JP3377640B2 - 水素分離膜及びその製造方法 - Google Patents
水素分離膜及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は水素精製装置や水素製造
装置に用いられる水素分離膜及びその製造方法に関す
る。
装置に用いられる水素分離膜及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図２に従来の水素透過性金属箔を有する
水素分離膜の構造を示す。この水素分離膜は原料ガス側
７に高温高圧の水素を含むガスを流し、低圧の精製水素
側８に水素を取出すものである。例えば厚さ５〜１００
μｍ程度のＰｄ−Ａｇ合金などの水素透過性金属箔１
と、圧力差による該金属箔１の破損を防止するための金
属繊維不織布３及び／又は金網２等からなる金属多孔体
４の積層構造となっており、取付部材１０に取付けて使
用される。ここで金属多孔体内の各層は全面接合されて
いるが、金属箔は周辺部のみ金属多孔体に接合されてい
る。また、その周囲は原料ガス側７、精製水素側８及び
外気とを遮断するため、溶接あるいはパッキンなどでシ
ール部９を形成することによりシールされている。
水素分離膜の構造を示す。この水素分離膜は原料ガス側
７に高温高圧の水素を含むガスを流し、低圧の精製水素
側８に水素を取出すものである。例えば厚さ５〜１００
μｍ程度のＰｄ−Ａｇ合金などの水素透過性金属箔１
と、圧力差による該金属箔１の破損を防止するための金
属繊維不織布３及び／又は金網２等からなる金属多孔体
４の積層構造となっており、取付部材１０に取付けて使
用される。ここで金属多孔体内の各層は全面接合されて
いるが、金属箔は周辺部のみ金属多孔体に接合されてい
る。また、その周囲は原料ガス側７、精製水素側８及び
外気とを遮断するため、溶接あるいはパッキンなどでシ
ール部９を形成することによりシールされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示すような従来の水素分離膜の構造では、周囲のシール
を完全にするのは難しく、次のように製造時の歩留りが
悪い、水素透過性能が低いなどの問題があり、工業的に
はなりたたない。 （１）パッキンでシールする場合は、金属箔１が薄いこ
とと金属多孔体４が存在するため水素精製又は水素分離
時に大きな面圧を加えることができず、したがって稼働
圧力を上げることができないため、大きな水素透過速度
は得られない。 （２）溶接でシールする場合は、レーザ溶接、電子ビー
ム溶接等の低入熱、低歪溶接を用いても、金属箔１が薄
いため溶け落ちなどの欠陥が発生しやすく、金属箔１の
歩留りが５０％以下で工業的になりたたない。歩留りを
上げるためには少なくとも金属箔１の厚さを０．１ｍｍ
程度以上にする必要があるが、水素透過度は金属箔１の
厚さに反比例するため、性能が大きく低下する。
示すような従来の水素分離膜の構造では、周囲のシール
を完全にするのは難しく、次のように製造時の歩留りが
悪い、水素透過性能が低いなどの問題があり、工業的に
はなりたたない。 （１）パッキンでシールする場合は、金属箔１が薄いこ
とと金属多孔体４が存在するため水素精製又は水素分離
時に大きな面圧を加えることができず、したがって稼働
圧力を上げることができないため、大きな水素透過速度
は得られない。 （２）溶接でシールする場合は、レーザ溶接、電子ビー
ム溶接等の低入熱、低歪溶接を用いても、金属箔１が薄
いため溶け落ちなどの欠陥が発生しやすく、金属箔１の
歩留りが５０％以下で工業的になりたたない。歩留りを
上げるためには少なくとも金属箔１の厚さを０．１ｍｍ
程度以上にする必要があるが、水素透過度は金属箔１の
厚さに反比例するため、性能が大きく低下する。
【０００４】本発明は、前記従来技術の実情に鑑みてな
されたものであって、従来の水素分離膜の構造における
欠点を解消した水素分離膜及びその製造方法を提供しよ
うとするものである。
されたものであって、従来の水素分離膜の構造における
欠点を解消した水素分離膜及びその製造方法を提供しよ
うとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は（１）水素透過
性金属箔を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ及びＣｕからなる
群から選ばれるいずれかの金属層を介して金属多孔体表
面に接合させてなることを特徴とする水素分離膜、
（２）水素透過性金属箔を接合させる金属多孔体の端縁
部に、表面が平坦になるように取付枠を接合し、該取付
