JP2017192930A

JP2017192930A - ヒーター内蔵型の水素分離モジュールとこれを用いた水素分離装置

Info

Publication number: JP2017192930A
Application number: JP2016096488A
Authority: JP
Inventors: 裕康田賀; Hiroyasu Taga
Original assignee: Nippon Seisen Co Ltd
Current assignee: Nippon Seisen Co Ltd
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2036-04-20
Also published as: JP6619289B2

Abstract

【課題】高純度の水素ガスを効率よく透過分離するとともに、加熱手段をその筒型モジュールの中心部に設けるという内部加熱方式を採用することで、使用性に優れたヒーター内蔵型の水素分離モジュール及び水素分離装置の提供を目的とする。【解決手段】ハウジング容器２と、ハウジング容器２内に、系外から供給される被処理流体Ｘ中の水素のみを選択的に透過分離する筒状の水素分離部材３と、水素分離部材３の内周側に同心に配置された迂回部材５と、更に迂回部材５の内周側に被処理流体Ｘを所定温度に加熱する加熱部材用の加熱室４を備えるとともに、導入口７から流入する被処理流体Ｘは、加熱室４の外周面と迂回部材５の隙間内を流通する間に所定温度に加熱される第一流路６Ａと、第一流路６Ａの先端部において、その流動方向を反転する反転領域６Ｂと、迂回部材５の外周面側に設けられ、第一流路６Ａとは同心でかつ逆向きに流通する間に水素の透過分離がなされる第二流路６Ｃを経て供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、水素を含有する被処理流体から水素を効率的に透過分離する水素分離装置に関し、特に該被処理流体をその透過分離に先立って必要温度に加熱する加熱機能を内蔵し、加熱機能と水素透過分離機能を同時に備えるヒーター内蔵型の水素分離モジュール及び水素分離装置に関する。

水素は、これまでの火力発電や原子力発電に代わる次世代型のクリーンエネルギーとして重要視され、例えば水の電気分解による方法以外に、例えばメタン、プロパンガス、都市ガスなどの各種原料ガスから水蒸気改質によって水素ガスを分離抽出する方法、更には有機ハイドライドによる触媒技術を用いる方法など、さまざまな技術開発が取組みされている。

特に、前記水蒸気改質によって水素ガスを分離抽出する方法では、水素ガスのみを極めて高い純度で且つ効率よく生成できる利点があり、例えばＰｄ合金やＰｄ−Ｃｕ合金など水素ガスを選択的に透過分離できる金属製の薄膜材料を用いて構成した水素分離モジュールや水素製造装置に利用される。

その一例として、例えば図７はインライン型の水素分離膜モジュール２０が示され、その構造は、例えば円筒形状のハウジング容器２１と、その内部にほぼ同軸に組み込まれた水素分離膜部材２２を備えるとともに、該分離膜部材２２は、その上流側と下流側を実質的に隔離して内部に処理室２２ａを形成するように、天面に蓋部材２３を設けたカップ形状のものが採用されている。

そして、原料用の被処理ガス流体Ｘは、系外から導入させる導入口ＸＡから前記処理室２２ａに導入され、前記水素分離膜部材２２での透過分離によって該被処理流体中に含まれる水素ガスのみを生成し、得られた水素ガスはその流出口２４から次工程に送られる一方、前記処理室２２ａ内に残留する残留ガスや未反応のまま残った前記被処理流体は、別途これを回収する回収口ＸＢから取り出されるように構成されている。

ところで、このような水素分離技術では、その原料ガス流体から容易に水素ガスを分離抽出できるが、その反応は、予め該原料ガスを例えば４００〜５００℃程度の所定の反応温度に加熱することが必要である。加熱方法としては、例えばその前段階で別途加熱した上でインライン方式で供給する方法の他、例えば図６に示すように、円筒状に構成したモジュールの全体を包むようにその外周側に配した外部ヒーター２５を設けることが行われている。（例えば、特許文献１〜３）

