JP6653144B2 - Hydrogen purification method - Google Patents
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Description
本発明は、水素精製装置及びこれを用いた水素精製方法に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen purification device and a hydrogen purification method using the same.
従来の水素精製装置は、水素含有ガスから水素を選択的に透過させる水素透過膜で仕切られた第1の室(1次側)及び第2の室(2次側)と、前記第1の室内に水素含有ガスを導入する第1の入口と、前記第1の室内のガスを導出する第1の出口と、前記第2の室内のガスを導出する第2の出口とを備えており、前記第2の室内にガスを導入する入口は設けられていなかった(例えば、下記特許文献1)。
The conventional hydrogen purifier includes a first chamber (primary side) and a second chamber (secondary side) partitioned by a hydrogen-permeable membrane that selectively permeates hydrogen from a hydrogen-containing gas; A first inlet for introducing a hydrogen-containing gas into the chamber, a first outlet for leading out the gas in the first chamber, and a second outlet for leading out a gas in the second chamber; An inlet for introducing gas into the second chamber was not provided (for example,
この従来の水素精製装置では、水素ガスを精製する場合、前記第1の入口から水素含有ガスを前記第1の室内に導入する。その結果、前記第1の室内に導入された水素含有ガス中の水素ガスが、前記水素透過膜を選択的に透過して前記第2の室内に入り、その水素ガスが精製後の水素ガスとして前記第2の出口から導出される。このとき、前記第1の室内に導入された水素含有ガスのうちの残り(前記水素透過膜を透過した水素ガス以外のガス)は、前記第1の出口から導出される。 In this conventional hydrogen purifier, when purifying hydrogen gas, a hydrogen-containing gas is introduced into the first chamber from the first inlet. As a result, the hydrogen gas in the hydrogen-containing gas introduced into the first chamber selectively passes through the hydrogen permeable membrane and enters the second chamber, and the hydrogen gas is converted into purified hydrogen gas. It is derived from the second outlet. At this time, the remainder of the hydrogen-containing gas introduced into the first chamber (a gas other than the hydrogen gas that has passed through the hydrogen-permeable membrane) is led out from the first outlet.
このような水素ガス精製の開始当初は、水素透過膜の前記第2の室内側や前記第2の室内の他の壁面などに微量ながら付着していた不純物(例えば、窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水分など)が、前記第2の出口から得られる精製後の水素ガス中に混入しまうことから、精製後の水素ガスの純度はさほど高くない。そこで、前記従来の水素精製装置では、高純度に精製された水素ガスを得るためには、水素ガスの精製の開始当初からかなり長い時間に渡って、前記第2の出口から得られる水素ガスを排気して精製ガスとして用いずに、前記不純物を取り除くためのクリーニング時間としており、前記クリーニング時間後に前記第2の出口から得られる水素ガスを精製ガスとして用いていた。 At the beginning of such hydrogen gas purification, impurities (for example, nitrogen, hydrocarbons, monoxide) adhering to the second room side of the hydrogen permeable membrane or other wall surfaces of the second room in a small amount. Carbon, carbon dioxide, oxygen, moisture, etc.) are mixed into the purified hydrogen gas obtained from the second outlet, so that the purity of the purified hydrogen gas is not very high. Therefore, in the conventional hydrogen purifier, in order to obtain highly purified hydrogen gas, hydrogen gas obtained from the second outlet is supplied for a considerably long time from the beginning of hydrogen gas purification. The cleaning time for removing the impurities was used instead of exhausting and using the purified gas, and the hydrogen gas obtained from the second outlet after the cleaning time was used as the purified gas.
しかしながら、前記従来の水素精製装置では、高純度の水素ガスを得るためには、前記クリーニング時間を著しく長くしなければならなかった。 However, in the conventional hydrogen purifier, the cleaning time has to be remarkably increased in order to obtain high-purity hydrogen gas.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、クリーニング時間を短縮しつつ高純度の水素ガスを得ることができる水素精製装置、及び、これを用いた水素精製方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a hydrogen purification apparatus capable of obtaining high-purity hydrogen gas while shortening the cleaning time, and a hydrogen purification method using the same. Aim.
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第1の態様による水素精製装置は、水素含有ガスから水素を選択的に透過させる水素透過膜で仕切られた第1の室及び第2の室と、前記第1の室内に水素含有ガスを導入する第1の入口と、前記第1の室内のガスを導出する第1の出口と、前記第2の室内にクリーニングガスを導入する第2の入口と、前記第2の室内のガスを導出する第2の出口と、を備えたものである。 The following aspects are presented as means for solving the above problems. The hydrogen purifying apparatus according to the first aspect has a first chamber and a second chamber separated by a hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen from a hydrogen-containing gas, and introduces a hydrogen-containing gas into the first chamber. A first inlet for introducing a gas in the first chamber, a second outlet for introducing a cleaning gas into the second chamber, and a gas for introducing the gas in the second chamber. And a second outlet.
