JP4274678B2 - Gas separation unit and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP4274678B2 JP2000241232A JP2000241232A JP4274678B2 JP 4274678 B2 JP4274678 B2 JP 4274678B2 JP 2000241232 A JP2000241232 A JP 2000241232A JP 2000241232 A JP2000241232 A JP 2000241232A JP 4274678 B2 JP4274678 B2 JP 4274678B2
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合ガス中の特定のガスを分離するガス分離ユニット及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、混合ガス中の特定ガスを分離する方法としては、吸着剤を用いる方法、分離膜を用いる方法などが知られている。分離膜を用いる方法としては、例えば、有機または無機の分離膜によってガスを分離する方法などがある。分離膜を用いる方法は、省エネルギー、分離効率、装置構成の簡易性、運転容易性などの点で注目されている。
【0003】
膜分離に用いる分離膜は薄ければ薄いほど透過特性が向上するが、一方分離膜にピンホールが発生する確率が高くなる。ピンホールが存在すれば、高純度のガスの選択分離は困難になり、分離膜の役割を果たさない。従って、従来はピンホールの存在の確率が低い20〜50μm程度の厚みのものが用いられていた。この厚みでは透過特性が劣り、分離膜としての十分な特性を発揮できなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、混合ガスの選択分離装置を製造するにあたり、ピンホールのない、ガス選択透過特性に優れたガス分離ユニット及びその製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明のガス分離ユニットの製造方法は、
展張枠用の金属板の片面をスパッタエッチングにより活性化処理する工程と、
ガス分離性を有する金属板の片面をスパッタエッチングにより活性化処理する工程と、
前記活性化処理したそれぞれの面を合わせて冷間圧接しクラッド板を製造する工程と、
前記クラッド板を圧延して薄膜化する工程と、
前記薄膜化した展張枠用の金属板をエッチング処理して、
エッチングされない部分を展張枠とし、
エッチングされる部分を前記ガス分離性を有する金属板の面を露出する開口部を形成する工程と、
前記ガス分離性を有する金属板の他の面に多数の孔が形成された金属支持体を積層する工程と、を有することを特徴とする。
(2)また、本発明のガス分離ユニットの製造方法は、前述した(1)において、
前記ガス分離性を有する金属板が、パラジウム板又はパラジウム合金板であり、前記枠用金属板がステンレス鋼板であることを特徴とする。
(3)さらに、本発明のガス分離ユニットの製造方法は、前述した(1)又は(2)において、
前記クラッド板を圧延して薄膜化する圧下率が、20〜70%であることを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガス分離ユニットを水素ガスを分離する分離ユニットを例にとって図面を用いて説明する。
図1は、水素ガス分離ユニットAの構造を示す斜視図である。図1において、水素ガス分離ユニットAは、水素ガス分離性を有する材料(例えば、パラジウム合金箔。以下、パラジウム合金箔を例として説明する。)13の片面に展張枠10が積層されており、他面には、多数の孔が形成された金属支持体11が積層されている。
【0007】
図1に示すように、水素ガス分離ユニットAの上面に積層されている展張枠10は、中央部に2個の開口部105がエッチング法などで形成された枠体である。開口部105の形状は、四角形、六角形、円形、楕円形など様々なものが適用できる。その並び方も、特に問わない。展張枠10は、できるだけ大きく開口されている方がガス流通面積を大きくとれて好ましい。例えば、周囲部分101のみの骨組みとすることも好ましい。
また、パラジウム合金箔13のハンドリング時の破れなどを考慮すれば、図1に示すように、中央部分102を設けることも好ましい。展張枠10の材質は、ステンレス鋼、ニッケル又はニッケル基合金、銅又は銅合金、鉄合金などが好ましい。展張枠10の厚みは、10〜500μmであるのが好ましく、50〜200μm程度であるのがさらに好ましい。厚みが10μm未満であると枠体としての機械的強度に欠け、一方500μmを超えると、例えばエッチング法などで形成させるのに時間がかかり好ましくない。
