrogen collecting member and each metal sheet of the reinforcing member including the hydrogen permeable membrane while maintaining the metal sheet>
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 at one time. As in the case of stopping, each of the purified hydrogen collecting members overlaid with each metal sheet (becomes a purified hydrogen collecting member after a single joining) and the reinforcing members overlaid with each metal sheet (becomes a reinforcing member with a single joint) After forming, it may be joined at once. In the case of (1), for example, each metal sheet is laminated in a sheet positioning die, that is, a mold, heated and pressurized, and bonded together by diffusion bonding. And a hydrogen permeable membrane is joined to the surface of the metal sheet which has the upper and lower pores among the joined bodies, and it is set as 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は、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28〜29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30(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. Taking the hydrogen permeable membrane module manufactured in the mode of FIGS. 28 to 29 as an example, the hydrogen permeable membrane module is configured to have no hydrogen deriving 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30(b)中“T”として示す孔で、この孔Tは図28(d)に示す空隙S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30(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 hydrogen collecting member 30 is perforated to serve as a purified hydrogen lead-out portion. A hole indicated as “T” in FIG. 30B, and this hole T communicates with the gap S shown in FIG. The drilling can be easily performed with a cutting tool, for example. Then, as shown in FIG. 30C, the hydrogen lead-out pipe 35 is connected to the purified hydrogen lead-out part T.

この孔Tは、図1〜2、図8〜9、図11〜12、図20〜22、図22〜24に示す態様において精製水素収集部材の空隙Sに連通する。これらの態様の場合にも、上記と同様にして孔すなわち精製水素導出部Tに水素導出管35を連結する。また、前述図27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、同様にして孔すなわち精製水素導出部Tに水素導出管35を連結することができる。   This hole T communicates with the space S of the purified hydrogen collecting member in the embodiment shown in FIGS. 1-2, 8-9, 11-11, 20-22, 22-24. Also in these embodiments, the hydrogen outlet pipe 35 is connected to the hole, that is, the purified hydrogen outlet portion T in the same manner as described above. In addition, as shown in FIG. 27, when the collecting holes for collecting purified hydrogen are provided, a plurality of voids S, S, S... A hydrogen outlet pipe 35 can be connected to the hole, that is, the purified hydrogen outlet portion T.

図31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31(a)は図30(c)と同じである。図31(b)は図31(a)中A−A線断面を拡大して示した図、図31(c)は図31(a)中B−B線断面を拡大して示した図である。図31(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. 31 is a view for explaining the inside of the hydrogen permeable membrane module with the hydrogen outlet pipe 35 thus formed and the connecting portion of the hydrogen outlet pipe 35. FIG. 31 (a) is the same as FIG. 30 (c). FIG. 31B is an enlarged view of the cross section taken along the line AA in FIG. 31A, and FIG. 31C is an enlarged view of the cross section taken along the line BB in FIG. is there. As shown in FIG. 31 (b), the hydrogen lead-out pipe 35 is fitted into the purified hydrogen lead-out portion T, and is sealed and fixed in a gastight manner. The sealing and fixing are performed by welding or brazing.

前述図26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32は、この態様を説明する図である。図32(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30(a)と同様であるが、図32(a)中符号30として示す精製水素収集部材が、図26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32(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32(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. 26, the purified hydrogen lead-out portion T is perforated so as to communicate with any of the voids S. FIG. 32 is a diagram for explaining this aspect. As shown in FIG. 32 (a), the appearance of the purified hydrogen collecting member 30 before it is perforated is the same as that shown in FIG. 30 (a), but the purified hydrogen collecting member shown as reference numeral 30 in FIG. As shown in FIG. 26, the purified hydrogen collecting member is provided with a plurality of voids S. Since the purified hydrogen lead-out portion T needs to communicate with any of the plurality of voids S, the purified hydrogen lead-out portion T is formed by perforating in a rectangular shape as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 32 (c), the hydrogen lead-out pipe 36 corresponding to the shape is connected to the purified hydrogen lead-out part T.

〈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凹部Sまたは空隙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、凹部Sまたは空隙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。
<Deformation aspect 1 which concerns on refinement | purification hydrogen derivation | leading-out part T>
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 recess S or the gap S of the purified hydrogen collecting member is provided. On the other hand, with respect to the purified hydrogen collecting member, the portion of the recess S or the gap S is previously set wider than the pore region of the reinforcing member (that is, the portion where the purified hydrogen outlet portion T is drilled). By making the width small), the length for drilling as the purified hydrogen lead-out portion can be shortened.