特開２０１５−１７１７０５号公報特開２００５−４４７０９号公報特開２００４−７５４４２号公報

しかしながら、これら各先行技術は、いずれも導入する原料ガスの被処理流体は、透過分離する分離膜材料に対して良好な供給状態が得られ難く、滞留や部分的な供給ムラを生じやすく、所定の分離膜材料の全体を通じて均一かつ効率的な供給が得られない他、その加熱処理についても、別途の加熱手段を設けたり、そのモジュールを包むように外側に配した外部加熱方式で行われるため、必要以上に大型の加熱手段を要するとともに、エネルギー効率的にも熱損失が高くなり、結果的に分離膜モジュール自体の大型化を招くなど、流通特性や加熱特性の面で改善が求められている。

本発明は、上記課題に鑑み、高純度の水素ガスを効率よく透過分離するとともに、加熱手段をその筒型モジュールの中心部に設けるという内部加熱方式を採用することで、熱損失の低減ならびに分離膜モジュール自体の大型化を抑制し、均一かつ効率的な水素供給を得ることが可能な使用性に優れたヒーター内蔵型の水素分離モジュール及び水素分離装置の提供を目的とする。

すなわち、本願発明の請求項１に係わる発明は、ハウジング容器と、その容器内に、系外から供給される被処理流体中の水素を選択的に透過分離する筒状の水素分離部材と、該分離部材の内周側に同心に配置された迂回部材と、更に該迂回部材の内周側に、前記被処理流体を所定温度に加熱する加熱部材用の加熱室を備えるとともに、導入口から流入する該被処理流体は、前記加熱室の外周面と前記迂回部材の隙間内を流通する間に所定温度に加熱される第一流路と、該第一流路の先端部において、その流動方向を反転する反転領域と、前記迂回部材の外周面側に設けられ、前記第一流路とは同心でかつ逆向きに流通する間に水素の透過分離がなされる第二流路を経て供給されるように構成したことを特徴とするヒーター内蔵型の水素分離モジュールである。

また、請求項２に係わる発明は、前記迂回部材の先端部は、その先端面を切欠きした複数の切欠孔を備えるもの、請求項３に係わる発明は、前記迂回部材は、その先端切欠部を介して、前記水素分離部材を区画保持する他方側のリング板に当接又は固着されてなるもの、請求項４に係わる発明は、前記第一流路と第二流路は、各々０．１〜１０ｍｍの隙間を持って構成され、請求項５に係わる発明は、前記水素分離部材は、水素透過分離機能を持つ水素透過膜と、その外表面を包み耐圧支持する金属製の緩衝シート及び金属多孔板との積層構造品で構成されたものであるヒーター内蔵型の水素分離モジュールである。

更に請求項６に係わる発明は、水素分離装置として、前記請求項１〜５のいずれかに記載のヒーター内蔵型の水素分離モジュールを、前記被処理流体から水素ガスを生成する所定の供給、排出用の配管に各々接続して構成し、かつ前記加熱室内に加熱手段を設けたことを特徴とするものである。

このように、本願発明はその内部に加熱室を設けるとともに、水素の透過分離の一次側において、その加熱室の壁面に沿って被処理流体を効果的に供給するように、迂回部材を介在させることで複雑な迂回流路を形成することで、被処理流体の滞留の問題解決と最適な加熱特性を同時に達成させる利点を有する。

すなわち、この構成によって、導入する被処理流体は、まず加熱室に近い第一流路で効果的な加熱処理がなされるとともに、その流路は迂回部材によって所定の開口隙間を持つ比較的幅狭に調整されることから、その被処理流体は流速を高めてその幅狭の第一流路内を流通して先端部まで送給でき、そのまま迂回させて第二流路に送給できるもので、このような複雑かつ幅狭の流路構造によって滞留が防止される。

しかも、その流路は迂回部材の介在によって、特に第一流路は加熱室により隣接することから、最適な加熱処理が行われ、加熱エネルギーを有効に利用できるとともに、その外側に形成される第二流路においても、その加熱状態をなお保持できる環境を備えるため、モジュール全体としてより少ない熱エネルギーでより安定した加熱状態が得られものとなる、したがって、本発明によれば被処理流体の供給流速のアップによる滞留現象を抑制しながら良好な加熱状態を得ることができる。