この第1の態様によれば、前記第2の室内にクリーニングガスを導入する前記第2の入口を備えているので、クリーニングガスを前記第2の入口から前記第2の室内に導入することで、クリーニングガスが前記第2の室内を通って前記第2の出口から導出され、当該クリーニングガスによって、水素透過膜の前記第2の室内側や前記第2の室内の他の壁面などに付着していた不純物が除去される。したがって、この第1の態様によれば、前記従来の水素精製装置のように水素透過膜を透過した水素ガスのみによってクリーニングが行われる場合に比べて、効率良く前記不純物を除去するクリーニングを行うことができ、前記不純物を十分に取り除くためのクリーニング時間を短縮することができ、ひいては、クリーニング時間を短縮しつつ高純度の水素ガスを得ることができる。 According to the first aspect, since the second inlet for introducing the cleaning gas into the second chamber is provided, the cleaning gas is introduced into the second chamber from the second inlet. The cleaning gas passes through the second chamber and is led out of the second outlet, and adheres to the second room side of the hydrogen permeable membrane or another wall surface of the second room by the cleaning gas. The impurities that have been removed are removed. Therefore, according to the first aspect, it is possible to perform the cleaning for removing the impurities more efficiently than in the case where the cleaning is performed only by the hydrogen gas permeated through the hydrogen permeable membrane as in the conventional hydrogen purifier. Accordingly, the cleaning time for sufficiently removing the impurities can be reduced, and high-purity hydrogen gas can be obtained while shortening the cleaning time.
第2の態様による水素精製装置は、前記第1の態様において、前記水素透過膜は筒状をなし、前記第2の入口は前記筒状の水素透過膜の一方端の側に設けられ、前記第2の出口は前記筒状の水素透過膜の他方端の側に設けられたものである。 In the hydrogen purification apparatus according to a second aspect, in the first aspect, the hydrogen permeable membrane has a cylindrical shape, and the second inlet is provided on one end side of the cylindrical hydrogen permeable membrane, The second outlet is provided on the other end side of the cylindrical hydrogen permeable membrane.
この第2の態様によれば、前記水素透過膜は筒状をなし、前記第2の入口及び前記第2の出口が前述したように配置されているので、クリーニングガスによる前記不純物の除去をより効率的に行うことができる。 According to the second aspect, the hydrogen permeable membrane has a cylindrical shape, and the second inlet and the second outlet are arranged as described above. It can be done efficiently.
第3の態様による水素精製装置は、前記第1の態様において、前記水素透過膜は平面状をなし、前記第2の入口は前記平面状の水素透過膜の一方端の側に設けられ、前記第2の出口は前記平面状の水素透過膜の他方端の側に設けられたものである。 In the hydrogen purification apparatus according to a third aspect, in the first aspect, the hydrogen permeable membrane has a planar shape, and the second inlet is provided on one end side of the planar hydrogen permeable membrane, The second outlet is provided on the other end side of the planar hydrogen permeable membrane.
この第3の態様によれば、前記水素透過膜は平面状をなし、前記第2の入口及び前記第2の出口が前述したように配置されているので、クリーニングガスによる前記不純物の除去をより効率的に行うことができる。 According to the third aspect, the hydrogen permeable membrane has a planar shape, and the second inlet and the second outlet are arranged as described above. It can be done efficiently.
第4の態様による水素精製装置は、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記クリーニングガスがAr、N2、Heのいずれかであるものである。 A hydrogen purification apparatus according to a fourth aspect is the hydrogen purification apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the cleaning gas is one of Ar, N 2 , and He.
この第4の態様によれば、前記クリーニングガスがAr、N2、Heのいずれかであるので、クリーニングガスによる前記不純物の除去をより一層効率的に行うことができる。 According to the fourth aspect, since the cleaning gas is one of Ar, N 2 , and He, the impurities can be more efficiently removed by the cleaning gas.
第5の態様による水素精製装置は、前記第1乃至第4のいずれかの態様において、前記第1の室及び第2の室のうちの一方の室を複数備え、前記第1の室及び第2の室のうちの他方の室を1つ備え、1つの前記他方の室が複数の前記一方の室を包囲するように設けられたものである。 A hydrogen purification apparatus according to a fifth aspect is the hydrogen purification apparatus according to any one of the first to fourth aspects, further comprising a plurality of one of the first chamber and the second chamber, One of the two chambers is provided, and one of the other chambers is provided so as to surround the plurality of the one chambers.
