JP2014046228A - Method for manufacturing hydrogen separator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a hydrogen separator, capable of reducing the occurrence of pin holes in a hydrogen separation metal layer.SOLUTION: A method for manufacturing a hydrogen separator includes: a first step of mixing Pd being a hydrogen separation metal, or metal powder containing the Pd and a metal (e.g., Ag) alloyed with the Pd for improving a hydrogen permeability as the main component with ceramics (e.g., YSZ) powder to make past-like materials; a second step of forming a surface forming layer (77) on support molded body (73) by covering the surface of the porous support molded body (73) before sintering using the past-like materials; and a third step of co-firing the support molded body (73) with the surface forming layer (77), and performing the sintering thereof. Consequently, a porous medium (20) comprising the hydrogen separation metal layer (19) inside is made.

Description

本発明は、水素分離体の製造方法に関し、特に、原料ガスから水素ガスを選択して分離することにより純度の高い水素ガスを得ることができる水素分離体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a hydrogen separator, and more particularly, to a method for producing a hydrogen separator capable of obtaining high-purity hydrogen gas by selecting and separating hydrogen gas from a raw material gas.

従来、例えば燃料電池に供給する水素を製造するために、水蒸気改質ガス等の水素を含むガスから水素のみを選択的に取り出す水素分離体が開発されている。この水素分離体は、例えば円筒状のセラミック多孔質基体の表面などに、パラジウム(Pd)等からなる水素透過膜(以下水素分離金属層と記す)を形成したものである。   Conventionally, for example, in order to produce hydrogen to be supplied to a fuel cell, a hydrogen separator that selectively extracts only hydrogen from a gas containing hydrogen such as steam reformed gas has been developed. In this hydrogen separator, for example, a hydrogen permeable membrane (hereinafter referred to as a hydrogen separation metal layer) made of palladium (Pd) or the like is formed on the surface of a cylindrical ceramic porous substrate.

この種の水素分離体を製造する技術として、例えば下記特許文献1、2には、多孔質支持体表面に核形成処理を施した後に、酸処理によって表面の核を除去し、その後、無電解Pdめっき法によって水素分離金属層を形成することにより、多孔質充填型水素分離体を製造する方法が開示されている。   As a technique for producing this type of hydrogen separator, for example, in Patent Documents 1 and 2 below, the surface of the porous support is subjected to nucleation treatment, and then the surface nuclei are removed by acid treatment. A method for producing a porous filled hydrogen separator by forming a hydrogen separation metal layer by Pd plating is disclosed.

また、これとは別に、無電解めっき法を用いない方法として、下記特許文献3には、焼結体である多孔質支持体表面に、Pd超微粒子及びAg超微粒子を混合したペーストを塗布し、その後焼き付けを行って水素分離金属層を形成する方法が開示されている。   In addition, as a method that does not use the electroless plating method, in Patent Document 3 below, a paste in which Pd ultrafine particles and Ag ultrafine particles are mixed is applied to the surface of a porous support that is a sintered body. Then, a method for forming a hydrogen separation metal layer by baking is disclosed.

特開2005−13853号公報JP 2005-13853 A 特開2006−95521号公報JP 2006-95521 A 特開2001−145824号公報JP 2001-145824 A

しかしながら、前記特許文献1、2に記載のように、無電解めっき法によって水素分離金属層を形成する場合には、多孔質支持体の表面の欠陥(窪みや突起)に対するめっきの追従性が低く、その欠陥部分では細孔内にめっき金属が充填されない部分、即ちピンホールが発生するという問題があった。   However, as described in Patent Documents 1 and 2, when the hydrogen separation metal layer is formed by the electroless plating method, the followability of plating with respect to defects (dents and protrusions) on the surface of the porous support is low. In the defective portion, there is a problem that a portion where the plated metal is not filled in the pores, that is, a pinhole is generated.

また、前記特許文献3に記載のように、焼結した支持体上への焼き付けによって水素分離金属層を形成する場合には、焼結時における水素分離金属層の収縮が抑制されるので、水素分離金属層の緻密化が難しく、ピンホールのない水素分離金属層を形成することは容易ではないという問題があった。   In addition, as described in Patent Document 3, in the case where the hydrogen separation metal layer is formed by baking on the sintered support, since the shrinkage of the hydrogen separation metal layer during sintering is suppressed, There is a problem that it is difficult to make the separation metal layer dense and it is not easy to form a hydrogen separation metal layer without pinholes.

また、このように水素分離金属層にピンホールがあると、ピンホール部分からガスがリークし、その結果、分離される水素の純度が低下するので、その改善が求められていた。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、水素分離金属層におけるピンホールの発生を低減できる水素分離体の製造方法を提供することにある。
In addition, if there is a pinhole in the hydrogen separation metal layer in this way, gas leaks from the pinhole portion, and as a result, the purity of the separated hydrogen is lowered, so that improvement has been demanded.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a hydrogen separator capable of reducing the generation of pinholes in the hydrogen separation metal layer.

(1)本発明は、第1態様として、多孔質体の内部に水素のみを選択して透過させる水素分離金属層を備えた水素分離体を製造する水素分離体の製造方法において、水素分離金属であるPd、又は、該Pd及び該Pdと合金化して水素透過性を向上させる金属を主成
分とする金属粉末と、セラミックス粉末とを、混合してペースト状材料を作製する第1工程と、前記第1工程によって作製されたペースト状材料を用いて、焼結前の多孔質の支持体成形体の表面を覆うことによって、前記支持体成形体上に表面形成層を形成する第2工程と、前記第2工程によって形成された支持体成形体及び表面形成層を共焼成して焼結させることによって、内部に前記水素分離金属層を備えた前記多孔質体を作製する第3工程と、を有することを特徴とする。
(1) As a first aspect, the present invention provides a hydrogen separator manufacturing method for manufacturing a hydrogen separator including a hydrogen separator metal layer that allows only hydrogen to permeate inside a porous body. A first step of preparing a paste-like material by mixing Pd, or a metal powder mainly composed of Pd and a metal that is alloyed with Pd and improving hydrogen permeability, and a ceramic powder; A second step of forming a surface forming layer on the support molded body by covering the surface of the porous support molded body before sintering using the paste-like material produced in the first step; A third step of producing the porous body having the hydrogen separation metal layer therein by co-firing and sintering the support molded body and the surface forming layer formed in the second step; It is characterized by having

本第1態様では、第1工程にて、「Pdを主成分とする金属粉末」、或いは、「Pd及びPdと合金化して水素透過性を向上させる金属(例えばAg)を主成分とする金属粉末」と、セラミックス粉末とを混合してペースト状材料を作製し、第2工程にて、このペースト状材料を用いて、(焼結前の)支持体成形体の表面に表面形成層を形成し、第3工程にて、支持体成形体及び表面形成層を共焼成して、内部に水素分離金属層を備えた多孔質体を作製する。   In the first aspect, in the first step, “a metal powder containing Pd as a main component” or “a metal containing, as a main component, a metal that is alloyed with Pd and Pd to improve hydrogen permeability (eg, Ag)”. "Powder" and ceramic powder are mixed to produce a paste-like material, and in the second step, this paste-like material is used to form a surface forming layer on the surface of the support body (before sintering) In the third step, the support molded body and the surface forming layer are co-fired to produce a porous body having a hydrogen separation metal layer therein.

つまり、本第1態様では、(焼結前の例えば仮焼成された)支持体形成体及び表面形成層を共焼成して焼結させるので、表面形成層には支持体の焼成による収縮作用が働く。よって、従来の焼き付け法に比べて、容易に水素分離金属層を緻密にすることができるので、ピンホールの少ない水素分離金属層を実現することができる。焼結後に表面形成層の形成を行うと欠陥となってしまう支持体表面においても、支持体成形体の時点では表面欠陥は顕在化していない。この支持体成形体に表面形成層を共焼結により形成することにより、表面形成層の欠陥の形成を抑制することができる。その結果、表面形成層に形成される水素分離金属層の欠陥、つまり、ガスのリークを低減できるので、分離される水素の純度を高めることができるという顕著な効果を奏する。   That is, in the first aspect, since the support forming body and the surface forming layer (for example, pre-sintered before sintering) are co-fired and sintered, the surface forming layer has a shrinking action due to the firing of the support. work. Therefore, as compared with the conventional baking method, the hydrogen separation metal layer can be easily made dense, so that a hydrogen separation metal layer with few pinholes can be realized. Even on the surface of the support that becomes a defect when the surface-forming layer is formed after sintering, the surface defect is not apparent at the time of the support molded body. By forming the surface forming layer on the support molded body by co-sintering, formation of defects in the surface forming layer can be suppressed. As a result, defects in the hydrogen separation metal layer formed on the surface formation layer, that is, gas leakage can be reduced, and the purity of the separated hydrogen can be increased.

(2)本発明は、第2態様として、前記第3工程によって作製された多孔質体の水素分離金属層に対して、電解めっきによって、前記水素分離金属層を構成する金属を供給することを特徴とする。   (2) In the present invention, as a second aspect, the metal constituting the hydrogen separation metal layer is supplied to the hydrogen separation metal layer of the porous body produced by the third step by electrolytic plating. Features.

本第2態様では、第3工程によって作製された水素分離金属層に対して、電解めっきによって(水素分離金属層を構成する)金属を供給するので、水素分離金属層を一層緻密にできる。これにより、ピンホールの発生を一層低減することができる。   In the second aspect, since the metal (which constitutes the hydrogen separation metal layer) is supplied by electrolytic plating to the hydrogen separation metal layer produced by the third step, the hydrogen separation metal layer can be made more dense. Thereby, generation | occurrence | production of a pinhole can be reduced further.

(3)本発明は、第3態様として、前記電解めっきによって、前記水素分離金属層に対してPdと合金化して水素透過性を向上させる合金用金属を供給し、所定の合金化温度で加熱することによって、前記Pdと前記合金用金属とを合金化させることを特徴とする。   (3) In the present invention, as a third aspect, the electrolytic plating is used to supply a metal for an alloy that is alloyed with Pd to improve the hydrogen permeability to the hydrogen separation metal layer, and is heated at a predetermined alloying temperature. By doing so, the Pd and the alloy metal are alloyed.

本第3態様では、Pdと合金用金属(例えばAg)とを合金化して水素分離金属層を形成するので、高い水素透過性を確保できるとともに、合金による特性を発揮できる。例えばPdAg合金の場合には、水素脆化を抑制できる。   In the third aspect, since the hydrogen separation metal layer is formed by alloying Pd and an alloy metal (for example, Ag), high hydrogen permeability can be secured and the characteristics of the alloy can be exhibited. For example, in the case of a PdAg alloy, hydrogen embrittlement can be suppressed.

(4)本発明は、第4態様として、前記電解めっきでは、前記水素分離金属層の一方の側に電解液を供給し、該電解液を介して、該電解液を供給した側より前記水素分離金属層の前記水素分離金属に電子を供給するとともに、前記水素分離金属層の他方の側にめっき液を供給することにより、前記水素分離金属層のめっき液供給側にめっき膜を成膜することを特徴とする。   (4) In the fourth aspect of the present invention, in the electrolytic plating, an electrolyte is supplied to one side of the hydrogen separation metal layer, and the hydrogen is supplied from the side where the electrolyte is supplied via the electrolyte. By supplying electrons to the hydrogen separation metal of the separation metal layer and supplying a plating solution to the other side of the hydrogen separation metal layer, a plating film is formed on the plating solution supply side of the hydrogen separation metal layer. It is characterized by that.

本第4態様では、内部給電方式の電解めっきを行うので、従来の電解めっきに比べて、ガスリークを低減することができる。
つまり、この内部給電方式の電解めっきでは、多孔質体の一方の側に電解液を供給するとともに、他方の側からめっき液を供給し、電解液を介してベース金属に電子を供給して
電解めっきを行うので、従来の様に多孔質体の表面に表面膜を形成し、その表面膜に接点を設けたりクリッピングして給電する必要がない。そのため、表面膜が破損することがなく、よって、表面膜の破損によるガスリークの発生が無い。よって、純度の高い水素を得ることができる。
In the fourth aspect, since the internal power feeding type electrolytic plating is performed, gas leakage can be reduced as compared with the conventional electrolytic plating.
That is, in this internal power feeding type electroplating, an electrolytic solution is supplied to one side of the porous body, a plating solution is supplied from the other side, and electrons are supplied to the base metal via the electrolytic solution to perform electrolysis. Since plating is performed, it is not necessary to form a surface film on the surface of the porous body as in the prior art and to supply power by providing a contact or clipping the surface film. Therefore, the surface film is not damaged, and therefore no gas leak occurs due to the damage of the surface film. Therefore, high purity hydrogen can be obtained.

また、従来、水素分離金属層の形成には無電解めっき法が用いられており、この無電解めっきは安定性に乏しいというデメリットが存在したが、本手法により、無電解めっき法を用いる必要が無くなり、作製工程がより安定化できるメリットもある。   Conventionally, an electroless plating method has been used for forming the hydrogen separation metal layer, and this electroless plating has a demerit that it is poor in stability, but it is necessary to use the electroless plating method by this method. There is also an advantage that the manufacturing process can be further stabilized.

更に、従来の電解めっきでは、表面膜を介して給電を行うので、表面膜近傍の水素分離金属層の厚みが他の部分より厚くなり、水素の透過性が低下するという問題があるが、内部給電方式では、水素分離金属層の厚みを均一にすることが可能であるので、水素透過性能を犠牲にする部分が存在しないという効果がある。   Furthermore, in conventional electrolytic plating, since power is supplied through the surface film, the thickness of the hydrogen separation metal layer in the vicinity of the surface film becomes thicker than other parts, and there is a problem that the hydrogen permeability decreases. In the power feeding method, the thickness of the hydrogen separation metal layer can be made uniform, so that there is an effect that there is no portion that sacrifices the hydrogen permeation performance.

