JP2560256B2 - 細管状水素分離膜の製造方法 - Google Patents
細管状水素分離膜の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は細管状水素分離膜の新規
な製造方法に関するものである。さらに詳しくいえば、
本発明は、水素透過性に優れ、かつ水素脆性に対し良好
な耐久性を有する細管状金属薄膜から成る水素分離膜
を、単一工程で効率よく、製造する方法に関するもので
ある。
な製造方法に関するものである。さらに詳しくいえば、
本発明は、水素透過性に優れ、かつ水素脆性に対し良好
な耐久性を有する細管状金属薄膜から成る水素分離膜
を、単一工程で効率よく、製造する方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、水素分離用金属膜としては、パラ
ジウム及びその合金から、機械的な圧延により製造した
ものが知られていた。しかしながら、この圧延法は、加
工硬化を伴うので、逐次焼きなましを行いながら進める
必要があり、そのため工程数が極めて多くなる上に、加
工硬化が大きい場合は、圧延が不可能になるというケー
スも生じる。また、薄い膜を得ようとすれば、圧延機自
体に高い精度と高い品質が要求される結果、高価な装置
が必要となり、製造コストが高くなるのを免れない。
ジウム及びその合金から、機械的な圧延により製造した
ものが知られていた。しかしながら、この圧延法は、加
工硬化を伴うので、逐次焼きなましを行いながら進める
必要があり、そのため工程数が極めて多くなる上に、加
工硬化が大きい場合は、圧延が不可能になるというケー
スも生じる。また、薄い膜を得ようとすれば、圧延機自
体に高い精度と高い品質が要求される結果、高価な装置
が必要となり、製造コストが高くなるのを免れない。
【０００３】一方、機械的圧延法によらない薄膜製造法
としては、多孔質担体上に、無電解メッキ、電気メッキ
あるいはスパッタリング法などによって、パラジウムの
薄い層を形成させる複合膜化法が提案されている。しか
しながら、この場合は、多孔質担体と付着している部分
で透過が阻止され、主に空孔部分のみで透過が生じるこ
とになるために、有効膜面積の減少が避けられない。
としては、多孔質担体上に、無電解メッキ、電気メッキ
あるいはスパッタリング法などによって、パラジウムの
薄い層を形成させる複合膜化法が提案されている。しか
しながら、この場合は、多孔質担体と付着している部分
で透過が阻止され、主に空孔部分のみで透過が生じるこ
とになるために、有効膜面積の減少が避けられない。
【０００４】したがって、水素分離用金属膜を、このよ
うな複合膜化法によることなく、金属自体のみで薄膜化
でき、しかも単一工程で安価に製造することのできる方
法の開発が望まれていた。
うな複合膜化法によることなく、金属自体のみで薄膜化
でき、しかも単一工程で安価に製造することのできる方
法の開発が望まれていた。
【０００５】ところで、膜の形状が平面でなく、細管状
であればそれを束ねることによって大面積化が容易にな
り、かつ膜を収容する容器本体との間の接合も容易でシ
ール性も優れたものになることが期待できるが、このよ
うなものを効率よく製造する方法は知られていない。
であればそれを束ねることによって大面積化が容易にな
り、かつ膜を収容する容器本体との間の接合も容易でシ
ール性も優れたものになることが期待できるが、このよ
うなものを効率よく製造する方法は知られていない。
【０００６】他方、水素透過性金属材料の欠点として、
水素溶解に伴う金属自体の脆化、すなわち破砕の現象が
挙げられ、このことは膜材として使用する際の大きな障
害の１つとなっていた。
水素溶解に伴う金属自体の脆化、すなわち破砕の現象が
挙げられ、このことは膜材として使用する際の大きな障
害の１つとなっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、水素透過性に優れ、かつ水素脆性に対す
る良好な耐久性を有する細管状水素分離膜を、圧延法や
複合膜化法によることなく、単一工程で効率よく、製造
する方法を提供することを目的としてなされたものであ
る。
事情のもとで、水素透過性に優れ、かつ水素脆性に対す
る良好な耐久性を有する細管状水素分離膜を、圧延法や
複合膜化法によることなく、単一工程で効率よく、製造
する方法を提供することを目的としてなされたものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、水素分離
用金属膜の効率のよい製造方法について鋭意研究を重ね
た結果、水素透過性金属融成体を、環状ノズルから、高
速回転している２個の円板状ロールの接触周面に形成さ
れる円形スリットに吹き付け、急冷することにより、そ
の目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて
本発明を完成するに至った。
用金属膜の効率のよい製造方法について鋭意研究を重ね
た結果、水素透過性金属融成体を、環状ノズルから、高
速回転している２個の円板状ロールの接触周面に形成さ
れる円形スリットに吹き付け、急冷することにより、そ
の目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて
本発明を完成するに至った。
【０００９】すなわち、本発明は、円周面に断面半円形
状の溝を有する２個の円板状金属ロールを円周面で接触
させながら互に逆方向に高速回転し、接触面に形成され
た円形スリットに、環状ノズルを通して、水素透過性金
属融成体を吹き付け急冷し、細管状に固化させることを
特徴とする細管状水素分離膜の製造方法を提供するもの
である。
状の溝を有する２個の円板状金属ロールを円周面で接触
させながら互に逆方向に高速回転し、接触面に形成され
た円形スリットに、環状ノズルを通して、水素透過性金
属融成体を吹き付け急冷し、細管状に固化させることを
特徴とする細管状水素分離膜の製造方法を提供するもの
である。
【００１０】本発明方法においては、まず、前記水素透
過性金属を環状ノズルを有する容器内で溶融して水素透
過性金属融成体を調製する。この容器の材料としては、
例えば石英やアルミナなどのセラミックス系材料、ある
いはタングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点
金属材料などが好ましい。また、環状ノズルの内径を、
円形スリットの直径よりも大きくするのが有利である。
過性金属を環状ノズルを有する容器内で溶融して水素透
過性金属融成体を調製する。この容器の材料としては、
例えば石英やアルミナなどのセラミックス系材料、ある
いはタングステン、タンタル、モリブデンなどの高融点
金属材料などが好ましい。また、環状ノズルの内径を、
円形スリットの直径よりも大きくするのが有利である。
【００１１】次に、本発明方法において、原材料として
用いる水素透過性金属としては、単体金属でもよいが、
成形条件が選択しやすいという点で合金が好ましい。こ
のような合金の例としては、ケイ素、ジルコニウム、イ
ットリウム、ゲルマニウム、リン、鉄、銅、金、銀、コ
バルト、ニッケル及びマンガンの中から選ばれた少なく
とも１種の成分とパラジウムからなる合金、例えばパラ
ジウム‐ケイ素系合金、パラジウム‐ジルコニウム系合
金、パラジウム‐イットリウム系合金などを挙げること
ができる。また、チタン‐銅系合金、チタン‐ニッケル
系合金、ジルコニウム‐ニッケル系合金、アルミニウム
‐ランタン‐ニッケル系合金、ニッケル‐ニオブ系合金
も用いることができる。
用いる水素透過性金属としては、単体金属でもよいが、
成形条件が選択しやすいという点で合金が好ましい。こ
のような合金の例としては、ケイ素、ジルコニウム、イ
ットリウム、ゲルマニウム、リン、鉄、銅、金、銀、コ
バルト、ニッケル及びマンガンの中から選ばれた少なく
とも１種の成分とパラジウムからなる合金、例えばパラ
ジウム‐ケイ素系合金、パラジウム‐ジルコニウム系合
金、パラジウム‐イットリウム系合金などを挙げること
ができる。また、チタン‐銅系合金、チタン‐ニッケル
系合金、ジルコニウム‐ニッケル系合金、アルミニウム
‐ランタン‐ニッケル系合金、ニッケル‐ニオブ系合金
も用いることができる。
【００１２】次に添付図面に従って、本発明の実施の態
様をさらに詳細に説明する。図１は、本発明方法で用い
られる水素透過性金属を溶融するための環状ノズルを有
する容器の１例の部分断面図であって、水素透過性金属
溶融部１と円形ノズル部２とから成り、各部の寸法は次
のとおりである。 （Ｄ−ｄ）＝０．１〜１ｍｍ ｄ／２ｒ＞０．９（ただし、ｒは半円形溝の半径） ｋ＝５〜２０ｍｍ
様をさらに詳細に説明する。図１は、本発明方法で用い
られる水素透過性金属を溶融するための環状ノズルを有
する容器の１例の部分断面図であって、水素透過性金属
溶融部１と円形ノズル部２とから成り、各部の寸法は次
のとおりである。 （Ｄ−ｄ）＝０．１〜１ｍｍ ｄ／２ｒ＞０．９（ただし、ｒは半円形溝の半径） ｋ＝５〜２０ｍｍ
【００１３】次に、この水素透過性金属融成体を、圧縮
ガスなどを駆動力として前記環状ノズルから、たがいに
接して高速回転する２つの金属ロールによって形成され
る円形スリットに吹き付け、急速冷却することにより、
細管状金属薄膜を得る。この２つの金属ロールには、円
形スリットを形成させるために半円形の断面を有する溝
が円周面全体にわたって設けられている。
ガスなどを駆動力として前記環状ノズルから、たがいに
接して高速回転する２つの金属ロールによって形成され
る円形スリットに吹き付け、急速冷却することにより、
細管状金属薄膜を得る。この２つの金属ロールには、円
形スリットを形成させるために半円形の断面を有する溝
が円周面全体にわたって設けられている。
【００１４】図２は、本発明方法で用いられる装置のノ
ズル部及び半円形溝付き金属ロールの１例の側面図、図
３はその金属ロールの平面図であって、ノズル５の設置
位置は、２つの金属ロール３，３′の中心上にあって、
高さｈは使用する金属ロール３，３′の半径Ｒにもよる
が、半径１００ｍｍの金属ロール３，３′を使用した場
合には、ｈ＝２０〜６０ｍｍの範囲が適当である。金属
ロール３，３′の幅ｗは、半円形溝４の半径ｒに対して
４倍以上あればよい。金属ロール３，３′の半径Ｒは、
対象とする水素透過性金属試料の物性によって変えられ
るもので、例えばパラジウム‐ケイ素系合金の場合には
１５０〜３００ｍｍの範囲が適当である。金属ロール
３，３′の回転方向は、図２に示したようにたがいに反
