JPH08299768A

JPH08299768A - ガス分離体及び支持体の接合構造、並びに、ガス分離装置

Info

Publication number: JPH08299768A
Application number: JP10574495A
Authority: JP
Inventors: Osamu Sakai; 修酒井; Hitoshi Yoshida; 均吉田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-11-19

Abstract

(57)【要約】【構成】セラミック基体（１２）の表面にガス分離膜
（１６）が被覆するガス分離体（１０）と、支持体（２
２、２４）と、ガス分離体及び支持体を接合するガラス
接合部（２６、２８）を有する接合構造。ガラス接合部
（２６、２８）は、ガス分離膜（１６）で被覆されてい
ないセラミック基体（１０）の表面（１３ｓ、１４ｓ）
を被覆する。ガラス接合部（２６、２８）及びガス分離
膜（１６）が互いに隣接してセラミック基体（１２）の
表面を被覆してもよい。ガラス接合部（２６、２８）が
連続してガス分離膜（１６）の表面の一部を被覆しても
よい。ガラス接合部（２６、２８）のガラスが多孔質の
セラミック基体（１２）の表面の開気孔よりセラミック
基体内部の気孔に連続していてもよい。【効果】ガラス接合部が一般には金属であるガス分離
膜ではなく、物性がより近似するセラミック基体を被覆
するので、ガス分離体及び支持体を強固に接合すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス分離装置に好適
に用いられる接合構造に関する。ガス分離装置は、被処
理ガスから特定のガス、例えば、水素ガスを選択的かつ
効率的に分離することができる。

【０００２】

【従来の技術】水素ガスは石油化学の分野で大量に使
用されるものであり、また、クリーンなエネルギー源と
して大きな期待が寄せられている。高純度な水素ガス
は、天然ガス、ナフサ、石炭等の炭化水素及び水を触媒
の存在下に水素ガス及び一酸化炭素を含有する水性ガス
に変換し、更に、この水性ガスから水素ガスを分離して
得られる。

【０００３】水素ガスは、パラジウム、パラジウム合
金に溶解する性質を利用して選択的に分離できる。特開
昭６２−２７３０３０号公報、特開昭６３−１７１６１
７号公報は、多孔質基体の一表面にパラジウム又はパラ
ジウム合金からなるガス分離膜が被覆したガス分離体を
開示する。多孔質基体は、ガラス、酸化アルミニウム等
のセラミックスからなる。パラジウム膜のみでは機械強
度が十分でないので、パラジウム膜を基体に被覆させた
のである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ガス分離装置は、ガ
ス分離体の一方の側より、被処理ガスを導入し、特定の
ガスのみがガス分離体を透過し、ガス分離体の他方の側
より、精製された水素ガスが得られる構造を有する。従
って、被処理ガス側と精製ガス側とを気密に分離して、
ガス分離体と支持体との接合部から被処理ガスが精製ガ
ス側に漏洩しないことが重要となる。一方、ガス分離体
を使用して水素ガスを効率良く分離するためには、水素
原子等がガス分離膜を拡散する速度を早くするため、５
〜１０気圧で３００℃以上、好ましくは５００℃以上と
いう高温、高圧で分離することが有利である。この条件
でガス漏洩を防止するために、ガス分離体と支持体とが
ガラスにより接合することが提案されている。

【０００５】従来の接合構造では、ガラス接合部がガ
ス分離体のガス分離膜を被覆していた。図８及び図９
は、従来の接合構造の断面図である。図８は、図１のＡ
に相当する部分の拡大図であり、図９は、図１のＢに相
当する部分の拡大図である。図８及び図９では、ガス分
離体はセラミック基体及びそれに被覆するガス分離膜７
６を有する。図８では、セラミック基体の端部７３の外
表面７３ｓにはガス分離膜７６が被覆する。そして、ガ
ラス接合部８６がガス分離膜７６を被覆して、ガス分離
体及び支持体８２を接合する。図９では、セラミック基
体の端部７４の外表面７４ｓにはガス分離膜７６が被覆
する。そして、ガラス接合部８８がガス分離膜７６を被
覆して、ガス分離体及び支持体８４を接合する。従来の
接合構造は、例えば、特願平６−５７２６８号公報に記
載されている。