(5)本発明では、第5態様として、多孔質体の内部に水素のみを選択して透過させる水素分離金属層を備えた水素分離体を製造する水素分離体の製造方法において、水素分離金属であるPdと合金化して水素透過性を向上させる金属を主成分とする金属粉末と、セラミックス粉末とを、混合してペースト状材料を作製する第1工程と、前記第1工程によって作製されたペースト状材料を用いて、焼結前の多孔質の支持体成形体の表面を覆うことによって、前記支持体成形体上に表面形成層を形成する第2工程と、前記第2工程によって形成された支持体成形体及び表面形成層を共焼成して焼結させることによって、内部に合金用金属層を備えた前記多孔質体を作製する第3工程と、前記第3工程によって作製された多孔質体の合金用金属層に対して、電解めっきによって、前記Pdを供給する第4工程と、前記第4工程にてPdが供給された合金用金属層を、所定の合金化温度で加熱することによって、前記Pdと前記合金用金属とを合金化させて水素分離金属層を形成する第5工程と、を有することを特徴とする。   (5) In the present invention, as a fifth aspect, in the method for producing a hydrogen separator comprising a hydrogen separation metal layer having a porous body with a hydrogen separation metal layer that allows only hydrogen to permeate, the hydrogen separation metal The first step of preparing a paste-like material by mixing a metal powder mainly composed of a metal that is alloyed with Pd and improving the hydrogen permeability and a ceramic powder, and the first step. A paste-like material is used to cover the surface of the porous support molded body before sintering, thereby forming a surface forming layer on the support molded body, and the second process. The third step of producing the porous body having the metal layer for the alloy therein by co-firing and sintering the formed support body and the surface forming layer, and the porous material produced by the third step Alloy metal layer On the other hand, the fourth step of supplying Pd by electrolytic plating and the alloy metal layer to which Pd is supplied in the fourth step are heated at a predetermined alloying temperature, whereby the Pd and the alloy are heated. And a fifth step of forming a hydrogen separation metal layer by alloying the working metal.

本第5態様では、第1工程にて、Pdと合金化して水素透過性を向上させる金属(例えばAg)を主成分とする金属粉末と、セラミックス粉末とを混合してペースト状材料を作製し、第2工程にて、このペースト状材料を用いて、(焼結前の)支持体成形体上に表面形成層を形成し、第3工程にて、支持体成形体及び表面形成層を共焼成して、内部に合金用金属層を備えた多孔質体を作製し、第4工程にて、多孔質体の合金用金属層に対して電解めっきによってPdを供給し、第5工程にて、Pdが供給された合金用金属層を合金化させて水素分離金属層を形成する。   In the fifth aspect, in the first step, a metal powder mainly composed of a metal (for example, Ag) that is alloyed with Pd to improve hydrogen permeability and ceramic powder are mixed to prepare a paste-like material. In the second step, the paste-like material is used to form a surface forming layer on the support molded body (before sintering), and in the third step, the support molded body and the surface forming layer are combined. Firing is performed to produce a porous body having an alloy metal layer therein, and in the fourth step, Pd is supplied to the porous alloy metal layer by electrolytic plating, and in the fifth step. The alloy metal layer supplied with Pd is alloyed to form a hydrogen separation metal layer.

つまり、本第5態様では、(焼結前の例えば仮焼成された)支持体成形体及び表面形成層を共焼成して焼結させるので、焼結挙動を揃えることができる。よって、従来の焼き付け法に比べて、容易に水素分離金属層を緻密にすることができるので、ピンホールの少ない水素分離金属層を実現することができる。その結果、ガスのリークを低減できるので、分離される水素の純度を高めることができるという顕著な効果を奏する。   That is, in the fifth aspect, since the support molded body (pre-sintered, for example, pre-sintered) and the surface forming layer are co-fired and sintered, the sintering behavior can be made uniform. Therefore, as compared with the conventional baking method, the hydrogen separation metal layer can be easily made dense, so that a hydrogen separation metal layer with few pinholes can be realized. As a result, since gas leakage can be reduced, a remarkable effect is achieved in that the purity of separated hydrogen can be increased.

また、本第5態様では、Pdと合金用金属(例えばAg)とを合金化して水素分離金属層を形成するので、高い水素透過性を確保できるとともに、合金による特性を発揮できる。例えばPdAg合金の場合には、水素脆化を抑制できる。   Moreover, in this 5th aspect, since hydrogen separation metal layer is formed by alloying Pd and the metal for alloys (for example, Ag), high hydrogen permeability can be secured and the characteristics of the alloy can be exhibited. For example, in the case of a PdAg alloy, hydrogen embrittlement can be suppressed.

(6)本発明は、第6態様として、前記電解めっきでは、前記合金用金属層の一方の側に電解液を供給し、該電解液を介して、該電解液を供給した側より前記合金用金属層の前記合金用金属に電子を供給するとともに、前記合金用金属層の他方の側にめっき液を供給することにより、前記合金用金属層のめっき液供給側にめっき膜を成膜することを特徴とする。   (6) In the sixth aspect of the present invention, in the electrolytic plating, an electrolyte is supplied to one side of the alloy metal layer, and the alloy is supplied from the side supplied with the electrolyte via the electrolyte. A plating film is formed on the plating solution supply side of the alloy metal layer by supplying electrons to the alloy metal of the alloy metal layer and supplying a plating solution to the other side of the alloy metal layer. It is characterized by that.

本第6態様では、内部給電方式の電解めっきを行うので、前記第4態様と同様な効果を奏する。   In the sixth aspect, since the internal power feeding type electroplating is performed, the same effects as in the fourth aspect are achieved.

実施例1における水素分離体を軸方向に沿って破断して示す断面図である。It is sectional drawing which fractures | ruptures and shows the hydrogen separator in Example 1 along an axial direction. 実施例1における水素分離体の一部を軸方向に沿って破断し拡大して示す説明図である。It is explanatory drawing which fractures | ruptures and expands a part of hydrogen separator in Example 1 along an axial direction. 実施例1、2における水素分離体の一部を軸方向に沿って破断し更に拡大して模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which fractures | ruptures a part of hydrogen separator in Example 1, 2 along an axial direction, and expands it further typically. 実施例1における水素分離装置を軸方向に沿って破断して示す断面図である。It is sectional drawing which fractures | ruptures and shows the hydrogen separator in Example 1 along an axial direction. 実施例1の水素分離体の製造方法のうち、セラミック焼成体の製造手順等を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacture procedure etc. of a ceramic sintered compact among the manufacturing methods of the hydrogen separator of Example 1. FIG. 実施例1の水素分離体の製造方法のうち、多孔質層の製造手順等を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing procedure etc. of a porous layer among the manufacturing methods of the hydrogen separator of Example 1. FIG. 実施例1における水素分離装置の水素分離試験を行うための試験装置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the test apparatus for performing the hydrogen separation test of the hydrogen separator in Example 1. FIG. 実施例3における水素分離体の一部を軸方向に沿って破断し、その水素分離体の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which fractures | ruptures a part of hydrogen separator in Example 3 along an axial direction, and shows the manufacturing method of the hydrogen separator. 実施例3の水素分離体の製造方法のうち、内部給電方式の電解めっきを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electroplating of an internal electric power feeding system among the manufacturing methods of the hydrogen separator of Example 3. FIG. 実施例4、5における水素分離体の一部を軸方向に沿って破断し、その水素分離体の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which fractures | ruptures a part of hydrogen separator in Example 4, 5 along an axial direction, and shows the manufacturing method of the hydrogen separator. 実施例6、7における水素分離体の一部を軸方向に沿って破断し、その水素分離体の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which fractures | ruptures a part of hydrogen separator in Example 6, 7 along an axial direction, and shows the manufacturing method of the hydrogen separator.

以下、本発明の実施形態について説明する。
<水素分離体の構成>
前記多孔質体は、全体又は一部が水素を含むガスの透過が可能な多孔質材料で構成されており、この材料としては、セラミックス粉末が用いられる。このセラミックスとしては、イットリア安定化ジルコニア、安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、セリア、ドープドセリアおよびこれらの混合物などが挙げられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<Configuration of hydrogen separator>
The porous body is made of a porous material that can permeate a gas containing hydrogen in whole or in part, and ceramic powder is used as this material. Examples of the ceramic include yttria stabilized zirconia, stabilized zirconia, alumina, magnesia, ceria, doped ceria, and a mixture thereof.

また、多孔質体の例えば軸方向端部などに、ガスの透過の無い緻密部を接合して水素分離体を構成してもよい。ここで、「ガス透過性の無い」とは、水素が分離される原料ガスの透過を防止できればよく、例えば相対密度70%以上の緻密さが挙げられる。   Further, a hydrogen separator may be configured by joining a dense portion that does not transmit gas to, for example, an axial end portion of the porous body. Here, “without gas permeability” is only required to prevent permeation of the raw material gas from which hydrogen is separated, and includes, for example, a density with a relative density of 70% or more.

なお、前記緻密部を構成する材料としてはセラミックス粉末が用いられる。この緻密なセラミックスとしては、イットリア安定化ジルコニア、安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、セリア、ドープドセリアおよびこれらの混合物などが挙げられる。   Note that ceramic powder is used as a material constituting the dense portion. Examples of the dense ceramic include yttria stabilized zirconia, stabilized zirconia, alumina, magnesia, ceria, doped ceria, and mixtures thereof.

前記水素分離金属層を構成する材料としては、Pd、PdCu合金、PdAg合金、PdAu合金が挙げられる。従って、この水素分離金属層を形成するための金属粉末としては、Pd粉末、Cu粉末、Ag粉末、Au粉末、PdCu合金粉末、PdAg合金粉末、PdAu合金粉末が挙げられる。なお、Cu、Ag、Auは、単独で用いられるものではなく、水素透過性を有するPdと合金化して用いられる合金用金属である。   Examples of the material constituting the hydrogen separation metal layer include Pd, PdCu alloy, PdAg alloy, and PdAu alloy. Accordingly, examples of the metal powder for forming the hydrogen separation metal layer include Pd powder, Cu powder, Ag powder, Au powder, PdCu alloy powder, PdAg alloy powder, and PdAu alloy powder. Cu, Ag, and Au are not used alone, but are alloys for use in alloying with Pd having hydrogen permeability.

従って、前記ペースト状材料に用いられる金属、及び、電解めっき(例えば内部給電方
式の電解めっき)に用いられる金属としては、Pd、及び、Pd合金(即ちPdCu合金、PdAg合金、PdAu合金)となる金属が挙げられる。即ち、Ag、Cu、Au、Pdが挙げられる。
Therefore, Pd and Pd alloys (that is, PdCu alloys, PdAg alloys, and PdAu alloys) are used as the metals used in the paste-like material and the metals used in the electrolytic plating (for example, internal power feeding type electrolytic plating). A metal is mentioned. That is, Ag, Cu, Au, Pd is mentioned.

なお、水素脆化の抑制の点からは、Pd単体よりもPdAg合金が望ましい。また、(例えば450℃以上の)高温で使用される水素分離体の場合には、PdAg合金が望ましい。
<電解めっきの構成>
前記電解液の電解質(溶質)としては、NaCl、KCl、NaBr、MgCl2、CaCl2、(CH34NClO4、(CH34NPF6等、溶媒へ溶解するものであれば使用できる。なお、この溶質としては、溶解度のより高く且つ電気伝導度のより高いものが好ましい。
From the viewpoint of suppressing hydrogen embrittlement, a PdAg alloy is preferable to Pd alone. In the case of a hydrogen separator used at a high temperature (for example, 450 ° C. or higher), a PdAg alloy is desirable.
<Configuration of electrolytic plating>
As the electrolyte (solute) of the electrolytic solution, NaCl, KCl, NaBr, MgCl 2 , CaCl 2 , (CH 3 ) 4 NClO 4 , (CH 3 ) 4 NPF 6, or the like that can be used can be used. . In addition, as this solute, a thing with higher solubility and higher electrical conductivity is preferable.

前記電解液の溶媒としては、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、トルエン、キシレン、アセトニトリル、ジクロロメタン、クロロホルム、ブタノン、エーテル、DMSO(Dimethyl sulfoxide)等、電解質を溶かすことができるものであれば使用できるが、電位窓が広いものが好ましい。   As the solvent of the electrolytic solution, water, methanol, ethanol, propanol, butanol, toluene, xylene, acetonitrile, dichloromethane, chloroform, butanone, ether, DMSO (Dimethyl sulfoxide), or the like that can dissolve the electrolyte is used. A wide potential window is preferable.

前記電解液の濃度(溶質の濃度)としては、例えば1mmol/L〜10mol/Lの範囲を採用できる。
前記めっき液及び液中金属化合物濃度としては、成膜したい被膜材質により適宜選択することができる。
As the concentration of the electrolyte (solute concentration), for example, a range of 1 mmol / L to 10 mol / L can be employed.
The concentration of the plating solution and the metal compound in the solution can be appropriately selected depending on the coating material desired to be formed.

例えば銀(Ag)ならば、シアン化銀めっき液(シアン化銀濃度:15〜30g/L)、ノンシアン系銀めっき液(銀化合物濃度:10〜40g/L)を採用できる。
銅(Cu)ならば、硫酸銅めっき液(硫酸銅濃度:60〜250g/L)、ピロリン酸銅めっき液(ピロリン酸銅濃度:65〜105g/L)、シアン化銅めっき液(シアン化銅濃度:20〜80g/L)を採用できる。
For example, for silver (Ag), a silver cyanide plating solution (silver cyanide concentration: 15 to 30 g / L) and a non-cyanide silver plating solution (silver compound concentration: 10 to 40 g / L) can be employed.
For copper (Cu), copper sulfate plating solution (copper sulfate concentration: 60 to 250 g / L), copper pyrophosphate plating solution (copper pyrophosphate concentration: 65 to 105 g / L), copper cyanide plating solution (copper cyanide) Concentration: 20 to 80 g / L) can be employed.

金(Au)ならば、シアン化金めっき液(シアン化金カリウム濃度:1〜12g/L)、酸性金めっき液(シアン化金カリウム濃度:1〜30g/L)を採用できる。
パラジウム(Pd)ならば、アンモニアアルカリ性パラジウムめっき液(パラジウム化合物濃度:5〜40g/L)を採用できる。
For gold (Au), a gold cyanide plating solution (potassium gold cyanide concentration: 1 to 12 g / L) and an acidic gold plating solution (potassium gold cyanide concentration: 1 to 30 g / L) can be employed.
In the case of palladium (Pd), an ammonia alkaline palladium plating solution (palladium compound concentration: 5 to 40 g / L) can be employed.

