JP2014184381A - Hydrogen separation body - Google Patents

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昌弘 梶谷
Yasuhiro Takagi
保宏 高木
Koya Izeki
孝弥 井関
Takao Kume
高生 久米
Yoichi Ikeda
陽一 池田
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Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen separation body in which a gas leakage can be reduced.SOLUTION: A hydrogen separation body (1) comprises: a ceramic porous support (5) through which a gas can pass; a ceramic dense layer (11) having an airtightness which is formed on a part of a surface of the porous support (5); a ceramic porous layer (13) which covers an area, which is not covered by the dense layer (11), of the surface of the porous layer (5) and a part of the dense layer (11) and through which the gas can pass; and a hydrogen separation layer (15) which has a hydrogen separation metal which can selectively transmit only hydrogen from gaseous matter containing hydrogen, covers the porous layer (13) and of which an end is jointed to the dense layer (11). Further, the hydrogen separation layer (15) is a mixed layer containing a ceramic and the hydrogen separation metal, the interface of the end contacting the dense layer (11) is configured from a ceramic porous base (19) and the hydrogen separation metal filled in a pore (21) of the porous base (19).

Description

本発明は、水素含有ガス等の被分離ガス(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 a gas to be separated (source gas) such as a hydrogen-containing 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、例えば有底円筒状のセラミック多孔質体の表面などに、パラジウム(Pd)やPd合金等の水素のみを透過させる水素透過性金属(以下水素分離金属と記す)からなる水素透過膜(以下水素分離層と記す)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. This hydrogen separator is, for example, hydrogen made of a hydrogen permeable metal (hereinafter referred to as a hydrogen separation metal) that allows only hydrogen such as palladium (Pd) or Pd alloy to permeate on the surface of a bottomed cylindrical ceramic porous body. A permeable membrane (hereinafter referred to as a hydrogen separation layer) is formed.

この種の水素分離体は、その開放端(基端側)に金属継手等の金属部材が取り付けられ、金属部材を介してステンレス等の金属容器に収容されている。つまり、水素分離体に金属部材が取り付けられ、この金属部材によって水素分離体が金属容器に固定されて水素分離モジュールが構成されている。   A metal member such as a metal joint is attached to the open end (base end side) of this type of hydrogen separator, and is accommodated in a metal container such as stainless steel via the metal member. That is, a metal member is attached to the hydrogen separator, and the hydrogen separator is fixed to the metal container by the metal member to constitute a hydrogen separation module.

また、近年では、上述した水素分離体として、図11に例示するように、セラミックス製の多孔質支持体P1の表面に、気密性を有するセラミックス製の緻密層P2を設けるとともに、多孔質支持体P1の緻密層P2の形成されていない箇所に、(一部が緻密層P2に重なるようにして)セラミックス製の多孔質層P3を形成し、更に、その多孔質層P3を覆うように、めっきによって、水素分離金属からなる金属膜である水素分離膜P4を形成したものが開示されている(特許文献1参照)。   In recent years, as the hydrogen separator described above, as shown in FIG. 11, a ceramic-made dense layer P2 having airtightness is provided on the surface of a ceramic-made porous support P1, and the porous support is provided. A porous layer P3 made of ceramics is formed at a location where the dense layer P2 of P1 is not formed (partly overlapping the dense layer P2), and further plated so as to cover the porous layer P3. Discloses a hydrogen separation membrane P4 that is a metal membrane made of a hydrogen separation metal (see Patent Document 1).

特開2007−269600号公報JP 2007-269600 A

しかしながら、上述した従来技術では、緻密層P2と水素分離膜P4との接合に関しては、異種材料からなる緻密層P2と水素分離膜P4とが直接に接触した界面にて接合するので、耐久性や起動停止などの繰り返し運転に対して有効とは言い難いという問題があった。   However, in the above-described conventional technology, the dense layer P2 and the hydrogen separation membrane P4 are joined at the interface where the dense layer P2 and the hydrogen separation membrane P4 made of different materials are in direct contact with each other. There is a problem that it is difficult to say that it is effective for repeated operations such as start and stop.

つまり、セラミックスからなる緻密層P2と(PdやPd合金の)金属層である水素分離膜P4とは、熱膨張係数が大きく異なり、しかも、緻密層P2と水素分離膜P4とは、その界面においては、単に密着しているだけの接合状態であるので、水素分離体を(温度の変化を伴って)繰り返して使用しているうちに、緻密層P2と水素分離膜P4との接合性が低下することがあった。その結果、気密性が低下して、緻密層P2と水素分離膜P4との間からガスリークが発生するという問題があった。   That is, the dense layer P2 made of ceramics and the hydrogen separation membrane P4 which is a metal layer (of Pd or Pd alloy) are greatly different in thermal expansion coefficient, and the dense layer P2 and the hydrogen separation membrane P4 are at the interface. Since the bonding state is simply in close contact, the bonding property between the dense layer P2 and the hydrogen separation membrane P4 is reduced while the hydrogen separator is repeatedly used (with a change in temperature). There was something to do. As a result, there is a problem in that the gas tightness is lowered and gas leakage occurs between the dense layer P2 and the hydrogen separation membrane P4.

加えて、緻密層P2上に形成された多孔質層P3の厚みや緻密層P2と多孔質層P3とが軸方向に重なる幅に制約があった。例えば、緻密層P2上に形成される多孔質層P3の厚みは5μm以上となると、多孔質層P3と水素分離膜P4との密着性が悪くなる。また、多孔質層P3と緻密層P2とが軸方向に重なる幅が5mm以上となると、水素分離膜P4を例えばめっき等により形成する際に、緻密層P2上に形成された多孔質層P3の細孔内への液の浸透性が悪く、欠陥のない膜を形成するのが困難となる。   In addition, the thickness of the porous layer P3 formed on the dense layer P2 and the width in which the dense layer P2 and the porous layer P3 overlap in the axial direction are limited. For example, when the thickness of the porous layer P3 formed on the dense layer P2 is 5 μm or more, the adhesion between the porous layer P3 and the hydrogen separation membrane P4 is deteriorated. Further, when the width in which the porous layer P3 and the dense layer P2 overlap in the axial direction becomes 5 mm or more, the porous layer P3 formed on the dense layer P2 is formed when the hydrogen separation membrane P4 is formed by plating or the like. The permeability of the liquid into the pores is poor, and it becomes difficult to form a film without defects.

そして、このように界面からガスがリークすると、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、水素分離体におけるガスリークを低減できる水素分離体を提供することにある。
And, when the gas leaks from the interface in this way, 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 thereof is to provide a hydrogen separator that can reduce gas leakage in the hydrogen separator.

(1)本発明は、第1態様として、ガスの通過が可能なセラミック製の多孔質支持体と、前記多孔質支持体の表面の一部に形成され、気密性を有するセラミック製の緻密層と、前記多孔質支持体の表面のうち前記緻密層に覆われていない領域と前記緻密層の一部とを覆うとともに、前記ガスの通過が可能なセラミック製の多孔質層と、水素を含む気体のうち水素のみを選択して透過させる水素分離金属を有し、前記多孔質層を覆うとともに、自身の端部が前記緻密層に接合された水素分離層と、を備えた水素分離体において、前記水素分離層は、セラミックと前記水素分離金属とを含む混合層であり、前記緻密層に接する前記端部の界面は、前記セラミックからなる多孔質基体と、該多孔質基体の細孔に充填された前記水素分離金属と、からなることを特徴とする。   (1) The present invention provides, as a first aspect, a ceramic porous support capable of passing gas, and a ceramic dense layer formed on a part of the surface of the porous support and having airtightness. A porous layer made of ceramic that covers a region of the surface of the porous support that is not covered with the dense layer and a part of the dense layer, and that allows the gas to pass therethrough, and hydrogen. In a hydrogen separator comprising a hydrogen separation metal that selectively permeates hydrogen from a gas, covers the porous layer, and has a hydrogen separation layer whose end is joined to the dense layer. The hydrogen separation layer is a mixed layer containing a ceramic and the hydrogen separation metal, and the interface between the end portions in contact with the dense layer is formed between the porous substrate made of the ceramic and the pores of the porous substrate. Filled with said hydrogen separating metal, And wherein the Rukoto.

本第1態様では、水素分離層は、セラミックと水素分離金属とを含む混合層であり、しかも、緻密層に接する端部の界面(水素分離層側の界面を構成する端面部分)は、セラミックからなる多孔質基体と多孔質基体の細孔に充填された水素分離金属とから構成されている。   In the first aspect, the hydrogen separation layer is a mixed layer containing a ceramic and a hydrogen separation metal, and the end interface in contact with the dense layer (the end surface portion constituting the interface on the hydrogen separation layer side) is ceramic. And a hydrogen separation metal filled in pores of the porous substrate.

つまり、水素分離層側の界面は、多孔質基体の細孔に水素分離金属が充填された緻密な構造であるので、緻密層と水素分離層とは隙間無く強固に接合されており、よって、その界面におけるガスリークを低減できるという顕著な効果を奏する。これにより、分離される水素の純度を(例えば99.99%以上に)高めることができる。   That is, the interface on the hydrogen separation layer side is a dense structure in which the pores of the porous substrate are filled with the hydrogen separation metal, so the dense layer and the hydrogen separation layer are firmly bonded without any gaps. There is a remarkable effect that gas leakage at the interface can be reduced. Thereby, the purity of hydrogen to be separated can be increased (for example, to 99.99% or more).