この第5の態様によれば、前記水素含有ガスに接する前記水素透過膜の面積を増大することができるので、より多くの精製後の水素ガスを得ることができる。 According to the fifth aspect, the area of the hydrogen permeable membrane in contact with the hydrogen-containing gas can be increased, so that more purified hydrogen gas can be obtained.
第6の態様による水素精製方法は、前記第1乃至第5のいずれかの態様による水素精製装置を用いた水素精製方法であって、前記第2の出口を開いた状態で、前記第2の入口から前記クリーニングガスを前記第2の室内に導入するクリーニング段階と、前記クリーニング段階の後に行われる精製段階であって、前記第2の出口を開くとともに前記第2の入口を閉じた状態で、前記第1の入口から前記水素含有ガスを前記第1の室内に導入しつつ前記第1の室内のガスを前記第2の出口から導出する精製段階と、を備えたものである。 A hydrogen purification method according to a sixth aspect is the hydrogen purification method using the hydrogen purification apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the second outlet is opened while the second outlet is opened. A cleaning step of introducing the cleaning gas into the second chamber from an inlet, and a refining step performed after the cleaning step, wherein the second outlet is opened and the second inlet is closed, A refining step of introducing the hydrogen-containing gas into the first chamber from the first inlet and extracting the gas in the first chamber from the second outlet.
この第6の態様によれば、前記クリーニング段階において、その時間を短縮しつつ、水素透過膜の前記第2の室内側や前記第2の室内の他の壁面などに付着していた不純物を十分に除去することができるので、前記精製段階において高純度の水素ガスを得ることができる。したがって、この第6の態様によれば、クリーニング時間も含めた全体の時間として短い時間で、高純度の水素ガスを得ることができる。 According to the sixth aspect, in the cleaning step, while the time is shortened, impurities adhering to the second room side of the hydrogen permeable membrane and other wall surfaces of the second room are sufficiently removed. , High-purity hydrogen gas can be obtained in the purification step. Therefore, according to the sixth aspect, high-purity hydrogen gas can be obtained in a short time as a whole time including the cleaning time.
第7の態様による水素精製方法は、前記第6の態様において、前記クリーニング段階において、前記第1の入口から前記水素含有ガスを前記第1の室内に導入しつつ前記第1の室内のガスを前記第2の出口から導出するものである。 In the hydrogen purification method according to a seventh aspect, in the sixth aspect, in the cleaning step, the gas in the first chamber is introduced while introducing the hydrogen-containing gas into the first chamber from the first inlet. It is derived from the second outlet.
この第7の態様によれば、前記クリーニング段階において、前記第2の入口から前記第2の室内に導入されたクリーニングガスにより、水素透過膜の前記第2の室内側や前記第2の室内の他の壁面などに付着していた不純物のクリーニングが行われるのみならず、同時に、前記第1の室内に導入された水素含有ガス中の水素ガスのうち前記水素透過膜を透過して前記第2の室内に入った水素ガスによっても前記クリーニングが行われる。したがって、この第7の態様によれば、クリーニングガスによるクリーニングと水素ガスによるクリーニングとの相乗効果によって、前記クリーニングをより効率良く行うことができる。特に、水素ガスによるクリーニングを併用すると、水素透過膜の前記第2の室内側の表面や前記第2の室内の他の壁面の表面の不純物が酸化物である場合、その酸化物を水素還元で除去することができるので、好ましい。 According to the seventh aspect, in the cleaning step, the cleaning gas introduced into the second chamber from the second inlet causes the inside of the second chamber or the inside of the second chamber of the hydrogen-permeable film to pass through. In addition to performing cleaning of impurities adhering to other wall surfaces and the like, at the same time, the hydrogen gas in the hydrogen-containing gas introduced into the first chamber permeates through the hydrogen permeable film and the second gas passes through the hydrogen permeable membrane. The cleaning is also performed by the hydrogen gas entering the room. Therefore, according to the seventh aspect, the cleaning can be performed more efficiently by the synergistic effect of the cleaning with the cleaning gas and the cleaning with the hydrogen gas. In particular, when cleaning with hydrogen gas is used in combination, when impurities on the surface of the hydrogen permeable membrane on the inner side of the second chamber or on the surface of the other wall surface of the second chamber are oxides, the oxides are reduced by hydrogen reduction. It is preferable because it can be removed.
もっとも、前記第6の態様では、前記クリーニング段階において、前記第1の入口から前記水素含有ガスを前記第1の室内に導入せず、前記水素透過膜を透過した水素ガスによるクリーニングを併用しなくてもよい。 However, in the sixth aspect, in the cleaning step, the hydrogen-containing gas is not introduced into the first chamber from the first inlet, and the cleaning using the hydrogen gas that has passed through the hydrogen-permeable membrane is not used together. You may.