【0008】
次に、パラジウム合金箔13の他面に積層される金属支持体11について説明する。金属支持体11には、直径が10〜500μm、好ましくは50〜200μmの円形状又は楕円形状の細孔bが形成されている。直径が10μm未満ではガスの流通抵抗が大きく、一方500μmを超えると、パラジウム合金箔12が細孔b内に食い込み、パラジウム合金箔13に亀裂を生じやすくなる。なお、細孔bの形成密度は、150〜3000個/cm2 程度が好ましい。
【0009】
また、この細孔bの形状は、図1に示すように、一方の径が極めて長い長孔状であっても差し支えない。細孔bの配置状態は、どのような並べ方であっても差し支えないが、千鳥状に並べると孔形成密度を高めることができ好ましい。
【0010】
金属支持体11は、ステンレス鋼板、ニッケル又はニッケル基合金板、銅又は銅合金板、鉄合金板などの金属板が好ましい。金属支持体11は、材質としてセラミックスなどの多孔質の無機材料を用いることもできる。
【0011】
金属支持体11の厚みは、10〜500μmであるのが好ましく、30〜200μm程度であるのがさらに好ましい。厚みが10μm未満であると支持体としての機械的強度に欠け、一方500μmを超えると、例えばエッチング法などにより細孔を形成させるのに時間がかかり好ましくない。
【0012】
次に、パラジウム合金箔13について説明する。パラジウム合金箔13は、パラジウムを主体とする合金の薄い箔であり、パラジウムに、周期律表第VIII族元素(例えば、コバルト、ニッケル)、IB族(例えば、銅、銀、金)、IIIB族(例えば、イットリウム)の群から選ばれた少なくとも1種の他の金属を合金化させたものが好ましく用いられる。なかでも、パラジウムと銀との合金箔(例えば23%銀含有)、パラジウムとホルミウムとの合金箔(例えば8%ホルミウム含有)がさらに好ましい。
パラジウムに合金化させる元素の含有量は、1〜50重量%であることが好ましく、10〜30重量%であることがさらに好ましい。パラジウム合金を用いる理由は、パラジウム単体では水素脆化が生じ、合金元素の含有量を1重量%以上とすると、水素脆化が防止できるからである。
また、合金元素の含有量が50重量%を超えると、水素の透過速度が遅くなるので好ましくないからである。
【0013】
パラジウム合金箔13の厚みは、ガス透過性などの観点から、2〜20μmとすることが好ましい。さらに好ましくは5〜10μmである。パラジウム合金箔13の厚みが2μm未満では、パラジウム合金箔13にピンホールが存在しやすくなり、分離水素の純度も低下することになる。一方厚みが20μmを超えると、水素の透過速度が遅くなる。
なお、水素ガス分離性を有する材料として、パラジウム合金箔を一例として説明したが、他のガスを分離する場合であれば、そのガスの分離特性を有するものを適宜選択して用いる。形態も、板状、箔状など様々なものが使用可能である。ここで、「ガス分離性を有する」とは、特定のガスを含んだ混合ガス中の中から、その特定ガスを選択的に分離できる機能を有することをいう。
【0014】
次に、本発明のガス分離ユニットの製造方法を説明する。
図2は、ガス分離ユニット製造工程の一例を示すクラッド板加工装置の概略図である。まず、展張枠となる金属板21の片面にパラジウム合金箔23をクラッド加工して積層する。クラッド加工は、事前に表面清浄化処理した金属板21を、図2に示すクラッド板加工装置の巻戻しリール22に巻き付ける。
金属板21の厚みは、次に行うリロールでの厚みの減少を見込んで20〜1000μmのものが好ましい。
同様に、事前に表面清浄化処理したパラジウム合金箔23を巻戻しリール24に巻き付ける。
パラジウム合金箔としては前記の完成厚みのものよりも厚めの、6〜100μmのものを用いることができる。厚めのものを用いることができるので、クラッド時のハンドリングを容易に行うことができる。
巻戻しリール22,24から金属板21とパラジウム合金箔23とを同時に巻戻し、エッチングチャンバ25内に突出した電極ロール26,26に巻付け、エッチングチャンバ25内において、それぞれの合わせ面をスパッタエッチング処理して活性化する。
【0015】