特に、原料ガスから水素を分離する場合には、水素分離体の外側と内側とで(原料ガス側の圧力が高くなるように)差圧を設けるので、ガスリークが発生し易いが、本第1態様の水素分離体を用いることにより、好適にガスリークを防止できる。   In particular, when hydrogen is separated from the raw material gas, since a differential pressure is provided between the outer side and the inner side of the hydrogen separator (so that the pressure on the raw material gas side becomes higher), gas leakage is likely to occur. By using the hydrogen separator of the aspect, gas leak can be suitably prevented.

(2)本発明は、第2態様として、前記水素分離層は、その全体が、前記セラミックからなる多孔質基体と、該多孔質基体の細孔に充填された前記水素分離金属と、から構成されていることを特徴とする。   (2) In the present invention, as a second aspect, the hydrogen separation layer is composed entirely of a porous substrate made of the ceramic and the hydrogen separation metal filled in the pores of the porous substrate. It is characterized by being.

本第2態様では、水素分離層は、(前記界面だけでなく)その全体が多孔質基体の細孔に水素分離金属が充填された構造である。
よって、水素分離層は、水素以外のガスの透過を阻止して、水素のみを好適に透過させることができる。
In the second embodiment, the entire hydrogen separation layer (not only the interface) has a structure in which the pores of the porous substrate are filled with the hydrogen separation metal.
Therefore, the hydrogen separation layer can prevent only the gas other than hydrogen from passing therethrough and allow only hydrogen to pass therethrough.

(3)本発明は、第3態様は、前記水素分離層の表面を覆うとともに、自身の端部が前記緻密層に接合された構成を有し、前記水素の通過が可能で前記水素分離体を保護する保護層を備えたことを特徴とする。   (3) In the third aspect of the present invention, the third aspect covers the surface of the hydrogen separation layer and has a structure in which an end portion of the hydrogen separation layer is joined to the dense layer so that the hydrogen can pass therethrough. It is characterized by having a protective layer for protecting.

本第3態様では、水素分離層の表面に保護層(例えば多孔質の保護層)を備えているので、被毒物質(例えば収納容器の鉄等)が水素分離層(詳しくは水素分離金属)に付着し反応して、水素純度を低下させることを防止できる。   In the third aspect, since a protective layer (for example, a porous protective layer) is provided on the surface of the hydrogen separation layer, the poisoning substance (for example, iron in the storage container) is a hydrogen separation layer (specifically, a hydrogen separation metal). It is possible to prevent the hydrogen purity from being reduced by adhering to and reacting with.

(4)本発明は、第4態様として、前記緻密層の表面のうち前記水素分離層とは離れた位置に、気密性を有するシール層が密着して配置されるとともに、該シール層を挟んで、金属部材が密着して配置されていることを特徴とする。   (4) As a fourth aspect of the present invention, an airtight seal layer is disposed in close contact with the surface of the dense layer at a position away from the hydrogen separation layer, and the seal layer is sandwiched between the seal layers. Thus, the metal members are arranged in close contact with each other.

本第4態様では、シール層は、水素分離層(詳しくは水素分離金属)と接触しないように離れて配置されている。従って、シール層の材料として、水素分離金属と反応するような各種の材料を使用できる。   In the fourth aspect, the seal layer is disposed so as not to contact the hydrogen separation layer (specifically, the hydrogen separation metal). Therefore, various materials that react with the hydrogen separation metal can be used as the material of the seal layer.

なお、上述した各請求項の水素分離体を製造する場合には、下記の製造方法を採用できる。
多孔質支持体上に、緻密層を形成する第1工程と、緻密層の一部及び緻密層が形成されていない多孔質支持体上に、多孔質層を形成する第2工程と、緻密層の一部と多孔質層との表面を覆うように、多孔質の第1層を形成する第3工程と、第1層に、メッキを行う際の核となる材料を付着させる第4工程と、核を付着させた第1層の上に多孔質の第2層を形成して積層部を構成する第5工程と、積層部に対して、メッキを行って、第1層の細孔内に水素分離金属を生成させて充填する第6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 addition, when manufacturing the hydrogen separator of each claim mentioned above, the following manufacturing method is employable.
A first step of forming a dense layer on the porous support, a second step of forming a porous layer on a porous support on which a part of the dense layer and the dense layer are not formed, and the dense layer A third step of forming a porous first layer so as to cover the surface of a part of the porous layer and the porous layer; and a fourth step of attaching a material serving as a nucleus in plating to the first layer; A fifth step of forming a porous second layer on the first layer to which the nucleus is attached to form a laminated portion, and plating the laminated portion to form pores in the first layer. And a sixth step of generating and filling the hydrogen separation metal with a method for producing a hydrogen separator.

実施例1の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 of Example 1 along an axial direction. 実施例1の水素分離体を軸方向に沿って破断し、その一部(図1のA部)を拡大して模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which fractures | ruptures the hydrogen separator of Example 1 along an axial direction, expands the part (A part of FIG. 1), and shows typically. 実施例1の水素分離体を軸方向に沿って破断し、その一部(図2のB部)を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 the hydrogen separator of Example 1 along an axial direction, and further expands the part (B section of FIG. 2) further, and shows 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における水素分離装置を軸方向に沿って破断し、水素分離体の基端側を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 the hydrogen separation apparatus in Example 1 along an axial direction, and expands the base end side of a hydrogen separator further, and shows typically. 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 1. FIG. 比較例における水素分離装置を軸方向に沿って破断し、水素分離体の基端側を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 the hydrogen separator in a comparative example along an axial direction, and expands the base end side of a hydrogen separator further, and shows typically. (a)は変形例1における水素分離装置を軸方向に沿って破断し、模式的に示す説明図、(b)は変形例2における水素分離装置を軸方向に沿って破断し、模式的に示す説明図である。(A) is an explanatory view schematically showing the hydrogen separator in Modification 1 along the axial direction, and (b) is an illustration schematically showing the hydrogen separator in Modification 2 along the axial direction. It is explanatory drawing shown. 従来技術の説明図である。It is explanatory drawing of a prior art.

以下、本発明の実施形態について説明する。
・多孔質支持体の材料としては、例えばセラミックスが用いられる。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、ドープドセリアのうち、少なくとも1種が挙げられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
-As a material of a porous support body, ceramics are used, for example. Examples of the ceramic include at least one of yttria stabilized zirconia, stabilized zirconia, alumina, magnesia, ceria, and doped ceria.

・緻密層は、気密性を有している。ここで、気密性としては、ガスの透過がない気密性が挙げられるが、少なくとも、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。   -The dense layer has airtightness. Here, examples of the airtightness include airtightness without gas permeation, but it is sufficient that at least the permeation of the raw material gas from which hydrogen is separated can be prevented, for example, a denseness with a relative density of 70% or more.

この緻密層の材料としては、例えばセラミックスが用いられる。このセラミックスとしては、前記支持体と同様に、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、ドープドセリアのうち、少なくとも1種が挙げられる。   As the material of this dense layer, for example, ceramics are used. As this ceramic, at least one of yttria-stabilized zirconia, stabilized zirconia, alumina, magnesia, ceria, and doped ceria can be used in the same manner as the support.

・水素分離層を構成する材料としては、多孔質基体と水素分離金属が挙げられる。
このうち、多孔質基体の材料としては、例えばセラミックスが用いられる。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、ドープドセリアのうち、少なくとも1種が挙げられる。
-As a material which comprises a hydrogen separation layer, a porous base | substrate and a hydrogen separation metal are mentioned.
Among these, as the material of the porous substrate, for example, ceramics is used. Examples of the ceramic include at least one of yttria stabilized zirconia, stabilized zirconia, alumina, magnesia, ceria, and doped ceria.

一方、水素分離金属としては、Pd、PdCu合金、PdAg合金、PdAu合金が挙げられる。詳しくは、Pd、Cu、Ag、Au、PdCu合金、PdAg合金、PdAu合金が挙げられる。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。   On the other hand, examples of the hydrogen separation metal include Pd, PdCu alloy, PdAg alloy, and PdAu alloy. Specifically, Pd, Cu, Ag, Au, PdCu alloy, PdAg alloy, and PdAu alloy can be used. Cu, Ag, and Au are not used alone, but are alloys for use in alloying with Pd having hydrogen permeability.

・多孔質基体の細孔としては、例えば平均細孔径が100nm〜1μmの範囲を採用できる。また、細孔における水素分離金属の充填の程度((細孔中の水素分離金属の体積/細孔の体積)×100)は、95体積%以上であると、水素以外のガスの透過を阻止し、水素のみを透過させることができるので好適である。   -As a pore of a porous substrate, the range whose average pore diameter is 100 nm-1 micrometer is employable, for example. Further, when the degree of filling of the hydrogen separation metal in the pores ((volume of hydrogen separation metal in the pores / volume of the pores) × 100) is 95% by volume or more, the permeation of gases other than hydrogen is prevented. However, it is preferable because only hydrogen can permeate.

・保護層としては、原料ガスや水素ガスの透過が可能な多孔質のセラミック層が挙げられ、このセラミック層の材料としては、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、ドープドセリアのうち少なくとも1種が挙げられる。   -As the protective layer, a porous ceramic layer capable of permeating raw material gas and hydrogen gas can be cited. The material of this ceramic layer is yttria stabilized zirconia, stabilized zirconia, alumina, magnesia, ceria, doped ceria. Among them, at least one is mentioned.

・金属部材の材料としては、ステンレスが挙げられる。
以下、本発明の実施例について説明する。
-As a material of a metal member, stainless steel is mentioned.
Examples of the present invention will be described below.