図33はこの態様を説明する図である。図33中、補強部材の細孔域の端部を点線で示している。図33(d)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33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、積層して一度に接合する。   FIG. 33 is a diagram for explaining this aspect. In FIG. 33, the end of the pore region of the reinforcing member is indicated by a dotted line. As shown in FIG. 33 (d), in the purified hydrogen collecting member 30, the portion of the void S is taken wider than the pore region of the reinforcing member as indicated by S ′. As a result, the gap length becomes “S + S ′”, which is longer than the end of the pore region of the reinforcing member, and accordingly, the perforated portion for providing the purified hydrogen lead-out portion T can be shortened. In addition, although each member is shown as a top view in FIG. 33, each member is arrange | positioned and laminated | stacked on a surface parallel, and it joins at once.

〈精製水素導出部Tに係る変形態様2〉
図34〜35は他の態様を説明する図である。図34のとおり、前述図28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。
<Deformation aspect 2 which concerns on refinement | purification hydrogen derivation | leading-out part T>
34 to 35 are diagrams for explaining other aspects. As shown in FIG. 34, the purified hydrogen collecting member 30 having the void S in FIG. 28 corresponds to the purified hydrogen collecting member 40 having the void S and the purified hydrogen lead-out portion T connected to the void S.

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を設けている点以外は、前述〈精製水素収集部材1の作製態様〉(図3参照)と同様である。ただし、本態様では、図3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 hydrogen collecting member 40 having the void S and the purified hydrogen deriving portion T connected to the void S is the same as that described above except that the purified hydrogen deriving portion T is provided. (See FIG. 3). However, in this embodiment, there is no “metal sheet M having no gap s” at the bottom of FIG.

図36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”の複数枚を配置する。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. 36, a plurality of “metal sheets having a gap s and an opening t continuous with the gap s” are arranged inside. And the refinement | purification hydrogen collection member 40 which has the space | gap S and the refinement | purification hydrogen derivation | leading-out part T continuing to this space | gap S is formed by overlapping these.

図37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37(a)は金属シートであり、金属シートの表面のうち、空隙sとなる部分とこれに続く開口tとなる部分を除き、マスキングをする。図37(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37(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37(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. 37 is a diagram for explaining a production mode of the “metal sheet having the gap s and the opening t continuous with the gap s”. FIG. 37 (a) shows a metal sheet, and masking is performed except for a portion to be a gap s and a portion to be an opening t that follows the portion of the surface of the metal sheet. FIG. 37 (b) 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. 37 (c) shows this state. Next, by removing the masking, as shown in FIG. 37 (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34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を配置して拡散接合により一度に接合する。図34(h)はこうして構成された接合体である。そして、図35のとおり、その接合体のうち、上下の拡散防止層を有する細孔を有する金属シート43の面に水素透過膜を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 hydrogen collecting member 40 thus configured. As shown in FIG. 34, the reinforcing member 41 in which a plurality of metal sheets having coarse pores are sequentially laminated on the upper and lower sides of the purified hydrogen collecting member 40 and the pores are dense (that is, the pores are dense). The reinforcing member 42 is smaller than the pores of the reinforcing member 41 and the metal sheet 43 having the pores having the diffusion preventing layer are arranged and joined at once by diffusion joining. FIG. 34 (h) shows a joined body configured in this manner. Then, as shown in FIG. 35, a hydrogen permeable membrane module is formed by joining a hydrogen permeable membrane to the surface of the metal sheet 43 having pores having upper and lower diffusion prevention layers in the joined body.

〈精製水素導出部Tへの水素導出管45の連結〉
図38は、図34〜35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38(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38(b)は図38(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38(c)は、図38(a)中A−A線断面を拡大して示した図である。
<Connection of hydrogen outlet pipe 45 to purified hydrogen outlet section T>
FIG. 38 is a diagram for explaining the structure of the hydrogen permeable membrane module configured as shown in FIGS. FIG. 38A is a perspective view of the hydrogen permeable membrane module. The hydrogen lead-out pipe 45 is fitted into the purified hydrogen lead-out part T, and is sealed and fixed in a gas tight manner. The sealing and fixing are performed by welding or brazing. FIG.38 (b) is the figure which connected the hydrogen derivation | leading-out pipe | tube 45 to the refinement | purification hydrogen derivation | leading-out part T shown in Fig.38 (a). FIG.38 (c) is the figure which expanded and showed the AA line cross section in Fig.38 (a).