また、本願請求項２〜５の発明によれば、その効果は更に向上するとともに、請求項６の発明によってより効率的な水素製造装置が得られる。

本発明に係わる水素分離モジュールの一形態を示す断面図である。迂回部材の要部拡大斜視図である。反転領域の近傍を示す断面拡大図である。透過分離部材の一例を示す断面の拡大図である。図１の水素分離モジュールの左側面図である。水素分離モジュールの他の形態として、複数のモジュールを組込みした複合タイプの概略図である。図６Ａの左側面概略図である。水素分離モジュールの従来型の一例を示す断面図である。

図１に示すように、本発明の水素分離モジュール１（以下、単にモジュールとも言う）は、ハウジング容器２と、ハウジング容器２内に水素分離部材３、及びその中央部に軸芯方向に伸びた加熱室４と、更に被処理流体Ｘの供給状態を最適化する為の迂回部材５を備えるもので、被処理流体Ｘは、加熱室４と迂回部材５との第一流路６Ａを流通する間に所定温度に加熱された後、被処理流体Ｘの供給方向を転換する反転領域６Ｂを経て、更にその外側を逆方向に流れる第二流路６Ｃの段階で水素ガスが透過分離するように構成されることを基本とする。

水素透過分離の基本原理は、従来から広く知られており（例えば、月刊誌「機能材料」（２００３年Ｎｏ．４Ｐ．７６〜Ｐ．８７））、例えば天然ガスやプロパンガス等の被処理流体中の水素分子が、前記分離部材に接触すると、その瞬間に水素原子に乖離してイオン化し、プロトンになってその分離膜内部を通過する。そして、裏面側に達した時点でエレクトロンと結合することで水素分子になるものと説明される。

本発明は、水素透過分離の上流側（水素分離膜への流入一次側／モジュールの中心側）に着目し、加熱内成型と被処理流入の通路形成を調整することで、利用性と熱効率に優れ、効率的な水素透過分離モジュールをもたらすものとし、更にこのモジュールに加熱手段を組込み、加熱処理を同時に行う水素分離装置を構成することができる。以下、実施例により本発明の内容を図面とともに説明する。

本形態では、ハウジング容器２、水素分離部材３、加熱室４及び迂回部材５を各々同心に配置した断面円形の筒状品を示し、例えばハウジング容器２は、実質的に水素分離部材３を被包しかつ外界と隔離するように密閉構造をなす。その形状や構造は必ずしもこれに限るものではなく、またその形状寸法も使用目的及び内蔵する各部材を考慮して任意に設定される。

すなわち、ハウジング容器２の断面形状については、円形以外に楕円や角型形状品などとして全体を一体に成形したもの、あるいはその胴部２Ａと端部材２Ｂを各々別体にしたものを例えば溶接で一体的に構成することもでき、図１では、その端部材２Ｂはキャップ状にしたものが用いられている。

モジュール１は、ハウジング容器２の一方側の端部材２Ｂに、その処理に使用される被処理流体Ｘを導入する導入口７と、導管７Ａを通じて内部の第一流路６Ａを経て、更にその外方に設けた前記第二流路６Ｃ内で水素ガスを透過分離して次の工程に送給する送給口９を備えるとともに、流路内に残留する残留ガスや未処理状態の被処理流体Ｘを別途回収する回収口８を有する。またハウジング容器２の他方側の端部材２Ｂには、その中央部に前記加熱室４をなす比較的大径の開口４Ａと、前記送給口９を持つ供給部材９Ａが用いられ、配管及び継手を通じて次工程に送られる。