ここでは、原料ガスから水素を選択的に分離する水素分離体の実施例について説明する。
a)まず、本実施例の水素分離体の構成について説明する。
Here, an example of a hydrogen separator that selectively separates hydrogen from a source gas will be described.
a) First, the configuration of the hydrogen separator of this example will be described.

図1に示すように、本実施例の水素分離体1は、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する試験管形状の部材であり、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、その軸中心に中心孔3を有している。   As shown in FIG. 1, the hydrogen separator 1 of this embodiment is a test tube-shaped member that selectively separates hydrogen from a raw material gas (for example, a reformed gas produced by bringing natural gas and water vapor into contact with a catalyst). The distal end side (upper side in the figure) is closed, the proximal end side (lower side in the figure) is opened, and the center hole 3 is provided at the axial center.

この水素分離体1は、基本的な構成として、試験管形状の多孔質支持体5を備えており、この多孔質支持体5の外側表面に、後述する層状の表面構造7が設けられている。なお、水素分離体1の寸法は、例えば長さ300mm×内径6mm×外径10mmである。   The hydrogen separator 1 includes a test tube-shaped porous support 5 as a basic configuration, and a layered surface structure 7 described later is provided on the outer surface of the porous support 5. . The dimensions of the hydrogen separator 1 are, for example, length 300 mm × inner diameter 6 mm × outer diameter 10 mm.

このうち、多孔質支持体5は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)からなり、通気性を有する多孔質セラミックス製の支持体である。この多孔質支持体5の気孔率は例えば40%であり、原料ガスを透過可能な構造を有している。   Of these, the porous support 5 is made of yttria-stabilized zirconia (YSZ), and is a support made of porous ceramics having air permeability. The porosity of the porous support 5 is, for example, 40%, and has a structure that can transmit the source gas.

一方、表面構造7としては、図2に要部(図1のA部)を拡大して示すように、緻密層11と、多孔質層13と、水素分離層15と、保護層17とを備えている。以下、各構成について説明する。   On the other hand, the surface structure 7 includes a dense layer 11, a porous layer 13, a hydrogen separation layer 15, and a protective layer 17, as shown in FIG. I have. Each configuration will be described below.

前記緻密層11は、多孔質支持体5の開口端側(基端側:図2左側)において、多孔質支持体5に密着してその外側(外周側:図2の上方)の表面を覆うように、筒状に形成されている。なお、緻密層11の厚みは例えば20μm、幅(軸方向長さ:図2の左右方向の長さ)は例えば20mmである。   The dense layer 11 is in close contact with the porous support 5 on the open end side (base end side: left side in FIG. 2) of the porous support 5 and covers the outer surface (outer periphery side: upper side in FIG. 2). Thus, it is formed in a cylindrical shape. The dense layer 11 has a thickness of, for example, 20 μm, and a width (length in the axial direction: the length in the left-right direction in FIG. 2) is, for example, 20 mm.

なお、この緻密層11は、YSZからなり、通気性が無い(即ち気密性を有する)。
前記多孔質層13は、多孔質セラミックからなり、多孔質支持体5の外周面の露出する部分(即ち緻密層11で覆われない部分)の全体を覆うように、その露出部分に密着するように形成されている。また、この多孔質層13の基端側は、緻密層11の先端側(図2右側)の外周面に接合し、その外周面の一部を覆っている。つまり、緻密層11の先端側が外部に露出しないように、先端側の全周にわたって多孔質層13で覆われている。
The dense layer 11 is made of YSZ and has no air permeability (that is, has air tightness).
The porous layer 13 is made of porous ceramic and is in close contact with the exposed portion so as to cover the entire exposed portion of the outer peripheral surface of the porous support 5 (that is, the portion not covered with the dense layer 11). Is formed. Further, the base end side of the porous layer 13 is joined to the outer peripheral surface of the dense layer 11 on the front end side (right side in FIG. 2) and covers a part of the outer peripheral surface. That is, the entire periphery of the dense layer 11 is covered with the porous layer 13 so that the distal end side of the dense layer 11 is not exposed to the outside.

なお、この多孔質層13は、YSZからなり、通気性を有する多孔質セラミックス製の被覆層であり、その気孔率は例えば50%で、原料ガスを透過可能な構造を有している。
前記水素分離層15は、多孔質層13の外側の全表面を覆うように、多孔質層13に密着して形成されている。また、この水素分離層15の基端側は、緻密層11の先端側の外周面に密着するように形成されている。
The porous layer 13 is made of YSZ and is a porous ceramic coating layer having a gas permeability. The porosity of the porous layer 13 is, for example, 50%, and has a structure capable of transmitting a raw material gas.
The hydrogen separation layer 15 is formed in close contact with the porous layer 13 so as to cover the entire outer surface of the porous layer 13. Further, the base end side of the hydrogen separation layer 15 is formed so as to be in close contact with the outer peripheral surface on the tip end side of the dense layer 11.

この水素分離層15は、図3に(図2のB部を)拡大して示す様に、YSZからなる多孔質基体19の細孔21内に、水素透過性金属(本実施例ではPdAg合金)である水素分離金属が充填されたものである。この水素分離金属は、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 shown in an enlarged view of FIG. 3 (part B in FIG. 2), the hydrogen separation layer 15 is formed of a hydrogen permeable metal (in this embodiment, a PdAg alloy) in the pores 21 of the porous substrate 19 made of YSZ. ) Which is filled with a hydrogen separation metal. This hydrogen separation 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、水素分離層15は、セラミックと水素分離金属とを含む混合層であり、セラミックからなる多孔質基体19とその細孔21内に充填された水素分離金属とから構成されている。   That is, the hydrogen separation layer 15 is a mixed layer containing a ceramic and a hydrogen separation metal, and is composed of a porous substrate 19 made of ceramic and a hydrogen separation metal filled in the pores 21.

従って、水素分離層15と緻密層11とが接する部分(界面)においては、水素分離層15側の界面を含む端部は、多孔質基体19とその細孔21内に充填された水素分離金属とから構成されている(即ち多孔質基体19及び水素分離金属のみから構成されている)。なお、水素分離金属が細孔21内に充填されている割合は、例えば95体積%以上である。   Therefore, at the portion (interface) where the hydrogen separation layer 15 and the dense layer 11 are in contact with each other, the end including the interface on the hydrogen separation layer 15 side is the hydrogen separation metal filled in the porous substrate 19 and its pores 21. (That is, composed only of the porous substrate 19 and the hydrogen separation metal). In addition, the ratio with which the hydrogen separation metal is filled in the pores 21 is, for example, 95% by volume or more.

なお、以下では、水素分離層15の細孔21内に充填された水素分離金属からなる部分を水素分離金属部16と称する。
また、前記図2に示す様に、多孔質層13と緻密層11とが重なり合う範囲(幅:軸方向長さ)A1は、例えば1〜5mmである。また、緻密層11と水素分離層15との間の平行となっている領域の厚み(径方向長さ)A2は、例えば0.1〜10μmである。更に、水素分離層15が緻密層11と接する幅(軸方向長さ)A3は、約1〜10μmである。なお、これらの寸法A1〜A3は、周方向において、位置によって若干異なっているので、その平均値で示してある。なお、A1〜A3の寸法は、上記に限定されず、緻密層11と水素分離層15とが強固に密着した構造であり、高い気密性を有する。
Hereinafter, a portion made of a hydrogen separation metal filled in the pores 21 of the hydrogen separation layer 15 is referred to as a hydrogen separation metal portion 16.
In addition, as shown in FIG. 2, the range (width: axial length) A1 in which the porous layer 13 and the dense layer 11 overlap is, for example, 1 to 5 mm. In addition, the thickness (radial length) A2 of the parallel region between the dense layer 11 and the hydrogen separation layer 15 is, for example, 0.1 to 10 μm. Furthermore, the width A3 (length in the axial direction) at which the hydrogen separation layer 15 is in contact with the dense layer 11 is about 1 to 10 μm. Since these dimensions A1 to A3 are slightly different depending on the positions in the circumferential direction, the average values are shown. In addition, the dimension of A1-A3 is not limited above, It is the structure where the dense layer 11 and the hydrogen separation layer 15 adhered firmly, and has high airtightness.

前記保護層17は、多孔質セラミックからなり、水素分離層15の外側の全表面を覆うように、水素分離層15に密着して形成されている。つまり、保護層17は、水素分離層15の表面と一体となって該表面を覆っている。また、保護層17の基端側は、緻密層11の先端側の外周面に密着して接合するように形成されている。   The protective layer 17 is made of a porous ceramic and is formed in close contact with the hydrogen separation layer 15 so as to cover the entire outer surface of the hydrogen separation layer 15. That is, the protective layer 17 is integrated with the surface of the hydrogen separation layer 15 and covers the surface. Further, the proximal end side of the protective layer 17 is formed so as to be in close contact with and bonded to the outer peripheral surface on the distal end side of the dense layer 11.

この保護層17は、YSZからなる多孔質の被覆層であり、水素分離層15の外側に広がっているので、外部から水素分離層15を損なうような汚染物質(例えばFe)が、水素分離層15に付着することを防止している。   Since this protective layer 17 is a porous coating layer made of YSZ and spreads outside the hydrogen separation layer 15, contaminants (for example, Fe) that damage the hydrogen separation layer 15 from the outside are removed from the hydrogen separation layer. 15 is prevented.