前記電解めっきの際の浴温度としては、例えば0〜70℃の範囲など、各めっき液に適した浴温度を取ればよい。
例えば、シアン系銀めっき液ならば10〜30℃、ノンシアン系銀めっき液ならば15〜35℃、硫酸銅めっき液ならば10〜30℃、ピロリン酸銅めっき液ならば50〜60℃、シアン化銅めっき液ならば40〜70℃、シアン化金めっき液ならば50〜70℃、酸性金めっき液ならば10〜60℃、パラジウムめっき液ならば10〜70℃である。
What is necessary is just to take bath temperature suitable for each plating solution as the bath temperature in the case of the said electroplating, for example, the range of 0-70 degreeC.
For example, 10-30 ° C. for cyan silver plating solution, 15-35 ° C. for non-cyan silver plating solution, 10-30 ° C. for copper sulfate plating solution, 50-60 ° C. for copper pyrophosphate plating solution, cyan The temperature is 40 to 70 ° C. for a copper halide plating solution, 50 to 70 ° C. for a gold cyanide plating solution, 10 to 60 ° C. for an acidic gold plating solution, and 10 to 70 ° C. for a palladium plating solution.

前記電解めっきの際の電流条件(電流密度)は、めっきする金属、所望の膜厚に合わせて適宜選択すればよい。例えば、銀ならば0.01〜3A/dm2、銅ならば0.01〜6A/dm2、金ならば0.01〜9A/dm2、パラジウムならば0.01〜9A/dm2の範囲が適当である。 What is necessary is just to select suitably the electric current conditions (current density) in the case of the said electroplating according to the metal to plate and a desired film thickness. For example, if silver 0.01~3A / dm 2, if copper 0.01~6A / dm 2, if gold 0.01~9A / dm 2, if palladium 0.01~9A / dm 2 The range is appropriate.

以下では、原料ガスから水素を選択的に分離する水素分離体の製造方法の実施例について説明する。
本実施例は、Pdセラミック混合ペーストを用いてPdからなる水素分離金属層を形成
して、水素分離体を製造するものである。
Below, the Example of the manufacturing method of the hydrogen separator which selectively isolate | separates hydrogen from source gas is described.
In this embodiment, a hydrogen separation metal layer made of Pd is formed using a Pd ceramic mixed paste to produce a hydrogen separator.

a)まず、本実施例における水素分離体の構成について説明する。
図1に示すように、本実施例における水素分離体1は、原料ガスから水素を分離する部材であり、先端側(同図上方)が閉塞されるとともに基端側(同図下方)が開放された試験管形状を有している。
a) First, the configuration of the hydrogen separator in this example will be described.
As shown in FIG. 1, the hydrogen separator 1 in this embodiment is a member that separates hydrogen from a raw material gas, and the distal end side (upper side in the figure) is closed and the proximal end side (lower side in the figure) is opened. Having a test tube shape.

この水素分離体1の先端側には、主として多孔質セラミックからなり、水素を分離する機能を有する試験管状の水素分離部3が設けられ、その開放された基端側には、ガス透過性が無く且つ強度が高い緻密質セラミックからなる筒状の緻密部5が設けられている。以下、各構成について説明する。   The hydrogen separator 1 is provided with a test tube-shaped hydrogen separator 3 mainly made of a porous ceramic and having a function of separating hydrogen, and the open base end thereof has gas permeability. There is provided a cylindrical dense portion 5 made of a dense ceramic having no strength and high strength. Each configuration will be described below.

前記水素分離部3は、その軸中心の中心孔7に導入された原料ガス(例えば天然ガスと水蒸気を触媒に接触させ生成した改質ガス)から、水素を選択的に分離して、水素分離部3の外周側に供給する部材である。   The hydrogen separation unit 3 selectively separates hydrogen from a raw material gas (for example, a reformed gas generated by bringing natural gas and water vapor into contact with a catalyst) introduced into a central hole 7 at the axial center thereof, thereby separating the hydrogen. It is a member supplied to the outer peripheral side of the part 3.

この水素分離部3は、図2に拡大して示す様に、一端が閉塞された試験管状の多孔質支持体9と、多孔質支持体9の外側表面を覆う多孔質層11とから、一体に構成されている。   As shown in an enlarged view in FIG. 2, the hydrogen separation unit 3 is integrally formed from a test tubular porous support 9 with one end closed and a porous layer 11 covering the outer surface of the porous support 9. It is configured.

このうち、多孔質支持体9は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)からなる多孔質セラミックス製の支持体、即ち、通気性を有するとともに多孔質層11を支持する役割を有する支持体である。この多孔質支持体9は、気孔率は例えば40%であり、原料ガスを透過可能な構造を有している。   Among these, the porous support 9 is a support made of a porous ceramic made of yttria-stabilized zirconia (YSZ), that is, a support having a role of supporting the porous layer 11 while having air permeability. The porous support 9 has a porosity of 40%, for example, and has a structure capable of transmitting the source gas.

一方、多孔質層11は、YSZからなる多孔質セラミックス製の被覆層であり、同様に、原料ガスが透過可能な構造を有している。詳しくは、多孔質層11は、多孔質支持体9の外側表面を覆う第1多孔質層13と、第1多孔質層13の外側表面を覆う(少なくとも水素ガスが透過可能な)第2多孔質層15とから、一体に構成されている。   On the other hand, the porous layer 11 is a coating layer made of porous ceramics made of YSZ, and similarly has a structure through which the raw material gas can permeate. Specifically, the porous layer 11 includes a first porous layer 13 that covers the outer surface of the porous support 9, and a second porous member that covers the outer surface of the first porous layer 13 (at least hydrogen gas is permeable). The material layer 15 is integrally formed.

また、図3に更に拡大して示す様に、第1多孔質層13は、YSZからなる構造体16に多数の細孔17が形成されたものであり、この細孔17の内部には、水素透過性金属(本実施例ではPd)が充填されている。この水素透過性金属は、原料ガスから水素のみを選択して透過させることによって、原料ガスから水素を分離する金属である。   As further enlarged in FIG. 3, the first porous layer 13 is a structure 16 made of YSZ in which a large number of pores 17 are formed. Inside the pores 17, A hydrogen permeable metal (Pd in this embodiment) is filled. This hydrogen permeable metal is a metal that separates hydrogen from the source gas by selecting and allowing only hydrogen from the source gas to permeate.

つまり、第1多孔質層13の内部において、Pdが充填されて多孔質支持体9の外側の全体を層状に覆う部分が、水素透過膜である水素分離金属層19である。この水素分離金属層19は、後述するように、第1多孔質13の形成時に同時に形成されるものである。   That is, the portion inside the first porous layer 13 that is filled with Pd and covers the entire outside of the porous support 9 in the form of a layer is the hydrogen separation metal layer 19 that is a hydrogen permeable membrane. As will be described later, the hydrogen separation metal layer 19 is formed simultaneously with the formation of the first porous layer 13.

一方、第2多孔質層15は、水素分離金属層19の外側に広がっているので、外部から水素分離金属層19を損なうような汚染物質(例えばFe)が、水素分離金属層19に付着することを防止している。   On the other hand, since the second porous layer 15 extends outside the hydrogen separation metal layer 19, contaminants (for example, Fe) that damage the hydrogen separation metal layer 19 from the outside adhere to the hydrogen separation metal layer 19. To prevent that.

なお、前記水素分離部3のうち、多孔質のセラミックスの構造部分、即ち多孔質支持体9及び多孔質層11のセラミックス部分を多孔質体20と称する。
また、前記図1に示す様に、前記緻密部5は、YSZからなる円筒形状のセラミックス体であり、ガスの透過ができない程度に十分に緻密化され、その強度は水素分離部3よりも大きくされている。
In the hydrogen separator 3, a porous ceramic structure portion, that is, a ceramic portion of the porous support 9 and the porous layer 11 is referred to as a porous body 20.
As shown in FIG. 1, the dense portion 5 is a cylindrical ceramic body made of YSZ and is sufficiently dense to prevent gas permeation, and its strength is greater than that of the hydrogen separation portion 3. Has been.

b)次に、前記水素分離体1を備えた水素分離装置について、簡単に説明する。
図4に示す様に、水素分離装置21は、水素分離体1と、水素分離体1の開放端側が挿入された筒状の取付金具23と、水素分離体1の外周面と取付金具23の内周面との間に配置された円筒形のシール部材25と、水素分離体1に外嵌されてシール部材25の先端側を押圧する円筒形の押圧金具27と、押圧金具27に外嵌されて取付金具23に螺合する筒状の固定金具29とを備えている。
b) Next, a hydrogen separator equipped with the hydrogen separator 1 will be briefly described.
As shown in FIG. 4, the hydrogen separator 21 includes a hydrogen separator 1, a cylindrical mounting bracket 23 into which the open end side of the hydrogen separator 1 is inserted, an outer peripheral surface of the hydrogen separator 1, and the mounting bracket 23. A cylindrical sealing member 25 disposed between the inner peripheral surface, a cylindrical pressing metal member 27 that is externally fitted to the hydrogen separator 1 and presses the distal end side of the sealing member 25, and is externally fitted to the pressing metal member 27. And a cylindrical fixing metal 29 that is screwed into the mounting metal 23.

前記取付金具23は、先端側筒状部31と鍔部33等を備えており、軸中心には、原料ガスの流路となる貫通孔(中空部)35が形成され、中空部35には、水素分離体1の基端側の端部が収容されている。前記固定金具29は、押圧板37と筒状部39とを備えている。前記押圧金具27は、取付金具23と水素分離体1との間の空間43内にて、シール部材25と隣接して配置されている。前記シール部材25は、膨張黒鉛からなり、空間43内にて押圧金具27と隣接して配置されている。   The mounting bracket 23 includes a distal end side cylindrical portion 31 and a flange portion 33, and a through hole (hollow portion) 35 serving as a flow path for the source gas is formed at the shaft center. The end portion on the base end side of the hydrogen separator 1 is accommodated. The fixing bracket 29 includes a pressing plate 37 and a cylindrical portion 39. The pressing fitting 27 is disposed adjacent to the seal member 25 in a space 43 between the mounting fitting 23 and the hydrogen separator 1. The seal member 25 is made of expanded graphite, and is disposed adjacent to the pressing fitting 27 in the space 43.

なお、ここでは、水素分離体1に取り付けられる、取付金具23、押圧金具27、固定金具29により金属継手40が構成されている。
そして、水素分離装置21の内部(詳しくは水素分離体1の中心孔7)には、内挿管45が配置され、この内挿管45によって、原料ガスが水素分離体1の内部に供給される。
Here, a metal joint 40 is constituted by the mounting bracket 23, the pressing bracket 27, and the fixing bracket 29 attached to the hydrogen separator 1.
In the hydrogen separator 21 (specifically, the center hole 7 of the hydrogen separator 1), an inner tube 45 is arranged, and the raw gas is supplied into the hydrogen separator 1 through the inner tube 45.

よって、外部から内挿管45を介して水素分離体1内に供給された原料ガスは、水素分離部3にて水素が分離され、その水素は、水素分離部3の外周側に排出される。一方、分離されない残余のガス(オフガス)は、内挿管45の外周に沿って水素分離体1の基端側から外部に排出される。   Therefore, hydrogen is separated from the source gas supplied from the outside into the hydrogen separator 1 through the inner tube 45 in the hydrogen separator 3, and the hydrogen is discharged to the outer peripheral side of the hydrogen separator 3. On the other hand, the remaining gas (off-gas) that is not separated is discharged to the outside from the base end side of the hydrogen separator 1 along the outer periphery of the inner tube 45.

なお、図4では、水素分離体1の内部に原料ガスを供給する例を述べたが、それとは逆に、内挿管45を使用せず、水素分離体1の外側に原料ガスを供給し、水素分離体1の内部から水素を取り出してもよい。   In addition, in FIG. 4, although the example which supplies raw material gas into the inside of the hydrogen separator 1 was described, conversely, without using the intubation 45, source gas was supplied to the outer side of the hydrogen separator 1, Hydrogen may be taken out from the inside of the hydrogen separator 1.

c)次に、本実施例の水素分離体1の製造方法について説明する。
<第1粉末充填工程>
本実施例では、図5(a)に示す様な型枠51を用いてプレス成形を行う。この型枠51の筒状のゴム型53の軸中心には、水素分離体1の外形に対応した円柱形の内部孔55が形成されており、この内部孔55の軸中心には、水素分離体1の中心孔7の形状に対応した円柱状(試験管形状)の中心ピン57が立設されている。これにより、略円筒形状の型枠孔59が形成されている。
c) Next, the manufacturing method of the hydrogen separator 1 of a present Example is demonstrated.
<First powder filling step>
In the present embodiment, press molding is performed using a mold 51 as shown in FIG. A cylindrical internal hole 55 corresponding to the outer shape of the hydrogen separator 1 is formed at the axial center of the cylindrical rubber mold 53 of the mold 51, and hydrogen separation is performed at the axial center of the internal hole 55. A cylindrical (test tube shape) center pin 57 corresponding to the shape of the center hole 7 of the body 1 is provided upright. As a result, a substantially cylindrical mold hole 59 is formed.

従って、本実施例では、このゴム型53の型枠孔59内に、緻密部5を形成する材料として、YSZ造粒粉を充填し、円筒状の緻密部形成部61を作製した。
<第2粉末充填工程>
次に、図5(b)に示す様に、同様に、ゴム型53の型枠孔59内において、緻密部形成部61の上に、多孔質支持体9を形成する材料として、造孔材として有機ビーズを48体積%添加したYSZ造粒粉を充填した。
<加圧工程>
次に、図5(c)に示す様に、ゴム型53の上部に、上部金型63を固定した。なお、上部金型63には、多孔質支持体9の先端に対応する形状の凹部65が形成されており、この凹部65が嵌め込まれることによって、多孔質支持体9と同様な形状の多孔質形成部67が作製される。
Therefore, in this example, the YSZ granulated powder was filled in the mold hole 59 of the rubber mold 53 as a material for forming the dense portion 5, and the cylindrical dense portion forming portion 61 was produced.
<Second powder filling step>
Next, as shown in FIG. 5 (b), similarly, the pore former is used as a material for forming the porous support 9 on the dense portion forming portion 61 in the mold hole 59 of the rubber mold 53. As above, YSZ granulated powder added with 48% by volume of organic beads was filled.
<Pressurization process>
Next, as shown in FIG. 5C, the upper mold 63 was fixed to the upper part of the rubber mold 53. The upper mold 63 is formed with a concave portion 65 having a shape corresponding to the tip of the porous support 9. By fitting the concave portion 65, the porous die having the same shape as the porous support 9 is formed. The formation part 67 is produced.