このスパッタエッチング処理して活性化処理する方法は、本出願人が先に特開平1−224184号公報で開示したように、(1)1×10−1 〜1×10−4 Torr の極低圧不活性ガス雰囲気中で、(2)金属板21とパラジウム合金箔23とを、それぞれアース接地した一方の電極とし、絶縁支持された他の電極との間に1〜50MHzの交流を印加してグロー放電を行わせ、(3)かつ、前記グロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極の面積が、電極の面積の1/3以下で、(4)スパッタエッチング処理することによって行うことが好ましい。
その後、真空槽20内に設けた圧延ユニット27によってクラッド加工(冷間圧接)し、二層構造を有するクラッド板29を巻き取りロール28に巻き取り、2層の積層構造を有するクラッド板29を製造する。
【0016】
圧延工程(リロール)
上記のクラッド板29を、再びロールに通し、金属板21とパラジウム合金箔23の両者の厚みを減少させ薄膜化する。圧下率は20〜70%が好ましい。20%未満では圧延工程でのパラジウム合金箔23の薄膜化が生ぜず、70%を超えると圧延時にクラッド板の接合界面が波状にうねりを生じ、箔の厚みが不均一となり、膜全体としての強度が低下する。例えば、当初の厚みが20μm厚の銀・パラジウム合金箔と、当初の厚みが200μm厚のステンレス板をクラッド加工で積層したものを圧下率50%で圧延した結果、それぞれの厚みが50%減少したものが得られた。
尚、圧延は、真空中で行ってもかまわないが、既に接合後のものであるので大気中で行ってもなんら接合強度が劣化することはない。
【0017】
次に、このようにして作製したクラッド板29を、適宜な縦横サイズに切断し、クラッド切板K(図3(a)参照)とし、水素ガス分離ユニットの原板に供する。
次に、前工程で得られたクラッド切板Kの片面に開口部105をエッチング法により形成する。エッチングする方法としては、まず、クラッド切板Kの片面(金属板21)にネガ型レジスト31を塗布し(図3(b)参照)、ベーキング後、開口部105に相当するパターンが形成されたマスクを介して紫外線などの光を照射し露光する。露光後、現像して(図3(c)参照)ポストベークし、エッチングし、残存するレジストを除去し、展張枠10を完成させる。
【0018】
なお、金属板21上のレジスト密着性を向上させるために、前処理として水酸化ナトリウム水溶液であらかじめクラッド切板Kをアルカリ洗浄し、水洗、中和、乾燥などを行い、レジスト塗布面の清浄化を行っておくことが望ましい。レジストのタイプとしては、カゼインタイプ、PVAタイプなどの水溶性タイプ、アクリルポリマー系の溶剤溶解性タイプなどが用いられる。レジスト被覆の条件としては、例えば次のようなものが好ましい。
レジスト種類;PVA−重クロム酸系の水溶性タイプ〔富士薬品工業(株)製、FR−14〕
塗布厚;7μm
洗浄化した金属板21へレジストを塗布する方法としては、ロールコート法、スピンコート法、ディップ引き上げコート法などが用いられる。
【0019】
塗布厚みは、レジスト粘度、引き上げスピードなどで変わるが、解像度の面からは、3〜15μmが好ましい。次に、レジスト31の皮膜にあらかじめパターン画像が形成されたフィルムマスクを密着させて、紫外線を60〜70秒程照射する。
【0020】
次の現像工程で未露光部分のレジストが溶解除去され、金属板21の面が露出され、後の工程でエッチングされる部分となる(図3(c)参照)。現像は、水をスプレー塗布して行った。開口部105となるパターンが形成されたレジスト31皮膜は、エッチング工程に先立ち、塗膜密着性などを高めるため、熱風や遠紫外線輻射などを用いてポストベークを行うことが好ましい。通常、100〜120℃で15〜30分行う。
【0021】
金属板21のエッチングは、2段階に分けて行うことが好ましい。
まず、第1段階のエッチングとして、45〜49°Be(ボーメ)の塩化第2鉄水溶液を対象物面にスプレーすることが好ましい。塩化第2鉄水溶液の液温は、45〜65℃が好ましい。第1段階のエッチングは、全エッチング量の8〜9割行う。次に第2段階目のエッチングを行う。第2段階目エッチングは、残りの金属板21を完全に除去するため電解エッチングを行う。電解エッチング液は、リン酸液を用いることが望ましいが、金属板をエッチングできる液であれば特にその種類は問わない。エッチングされた金属板21は、水洗洗浄、レジスト除去して、水素ガス分離ユニットAの一部である、展張枠10とパラジウム合金箔13とが一体化した、枠付きパラジウム合金箔pが得られる。