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。
この水素分離装置としては、例えば特開2012−7727号公報に記載の装置を採用できる。
b) Next, a hydrogen separator equipped with the hydrogen separator 1 will be briefly described.
As this hydrogen separator, for example, an apparatus described in JP 2012-7727 A can be employed.

具体的には、図4に示す様に、水素分離装置31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33と、水素分離体1の外周面と取付金具33の内周面との間に配置された円筒形の(ガスシールを行う)シール層35と、水素分離体1に外嵌されてシール層35の先端側を押圧する円筒形の押圧金具37と、押圧金具37に外嵌されて取付金具33に螺合する筒状の固定金具39とを備えている。なお、図4では、表面構造7は省略してある。   Specifically, as shown in FIG. 4, the hydrogen separator 31 includes a hydrogen separator 1, a cylindrical mounting bracket 33 into which the open end side of the hydrogen separator 1 is inserted, and an outer peripheral surface of the hydrogen separator 1. And a cylindrical sealing layer 35 (for performing gas sealing) disposed between the inner peripheral surface of the mounting bracket 33 and a cylindrical sealing member that is fitted on the hydrogen separator 1 and presses the distal end side of the sealing layer 35. A pressing metal fitting 37 and a cylindrical fixing metal fitting 39 that is externally fitted to the pressing metal fitting 37 and screwed into the mounting metal fitting 33 are provided. In FIG. 4, the surface structure 7 is omitted.

前記取付金具33は、先端側筒状部41と鍔部43等を備えており、軸中心には、ガスの流路となる貫通孔(中空部)45が形成され、中空部45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39は、押圧板47と筒状部49とを備えている。前記押圧金具37は、取付金具33と水素分離体1との間の空間50内にて、シール層35と隣接して配置されている。   The mounting bracket 33 includes a distal end side tubular portion 41, a flange portion 43, and the like, and a through hole (hollow portion) 45 serving as a gas flow path is formed at the center of the shaft. The base end side end of the hydrogen separator 1 is accommodated. The fixing bracket 39 includes a pressing plate 47 and a cylindrical portion 49. The pressing metal 37 is disposed adjacent to the seal layer 35 in the space 50 between the mounting metal 33 and the hydrogen separator 1.

前記シール層35は、リング状の膨張黒鉛からなる第1シール部材35a及び第2シール部材35bと、両シール部材35a、35bの間に配置されたリング状のガラスからなる第3シール部材35cとからなる。   The seal layer 35 includes a first seal member 35a and a second seal member 35b made of ring-shaped expanded graphite, and a third seal member 35c made of ring-shaped glass disposed between the seal members 35a and 35b. Consists of.

詳しくは、第1、第2シール部材35a、35bは、膨張黒鉛からなる耐熱性のガスケットであり、この膨張黒鉛の熱膨張係数は、およそ1〜25×10-6/℃である。この第1、第2シール部材35a、35bは、押圧金具37によって圧縮された状態で配置されているので、この空間50における原料ガスの漏出を防止している。 Specifically, the first and second seal members 35a and 35b are heat-resistant gaskets made of expanded graphite, and the thermal expansion coefficient of the expanded graphite is approximately 1 to 25 × 10 −6 / ° C. Since the first and second seal members 35a and 35b are arranged in a compressed state by the pressing fitting 37, the leakage of the raw material gas in the space 50 is prevented.

また、第3シール部材35cは、例えばホウ珪酸ガラス(B23−SiO2−R2O)からなり、その軟化点は570℃であり、その熱膨張係数は、10.4×10-6/℃である。このガラスリングは、水素分離装置31が使用される温度の環境、例えば600℃によって軟化して周囲に密着し、前記第1、第2シール部材35a、35bとともに、水素分離体1の外周面と取付金具33(詳しくは先端側筒状部41)の内周面との間をガスシールするものである。 The third seal member 35c is made of, for example, borosilicate glass (B 2 O 3 —SiO 2 —R 2 O), has a softening point of 570 ° C., and has a thermal expansion coefficient of 10.4 × 10 −. 6 / ° C. This glass ring is softened by the environment of the temperature at which the hydrogen separator 31 is used, for example, 600 ° C. and is closely adhered to the surroundings, and the first and second seal members 35a and 35b and the outer peripheral surface of the hydrogen separator 1 A gas seal is provided between the mounting bracket 33 (specifically, the distal end side tubular portion 41) and the inner peripheral surface thereof.

ここでは、取付金具33、押圧金具37、固定金具39によって、金属継手51が構成されており、水素分離体1(従って水素分離装置31)は、この金属継手51によって、ステンレス製の金属容器53に固定されて収容されている。なお、金属容器53に収容された水素分離装置31によって、水素分離モジュール55が構成されている。   Here, the metal fitting 51 is constituted by the mounting fitting 33, the pressing fitting 37, and the fixing fitting 39, and the hydrogen separator 1 (and hence the hydrogen separator 31) is made of a stainless metal container 53 by the metal fitting 51. It is fixed and accommodated. The hydrogen separation module 55 is configured by the hydrogen separation device 31 housed in the metal container 53.

更に、本実施例では、図5に要部を拡大し模式的に示すように、第1〜第3シール部材35a〜35cからなるシール層35は、緻密層11の表面に配置されているが、水素分離層15や保護層17とは接触しないように分離して配置されている。   Further, in this embodiment, as shown schematically in an enlarged view of the main part in FIG. 5, the seal layer 35 composed of the first to third seal members 35 a to 35 c is disposed on the surface of the dense layer 11. The hydrogen separation layer 15 and the protective layer 17 are arranged separately so as not to come into contact with each other.

つまり、シール層35は、緻密層11の表面にて、各層11、13、15、17が積層される積層方向に対して垂直な方向(同図左右方向)において、水素分離層15や保護層17とは離れて配置されている。   That is, the sealing layer 35 is formed on the surface of the dense layer 11 in a direction perpendicular to the stacking direction in which the layers 11, 13, 15, and 17 are stacked (the left-right direction in the figure). 17 is arranged apart from the above.

そして、前記図4に示すように、上述した水素分離モジュール55では、例えば水素分離体1の外側(従って金属容器53内)に原料ガスが供給されると、水素分離体1にて原料ガスから水素に分離され、その水素は、水素分離体1の中心孔3を介して外部に取り出される。   As shown in FIG. 4, in the hydrogen separation module 55 described above, for example, when the source gas is supplied to the outside of the hydrogen separator 1 (therefore, inside the metal container 53), the hydrogen separator 1 generates the source gas from the source gas. The hydrogen is separated and taken out to the outside through the central hole 3 of the hydrogen separator 1.

また、これとは逆に、水素分離体1の中心孔3に原料ガスが供給されると、水素分離体1にて原料ガスから水素に分離され、その水素は、水素分離体1の外側(従って金属容器53内)に排出される。   On the other hand, when the source gas is supplied to the center hole 3 of the hydrogen separator 1, the hydrogen gas is separated from the source gas by the hydrogen separator 1, and the hydrogen is outside the hydrogen separator 1 ( Therefore, it is discharged into the metal container 53).

なお、原料ガスとしては、メタンなどの炭化水素ガスと水蒸気との混合ガスや、少なくとも水素ガスを含む混合ガスが挙げられる。
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。
<粉末充填工程>
本実施例では、図6(a)に示す様な型枠61を用いてプレス成形を行う。この型枠61の筒状のゴム型63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65が形成されており、この内部孔65の軸中心には、水素分離体1の中心孔3の形状に対応した円柱状(試験管形状)の中心ピン67が立設されている。これにより、略円筒形状の型枠孔69が形成されている。
Examples of the source gas include a mixed gas of a hydrocarbon gas such as methane and water vapor, or a mixed gas containing at least hydrogen gas.
c) Next, the manufacturing method of the hydrogen separator 1 of a present Example is demonstrated.
<Powder filling process>
In this embodiment, press molding is performed using a mold 61 as shown in FIG. A cylindrical inner hole 65 corresponding to the outer shape of the hydrogen separator 1 is formed at the axial center of the cylindrical rubber mold 63 of the mold 61, and hydrogen separation is performed at the axial center of the inner hole 65. A cylindrical (test tube shape) center pin 67 corresponding to the shape of the center hole 3 of the body 1 is provided upright. Thereby, a substantially cylindrical mold hole 69 is formed.

従って、本実施例では、このゴム型63の型枠孔69内に、多孔質支持体5を形成する材料を充填し、即ち、造孔材として有機ビーズを50体積%添加したイットリア安定化ジルコニア(YSZ)造粒粉を充填した。
<加圧工程>
次に、図6(b)に示す様に、ゴム型63の上部に、上部金型73を固定した。なお、上部金型73には、多孔質支持体5の先端に対応する形状の凹部75が形成されており、この凹部75が嵌め込まれることによって、多孔質支持体5と同様な形状の多孔質形成部77が作製される。
Therefore, in this embodiment, the material for forming the porous support 5 is filled in the mold hole 69 of the rubber mold 63, that is, yttria-stabilized zirconia in which 50% by volume of organic beads are added as a pore former. (YSZ) The granulated powder was filled.
<Pressurization process>
Next, as shown in FIG. 6B, the upper mold 73 was fixed to the upper part of the rubber mold 63. The upper die 73 is formed with a concave portion 75 having a shape corresponding to the tip of the porous support body 5, and the porous mold having the same shape as the porous support body 5 is formed by fitting the concave portion 75. A forming portion 77 is produced.