枠を含む金属多孔体表面に水素透過性金属箔を接合させ
てなることを特徴とする水素分離膜、（３）水素透過性
金属箔を接合させる金属多孔体の端縁部に、表面が平坦
になるように取付枠を接合し、該取付枠を含む金属多孔
体表面に水素透過性金属箔を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ
及びＣｕからなる群から選ばれるいずれかの金属層を介
して接合させてなることを特徴とする水素分離膜、
（４）水素透過性金属箔を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ及
びＣｕからなる群から選ばれるいずれかの金属層を介し
て金属多孔体表面に接合させることを特徴とする水素分
離膜の製造方法、（５）水素透過性金属箔を接合させる
金属多孔体の端縁部に、表面が平坦になるように取付枠
を接合し、該取付枠を含む金属多孔体表面に水素透過性
金属箔を接合させることを特徴とする水素分離膜の製造
方法、及び（６）水素透過性金属箔を接合させる金属多
孔体の端縁部に、表面が平坦になるように取付枠を接合
し、該取付枠を含む金属多孔体表面に水素透過性金属箔
を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ及びＣｕからなる群から選
ばれるいずれかの金属層を介して接合させることを特徴
とする水素分離膜の製造方法である。
性金属箔を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ及びＣｕからなる
群から選ばれるいずれかの金属層を介して金属多孔体表
面に接合させてなることを特徴とする水素分離膜、
（２）水素透過性金属箔を接合させる金属多孔体の端縁
部に、表面が平坦になるように取付枠を接合し、該取付
枠を含む金属多孔体表面に水素透過性金属箔を接合させ
てなることを特徴とする水素分離膜、（３）水素透過性
金属箔を接合させる金属多孔体の端縁部に、表面が平坦
になるように取付枠を接合し、該取付枠を含む金属多孔
体表面に水素透過性金属箔を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ
及びＣｕからなる群から選ばれるいずれかの金属層を介
して接合させてなることを特徴とする水素分離膜、
（４）水素透過性金属箔を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ及
びＣｕからなる群から選ばれるいずれかの金属層を介し
て金属多孔体表面に接合させることを特徴とする水素分
離膜の製造方法、（５）水素透過性金属箔を接合させる
金属多孔体の端縁部に、表面が平坦になるように取付枠
を接合し、該取付枠を含む金属多孔体表面に水素透過性
金属箔を接合させることを特徴とする水素分離膜の製造
方法、及び（６）水素透過性金属箔を接合させる金属多
孔体の端縁部に、表面が平坦になるように取付枠を接合
し、該取付枠を含む金属多孔体表面に水素透過性金属箔
を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ及びＣｕからなる群から選
ばれるいずれかの金属層を介して接合させることを特徴
とする水素分離膜の製造方法である。
【０００６】本発明の水素分離膜において、水素透過性
金属箔としてはＰｄ又はＰｄを主体とする合金を厚さ５
〜１００μｍ程度の薄膜としたものを使用する。この水
素透過性金属箔の例としてはＰｄ−Ａｇ合金のほか、Ｐ
ｄ、Ｐｄ−Ｙ合金、Ｐｄ−Ｎｉ合金、Ｐｄ−Ｃｕ合金あ
るいはＰｄに前記添加金属を複合して加えた三元合金が
挙げられる。また、金属多孔体としては金属繊維の不織
布、金網あるいはこれらを組み合わせたものが使用され
る。この金属多孔体の材質としてはステンレス鋼、炭素
鋼、合金鋼などが使用できる。
金属箔としてはＰｄ又はＰｄを主体とする合金を厚さ５
〜１００μｍ程度の薄膜としたものを使用する。この水
素透過性金属箔の例としてはＰｄ−Ａｇ合金のほか、Ｐ
ｄ、Ｐｄ−Ｙ合金、Ｐｄ−Ｎｉ合金、Ｐｄ−Ｃｕ合金あ
るいはＰｄに前記添加金属を複合して加えた三元合金が
挙げられる。また、金属多孔体としては金属繊維の不織
布、金網あるいはこれらを組み合わせたものが使用され
る。この金属多孔体の材質としてはステンレス鋼、炭素
鋼、合金鋼などが使用できる。
【０００７】水素透過性金属箔と金属多孔体を積層させ
て使用する場合、繰り返し熱サイクルに対する耐久性を
考慮すると、金属箔と金属多孔体の表面は接合されてい
ることが望ましい。接合は拡散接合などにより行うこと
ができるが、金属多孔体の材質によっては不純物が水素
透過性金属箔中に拡散して水素透過性能を劣化させる場
合がある。例えば、直接接合では接合金属多孔体の材質
がステレス鋼である場合、炭素やクロムなどの元素が水
素透過性の金属箔中に拡散し、水素透過性能を低下させ
る。そのため水素透過性金属箔と金属多孔体との接合は
適当な材質の金属層を介して行うのが望ましい。
て使用する場合、繰り返し熱サイクルに対する耐久性を
考慮すると、金属箔と金属多孔体の表面は接合されてい
ることが望ましい。接合は拡散接合などにより行うこと
ができるが、金属多孔体の材質によっては不純物が水素
透過性金属箔中に拡散して水素透過性能を劣化させる場
合がある。例えば、直接接合では接合金属多孔体の材質
がステレス鋼である場合、炭素やクロムなどの元素が水
素透過性の金属箔中に拡散し、水素透過性能を低下させ
る。そのため水素透過性金属箔と金属多孔体との接合は
適当な材質の金属層を介して行うのが望ましい。
【０００８】前記金属層を形成させる金属は次のような
要件を満たすものである。 金属層の成分が金属箔中に少量拡散しても水素透過性
能が低下しないもの。 接合性のよいもの、すなわち酸化物を形成しにくく、
再結晶温度が低く低温で接合可能なもの。 金属多孔体から拡散してくる炭素、クロムの拡散速度
が小さいもの、すなわち面心立方構造を有するものが望
ましく、炭素、クロムの拡散速度を小さくするため低温
で接合できるもの。
要件を満たすものである。 金属層の成分が金属箔中に少量拡散しても水素透過性
能が低下しないもの。 接合性のよいもの、すなわち酸化物を形成しにくく、
再結晶温度が低く低温で接合可能なもの。 金属多孔体から拡散してくる炭素、クロムの拡散速度
が小さいもの、すなわち面心立方構造を有するものが望
ましく、炭素、クロムの拡散速度を小さくするため低温
で接合できるもの。
【０００９】そのため、本発明の第１においては、水素
透過性金属箔と金属多孔体とを、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎ
ｉ及びＣｕからなる群から選ばれるいずれかの金属層を
介して接合させたことを特徴としている。
透過性金属箔と金属多孔体とを、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎ
ｉ及びＣｕからなる群から選ばれるいずれかの金属層を
介して接合させたことを特徴としている。
【００１０】これらの金属層を解して接合させる方法と
しては、金属多孔体の表面にこれらの金属を真空蒸着、
スパッタリング法、ＣＶＤ法などの乾式コーティング法
あるいは電気メッキ、無電解メッキなどの湿式コーティ
ング法によりコーティングしておき、金属箔と合わせて
加熱、加圧して接合させるのが一般的である。
しては、金属多孔体の表面にこれらの金属を真空蒸着、
スパッタリング法、ＣＶＤ法などの乾式コーティング法
あるいは電気メッキ、無電解メッキなどの湿式コーティ
ング法によりコーティングしておき、金属箔と合わせて
加熱、加圧して接合させるのが一般的である。
【００１１】また、周囲のシール溶接性を改善するた
め、水素分離膜の端縁部に取付枠を設けるのが好まし
い。そのため、本発明の第２においては、繰り返し熱サ
イクルに対する耐久性を考慮し、図１に示すように、金
属多孔体４の水素透過性金属箔１と接する表面の端縁部
に厚さ０．０１〜１ｍｍの取付枠６を表面が平坦になる
よう、金属多孔体に埋め込んだ形で接合させたことを特
徴としている。なお、図１の例では金属多孔体４は金網
２に金属繊維不織布３を接合させたものを使用している
が、金属多孔体の構成は使用する材料の高温強度、耐食
性、水素分離膜の耐用年数等を考慮して適宜決定すれば
よい。図１において、７が原料ガス側、８が精製水素
側、９は溶接によるシール部、１０は取付部材である。
め、水素分離膜の端縁部に取付枠を設けるのが好まし
い。そのため、本発明の第２においては、繰り返し熱サ
イクルに対する耐久性を考慮し、図１に示すように、金
属多孔体４の水素透過性金属箔１と接する表面の端縁部
に厚さ０．０１〜１ｍｍの取付枠６を表面が平坦になる
よう、金属多孔体に埋め込んだ形で接合させたことを特
徴としている。なお、図１の例では金属多孔体４は金網
２に金属繊維不織布３を接合させたものを使用している
が、金属多孔体の構成は使用する材料の高温強度、耐食
性、水素分離膜の耐用年数等を考慮して適宜決定すれば
よい。図１において、７が原料ガス側、８が精製水素
側、９は溶接によるシール部、１０は取付部材である。
【００１２】なお、取付枠を使用する場合には、その材