本実施例のエッチング処理では、金属板の開口部105の面積が70mm×140mmになるように、片面からエッチング液を吹きつけて行った。レジスト除去は、5〜10重量%の水酸化ナトリウム水溶液を、50〜70℃に加温した液に浸漬して行った。なお、本実施例では、金属板21とパラジウム合金箔23とを一体化した積層体の製造方法ついては、クラッド法を用いて説明したが、他の方法で両者を積層することもできる。例えば、接着剤を用いて金属板21とパラジウム合金箔23とを一体化した積層体を製造することもできる。
また、あらかじめプレス法等で金属板の中央部を打ち抜き、枠体を作成し、その枠体を、パラジウム合金箔と溶接法を用いて一体化することもできる。
【0022】
次に、前述した工程で作成した枠付きパラジウム合金箔pの下側に、前述の図1に示したような金属支持板11をあてがい、本発明の水素ガス分離ユニットAを完成させる。上記のようにして完成した水素ガス分離ユニットAを、金属支持板11の面が内側になるように、その周囲をレーザー溶接などでケース34に固定化して水素ガス分離体Yとする(図5参照)。
【0023】
次に、本発明の水素ガス分離ユニットAを用いて水素を分離する方法の一例を図4を用いて説明する。図4に示すように、水素ガス分離機Xには、本発明の水素ガス分離ユニットAを組み込んである水素ガス分離機Xが設置されている。
【0024】
原料ガスGgは、水素ガス分離機Xの上部の原料ガス導入パイプ42から導入されると、原料ガスGg中の水素ガスが、水素ガス分離ユニット105のパラジウム合金箔13を透過し、透過ガスGtとして下部の分離ガス排出パイプ41から取り出される。一方、非透過ガスGnは、水素ガス分離機Xの上方43より系外へ排出される。
【0025】
【発明の効果】
本発明の水素ガス分離ユニットは、水素ガス分離性を有する材料(パラジウム合金箔)の露出面積が大きく、パラジウム合金箔が展張枠によって展張された状態にあるので、パラジウム合金箔を破壊することなく水素ガス分離ユニットを製造することができる。
また、パラジウム合金箔の下側には、金属支持板をあてがってあるので、原料ガスの圧力によってパラジウム合金箔が破壊されることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】水素ガス分離ユニットの構造を説明するための分解斜視図である。
【図2】水素ガス分離ユニットの製造工程の一部を示すクラッド板加工装置の概略図である。
【図3】クラッド切板Kをエッチングする説明図である。
【図4】水素ガス分離ユニットを用いて水素を分離する方法の一例を示す説明図である。
【図5】水素ガス分離体Yの概略斜視図である。
【符号の説明】
10・・・展張枠
11・・・金属支持体
13・・・水素ガス分離性を有する材料(パラジウム合金箔)
20・・・真空槽
21・・・金属板
22・・・巻戻しリール
23・・・水素ガス分離性を有する材料(パラジウム合金箔)
24・・・巻戻しリール
25・・・エッチングチャンバー
26・・・電極ロール
28・・・巻取りリール
29・・・クラッド板
31・・・レジスト
41・・・分離ガス排出パイプ
42・・・原料ガス導入パイプ
A・・・水素ガス分離ユニット
K・・・クラッド切板
X・・・水素ガス分離機
Y・・・水素ガス分離体
Gg・・・原料ガス
Gt・・・透過ガス
Gn・・・非透過ガス
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas separation unit for separating a specific gas in a mixed gas and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for separating a specific gas in a mixed gas, a method using an adsorbent, a method using a separation membrane, and the like are known. As a method using a separation membrane, for example, there is a method of separating a gas with an organic or inorganic separation membrane. A method using a separation membrane has attracted attention in terms of energy saving, separation efficiency, simplicity of apparatus configuration, ease of operation, and the like.