そして、この状態でゴム型63の外周側より、100MPaにて加圧してプレス成形することにより、図6(c)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79を作製した。
<仮焼成工程>
次に、有底円筒形状成形体79を脱脂し、その後、1000℃にて、1時間仮焼成することにより、図6(d)に破断し拡大して示す様に、(焼結後に多孔質支持体7となる)セラミック仮焼成体81を得た。
<緻密層形成工程>
次に、図7(a)に要部(図6(d)のC部)を拡大して示すように、セラミック仮焼成体81の基端側(同図下方)の外周面(表面)を、所定幅で覆うように、YSZスラリーを塗布して、(焼結後に緻密層11となる)層状の緻密層形成部83を形成した。なお、YSZスラリーは、YSZ粉末に有機溶剤を加えてスラリー状としたものである。また、塗布方法としては、ディップコート、印刷、スプレーコート等を採用できる。
<第1焼成工程>
次に、緻密層形成部83とセラミック仮焼成体81とを、大気中で1500℃にて同時に焼成(共焼成)し、図7(b)に示すように、表面に緻密層11を備えた外径φ10mm×長さ300mmの多孔質支持体5を得た。
<全多孔質層形成工程>
次に、図7(c)に示す様に、多孔質支持体5の外表面に、前記YSZスラリーを用い、ディップコーティング法によって、(後に多孔質層13となる部分を含む)全多孔質層形成部85を形成した。
In this state, the bottomed cylindrical shaped body corresponding to the shape of the hydrogen separator 1 as shown in FIG. 6C is formed by press-molding by pressing at 100 MPa from the outer peripheral side of the rubber mold 63. 79 was produced.
<Temporary firing process>
Next, the bottomed cylindrical shaped body 79 is degreased, and then calcined at 1000 ° C. for 1 hour. As shown in FIG. A ceramic temporary fired body 81 (to be the support 7) was obtained.
<Dense layer formation process>
Next, as shown in FIG. 7 (a) in which the main part (C portion in FIG. 6 (d)) is enlarged, the outer peripheral surface (surface) on the base end side (downward in the figure) of the ceramic pre-fired body 81 The YSZ slurry was applied so as to cover with a predetermined width to form a layered dense layer forming portion 83 (which becomes the dense layer 11 after sintering). The YSZ slurry is a slurry obtained by adding an organic solvent to the YSZ powder. Further, as a coating method, dip coating, printing, spray coating or the like can be adopted.
<First firing step>
Next, the dense layer forming portion 83 and the ceramic pre-fired body 81 were simultaneously fired (co-fired) in the atmosphere at 1500 ° C., and the dense layer 11 was provided on the surface as shown in FIG. A porous support 5 having an outer diameter of 10 mm and a length of 300 mm was obtained.
<Total porous layer forming step>
Next, as shown in FIG. 7 (c), the entire porous layer (including the portion that will later become the porous layer 13) is formed on the outer surface of the porous support 5 by the dip coating method using the YSZ slurry. A forming portion 85 was formed.

詳しくは、緻密層11の先端側(同図上方)の外周面の所定範囲と、多孔質支持体5の全外周面のうちの露出部分(緻密層11で覆われていない部分の全体)にわたって、層状の全多孔質層形成部85を形成した。   Specifically, over a predetermined range of the outer peripheral surface of the dense layer 11 on the tip side (upper side in the figure) and an exposed portion (the entire portion not covered with the dense layer 11) of the entire outer peripheral surface of the porous support 5. A layered total porous layer forming portion 85 was formed.

その後、全多孔質層形成部85に対して、大気中で1200℃で焼き付け処理を行うことによって、図7(d)に示すような全多孔質層87とした。なお、この全多孔質層87のうち、内側(同図左側)が多孔質層13であり、外側(同図右側:表面側)が水素分離層15が形成される多孔質な部分89である。
<Pd金属核形成工程>
次に、緻密層11及び全多孔質層87を備えた多孔質支持体5(その外側)を、Snイオン溶液に浸漬し、Snイオンを全多孔質層87の表面側に吸着させ、水洗後、Pdイオン溶液に浸漬させて、SnイオンとPdイオンの交換反応によりPdイオンを吸着させた。
Thereafter, the total porous layer forming portion 85 was baked at 1200 ° C. in the air to obtain a total porous layer 87 as shown in FIG. Of the total porous layer 87, the inner side (left side of the figure) is the porous layer 13, and the outer side (right side of the figure: the front side) is the porous part 89 where the hydrogen separation layer 15 is formed. .
<Pd metal nucleation process>
Next, the porous support 5 (outside thereof) provided with the dense layer 11 and the total porous layer 87 is immersed in the Sn ion solution, and Sn ions are adsorbed on the surface side of the total porous layer 87, and then washed with water. Then, it was immersed in a Pd ion solution, and Pd ions were adsorbed by an exchange reaction between Sn ions and Pd ions.

その後、ヒドラジン溶液に浸漬させることにより、Pdイオンを還元しPd金属核とした。つまり、全多孔質層87の表面側の細孔21(図7(f)参照)の内周面に、Pd金属核を付着させた。   Then, Pd ions were reduced by dipping in a hydrazine solution to form Pd metal nuclei. That is, Pd metal nuclei were attached to the inner peripheral surface of the pores 21 on the surface side of the total porous layer 87 (see FIG. 7F).

なお、前記各溶液に浸漬する場合には、多孔質支持体5の内側(中心孔3側)を外側より低圧にすると好適である。
<保護層形成工程>
次に、図7(e)に示す様に、Pd金属核を付着させた全多孔質層87に対して、再度上述したYSZスラリーをディップコーティングした後に、1200℃で焼き付けることにより、(後に一部が保護層17となる)多孔質の全保護層88を形成した。
<無電解めっき工程>
次に、無電解めっき法(化学めっき法)により、全多孔質層87内の表面側に付着させたPd金属核を成長させ、図7(f)に要部(図7(e)のD部)を拡大して示す様に、細孔21の一部を埋めるようにして、2.5μmの厚みでPdからなる無電解めっき層91を形成した。
In addition, when immersing in each said solution, it is suitable to make the inner side (center hole 3 side) of the porous support body 5 into a pressure lower than an outer side.
<Protective layer forming step>
Next, as shown in FIG. 7E, the above-described YSZ slurry is again dip-coated on the whole porous layer 87 to which the Pd metal nuclei are adhered, and then baked at 1200 ° C. A porous total protective layer 88 (part of which becomes the protective layer 17) was formed.
<Electroless plating process>
Next, Pd metal nuclei attached on the surface side in the whole porous layer 87 are grown by electroless plating (chemical plating), and the main part (D in FIG. 7 (e) is shown in FIG. 7 (f). As shown in an enlarged view, an electroless plating layer 91 made of Pd and having a thickness of 2.5 μm was formed so as to fill part of the pores 21.

詳しくは、この無電解めっき法では、多孔質支持体5の先端側(外側の全多孔質層87及び全保護層88が形成されている範囲)を、浴温60℃の無電解Pdめっき液(パラジウム化合物:濃度2g/L)中にセットし、20分にわたり無電解めっきを行って、無電解めっき層91を形成した。なお、無電解めっきを行う場合には、多孔質支持体5の内側(中心孔3側)を外側より低圧にするとより好適である。   Specifically, in this electroless plating method, the tip side of the porous support 5 (the range in which the outer total porous layer 87 and the total protective layer 88 are formed) is electroless Pd plating solution having a bath temperature of 60 ° C. (Palladium compound: concentration 2 g / L) was set and electroless plating was performed for 20 minutes to form an electroless plating layer 91. In the case of performing electroless plating, it is more preferable that the inner side (center hole 3 side) of the porous support 5 is set to a lower pressure than the outer side.

なお、表面に(無電解めっき層91を含む)全多孔質層87及び全保護層88を有する多孔質支持体5を、以下では、複合支持体93と称する。
<電解めっき工程>
次に、図8に示す様に、多孔質支持体5(従って複合支持体93)の中心孔3に、濃度6.0mol/LのNaCl水溶液を電解液として導入した。
The porous support 5 having the entire porous layer 87 and the entire protective layer 88 (including the electroless plating layer 91) on the surface is hereinafter referred to as a composite support 93.
<Electrolytic plating process>
Next, as shown in FIG. 8, an aqueous NaCl solution having a concentration of 6.0 mol / L was introduced into the central hole 3 of the porous support 5 (and hence the composite support 93) as an electrolyte.

また、NaCl電解液中に給電電極95を挿し込んだ後、前記複合支持体93を、予め対極97の配置された浴温30℃の電解Agめっき液(硝酸銀溶液:濃度37g/L)中にセットした。なお、電解Agめっき液は、全保護層88の外側(図8の右側)に供給される。   Further, after inserting the feeding electrode 95 in the NaCl electrolyte, the composite support 93 is placed in an electrolytic Ag plating solution (silver nitrate solution: concentration 37 g / L) at a bath temperature of 30 ° C. in which the counter electrode 97 is previously disposed. I set it. The electrolytic Ag plating solution is supplied to the outer side of the entire protective layer 88 (the right side in FIG. 8).

そして、電流値(電流密度)0.3A/dm2にて定電流電解めっきを2.0分間実施し、無電解めっき層91上にAgめっき膜である電解めっき層99を形成し、(後に水素分離金属部16となる)金属部形成体101を作製した。 Then, constant current electrolytic plating was performed for 2.0 minutes at a current value (current density) of 0.3 A / dm 2 , and an electroplating layer 99 that is an Ag plating film was formed on the electroless plating layer 91. A metal part forming body 101 (to be a hydrogen separation metal part 16) was produced.