そして、この状態でゴム型53の外周側より加圧してプレス成形することにより、図5(d)に示す様な、水素分離体1の形状に対応した有底円筒形状成形体69を作製した。<仮焼成工程>
次に、ゴム型53より取り出した有底円筒形状成形体69を脱脂し、その後、1000℃にて仮焼成することにより、図6(a)に示す様に、仮焼成緻密部71と仮焼成多孔質支持体73とが一体となった、外径φ10mm×長さ300mmのセラミック仮焼成体75を得た。
<多孔質層形成工程>
次に、図6(b)に拡大して示す様に、Pd:YSZ=50:50(体積比)の材料を用いてPdYSZペーストを作製し、ディップコーティング法によって、セラミック仮焼成体75の仮焼成多孔質支持体73の外側表面全体を、PdYSZペーストで覆って、未焼成第1多孔質層77を形成した。
And in this state, by pressing from the outer peripheral side of the rubber mold 53 and press-molding, a bottomed cylindrical shaped body 69 corresponding to the shape of the hydrogen separator 1 as shown in FIG. . <Temporary firing process>
Next, the bottomed cylindrical molded body 69 taken out from the rubber mold 53 is degreased, and then calcined at 1000 ° C., so that as shown in FIG. A ceramic pre-fired body 75 having an outer diameter of φ10 mm and a length of 300 mm integrated with the porous support 73 was obtained.
<Porous layer forming step>
Next, as shown in an enlarged view in FIG. 6 (b), a PdYSZ paste is produced using a material of Pd: YSZ = 50: 50 (volume ratio), and the temporary calcined body 75 of the ceramic calcined body 75 is prepared by dip coating. The entire outer surface of the fired porous support 73 was covered with a PdYSZ paste to form an unfired first porous layer 77.

次に、図6(c)に示す様に、YSZを用いてYSZペーストを作製し、ディップコーティング法によって、未焼成第1多孔質層77の外側表面全体を、YSZペーストで覆って、未焼成第2多孔質層79を形成した。   Next, as shown in FIG. 6C, a YSZ paste is prepared using YSZ, and the entire outer surface of the unfired first porous layer 77 is covered with the YSZ paste by dip coating, A second porous layer 79 was formed.

なお、仮焼成多孔質支持体73が本発明の支持体成形体に該当し、未焼成第1多孔質層77が本発明の表面形成層に該当する。
<焼成工程>
次に、未焼成第1多孔質層77及び未焼成第2多孔質層79が形成されたセラミック仮焼成体75を、1400℃で焼成(共焼成)することにより、本実施例の水素分離体1を得た。
The temporarily fired porous support 73 corresponds to the support molded body of the present invention, and the unfired first porous layer 77 corresponds to the surface forming layer of the present invention.
<Baking process>
Next, the ceramic temporary fired body 75 on which the unfired first porous layer 77 and the unfired second porous layer 79 are formed is fired (co-fired) at 1400 ° C., so that the hydrogen separator of this example is used. 1 was obtained.

なお、未焼成第1多孔質層77は、この焼成によって、前記図3に示す様に、YSZからなる多孔質の構造体16が形成されるとともに、この構造体16の細孔17内に水素透過性金属が詰まった構造となり、これによって、厚みが例えば5μmの水素分離金属層19が構成される。
<水素分離装置21の組付方法>
そして、前記図4に示す様に、水素分離体1に金属継手40等を取り付けて水素分離装置21とした。
As shown in FIG. 3, the unfired first porous layer 77 forms a porous structure 16 made of YSZ as shown in FIG. 3, and hydrogen is formed in the pores 17 of the structure 16. A structure in which the permeable metal is packed is formed, whereby the hydrogen separation metal layer 19 having a thickness of, for example, 5 μm is formed.
<Assembly method of hydrogen separator 21>
Then, as shown in FIG. 4, the hydrogen separator 1 was provided with a metal joint 40 or the like attached to the hydrogen separator 1.

具体的には、取付金具23に、シール材25、押圧金具27の順で内嵌した。
次に、水素分離体1の開放端側を、押圧金具27の貫通孔、シール材25の貫通孔を通す様に挿入し、水素分離体1の端部を取付金具23に嵌めた。
Specifically, the sealing member 25 and the pressing member 27 were fitted in the mounting member 23 in this order.
Next, the open end side of the hydrogen separator 1 was inserted so as to pass through the through hole of the pressing fitting 27 and the through hole of the sealing material 25, and the end of the hydrogen separator 1 was fitted into the mounting fitting 23.

次に、水素分離体1の先端側より固定金具29を外嵌してねじ締めを行い、固定金具29により押圧金具27を締め付けて水素分離装置21を完成した。
d)次に、本実施例の水素分離装置21を用いて行った実験例について説明する。
Next, the fixing bracket 29 was externally fitted from the front end side of the hydrogen separator 1 and tightened with screws, and the pressing bracket 27 was tightened with the fixing bracket 29 to complete the hydrogen separator 21.
d) Next, an experimental example performed using the hydrogen separator 21 of this example will be described.

図7に示す様に、本実施例の水素分離装置21を、筒状のステンレス製反応容器83に収容し、水素分離装置21の外周部(即ち水素分離体1の外側)に、温度550℃、圧力0.8MPaGの水素含有ガス(詳しくは水素を約25%含む天然ガスと水蒸気を原料とし、改質反応によって生成した水素含有ガス)を導入し、一方、水素分離体1の中心孔7の圧力を0.0MPaGとして、中心孔7に高純度水素を取り出す水素分離試験を行った。   As shown in FIG. 7, the hydrogen separator 21 of this example is accommodated in a cylindrical stainless steel reaction vessel 83, and the temperature is 550 ° C. at the outer periphery of the hydrogen separator 21 (that is, outside the hydrogen separator 1). A hydrogen-containing gas having a pressure of 0.8 MPaG (specifically, a hydrogen-containing gas produced by a reforming reaction using natural gas containing about 25% hydrogen and water vapor as raw materials), while the central hole 7 of the hydrogen separator 1 is introduced. A hydrogen separation test was conducted in which high-purity hydrogen was extracted into the center hole 7 at a pressure of 0.0 MPaG.

その結果、純度としては99.99%以上の水素が得られた。また、1000時間に渡る長時間の試験を行っても、水素純度の低下も無く、耐久性に優れていた。
e)本実施例では、PdYSZペーストを用いて、セラミック仮焼成体75の表面に未焼成第1多孔質層77を形成し、YSZペーストを用いて、未焼成第1多孔質層77の表面に未焼成第2多孔質層79を形成し、(この未焼成第1多孔質層77及び未焼成第2多孔質層79が形成された)セラミック仮焼成体75を共焼成して、第1多孔質層13に水
素分離金属層19を備えた水素分離体1を製造する。
As a result, hydrogen having a purity of 99.99% or more was obtained. Further, even when a long-time test over 1000 hours was performed, there was no decrease in hydrogen purity and the durability was excellent.
e) In this example, the PdYSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface of the ceramic temporary fired body 75, and the YSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface. The unfired second porous layer 79 is formed, and the ceramic preliminary fired body 75 (with the unfired first porous layer 77 and the unfired second porous layer 79) is co-fired to form the first porous A hydrogen separator 1 having a hydrogen separation metal layer 19 in the mass layer 13 is produced.

これにより、未焼成第1多孔質層77、未焼成第2多孔質層79、セラミック仮焼成体75の焼結挙動を揃えることができる。よって、従来の焼き付け法に比べて、容易に水素分離金属層19を緻密にすることができるので、ピンホールの少ない水素分離金属層19を実現することができる。その結果、ガスのリークを低減できるので、分離される水素の純度を高めることができるという顕著な効果を奏する。   Thereby, the sintering behavior of the unfired first porous layer 77, the unfired second porous layer 79, and the ceramic pre-fired body 75 can be made uniform. Therefore, as compared with the conventional baking method, the hydrogen separation metal layer 19 can be easily made dense, so that the hydrogen separation metal layer 19 with few pinholes can be realized. As a result, since gas leakage can be reduced, a remarkable effect is achieved in that the purity of separated hydrogen can be increased.

次に、実施例2の水素分離体の製造方法について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。
なお、本実施例の水素分離体におけるセラミックの基本的な構造は、前記実施例1と同様であるので、以下では前記図3を用いて説明する。また、同様な部材等には、同様な番号を使用して説明する。
Next, although the manufacturing method of the hydrogen separator of Example 2 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 1 is abbreviate | omitted.
In addition, since the basic structure of the ceramic in the hydrogen separator of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, the following description will be made with reference to FIG. In addition, similar members and the like will be described using similar numbers.

本実施例は、PdAgセラミック混合ペーストを用いてPdAg金属層を形成した後に、PdとAgとの合金化を行ってPdAg合金からなる水素分離金属層を形成するものである。   In this embodiment, a PdAg metal layer is formed using a PdAg ceramic mixed paste, and then an alloying of Pd and Ag is performed to form a hydrogen separation metal layer made of a PdAg alloy.

a)まず、本実施例の水素分離体の構成について説明する。
前記図3に要部を拡大して示す様に、本実施例の水素分離体91は、前記実施例1と同様に、試験管形状の多孔質支持体9と、その外側表面(同図右側)を覆う多孔質層11とを備えており、この多孔質層11は、第1多孔質層13及び第2多孔質層15からなる。
a) First, the configuration of the hydrogen separator of this example will be described.
As shown in the enlarged view of FIG. 3, the hydrogen separator 91 of this example is similar to Example 1 in that the test tube-shaped porous support 9 and its outer surface (right side of the figure) The porous layer 11 includes a first porous layer 13 and a second porous layer 15.

特に本実施例では、第1多孔質層13の全体に、PdAg合金からなるPdAg合金層である水素分離金属層93が形成されている。なお、水素分離金属層93の厚みは5μmである。   In particular, in this embodiment, a hydrogen separation metal layer 93 that is a PdAg alloy layer made of a PdAg alloy is formed on the entire first porous layer 13. The hydrogen separation metal layer 93 has a thickness of 5 μm.

b)次に、本実施例の水素分離体91の製造方法について説明する。
本実施例では、前記実施例1と同様に、「第1粉末充填工程」、「第2粉末充填工程」、「加圧工程」、「仮焼成工程」、「多孔質層形成工程」、「焼成工程」によって、前記図3に示すような水素分離体91を得た。
b) Next, the manufacturing method of the hydrogen separator 91 of a present Example is demonstrated.
In this example, as in Example 1, the “first powder filling step”, the “second powder filling step”, the “pressing step”, the “temporary firing step”, the “porous layer forming step”, “ The hydrogen separator 91 as shown in FIG. 3 was obtained by the “firing step”.

なお、「多孔質層形成工程」では、Pd:Ag:YSZ=35:15:50(体積比)の材料を用いてPdAgYSZペーストを作製した。
そして、この水素分離体91に、前記実施例1と同様に(図4参照)、金属継手40等を取り付けて水素分離装置21とした。
In the “porous layer forming step”, a PdAgYSZ paste was prepared using a material of Pd: Ag: YSZ = 35: 15: 50 (volume ratio).
The hydrogen separator 91 was attached with a metal joint 40 and the like in the same manner as in Example 1 (see FIG. 4).

c)次に、実験例について説明する。
前記実施例1と同様な実験装置(図7参照)を用い、同様な実験条件(温度、圧力)にて、本実施例の水素分離装置21の外周部に同様な水素含有ガスを導入し、円筒内に高純度水素を取り出す水素分離試験を行った。
c) Next, experimental examples will be described.
Using the same experimental apparatus as in Example 1 (see FIG. 7), under the same experimental conditions (temperature, pressure), the same hydrogen-containing gas was introduced into the outer periphery of the hydrogen separator 21 of this example, A hydrogen separation test was conducted in which high-purity hydrogen was taken out from the cylinder.

その結果、純度としては99.99%以上の水素が得られた。また、長時間(1000時間)の試験を行っても水素純度の低下も無く、耐久性に優れていた。
d)本実施例では、PdAgYSZペーストを用いて、セラミック仮焼成体75の表面に未焼成第1多孔質層77を形成し、YSZペーストを用いて、未焼成第1多孔質層77の表面に未焼成第2多孔質層79を形成し、(この未焼成第1多孔質層77及び未焼成第2多孔質層79が形成された)セラミック仮焼成体75を共焼成して、第1多孔質層13に水素分離金属層93を備えた水素分離体91を製造する。
As a result, hydrogen having a purity of 99.99% or more was obtained. Further, even when a test for a long time (1000 hours) was performed, the purity of hydrogen did not decrease and the durability was excellent.
d) In this example, the PdAgYSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface of the ceramic temporary fired body 75, and the YSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface. The unfired second porous layer 79 is formed, and the ceramic preliminary fired body 75 (with the unfired first porous layer 77 and the unfired second porous layer 79) is co-fired to form the first porous A hydrogen separator 91 having a hydrogen separation metal layer 93 on the mass layer 13 is manufactured.

従って、本実施例により、前記実施例1と同様に、容易に水素分離金属層93を緻密にすることができるので、ピンホールの少ない水素分離金属層93を実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the hydrogen separation metal layer 93 can be easily made dense as in the first embodiment, so that the hydrogen separation metal layer 93 with few pinholes can be realized.

特に、本実施例では、水素分離金属層93はPdAgからなるので、水素脆化を低減できるという利点がある。   In particular, in this embodiment, since the hydrogen separation metal layer 93 is made of PdAg, there is an advantage that hydrogen embrittlement can be reduced.