質は接合する金属多孔体と同材質あるいは近似した材質
のものを使用する。例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ製の金属多
孔体を使用する場合には、取付枠の材質もＳＵＳ３１６
ＬあるいはＮｉとするのが好ましい。
質は接合する金属多孔体と同材質あるいは近似した材質
のものを使用する。例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ製の金属多
孔体を使用する場合には、取付枠の材質もＳＵＳ３１６
ＬあるいはＮｉとするのが好ましい。
【００１３】さらに、本発明の第３は、前記本発明の第
１及び第２の特徴を兼ね備えたものであり、本発明の第
４〜６はそれぞれの水素分離膜の製造方法である。
１及び第２の特徴を兼ね備えたものであり、本発明の第
４〜６はそれぞれの水素分離膜の製造方法である。
【００１４】
【作用】水素透過性金属箔と金属多孔体とを単に積層し
ただけでは、両者の熱膨張係数の差により金属箔にしわ
が生じ、そこに歪みが集中するため、昇降温の繰り返し
による金属疲労で金属箔が損傷しリークが発生する。本
発明では、金属箔と金属多孔体とを予め拡散接合などの
手段により全面にわたって接合させておくことによって
このようなリークの発生を防止する。水素透過性金属箔
と金属多孔体との接合に際し、中間層としてＡｇ，Ａ
ｕ，Ｐｔ，Ｎｉ及びＣｕからなる群から選ばれるいずれ
かの金属層を介して接合させることにより、接合金属多
孔体の材質がステレス鋼である場合、直接接合では炭素
やクロムなどの元素が水素透過性の金属箔中に拡散し、
水素透過性能を低下させるのを防ぐ、接合温度を低くす
ることができ熱膨張差に起因する発生応力を低減できる
などの作用がある。
ただけでは、両者の熱膨張係数の差により金属箔にしわ
が生じ、そこに歪みが集中するため、昇降温の繰り返し
による金属疲労で金属箔が損傷しリークが発生する。本
発明では、金属箔と金属多孔体とを予め拡散接合などの
手段により全面にわたって接合させておくことによって
このようなリークの発生を防止する。水素透過性金属箔
と金属多孔体との接合に際し、中間層としてＡｇ，Ａ
ｕ，Ｐｔ，Ｎｉ及びＣｕからなる群から選ばれるいずれ
かの金属層を介して接合させることにより、接合金属多
孔体の材質がステレス鋼である場合、直接接合では炭素
やクロムなどの元素が水素透過性の金属箔中に拡散し、
水素透過性能を低下させるのを防ぐ、接合温度を低くす
ることができ熱膨張差に起因する発生応力を低減できる
などの作用がある。
【００１５】水素透過性金属箔を積層あるいは積層して
接合するに先立ち、金属多孔体の金属箔と接する表面の
端縁部に取付枠を接合しておくことにより周囲を溶接に
よりシールする際の水素分離膜の歩留りを向上させるこ
とができる。この場合、金属多孔体の表面に取付枠を接
合しただけではさらにその上に金属箔を接合させる際に
段差が生じ、金属箔に局部的歪み（折れ曲がり）が形成
され、その結果昇降温繰り返しによる金属疲労で金属箔
が損傷し、リークが発生する。そのため、金属多孔体へ
の取付枠の接合に際しては取付枠を金属多孔体中に埋め
込んだ形とし、金属箔を接合する面を平坦にしておくこ
とが必要である。
接合するに先立ち、金属多孔体の金属箔と接する表面の
端縁部に取付枠を接合しておくことにより周囲を溶接に
よりシールする際の水素分離膜の歩留りを向上させるこ
とができる。この場合、金属多孔体の表面に取付枠を接
合しただけではさらにその上に金属箔を接合させる際に
段差が生じ、金属箔に局部的歪み（折れ曲がり）が形成
され、その結果昇降温繰り返しによる金属疲労で金属箔
が損傷し、リークが発生する。そのため、金属多孔体へ
の取付枠の接合に際しては取付枠を金属多孔体中に埋め
込んだ形とし、金属箔を接合する面を平坦にしておくこ
とが必要である。
【００１６】金属多孔体と取付枠との接合は拡散接合あ
るいはろう付けにより行うことができる。また、金属箔
との接合面を平坦にする方法としては、予め金属多孔体
表面に取付枠の厚みに相当する段差を付けておく方法、
金属多孔体と取付枠との接合の後、金属箔を接合する前
にプレスあるいは圧延等により平坦にする方法などを採
ることができる。
るいはろう付けにより行うことができる。また、金属箔
との接合面を平坦にする方法としては、予め金属多孔体
表面に取付枠の厚みに相当する段差を付けておく方法、
金属多孔体と取付枠との接合の後、金属箔を接合する前
にプレスあるいは圧延等により平坦にする方法などを採
ることができる。
【００１７】
【実施例】以下実施例により本発明の水素分離膜をさら
に具体的に説明する。 （使用材料）水素透過性金属箔として、厚さ２０μｍ及
び１００μｍのＰｄ−２３％Ａｇ圧延箔を使用した。ま
た、金属多孔体としてはＳＵＳ３１６Ｌ繊維からなる平
均孔径６μｍ、厚さ０．１ｍｍの金属繊維不織布に、Ｓ
ＵＳ３１６Ｌ製の＃４０〜＃４００の金網を間隔の細か
い順に１０枚積層し、厚さ約１ｍｍとし、＃４００の金
網が金属繊維不織布と接するようにして温度９５０℃、
加圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ2 、Ａｒガス雰囲気の条件で
拡散接合させたものを使用した。なお、水素透過性金属
箔は金属多孔体の金属繊維不織布の面に接合させるよう
にし、取付枠としてはＳＵＳ３１６Ｌ製のものを使用し
た。
に具体的に説明する。 （使用材料）水素透過性金属箔として、厚さ２０μｍ及
び１００μｍのＰｄ−２３％Ａｇ圧延箔を使用した。ま
た、金属多孔体としてはＳＵＳ３１６Ｌ繊維からなる平
均孔径６μｍ、厚さ０．１ｍｍの金属繊維不織布に、Ｓ
ＵＳ３１６Ｌ製の＃４０〜＃４００の金網を間隔の細か
い順に１０枚積層し、厚さ約１ｍｍとし、＃４００の金
網が金属繊維不織布と接するようにして温度９５０℃、
加圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ2 、Ａｒガス雰囲気の条件で
拡散接合させたものを使用した。なお、水素透過性金属
箔は金属多孔体の金属繊維不織布の面に接合させるよう
にし、取付枠としてはＳＵＳ３１６Ｌ製のものを使用し
た。
【００１８】（性能評価）以下の実施例、比較例で作製
した試料の性能評価は次のようにして行った。 常温で１０ｋｇｆ／ｃｍ2 の窒素圧で原料ガス側から
精製水素側へのリーク量を測定するリーク試験。 ６００℃で２ｋｇｆ／ｃｍ2 の水素ガスによる水素透
過速度の測定。 常温、無加圧と６００℃、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 の窒素
加圧のサイクルを繰り返し、各繰り返しごとにリーク試
験を行い、繰り返し寿命を測定する温度・圧力昇降試験
を実施。
した試料の性能評価は次のようにして行った。 常温で１０ｋｇｆ／ｃｍ2 の窒素圧で原料ガス側から
精製水素側へのリーク量を測定するリーク試験。 ６００℃で２ｋｇｆ／ｃｍ2 の水素ガスによる水素透
過速度の測定。 常温、無加圧と６００℃、１０ｋｇｆ／ｃｍ2 の窒素
加圧のサイクルを繰り返し、各繰り返しごとにリーク試
験を行い、繰り返し寿命を測定する温度・圧力昇降試験
を実施。
【００１９】（比較例１、２）
厚さ２０μｍ及び１００μｍの水素透過性金属箔を使用
し、前記金属多孔体の表面に重ねて周辺部のみを９００
℃で接合して図２の取付枠のない構造（従来の構造）の
水素分離膜を作製し、シール溶接性の差を調べた。シー
ル溶接はＣＯ2レーザ溶接方法により、出力１．５ｋ
Ｗ、溶接速度５０ｃｍ／ｍｉｎとし、直径０．８ｍｍの
ＳＵＳ３０９溶加ワイヤを１００ｃｍ／ｍｉｎの速度で
供給した。得られた試料について前記によるリーク試
験を行った結果、水素透過性金属箔１の厚みが２０μｍ
の比較例１では製品の歩留りは０％（リークしなかった
試料個数／全試料個数が０／３）であった。これに対
し、金属箔１の厚みが１００μｍである比較例２では製
品の歩留りは１００％（３／３）であったが、金属箔１
の厚みが厚いため、の試験による水素透過速度が小さ
く、水素分離膜としての性能は悪かった。
し、前記金属多孔体の表面に重ねて周辺部のみを９００
℃で接合して図２の取付枠のない構造（従来の構造）の
水素分離膜を作製し、シール溶接性の差を調べた。シー
ル溶接はＣＯ2レーザ溶接方法により、出力１．５ｋ
Ｗ、溶接速度５０ｃｍ／ｍｉｎとし、直径０．８ｍｍの
ＳＵＳ３０９溶加ワイヤを１００ｃｍ／ｍｉｎの速度で
供給した。得られた試料について前記によるリーク試
験を行った結果、水素透過性金属箔１の厚みが２０μｍ
の比較例１では製品の歩留りは０％（リークしなかった
試料個数／全試料個数が０／３）であった。これに対
し、金属箔１の厚みが１００μｍである比較例２では製
品の歩留りは１００％（３／３）であったが、金属箔１
の厚みが厚いため、の試験による水素透過速度が小さ
く、水素分離膜としての性能は悪かった。
【００２０】（比較例３、４）厚さ２０μｍの水素透過
性金属箔１を使用し、シール溶接性を改善するため、比
較例３では図３に示すように金属多孔体４の周囲に取付
枠６を溶接し、比較例４では図４に示すように厚さ０．
２ｍｍの取付枠６を金属多孔体４に９５０℃で接合し、