対方向で、その回転数ｎは、Ｒ、ｒ、ｄ／２ｒ、Ｄ−ｄ
の各数値と水素透過性金属試料の物性とに強く依存する
もので、個々に最適化されるものである。他方、水素透
過性金属合金自体が酸化を受けやすい場合には、金属ロ
ール３，３′とノズル５とを大気と遮断した不活性雰囲
気の容器内にて行うこともできる。
ズル部及び半円形溝付き金属ロールの１例の側面図、図
３はその金属ロールの平面図であって、ノズル５の設置
位置は、２つの金属ロール３，３′の中心上にあって、
高さｈは使用する金属ロール３，３′の半径Ｒにもよる
が、半径１００ｍｍの金属ロール３，３′を使用した場
合には、ｈ＝２０〜６０ｍｍの範囲が適当である。金属
ロール３，３′の幅ｗは、半円形溝４の半径ｒに対して
４倍以上あればよい。金属ロール３，３′の半径Ｒは、
対象とする水素透過性金属試料の物性によって変えられ
るもので、例えばパラジウム‐ケイ素系合金の場合には
１５０〜３００ｍｍの範囲が適当である。金属ロール
３，３′の回転方向は、図２に示したようにたがいに反
対方向で、その回転数ｎは、Ｒ、ｒ、ｄ／２ｒ、Ｄ−ｄ
の各数値と水素透過性金属試料の物性とに強く依存する
もので、個々に最適化されるものである。他方、水素透
過性金属合金自体が酸化を受けやすい場合には、金属ロ
ール３，３′とノズル５とを大気と遮断した不活性雰囲
気の容器内にて行うこともできる。
【００１５】本発明方法で用いられる装置は、前記した
ように、水素透過性金属の融成体が圧縮ガスによって加
圧放出される環状ノズル部２と円形溝を有する金属ロー
ル３，３′とから構成されていることから、成形される
金属薄膜は細管状となる。細管の径や肉厚は、環状ノズ
ル部２のＤ、ｄ値や金属ロール３，３′の半円形溝の径
ｒを調節することで任意に行うことができる。細管状薄
膜はそれを収容する容器との接合が容易であり、かつそ
れを多数束ねることで単位容積当りの膜面積を大きくと
ることが可能である。また、高速で回転する金属ロール
で急速に冷却されることになるから、結晶構造は非晶質
となるが、この構造は水素溶解能力が結晶化物よりも大
きく、したがってより大きな水素透過性を有する。加え
て、非晶質構造は金属水素化物を形成しないために、結
晶構造の変化による構造破壊が起こらず、水素分離膜材
料として寿命の長いものである。
ように、水素透過性金属の融成体が圧縮ガスによって加
圧放出される環状ノズル部２と円形溝を有する金属ロー
ル３，３′とから構成されていることから、成形される
金属薄膜は細管状となる。細管の径や肉厚は、環状ノズ
ル部２のＤ、ｄ値や金属ロール３，３′の半円形溝の径
ｒを調節することで任意に行うことができる。細管状薄
膜はそれを収容する容器との接合が容易であり、かつそ
れを多数束ねることで単位容積当りの膜面積を大きくと
ることが可能である。また、高速で回転する金属ロール
で急速に冷却されることになるから、結晶構造は非晶質
となるが、この構造は水素溶解能力が結晶化物よりも大
きく、したがってより大きな水素透過性を有する。加え
て、非晶質構造は金属水素化物を形成しないために、結
晶構造の変化による構造破壊が起こらず、水素分離膜材
料として寿命の長いものである。
【００１６】
【発明の効果】本発明方法によると、水素透過性に優
れ、かつ水素脆性に対する良好な耐久性を有する細管状
金属薄膜から成る水素分離膜が、単一工程で効率よく、
経済的有利に得られる。
れ、かつ水素脆性に対する良好な耐久性を有する細管状
金属薄膜から成る水素分離膜が、単一工程で効率よく、
経済的有利に得られる。
【００１７】本発明方法で得られた細管状金属薄膜は、
それを収容する容器との接合がフィルム状膜に比べて容
易でシール性に優れており、かつそれを多数束ねること
で単位容積当りの膜面積を大きくとれるという利点もあ
る。さらに、本発明方法は、膜材に限らず非晶質管材と
しての各種の用途にも応用することが可能である。
それを収容する容器との接合がフィルム状膜に比べて容
易でシール性に優れており、かつそれを多数束ねること
で単位容積当りの膜面積を大きくとれるという利点もあ
る。さらに、本発明方法は、膜材に限らず非晶質管材と
しての各種の用途にも応用することが可能である。
【００１８】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。 実施例 図１に示す円形ノズルを有する石英ガラス製容器及び図
２に示す半円形溝付き金属ロールを用い、かつ水素透過
性金属としてケイ素含有量が１５重量％のパラジウム‐
ケイ素系合金を用いて、細管状金属薄膜から成る水素分
離膜を作成した。
明する。 実施例 図１に示す円形ノズルを有する石英ガラス製容器及び図
２に示す半円形溝付き金属ロールを用い、かつ水素透過
性金属としてケイ素含有量が１５重量％のパラジウム‐
ケイ素系合金を用いて、細管状金属薄膜から成る水素分
離膜を作成した。
【００１９】この水素分離膜について、測定温度と水素
透過速度との関係を調べた。その結果を図４にグラフで
示す。なお、水素透過速度は、１気圧の純水素を５０〜
２５０℃の範囲の温度で細管外側に供給し、透過した水
素量を測定することにより求めた。
透過速度との関係を調べた。その結果を図４にグラフで
示す。なお、水素透過速度は、１気圧の純水素を５０〜