次に、実施例3の水素分離体の製造方法について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。なお、同様な部材等には、同様な番号を使用して説明する。
本実施例は、Pdセラミック混合ペーストを用いてPdからなる水素分離金属層を形成した後に、電解Pdめっきによって、更に水素分離金属層の厚みを増加させるものである。
Next, although the manufacturing method of the hydrogen separator of Example 3 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 1 is abbreviate | omitted. In addition, the same number is used and demonstrated to the same member.
In this example, after forming a hydrogen separation metal layer made of Pd using a Pd ceramic mixed paste, the thickness of the hydrogen separation metal layer is further increased by electrolytic Pd plating.

a)まず、本実施例の水素分離体の構成について説明する。
図8(b)に要部を拡大して示す様に、本実施例の水素分離体101は、前記実施例1と同様に、試験管形状の多孔質支持体103と、その外側表面(同図右側)を覆う多孔質層105とを備えており、この多孔質層105は、第1多孔質層109及び外側の第2多孔質層111からなる。
a) First, the configuration of the hydrogen separator of this example will be described.
As shown in the enlarged view of the main part in FIG. 8 (b), the hydrogen separator 101 of this example is similar to Example 1, in that the test tube-shaped porous support 103 and its outer surface (same as the same). And the porous layer 105 is composed of a first porous layer 109 and an outer second porous layer 111.

特に本実施例では、第1多孔質層109に(Pdを含むペーストから形成された)Pd金属層113を備えるとともに、Pd金属層113の外側に、即ち第2多孔質層111内における中心孔107側(内側)に、電解Pdめっきによって形成されたPdめっき金属層115を備えている。   In particular, in this embodiment, the first porous layer 109 is provided with a Pd metal layer 113 (formed from a paste containing Pd), and a central hole outside the Pd metal layer 113, that is, in the second porous layer 111. The Pd plating metal layer 115 formed by electrolytic Pd plating is provided on the 107 side (inner side).

なお、Pd金属層113とPdめっき金属層115とは、互いに入り込んで一体となって水素分離金属層117が構成されている。
b)次に、本実施例の水素分離体101の製造方法について説明する。
Note that the Pd metal layer 113 and the Pd plating metal layer 115 are integrated with each other to form a hydrogen separation metal layer 117.
b) Next, the manufacturing method of the hydrogen separator 101 of a present Example is demonstrated.

本実施例では、前記実施例1と同様に、「第1粉末充填工程」、「第2粉末充填工程」、「加圧工程」、「仮焼成工程」、「多孔質層形成工程」によって、前記図6に示す様な未焼成第1多孔質層77及び未焼成第2多孔質層79によって覆われたセラミック仮焼成体75を作製した。
<焼成工程>
次に、前記実施例1と同様に、未焼成第1多孔質層77及び未焼成第2多孔質層79を備えたセラミック仮焼成体75を、1400℃で焼成することにより、図8(a)に一部を拡大して示すセラミック焼結体121を得た。
In this example, as in Example 1, the “first powder filling step”, the “second powder filling step”, the “pressure step”, the “temporary firing step”, and the “porous layer forming step” A ceramic pre-fired body 75 covered with the unfired first porous layer 77 and the unfired second porous layer 79 as shown in FIG. 6 was produced.
<Baking process>
Next, as in Example 1, the ceramic temporary fired body 75 provided with the unfired first porous layer 77 and the unfired second porous layer 79 was fired at 1400 ° C., so that FIG. A ceramic sintered body 121 shown partially enlarged in FIG.

このセラミック焼結体121は、多孔質支持体103の表面を覆うように形成された第1多孔質層109及び第2多孔質層111からなる多孔質層105を備えている。
つまり、未焼成第1多孔質層77中にPdが含まれているので、(その未焼成第1多孔質層77が焼成されてなる)第1多孔質層109は、自身の細孔123中に水素透過金属であるPdが充填された構造となっている。なお、Pdが充填されている部分が、水素分離金属層117のベース部分となる膜厚3μmのPd金属層113である。
<電解めっき工程>
次に、図9に内部給電方式のめっき装置124を示す様に、(内部にPd金属層113を含む)多孔質層105を備えた多孔質支持体103の中心孔107(従ってセラミック焼結体121の中心孔107)に、濃度6.0mol/LのNaCl水溶液(NaCl飽和水溶液)を電解液として導入した。
The ceramic sintered body 121 includes a porous layer 105 composed of a first porous layer 109 and a second porous layer 111 formed so as to cover the surface of the porous support 103.
That is, since Pd is contained in the unfired first porous layer 77, the first porous layer 109 (which is obtained by firing the unfired first porous layer 77) has its own pore 123. It has a structure filled with Pd which is a hydrogen permeable metal. The portion filled with Pd is a Pd metal layer 113 having a film thickness of 3 μm, which becomes the base portion of the hydrogen separation metal layer 117.
<Electrolytic plating process>
Next, as shown in FIG. 9, an internal power feeding type plating apparatus 124, a central hole 107 (and thus a ceramic sintered body) of a porous support 103 provided with a porous layer 105 (including a Pd metal layer 113 inside). Into 121 central hole 107), a 6.0 mol / L NaCl aqueous solution (NaCl saturated aqueous solution) was introduced as an electrolyte.

また、NaCl電解液中に給電電極125を挿し込んだ後、前記セラミック焼結体121を、予め対極127の配置された浴温30℃の電解Pdめっき液(濃度10g/L)中にセットした。なお、電解Pdめっき液は、多孔質層105の外側に供給される。   Further, after inserting the feeding electrode 125 into the NaCl electrolyte, the ceramic sintered body 121 was set in an electrolytic Pd plating solution (concentration: 10 g / L) having a bath temperature of 30 ° C. in which the counter electrode 127 was arranged in advance. . The electrolytic Pd plating solution is supplied to the outside of the porous layer 105.

そして、電流値(電流密度)0.5A/dm2にて定電流電解めっきを2.0分間実施し、第2多孔質層111の細孔129等においてpdを析出させ、Pd金属層113上にPdめっき膜である膜厚1.5μmのPdめっき金属層115を形成した。これにより、Pd金属層113とPdめっき金属層115とが一体となった水素分離金属層117が形成された。 Then, constant current electrolytic plating was performed for 2.0 minutes at a current value (current density) of 0.5 A / dm 2 , pd was deposited in the pores 129 and the like of the second porous layer 111, and the Pd metal layer 113 was A Pd plating metal layer 115 having a thickness of 1.5 μm, which is a Pd plating film, was formed. As a result, a hydrogen separation metal layer 117 in which the Pd metal layer 113 and the Pd plating metal layer 115 were integrated was formed.

なお、この電解Pdめっきでは、多孔質支持体103の内側の中心孔107に供給された(従って多孔質支持体103の細孔130に供給された)電解液を介して、Pd金属層113に電子が供給され、多孔質層105の外側に供給された電解Pdめっき液を介して、Pd金属層113の外側にめっき金属(ここではPd)が供給される。   In this electrolytic Pd plating, the Pd metal layer 113 is applied to the Pd metal layer 113 via the electrolytic solution supplied to the central hole 107 inside the porous support 103 (and thus supplied to the pores 130 of the porous support 103). Electrons are supplied, and the plating metal (Pd in this case) is supplied to the outside of the Pd metal layer 113 through the electrolytic Pd plating solution supplied to the outside of the porous layer 105.

これらの工程によって、前記図8(b)に示す様な水素分離体101が完成した。そして、この水素分離体101に、前記実施例1と同様に(図4参照)、金属継手40等を取り付けて水素分離装置21とした。   Through these steps, a hydrogen separator 101 as shown in FIG. 8B was completed. Then, a metal joint 40 or the like was attached to the hydrogen separator 101 in the same manner as in Example 1 (see FIG. 4) to obtain a hydrogen separator 21.

c)次に、実験例について説明する。
前記実施例1と同様な実験装置(図7参照)を用い、同様な実験条件(温度、圧力)にて、本実施例の水素分離装置21の外周部に同様な水素含有ガスを導入し、円筒内に高純度水素を取り出す水素分離試験を行った。
c) Next, experimental examples will be described.
Using the same experimental apparatus as in Example 1 (see FIG. 7), under the same experimental conditions (temperature, pressure), the same hydrogen-containing gas was introduced into the outer periphery of the hydrogen separator 21 of this example, A hydrogen separation test was conducted in which high-purity hydrogen was taken out from the cylinder.

その結果、純度としては99.99%以上の水素が得られた。また、長時間(1000時間)の試験を行っても水素純度の低下も無く、耐久性に優れていた。
d)本実施例では、PdYSZペーストを用いて、セラミック仮焼成体75の表面に未焼成第1多孔質層77を形成し、YSZペーストを用いて、未焼成第1多孔質層77の表面に未焼成第2多孔質層79を形成し、(この未焼成第1多孔質層77及び未焼成第2多孔質層79が形成された)セラミック仮焼成体75を共焼成して、第1多孔質層109にPd金属層113を備えたセラミック焼結体121を製造する。
As a result, hydrogen having a purity of 99.99% or more was obtained. Further, even when a test for a long time (1000 hours) was performed, the purity of hydrogen did not decrease and the durability was excellent.
d) In this example, the PdYSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface of the ceramic temporary fired body 75, and the YSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface. The unfired second porous layer 79 is formed, and the ceramic preliminary fired body 75 (with the unfired first porous layer 77 and the unfired second porous layer 79) is co-fired to form the first porous A ceramic sintered body 121 having a Pd metal layer 113 on the mass layer 109 is manufactured.

その後、内部給電方式の電解Pdめっきによって、Pd金属層113の外側にPdめっき金属層115を形成して水素分離金属層117とし、これにより水素分離体101を製造した。   Thereafter, a Pd plating metal layer 115 was formed on the outside of the Pd metal layer 113 by electrolytic Pd plating of an internal power feeding method to form a hydrogen separation metal layer 117, whereby the hydrogen separator 101 was manufactured.

従って、本実施例により、前記実施例1と同様に、容易に水素分離金属層117を緻密にすることができるので、ピンホールの少ない水素分離金属層117を実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the hydrogen separation metal layer 117 can be easily made dense as in the first embodiment, so that the hydrogen separation metal layer 117 with few pinholes can be realized.

特に、本実施例では、内部給電方式の電解Pdめっきによって、Pdめっき金属層115を形成するので、水素分離金属層117の厚みが増加するとともに一層緻密になり、ピンホールを大きく低減できるという利点がある。   In particular, in this embodiment, since the Pd plating metal layer 115 is formed by electrolytic Pd plating of the internal power feeding method, the thickness of the hydrogen separation metal layer 117 is increased and becomes denser, so that the pinhole can be greatly reduced. There is.

次に、実施例4の水素分離体の製造方法について説明するが、前記実施例3と同様な内容の説明は省略する。なお、同様な部材等には、同様な番号を使用して説明する。
本実施例は、Pdセラミック混合ペーストを用いてPd金属層を形成した後に、電解Agめっき行ってAgめっき金属層を形成し、その後PdとAgとの合金化を行ってPdA
g合金からなる水素分離金属層を形成するものである。
Next, although the manufacturing method of the hydrogen separator of Example 4 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 3 is abbreviate | omitted. In addition, the same number is used and demonstrated to the same member.
In this example, after a Pd metal layer was formed using a Pd ceramic mixed paste, electrolytic Ag plating was performed to form an Ag plating metal layer, and then Pd and Ag were alloyed to form PdA.
A hydrogen separating metal layer made of a g alloy is formed.

a)まず、本実施例の水素分離体の構成について説明する。
図10(c)に要部を拡大して示す様に、本実施例の水素分離体131は、前記実施例3と同様に、試験管形状の多孔質支持体133と、その外側表面(同図右側)を覆う多孔質層135とを備えており、この多孔質層135は、第1多孔質層139及び第2多孔質層141からなる。
a) First, the configuration of the hydrogen separator of this example will be described.
As shown in the enlarged view of FIG. 10 (c), the hydrogen separator 131 of this example has a test tube-shaped porous support 133 and its outer surface (same as in Example 3). And the porous layer 135 includes a first porous layer 139 and a second porous layer 141.

特に本実施例では、第1多孔質層139の全体と、第2多孔質層141内の中心孔137側(内側)とに、PdAg合金からなる水素分離金属層143が形成されている。
b)次に、本実施例の水素分離体131の製造方法について説明する。
In particular, in this embodiment, a hydrogen separation metal layer 143 made of a PdAg alloy is formed on the entire first porous layer 139 and the central hole 137 side (inside) in the second porous layer 141.
b) Next, a method for producing the hydrogen separator 131 of this embodiment will be described.

本実施例では、前記実施例3と同様に、「第1粉末充填工程」、「第2粉末充填工程」、「加圧工程」、「仮焼成工程」、「多孔質層形成工程」、「焼成工程」によって、図10(a)に示すように、セラミック焼結体145を得た。   In this example, as in Example 3, the “first powder filling step”, the “second powder filling step”, the “pressurizing step”, the “temporary firing step”, the “porous layer forming step”, “ As shown in FIG. 10A, a ceramic sintered body 145 was obtained by the “firing step”.

なお、「多孔質層形成工程」では、Pd:YSZ=40:60(体積比)の材料を用いてPdYSZペーストを作製した。
このセラミック焼結体145は、多孔質支持体133の表面を覆うように形成された第1多孔質層139及び第2多孔質層141からなる多孔質層135を備えている。
In the “porous layer forming step”, a PdYSZ paste was prepared using a material of Pd: YSZ = 40: 60 (volume ratio).
The ceramic sintered body 145 includes a porous layer 135 composed of a first porous layer 139 and a second porous layer 141 formed so as to cover the surface of the porous support 133.

このうち、第1多孔質層139の細孔147中にPdが充填されており、これによって、(後に水素分離金属層143の一部となる)膜厚3.0μmのPd金属層149が形成されている。
<電解めっき工程>
前記実施例3で使用したのと同様な内部給電方式のめっき装置124(図9参照)を用いて、図10(b)に示す様に、多孔質支持体133の中心孔137(従ってセラミック焼結体145の中心孔137)に、濃度6.0mol/LのNaCl水溶液(NaCl飽和水溶液)を電解液として導入した。
Among these, Pd is filled in the pores 147 of the first porous layer 139, thereby forming a Pd metal layer 149 having a thickness of 3.0 μm (which will later become a part of the hydrogen separation metal layer 143). Has been.
<Electrolytic plating process>
As shown in FIG. 10 (b), an internal feeding type plating apparatus 124 (see FIG. 9) similar to that used in the third embodiment is used. A NaCl aqueous solution (NaCl saturated aqueous solution) having a concentration of 6.0 mol / L was introduced into the central hole 137) of the bonded body 145 as an electrolytic solution.