その構成で、被処理流体Ｘは、図１の矢印に示すように導入口７から導入され、一旦加熱室４の天板４Ｂによって放射状に分散した後、加熱室４と迂回部材５がなす長手方向に伸びた第一流路６Ａ内を通り送給される。なお、天板４Ｂの中点近傍には、被処理流体Ｘの分散の円滑性を高める為に例えば半球状乃至円錐状の膨出部４Ｂ１を設けることも好ましい。

第一流路６Ａは、迂回部材５によって比較的狭い流路を形成している。また第一流路６Ａ内を通る被処理流体Ｘは、その使用時に加熱室４に組み込まれる加熱部材Ｈによって水素の透過分離反応に必要な温度（例えば３５０〜５５０℃程度）にまで加熱され、同時にその流速を高めて次工程に送り込まれる。第一流路６Ａの離間距離の大小は、被処理流体Ｘの流速に影響し、第一流路６Ａの離間距離を小さくすることで被処理流体Ｘの流速を高めることができ、その結果、流通段階における被処理流体Ｘの滞留を軽減することができる。その為、第一流路６Ａ内の隙間間隔は、例えば０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜７ｍｍに設定することが望ましい。

第一流路６Ａの離間距離が例えば０．１ｍｍ未満の狭幅なものでは、十分な被処理流体Ｘの供給が得られ難く水素ガスの生成効率が低下することとなる。逆に１０ｍｍを超えるような広幅なものでは、加熱部材Ｈによって加熱される被処理流体の保持温度が部分毎にバラツキを持ち、水素分離のエネルギー効率面で好ましいものとはなり難く、また流速不足による滞留の改善も期待し難い。

また、加熱部材Ｈは例えば棒状の長尺品が用いられ、加熱室４内を前記所定温度に加熱可能な特性を備えるものが採用される。図１はその一例で、加熱部材Ｈ全体を１本の太径棒状品で構成しているが、これに限らず例えば細径の加熱部材Ｈ１、Ｈ２、・・・の複数本を束状に集めて配置することも、また各々を別々に設けた複数の小部屋内に挿入して用いることもできる。図５は、これらをその断面内の円周線上に任意間隔毎に設けている。

迂回部材５は、本形態では、導入口７を持つ導管７Ａの先端に設けたリング板７Ｂの外周部に、その一端を取り付けられる筒体であって、その先端部分は図２のように、周面の一部を切欠きすることで構成した複数の切欠き部５Ａを備えるものが用いられる。

この切欠き部５Ａは、実質的に第一流路６Ａの流れ方向を逆向きに反転する反転領域６Ｂを構成するものであり、図２のように被処理流体Ｘが所定の流速で流通する十分な開口面積を持つように、その大きさや形状、切欠き数などが適宜調整される。切欠き部５Ａは、例えば半径１〜１０ｍｍ程度の半円形状の大きさで、かつその点数は２〜２０点程度を設けることで形成され、例えば、切欠き部５Ａを連続的な山型形状にして、その周面全体に連続的に設けることもできる。

また迂回部材５の先端部は、例えば水素分離部材３を取り付ける一方の保持部材３Ａに当接し又は固着することができ、被処理流体Ｘは、切欠き部５Ａによって流通方向が反転し、次の第二流路６Ｃに送られ水素ガスの透過分離処理が行われる。反転領域６Ｂは、このような個別形成した切欠き部５Ａに代えて、単に迂回部材６Ａの長さを減じることで保持部材３Ａとの間に所定隙間を設けるものでもよい。その場合は、迂回部材６Ａの先端がフリー状態になる為、別途の保持手段を講じることが望まれる。

第二流路６Ｃは、水素分離部材３の長手方向に沿って、かつ第一流路６Ａの外周側近傍に非処理流体Ｘが逆向きに流れる流路として形成される。その為、第一流路６Ａの領域内で加熱された被処理流体Ｘは、その温度を維持したまま第二流路６Ｃに送られ、第二流路６Ｃ内でも温度が著しく低下することはない。従って、分離膜モジュール自体を大型化させることなく熱損失の低減が最小限の状態で熱エネルギーを有効活用することができ、保温効果を合わせ持つものとなる。