その上に水素透過性金属箔１を積層し、９００℃で周辺
部を接合した。これらを比較例１と同様にして溶接し
た。得られた試料についてのリーク試験を行った結
果、歩留りは両者共に１００％（２／２）であり、の
水素透過速度測定の結果も良好であった。そこでの温
度・圧力昇降試験を行ったところ、１００〜２００回程
度の繰り返し後、リークが発生した。定期点検時以外は
定常運転を続ける装置ではこの程度の寿命で十分である
が、毎日、毎週装置の始動、停止を繰り返す装置ではさ
らに長期の繰り返し寿命が要求される。
性金属箔１を使用し、シール溶接性を改善するため、比
較例３では図３に示すように金属多孔体４の周囲に取付
枠６を溶接し、比較例４では図４に示すように厚さ０．
２ｍｍの取付枠６を金属多孔体４に９５０℃で接合し、
その上に水素透過性金属箔１を積層し、９００℃で周辺
部を接合した。これらを比較例１と同様にして溶接し
た。得られた試料についてのリーク試験を行った結
果、歩留りは両者共に１００％（２／２）であり、の
水素透過速度測定の結果も良好であった。そこでの温
度・圧力昇降試験を行ったところ、１００〜２００回程
度の繰り返し後、リークが発生した。定期点検時以外は
定常運転を続ける装置ではこの程度の寿命で十分である
が、毎日、毎週装置の始動、停止を繰り返す装置ではさ
らに長期の繰り返し寿命が要求される。
【００２１】（比較例５）比較例３、４で試験を行った
試料を切断し、断面を調べてみると図３、図４に示すよ
うに、取付枠６と金属多孔体４の溶接部の段差部Ｐ、あ
るいは取付枠６と金属多孔体４の段差部Ｑで金属箔１が
折れ曲がった部分からリークが発生していることがわか
った。そこで、比較例４のようにして得た試料を拡散接
合炉中で１０５０℃の温度、１ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で
加熱、加圧して取付枠６を金属多孔体４の中に押し込ん
で金属箔１と接する面が平坦になるようにした。その結
果、の温度・圧力昇降試験で約８００回の繰り返しに
耐えることができた。なお、表面の平坦化は圧延により
行うこともできる。
試料を切断し、断面を調べてみると図３、図４に示すよ
うに、取付枠６と金属多孔体４の溶接部の段差部Ｐ、あ
るいは取付枠６と金属多孔体４の段差部Ｑで金属箔１が
折れ曲がった部分からリークが発生していることがわか
った。そこで、比較例４のようにして得た試料を拡散接
合炉中で１０５０℃の温度、１ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で
加熱、加圧して取付枠６を金属多孔体４の中に押し込ん
で金属箔１と接する面が平坦になるようにした。その結
果、の温度・圧力昇降試験で約８００回の繰り返しに
耐えることができた。なお、表面の平坦化は圧延により
行うこともできる。
【００２２】（比較例６）毎日装置の始動、停止を繰り
返す場合には、３年間では１０９５回、５年間では１８
２５回の繰り返しに耐えることが必要である。比較例５
での温度・圧力昇降試験を行った後の試料を調べてみ
るとＰｄ−Ａｇ箔にしわが形成されており、この部分に
Ｐｄ−Ａｇ箔と金属多孔体の熱膨張係数差に起因する歪
差が集中するものと考えられた。そこで、しわの形成を
防ぐためＰｄ−Ａｇ箔１と金属多孔体４の表面全面を拡
散接合により接合した。接合条件は拡散接合炉を真空引
きし、９００℃で加圧した。これにより、の温度・圧
力昇降試験で約２０００回の繰り返しに耐えるようにな
ったが、厚さ２０μｍと薄いＰｄ−Ａｇ箔を使用してい
るにもかかわらず水素透過速度が小さかった。このＰｄ
−Ａｇ箔の断面の成分分析を行ったところ、金属多孔体
から炭素及びクロムがＰｄ−Ａｇ箔中に拡散しており、
これがＰｄ−Ａｇ箔の水素透過性能を劣化させているこ
とがわかった。
返す場合には、３年間では１０９５回、５年間では１８
２５回の繰り返しに耐えることが必要である。比較例５
での温度・圧力昇降試験を行った後の試料を調べてみ
るとＰｄ−Ａｇ箔にしわが形成されており、この部分に
Ｐｄ−Ａｇ箔と金属多孔体の熱膨張係数差に起因する歪
差が集中するものと考えられた。そこで、しわの形成を
防ぐためＰｄ−Ａｇ箔１と金属多孔体４の表面全面を拡
散接合により接合した。接合条件は拡散接合炉を真空引
きし、９００℃で加圧した。これにより、の温度・圧
力昇降試験で約２０００回の繰り返しに耐えるようにな
ったが、厚さ２０μｍと薄いＰｄ−Ａｇ箔を使用してい
るにもかかわらず水素透過速度が小さかった。このＰｄ
−Ａｇ箔の断面の成分分析を行ったところ、金属多孔体
から炭素及びクロムがＰｄ−Ａｇ箔中に拡散しており、
これがＰｄ−Ａｇ箔の水素透過性能を劣化させているこ
とがわかった。
【００２３】（実施例１〜５）水素透過性金属箔１と、
厚さ０．２ｍｍの取付枠を接合して表面を平坦化した金
属多孔体４とを、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ又はＣｕの層
を介して全面接合させ、図１に示す構造の水素分離膜を
作製した。金属層の形成方法は真空蒸着により行った。
得られた試料はいずれもの水素透過速度測定による水
素透過速度は良好で、の温度・圧力昇降試験の結果も
２５００回以上の繰り返しでもリークの発生は認められ
なかった。比較例１〜６、実施例１〜５の試料の試験結
果をまとめて表１に示す。
厚さ０．２ｍｍの取付枠を接合して表面を平坦化した金
属多孔体４とを、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ又はＣｕの層
を介して全面接合させ、図１に示す構造の水素分離膜を
作製した。金属層の形成方法は真空蒸着により行った。
得られた試料はいずれもの水素透過速度測定による水
素透過速度は良好で、の温度・圧力昇降試験の結果も
２５００回以上の繰り返しでもリークの発生は認められ
なかった。比較例１〜６、実施例１〜５の試料の試験結
果をまとめて表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【発明の効果】本発明の水素分離膜は、シール溶接の際
の歩留りが大きく、また、温度、圧力の昇降繰り返しに
対する耐久性が高い。さらに、水素透過性金属箔と金属
多孔体との間に金属層を介して接合させたものでは、接
合による金属箔の水素透過性能の劣化を防ぐことができ
る。
の歩留りが大きく、また、温度、圧力の昇降繰り返しに
対する耐久性が高い。さらに、水素透過性金属箔と金属
多孔体との間に金属層を介して接合させたものでは、接
合による金属箔の水素透過性能の劣化を防ぐことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で作製した水素分離膜の構造を示す断面
図。
図。
【図２】従来の水素分離膜の構造を示す断面図。
【図３】比較例３で作製した水素分離膜の構造を示す断
面図。
面図。
【図４】比較例４で作製した水素分離膜の構造を示す断
面図。
面図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小林 敏郎
広島県広島市西区観音新町四丁目６番22
号 三菱重工業株式会社 広島研究所内
(72)発明者 廣實 常登
広島県広島市西区観音新町四丁目６番22
号 三菱重工業株式会社 広島研究所内
(72)発明者 川岡 孝義
広島県広島市西区観音新町四丁目６番22
号 三菱重工業株式会社 広島製作所内
(72)発明者 太田 眞輔
広島県広島市西区観音新町四丁目６番22
号 三菱重工業株式会社 広島製作所内
(56)参考文献 特開 平５−123548（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−227035（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−317662（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B01D 71/02 500
B01D 67/00
Claims (6)
- 【請求項１】 水素透過性金属箔を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ｎｉ及びＣｕからなる群から選ばれるいずれかの金
属層を介して金属多孔体表面に接合させてなることを特
徴とする水素分離膜。 - 【請求項２】 水素透過性金属箔を接合させる金属多孔
体の端縁部に、表面が平坦になるように取付枠を接合
し、該取付枠を含む金属多孔体表面に水素透過性金属箔
を接合させてなることを特徴とする水素分離膜。 - 【請求項３】 水素透過性金属箔を接合させる金属多孔
体の端縁部に、表面が平坦になるように取付枠を接合
し、該取付枠を含む金属多孔体表面に水素透過性金属箔
を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ及びＣｕからなる群から選
ばれるいずれかの金属層を介して接合させてなることを
特徴とする水素分離膜。 - 【請求項４】 水素透過性金属箔を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ｎｉ及びＣｕからなる群から選ばれるいずれかの金