[0003]
The thinner the separation membrane used for membrane separation, the better the permeation characteristics. On the other hand, the probability of pinholes occurring in the separation membrane increases. If pinholes are present, selective separation of high purity gas becomes difficult and does not serve as a separation membrane. Therefore, conventionally, a material having a thickness of about 20 to 50 μm, which has a low probability of pinholes, has been used. At this thickness, the permeation characteristics were inferior, and sufficient characteristics as a separation membrane could not be exhibited.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas separation unit having no pinhole and excellent gas selective permeation characteristics and a method for producing the same when producing a selective separation apparatus for mixed gas.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
(1) The manufacturing method of the gas separation unit of the present invention includes:
A step of activating the one side of the metal plate for the extension frame by sputter etching;
A step of activating the one side of the metal plate having gas separation by sputter etching;
A step of producing a clad plate by cold-welding each of the activated surfaces together;
Rolling the clad plate to form a thin film;
Etching the thinned metal plate for the extending frame,
The unetched part is used as an extension frame,
Forming an opening that exposes the surface of the metal plate having gas separation properties in the etched portion;
And laminating a metal support having a large number of holes formed on the other surface of the metal plate having gas separation property.
(2) Moreover, the manufacturing method of the gas separation unit of this invention WHEREIN: In above-mentioned (1),
The metal plate having gas separation property is a palladium plate or a palladium alloy plate, and the metal plate for a frame is a stainless steel plate.
(3) Furthermore, the manufacturing method of the gas separation unit of the present invention is as described in (1) or (2) above.
A reduction ratio of rolling the clad plate to form a thin film is 20 to 70%.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the gas separation unit of the present invention will be described with reference to the drawings by taking a separation unit for separating hydrogen gas as an example.
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the hydrogen gas separation unit A. FIG. In FIG. 1, a hydrogen gas separation unit A has a stretchable frame 10 laminated on one side of a material 13 having a hydrogen gas separation property (for example, a palladium alloy foil. Hereinafter, a palladium alloy foil will be described as an example). On the other surface, a metal support 11 having a large number of holes is laminated.
[0007]
As shown in FIG. 1, the extension frame 10 laminated on the upper surface of the hydrogen gas separation unit A is a frame body in which two openings 105 are formed in the center by an etching method or the like. Various shapes such as a quadrangle, a hexagon, a circle, and an ellipse can be applied to the opening 105. The arrangement is not particularly limited. It is preferable that the extension frame 10 is opened as large as possible in order to increase the gas distribution area. For example, it is also preferable to use a framework having only the peripheral portion 101.
In consideration of the tearing of the palladium alloy foil 13 during handling, it is also preferable to provide a central portion 102 as shown in FIG. The material of the extension frame 10 is preferably stainless steel, nickel or nickel-base alloy, copper or copper alloy, iron alloy, or the like. The thickness of the extension frame 10 is preferably 10 to 500 μm, and more preferably about 50 to 200 μm. If the thickness is less than 10 μm, the mechanical strength as a frame is lacking. On the other hand, if it exceeds 500 μm, it takes a long time to form by, for example, an etching method.
[0008]
Next, the metal support 11 laminated on the other surface of the palladium alloy foil 13 will be described. The metal support 11 is formed with circular or elliptical pores b having a diameter of 10 to 500 μm, preferably 50 to 200 μm. If the diameter is less than 10 μm, the gas flow resistance is large. On the other hand, if it exceeds 500 μm, the palladium alloy foil 12 bites into the pores b, and the palladium alloy foil 13 tends to crack. The formation density of the pores b is preferably about 150 to 3000 / cm 2 .
[0009]
Further, as shown in FIG. 1, the shape of the pore b may be a long hole shape with one extremely large diameter. The arrangement state of the pores b may be any arrangement, but it is preferable to arrange them in a staggered manner because the hole formation density can be increased.
[0010]
The metal support 11 is preferably a metal plate such as a stainless steel plate, nickel or nickel base alloy plate, copper or copper alloy plate, or iron alloy plate. The metal support 11 can also be made of a porous inorganic material such as ceramics.
[0011]
The thickness of the metal support 11 is preferably 10 to 500 μm, and more preferably about 30 to 200 μm. If the thickness is less than 10 μm, the mechanical strength as a support is lacking. On the other hand, if it exceeds 500 μm, it takes a long time to form pores by, for example, an etching method.