第二流路６Ｃは、迂回部材５の外周面と水素分離部材３との間に形成される隙間空間を意味する。第二流路６Ｃの隙間間隔は、第一流路６Ａと同程度の離間距離を持つように設定されるが、本発明はこれに限定されず、第一流路６Ａよりもやや広幅、例えば１．０１〜３倍、より適したものとして１．２〜２倍程度になるように設定しても良い。第二流路６Ｃをこのようなやや広幅に形成することで、第二流路６Ｃ内を流れる被処理流体Ｘの流速は、第一流路６Ａの流速よりも減じることとなる。従って、第二流路６Ｃ内での被処理流体Ｘの滞留時間を大きくすることができ、被処理流体Ｘと水素分離部材３との接触頻度も大きくなることから、水素分離がより効率的かつ十分に行われるようになる。その結果、被処理流体Ｘが未処理状態のまま回収口８から排出される、いわゆる水素生成が行われなかった未処理分の被処理流体Ｘの割合を減少することが可能となる。

図３に示すように、反転領域６Ｂ近傍の構造として第一流路６Ａから反転領域６Ｂにかけての第一曲面Ｒ１と、反転領域６Ｂから第二流路６Ｃにかけての第二曲面Ｒ２の屈曲半径を比較した場合、第一曲面Ｒ１の方が第二曲面Ｒ２よりも屈曲半径を大きく構成しても良い。このような構成により、被処理流体Ｘは、反転領域６Ｂ近傍でも第一曲面Ｒ１により流通抵抗が減じることでスムーズに流れる。そして、反転領域６Ｂに達した被処理流体Ｘは、第一曲面Ｒ１よりも屈曲半径が小さい第二曲面Ｒ２により、被処理流体Ｘの滞留を抑制しつつ適度な流速まで減速する。

従って、被処理流体Ｘの流路への円滑な導入と未処理分の被処理流体Ｘの割合の減少を両立することができ、好適な水素分離が可能となる。

図４を参照して、水素分離部材３は、被処理流体Ｘに含有する水素原子を選択的に透過して水素ガスとして生成する機能を持つ、特定の金属材料で構成された薄膜状の水素分離膜Ｍが利用される。その透過機能を持つ水素分離膜Ｍは、従来から広く知られおり、例えば特開２００７−９０２９５号公報、特開２００８−１５５１１８号公報などが開示するパラジウム金属、バナジウム金属等の他、それら金属の合金材料であるパラジウム−銅合金、パラジウム−銀合金、バナジウム−ニッケル合金などの種々合金製の薄膜材料が採用される。

水素分離膜Ｍの膜厚は、本発明では特に制限されず、前記従来技術等が開示するような例えば５〜５０μｍの膜厚さのものが特性的に好ましい。また、水素分離部材３の大きさや形状は、その使用目的や処理能力を考慮し、かつハウジング容器２内に収納可能な範囲で設定され、例えば断面円形の筒体品では、直径１０〜３００ｍｍと長さ５０〜１０００ｍｍを持つように成形される。

ところで、このような薄膜状の水素分離膜Ｍを用いる場合、被処理流体Ｘはその内周側から一定の負荷圧を加えた加圧状態で供給される為、水素分離膜Ｍはその負荷圧に耐え得る構造が必要となる。その方法として、本形態では図４のように水素分離膜Ｍの外周側に、これを被包してその供給圧力（内圧）を受け止める被包部材Ｃを配した積層化を採用している。

被包部材Ｃは、例えばパンチングプレート（穴開き多孔板）Ｐと、その開口縁部によって水素分離膜Ｍが部分的に押圧変形して破損することを予防する多孔質構造の緩衝シートＳを介在するものとしている。緩衝シートＳは、例えばステンレス鋼、ニッケル金属、ニッケル合金等の無機製の金属繊維材料でなる不織布焼結シートや粉末成形シート品が採用され、一定の柔軟性や弾力性とともに加工性や溶接性等を備えることが好ましい。