第8の態様による水素精製方法は、前記第6又は第7の態様において、前記クリーニング段階の前に行われる予備クリーニング段階であって、前記第1の入口及び前記第2の入口を閉じた状態で、前記第1の出口から前記第1の室内のガスを排出させるとともに前記第2の出口から前記第2の室内のガスを排出させる第1段階と、前記第1の出口及び前記第2の出口を閉じた状態で、前記第1の入口から前記水素含有ガスを前記第1の室内に導入するとともに前記第2の入口から前記クリーニングガスを前記第2の室内に導入する第2段階とを、1回ずつ行うかあるいは交互に複数回繰り返して行う予備クリーニング段階を、備えたものである。 The hydrogen purification method according to an eighth aspect is the hydrogen purification method according to the sixth or seventh aspect, wherein the pre-cleaning step is performed before the cleaning step, wherein the first inlet and the second inlet are closed. A first step of discharging gas in the first chamber from the first outlet and discharging gas in the second chamber from the second outlet; and a step of discharging the first outlet and the second gas. A second step of introducing the hydrogen-containing gas into the first chamber from the first inlet and introducing the cleaning gas into the second chamber from the second inlet with the outlet closed. And a preliminary cleaning step performed once or alternately repeated a plurality of times.
この第8の態様によれば、前記第2の室内のガスを一旦排出させる段階を含む前記予備クリーニング段階が行われるので、前記クリーニングをより一層効率良く行うことができる。 According to the eighth aspect, since the preliminary cleaning step including the step of once discharging the gas in the second chamber is performed, the cleaning can be performed more efficiently.
もっとも、前記第6及び第7の態様では、前記予備クリーニング段階は、必ずしも行わなくてもよい。 However, in the sixth and seventh aspects, the preliminary cleaning step does not necessarily have to be performed.
本発明によれば、クリーニング時間を短縮しつつ高純度の水素ガスを得ることができる水素精製装置、及び、これを用いた水素精製方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a hydrogen purifying apparatus capable of obtaining high-purity hydrogen gas while shortening a cleaning time, and a hydrogen purifying method using the same.
以下、本発明による水素精製装置及び水素精製方法について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a hydrogen purification apparatus and a hydrogen purification method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
図1は、本発明の第1の実施の形態による水素精製装置としての水素純化器1を示す概略断面図である。図2は、図1中のA−A’矢視概略図である。図3は、図1中のB−B’線に沿った概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a
本実施の形態による水素純化器1は、円筒状のハウジング2と、ハウジング2内を第1の室(1次側)S1と第2の室(2次側)S2とに仕切る水素透過膜3と、第1の室S1内に水素含有ガスを導入する第1の入口4と、第1の室S1内のガスを導出する第1の出口5と、第2の室S2内にクリーニングガスを導入する第2の入口6と、第2の室S2内のガスを導出する第2の出口7と、を備えている。ハウジング2は、実際には、ステンレス又は他の材料からなる一方端面部材、円筒部材及び他方端面部材が溶接されて構成されるが、図1では、それらの部材を分けて示すことなく一体化して示している。
The
本実施の形態による水素純化器1は、更に、ハウジング2の中心軸上に設けられた軸部材8と、軸部材8内に収容されたシーズヒータ9及び熱電対10とを備えている。軸部材8は、ステンレス又は他の材料からなり、丸棒部8aと、丸棒部8aの図1中の右端部に設けられた円盤部8bと、丸棒部8aの図1中の左端部に設けられた円盤部8cとを有している。軸部材8の右側の円盤部8bは、ハウジング2の右側端面部の開口を塞ぐように当該右側端面部に溶接されている。軸部材8の左側の円盤部8cは、ハウジング2の左側端面部の開口を塞ぐように当該左側端面部に溶接されている。
The
