JP2014111239A - Hydrogen separation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen separator capable of obtaining high purity hydrogen gas by selecting and separating hydrogen gas from source 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おり、この水素分離体を反応器に収容した各種の水素分離装置が開発されている。 Conventionally, in order to produce hydrogen to be supplied to a fuel cell, for example, a hydrogen separator that selectively extracts only hydrogen from a gas containing hydrogen such as steam reformed gas has been developed, and this hydrogen separator is used as a reactor. Various hydrogen separators have been developed.
前記水素分離体は、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。
図10(a)に示す様に、従来の水素分離装置P1としては、例えば反応器P2の上部の壁部材P3に、金属継手P4を用いて水素分離体P5を取り付けたもの等が開示されている(特許文献1〜4参照)。この水素分離装置P1では、水素分離体P5の全体が、壁部材P3の下方に突出している。
The hydrogen separator is formed, for example, by forming a hydrogen permeable membrane (hereinafter referred to as a hydrogen separation metal layer) made of palladium (Pd) on the surface of a cylindrical ceramic porous substrate.
As shown in FIG. 10 (a), as a conventional hydrogen separator P1, for example, a device in which a hydrogen separator P5 is attached to a wall member P3 at the top of a reactor P2 by using a metal joint P4 is disclosed. (See Patent Documents 1 to 4). In this hydrogen separator P1, the whole hydrogen separator P5 protrudes below the wall member P3.
また、近年では、図10(b)に示す様に、壁部材P3に貫通孔P6を開けて、水素分離体P5の基端側を通すとともに、貫通孔P6の内周面にネジ部P7を設け、そのネジ部P7にネジ部材P8を螺合させることによって、水素分離体P5を固定する技術が提案されている(特許文献5、6参照)。
Further, in recent years, as shown in FIG. 10B, a through hole P6 is opened in the wall member P3 to pass the proximal end side of the hydrogen separator P5, and a screw portion P7 is provided on the inner peripheral surface of the through hole P6. A technique for fixing the hydrogen separator P5 by providing and screwing a screw member P8 to the screw portion P7 has been proposed (see
しかしながら、上述した特許文献1〜4の技術では、壁部材P3の一方の面から水素分離体P5全体が突出する構造であるので、水素分離装置P1をコンパクトにすることができないという問題があった。 However, the techniques of Patent Documents 1 to 4 described above have a problem in that the hydrogen separator P1 cannot be made compact because the entire hydrogen separator P5 protrudes from one surface of the wall member P3. .
また、上述した特許文献5、6の技術では、壁部材P3の内部(即ち貫通孔P6の内周面)にネジ部P7を設ける必要があるので、十分に厚みのある壁部材P3を使用する必要があり、しかも、貫通孔P6にネジ部P7を設ける等の加工が必要であるので、壁部材P3の内部構造が複雑になるという問題があった。
Moreover, in the technique of the
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、装置をコンパクトにできるとともに、壁部材を薄くでき、しかも、壁部材の内部の構造を簡易化できる水素分離装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a hydrogen separation apparatus that can make the apparatus compact, can make the wall member thin, and can simplify the internal structure of the wall member. Is to provide.
(1)本発明は、第1態様として、水素のみを選択して透過させる筒状の水素分離体を反応器に収容するとともに、前記水素分離体の軸方向の一端部が前記反応器の壁面を構成する壁部材に固定された水素分離装置において、前記壁部材は、前記水素分離体の一端部が貫挿される貫通孔を有し、前記水素分離体は、前記一端部が前記壁部材の貫通孔を貫通して該壁部材の外側に突出するとともに、固定機構によって前記壁部材に固定されており、前記固定機構は、前記壁部材の外側にて該壁部材と一体に設けられ、前記突出した部分の外周側を囲む筒状の壁部材固定部と、該壁部材固定部に螺合する筒状の外側固定部と、前記水素分離体の外周側に配置され、前記外側固定部により押圧されて前記水素分離体を締め付けて前記壁部材に固定するシール部材と、を備えたことを特徴とする。 (1) In the present invention, as a first aspect, a cylindrical hydrogen separator that allows only hydrogen to permeate is accommodated in the reactor, and one end portion in the axial direction of the hydrogen separator is a wall surface of the reactor. In the hydrogen separator fixed to the wall member constituting the wall member, the wall member has a through hole into which one end portion of the hydrogen separator is inserted, and the one end portion of the hydrogen separator is the wall member. The through hole protrudes outside the wall member and is fixed to the wall member by a fixing mechanism, and the fixing mechanism is provided integrally with the wall member outside the wall member, A cylindrical wall member fixing portion that surrounds the outer peripheral side of the protruding portion, a cylindrical outer fixing portion that is screwed to the wall member fixing portion, and an outer peripheral side of the hydrogen separator. Pressed to tighten the hydrogen separator and fix it to the wall member Characterized by comprising a sealing member.