２５０℃の範囲の温度で細管外側に供給し、透過した水
素量を測定することにより求めた。
【図１】 本発明方法で用いられる水素透過性金属を溶
融するための装置の環状ノズル部分の１例の断面図。
融するための装置の環状ノズル部分の１例の断面図。
【図２】 本発明方法で用いられるノズル部分と半円形
溝付き金属ロールの１例の側面図。
溝付き金属ロールの１例の側面図。
【図３】 図１の金属ロールの平面図。
【図４】 本発明方法で得られた細管状金属薄膜から成
る水素分離膜の１例における測定温度と水素透過速度と
の関係を示すグラフ。
る水素分離膜の１例における測定温度と水素透過速度と
の関係を示すグラフ。
１ 水素透過性金属溶融部 ２ 環状ノズル部 ３，３′ 金属ロール ４ 断面半円形の溝 ５ ノズル
Claims (4)
- 【請求項１】 円周面に断面半円形状の溝を有する２個
の円板状金属ロールを円周面で接触させながら互に逆方
向に高速回転し、接触面に形成された円形スリットに、
環状ノズルを通して、水素透過性金属融成体を吹き付け
急冷し、細管状に固化させることを特徴とする細管状水
素分離膜の製造方法。 - 【請求項２】 円形スリットの直径よりも大きい内径を
もつ環状ノズルを用いる請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 水素透過性金属が、ケイ素、ジルコニウ
ム、イットリウム、ゲルマニウム、リン、鉄、銅、金、
銀、コバルト、ニッケル及びマンガンの中から選ばれた
少なくとも１種の成分と、パラジウムとの合金である請
求項１又は２記載の製造方法。 - 【請求項４】 水素透過性金属がチタン‐銅系合金、チ
タン‐ニッケル系合金、ジルコニウム‐ニッケル系合
金、アルミニウム‐ランタン‐ニッケル系合金又はニッ
ケル‐ニオブ系合金である請求項１又は２記載の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6167575A JP2560256B2 (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 細管状水素分離膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6167575A JP2560256B2 (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 細管状水素分離膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0824599A JPH0824599A (ja) | 1996-01-30 |
| JP2560256B2 true JP2560256B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=15852292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6167575A Expired - Lifetime JP2560256B2 (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 細管状水素分離膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560256B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004073844A1 (ja) * | 2003-02-24 | 2004-09-02 | Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd. | 水素分離膜及びその製造方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000159503A (ja) * | 1998-11-20 | 2000-06-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ｎｂ合金水素分離膜 |
| JP4250679B2 (ja) * | 2002-11-20 | 2009-04-08 | 三菱マテリアル株式会社 | すぐれた高温非晶質安定性を有する水素分離透過膜 |
-
1994
- 1994-07-20 JP JP6167575A patent/JP2560256B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004073844A1 (ja) * | 2003-02-24 | 2004-09-02 | Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd. | 水素分離膜及びその製造方法 |
| CN100366329C (zh) * | 2003-02-24 | 2008-02-06 | 福田金属箔粉工业株式会社 | 氢分离膜及其生产方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0824599A (ja) | 1996-01-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |