JPH038811B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えば核融合炉燃料給排気系におけ
る不純物の除去工程や半導体プロセス等に利用さ
れ得る高純度水素精製装置に関するものである。

従来の技術 従来、高純度水素の製造法としてパラジウム合
金膜を用いたものが知られており、この方法はパ
ラジウムの水素透過性が極めて大きいことを利用
して不純物と水素との分離を行なうものである。
すなわちパラジウム系合金の膜を加熱し、上記膜
を介して不純物を含んだ水素ガス中の水素のみ透
過させ、高純度の水素を精製するものであり、こ
の方法は今回最も高純度の水素を得ることのでき
る方法であるとされている。

ところでパラジウム合金膜を用いた従来の水素
精製装置としては、Pd−Ag合金膜管の一端を直
接ステンレス製等の本体に溶接し、他端は同じ材
質のもので封じられており、そしてPd−Ag合金
膜管の外側（すなわち一次側）には加熱用ヒータ
ーが設けられ、加熱温度を均一にするためステン
レスの粉等を入れる場合がある。処理すべき水素
ガスはPd−Ag合金膜管の外側に供給され、水素
だけが管の外側より内側へ透過して二次側へ引き
出されるようにされている。

しかしこのような従来装置ではパラジウム合金
は非常にもろいので、上述のようにPd−Ag合金
膜管を直接ステンレス等の本体に溶接した場合に
は溶接部に割れが入り易く、それによりリークが
発生し、二次側（高純度水素側）に不純物が流入
する恐れがある。またこのようなPd−Ag合金膜
管は通常機械工作的方法で製作されるため、管の
内側および外側とも油脂やほこり等で相当汚れて
いる。そのため先端の封じている構造では管内部
の洗浄を十分に行なうことができず、二次側に不
純物ガスが発生し、水素の純度を低下させる原因
となつている。さらに加熱の均一化のために一次
側にステンレス等の粉を多量に充填したものでは
そこから不純物が発生し、パラジウム合金膜を腐
食させて穴をあけてしまう場合が生じ得る。

このような種々の欠点を解決した高純度水素精
製装置が特願昭59−198500号明細書に提案されて
おり、この装置においてはパラジウム系合金の管
状膜の両端部を開放端とし、その一方の端部は溶
接やロウ付けの容易なニツケル等の高純度金属の
管状部材を介して本体に固着し、他方の端部には
管状部材と同じ材質の封止部材が嵌合固着され、
また管状膜に対する加熱ヒータは不純物の発生の
少ない物質の支持体で支持され、さらに各シール
部には超高真空フランジが用いられている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このような従来技術の装置で
は、精製すべき水素ガスの導入される一次側にお
ける管状膜への水素ガスの吹き出しが制御されて
なく、そのため複数本配置される管状膜に局所的
に水素ガス流が吹き付けられ、その結果、各管状
膜は比較的短期間で劣化し、安定した精製を行な
うことができない。

そこで本発明の目的は、各管状膜への一次側水
素ガス流を一様にして膜の局部的劣化を防ぐこと
にある。

問題点を解決するための手段 上記の目的を達成するために、本発明によれ
ば、ステンレス等の本体にパラジウム系合金の管
状膜の一端を溶接し、管状膜に他端には封止部材
を装着し、管状膜を加熱し、上記管状膜を介して
不純物を含んだ水素ガス中の水素のみを透過さ
せ、高純度の水素を精製するようにした高純度水
素精製装置において、本体の内部に、精製すべき
水素ガスを本体の内壁に向かつて放出する多数の
吹き出し口を備えた水素ガス導入部を設けたこと
を特徴としている。

作 用 このように構成した本発明による高純度水素精
製装置においては、水素ガス導入部から導入され
る精製すべき水素ガスは各管状膜に直接吹き付け
られず、一次側の壁部分に衝突した後各管状膜に
向つて流れるので、各管状膜はその全体にわたつ
てほぼ一様で均一なガス流を受けるようにされ
る。その結果、各管状膜の局所的劣化は実質的に
避けることができる。