本第1態様の水素分離装置では、水素分離体は、壁部材の貫通孔から突出した部分にて、固定機構によって壁部材に固定されている。詳しくは、外側固定部が壁部材固定部に螺合すると、シール部材が(直接又は間接的に)押圧されるので、このシール部材によって、水素分離体(詳しくはその突出部分)が締め付けられる。これにより、水素分離体が壁部材に固定される。 In the hydrogen separator according to the first aspect, the hydrogen separator is fixed to the wall member by a fixing mechanism at a portion protruding from the through hole of the wall member. Specifically, when the outer fixing portion is screwed to the wall member fixing portion, the sealing member is pressed (directly or indirectly), and thus the hydrogen separator (specifically, the protruding portion) is tightened by the sealing member. Thereby, the hydrogen separator is fixed to the wall member.
つまり、本第1態様では、水素分離体の一端部を壁部材を貫いて配置し、その突出部分を固定機構で固定するので、水素分離装置の一部である反応器をコンパクトにでき、ひいては、装置全体をコンパクトにできる。しかも、従来の様に壁部材の内部にねじ部を設ける必要が無いので、壁部材の厚みを薄くできるとともに、壁部材の構成を簡易化することができる。 That is, in this first aspect, one end portion of the hydrogen separator is disposed through the wall member, and the protruding portion is fixed by the fixing mechanism, so that the reactor that is a part of the hydrogen separator can be made compact, and thus The entire device can be made compact. In addition, since it is not necessary to provide a threaded portion inside the wall member as in the prior art, the thickness of the wall member can be reduced and the configuration of the wall member can be simplified.
また、反応器は圧力容器であり、これをコンパクトにすることにより、加熱のための熱量の削減ができ、しかも、容器の肉厚を薄くできるため、非常に経済的であるという顕著な効果を奏する。 In addition, the reactor is a pressure vessel. By making the reactor compact, the amount of heat for heating can be reduced, and the wall thickness of the vessel can be reduced. Play.
(2)本発明では、第2態様として、前記固定機構は、前記外側固定部が螺合することにより、前記シール部材の少なくとも一部が圧縮され径方向に広がることで、前記水素分離体を前記壁部材に固定することを特徴とする。 (2) In the present invention, as a second aspect, as the second aspect, the fixing mechanism is configured such that at least a part of the seal member is compressed and spread in a radial direction by screwing the outer fixing portion, thereby It is fixed to the wall member.
本第2態様では、シール部材は(例えば膨張黒鉛の様に)押圧されると径方向に広がる特性を有している。よって、シール部材が押圧されると径方向に広がって水素分離体を外側より押圧するので、水素分離体の固定とシール(気密)とを同時に行うことができる。 In the second aspect, the seal member has a characteristic of spreading in the radial direction when pressed (for example, like expanded graphite). Therefore, when the seal member is pressed, it expands in the radial direction and presses the hydrogen separator from the outside, so that the hydrogen separator can be fixed and sealed (airtight) at the same time.
(3)本発明では、第3態様として、前記シール部材と前記外側固定部との間に、前記シール部材を押圧する押え部材を備えたことを特徴とする。
本第3態様では、押え部材によってシール部材が押圧される構成を例示している。これにより、外側固定部が螺合する際に、シール部材は周方向に移動し難くなるので、好適に押圧することができる。
(3) In the present invention, as a third aspect, a pressing member that presses the sealing member is provided between the sealing member and the outer fixing portion.