なお、電解メッキ層99は、全保護層88の内側の一部にも形成されるが、製品としては、めっき金属が充填されていない外側の多孔質部分が保護層17である。
また、この電解めっきでは、多孔質支持体5の内側の中心孔3(従って多孔質支持体5の細孔103)に供給された電解液を介して、無電解めっき層91に電子が供給され、全保護層88の外側(従って全保護層88の細孔105)に供給された電解Agめっき液を介して、無電解めっき層91の外側にめっき金属(ここではAg)が供給される。
The electrolytic plating layer 99 is also formed on a part of the inner side of the entire protective layer 88, but as a product, the outer porous part not filled with the plating metal is the protective layer 17.
Further, in this electrolytic plating, electrons are supplied to the electroless plating layer 91 via the electrolytic solution supplied to the center hole 3 inside the porous support 5 (and hence the pore 103 of the porous support 5). The plating metal (Ag in this case) is supplied to the outside of the electroless plating layer 91 through the electrolytic Ag plating solution supplied to the outside of the entire protective layer 88 (therefore, the pores 105 of the entire protective layer 88).

そして、電解めっき後に、金属部形成体101に対して、窒素中750℃で熱処理を行い、PdとAgとを合金化し、厚み4μmのPdAg合金からなる水素分離金属部16とした。これにより、厚み4μmの水素分離層15が形成された。   Then, after the electrolytic plating, the metal part forming body 101 was heat-treated in nitrogen at 750 ° C. to alloy Pd and Ag to form a hydrogen separation metal part 16 made of a PdAg alloy having a thickness of 4 μm. As a result, a hydrogen separation layer 15 having a thickness of 4 μm was formed.

なお、全多孔質層87内において、水素分離層15が形成されていない内側(同図左側)が多孔質層13となり、全多孔質層87内における外側(表面側:同図右側)が水素分離層15となる。また、全保護層88の内側も水素分離層15となっており、全多孔質層88の外側が保護層17となる。つまり、水素分離層15は、全多孔質層87と全保護層88とにわたって(それらの一部にて)構成されている。   In the total porous layer 87, the inner side (left side in the figure) where the hydrogen separation layer 15 is not formed becomes the porous layer 13, and the outer side (surface side: right side in the figure) in the total porous layer 87 is hydrogen. The separation layer 15 is formed. Further, the inner side of the total protective layer 88 is also the hydrogen separation layer 15, and the outer side of the total porous layer 88 is the protective layer 17. That is, the hydrogen separation layer 15 is configured to extend over the entire porous layer 87 and the entire protective layer 88 (part of them).

これらの工程によって、水素分離体1が完成した。
d)次に、前記水素分離体1を備えた水素分離装置31の製造方法について、簡単に説明する。
<シール層35の製造工程>
第1、第2シール部材35a、35bを製造する場合には、例えば膨張黒鉛製のシートを(図示しない心棒等に)巻き付けることにより、筒状の積層体を形成する(心棒等は後に除去する)。
Through these steps, the hydrogen separator 1 was completed.
d) Next, a method for manufacturing the hydrogen separator 31 provided with the hydrogen separator 1 will be briefly described.
<Manufacturing process of seal layer 35>
When the first and second seal members 35a and 35b are manufactured, for example, a sheet made of expanded graphite is wound (a mandrel or the like not shown) to form a cylindrical laminate (the mandrel or the like is removed later). ).

次に、この積層体を、濃硫酸、硝酸などの酸化剤により酸化処理することによって、膨張黒鉛内の層間距離を例えば100〜300倍程度膨張させる。
その後、この膨張黒鉛を、例えば0.6〜1.9g/cm3の密度範囲となるように、プレス成形により負荷・圧縮する。
Next, this laminated body is oxidized with an oxidizing agent such as concentrated sulfuric acid and nitric acid to expand the interlayer distance in the expanded graphite by, for example, about 100 to 300 times.
Thereafter, the expanded graphite is loaded and compressed by press molding so that the density range is, for example, 0.6 to 1.9 g / cm 3 .

第3シール部材35cを製造する場合には、ホウ珪酸ガラスの粉末(平均粒径10μm)を用い、単軸のプレス成形機を用いてプレス圧力30MPaでペレット状に成形する。ペレット状成形体を、更にCIP成形機を用いて、360MPaで加圧成形後、570℃で焼成する。焼成後のペレットの内径、外径、上面、底面を研削して、所望の寸法のガラスリングとする。   In the case of manufacturing the third seal member 35c, a borosilicate glass powder (average particle size of 10 μm) is used and formed into a pellet at a press pressure of 30 MPa using a uniaxial press molding machine. The pellet-shaped molded body is further subjected to pressure molding at 360 MPa using a CIP molding machine, and then fired at 570 ° C. The inner diameter, outer diameter, upper surface, and bottom surface of the pellet after firing are ground to obtain a glass ring having a desired size.

なお、プレス成形時に、ガラス粉末にバインダを混合して造粒しても良い。また、焼成による収縮を予め計算し、リング状にプレス成形し焼成することで、焼成後の加工無く所望形状のガラスリングとしても良い。
<水素製造装置21の組付方法>
前記図4に示す様に、取付金具33の空間50に、第2シール部材35bのガスケット、第3シール部材35cのガラスリング、第1シール部材35aのガスケット、押圧金具37の順で内嵌する。
In press molding, a glass powder may be mixed with a binder and granulated. Moreover, it is good also as a glass ring of desired shape without the process after baking by calculating the shrinkage | contraction by baking beforehand, press-molding in a ring shape, and baking.
<Assembly method of hydrogen production apparatus 21>
As shown in FIG. 4, the gasket 50 of the second seal member 35b, the glass ring of the third seal member 35c, the gasket of the first seal member 35a, and the press fitting 37 are fitted in the space 50 of the mounting bracket 33 in this order. .

次に、水素分離体1の開放端側を、押圧金具37、第1シール部材35a、第3シール部材35c、第2シール部材35bの各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33に嵌める。   Next, the open end side of the hydrogen separator 1 is inserted so as to pass through the through holes of the press fitting 37, the first seal member 35a, the third seal member 35c, and the second seal member 35b. The end is fitted to the mounting bracket 33.

次に、水素分離体1の先端側より固定金具39を外嵌し、固定金具39の内側のねじ部と取付金具33の外側のねじ部とを螺合し、固定金具39により押圧金具37を基端側に締め付けて、水素製造装置31を完成する。   Next, the fixing metal fitting 39 is fitted from the front end side of the hydrogen separator 1, the screw portion inside the fixing metal fitting 39 and the screw portion outside the mounting metal fitting 33 are screwed together, and the pressing metal fitting 37 is fixed by the fixing metal fitting 39. The hydrogen production apparatus 31 is completed by tightening to the base end side.

このようにして、水素分離体1に金属継手51等を取り付けて水素分離装置31とするとともに、金属継手51によって金属容器53に水素分離装置21を固定して水素分離モジュール55とした。   In this way, the metal separator 51 or the like was attached to the hydrogen separator 1 to form the hydrogen separator 31, and the hydrogen separator 21 was fixed to the metal container 53 by the metal joint 51 to form the hydrogen separator module 55.

e)次に、本実施例の効果について説明する。
・本実施例では、水素分離層15は、セラミックと水素分離金属とを含む混合層であり、しかも、緻密層11に接する端部の界面(水素分離層15側の界面)は、セラミックからなる多孔質基体19と多孔質基体19の細孔21に充填された水素分離金属とから構成されている。
e) Next, the effect of the present embodiment will be described.
In this embodiment, the hydrogen separation layer 15 is a mixed layer containing a ceramic and a hydrogen separation metal, and the interface at the end in contact with the dense layer 11 (interface on the hydrogen separation layer 15 side) is made of ceramic. It is composed of a porous substrate 19 and a hydrogen separation metal filled in the pores 21 of the porous substrate 19.

つまり、水素分離層15側の界面(緻密層11と接する端面)は、多孔質基体19の細孔21に水素分離金属が充填された緻密な構造であるので、緻密層11と水素分離層15とは隙間無く強固に接合されており、よって、その界面におけるガスリークを低減できるという顕著な効果を奏する。これにより、分離される水素の純度を(例えば99.99%以上に)高めることができる。   That is, the interface (end surface in contact with the dense layer 11) on the hydrogen separation layer 15 side has a dense structure in which the pores 21 of the porous substrate 19 are filled with the hydrogen separation metal, and thus the dense layer 11 and the hydrogen separation layer 15. Is firmly joined without a gap, and therefore, there is a remarkable effect that gas leakage at the interface can be reduced. Thereby, the purity of hydrogen to be separated can be increased (for example, to 99.99% or more).

特に、原料ガスから水素を分離する場合には、水素分離体1の外側と内側とで(原料ガス側の圧力が高くなるように)差圧を設けるので、ガスリークが発生し易いが、本実施例の水素分離体1を用いることにより、好適にガスリークを防止できる。   In particular, when hydrogen is separated from the raw material gas, a differential pressure is provided between the outer side and the inner side of the hydrogen separator 1 (so that the pressure on the raw material gas side becomes higher). By using the example hydrogen separator 1, gas leakage can be suitably prevented.

・また、本実施例では、緻密層11と水素分離層15との密着性が高いので、水素分離装置31等の長時間の運転や頻繁な起動停止などの熱サイクルに対して、高い耐久性(気密性)を有する。   In addition, in this embodiment, since the close contact between the dense layer 11 and the hydrogen separation layer 15 is high, the durability is high with respect to the thermal cycle such as long-time operation and frequent start / stop of the hydrogen separation device 31 and the like. (Airtightness).