また、NaCl電解液中に給電電極125(図9参照)を挿し込んだ後、前記セラミック焼結体145を、予め対極127(図9参照)の配置された浴温30℃の電解Agめっき液(水溶液:濃度50g/L)中にセットした。   In addition, after inserting the feeding electrode 125 (see FIG. 9) into the NaCl electrolyte, the ceramic sintered body 145 is electroplated with an electrolytic Ag plating solution having a bath temperature of 30 ° C. in which the counter electrode 127 (see FIG. 9) is arranged in advance. (Aqueous solution: concentration 50 g / L).

そして、電流値0.30A/dm2にて定電流電解めっきを2.0分間実施し、多孔質層135の細孔153において、Pd金属層149上に厚み1.0μmのAgめっき金属層155を形成した。 Then, constant current electrolytic plating was performed for 2.0 minutes at a current value of 0.30 A / dm 2 , and an Ag plating metal layer 155 having a thickness of 1.0 μm was formed on the Pd metal layer 149 in the pores 153 of the porous layer 135. Formed.

その後、窒素中750℃で熱処理を行い、Pd金属層149のPdとAgめっき金属層155のAgとを合金化し、前記図10(c)に示す様に、厚み4.0μmのPdAg合金からなる水素分離金属層143とした。   Thereafter, heat treatment is performed at 750 ° C. in nitrogen to alloy Pd of the Pd metal layer 149 and Ag of the Ag plating metal layer 155, and as shown in FIG. 10C, is made of a PdAg alloy having a thickness of 4.0 μm. A hydrogen separation metal layer 143 was obtained.

これらの工程によって、水素分離体131が完成した。そして、この水素分離体131に、前記実施例3と同様に(図4参照)、金属継手40等を取り付けて水素分離装置21とした。   Through these steps, the hydrogen separator 131 was completed. The hydrogen separator 131 was attached with a metal joint 40 and the like in the same manner as in Example 3 (see FIG. 4).

c)次に、実験例について説明する。
前記実施例3と同様な実験装置(図7参照)を用い、同様な実験条件(温度、圧力)にて、本実施例の水素分離装置21の外周部に同様な水素含有ガスを導入し、円筒内に高純度水素を取り出す水素分離試験を行った。
c) Next, experimental examples will be described.
Using the same experimental apparatus as in Example 3 (see FIG. 7), under the same experimental conditions (temperature, pressure), the same hydrogen-containing gas was introduced into the outer periphery of the hydrogen separator 21 of this example, A hydrogen separation test was conducted in which high-purity hydrogen was taken out from the cylinder.

その結果、純度としては99.99%以上の水素が得られた。また、長時間(1000時間)の試験を行っても水素純度の低下も無く、耐久性に優れていた。
d)本実施例では、PdYSZペーストを用いて、セラミック仮焼成体75の表面に未焼成第1多孔質層77を形成し、YSZペーストを用いて、未焼成第1多孔質層77の表面に未焼成第2多孔質層79を形成し、(この未焼成第1多孔質層77及び未焼成第2多孔質層79が形成された)セラミック仮焼成体75を共焼成して、第1多孔質層139にPd金属層149を備えたセラミック焼結体145を製造する。
As a result, hydrogen having a purity of 99.99% or more was obtained. Further, even when a test for a long time (1000 hours) was performed, the purity of hydrogen did not decrease and the durability was excellent.
d) In this example, the PdYSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface of the ceramic temporary fired body 75, and the YSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface. The unfired second porous layer 79 is formed, and the ceramic preliminary fired body 75 (with the unfired first porous layer 77 and the unfired second porous layer 79) is co-fired to form the first porous A ceramic sintered body 145 having a Pd metal layer 149 on the quality layer 139 is manufactured.

その後、内部給電方式の電解Agめっきによって、Pd金属層149の外側にAgめっき金属層155を形成し、PdとAgとを合金化してPdAg合金からなる水素分離金属層143を作製し、これにより水素分離体131を製造した。   Thereafter, an Ag plating metal layer 155 is formed on the outside of the Pd metal layer 149 by electrolytic Ag plating of an internal power feeding method, and Pd and Ag are alloyed to produce a hydrogen separation metal layer 143 made of a PdAg alloy. A hydrogen separator 131 was produced.

従って、本実施例により、前記実施例3と同様に、容易に水素分離金属層143を緻密にすることができるので、ピンホールの少ない水素分離金属層143を実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the hydrogen separation metal layer 143 can be easily made dense as in the case of the third embodiment, so that the hydrogen separation metal layer 143 with few pinholes can be realized.

特に、本実施例では、内部給電方式の電解Agめっきによって、Agめっき金属層155を形成した後に合金化して水素分離金属層143を作製するので、水素分離金属層143の厚みが増加するとともに一層緻密になる。よって、ピンホールを大きく低減できるとともに、水素脆化を低減できるという利点がある。   In particular, in this embodiment, since the hydrogen-separated metal layer 143 is formed by alloying after forming the Ag-plated metal layer 155 by electrolytic Ag plating of the internal power feeding method, the thickness of the hydrogen-separated metal layer 143 is increased and further increased. Become precise. Therefore, there is an advantage that pinholes can be greatly reduced and hydrogen embrittlement can be reduced.

次に、実施例5の水素分離体の製造方法について説明するが、前記実施例4と同様な内容の説明は省略する。
なお、本実施例の水素分離体におけるセラミックの基本的な構造は、前記実施例4と同様であるので、以下では前記図10を用いて説明する。また、同様な部材等には、同様な番号を使用して説明する。
Next, although the manufacturing method of the hydrogen separator of Example 5 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 4 is abbreviate | omitted.
In addition, since the basic structure of the ceramic in the hydrogen separator of the present embodiment is the same as that of Embodiment 4, the following description will be made with reference to FIG. In addition, similar members and the like will be described using similar numbers.

本実施例は、PdAgセラミック混合ペーストを用いてPdAg合金層を形成した後に、電解Agめっき行ってAgめっき金属層を形成し、その後PdとAgとの合金化を行ってPdAg合金からなる水素分離金属層を形成するものである。   In this example, after a PdAg ceramic mixed paste is used to form a PdAg alloy layer, electrolytic Ag plating is performed to form an Ag-plated metal layer, and then Pd and Ag are alloyed to form a hydrogen separation composed of PdAg alloy. A metal layer is formed.

a)まず、本実施例の水素分離体の構成について説明する。
前記図10(c)に要部を拡大して示す様に、本実施例の水素分離体161は、前記実施例4と同様に、試験管形状の多孔質支持体133と、その外側表面(同図右側)を覆う多孔質層135とを備えており、この多孔質層135は、第1多孔質層139及び第2多孔質層141からなる。
a) First, the configuration of the hydrogen separator of this example will be described.
As shown in the enlarged view of FIG. 10 (c), the hydrogen separator 161 of this example has a test tube-shaped porous support 133 and its outer surface ( And the porous layer 135 includes a first porous layer 139 and a second porous layer 141.

特に本実施例では、第1多孔質層139の全体と、第2多孔質層141内における中心孔137側(内側)に、PdAg合金からなる水素分離金属層143が形成されている。
b)次に、本実施例の水素分離体161の製造方法について説明する。
In particular, in this embodiment, a hydrogen separation metal layer 143 made of a PdAg alloy is formed on the entire first porous layer 139 and on the central hole 137 side (inside) in the second porous layer 141.
b) Next, the manufacturing method of the hydrogen separator 161 of a present Example is demonstrated.

本実施例では、前記実施例4と同様に、「第1粉末充填工程」、「第2粉末充填工程」、「加圧工程」、「仮焼成工程」、「多孔質層形成工程」、「焼成工程」によって、図10(a)に示すように、セラミック焼結体145を得た。   In this example, as in Example 4, the “first powder filling step”, the “second powder filling step”, the “pressurizing step”, the “temporary firing step”, the “porous layer forming step”, “ As shown in FIG. 10A, a ceramic sintered body 145 was obtained by the “firing step”.

なお、「多孔質層形成工程」では、Pd:Ag:YSZ=45:5:50(体積比)の材料を用いてPdAgYSZペーストを作製した。
このセラミック焼結体145は、多孔質支持体133の表面を覆うように形成された第
1多孔質層139及び第2多孔質層141からなる多孔質層135を備えている。
In the “porous layer forming step”, a PdAgYSZ paste was prepared using a material of Pd: Ag: YSZ = 45: 5: 50 (volume ratio).
The ceramic sintered body 145 includes a porous layer 135 composed of a first porous layer 139 and a second porous layer 141 formed so as to cover the surface of the porous support 133.

このうち、第1多孔質層139の細孔147中にPdAg合金が充填されており、これによって、(後に水素分離金属層143の一部となる)膜厚3.7μmのPdAg合金層163が形成されている。
<電解めっき工程>
前記実施例4で使用したのと同様な内部給電方式のめっき装置124(図9参照)を用いて、図10(b)に示す様に、多孔質支持体133の中心孔137(従ってセラミック焼結体145の中心孔137)に、濃度6.0mol/LのNaCl水溶液(NaCl飽和水溶液)を電解液として導入した。
Among these, the PdAg alloy is filled in the pores 147 of the first porous layer 139, thereby forming a 3.7 μm-thick PdAg alloy layer 163 (which later becomes a part of the hydrogen separation metal layer 143). Is formed.
<Electrolytic plating process>
As shown in FIG. 10 (b), an internal power feeding type plating apparatus 124 (see FIG. 9) similar to that used in the fourth embodiment is used. A NaCl aqueous solution (NaCl saturated aqueous solution) having a concentration of 6.0 mol / L was introduced into the central hole 137) of the bonded body 145 as an electrolytic solution.

また、NaCl電解液中に給電電極125(図9参照)を挿し込んだ後、前記セラミック焼結体145を、予め対極127(図9参照)の配置された浴温30℃の電解Agめっき液(水溶液:濃度50g/L)中にセットした。   In addition, after inserting the feeding electrode 125 (see FIG. 9) into the NaCl electrolyte, the ceramic sintered body 145 is electroplated with an electrolytic Ag plating solution having a bath temperature of 30 ° C. in which the counter electrode 127 (see FIG. 9) is arranged in advance. (Aqueous solution: concentration 50 g / L).

そして、電流値0.30A/dm2にて定電流電解めっきを1.5分間実施し、多孔質層135の細孔153において、PdAg合金層163上に厚み0.8μmのAgめっき金属層155を形成した。 Then, constant current electrolytic plating was performed at a current value of 0.30 A / dm 2 for 1.5 minutes, and an Ag plating metal layer 155 having a thickness of 0.8 μm was formed on the PdAg alloy layer 163 in the pores 153 of the porous layer 135. Formed.

その後、窒素中750℃で熱処理を行い、PdとAgとを合金化し、前記図10(c)に示す様に、厚み4.5μmのPdAg合金からなる水素分離金属層143とした。
これらの工程によって、水素分離体161が完成した。そして、この水素分離体161に、前記実施例4と同様に(図4参照)、金属継手40等を取り付けて水素分離装置21とした。
Thereafter, heat treatment was performed at 750 ° C. in nitrogen to alloy Pd and Ag, thereby forming a hydrogen separation metal layer 143 made of a PdAg alloy having a thickness of 4.5 μm as shown in FIG.
Through these steps, the hydrogen separator 161 was completed. The hydrogen separator 161 was attached with a metal joint 40 and the like in the same manner as in Example 4 (see FIG. 4).

c)次に、実験例について説明する。
前記実施例4と同様な実験装置(図7参照)を用い、同様な実験条件(温度、圧力)にて、本実施例の水素分離装置21の外周部に同様な水素含有ガスを導入し、円筒内に高純度水素を取り出す水素分離試験を行った。
c) Next, experimental examples will be described.
Using the same experimental apparatus as in Example 4 (see FIG. 7), under the same experimental conditions (temperature, pressure), the same hydrogen-containing gas was introduced into the outer periphery of the hydrogen separator 21 of the present example, A hydrogen separation test was conducted in which high-purity hydrogen was taken out from the cylinder.

その結果、純度としては99.99%以上の水素が得られた。また、長時間(1000時間)の試験を行っても水素純度の低下も無く、耐久性に優れていた。
d)本実施例では、PdAgYSZペーストを用いて、セラミック仮焼成体75の表面に未焼成第1多孔質層77を形成し、YSZペーストを用いて、未焼成第1多孔質層77の表面に未焼成第2多孔質層79を形成し、(この未焼成第1多孔質層77及び未焼成第2多孔質層79が形成された)セラミック仮焼成体75を共焼成して、第1多孔質層139にPdAg合金層163を備えたセラミック焼結体145を製造する。
As a result, hydrogen having a purity of 99.99% or more was obtained. Further, even when a test for a long time (1000 hours) was performed, the purity of hydrogen did not decrease and the durability was excellent.
d) In this example, the PdAgYSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface of the ceramic temporary fired body 75, and the YSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface. The unfired second porous layer 79 is formed, and the ceramic preliminary fired body 75 (with the unfired first porous layer 77 and the unfired second porous layer 79) is co-fired to form the first porous The ceramic sintered body 145 having the PdAg alloy layer 163 in the quality layer 139 is manufactured.

その後、内部給電方式の電解Agめっきによって、PdAg合金層163の外側にAgめっき金属層155を形成し、PdとAgとを合金化してPdAg合金からなる水素分離金属層143を作製し、これにより水素分離体161を製造した。   Thereafter, an Ag plating metal layer 155 is formed on the outside of the PdAg alloy layer 163 by electrolytic Ag plating of an internal power feeding method, and Pd and Ag are alloyed to produce a hydrogen separation metal layer 143 made of a PdAg alloy. A hydrogen separator 161 was produced.

従って、本実施例により、前記実施例4と同様に、容易に水素分離金属層143を緻密にすることができるので、ピンホールの少ない水素分離金属層143を実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the hydrogen separation metal layer 143 can be easily made dense as in the case of the fourth embodiment, so that the hydrogen separation metal layer 143 with few pinholes can be realized.

特に、本実施例では、内部給電方式の電解Agめっきによって、Agめっき金属層155を形成した後に合金化して水素分離金属層143を作製するので、水素分離金属層143の厚みが増加するとともに一層緻密になる。よって、ピンホールを大きく低減できるとともに、水素脆化を低減できるという利点がある。   In particular, in this embodiment, since the hydrogen-separated metal layer 143 is formed by alloying after forming the Ag-plated metal layer 155 by electrolytic Ag plating of the internal power feeding method, the thickness of the hydrogen-separated metal layer 143 is increased and further increased. Become precise. Therefore, there is an advantage that pinholes can be greatly reduced and hydrogen embrittlement can be reduced.