In the third aspect, the configuration in which the sealing member is pressed by the pressing member is illustrated. Accordingly, when the outer fixing portion is screwed, the seal member is difficult to move in the circumferential direction, and thus can be suitably pressed.
(4)本発明では、第4態様では、前記外側固定部の軸方向における外側の表面に、該外側固定部を回動させる工具が嵌合するとともに該工具からの回動力を受ける嵌合穴を備えたことを特徴とする。 (4) In the present invention, in the fourth aspect, a fitting hole for fitting a tool for rotating the outer fixing portion to the outer surface in the axial direction of the outer fixing portion and receiving a turning force from the tool. It is provided with.
本第4態様では、外側固定部の軸方向における外側の表面に嵌合穴を備えているので、軸方向に沿って工具の突起を嵌合穴に嵌めることにより、周囲の空間が狭い場合でも、容易に外側固定部を回動させることができる。 In the fourth aspect, since the outer surface in the axial direction of the outer fixing portion is provided with the fitting hole, even if the surrounding space is narrow by fitting the projection of the tool into the fitting hole along the axial direction. The outer fixing portion can be easily rotated.
つまり、例えばナットをスパナのような工具で締め付ける場合は、外側固定部の径方向に工具を回転させるための大きな空間が必要であるが、本第4態様の様に、軸方向に嵌合穴を設けた場合には、軸方向に沿って工具を差し込んでねじ締めを行うことができる。よって、多数の固定機構(従って水素分離体)を近接して配置した場合でも、容易にねじ締めを行うことができるので、装置を一層コンパクトにすることができる。 That is, for example, when a nut is tightened with a tool such as a spanner, a large space for rotating the tool in the radial direction of the outer fixed portion is necessary. When the is provided, a tool can be inserted along the axial direction and screwed. Therefore, even when a large number of fixing mechanisms (and hence hydrogen separators) are arranged close to each other, the screws can be easily tightened, so that the apparatus can be made more compact.
(5)本発明では、第5態様として、前記外側固定部は、円筒形状を有することを特徴とする。
本第5態様では、外側固定部は円筒形状であるので、多数の固定機構(従って水素分離体)を近接して配置することができる。よって、装置を一層コンパクトにすることができる。
(5) In the present invention, as a fifth aspect, the outer fixing portion has a cylindrical shape.
In the fifth aspect, since the outer fixing portion has a cylindrical shape, a large number of fixing mechanisms (accordingly, hydrogen separators) can be arranged close to each other. Therefore, the apparatus can be made more compact.
以下、本発明の実施形態について説明する。
<壁部材の構成>
前記壁部材には、1又は複数の水素分離体がそれぞれ貫挿される1又は複数の貫通孔が設けられている。特に複数の水素分離体を取り付ける場合には、各水素分離体や各固定機構が干渉しないように、所定の間隔を保って貫通孔を形成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<Configuration of wall member>
The wall member is provided with one or more through holes through which one or more hydrogen separators are respectively inserted. In particular, when a plurality of hydrogen separators are attached, through holes are formed at predetermined intervals so that each hydrogen separator and each fixing mechanism do not interfere with each other.
壁部材の材料としては、SUS316、SUS316L等を採用できる。また、壁部材の厚みとしては、例えば2〜10mmの範囲を採用できる。
<固定機構の構成>
固定機構は、壁部材固定部と外側固定部とシール部材とを備えている。
As the material of the wall member, SUS316, SUS316L, or the like can be adopted. Moreover, as a thickness of a wall member, the range of 2-10 mm is employable, for example.
<Configuration of fixing mechanism>
The fixing mechanism includes a wall member fixing portion, an outer fixing portion, and a seal member.
このうち、壁部材固定部の材料としては、SUS316、SUS316L等を採用でき、外側固定部の材料としては、SUS316、SUS316L等を採用でき、シール部材としては、膨張黒鉛を採用できる。 Among these, SUS316, SUS316L, etc. can be adopted as the material of the wall member fixing portion, SUS316, SUS316L, etc. can be adopted as the material of the outer fixing portion, and expanded graphite can be adopted as the seal member.