〈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、“細孔部を有する補強部材+精製水素収集部材”、あるいは“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、接合して接合体とし、これに水素透過膜を接合して作製される。
<Deformation mode 1 when producing hydrogen permeable membrane module>
The hydrogen permeable membrane module of the present invention has a pore size so that the pores become coarser as it goes to “a reinforcing member having pores + a purified hydrogen collecting member” or “a plurality of purified hydrogen collecting members”. It is manufactured by laminating and joining a reinforcing member '+ purified hydrogen collecting member' having a gradient to a joined body, and joining a hydrogen permeable membrane thereto.

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39はこの態様を説明する図である。
図39(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. 39 is a diagram for explaining this aspect.
FIG. 39A 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39(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39(c)は図39(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. 39B 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 “connected”. 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. 39 (c) shows a reinforcing member having pores coarser than those shown in FIG. 39 (b). 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39(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39(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. 39D 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. 39 (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、細孔を有する補強部材、その細孔より粗い細孔を有する補強部材、精製水素収集部材の各部材を積層して一度に拡散接合する。次いで、その接合体に水素透過膜を拡散接合する。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39(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。   Then, the reinforcing member having pores, the reinforcing member having pores coarser than the pores, and the purified hydrogen collecting member configured as described above are laminated and diffusion-bonded at a time. Next, a hydrogen permeable membrane is diffusion bonded to the bonded body. Then, the hydrogen permeable membrane module is formed by cutting at a “connecting” portion at a time. In this case, in FIG. 39 (a) to (d), by removing the linear portion that becomes the connecting frame shown by the one-dot chain line by etching at a predetermined interval in advance (the hydrogen permeable membrane or the like). 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“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、一度に拡散接合して各部材の接合体を形成し、次いで、その接合体に水素透過膜を拡散接合する。その接合体を形成するに際して、その各部材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。
<Deformation mode 2 when producing hydrogen permeable membrane module>
The hydrogen permeable membrane module of the present invention is, for example, “reinforcing member having a gradient in pore size and purified hydrogen collecting member so that the pores become coarser toward a plurality of“ purified hydrogen collecting members ”. In such a manner, a joined body of each member is formed by diffusion bonding at a time, and then a hydrogen permeable film is diffusion bonded to the joined body. When forming the joined body, it is preferable to temporarily fix the respective members in advance. Temporary fixing may be performed for each member.

図40はその態様を説明する図である。図40のとおり、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)が配置、積層される。   FIG. 40 is a diagram for explaining the mode. As shown in FIG. 40, the reinforcing member (b) having pores, the reinforcing member (c) having pores coarser than (b), the purified hydrogen collecting member (d), and the purified hydrogen collecting member (not shown). A reinforcing member (c) having pores coarser than (b) and a reinforcing member (b) having pores are sequentially arranged and laminated also below the member (d).

そして、その積層体を図40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。なお、図40中、各部材(b)〜(d)は平面図として示しているが、各部材を面平行に配置、積層してスポット溶接により仮止めし、仮止めした積層体を一度に拡散接合する。次いで、その接合体に図40(a)の水素透過膜を拡散接合する。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。   Then, the laminated body is temporarily fixed by spot welding as shown as p, p, p... In FIG. In FIG. 40, each member (b) to (d) is shown as a plan view. However, the members are arranged in parallel to each other, stacked, temporarily fixed by spot welding, and the temporarily fixed stacked body is formed at a time. Diffusion bonding is performed. Next, the hydrogen permeable membrane of FIG. 40A is diffusion bonded to the joined body. Then, a hydrogen permeable membrane module is formed by cutting at a “connecting” portion at a time.

ここで、細孔を有する補強部材(b)は、図7(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。細孔を有する補強部材(b)より粗い細孔を有する補強部材(c)は、図10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33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. The reinforcing member (c) having coarser pores than the reinforcing member (b) having fine pores is composed of a plurality of “metal sheets having coarse pores” as shown in FIG. The purified hydrogen collecting member (d) is composed of a plurality of “metal sheets having voids s + s ′” corresponding to the purified hydrogen collecting member having voids S + S ′ shown as reference numeral 30 in FIG.

〈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“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、一度に拡散接合し、この接合体に水素透過膜を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。
<Deformation mode 3 when producing hydrogen permeable membrane module>
The hydrogen permeable membrane module of the present invention is, for example, a “reinforcing member having a gradient in pore size so that the pores become coarser toward the plurality of“ purified hydrogen collecting members ”+ the purified hydrogen collecting member Are formed by stacking and diffusion bonding at a time, and bonding a hydrogen permeable film to the bonded body. In this modified embodiment 3, the purified hydrogen collecting member is further extended from the gap length “S + S ′” in <Modified embodiment 1 relating to purified hydrogen deriving portion T>, thereby providing the purified hydrogen deriving portion T. Therefore, it is a structure that eliminates the need for a cutting process, that is, drilling, and eliminates the joining of the hydrogen lead-out pipe.

図41はその態様を説明する図である。図41(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41(b)のとおり、空隙S″の部分に対応した形状とする。   FIG. 41 is a diagram for explaining the mode. As shown in FIG. 41 (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 is formed by the purified hydrogen outlet portion T, the hydrogen outlet pipe, To be. The reinforcing member having pores also has a shape corresponding to the space S ″ as shown in FIG.

ここで、図41(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、その積層体を図41(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、仮止めした積層体を一度に拡散接合する。次いで、その接合体に図41(a)に示す水素透過膜を拡散接合する。そして、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. 41 (b) and 41 (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 laminated, 41 (b) and 41 (c), the laminated body is temporarily fixed by spot welding, and the temporarily bonded laminated body is diffusion bonded at one time. The hydrogen permeable membrane shown in Fig. 41 (a) is diffusion bonded to the joined body, and cut at once at the "joint" portion indicated by the one-dot chain line to form a hydrogen permeable membrane module.

図42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42(a)は平面図、図42(b)は斜視図、図42(c)は図42(a)中A−A線断面を拡大して示した図である。図42(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部分である。   FIG. 42 is a view for explaining the hydrogen permeable membrane module with a hydrogen outlet tube formed in this way. 42 (a) is a plan view, FIG. 42 (b) is a perspective view, and FIG. 42 (c) is an enlarged cross-sectional view taken along line AA in FIG. 42 (a). As shown in FIG. 42 (c), as S, (T), S ″, a void portion, a fractionated hydrogen deriving portion, and a hydrogen deriving tube are formed at once. 52 is a hydrogen deriving tube having a void S ″. Part.

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42(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. 42D is a cross-sectional view in the case where the reinforcing member 51 having a coarse pore is also provided.

〈水素透過膜モジュール作製時の変形態様4〉
前述図7(d)に示すような“細孔を有する金属シート”、図10に示すような“粗い細孔を有する金属シート”、前述図11〜19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. 7 (d), "Metal sheet having coarse pores" as shown in Fig. 10, "Diffusion prevention layer" as shown in Figs. It has “pores” in which “first intermediate layer + diffusion prevention layer”, “diffusion prevention layer + second intermediate layer” or “first intermediate layer + diffusion prevention layer + second intermediate layer” is formed. A plurality of “metal sheets” can be produced simultaneously.

図43はその態様を説明する図である。ここでは、上記各層のうち“拡散防止層を形成した細孔を有する金属シート”を用いる場合を例に説明する。一枚の金属シートに複数枚分の“拡散防止層を形成した細孔を有する金属シート”を形成して複数個の水素透過膜モジュールを同時に作製する。図43にはその数2個の例を示している。図43(a)中、61は2領域に細孔を有する金属シートであり、1点鎖線で示す枠が各領域である。こうして一枚の金属シートに何枚分もの補強部材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13〜19を用いて説明したのと同様である。   FIG. 43 is a diagram for explaining the mode. Here, the case where “a metal sheet having pores in which a diffusion prevention layer is formed” among the above layers is used will be described as an example. A plurality of hydrogen permeable membrane modules are manufactured simultaneously by forming a plurality of “metal sheets having pores with a diffusion preventing layer” on one metal sheet. FIG. 43 shows two examples. In FIG. 43A, reference numeral 61 denotes a metal sheet having pores in two regions, and a frame indicated by a one-dot chain line is each region. Thus, a number of reinforcing members can be modeled on a single metal sheet. A diffusion preventing layer is formed in each pore region. The formation process of the diffusion preventing layer on the portion excluding the exposed metal surface is the same as that described with reference to FIGS.

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、一枚の金属シート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”や、細かい細孔を有する補強部材を形成する“細かい細孔を有する金属シート”についても、一枚の金属シートに何枚分もかたどる。図43(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 s” that forms the purified hydrogen collecting member is formed in a single metal sheet for several sheets, and has “rough pores” that form reinforcing members having coarse pores. The “metal sheet” and the “metal sheet having fine pores” that form the reinforcing member having fine pores are also traced to one metal sheet. FIG. 43B shows the hydrogen permeable membrane 62 corresponding to them.