属層を介して金属多孔体表面に接合させることを特徴と
する水素分離膜の製造方法。 - 【請求項５】 水素透過性金属箔を接合させる金属多孔
体の端縁部に、表面が平坦になるように取付枠を接合
し、該取付枠を含む金属多孔体表面に水素透過性金属箔
を接合させることを特徴とする水素分離膜の製造方法。 - 【請求項６】 水素透過性金属箔を接合させる金属多孔
体の端縁部に、表面が平坦になるように取付枠を接合
し、該取付枠を含む金属多孔体表面に水素透過性金属箔
を、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ及びＣｕからなる群から選
ばれるいずれかの金属層を介して接合させることを特徴
とする水素分離膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02374895A JP3377640B2 (ja) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | 水素分離膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02374895A JP3377640B2 (ja) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | 水素分離膜及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08215551A JPH08215551A (ja) | 1996-08-27 |
| JP3377640B2 true JP3377640B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=12118943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02374895A Expired - Lifetime JP3377640B2 (ja) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | 水素分離膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3377640B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10306235B4 (de) | 2003-02-14 | 2005-02-03 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren und Anordnung zum Widerstandsnahtschweißen einer Folie und mindestens eines Folienträgers eines Brennstoffzellensystems |
| JP4363633B2 (ja) | 2004-02-17 | 2009-11-11 | 株式会社アルバック | 水素分離・精製用複相合金及びその作製方法、並びに水素分離・精製用金属膜及びその作製方法 |
| KR100679341B1 (ko) * | 2004-09-15 | 2007-02-07 | 한국에너지기술연구원 | 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법 |
| JP4490383B2 (ja) * | 2006-03-13 | 2010-06-23 | 日本碍子株式会社 | 水素ガス分離体固定構造体及びそれを用いた水素ガス分離装置 |
| JP2008043908A (ja) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 水素透過膜およびその製造方法、並びに、該水素透過膜を用いた水素透過用部材 |
| JP6269110B2 (ja) * | 2014-01-30 | 2018-01-31 | 大日本印刷株式会社 | フィルターおよびその製造方法 |
-
1995
- 1995-02-13 JP JP02374895A patent/JP3377640B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08215551A (ja) | 1996-08-27 |
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