また、押え部材を用いる場合には、その材料として、SUS316、SUS316L等を採用できる。
更に、外側固定部の嵌合穴の配置及び形状としては、嵌合穴に工具を嵌め込んで、外側固定部を回動させる各種の配置及び形状を採用できる。例えば外側固定部の軸中心に設けた六角穴や長穴、外側固定部の軸中心の周囲(例えば対称の位置)に設けた複数の嵌合穴(丸穴等)などを採用できる。
<水素分離体の構成>
前記水素分離体としては、水素分離金属層とそれを支持する支持体の構成を採用できる。
Moreover, when using a pressing member, SUS316, SUS316L, etc. are employable as the material.
Furthermore, as the arrangement and shape of the fitting hole of the outer fixing portion, various arrangements and shapes for inserting a tool into the fitting hole and rotating the outer fixing portion can be adopted. For example, a hexagonal hole or a long hole provided at the axial center of the outer fixing portion, or a plurality of fitting holes (such as a round hole) provided around the axial center of the outer fixing portion (for example, a symmetrical position) can be employed.
<Configuration of hydrogen separator>
As the hydrogen separator, a configuration of a hydrogen separation metal layer and a support that supports the metal layer can be adopted.
支持体の材料としては、セラミックスが挙げられ、支持体の構造としては、一部又は全体が多孔質セラミックスからなる構造を採用できる。
この多孔質セラミックスからなる部分(多孔質部)は、全体又は一部が水素を含むガスの透過が可能であり、その材料としては、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、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、及びこれらの混合物などが挙げられる。
As the material of the support, ceramics can be cited. As the structure of the support, a structure in which a part or the whole is made of porous ceramics can be adopted.
The part (porous part) made of this porous ceramic can permeate a gas containing hydrogen in whole or in part, and the materials thereof include yttria stabilized zirconia (YSZ), stabilized zirconia, alumina, magnesia. , Ceria, doped ceria, and mixtures thereof.
また、多孔質部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 portion. 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が挙げられ、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。 The material constituting the dense portion includes ceramics, and examples of the ceramics include yttria stabilized zirconia, stabilized zirconia, alumina, magnesia, ceria, doped ceria, and mixtures thereof.
一方、水素分離金属層を構成する水素分離金属(水素透過性金属)としては、Pd単体、Pd合金(例えばPdAg合金、PdCu合金、PdAu合金)等が挙げられる。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装置の場合には、PdAg合金が望ましい。 On the other hand, examples of the hydrogen separation metal (hydrogen permeable metal) constituting the hydrogen separation metal layer include Pd alone, Pd alloy (for example, PdAg alloy, PdCu alloy, PdAu alloy) and the like. From the viewpoint of suppressing hydrogen embrittlement, a PdAg alloy is preferable to Pd alone. Further, in the case of a hydrogen separator used at a high temperature (for example, 450 ° C. or higher), a PdAg alloy is desirable.
この水素分離金属層としては、支持体の表面に内部に水素分離金属を配置した構成を採用できる。例えば多孔質の支持体の細孔内に水素分離金属を充填することにより、水素分離金属層を形成することができる。
<水素分離装置の構成>
前記水素分離装置としては、(壁部材の一方の側の)反応器内に、1又は複数の水素分離体を配置し、(壁部材の他方の側の)回収容器内に、1又は複数の固定機構を設けたものを採用できる。
As this hydrogen separation metal layer, a configuration in which a hydrogen separation metal is disposed on the surface of the support can be employed. For example, a hydrogen separation metal layer can be formed by filling the pores of a porous support with a hydrogen separation metal.
<Configuration of hydrogen separator>
As the hydrogen separator, one or more hydrogen separators are disposed in a reactor (on one side of the wall member), and one or more hydrogen separators are disposed in a recovery vessel (on the other side of the wall member). A device provided with a fixing mechanism can be adopted.
前記反応器及び回収容器としては、例えばSUS316、SUS316L等からなる金属製の容器が挙げられる。 Examples of the reactor and the recovery container include metal containers made of SUS316, SUS316L, or the like.