水素透過膜3は、水素含有ガスから水素を選択的に透過させるものであり、例えば、Pd−Cu膜などのパラジウム合金膜が用いられる。本実施の形態では、図1に示すように、水素透過膜3は、円筒状をなし、両端部が軸部材8の円盤部8b,8cにそれぞれ溶接されることで、ハウジング2内において、軸部材8の丸棒部8aとハウジング2の周面部との間にハウジング2と同軸に配置されている。
The hydrogen
本実施の形態では、ハウジング2内の空間の空間が、円筒状の水素透過膜3及び軸部材8により区画されることによって、第1の室S1が及び第2の室S2が形成されている。本実施の形態では、第1の室S1は、水素透過膜3、軸部材8の丸棒部8a及び円盤部8b,8cにより画成され、水素透過膜3の内側の空間となっている。第2の室S2は、ハウジング2及び軸部材8の円盤部8b,8cにより画成され、水素透過膜3の外側の空間となっている。
In the present embodiment, the first chamber S1 and the second chamber S2 are formed by dividing the space of the space inside the
本実施の形態では、第1の入口4は、軸部材8の右側の円盤部8bに設けられ、第1の室S1と連通している。第1の出口5は、軸部材8の左側の円盤部8cに設けられ、第1の室S1と連通している。第2の入口6は、ハウジング2の右側端面部に設けられ、第2の室S2と連通している。第2の出口7は、ハウジング2の左側端面部に設けられ、第2の室S2と連通している。これにより、第2の入口6が筒状の水素透過膜3の一方端の側に設けられ、第2の出口7は前記筒状の水素透過膜3の他方端の側に設けられている。なお、各口4,5と各口6,7とを機能的に入れ替えることによって、各室S1,S2を機能的に入れ替えてもよい。
In the present embodiment, the
本実施の形態では、第1の入口4及び第1の出口5は、ハウジング2の図1中の右側端面に設けられ、第1の室S1と連通している。第2の入口6は、ハウジング2の図1中の右側端面に設けられ、第2の室S2と連通している。第2の出口7は、ハウジング2の図1中の左側端面に設けられ、第2の室S2と連通している。これにより、第2の入口6が筒状の水素透過膜3の一方端の側に設けられ、第2の出口7は前記筒状の水素透過膜3の他方端の側に設けられている。なお、第1の室S1及び第2の室S2が入れ替わるように、各口4〜7を配置してもよい。
In the present embodiment, the
図面には示していないが、ハウジング2の外面には、必要に応じて、断熱材が設けられる。また、図面には示していないが、各口4〜7には、後述する配管に接続するための継手が設けられる。
Although not shown in the drawings, a heat insulating material is provided on the outer surface of the
図4は、図1に示す水素純化器1を用いた水素精製システムを模式的に示す概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram schematically showing a hydrogen purification system using the
図4に示す水素精製システムでは、原料となる水素含有ガスとしての水素ガス(このガスには水素ガスの他に微量の不純物が含まれている。)を収容した高圧ボンベ11が、減圧弁12、流量制御器(流量コントローラ)13及び開閉弁14を介して、配管15で、水素純化器1の第1の入口4に接続されている。
In the hydrogen purification system shown in FIG. 4, a high-
水素純化器1の第1の出口5と開閉弁16の一方側との間が、配管17により接続されている。開閉弁16の他方側は、排気管18に接続されている。
A
クリーニングガスとなるArガスを収容した高圧ボンベ21が、減圧弁22、開閉弁23、ゲッター純化器24、開閉弁25、減圧弁26、流量制御器27及び開閉弁28を介して、配管29で、水素純化器1の第2の入口6に接続されている。高圧ボンベ21は、クリーニングガスとなるガスとして、例えば、N2ガス(窒素ガス)、Heガス又は他の不活性ガスを収容してもよい。
A high-
水素純化器1の第2の出口7と開閉弁31の一方側との間が、配管32により接続されている。開閉弁31の他方側は、精製後の水素ガスを所定箇所に導く配管33に接続されている。配管32の途中の分岐部と開閉弁34の一方側との間が、配管35により接続されている。開閉弁34の他方側は、排気管36に接続されている。
The
図4に示す水素精製システムでは、水素純化器1のクリーニング段階においては、シーズヒータ9により高温に加熱した状態で、開閉弁14,16,23,25,28,34が開かれる一方で、開閉弁31が閉じられる。なお、シーズヒータ9は、熱電対10からの検出温度信号に基づいて、軸部材8が所望の温度になるように、制御される。この点は、後述する加熱状態においても同様である。
In the hydrogen purification system shown in FIG. 4, in the cleaning stage of the
これにより、高圧ボンベ21からのArガスが、減圧弁22で減圧された後にゲッター純化器24で純化され、減圧弁26で更に減圧され、流量制御器27で所定流量に調整された状態で、クリーニングガスとして、第2の入口6から第2の室S2内に導入される。第2の入口6から第2の室S2内に導入されたクリーニングガスは、第2の室S2内を通って第2の出口7から導出され、排気管36から排気される。したがって、当該クリーニングガスによって、水素透過膜3の第2の室内S2側や前記第2の室S2内の他の壁面などに付着していた不純物が除去されるクリーニングが行われる。このため、前記従来の水素精製装置に比べて、前記不純物を除去するクリーニング時間を短縮することができる。
Thus, the Ar gas from the high-