また、不織布焼結シート品にあっては、その単一の不織布層でなるものでも２以上の層を適宜積層したものでもよく、更にこれら不織布層と水素分離膜Ｍとの界面に、例えば同様金属製のスクリーンメッシュ等を配置した多層構造の複合積層材料で構成することもできる。このスクリーンメッシュにより、不織布層の構成フィラメントが水素分離膜Ｍに固着することを防止し、これにより及ぼされる悪影響を軽減することもできる。

パンチングプレートＰは、例えば特開２００８−２４６４３０号公報が開示するように、ほぼ等間隔に打ち抜きされた小孔を持つ金属多孔板が採用される。

水素分離部材３をこのような多層の積層構造にし、かつ被処理流体Ｘをその内方からｉｎ−ｏｕｔ方向に供給する形態のものでは、その被処理流体Ｘの供給圧力によって水素分離膜Ｍを外方に押し広げることができ、水素分離膜Ｍに仮にシワや緩みが見られるものでも常に所定張力で張設されるとともに、その供給圧は被包部材Ｃによって十分な耐圧性で保護されることから、破損などが防止できる。その為、水素分離膜Ｍと、パンチングプレートＰ及び緩衝シートＳ等の被包部材Ｃは、各々を単に重ね合わせた積層状態で使用できる他、例えばその全体又は一部同士を予め結合した一体品として用いることもできる。

また水素分離部材３は、その両端縁部を各々別製の保持部材３Ａと流入側に位置する第二保持部材３Ｂに各々リークなく固着され、更に第二保持部材３Ｂは、流入側の導管７Ａの周面との間に、第二流路６Ｃ内に残留する残留ガスや水素分離し得なかった未処理状態の原料ガスを回収口８に送り出す回収路を持つように、その対面間に所定の隙間を備える。

こうして、モジュール１の加熱室４内に所定の加熱手段を付加することで水素製造装置を構成し、水素分離部材３を透過分離して得られた水素ガスは、順次送給口９から外部（次工程）に送給され、例えば燃料電池用のエネルギー源として使用される。この場合、前記加熱手段は、同図のような加熱部材Ｈを挿入する方法に代えて、例えば加熱室４の開口４Ａ側からガスバーナーを吹き付けることで直接加熱する方式のものであってもよい。

本形態の水素分離モジュール１は、そのハウジング容器２内に単一の水素分離部材３を配置する他、例えば図６Ａ、図６Ｂのように水素分離モジュール１からハウジング容器２と導入口７と回収口８と送給口９を除いた水素分離内部モジュール１００（いわゆる内部が露出した状態。図６Ａ、図６Ｂにおける破線で概略表示しているもの。）の複数を並列配置し組み合わせて内蔵させることで、より大容量の複合型モジュールＺを構成することもできる。この場合の送給口９は、複合型モジュールＺ側に設ける。またその処理条件としては、好ましくは下流側の水素分圧を上流側の水素分圧未満とし、例えば０〜２気圧程度の過負荷状態で行うことができる。各水素分離内部モジュール１００で生成された水素ガスは、送給口９から送給される。図６Ａ、図６Ｂの例では、複合型モジュールＺの送給口９の流路を中心軸（図６Ａ中の一点鎖線、図６Ｂの送給口９の中心）として、その中心軸の周囲に５つの水素分離内部モジュール１００が複合型モジュールＺに内蔵されている。図６Ａおよび図６Ｂは共に概略図であることから水素分離内部モジュール１００の詳細な記載を割愛しているが、複合型モジュールＺ内の各水素分離内部モジュール１００は、図１に示す水素分離モジュール１からハウジング容器２と導入口７と回収口８と送給口９を除いたものと同一構成のものに限らず、異なる構成のものを組み合わせて実施しても良い。また、水素分離内部モジュール１００の配置や設置個数についても同様である。

こうして水素分離モジュール及びこれを用いた水素製造装置による本願発明者の評価試験によれば、原料ガスの滞留や供給ムラを低減して９５％以上の水素回収率を達成した試験結果が得られ、また、水素分離モジュールの占有容積についても、従来方式である外部加熱のみによる場合と比して、約２／３以下にまで低減できたこと。さらに、その場合の加熱におけるエネルギー効率についても、１／２以下まで低減して熱損失を軽減できることが確認された。