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装置の実施例について説明する。
a)まず、本実施例の水素分離装置の概略構成について説明する。
Below, the Example of the hydrogen separator which selectively isolate | separates hydrogen from source gas is demonstrated.
a) First, the schematic configuration of the hydrogen separator according to this embodiment will be described.
図1に示す様に、本実施例の水素分離装置1は、原料ガス(例えば天然ガスが改質されて(水素の多い)水素リッチとされた改質ガス)から、水素を選択的に分離して、高純度の水素を得ることができる装置である。 As shown in FIG. 1, the hydrogen separator 1 of this embodiment selectively separates hydrogen from a raw material gas (for example, a reformed gas that has been natural gas reformed (hydrogen-rich) and hydrogen-rich). Thus, the apparatus can obtain high-purity hydrogen.
この水素分離装置1は、基本的な構成として、板状の壁部材3と、壁部材3の一方の側(同図下方)に設けられた箱状の反応器5と、壁部材3の他方の側(同図上方)に設けられた箱状の回収容器7と、原料ガスから水素を分離する試験管形状の水素分離体9と、水素分離体9を壁部材3に固定する固定機構11と、原料ガスを反応器5に供給する原料供給部13と、回収された水素ガスを排出する水素ガス排出部15とを備えている。以下、各構成について説明する。
The hydrogen separation apparatus 1 includes, as a basic configuration, a plate-
図2に示す様に、壁部材3は、例えばSUS316、SUS316L等からなる厚み5mmの長方形の板材であり、その主面側には、長手方向(同図の左右方向)に沿って、複数(ここでは4個)の水素分離体9の基端側(図2(b)の上方)が貫挿される円形の4個の貫通孔17が開けられている。
As shown in FIG. 2, the
前記反応器5は、例えばSUS316、SUS316L等からなる直方体形状の容器であり、その内部には、前記長手方向に沿って、4個の水素分離体9が一列に配置されている。つまり、水素分離体9の先端側の周囲を(気密して)覆うように反応器5が配置されている。なお、反応器5は、例えば溶接やろう付けによって、壁部材3に一体に接合されている。
The
前記回収容器7は、例えばSUS316、SUS316L等からなる直方体形状の容器であり、その内部には、前記長手方向に沿って、4箇所に固定機構11が配置されている。つまり、固定機構11の周囲を(気密して)覆うように回収容器7が配置されている。なお、回収容器7は、例えば溶接やろう付けによって、壁部材3に一体に接合されている。
The
前記水素分離体9は、図3に示す様に、その閉塞された先端側(同図上側)には、主として多孔質セラミックス(YSZ)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21が設けられ、その開放された基端側(同図下側)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ス(YSZ)からなる筒状の緻密部23が設けられている。以下、各構成について説明する。
As shown in FIG. 3, the
前記緻密部23は、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21よりも大きくされている。
前記水素分離部21は、その外周側から導入されたガスから、水素を選択的に分離して、水素分離部21の軸中心の中心孔25に供給する部材である。
The
The
この水素分離部21は、図4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部29と、多孔質部29の外側表面を覆う多孔質層31とから、一体に構成されている。なお、緻密部23と多孔質部29とからセラミックス支持体33(図3参照)が構成されている。
As shown in an enlarged view in FIG. 4, the
このうち、多孔質部29は、通気性を有するとともに多孔質層31を支持する役割を有する支持体である。この多孔質部29は、気孔率は例えば40%であり、ガス(水素)を透過可能な構造を有している。
Among these, the
また、前記多孔質層31は、多孔質セラミックス製の被覆層であり、ガスが透過可能な構造を有している。詳しくは、多孔質層31は、多孔質部29の外側表面を覆う第1多孔質層34と、第1多孔質層34の外側表面を覆う第2多孔質層35と、第2多孔質層35の外側表面を覆う多孔質保護層37とから、一体に構成されている。
The
なお、第1、第2多孔質層34、35は、同様な多孔質の構造を有しており、このセラミックス部分を内側多孔質層36と称する。
特に、第2多孔質層35の細孔の内部には、例えばPd等の水素透過性金属が充填されている。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。
The first and second
In particular, the pores of the second
つまり、第2多孔質層35の内部において、水素透過性金属が充填されて第1多孔質層34の外側の全体を層状に覆う部分が、水素分離金属層(水素透過膜)39である。
b)次に、本実施例の要部である固定機構11について説明する。
That is, the portion inside the second
b) Next, the fixing
図5(b)に示す様に、水素分離体9は、その基端側が壁部材3の貫通孔17に貫挿されており、この壁部材3を貫いて回収容器7内の突出する部分(突出部分)41にて、固定機構11によって壁部材3に固定されている。
As shown in FIG. 5 (b), the
なお、水素分離体9の基端側には緻密部23が設けられているので、緻密部23の一部が突出部分41となっている。
この固定機構11は、壁部材3の回収容器7側(同図上方)にて壁部材3と一体に設けられて、突出部分41の外周側を囲む筒状の壁部材固定部43と、壁部材固定部43に対して外側より螺合する筒状の外側固定部(締め付け金具)45とを備えるとともに、水素分離体9と壁部材固定部43との間に、(壁部材3側より)環状の第1シール部材47と、環状のガラス部材49と、環状の第2シール部材51と、環状の押え部材53とを備えている。
Since the
The fixing
このうち、前記壁部材固定部43は、SUS316、SUS316L等からなり、例えば溶接やろう付けによって、壁部材3に接合されている。つまり、この壁部材固定部43は、貫通孔17の回収容器7側の開口部55の周囲を取り囲むように設けられており、その外周面にはねじ部56が設けられている。
Among these, the said wall member fixing | fixed
前記外側固定部45は、SUS316、SUS316L等からなるキャップ状の部材であり、壁部材固定部43に螺合する筒状部57と円盤状の蓋部材59とからなる。この筒状部57の内周面には壁部材固定部43に螺合するねじ部61が設けられ、蓋部材59の軸中心には、(水素ガスが排出される)通気孔63が設けられている。
The outer fixing
更に、図5(a)に示す様に、蓋部材59の外表面には、軸中心を対称の軸として径方向にて対称な一対の嵌合穴65が設けられている。この嵌合穴65は、後述する固定工具67の一対の突起69(図6参照)をはめ込んで、外側固定部45をねじ締めするために用いられるものである。
Further, as shown in FIG. 5A, a pair of
また、前記第1シール部材47と第2シール部材51とは、膨張黒鉛からなるリングパッキンであり、ガラス部材49は、ホウケイ酸ガラス等からなり、押え部材53は、SUS316、SUS316L等からなる押えリングである。
The
c)次に、本実施例の水素分離装置1の製造方法について説明する。
図6に示す様に、まず、固定機構11によって水素分離体9を壁部材3に固定する。
具体的には、壁部材3の貫通孔17に、水素分離体9の基端側の緻密部23を挿入し、壁部材固定部43の貫通孔68内に緻密部23を配置する。
c) Next, a method for manufacturing the hydrogen separator 1 of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 6, first, the
Specifically, the
この状態で、緻密部23と壁部材固定部43との間の間隙70に、第1シール部材47、ガラス部材49、第2シール部材51、押え部材53を、順次嵌め込む。なお、このとき、押え部材53の上部は、壁部材固定部43の上端より突出している。
In this state, the
次に、壁部材固定部43に外側固定部45を嵌めてねじ込む。このねじ締めの際には、固定工具67の突起69を外側固定部45の嵌合穴65に嵌めて、固定工具67を回して締め付ける。
Next, the outer fixing
この締め付け動作によって、押え部材53が(蓋部材59によって)同図下方に押圧されるので、第1シール部材47、ガラス部材49、第2シール部材51も下方に押圧される。
By this tightening operation, the pressing
この押圧によって、(膨張黒鉛からなる)第1シール部材47及び第2シール部材51は径方向に広がって、水素分離体9の緻密部23が周囲から締め付けられるので、水素分離体9の固定とガスシールとが同時に行われる。
By this pressing, the
これによって、水素分離体9が壁部材3に固定される。
その後、壁部材3の一方の側(同図下方)に、反応器5を溶接等によって接合するとともに、壁部材3の他方の側(同図上方)に、回収容器7を溶接等によって接合し、水素分離装置1を完成する。
Thereby, the
Thereafter, the
従って、この様に構成された水素分離装置1においては、前記図1に示す様に、原料供給部13から(水素を含有する例えば改質ガス等の)原料ガスが反応器5内に供給されると、水素分離体9の水素分離金属層39にて原料ガスから水素が分離されて、中心孔25に排出され、更に、この水素は、水素分離体9の中心孔25から回収容器7内に排出され、水素ガス排出部15から外部に取り出される。
Therefore, in the hydrogen separator 1 configured as described above, as shown in FIG. 1, the raw material gas (for example, reformed gas containing hydrogen) is supplied into the
d)次に、本実施例の効果を説明する。
本実施例の水素分離装置1では、水素分離体9は、壁部材3の貫通孔17から突出した部分41にて、固定機構11によって壁部材3に固定されている。詳しくは、外側固定部45が壁部材固定部43に螺合されると、膨張黒鉛からなる第1、第2シール部材47、51が(押え部材53等を介して)押圧されるので、この第1、第2シール部材47、51が径方向に広がって、水素分離体9の突出部分41である緻密部23が締め付けられる。これにより、水素分離体9が壁部材3に固定される。
d) Next, the effect of the present embodiment will be described.