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”の複数枚を中央に配置し、その上下に順次、複数個の“粗い細孔を有する金属シート”をかたどった金属シートの複数枚、複数個の“細かい細孔を有する金属シート”をかたどった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”を積層して拡散接合により一度に接合する。その接合体に図43(b)の水素透過膜62を拡散接合する。   Then, a plurality of “metal sheets having voids s” forming a purified hydrogen collecting member are arranged in the center, and a plurality of metal sheets in the form of a plurality of “metal sheets having coarse pores” are sequentially arranged above and below them. A plurality of metal sheets in the form of a plurality of “metal sheets having fine pores” and a “metal sheet having pores in which a diffusion preventing layer is formed” are laminated and bonded at once by diffusion bonding. The hydrogen permeable film 62 of FIG. 43B is diffusion bonded to the bonded body.

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43(a)中、1点鎖線で示す線状枠部分を、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. 43 (a), the linear frame portion indicated by the alternate long and short dash line is removed by etching at a predetermined interval in advance. The peripheral edge and the connecting frame are connected only at a connecting portion that is not removed by etching), and can be easily cut.

図43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. 43 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.

本発明(1)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (1) 本発明(1)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (1) 本発明(1)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (1) 本発明(1)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (1) 本発明(1)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (1) 本発明(1)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (1) 本発明(1)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (1) 本発明(3)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (3) 本発明(3)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (3) 細孔の孔が粗い細孔を有する金属シートの複数枚から、細孔の孔が粗い補強部材11を作製する態様を示す図The figure which shows the aspect which produces the reinforcement member 11 with a coarse pore from the several sheets of the metal sheet which has a pore with a coarse pore. 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等を配する態様を説明する図The figure explaining the aspect which distribute | arranges a diffusion prevention layer etc. between the reinforcement member which has a pore, and a hydrogen permeable film 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等を配する態様を説明する図The figure explaining the aspect which distribute | arranges a diffusion prevention layer etc. between the reinforcement member which has a pore, and a hydrogen permeable film 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The figure explaining the formation aspect of the diffusion prevention layer to the metal sheet which has a pore 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む態様を説明する図The figure explaining the aspect which inserts the metal sheet which has the pore which gave the diffusion prevention layer to the simple frame 金属シート、金属シートにおける細孔域、拡散防止層、金属露出面等の関係を説明する図The figure explaining the relationship between the metal sheet, the pore area in the metal sheet, the diffusion prevention layer, the exposed metal surface, etc. 拡散防止層の“はみ出し”部分を無くした態様を説明する図The figure explaining the aspect which eliminated the "protrusion" part of the diffusion prevention layer 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The figure explaining the aspect which has arrange | positioned the 1st intermediate | middle layer (= reinforcement member side) -diffusion prevention layer on the contact surface with a hydrogen permeable membrane about the reinforcing member which has the pore by the side of a hydrogen permeable membrane. 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The figure explaining the aspect which distribute | arranged the diffusion prevention layer-second intermediate | middle layer (= hydrogen permeable membrane side) to the contact surface with a hydrogen permeable membrane about the reinforcement member which has the pore distribute | arranged to the hydrogen permeable membrane side 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−拡散防止層−第二の中間層を配した態様を説明する図The figure explaining the aspect which has arrange | positioned the 1st intermediate | middle layer-diffusion prevention layer-2nd intermediate | middle layer in the contact surface with a hydrogen permeable film about the reinforcement member which has the pore by the side of a hydrogen permeable film. 図8〜9に示す水素透過膜モジュールの態様において拡散防止層等を配した態様を説明する図The figure explaining the aspect which has arrange | positioned the diffusion prevention layer etc. in the aspect of the hydrogen permeable membrane module shown to FIGS. 図8〜9に示す水素透過膜モジュールの態様において拡散防止層等を配した態様を説明する図The figure explaining the aspect which has arrange | positioned the diffusion prevention layer etc. in the aspect of the hydrogen permeable membrane module shown to FIGS. (A)〜(D)の層を配しない接合体を形成した後に(A)〜(D)の層を形成する態様を説明する図The figure explaining the aspect which forms the layer of (A)-(D), after forming the conjugate | zygote which does not distribute the layer of (A)-(D). 本発明(4)の水素透過膜モジュールの作製過程を説明する図The figure explaining the preparation process of the hydrogen permeable membrane module of this invention (4) 本発明(4)の水素透過膜モジュールの作製過程を説明する図The figure explaining the preparation process of the hydrogen permeable membrane module of this invention (4) 上下貫通空隙Sを有する精製水素収集部材20の態様を説明する図The figure explaining the aspect of the refinement | purification hydrogen collection member 20 which has the upper and lower through-holes S 上下貫通空隙Sを有する精製水素収集部材20の態様を説明する図The figure explaining the aspect of the refinement | purification hydrogen collection member 20 which has the upper and lower through-holes S 上下貫通空隙Sを有する精製水素収集部材20の態様を説明する図The figure explaining the aspect of the refinement | purification hydrogen collection member 20 which has the upper and lower through-holes S 本発明(6)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (6) 本発明(6)の水素透過膜モジュールの態様を説明する図The figure explaining the aspect of the hydrogen permeable membrane module of this invention (6) 精製水素収集部材に対して水素導出部Tを設ける態様を説明する図The figure explaining the aspect which provides the hydrogen derivation | leading-out part T with respect to a refinement | purification hydrogen collection member 図29のように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The figure explaining the connection part of the inside of the hydrogen permeable membrane module with the hydrogen outlet pipe 35 formed like FIG. 29, and the hydrogen outlet pipe 35 図25に示すような複数の空隙Sを設けた精製水素収集部材に対して精製水素導出部Tを形成する態様を説明する図The figure explaining the aspect which forms the refinement | purification hydrogen derivation | leading-out part T with respect to the refinement | purification hydrogen collection member which provided the several space | gap S as shown in FIG. 精製水素導出部Tに係る変形態様1を説明する図The figure explaining the deformation | transformation aspect 1 which concerns on the refinement | purification hydrogen derivation | leading-out part T 精製水素導出部Tに係る変形態様2を説明する図The figure explaining the deformation | transformation aspect 2 which concerns on the refinement | purification hydrogen derivation | leading-out part T 精製水素導出部Tに係る変形態様2を説明する図The figure explaining the deformation | transformation aspect 2 which concerns on the refinement | purification hydrogen derivation | leading-out part T 精製水素導出部Tに係る変形態様2を説明する図The figure explaining the deformation | transformation aspect 2 which concerns on the refinement | purification hydrogen derivation | leading-out part T 精製水素導出部Tに係る変形態様2を説明する図The figure explaining the deformation | transformation aspect 2 which concerns on the refinement | purification hydrogen derivation | leading-out part T 図34〜35のように構成した水素透過膜モジュールの構造を説明する図The figure explaining the structure of the hydrogen permeable membrane module comprised as FIG. 水素透過膜モジュール作製時の変形態様1を説明する図The figure explaining the deformation | transformation aspect 1 at the time of hydrogen permeable membrane module preparation 水素透過膜モジュール作製時の変形態様2を説明する図The figure explaining the deformation | transformation aspect 2 at the time of hydrogen permeable membrane module preparation 水素透過膜モジュール作製時の変形態様3を説明する図The figure explaining the deformation | transformation aspect 3 at the time of hydrogen permeable membrane module preparation 水素透過膜モジュール作製時の変形態様3を説明する図The figure explaining the deformation | transformation aspect 3 at the time of hydrogen permeable membrane module preparation 水素透過膜モジュール作製時の変形態様4を説明する図The figure explaining the deformation | transformation aspect 4 at the time of hydrogen permeable membrane module preparation 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(558号公報)Exploded perspective view for explaining the structure of the hydrogen gas separation unit (No. 558) 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(558号公報)Schematic perspective view of a hydrogen gas separator incorporating the unit of FIG. 35 (No. 558) 061号公報に開示された図Figure disclosed in Japanese Patent No. 061