・更に、本実施例では、緻密層11を設けることにより、水素分離層15と緻密層11との接合面積及び緻密層11と取付金具33(詳しくはシール層35)との接合面積を広くとることができ(製造工程において任意に接合面積を調整可能)、高温高圧下という環境においても、高い気密性を確保することができる。   Furthermore, in this embodiment, by providing the dense layer 11, the bonding area between the hydrogen separation layer 15 and the dense layer 11 and the bonding area between the dense layer 11 and the mounting bracket 33 (specifically, the seal layer 35) are increased. (The bonding area can be arbitrarily adjusted in the manufacturing process), and high airtightness can be ensured even in an environment of high temperature and high pressure.

・しかも、本実施例では、緻密層11の表面は、多孔質支持体5の表面よりは平滑である。従って、シール層35における気密性を高めることができる。
・また、本実施例では、(多孔質層13と水素分離層15を含む)全多孔質層87の形成、Pd核付、保護層17の形成、Pdめっき、Agめっきというように、全多孔質層87の形成と保護層17の形成の間に、Pd核付という工程がある。つまり、全多孔質層87内にPd核が予め形成されており、Pdめっき時には、Pd核を起点として、全多孔質層87や保護層17の一部の細孔を閉塞するように、Pdが成長し、緻密な水素分離層15となる。
In addition, in the present embodiment, the surface of the dense layer 11 is smoother than the surface of the porous support 5. Therefore, the airtightness in the seal layer 35 can be enhanced.
In addition, in this example, the total porous layer 87 (including the porous layer 13 and the hydrogen separation layer 15), the formation of the Pd nucleus, the formation of the protective layer 17, the Pd plating, the Ag plating, There is a step of attaching Pd nuclei between the formation of the mass layer 87 and the formation of the protective layer 17. That is, Pd nuclei are formed in advance in the total porous layer 87, and at the time of Pd plating, Pd nuclei are blocked from the Pd nuclei as a starting point so as to block some pores of the total porous layer 87 and the protective layer 17. Grow into a dense hydrogen separation layer 15.

このように、多孔質層13と保護層17との間にPd核が存在するため、緻密層11と多孔質層13が重なる幅や層厚に関する制約はなく、幅A1が長い場合(例えば2mm以上)でも、多孔質層13の層厚A2が厚い場合(例えば5μm以上)であっても、高い気密性を確保することができる。例えば、緻密層11上の多孔質層13の層厚A2が10μm、緻密層11と多孔質層13の重なる幅A1が5mmの場合でも、ガス漏れのない緻密な水素分離層15を緻密層11上に形成できる。   As described above, since Pd nuclei exist between the porous layer 13 and the protective layer 17, there is no restriction on the width and layer thickness where the dense layer 11 and the porous layer 13 overlap, and when the width A1 is long (for example, 2 mm Even when the thickness A2 of the porous layer 13 is thick (for example, 5 μm or more), high airtightness can be ensured. For example, even when the layer thickness A2 of the porous layer 13 on the dense layer 11 is 10 μm and the overlapping width A1 of the dense layer 11 and the porous layer 13 is 5 mm, the dense hydrogen separation layer 15 without gas leakage is formed into the dense layer 11. Can be formed on top.

但し、多孔質層13の層厚A2及び緻密層11と多孔質層13の重なる幅A1に関しては、ガス透過性能や水素分離性能とトレードオフの関係にあるため、使用目的に応じて適宜、層厚や幅を設定するのがよい。   However, the layer thickness A2 of the porous layer 13 and the overlapping width A1 of the dense layer 11 and the porous layer 13 are in a trade-off relationship with the gas permeation performance and the hydrogen separation performance. It is better to set the thickness and width.

・更に、本実施例では、緻密層11と水素分離層15とが接触している幅A3は、1〜10μmである。この接触面の幅(接触幅)A3に関しては、多孔質支持体5(実際には多孔質層13上)に形成された水素分離層15の層厚と同等もしくはそれ以上の幅を有している。接触幅A3に関しては、水素分離層15の層厚と同様に、多孔質層13上にPdの核を形成する核付条件及びPdめっき条件によって制御することが可能である。   Furthermore, in this embodiment, the width A3 where the dense layer 11 and the hydrogen separation layer 15 are in contact is 1 to 10 μm. The contact surface width (contact width) A3 has a width equal to or greater than the thickness of the hydrogen separation layer 15 formed on the porous support 5 (actually on the porous layer 13). Yes. As with the thickness of the hydrogen separation layer 15, the contact width A3 can be controlled by the nucleation conditions for forming Pd nuclei on the porous layer 13 and the Pd plating conditions.

例えば、めっき時間を長くすることにより水素分離層15の層厚は厚くなり、緻密層11と水素分離層15の接触面は広くなる(接触幅A3は長くなる)。水素分離層15の層厚が厚い場合は、接触面が広いため、ガスリークに対して好適である。   For example, by increasing the plating time, the thickness of the hydrogen separation layer 15 is increased, and the contact surface between the dense layer 11 and the hydrogen separation layer 15 is increased (the contact width A3 is increased). When the thickness of the hydrogen separation layer 15 is thick, the contact surface is wide, which is suitable for gas leakage.

但し、水素分離層15の層厚は、ガス透過性能や水素分離性能とトレードオフの関係にあることから、使用目的に応じて適宜、層厚を制御するのがよい。
・更に、本実施例では、水素分離層15の表面に多孔質の保護層17を備えているので、被毒物質が水素分離層15(詳しくは水素分離金属)に付着して、水素純度を低下させることを防止できる。
However, since the layer thickness of the hydrogen separation layer 15 is in a trade-off relationship with the gas permeation performance and the hydrogen separation performance, the layer thickness may be appropriately controlled according to the purpose of use.
In addition, in this embodiment, since the porous protective layer 17 is provided on the surface of the hydrogen separation layer 15, poisonous substances adhere to the hydrogen separation layer 15 (specifically, hydrogen separation metal), and hydrogen purity is improved. It can be prevented from lowering.

・しかも、本実施例では、シール層35や金属部材である取付金具33は、水素分離層15とは離れて配置されている。従って、シール層35の材料として、水素分離層15(詳しくは水素分離金属)と反応するような各種の材料(例えばろう材やガラス等)を使用することができる。
[実験例]
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
In addition, in this embodiment, the seal layer 35 and the mounting bracket 33 that is a metal member are arranged away from the hydrogen separation layer 15. Therefore, various materials (for example, brazing material and glass) that can react with the hydrogen separation layer 15 (specifically, hydrogen separation metal) can be used as the material of the seal layer 35.
[Experimental example]
Next, experimental examples conducted for confirming the effects of the present invention will be described.

実験に使用する水素分離体として、前記実施例1と同様な水素分離体を作製した。また、比較例として、図9に示す水素分離体111を作製した。
この比較例の水素分離体111は、緻密層を備えていない点が前記実施例1と大きく異なっている。つまり、前記実施例1と同様な多孔質支持体123の外側表面の全体を覆うように、前記実施例1と同様に、多孔質層125、水素分離層127、保護層129が順次積層されている。
As a hydrogen separator used for the experiment, a hydrogen separator similar to that in Example 1 was prepared. Moreover, the hydrogen separator 111 shown in FIG. 9 was produced as a comparative example.
The hydrogen separator 111 of this comparative example is greatly different from the first embodiment in that it does not have a dense layer. That is, the porous layer 125, the hydrogen separation layer 127, and the protective layer 129 are sequentially laminated in the same manner as in the first embodiment so as to cover the entire outer surface of the porous support 123 similar to the first embodiment. Yes.

また、水素分離体111の基端側の外周面には、環状の膨張黒鉛からなるシール層131が配置され、このシール層131によってガスシールされた状態で、水素分離体111が取付金具133に固定されている。これによって、水素分離装置135が構成されている。   Further, a seal layer 131 made of annular expanded graphite is disposed on the outer peripheral surface of the base end side of the hydrogen separator 111, and the hydrogen separator 111 is attached to the mounting bracket 133 in a state of being gas-sealed by the seal layer 131. It is fixed. Thereby, the hydrogen separator 135 is configured.

そして、前記実施例1と比較例の水素分離体を用いて水中Heリーク試験を行った。
この水中Heリーク試験では、各水素分離装置を、その先端側から水素分離体と取付金具とがシール層を介して接触している部分(接合部)までを水中に入れ、室温にて、水素分離体の内側(中心孔)に1.0MPaGのHeガスを供給し、そのときに、水素分離体の外側からHeガス(気泡)が漏出するか否かを調べた。
And the underwater He leak test was done using the hydrogen separator of the said Example 1 and a comparative example.
In this underwater He leak test, each hydrogen separator is placed in the water from the tip side to the portion (joint) where the hydrogen separator and the mounting bracket are in contact via a seal layer, and hydrogenated at room temperature. When 1.0 MPaG He gas was supplied to the inside (center hole) of the separator, it was examined whether or not He gas (bubbles) leaked from the outside of the hydrogen separator.