これと同時に、高圧ボンベ11からの不純物を含んだ水素ガス(水素含有ガス=原料ガス)が、減圧弁12で減圧された後に流量制御器13で所定流量に調整された状態で、第1の入口4から第1の室S1内に導入される。そして、第1の入口4から第1の室S1内に導入された水素含有ガス中の水素ガスが、水素透過膜3を選択的に透過して第2の室S2内に入り、その水素ガスによっても前記クリーニングが行われる。なお、第1の室S1内に導入された水素含有ガスのうちの残り(水素透過膜3を透過した水素ガス以外のガス)は、第1の出口5から導出され、排気管18から排気される。
At the same time, the first hydrogen gas containing impurities from the high-pressure cylinder 11 (hydrogen-containing gas = source gas) is depressurized by the
したがって、クリーニングガスによるクリーニングと水素ガスによるクリーニングとの相乗効果によって、前記クリーニングをより効率良く行うことができ、前記不純物を除去するクリーニング時間をより短縮することができる。特に、水素ガスによるクリーニングが併用されているので、水素透過膜3の第2の室S2内側の表面や第2の室S2内の他の壁面の表面の不純物が酸化物である場合、その酸化物を水素還元で除去することができるので、好ましい。もっとも、本発明では、水素純化器1のクリーニング段階において、開閉弁14を閉じておき、第1の入口4から第1の室S1内に水素含有ガスを導入しなくてもよい。
Therefore, due to the synergistic effect of the cleaning with the cleaning gas and the cleaning with the hydrogen gas, the cleaning can be performed more efficiently, and the cleaning time for removing the impurities can be further reduced. In particular, since cleaning with hydrogen gas is also used in combination, if impurities on the surface inside the second chamber S2 of the hydrogen
次に、シーズヒータ9により高温に加熱した状態で、開閉弁14,16,34が開かれるとともに開閉弁31が閉じられたまま、開閉弁28が閉じられる。その結果、クリーニングガスの第2の室S2内への導入が終了され、第2の室S2内のクリーニングガス(本例では、Arガス)は、第1の室S1内に導入された水素含有ガス中の水素ガスのうち水素透過膜3を透過して第2の室S2内に入った水素ガスと一緒に、第2の出口7から導出され、排気管36から排気されていく。このため、やがて、第2の室S2内に存在していたクリーニングガスは全て排気される。
Next, in a state of being heated to a high temperature by the
その後、精製後の高純度の水素ガスを配管33により所定箇所へ供給する精製段階において、シーズヒータ9により高温に加熱した状態で、開閉弁14,16が開かれるとともに開閉弁28が閉じられたまま、開閉弁31が開かれるとともに開閉弁34が閉じられる。これにより、第1の室S1内に導入された水素含有ガス中の水素ガスのうち水素透過膜3を透過して第2の室S2内に入った水素ガスが、非常に高い純度で第2の出口7から導出され、配管33を介して所定箇所に供給される。
Thereafter, in a refining stage in which the purified high-purity hydrogen gas is supplied to a predetermined location through the
以上説明したように、本実施の形態による水素純化器1によれば、クリーニング時間を短縮しつつ高純度の水素ガスを得ることができる。そして、クリーニング時間を短縮することができるので、クリーニングに要する原料水素ガスが少なくて済み、原料水素を大量に使用することが困難な小規模の環境においても、短時間で高純度の水素を得ることができる。
As described above, according to the
また、本実施の形態では、水素透過膜3は筒状をなし、第2の入口6は筒状の水素透過膜3の図1中の右側端の側に設けられ、第2の出口7は筒状の水素透過膜3の図1中の左側端の側に設けられているので、クリーニングガスによる前記不純物の除去をより効率的に行うことができる。
Further, in the present embodiment, the hydrogen
なお、本実施の形態では、シーズヒータ9がハウジング2の中心軸付近に配置されているが、本発明では、そのシーズヒータ9に代えて、例えば、マントルヒータをハウジング2の外面を覆うように設けてもよい。
In the present embodiment, the sheathed
また、本発明では、前記クリーニング段階の前に予備クリーニング段階を行ってもよい。この場合、例えば排気管18,36に真空ポンプ(図示せず)を接続しておき、前記予備クリーニング段階において、シーズヒータ9により高温に加熱した状態で、まず、開閉弁14,28,31が閉じられる一方で開閉弁16,34が開かれて、前記真空ポンプにより各室S1,S2内が真空又は所定の低圧に引かれて各室S1,S2内のガスが排出される第1段階が行われ、その後、開閉弁16,31,34が閉じられる一方で開閉弁14,28が開かれて、第1の入口4から水素含有ガスを第1の室S1内に導入するとともに第2の入口6からクリーニングガスを第2の室S2内に導入する第2段階が行われる。この場合、第2の室S2内のガスを一旦排出させる段階を含む前記予備クリーニング段階が行われるので、前記クリーニングをより一層効率良く行うことができる。なお、前記予備クリーニング段階において、前記第1段階と前記第2段階とを1回ずつ行うだけでもよいが、前記第1段階と前記第2段階とを交互に複数回繰り返して行ってもよい。後者の場合、前者の場合よりも、前記クリーニングをより一層効率良く行うことができる。