In the hydrogen separator 1 of the present embodiment, the
つまり、本実施例では、水素分離体9の基端側を壁部材3を貫いて配置し、その突出部分41を固定機構11で固定するので、水素分離装置1の一部である反応器5をコンパクトにでき、ひいては、装置全体をコンパクトにできる。しかも、従来に比べて、壁部材3の厚みを薄くできるとともに、壁部材3の構成を簡易化することができる。
That is, in this embodiment, the base end side of the
また、反応器5は圧力容器であり、これをコンパクトにすることにより、加熱のための熱量の削減ができ、しかも、容器の肉厚を薄くできるため、非常に経済的であるという顕著な効果を奏する。
In addition, the
さらに、水素分離体9の取り付けが容易になり、施工性が向上することにより、水素分離体9の損傷の可能性を低減できる。
また、本実施例では、外側固定部45の軸方向における外側の表面に嵌合穴65を備えているので、軸方向に沿って固定工具67の突起69を嵌合穴65に嵌めることにより、締め付けるための周囲の空間が狭い場合でも、容易に外側固定部45を回動させることができる。
Furthermore, the attachment of the
Further, in the present embodiment, since the
よって、多数の固定機構11(従って水素分離体9)を近接して配置した場合でも、容易にねじ締めを行うことができるので、水素分離体9を近接して配置でき、その点からも、水素分離装置1を一層コンパクトにすることができる。
Therefore, even when a large number of fixing mechanisms 11 (and hence the hydrogen separator 9) are arranged close to each other, screwing can be easily performed, so that the
例えば、図7に示す様に、多数の固定機構11(従って水素分離体9)を例えば二列にして近接して配置することができるので、水素分離装置1をコンパクトにすることができる。 For example, as shown in FIG. 7, since a large number of fixing mechanisms 11 (and hence the hydrogen separators 9) can be arranged close to each other in, for example, two rows, the hydrogen separator 1 can be made compact.
次に、実施例2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。
本実施例では、固定機構の外側固定部の形状が、前記実施例1とは異なる。
具体的には、図8(a)に示す様に、本実施例では、外側固定部81の蓋部材83の外表面の中心に、長孔形状の嵌合穴85が設けられている。なお、この嵌合穴85が通気孔を兼ねている。
Next, the second embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
In this embodiment, the shape of the outer fixing portion of the fixing mechanism is different from that of the first embodiment.
Specifically, as shown in FIG. 8A, in this embodiment, a long hole-shaped
この場合には、図8(b)に示す様に、長孔形状に対応する突起87を有する固定工具89を用いる。
本実施例でも、前記実施例1と同様な効果を奏する。
In this case, as shown in FIG. 8B, a fixing
This embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.