なお水素ガス導入部は本発明によれば、直接管
状膜に付き付けるものでなければ種々の形態で実
施することができる。

実施例 以下添付図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

第１図には、本発明の一実施例を示し、１はス
テンレス製の本体，２はPd−Ag管状膜で、この
管状膜２の一方の開端２ａはニツケルの管状部材
３の一端にパラジウムロウ材を用いてロウ付けさ
れ、管状部材３の他端は本体１の端壁４に溶接さ
れている。一方、管状膜２の他方の開端２ｂには
ニツケルの封止部材５が嵌合ロウ付けされてい
る。こうして構成された管状膜組立体は図面には
二つだけ示されているが、その数は任意に設計す
ることができる。各管状膜２内にはその全長に沿
つて、表面を窒化チタンでコーテイングしたステ
ンレスまたはタングステン等のばね状体６が内装
した状態で挿置されている。これにより管状膜２
は一次側の圧力に十分耐えることができる。管状
膜組立体の外周には、その全長にわたつてのびる
無酸素銅製の円筒体７が配置されており、この円
筒体７は一端で本体１の端壁８に固定されてお
り、そしてこの円筒体７の外周面上にはヒータ９
が装着されている。このヒータ９は図示してない
導線を介して外部電源に接続される。また１０は
精製すべき水素ガスの導入管であり、その先端に
は各管状膜２の一部分に局所的に水素ガスが吹き
付けるのを避け、本体１内で比較的均一なガス流
を得るため、第２図に示すように横方向の多数の
吹き出し口１１ａを備えたドラム状の導入部１１
が設けられている。これにより一次側ガスの精製
筒すなわち各管状膜２への水素ガスの吹き出しが
制御され、その結果管状膜２の寿命を延ばすこと
ができる。

各管状膜組立体の内部はふた部材１２に設けら
れた精製水素取出管１３へ空所１４を介して連通
している。また本体１の両端のフランジ１ａ，１
ｂと組合さつた端壁４，８との間および端壁４と
ふた部材１２との間のシール部には99，99999％
以上の高純度の水素を精製する観点から装置内部
を超高真空にできしかも200℃以上の高温にも耐
え得るようにするため、それぞれメタルＯリング
１５，１６，１７が使用される。これらのメタル
Ｏリングは例えばステンレス，Ni，Alに窒化チ
タンをコーテイングしたものから成り、つぶれな
いようにするため内部にばねを入れたものが好ま
しい。

また本体１の内壁の水素ガスと接触する部分お
よび二次側の空所１４の内壁部分には図示された
ように、高温に耐え安定でしかも放出ガスの少な
い導電性材料例えば窒化チタンコーテイング１
８，１９が施されており、これにより放出ガスを
少なくして管状膜２の腐食や精製水素の純度低下
を防止している。このコーテイング材料としては
上記窒化チタンの他に、放出ガスの少ない材料例
えばCrN，AlN，BN等を挙げることができる。

さらに第１図において２０は一次側で不純物成
分の濃縮された水素ガスを排出するための排出系
で、この排出系２０は図示されたように二つのバ
ルブ２０ａ，２０ｂとフイルタ２０ｃとを備えて
いる。フイルタ２０ｃは大気中から微粒子が一次
側に侵入して管状膜２に付着するのを阻止する働
きをし、例えば0.02μmフイルタから成り得る。
またバルブ２０ａには操作時に微粒子発生のない
バルブ，例えばベローバルブ，ダイアフラムバル
ブ等が使用され得る。管状膜２に微粒子が付着す
ると、微結晶成長核となり、ピンホール発生の原
因となるため、微粒子の侵入を防ぐことは安定動
作の観点からも重要である。

第３〜４図には変形実施例を示し、水素ガスの
導入部２１がドーナツ状を成し、端壁８に向つて
多数の吹き出し口２１ａを備えている点を除いて
第１図に示す構造と同じである。

図示実施例は単に例示のためのものであつて、
各部分の構造，形状等は種々設計することがで
き、また本発明は当然上述で述べたような先行技
術の水素精製装置にも適用され得るものである。

効 果 以上説明してきたように、本発明によれば精製
すべき水素ガスの管状膜への直接吹き付けを避け
全体へ均一に供給するようにしているので、管状
膜自体の局所的劣化を避けることができ、その結
果長期間安定した精製動作を保証することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略断面図、
第２図は第１図の装置の一部を拡大して示す斜視
図、第３図は本発明の変形実施例を示す概略断面
図、第４図は第３図の装置の一部の拡大平面図で
ある。 図中、１：本体、２：管状膜、１１，２１：水
素ガス導入部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ステンレス等の本体にパラジウム系合金の管
   状膜の一端を溶接し、管状膜の他端には封止部材
   を装着し、この管状膜を加熱し、上記管状膜を介
   して不純物を含んだ水素ガス中の水素のみを透過
   させ、高純度の水素を精製するようにした高純度
   水素精製装置において、本体の内部に、精製すべ
   き水素ガスを本体の内壁に向かつて放出する多数
   の吹き出し口を備えた水素ガス導入部を設けたこ
   とを特徴とする高純度水素精製装置。