In the present invention, a preliminary cleaning step may be performed before the cleaning step. In this case, for example, a vacuum pump (not shown) is connected to the
[第2の実施の形態] [Second embodiment]
図5は、本発明の第2の実施の形態による水素精製装置としての水素純化器41を示す概略断面図であり、図1に対応している。図5において、図1中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、円筒状の水素透過膜3の内周面を支持する円筒状の支持部材42と、円筒状の水素透過膜3の外周面を支持する円筒状の支持部材43と、軸部材8の丸棒部8aと支持部材42との間に設けられ支持部材42を補強する補強部材44と、ハウジング2と支持部材43との間に設けられ支持部材43を補強する補強部材45とが、追加されている点である。これらの部材42〜45は、例えばステンレスで構成され、レーザ等により多数の孔(図示せず)が形成されることで、前記第1の実施の形態と同様のガス流が実現されるようになっている。
This embodiment is different from the first embodiment in that a
本実施の形態による水素純化器41は、図4に示す水素精製システムにおいて、水素純化器1に代えて用いることができる。本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。
The
また、本実施の形態によれば、補強部材44,45でそれぞれ補強された支持部材42,43によって水素透過膜3が挟まれて支持されているので、水素透過膜3に大きな圧力が加わっても水素透過膜3が破損するおそれがなくなるという利点も得られる。
Further, according to the present embodiment, since the hydrogen
前記予備クリーニング段階を行う場合には、水素透過膜3の加わる差圧が大きるタイミングが生じがちであるが、本実施の形態によれば、そのような場合でも水素透過膜3の破損のおそれがなくなるので、特に好ましい。
When the pre-cleaning step is performed, the timing at which the differential pressure applied to the hydrogen
[第3の実施の形態] [Third Embodiment]
図6は、本発明の第3の実施の形態による水素精製装置としての水素純化器51を示す概略断面図である。図7は、図6中のC−C’矢視概略図である。図6及び図7において、図1中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。 This embodiment differs from the first embodiment in the points described below.
本実施の形態では、水素透過膜3は、筒状ではなく円形の平面状をなしている。本実施の形態では、ハウジング2は、水素透過膜3により仕切られて画成された第1の室S1及び第2の室S2がハウジング2内に形成されるよう、水素透過膜3を保持し得るように、構成されている。具体的には、本実施の形態では、互いに溶接された円盤状のカップ状の上側部材及び下側部材52,53を有し、水素透過膜3の外周部が下側部材の上部に溶接されることで、水素透過膜3がハウジング2内に配置されている。下側部材53には、第1の室S1内に水素含有ガスを導入する第1の入口4、及び、第1の室S1内のガスを導出する第1の出口5が設けられている。上側部材52には、第2の室S2内にクリーニングガスを導入する第2の入口6、及び、第2の室S2内のガスを導出する第2の出口7が設けられている。下側部材53の底面部は肉厚に構成され、当該底面部内にシーズヒータ9及び熱電対10が収容されている。
In the present embodiment, the hydrogen
本実施の形態による水素純化器51は、図4に示す水素精製システムにおいて、水素純化器1に代えて用いることができる。本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。
The
また、本実施の形態では、第2の入口6は平面状の水素透過膜3の一方端の側に設けられ、第2の出口7は平面状の水素透過膜3の他方端の側に設けられている。第2の入口6及び第2の出口7がこのように配置されているので、クリーニングガスによる前記不純物の除去をより効率的に行うことができる。
Further, in the present embodiment, the
[第4の実施の形態] [Fourth Embodiment]
図8は、本発明の第4の実施の形態による水素精製装置としての水素純化器61を示す概略断面図であり、図1に対応している。図9は、図8中のD−D’矢視概略図であり、図2に対応している。図8及び図9において、図1及び図2中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、前記第1の実施の形態では、第1の室S1及び第2の室S2をそれぞれ1つずつ備えているのに対し、本実施の形態では、第1の室S1を2つ備え、第2の室S2を1つ備え、1つの第2の室S2が2つの第1の室S1を包囲するように設けられている点である。 The difference between this embodiment and the first embodiment is that the first embodiment has one first chamber S1 and one second chamber S2, whereas In the embodiment, two first chambers S1 are provided, one second chamber S2 is provided, and one second chamber S2 is provided so as to surround the two first chambers S1. It is.