符号の説明Explanation of symbols

1、10、20、30、40 精製水素収集部材
2、12、21、32、42 細孔を有する補強部材
3、13、23、34、44、62 水素透過膜
s 金属シート内部の空隙
S 空隙
M 閉塞部材
11 細孔(孔が粗い)を有する補強部材
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
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
31 細孔(孔が粗い)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
35、36、45 水素導出管
S′ 空隙Sの延長部
S″ 空隙Sの部分から延長した精製水素導出部となる空隙
41 細孔(孔が粗い)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
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
p スポット溶接部
51 細孔の孔が粗い補強部材
52 空隙S″を有する水素導出管部分
61 2領域に細孔を有する金属シート
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
1, 10, 20, 30, 40 Purified hydrogen collecting member 2, 12, 21, 32, 42 Reinforcing member having pores 3, 13, 23, 34, 44, 62 Hydrogen permeable membrane s Void in metal sheet S Void M Closing member 11 Reinforcing member having pores (rough pores) 2 'Metal sheet or reinforcing member having pores provided with a diffusion preventing layer or the like a Periphery of metal sheet b Perimeter of diffusion preventing layer c Pore of metal sheet 12 'Metal sheet or reinforcing member having pores with a diffusion preventing layer or the like 22 Metal sheet or reinforcing member having pores with a diffusion preventing layer or the like 31 Reinforcing member having pores (rough pores) 33 Metal sheet or reinforcing member having pores provided with a diffusion preventing layer or the like 35, 36, 45 Hydrogen outlet tube S ′ Extension portion of gap S S ″ Void serving as a purified hydrogen outlet portion extending from the portion of gap S 4 Reinforcing member having pores (rough pores) 43 Metal sheet or reinforcing member having pores with a diffusion prevention layer or the like T opening, hydrogen outlet part of purified hydrogen collecting member t opening following the part to be the gap s p spot Welding portion 51 Reinforcing member with rough pores 52 Hydrogen outlet tube portion having void S ″ 61 Metal sheet having pores in two regions 71 Expanding frame 72 Material having hydrogen gas separation property such as Pd alloy foil (hydrogen permeation) Foil film)
73 metal support plate 101 peripheral portion of clad cut plate 102 central portion of clad cut plate b pore 80 base plate with ventilation groove 81 reinforcing plate made of a plurality of porous metal plates 82 columnar metal plate 89 hydrogen permeable membrane composite body

Claims (16)