次に、実施例3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。
本実施例では、固定機構の外側固定部の形状が、前記実施例1とは異なる。
具体的には、図9(a)に示す様に、本実施例では、外側固定部91の蓋部材93の外表面の中心に、六角形状の嵌合穴95が設けられている。なお、この嵌合穴95が通気孔を兼ねている。
Next, the third embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
In this embodiment, the shape of the outer fixing portion of the fixing mechanism is different from that of the first embodiment.
Specifically, as shown in FIG. 9A, in this embodiment, a hexagonal
この場合には、周知の六角棒スパナ(図示せず)を用いて固定することができる。
本実施例でも、前記実施例1と同様な効果を奏する。
In this case, it can fix using a well-known hexagon stick spanner (not shown).
This embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.
次に、実施例4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。
本実施例では、固定機構の外側固定部の形状が、前記実施例1とは異なる。
具体的には、図9(b)に示す様に、本実施例では、外側固定部101の蓋部材103の外形形状が六角形状である。なお、蓋部材103の中心に通気孔105が設けてある。
Next, the fourth embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.
In this embodiment, the shape of the outer fixing portion of the fixing mechanism is different from that of the first embodiment.
Specifically, as shown in FIG. 9B, in this embodiment, the outer shape of the
この場合には、周知の(先端側に)六角形の孔が開けられたプラグレンチ(図示せず)を用いて固定することができる。
本実施例でも、前記実施例1と同様な効果を奏する。
In this case, it can be fixed by using a known plug wrench (not shown) having a hexagonal hole (on the tip side).
This embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.
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。
例えば、壁部材に対して反応器を溶接やろう付け等で封止した後で、固定機構によって水素分離体を締め付けて固定することができる。この場合には、溶接時のヒュームによって、水素分離体の水素分離金属層(水素透過膜)がダメージを受けることがない。また、ろう付け温度によって、水素分離金属層がダメージを受けることがない。
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.
For example, after sealing the reactor to the wall member by welding or brazing, the hydrogen separator can be clamped and fixed by a fixing mechanism. In this case, the hydrogen separation metal layer (hydrogen permeable membrane) of the hydrogen separator is not damaged by fumes during welding. Further, the hydrogen separation metal layer is not damaged by the brazing temperature.
1…水素分離装置
3…壁部材
5…反応器
9…水素分離体
11…固定機構
17、68…貫通孔
41…突出部分
43…壁部材固定部、
45、81、91、101…外側固定部、
47、51…シール部材(第1シール部材、第2シール部材)
53…押え部材
65、85、95…嵌合穴
67、89…固定工具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
45, 81, 91, 101 ... outer fixing part,
47, 51 ... Seal members (first seal member, second seal member)
53 ... Holding
Claims (5)
前記壁部材は、前記水素分離体の一端部が貫挿される貫通孔を有し、
前記水素分離体は、前記一端部が前記壁部材の貫通孔を貫通して該壁部材の外側に突出するとともに、固定機構によって前記壁部材に固定されており、
前記固定機構は、
前記壁部材の外側にて該壁部材と一体に設けられ、前記突出した部分の外周側を囲む筒状の壁部材固定部と、
該壁部材固定部に螺合する筒状の外側固定部と、
前記水素分離体の外周側に配置され、前記外側固定部により押圧されて前記水素分離体を締め付けて前記壁部材に固定するシール部材と、
を備えたことを特徴とする水素分離装置。 A hydrogen separator in which a cylindrical hydrogen separator that allows only hydrogen to pass through is accommodated in a reactor, and one end portion in the axial direction of the hydrogen separator is fixed to a wall member constituting the wall surface of the reactor In
The wall member has a through hole into which one end of the hydrogen separator is inserted,
The one end of the hydrogen separator passes through the through hole of the wall member and protrudes to the outside of the wall member, and is fixed to the wall member by a fixing mechanism.
The fixing mechanism is
A cylindrical wall member fixing portion provided integrally with the wall member on the outside of the wall member and surrounding an outer peripheral side of the protruding portion;
A cylindrical outer fixing portion screwed into the wall member fixing portion;
A seal member disposed on the outer peripheral side of the hydrogen separator and pressed by the outer fixing portion to clamp the hydrogen separator and fix it to the wall member;
A hydrogen separator characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2012-12-05 JP JP2012266347A patent/JP2014111239A/en active Pending
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