[0012]
Next, the palladium alloy foil 13 will be described. The palladium alloy foil 13 is a thin foil made of an alloy mainly composed of palladium. The palladium alloy foil 13 includes a group VIII element (for example, cobalt, nickel), a group IB (for example, copper, silver, gold), a group IIIB of the periodic table. A material obtained by alloying at least one other metal selected from the group of (for example, yttrium) is preferably used. Among these, an alloy foil of palladium and silver (for example, containing 23% silver) and an alloy foil of palladium and holmium (for example, containing 8% holmium) are more preferable.
The content of the element alloyed with palladium is preferably 1 to 50% by weight, more preferably 10 to 30% by weight. The reason why the palladium alloy is used is that hydrogen embrittlement occurs in the simple substance of palladium, and hydrogen embrittlement can be prevented when the content of the alloy element is 1% by weight or more.
In addition, if the content of the alloy element exceeds 50% by weight, the hydrogen permeation rate becomes slow, which is not preferable.
[0013]
The thickness of the palladium alloy foil 13 is preferably 2 to 20 μm from the viewpoint of gas permeability and the like. More preferably, it is 5-10 micrometers. If the thickness of the palladium alloy foil 13 is less than 2 μm, pinholes are likely to be present in the palladium alloy foil 13 and the purity of the separated hydrogen is also lowered. On the other hand, when the thickness exceeds 20 μm, the permeation rate of hydrogen becomes slow.
In addition, although palladium alloy foil was demonstrated as an example as a material which has hydrogen gas-separation property, in the case of isolate | separating other gas, what has the separation characteristic of the gas is selected suitably, and is used. Various shapes such as a plate shape and a foil shape can be used. Here, “having gas separation property” means having a function of selectively separating a specific gas from a mixed gas containing the specific gas.
[0014]
Next, the manufacturing method of the gas separation unit of this invention is demonstrated.
FIG. 2 is a schematic view of a clad plate processing apparatus showing an example of a gas separation unit manufacturing process. First, a palladium alloy foil 23 is clad and laminated on one side of a metal plate 21 that serves as a stretch frame. In the clad processing, the metal plate 21 whose surface has been cleaned in advance is wound around the rewind reel 22 of the clad plate processing apparatus shown in FIG.
The thickness of the metal plate 21 is preferably 20 to 1000 μm in anticipation of the thickness reduction in the next reroll.
Similarly, the palladium alloy foil 23 whose surface has been cleaned in advance is wound around the rewind reel 24.
As the palladium alloy foil, one having a thickness of 6 to 100 μm, which is thicker than the finished thickness, can be used. Since a thicker one can be used, handling during clad can be performed easily.
The metal plate 21 and the palladium alloy foil 23 are simultaneously rewound from the rewinding reels 22 and 24, wound around the electrode rolls 26 and 26 protruding into the etching chamber 25, and the respective mating surfaces are sputter etched in the etching chamber 25. Process to activate.
[0015]
The method of performing the activation process by the sputter etching process is as follows. (1) Extremely low pressure of 1 × 10 −1 to 1 × 10 −4 Torr as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-2224184 by the present applicant. In an inert gas atmosphere, (2) the metal plate 21 and the palladium alloy foil 23 are each grounded as one electrode, and an alternating current of 1 to 50 MHz is applied between the other insulated and supported electrodes. Glow discharge is performed, and (3) and the area of the electrode exposed in the plasma generated by the glow discharge is 1/3 or less of the area of the electrode, and (4) sputter etching is performed. preferable.
Thereafter, clad processing (cold pressure welding) is performed by a rolling unit 27 provided in the vacuum chamber 20, and a clad plate 29 having a two-layer structure is wound around a take-up roll 28 and a clad plate 29 having a two-layer laminated structure is taken up. To manufacture.
[0016]
Rolling process (reroll)
The clad plate 29 is again passed through a roll, and the thickness of both the metal plate 21 and the palladium alloy foil 23 is reduced to form a thin film. The rolling reduction is preferably 20 to 70%. If it is less than 20%, the palladium alloy foil 23 is not thinned in the rolling process. If it exceeds 70%, the joining interface of the clad plate is wavy in rolling, the thickness of the foil becomes uneven, and the film as a whole is not formed. Strength decreases. For example, a silver / palladium alloy foil with an initial thickness of 20 μm and a stainless steel plate with an initial thickness of 200 μm laminated by a clad process were rolled at a reduction ratio of 50%. As a result, each thickness decreased by 50%. Things were obtained.