金属支持体不要の水素透過膜モジュールであって、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を配置して一度に接合した後、補強部材の面に水素透過膜を接合してなることを特徴とする水素透過膜モジュール。   A hydrogen permeable membrane module that does not require a metal support, and sequentially includes one or more metal sheets having no voids, a plurality of purified hydrogen collecting members in which metal sheets having upper and lower through holes are laminated, and a plurality of sheets A hydrogen permeable membrane module comprising: a reinforcing member in which metal sheets having a plurality of pores are laminated and bonded at a time; and a hydrogen permeable membrane is bonded to the surface of the reinforcing member. 金属支持体不要の水素透過膜モジュールであって、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を配置して一度に接合した後、補強部材の面に水素透過膜を接合してなることを特徴とする水素透過膜モジュール。   A hydrogen permeable membrane module that does not require a metal support, and sequentially includes one or more metal sheets having no voids, a plurality of purified hydrogen collecting members in which metal sheets having upper and lower through holes are laminated, and a plurality of sheets A hydrogen permeable membrane module comprising: a plurality of reinforcing members laminated with metal sheets having a plurality of pores, joined together at one time, and then joined with a hydrogen permeable membrane on the surface of the reinforcing member. 請求項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水素透過膜モジュール。   3. The hydrogen permeable membrane module according to claim 2, wherein the plurality of reinforcing members are reinforcing members having a gradient in pore size such that the pores become coarser toward the purified hydrogen collecting member. A hydrogen permeable membrane module. 金属支持体不要の水素透過膜モジュールであって、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、それぞれ細孔を有する金属シートの複数枚を積層した補強部材を配置して一度に接合した後、上下の補強部材の面に水素透過膜を接合してなることを特徴とする水素透過膜モジュール。   A hydrogen permeable membrane module that does not require a metal support, and a reinforcing member in which a plurality of metal sheets having pores are 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. A hydrogen permeable membrane module comprising a hydrogen permeable membrane joined to surfaces of upper and lower reinforcing members after being arranged and joined at once. 金属支持体不要の水素透過膜モジュールであって、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を配置して一度に接合した後、上下の補強部材の面に水素透過膜を接合してなることを特徴とする水素透過膜モジュール。   A hydrogen permeable membrane module that does not require a metal support, and is reinforced by sequentially laminating a plurality of metal sheets having pores on both sides of a purified hydrogen collecting member in which a plurality of metal sheets having upper and lower through-holes are laminated. A hydrogen permeable membrane module comprising: a plurality of members arranged and bonded at once; and a hydrogen permeable membrane bonded to the surfaces of the upper and lower reinforcing members. 請求項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水素透過膜モジュール。   6. The hydrogen permeable membrane module according to claim 5, wherein the plurality of reinforcing members have a gradient in pore size such that the pores become coarser toward the purified hydrogen collecting member that is the central portion in the thickness direction. A hydrogen permeable membrane module, which is a reinforcing member provided. 請求項1〜6のいずれか1項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金属シート、及び、前記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水素透過膜モジュール。   The hydrogen permeable membrane module of any one of Claims 1-6 WHEREIN: The metal sheet which comprises the said refinement | purification hydrogen collection member, and the metal sheet which comprises the said reinforcement member are each arrange | positioned with a metal sheet, and once A hydrogen permeable membrane module, characterized by being bonded to. 請求項1〜6のいずれか1項の水素透過膜モジュールにおいて、前記金属シートの構成材料が、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル基合金、銅合金または鉄基合金であることを特徴とする水素透過膜モジュール。   The hydrogen permeable membrane module according to any one of claims 1 to 6, wherein the constituent material of the metal sheet is stainless steel, nickel, a nickel-base alloy, a copper alloy, or an iron-base alloy. module. 請求項1〜6のいずれか1項の水素透過膜モジュールにおいて、前記一度に接合する接合が拡散接合であることを特徴とする水素透過膜モジュール。   The hydrogen permeable membrane module according to any one of claims 1 to 6, wherein the junction to be joined at one time is a diffusion junction. 請求項1、2、4または5の水素透過膜モジュールにおいて、前記補強部材の面に対する水素透過膜の接合が拡散接合であることを特徴とする水素透過膜モジュール。   6. The hydrogen permeable membrane module according to claim 1, wherein the hydrogen permeable membrane is bonded to the surface of the reinforcing member by diffusion bonding. 請求項1〜6のいずれか1項の水素透過膜モジュールにおいて、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を配してなることを特徴とする水素透過膜モジュール。   7. The hydrogen permeable membrane module according to claim 1, wherein a diffusion preventing layer is disposed between the reinforcing member having pores and the hydrogen permeable membrane. 請求項1〜6のいずれか1項の水素透過膜モジュールにおいて、細孔を有する補強部材と水素透過膜との間に、細孔を有する補強部材側からみて、順次第一の中間層、拡散防止層を配してなることを特徴とする水素透過膜モジュール。   The hydrogen permeable membrane module according to any one of claims 1 to 6, wherein a first intermediate layer and a diffusion layer are sequentially formed between the reinforcing member having pores and the hydrogen permeable membrane as viewed from the reinforcing member having pores. A hydrogen permeable membrane module comprising a prevention layer. 請求項1〜6のいずれか1項の水素透過膜モジュールにおいて、細孔を有する補強部材と水素透過膜との間に、細孔を有する補強部材側からみて、順次拡散防止層、第二の中間層を配してなることを特徴とする水素透過膜モジュール。   The hydrogen permeable membrane module according to any one of claims 1 to 6, wherein a diffusion preventing layer and a second layer are sequentially formed between the reinforcing member having pores and the hydrogen permeable membrane as viewed from the reinforcing member side having pores. A hydrogen permeable membrane module comprising an intermediate layer. 請求項1〜6のいずれか1項の水素透過膜モジュールにおいて、細孔を有する補強部材と水素透過膜との間に、細孔を有する補強部材側からみて、順次第一の中間層、拡散防止層、第二の中間層を配してなることを特徴とする水素透過膜モジュール。   The hydrogen permeable membrane module according to any one of claims 1 to 6, wherein a first intermediate layer and a diffusion layer are sequentially formed between the reinforcing member having pores and the hydrogen permeable membrane as viewed from the reinforcing member having pores. A hydrogen permeable membrane module comprising a prevention layer and a second intermediate layer. 請求項11〜14のいずれか1項の水素透過膜モジュールにおいて、細孔を有する補強部材のうち実質的に細孔域のみに、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、または、第一の中間層−拡散防止層−第二の中間層を配してなることを特徴とする水素透過膜モジュール。   The hydrogen permeable membrane module according to any one of claims 11 to 14, wherein the diffusion preventing layer, the first intermediate layer-the diffusion preventing layer, and the diffusion preventing layer are substantially only in the pore region of the reinforcing member having pores. A hydrogen permeable membrane module comprising a layer-second intermediate layer or a first intermediate layer-diffusion prevention layer-second intermediate layer. 前記水素透過膜モジュールがメンブレンリアクター用の水素透過膜モジュールであることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項の水素透過膜モジュール。
The hydrogen permeable membrane module according to any one of claims 1 to 15, wherein the hydrogen permeable membrane module is a hydrogen permeable membrane module for a membrane reactor.
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