次に、実施例6の水素分離体の製造方法について説明するが、前記実施例5と同様な内容の説明は省略する。なお、同様な部材等には、同様な番号を使用して説明する。
本実施例は、PdAgセラミック混合ペーストを用いてPdAg合金層を形成した後に、電解Pdめっき行ってPdめっき金属層を形成し、その後PdとAgとの合金化を行ってPdAg合金からなる水素分離金属層を形成するものである。
Next, although the manufacturing method of the hydrogen separator of Example 6 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 5 is abbreviate | omitted. In addition, the same number is used and demonstrated to the same member.
In this example, after a PdAg ceramic mixed paste is used to form a PdAg alloy layer, electrolytic Pd plating is performed to form a Pd-plated metal layer, and then Pd and Ag are alloyed to form a hydrogen separation composed of PdAg alloy. A metal layer is formed.

a)まず、本実施例の水素分離体の構成について説明する。
図11(c)に要部を拡大して示す様に、本実施例の水素分離体171は、前記実施例5と同様に、試験管形状の多孔質支持体173と、その外側表面(同図右側)を覆う多孔質層175とを備えており、この多孔質層175は、第1多孔質層179及び第2多孔質層181からなる。
a) First, the configuration of the hydrogen separator of this example will be described.
As shown in the enlarged view of FIG. 11 (c), the hydrogen separator 171 of this example has a test tube-shaped porous support 173 and its outer surface (same as in Example 5). A porous layer 175 covering the right side of the figure, and the porous layer 175 includes a first porous layer 179 and a second porous layer 181.

特に本実施例では、第1多孔質層179の全体と第2多孔質層181内における中心孔177側(内側)とに、PdAg合金からなる水素分離金属層183が形成されている。
b)次に、本実施例の水素分離体171の製造方法について説明する。
In particular, in this embodiment, a hydrogen separation metal layer 183 made of a PdAg alloy is formed on the entire first porous layer 179 and the center hole 177 side (inside) in the second porous layer 181.
b) Next, a method for producing the hydrogen separator 171 of this example will be described.

本実施例では、前記実施例5と同様に、「第1粉末充填工程」、「第2粉末充填工程」、「加圧工程」、「仮焼成工程」、「多孔質層形成工程」、「焼成工程」によって、図11(a)に示すように、セラミック焼結体185を得た。   In this example, as in Example 5, the “first powder filling step”, the “second powder filling step”, the “pressurizing step”, the “temporary firing step”, the “porous layer forming step”, “ As shown in FIG. 11A, a ceramic sintered body 185 was obtained by the “firing step”.

なお、「多孔質層形成工程」では、Pd:Ag:YSZ=20:15:65(体積比)の材料を用いてPdAgYSZペーストを作製した。
このセラミック焼結体185は、多孔質支持体173の表面を覆うように形成された第1多孔質層179及び第2多孔質層181からなる多孔質層175を備えている。
In the “porous layer forming step”, a PdAgYSZ paste was prepared using a material of Pd: Ag: YSZ = 20: 15: 65 (volume ratio).
The ceramic sintered body 185 includes a porous layer 175 composed of a first porous layer 179 and a second porous layer 181 formed so as to cover the surface of the porous support 173.

このうち、第1多孔質層179の細孔187中にPdAg合金が充填されており、これによって、(後に水素分離金属層183の一部となる)膜厚2.5μmのPdAg合金層189が形成されている。
<電解めっき工程>
前記実施例5で使用したのと同様な内部給電方式のめっき装置124(図9参照)を用いて、図11(b)に示す様に、多孔質支持体173の中心孔177(従ってセラミック焼結体185の中心孔177)に、濃度6.0mol/LのNaCl水溶液(NaCl飽和水溶液)を電解液として導入した。
Among these, the PdAg alloy is filled in the pores 187 of the first porous layer 179, thereby forming a PdAg alloy layer 189 having a thickness of 2.5 μm (which will later become a part of the hydrogen separation metal layer 183). Is formed.
<Electrolytic plating process>
As shown in FIG. 11 (b), an internal power feeding type plating device 124 (see FIG. 9) similar to that used in the fifth embodiment is used. A NaCl aqueous solution (NaCl saturated aqueous solution) having a concentration of 6.0 mol / L was introduced into the central hole 177) of the bonded body 185 as an electrolytic solution.

また、NaCl電解液中に給電電極125(図9参照)を挿し込んだ後、前記セラミック焼結体185を、予め対極127(図9参照)の配置された浴温30℃の電解Pdめっき液(水溶液:濃度10g/L)中にセットした。   Further, after inserting the feeding electrode 125 (see FIG. 9) into the NaCl electrolyte, the ceramic sintered body 185 is electroplated with an electrolytic Pd plating solution having a bath temperature of 30 ° C. in which the counter electrode 127 (see FIG. 9) is previously arranged. (Aqueous solution: concentration 10 g / L).

そして、電流値0.50A/dm2にて定電流電解めっきを2.0分間実施し、多孔質層175の細孔193において、PdAg合金層189上に厚み1.5μmのPdめっき金属層195を形成した。 Then, constant current electrolytic plating was performed for 2.0 minutes at a current value of 0.50 A / dm 2 , and a Pd plating metal layer 195 having a thickness of 1.5 μm was formed on the PdAg alloy layer 189 in the pores 193 of the porous layer 175. Formed.

その後、窒素中750℃で熱処理を行い、PdとAgとを合金化し、前記図11(c)に示す様に、厚み4.0μmのPdAg合金からなる水素分離金属層183とした。
これらの工程によって、水素分離体171が完成した。そして、この水素分離体171に、前記実施例5と同様に(図4参照)、金属継手40等を取り付けて水素分離装置21とした。
Thereafter, heat treatment was performed at 750 ° C. in nitrogen to alloy Pd and Ag, thereby forming a hydrogen separation metal layer 183 made of a PdAg alloy having a thickness of 4.0 μm, as shown in FIG. 11C.
Through these steps, the hydrogen separator 171 was completed. The hydrogen separator 171 was attached with a metal joint 40 and the like in the same manner as in Example 5 (see FIG. 4) to form the hydrogen separator 21.

c)次に、実験例について説明する。
前記実施例5と同様な実験装置(図7参照)を用い、同様な実験条件(温度、圧力)にて、本実施例の水素分離装置21の外周部に同様な水素含有ガスを導入し、円筒内に高純度水素を取り出す水素分離試験を行った。
c) Next, experimental examples will be described.
Using the same experimental apparatus as in Example 5 (see FIG. 7), under the same experimental conditions (temperature, pressure), the same hydrogen-containing gas was introduced into the outer periphery of the hydrogen separator 21 of this example, A hydrogen separation test was conducted in which high-purity hydrogen was taken out from the cylinder.

その結果、純度としては99.99%以上の水素が得られた。また、長時間(1000時間)の試験を行っても水素純度の低下も無く、耐久性に優れていた。
d)本実施例では、PdAgYSZペーストを用いて、セラミック仮焼成体75の表面に未焼成第1多孔質層77を形成し、YSZペーストを用いて、未焼成第1多孔質層77の表面に未焼成第2多孔質層79を形成し、(この未焼成第1多孔質層77及び未焼成第2多孔質層79が形成された)セラミック仮焼成体75を共焼成して、第1多孔質層179にPdAg合金層189を備えたセラミック焼結体185を製造した。
As a result, hydrogen having a purity of 99.99% or more was obtained. Further, even when a test for a long time (1000 hours) was performed, the purity of hydrogen did not decrease and the durability was excellent.
d) In this example, the PdAgYSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface of the ceramic temporary fired body 75, and the YSZ paste is used to form the unfired first porous layer 77 on the surface. The unfired second porous layer 79 is formed, and the ceramic preliminary fired body 75 (with the unfired first porous layer 77 and the unfired second porous layer 79) is co-fired to form the first porous A ceramic sintered body 185 having a PdAg alloy layer 189 in the quality layer 179 was manufactured.

その後、内部給電方式の電解Pdめっきによって、PdAg合金層189の外側にPdめっき金属層195を形成し、PdとAgとを合金化してPdAg合金からなる水素分離金属層183を作製し、これにより水素分離体171を製造した。   Thereafter, Pd plating metal layer 195 is formed on the outside of PdAg alloy layer 189 by electrolytic Pd plating of an internal power feeding method, and Pd and Ag are alloyed to produce hydrogen separation metal layer 183 made of PdAg alloy. A hydrogen separator 171 was produced.

従って、本実施例により、前記実施例5と同様に、容易に水素分離金属層183を緻密にすることができるので、ピンホールの少ない水素分離金属層183を実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the hydrogen separation metal layer 183 can be easily made dense as in the case of the fifth embodiment, so that the hydrogen separation metal layer 183 with few pinholes can be realized.

特に、本実施例では、内部給電方式の電解Pdめっきによって、Pdめっき金属層195を形成した後に合金化して水素分離金属層183を作製するので、水素分離金属層183の厚みが増加するとともに一層緻密になる。よって、ピンホールを大きく低減できるとともに、水素脆化を低減できるという利点がある。   In particular, in this embodiment, since the hydrogen separation metal layer 183 is formed by alloying after forming the Pd plating metal layer 195 by electrolytic Pd plating of the internal power feeding method, the thickness of the hydrogen separation metal layer 183 is increased and further increased. Become precise. Therefore, there is an advantage that pinholes can be greatly reduced and hydrogen embrittlement can be reduced.

次に、実施例7の水素分離体の製造方法について説明するが、前記実施例6と同様な内容の説明は省略する。
なお、本実施例の水素分離体におけるセラミックの基本的な構造は、前記実施例6と同様であるので、以下では前記図11を用いて説明する。また、同様な部材等には、同様な番号を使用して説明する。
Next, although the manufacturing method of the hydrogen separator of Example 7 is demonstrated, description of the content similar to the said Example 6 is abbreviate | omitted.
In addition, since the basic structure of the ceramic in the hydrogen separator of the present embodiment is the same as that of Embodiment 6, the following description will be made with reference to FIG. In addition, similar members and the like will be described using similar numbers.

本実施例は、Agセラミック混合ペーストを用いてAg金属層を形成した後に、電解Pdめっき行ってPdめっき金属層を形成し、その後PdとAgとの合金化を行ってPdAg合金からなる水素分離金属層を形成するものである。   In this example, after forming an Ag metal layer using an Ag ceramic mixed paste, electrolytic Pd plating is performed to form a Pd plated metal layer, and then alloying of Pd and Ag is performed to form a hydrogen separation composed of a PdAg alloy. A metal layer is formed.

a)まず、本実施例の水素分離体の構成について説明する。
前記図11(c)に要部を拡大して示す様に、本実施例の水素分離体201は、前記実施例6と同様に、試験管形状の多孔質支持体173と、その外側表面(同図右側)を覆う多孔質層175とを備えており、この多孔質層175は、第1多孔質層179及び第2多孔質層181からなる。
a) First, the configuration of the hydrogen separator of this example will be described.
As shown in the enlarged view of FIG. 11 (c), the hydrogen separator 201 of this example has a test tube-shaped porous support 173 and its outer surface ( A porous layer 175 covering the right side of the figure, and this porous layer 175 is composed of a first porous layer 179 and a second porous layer 181.

特に本実施例では、第1多孔質層179の全体と、第2多孔質層181内における中心孔177側(内側)に、PdAg合金からなる水素分離金属層183が形成されている。
b)次に、本実施例の水素分離体201の製造方法について説明する。
In particular, in this embodiment, a hydrogen separation metal layer 183 made of a PdAg alloy is formed on the entire first porous layer 179 and on the center hole 177 side (inside) in the second porous layer 181.
b) Next, the manufacturing method of the hydrogen separator 201 of a present Example is demonstrated.

本実施例では、前記実施例6と同様に、「第1粉末充填工程」、「第2粉末充填工程」、「加圧工程」、「仮焼成工程」、「多孔質層形成工程」、「焼成工程」によって、図11(a)に示すように、セラミック焼結体185を得た。   In this example, as in Example 6, the “first powder filling step”, the “second powder filling step”, the “pressurizing step”, the “temporary firing step”, the “porous layer forming step”, “ As shown in FIG. 11A, a ceramic sintered body 185 was obtained by the “firing step”.

なお、「多孔質層形成工程」では、Ag:YSZ=15:85(体積比)の材料を用いてAgYSZペーストを作製した。
このセラミック焼結体185は、多孔質支持体173の表面を覆うように形成された第1多孔質層179及び第2多孔質層181からなる多孔質層175を備えている。
In the “porous layer forming step”, an AgYSZ paste was prepared using a material of Ag: YSZ = 15: 85 (volume ratio).
The ceramic sintered body 185 includes a porous layer 175 composed of a first porous layer 179 and a second porous layer 181 formed so as to cover the surface of the porous support 173.

このうち、第1多孔質層179の細孔187中にAgが充填されており、これによって、(後に水素分離金属層183の一部となる)膜厚2μmのAg金属層203が形成されている。
<電解めっき工程>
前記実施例6で使用したのと同様な内部給電方式のめっき装置124(図9参照)を用いて、図11(b)に示す様に、多孔質支持体173の中心孔177(従ってセラミック焼結体185の中心孔177)に、濃度6.0mol/LのNaCl水溶液(NaCl飽和水溶液)を電解液として導入した。
Among these, Ag is filled in the pores 187 of the first porous layer 179, thereby forming an Ag metal layer 203 having a thickness of 2 μm (which will later become a part of the hydrogen separation metal layer 183). Yes.
<Electrolytic plating process>
As shown in FIG. 11 (b), an internal power feeding type plating apparatus 124 (see FIG. 9) similar to that used in the sixth embodiment is used. A NaCl aqueous solution (NaCl saturated aqueous solution) having a concentration of 6.0 mol / L was introduced into the central hole 177) of the bonded body 185 as an electrolytic solution.

また、NaCl電解液中に給電電極125(図9参照)を挿し込んだ後、前記セラミック焼結体185を、予め対極127(図9参照)の配置された浴温30℃の電解Pdめっき液(水溶液:濃度10g/L)中にセットした。   Further, after inserting the feeding electrode 125 (see FIG. 9) into the NaCl electrolyte, the ceramic sintered body 185 is electroplated with an electrolytic Pd plating solution having a bath temperature of 30 ° C. in which the counter electrode 127 (see FIG. 9) is previously arranged. (Aqueous solution: concentration 10 g / L).