The rolling may be performed in a vacuum, but since it has already been bonded, the bonding strength does not deteriorate even if it is performed in the atmosphere.
[0017]
Next, the clad plate 29 produced in this way is cut into an appropriate vertical and horizontal size to form a clad cut plate K (see FIG. 3A), which is used as the original plate of the hydrogen gas separation unit.
Next, an opening 105 is formed by etching on one side of the clad cut plate K obtained in the previous step. As an etching method, first, a negative resist 31 was applied to one side (metal plate 21) of the clad cut plate K (see FIG. 3B), and after baking, a pattern corresponding to the opening 105 was formed. Exposure is performed by irradiating light such as ultraviolet rays through a mask. After the exposure, development is performed (see FIG. 3C), post baking is performed, etching is performed, and the remaining resist is removed, thereby completing the stretch frame 10.
[0018]
In addition, in order to improve the resist adhesion on the metal plate 21, as a pretreatment, the clad cut plate K is washed with an aqueous solution of sodium hydroxide in advance, washed with water, neutralized, dried, etc. to clean the resist coating surface. It is desirable to do. Examples of the resist type include water-soluble types such as casein type and PVA type, and acrylic polymer solvent-soluble types. As the resist coating conditions, for example, the following are preferable.
Resist type: PVA-dichromic acid water-soluble type (Fuji Pharmaceutical Co., Ltd., FR-14)
Application thickness: 7μm
As a method of applying the resist to the cleaned metal plate 21, a roll coating method, a spin coating method, a dip pulling coating method, or the like is used.
[0019]
The coating thickness varies depending on the resist viscosity, the pulling speed, and the like, but is preferably 3 to 15 μm from the viewpoint of resolution. Next, a film mask on which a pattern image is formed in advance is brought into close contact with the film of the resist 31, and ultraviolet rays are irradiated for about 60 to 70 seconds.
[0020]
In the next development step, the unexposed resist is dissolved and removed, the surface of the metal plate 21 is exposed, and the portion to be etched in the subsequent step (see FIG. 3C). The development was performed by spraying water. Prior to the etching process, the resist 31 film in which the pattern to be the opening 105 is formed is preferably post-baked using hot air, deep ultraviolet radiation, or the like in order to improve the adhesion of the coating film. Usually, it is carried out at 100 to 120 ° C. for 15 to 30 minutes.
[0021]
The etching of the metal plate 21 is preferably performed in two stages.
First, it is preferable to spray a ferric chloride aqueous solution of 45 to 49 ° Be (Baume) on the object surface as the first stage etching. The liquid temperature of the ferric chloride aqueous solution is preferably 45 to 65 ° C. The first stage etching is performed for 80 to 90% of the total etching amount. Next, the second stage etching is performed. In the second stage etching, electrolytic etching is performed to completely remove the remaining metal plate 21. As the electrolytic etching solution, it is desirable to use a phosphoric acid solution, but the type is not particularly limited as long as it can etch a metal plate. The etched metal plate 21 is washed with water, removed from the resist, and a framed palladium alloy foil p, which is a part of the hydrogen gas separation unit A and in which the extension frame 10 and the palladium alloy foil 13 are integrated, is obtained. .
In the etching treatment of this example, the etching solution was sprayed from one side so that the area of the opening 105 of the metal plate was 70 mm × 140 mm. The resist was removed by immersing a 5 to 10% by weight sodium hydroxide aqueous solution in a solution heated to 50 to 70 ° C. In the present embodiment, the manufacturing method of the laminated body in which the metal plate 21 and the palladium alloy foil 23 are integrated has been described using the clad method, but the both can be laminated by other methods. For example, the laminated body which integrated the metal plate 21 and the palladium alloy foil 23 using an adhesive agent can also be manufactured.
Alternatively, the central portion of the metal plate can be punched out in advance by a press method or the like to create a frame, and the frame can be integrated with the palladium alloy foil using a welding method.
[0022]
Next, the metal support plate 11 as shown in FIG. 1 is applied to the lower side of the frame-equipped palladium alloy foil p created in the above-described process, thereby completing the hydrogen gas separation unit A of the present invention. The hydrogen gas separation unit A completed as described above is fixed to the case 34 by laser welding or the like so that the surface of the metal support plate 11 is on the inside to form a hydrogen gas separator Y (FIG. 5). reference).