その結果、実施例1の水素分離体を用いた水素分離装置からは、Heガスのリークは見られなかった。それに対して、比較例の水素分離体を用いた水素分離層では、取付金具と水素分離体との間からガスのリークが見られた。
[変形例1]
次に、前記実施例1の変形例1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。
As a result, no leak of He gas was observed from the hydrogen separator using the hydrogen separator of Example 1. On the other hand, in the hydrogen separation layer using the hydrogen separator of the comparative example, gas leakage was observed between the mounting bracket and the hydrogen separator.
[Modification 1]
Next, a first modification of the first embodiment will be described, but a description of the same contents as the first embodiment will be omitted.

図10(a)に示す様に、本変形例1では、水素分離装置141には、前記実施例1と同様な水素分離体143が取り付けられている。
特に、本変形例1は、基本的には、前記実施例1と同様であるが、シール層145の構成が異なっている。
As shown in FIG. 10A, in the first modification, the hydrogen separator 143 similar to that in the first embodiment is attached to the hydrogen separator 141.
In particular, the first modification is basically the same as the first embodiment, but the configuration of the seal layer 145 is different.

具体的には、シール層145として、前記実施例1の第1シール部材(又は第2シール部材)と同様な膨張黒鉛からなるリング状のガスケットが用いられている。
このシール層145は、前記実施例1と同様に、水素分離体143の基端側の外周面と取付金具147の先端側の内周面との間の空間149に配置され、固定金具151及び押圧金具153によって押圧されて固定されている。
Specifically, a ring-shaped gasket made of expanded graphite similar to the first seal member (or second seal member) of the first embodiment is used as the seal layer 145.
Similar to the first embodiment, the seal layer 145 is disposed in a space 149 between the outer peripheral surface on the proximal end side of the hydrogen separator 143 and the inner peripheral surface on the distal end side of the mounting bracket 147, and the fixing bracket 151 and The pressing metal 153 is pressed and fixed.

なお、本実施例においても、前記実施例1と同様に、緻密層155上に設けられたシール層145は、保護層や水素分離層(図示せず)等からなる表面層157と接触しないように、緻密層155上に配置されている。   Also in this example, as in Example 1, the sealing layer 145 provided on the dense layer 155 does not come into contact with the surface layer 157 made of a protective layer, a hydrogen separation layer (not shown), or the like. Further, it is disposed on the dense layer 155.

本実施例によっても、前記実施例1と同様な効果を奏する。
[変形例2]
次に、変形例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。
Also according to this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[Modification 2]
Next, a second modification will be described, but the description of the same contents as those in the first embodiment will be omitted.

図10(b)に示す様に、本変形例2では、水素分離装置161には、前記実施例1と同様な水素分離体163が取り付けられている。
詳しくは、前記実施例1と同様に、多孔質支持体165の基端側の外周面には緻密層167が設けられ、緻密層167の先端側と多孔質支持体165の露出部分とを覆うように、実施例1と同様な多孔質層と水素分離層と保護層と(図示せず)からなる表面層169が形成されている。
As shown in FIG. 10B, in the second modification, the hydrogen separator 163 similar to that in the first embodiment is attached to the hydrogen separator 161.
Specifically, as in the first embodiment, a dense layer 167 is provided on the outer peripheral surface of the base end side of the porous support 165, and covers the distal end side of the dense layer 167 and the exposed portion of the porous support 165. Thus, a surface layer 169 composed of a porous layer, a hydrogen separation layer, and a protective layer (not shown) similar to that in Example 1 is formed.

特に、本実施例は、水素分離体163(詳しくは緻密層167)は、環状のろう材層171を介して、例えばステンレス製の金属部材173と接合されている。なお、ろう材層171と表面層169とは、接触しないように分離して形成されている。   In particular, in this embodiment, the hydrogen separator 163 (specifically, the dense layer 167) is joined to, for example, a stainless steel metal member 173 via an annular brazing material layer 171. The brazing material layer 171 and the surface layer 169 are formed separately so as not to contact each other.

前記ろう材層171の材料としては、緻密層167と金属部材173とを接合できる材料であれば特に限定はない。例えば周知の硬ろう、軟ろう等が挙げられる。軟ろうとしては、鉛−スズ合金のはんだ等が挙げられ、硬ろうとしては、黄銅ろう、銀ろう、ニッケルろう、金ろう、パラジウムろう等が挙げられる。   The material of the brazing material layer 171 is not particularly limited as long as the material can join the dense layer 167 and the metal member 173. For example, a well-known hard wax, a soft wax, etc. are mentioned. Examples of the soft solder include lead-tin alloy solder, and examples of the hard solder include brass solder, silver solder, nickel solder, gold solder, palladium solder and the like.

そして、上述したろう材を用いて接合する場合には、まず、水素分離体163を挿入できる貫通孔175を備えた金属部材173を作製する。次に、緻密層167上に、例えばNi系のろう材を塗布し、これを金属部材173の貫通孔175に挿入して、ろう付け接合する。   And when joining using the brazing | wax material mentioned above, the metal member 173 provided with the through-hole 175 which can insert the hydrogen separator 163 first is produced. Next, for example, a Ni-based brazing material is applied on the dense layer 167, and this is inserted into the through hole 175 of the metal member 173 to be brazed and joined.

本実施例によっても、前記実施例1と同様な効果を奏する。
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。
Also according to this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
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)例えば、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、全多孔質層内に形成したPd金属層等に対して、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。   (1) For example, in addition to the above-described internal feeding type electrolytic plating, normal electrolytic plating can be employed. In this case, one electrode is attached to the Pd metal layer or the like formed in the entire porous layer with a clip or the like so as to be conductive, and electrolytic plating can be performed as usual.

つまり、(一方の電極が取り付けられた)金属層等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。
(2)また、内部給電方式の場合には、セラミック支持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。
That is, electrolytic plating can be performed by supplying a plating solution between a metal layer (with one electrode attached) and the other electrode and applying a voltage between the two electrodes.
(2) In the case of the internal power feeding method, the electrolytic solution may be supplied to the outside of the ceramic support, and the electrolytic plating solution may be supplied to the inside to deposit the plating metal from the inside (center hole side). .

(3)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、天然ガス等の原料ガスを改質(例えば水蒸気改質)して、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。   (3) The raw material gas such as natural gas is reformed (for example, steam reforming) in the hydrogen separator of each of the above embodiments (for example, a porous support) to form a hydrogen-rich reformed gas (Ni Or the like) may be added.

1、111、143、163…水素分離体
5、123、165…多孔質支持体
11、167…緻密層
13、125…多孔質層
15…水素分離層
17、129…保護層
19…多孔質基体
21…細孔
33、133、147…取付金具
35、131、145、171…シール層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 111, 143, 163 ... Hydrogen separator 5, 123, 165 ... Porous support 11, 167 ... Dense layer 13, 125 ... Porous layer 15 ... Hydrogen separation layer 17, 129 ... Protective layer 19 ... Porous substrate 21: Fine holes 33, 133, 147 ... Mounting brackets 35, 131, 145, 171 ... Seal layers

Claims (4)

ガスの通過が可能なセラミック製の多孔質支持体と、
前記多孔質支持体の表面の一部に形成され、気密性を有するセラミック製の緻密層と、
前記多孔質支持体の表面のうち前記緻密層に覆われていない領域と前記緻密層の一部とを覆うとともに、前記ガスの通過が可能なセラミック製の多孔質層と、
水素を含む気体のうち水素のみを選択して透過させる水素分離金属を有し、前記多孔質層を覆うとともに、自身の端部が前記緻密層に接合された水素分離層と、
を備えた水素分離体において、
前記水素分離層は、セラミックと前記水素分離金属とを含む混合層であり、前記緻密層に接する前記端部の界面は、前記セラミックからなる多孔質基体と、該多孔質基体の細孔に充填された前記水素分離金属と、からなることを特徴とする水素分離体。
A porous support made of ceramic that allows gas to pass through;
A dense layer made of a ceramic formed on a part of the surface of the porous support and having airtightness;
A porous layer made of ceramic that covers a region of the surface of the porous support that is not covered with the dense layer and a part of the dense layer, and that allows the gas to pass through,
A hydrogen separation metal having a hydrogen separation metal that allows only hydrogen to pass through a gas containing hydrogen, covers the porous layer, and has its end bonded to the dense layer; and
In a hydrogen separator comprising
The hydrogen separation layer is a mixed layer containing a ceramic and the hydrogen separation metal, and an interface at the end contacting the dense layer fills a porous substrate made of the ceramic and pores of the porous substrate. And a hydrogen separator made of the hydrogen separating metal.
前記水素分離層は、その全体が、前記セラミックからなる多孔質基体と、該多孔質基体の細孔に充填された前記水素分離金属と、から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の水素分離体。   2. The hydrogen separation layer as a whole is composed of a porous substrate made of the ceramic and the hydrogen separation metal filled in pores of the porous substrate. The hydrogen separator described. 前記水素分離層の表面を覆うとともに、自身の端部が前記緻密層に接合された構成を有し、前記水素の通過が可能で前記水素分離体を保護する保護層を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の水素分離体。   The hydrogen separation layer covers the surface of the hydrogen separation layer, and has a configuration in which an end portion of the hydrogen separation layer is bonded to the dense layer, and includes a protective layer capable of passing the hydrogen and protecting the hydrogen separator. The hydrogen separator according to claim 1 or 2. 前記緻密層の表面のうち前記水素分離層とは離れた位置に、気密性を有するシール層が密着して配置されるとともに、該シール層を挟んで、金属部材が密着して配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の水素分離体。   An airtight seal layer is disposed in close contact with the surface of the dense layer away from the hydrogen separation layer, and a metal member is disposed in close contact with the seal layer interposed therebetween. The hydrogen separator according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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