そして、電流値0.50A/dm2にて定電流電解めっきを4.0分間実施し、多孔質層175の細孔193において、Ag金属層203上に厚み3.0μmのPdめっき金属層195を形成した。 Then, constant current electrolytic plating was performed for 4.0 minutes at a current value of 0.50 A / dm 2 , and a Pd-plated metal layer 195 having a thickness of 3.0 μm was formed on the Ag metal layer 203 in the pores 193 of the porous layer 175. Formed.

その後、窒素中750℃で熱処理を行い、PdとAgとを合金化し、前記図11(c)に示す様に、厚み5.0μmのPdAg合金からなる水素分離金属層183とした。
これらの工程によって、水素分離体201が完成した。そして、この水素分離体201に、前記実施例6と同様に(図4参照)、金属継手40等を取り付けて水素分離装置21とした。
Thereafter, heat treatment was performed at 750 ° C. in nitrogen to alloy Pd and Ag, and as shown in FIG. 11C, a hydrogen separation metal layer 183 made of a PdAg alloy having a thickness of 5.0 μm was formed.
Through these steps, the hydrogen separator 201 was completed. Then, a metal joint 40 and the like were attached to the hydrogen separator 201 in the same manner as in Example 6 (see FIG. 4) to obtain a hydrogen separator 21.

c)次に、実験例について説明する。
前記実施例6と同様な実験装置(図7参照)を用い、同様な実験条件(温度、圧力)にて、本実施例の水素分離装置21の外周部に同様な水素含有ガスを導入し、円筒内に高純度水素を取り出す水素分離試験を行った。
c) Next, experimental examples will be described.
Using the same experimental apparatus as in Example 6 (see FIG. 7), under the same experimental conditions (temperature, pressure), the same hydrogen-containing gas was introduced into the outer periphery of the hydrogen separator 21 of this example, A hydrogen separation test was conducted in which high-purity hydrogen was taken out from the cylinder.

その結果、純度としては99.99%以上の水素が得られた。また、長時間(1000時間)の試験を行っても水素純度の低下も無く、耐久性に優れていた。
d)本実施例では、AgYSZペーストを用いて、セラミック仮焼成体75の表面に未焼成第1多孔質層77を形成し、YSZペーストを用いて、未焼成第1多孔質層77の表面に未焼成第2多孔質層79を形成し、(この未焼成第1多孔質層77及び未焼成第2多孔質層79が形成された)セラミック仮焼成体75を共焼成して、第1多孔質層179にAg金属層203を備えたセラミック焼結体185を製造する。
As a result, hydrogen having a purity of 99.99% or more was obtained. Further, even when a test for a long time (1000 hours) was performed, the purity of hydrogen did not decrease and the durability was excellent.
d) In this example, an unfired first porous layer 77 is formed on the surface of the ceramic pre-fired body 75 using AgYSZ paste, and the unfired first porous layer 77 is formed on the surface of YSZ paste. The unfired second porous layer 79 is formed, and the ceramic preliminary fired body 75 (with the unfired first porous layer 77 and the unfired second porous layer 79) is co-fired to form the first porous A ceramic sintered body 185 having an Ag metal layer 203 on the quality layer 179 is manufactured.

その後、内部給電方式の電解Pdめっきによって、Ag金属層203の外側にPdめっき金属層195を形成し、PdとAgとを合金化してPdAg合金からなる水素分離金属層183を作製し、これにより水素分離体201を製造した。   After that, a Pd plating metal layer 195 is formed outside the Ag metal layer 203 by electrolytic Pd plating of the internal power feeding method, and Pd and Ag are alloyed to produce a hydrogen separation metal layer 183 made of a PdAg alloy. A hydrogen separator 201 was produced.

従って、本実施例により、前記実施例6と同様に、容易に水素分離金属層183を緻密にすることができるので、ピンホールの少ない水素分離金属層183を実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the hydrogen separation metal layer 183 can be easily densified as in the sixth embodiment, so that the hydrogen separation metal layer 183 with few pinholes can be realized.

特に、本実施例では、内部給電方式の電解Pdめっきによって、Pdめっき金属層195を形成した後に合金化して水素分離金属層183を作製するので、水素分離金属層183の厚みが増加するとともに一層緻密になる。よって、ピンホールを大きく低減できるとともに、水素脆化を低減できるという利点がある。   In particular, in this embodiment, since the hydrogen separation metal layer 183 is formed by alloying after forming the Pd plating metal layer 195 by electrolytic Pd plating of the internal power feeding method, the thickness of the hydrogen separation metal layer 183 is increased and further increased. Become precise. Therefore, there is an advantage that pinholes can be greatly reduced and hydrogen embrittlement can be reduced.

尚、本発明は前記実施形態や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
(1)例えば、セラミック焼結体の外側に電解液を供給するとともに、内側に電解めっき液を供給し、内側(中心孔側)よりめっき金属を析出させてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment and Example at all, and it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect in the range which does not deviate from this invention.
(1) For example, the electrolytic solution may be supplied to the outside of the ceramic sintered body, the electrolytic plating solution may be supplied to the inside, and the plating metal may be deposited from the inside (center hole side).

(2)また、水素分離体の形状には特に限定はなく、有底円筒形状の水素分離体以外に、例えば平板状の水素分離体としてもよい。
(3)更に、電解めっきとしては、上述した内部給電方式の電解めっき以外に、通常の電解めっきを採用できる。この場合は、多孔質層内にペーストによって形成したPd金属層、PdAg合金層、又はAg金属層に対して、導通を取るようにクリップ等によって一方の電極を取り付け、通常の様に電解めっきを行うことができる。
(2) The shape of the hydrogen separator is not particularly limited, and may be, for example, a flat hydrogen separator other than the bottomed cylindrical hydrogen separator.
(3) Further, as the electrolytic plating, normal electrolytic plating can be adopted in addition to the above-described internal feeding type electrolytic plating. In this case, one electrode is attached to the Pd metal layer, PdAg alloy layer, or Ag metal layer formed by the paste in the porous layer with a clip or the like so as to be conductive, and electrolytic plating is performed as usual. It can be carried out.

つまり、(一方の電極が取り付けられた)金属層や合金層と他方の電極との間にめっき液を供給し、両電極間に電圧を印加することによって電解めっきを行うことができる。
(4)前記各実施例の水素分離体中(例えば多孔質支持体内など)に、都市ガス等の原料ガスを改質(例えば水蒸気改質)して、水素の多い水素リッチの改質ガスとする(Ni等の)改質触媒を加えてもよい。
That is, electrolytic plating can be performed by supplying a plating solution between the metal layer (alloyed with one electrode) or alloy layer and the other electrode and applying a voltage between the two electrodes.
(4) In the hydrogen separator of each of the above embodiments (for example, a porous support), a raw material gas such as city gas is reformed (for example, steam reforming), and a hydrogen-rich reformed gas rich in hydrogen and A reforming catalyst (such as Ni) may be added.

1、91、101、131、161、171、201…水素分離体
9、103、133、173…多孔質支持体
11、105、135、175…多孔質層
13、109、139、179…第1多孔質層
15、111、141、181…第2多孔質層
19、93、117、143、183…水素分離金属層(水素透過膜)
20…多孔質体
21…水素分離装置
73…仮焼成多孔質支持体
75…セラミック仮焼成体
77…未焼成第1多孔質層
113、149…Pd金属層
115、195…Pdめっき金属層
121、145、185…セラミック焼結体
155…Agめっき金属層
163、189…PdAg合金層
203…Ag金属層
1, 91, 101, 131, 161, 171, 201 ... Hydrogen separator 9, 103, 133, 173 ... Porous support 11, 105, 135, 175 ... Porous layer 13, 109, 139, 179 ... First Porous layer 15, 111, 141, 181 ... 2nd porous layer 19, 93, 117, 143, 183 ... Hydrogen separation metal layer (hydrogen permeable membrane)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Porous body 21 ... Hydrogen separator 73 ... Temporary baking porous support body 75 ... Ceramic temporary baking body 77 ... Unbaked 1st porous layer 113, 149 ... Pd metal layer 115, 195 ... Pd plating metal layer 121, 145, 185 ... Ceramic sintered body 155 ... Ag plating metal layer 163, 189 ... PdAg alloy layer 203 ... Ag metal layer

Claims (6)

多孔質体の内部に水素のみを選択して透過させる水素分離金属層を備えた水素分離体を製造する水素分離体の製造方法において、
水素分離金属であるPd、又は、該Pd及び該Pdと合金化して水素透過性を向上させる金属を主成分とする金属粉末と、セラミックス粉末とを、混合してペースト状材料を作製する第1工程と、
前記第1工程によって作製されたペースト状材料を用いて、焼結前の多孔質の支持体成形体の表面を覆うことによって、前記支持体成形体上に表面形成層を形成する第2工程と、
前記第2工程によって形成された支持体成形体及び表面形成層を共焼成して焼結させることによって、内部に前記水素分離金属層を備えた前記多孔質体を作製する第3工程と、
を有することを特徴とする水素分離体の製造方法。
In the method for producing a hydrogen separator, which produces a hydrogen separator having a hydrogen separation metal layer that allows only hydrogen to permeate inside the porous body,
A paste material is prepared by mixing Pd, which is a hydrogen separation metal, or a metal powder mainly composed of Pd and a metal that is alloyed with Pd to improve hydrogen permeability and ceramic powder. Process,
A second step of forming a surface forming layer on the support molded body by covering the surface of the porous support molded body before sintering using the paste-like material produced in the first step; ,
A third step of producing the porous body having the hydrogen separation metal layer therein by co-firing and sintering the support molded body and the surface forming layer formed in the second step;
A process for producing a hydrogen separator, comprising:
前記第3工程によって作製された多孔質体の水素分離金属層に対して、電解めっきによって、前記水素分離金属層を構成する金属を供給することを特徴とする請求項1に記載の水素分離体の製造方法。   2. The hydrogen separator according to claim 1, wherein the metal constituting the hydrogen separation metal layer is supplied by electrolytic plating to the hydrogen separation metal layer of the porous body produced in the third step. Manufacturing method. 前記電解めっきによって、前記水素分離金属層に対してPdと合金化して水素透過性を向上させる合金用金属を供給し、所定の合金化温度で加熱することによって、前記Pdと前記合金用金属とを合金化させることを特徴とする請求項2に記載の水素分離体の製造方法。   By supplying the alloy metal that improves the hydrogen permeability by alloying with the Pd by separating the hydrogen separation metal layer by the electrolytic plating, and heating at a predetermined alloying temperature, the Pd and the alloy metal The method for producing a hydrogen separator according to claim 2, wherein the alloy is alloyed. 前記電解めっきでは、
前記水素分離金属層の一方の側に電解液を供給し、該電解液を介して、該電解液を供給した側より前記水素分離金属層の前記水素分離金属に電子を供給するとともに、前記水素分離金属層の他方の側にめっき液を供給することにより、前記水素分離金属層のめっき液供給側にめっき膜を成膜することを特徴とする請求項2又は3に記載の水素分離体の製造方法。
In the electrolytic plating,
An electrolyte is supplied to one side of the hydrogen separation metal layer, and electrons are supplied to the hydrogen separation metal of the hydrogen separation metal layer from the side where the electrolyte is supplied via the electrolyte. 4. The hydrogen separator according to claim 2, wherein a plating film is formed on the plating solution supply side of the hydrogen separation metal layer by supplying a plating solution to the other side of the separation metal layer. 5. Production method.
多孔質体の内部に水素のみを選択して透過させる水素分離金属層を備えた水素分離体を製造する水素分離体の製造方法において、
水素分離金属であるPdと合金化して水素透過性を向上させる金属を主成分とする金属粉末と、セラミックス粉末とを、混合してペースト状材料を作製する第1工程と、
前記第1工程によって作製されたペースト状材料を用いて、焼結前の多孔質の支持体成形体の表面を覆うことによって、前記支持体成形体上に表面形成層を形成する第2工程と、
前記第2工程によって形成された支持体成形体及び表面形成層を共焼成して焼結させることによって、内部に合金用金属層を備えた前記多孔質体を作製する第3工程と、
前記第3工程によって作製された多孔質体の合金用金属層に対して、電解めっきによって、前記Pdを供給する第4工程と、
前記第4工程にてPdが供給された合金用金属層を、所定の合金化温度で加熱することによって、前記Pdと前記合金用金属とを合金化させて水素分離金属層を形成する第5工程と、
を有することを特徴とする水素分離体の製造方法。
In the method for producing a hydrogen separator, which produces a hydrogen separator having a hydrogen separation metal layer that allows only hydrogen to permeate inside the porous body,
A first step of preparing a paste-like material by mixing a metal powder mainly composed of a metal that is alloyed with hydrogen separation metal Pd to improve hydrogen permeability, and a ceramic powder;
A second step of forming a surface forming layer on the support molded body by covering the surface of the porous support molded body before sintering using the paste-like material produced in the first step; ,
A third step of producing the porous body having an alloy metal layer therein by co-firing and sintering the support molded body and the surface forming layer formed in the second step;
A fourth step of supplying the Pd by electrolytic plating to the porous alloy metal layer produced by the third step;
The alloying metal layer supplied with Pd in the fourth step is heated at a predetermined alloying temperature to alloy the Pd and the alloying metal to form a hydrogen separation metal layer. Process,
A process for producing a hydrogen separator, comprising:
前記電解めっきでは、
前記合金用金属層の一方の側に電解液を供給し、該電解液を介して、該電解液を供給した側より前記合金用金属層の前記合金用金属に電子を供給するとともに、前記合金用金属層の他方の側にめっき液を供給することにより、前記合金用金属層のめっき液供給側にめ
っき膜を成膜することを特徴とする請求項5に記載の水素分離体の製造方法。
In the electrolytic plating,
An electrolyte is supplied to one side of the alloy metal layer, and electrons are supplied to the alloy metal of the alloy metal layer from the side where the electrolyte is supplied via the electrolyte. 6. The method for producing a hydrogen separator according to claim 5, wherein a plating film is formed on the plating solution supply side of the metal layer for alloy by supplying a plating solution to the other side of the metal layer for metal. .
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