[0023]
Next, an example of a method for separating hydrogen using the hydrogen gas separation unit A of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the hydrogen gas separator X is provided with a hydrogen gas separator X incorporating the hydrogen gas separation unit A of the present invention.
[0024]
When the source gas Gg is introduced from the source gas introduction pipe 42 at the upper part of the hydrogen gas separator X, the hydrogen gas in the source gas Gg permeates the palladium alloy foil 13 of the hydrogen gas separation unit 105 and passes through the permeate gas Gt. Is taken out from the lower separated gas discharge pipe 41. On the other hand, the non-permeating gas Gn is discharged from the upper part 43 of the hydrogen gas separator X to the outside of the system.
[0025]
【The invention's effect】
In the hydrogen gas separation unit of the present invention, the exposed area of the hydrogen gas separation material (palladium alloy foil) is large, and the palladium alloy foil is in a state of being stretched by the stretch frame, so that the palladium alloy foil is not destroyed. A hydrogen gas separation unit can be manufactured.
Moreover, since the metal support plate is applied to the lower side of the palladium alloy foil, the palladium alloy foil is not broken by the pressure of the source gas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining the structure of a hydrogen gas separation unit.
FIG. 2 is a schematic view of a clad plate processing apparatus showing a part of a manufacturing process of a hydrogen gas separation unit.
FIG. 3 is an explanatory view of etching a clad cut plate K. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a method for separating hydrogen using a hydrogen gas separation unit.
5 is a schematic perspective view of a hydrogen gas separator Y. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Extension frame 11 ... Metal support 13 ... Material which has hydrogen gas-separability (palladium alloy foil)
20 ... Vacuum chamber 21 ... Metal plate 22 ... Rewinding reel 23 ... Material with hydrogen gas separation (palladium alloy foil)
24 ... Rewinding reel 25 ... Etching chamber 26 ... Electrode roll 28 ... Take-up reel 29 ... Cladding plate 31 ... Resist 41 ... Separation gas discharge pipe 42 ... Raw material Gas introduction pipe A ... Hydrogen gas separation unit K ... Cladding plate X ... Hydrogen gas separator Y ... Hydrogen gas separator Gg ... Raw gas Gt ... Permeated gas Gn ... Non-permeating gas

Claims (3)

展張枠用の金属板の片面をスパッタエッチングにより活性化処理する工程と、
ガス分離性を有する金属板の片面をスパッタエッチングにより活性化処理する工程と、
前記活性化処理したそれぞれの面を合わせて冷間圧接しクラッド板を製造する工程と、
前記クラッド板を圧延して薄膜化する工程と、
前記薄膜化した展張枠用の金属板をエッチング処理して、
エッチングされない部分を展張枠とし、
エッチングされる部分を前記ガス分離性を有する金属板の面を露出する開口部を形成する工程と、
前記ガス分離性を有する金属板の他の面に多数の孔が形成された金属支持体を積層する工程と、
を有することを特徴とするガス分離ユニットの製造方法
A step of activating the one side of the metal plate for the extension frame by sputter etching;
A step of activating the one side of the metal plate having gas separation by sputter etching;
A step of producing a clad plate by cold-welding each of the activated surfaces together;
Rolling the clad plate to form a thin film;
Etching the thinned metal plate for the extending frame,
The unetched part is used as an extension frame,
Forming an opening that exposes the surface of the metal plate having gas separation properties in the etched portion;
Laminating a metal support having a large number of holes formed on the other surface of the metal plate having gas separation properties;
A method for producing a gas separation unit comprising :
前記ガス分離性を有する金属板が、パラジウム又はパラジウム合金板であり、前記枠用金属板がステンレス鋼板であることを特徴とする請求項1に記載のガス分離ユニットの製造方法The method for producing a gas separation unit according to claim 1 , wherein the metal plate having gas separation property is a palladium plate or a palladium alloy plate, and the metal plate for the frame is a stainless steel plate . 前記クラッド板を圧延して薄膜化する圧下率が、20〜70%であることを特徴とする請求項1又は2に記載のガス分離ユニットの製造方法。 The method for producing a gas separation unit according to claim 1 or 2, wherein a rolling reduction ratio of rolling the clad plate to form a thin film is 20 to 70% .
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