具体的には、本実施の形態では、図8及び図9に示すように、ハウジング2が前記第1の実施の形態に比べて大きく構成され、1組のハウジング2、第2の入口6及び第2の出口7に対して、2組の軸部材8、水素透過膜3、第1の入口4、第1の出口5、シーズヒータ9及び熱電対10が設けられている。
Specifically, in the present embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, the
本実施の形態による水素純化器61は、図4に示す水素精製システムにおいて、水素純化器1に代えて用いることができる。この場合、配管15を2つに分岐して2つの第1の入口4に接続し、配管17を2つに分岐して2つの第1の出口5に接続すればよい。本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。
The
また、本実施の形態によれば、水素含有ガスに接する水素透過膜3の面積を増大することができるので、より多くの精製後の水素ガスを得ることができる。
Further, according to the present embodiment, the area of hydrogen
なお、本発明では、第2の室S2が1つ場合において、第1の室S1を3つ以上備えてもよい。また、本発明では、第1の室S1が1つ場合において、第2の室S2を2つ以上備えてもよい。 In the present invention, when there is one second chamber S2, three or more first chambers S1 may be provided. Further, in the present invention, when one first chamber S1 is provided, two or more second chambers S2 may be provided.
以上、本発明の各実施の形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 As described above, the embodiments and the modified examples of the present invention have been described, but the present invention is not limited to these.
例えば、本発明では、前記第1の実施の形態を変形して前記第4の実施の形態を得たのと同様の変形を、前記第2及び第3の実施の形態に適用してもよい。 For example, in the present invention, a modification similar to that in which the first embodiment is modified to obtain the fourth embodiment may be applied to the second and third embodiments. .
また、例えば、本発明では、前記シーズヒータ9に代えて、例えば、マントルヒータをハウジング2の外面を覆うように設けてもよい。
Further, for example, in the present invention, instead of the sheathed
1,41,51 水素純化器(水素精製装置)
3 水素透過膜
4 第1の入口
5 第1の出口
6 第2の入口
7 第2の出口
1,41,51 Hydrogen purifier (hydrogen purifier)
Claims (7)
前記第2の出口を開いた状態で、前記第2の入口から前記クリーニングガスを前記第2の室内に導入するクリーニング段階と、
前記クリーニング段階の後に行われる精製段階であって、前記第2の出口を開くとともに前記第2の入口を閉じた状態で、前記第1の入口から前記水素含有ガスを前記第1の室内に導入しつつ前記第1の室内のガスを前記第2の出口から導出する精製段階と、
を備えたことを特徴とする水素精製方法。 A first chamber and a second chamber separated by a hydrogen permeable membrane that selectively permeates hydrogen from a hydrogen-containing gas; a first inlet for introducing a hydrogen-containing gas into the first chamber; Hydrogen purification having a first outlet for introducing gas in the second chamber, a second inlet for introducing cleaning gas into the second chamber, and a second outlet for extracting gas in the second chamber. A hydrogen purification method using an apparatus,
A cleaning step of introducing the cleaning gas into the second chamber from the second inlet with the second outlet open;
A purifying step performed after the cleaning step, wherein the hydrogen-containing gas is introduced into the first chamber from the first inlet with the second outlet opened and the second inlet closed. Purifying the gas in the first chamber from the second outlet while discharging the gas;
A hydrogen purification method comprising:
前記第2の入口は前記筒状の水素透過膜の一方端の側に設けられ、
前記第2の出口は前記筒状の水素透過膜の他方端の側に設けられた、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水素精製方法。 The hydrogen permeable membrane has a cylindrical shape,
The second inlet is provided on one side of the cylindrical hydrogen permeable membrane,
The second outlet is provided on the other end side of the cylindrical hydrogen permeable membrane,
The hydrogen purification method according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記第2の入口は前記平面状の水素透過膜の一方端の側に設けられ、
前記第2の出口は前記平面状の水素透過膜の他方端の側に設けられた、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水素精製方法。 The hydrogen permeable membrane has a planar shape,
The second inlet is provided on one side of the planar hydrogen permeable membrane,
The second outlet is provided on the other end side of the planar hydrogen permeable membrane,
The hydrogen purification method according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記第1の室及び第2の室のうちの他方の室を1つ備え、
1つの前記他方の室が複数の前記一方の室を包囲するように設けられた、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の水素精製方法。 A plurality of one of the first chamber and the second chamber;
One of the first chamber and the second chamber is provided,
One said other chamber is provided so as to surround a plurality of said one chambers,
The method for purifying hydrogen according to any one of claims 1 to 6 , wherein:
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