また、複数の水素分離内部モジュール１００を図６Ａのような複合型モジュールＺに内蔵する例で説明したが、本発明はこれに限定されず、図示しないが、単純に水素分離モジュール１をそのまま並列接続した状態で実施しても良い。この時、各水素分離モジュール１は、複合型モジュールＺに内蔵した状態で実施しても良いし、複合型モジュールＺを使用せず露出した状態で実施しても良い。

また、並列接続は、図示しない連結部材を用いて導入口７同士を接続しても良いし、回収口８同士を接続しても良いし、送給口９同士を接続しても良いし、これらを併用することで一元管理する方法を採用しても良い。導入口７、回収口８、送給口９それぞれの水素分離モジュール１毎に別途連結部材で並列接続することで、仮に不具合が発生した場合においても、該当する水素分離モジュール１のみを交換すれば良い。その場合は、例えば送給口９に図示しない水素濃度センサを設け、送給口９から送給される水素ガス濃度を水素濃度センサが規定値を下回った値を検出することを条件に外部報知を行い、使用者は、この外部報知を受けて水素分離モジュール１を交換することが好ましい。

更に、水素濃度センサを不純物濃度センサに置き換え、送給口９から送給される水素以外の不純物濃度を不純物濃度センサが規定値を上回った値を検出することを条件に外部報知を行うもので実施しても良い。

本発明は、以上説明のように加熱ヒーターを内蔵型とすることで小型化でき、その取扱い性を高めるとともに、熱エネルギー的にも優れることから、例えばこれを複数組み合わせることでその性能はより向上でき、例えばインライン型としての利用性を高めることができる。

１水素分離モジュール
２ハウジング容器
３水素分離部材
４加熱室
５迂回部材
６Ａ第一流路
６Ｂ反転領域
６Ｃ第二流路
７導入口
８回収口
９送給口
１１外装筒体
Ｈ加熱部材

Claims

ハウジング容器と、
その容器内に、系外から供給される被処理流体中の水素を選択的に透過分離する筒状の水素分離部材と、
該水素分離部材の内周側に同心に配置された迂回部材と、
更に該迂回部材の内周側に、前記被処理流体を所定温度に加熱する加熱部材用の加熱室を備えるとともに、
導入口から流入する該被処理流体は、前記加熱室の外周面と前記迂回部材の隙間内を流通する間に所定温度に加熱される第一流路と、
該第一流路の先端部において、その流動方向を反転する反転領域と、
前記迂回部材の外周面側に設けられ、前記第一流路とは同心でかつ逆向きに流通する間に水素の透過分離がなされる第二流路を経て供給されるように構成したことを特徴とするヒーター内蔵型の水素分離モジュール。
前記迂回部材の先端部は、その先端面を切欠きした複数の切欠孔を備えるものである請求項１に記載のヒーター内蔵型の水素分離モジュール。
前記迂回部材は、その先端切欠部を介して、前記水素分離部材を区画保持する他方側のリング板に当接又は固着されてなる請求項２に記載のヒーター内蔵型の水素分離モジュール。
前記第一流路と第二流路は、各々０．１〜１０ｍｍの隙間を持って構成されている請求項１〜３のいずれかに記載のヒーター内蔵型の水素分離モジュール。
前記水素分離部材は、水素透過分離機能を持つ水素透過膜と、その外表面を包み耐圧支持する金属製の緩衝シート及び金属多孔板との積層構造品で構成されたものである請求項４に記載のヒーター内蔵型の水素分離モジュール。
前記請求項１〜５のいずれかに記載のヒーター内蔵型の水素分離モジュールを、前記被処理流体から水素ガスを生成する所定の供給、排出用の配管に各々接続して構成し、かつ前記加熱室内に加熱手段を設けたことを特徴とする水素分離装置。