【０００６】しかし、ガラス接合部と一般には金属で
あるガス分離膜とは物性が異なるので、十分に密着せ
ず、被処理ガスが精製ガス側に漏洩する場合があった。
なお、特願平６−５７２６８号公報では、支持体は、ア
ルミナ等のセラミックスでもよいし、金属でもよい。支
持体が金属部材のときは、金属部材の表面であってガラ
スが被覆される部分が酸化膜で被覆されていることが望
ましい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、
ガラス接合部がセラミック基体を被覆することとした。
ガラス接合部は金属よりもセラミックスに物性が近似す
るので、ガラス接合部とセラミック基体との密着性が向
上して、支持体とガス分離体とを強固に接合することが
できる。即ち、本発明によれば、ガス分離体（１０）
と、当該ガス分離体を支持する支持体（２２、２４）
と、当該ガス分離体及び当該支持体を接合するガラス接
合部（２６、２８）を有する接合構造であって、当該ガ
ス分離体（１０）は、セラミック基体（１２）と、当該
セラミック基体の表面の一部に被覆するガス分離膜（１
６）とを有し、当該セラミック基体（１２）はガス分子
が侵入できるように多孔性であり、当該ガス分離膜（１
６）は、特定のガスが固溶することにより選択的に透過
することができ、当該ガラス接合部（２６、２８）は、
当該ガス分離膜（１６）で被覆されていない当該セラミ
ック基体の表面の少なくとも一部（１３ｓ、１４ｓ）を
被覆することを特徴とする接合構造が提供される。

【０００８】本発明において、ガラス接合部及びガス
分離膜は互いに接触してセラミック基体の表面を被覆す
ることが好ましい。セラミック基体の表面において、ガ
ラス接合部とガス分離膜との間にいずれにも被覆されて
いない表面部分があるときには、その表面部分からガス
が漏洩するからである。ただし、本発明は、ガラス接合
部がガス分離膜を一切被覆しないということではない。
ガラス接合部がセラミック基体を被覆する以上、ガラス
接合部がセラミック基体を被覆する部分から連続してガ
ス分離膜の一部を被覆してもよい。本発明において、ガ
ラス接合部のガラスが開気孔よりセラミック基体の内部
に連続すること、特に表面近傍の気孔に侵入することが
好ましい。これにより、ガラス接合部及びセラミック基
体が更に強固に接合することができる。また、ガラス接
合部が被覆するセラミック基体の表面の長さｍは、ガラ
ス接合部が被覆するガス分離体の表面の長さｌの３０〜
８０％であることが好ましく、４０〜６０％であること
が更に好ましい。

【０００９】

【作用】本発明では、ガラス接合部がセラミック基体
の表面を被覆する。ガラス接合部とセラミック基体との
密着性が向上して、支持体とガス分離体とを強固に接合
することができる。これに伴って、セラミック基体の表
面の一部は、ガラス接合部が被覆するために、ガス分離
膜で被覆されないことになる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の接合構造の一実施態様を
示す。ガス分離体１０及び支持体２２、２４が、それぞ
れガラス接合部２６、２８により接合する。ガス分離体
１０は、セラミック基体１２と、その外表面１２ｓの中
央部に被覆するガス分離膜１６とを有する。セラミック
基体１２は、一方の端部１３から他方の端部１４に貫く
中空部を有する管形状を有する。セラミック基体１２の
端部１３、１４の外表面１３ｓ、１４ｓは、ガス分離膜
１６で被覆されておらず、それぞれ、ガラス接合部２
６、２８で被覆されている。ガラス接合部２６、２８
は、セラミック基体１２の端部１３、１４の外表面１３
ｓ、１４ｓを被覆して、更に連続してガス分離膜１６の
外表面１６ｓの一部を被覆する。

【００１１】セラミック基体１２の端部１３は支持体
２２を貫通して開口する。支持体２２はガス分離体１０
が位置する方の側とその逆の他方の側を区分するが、セ
ラミック基体１２の中空部が支持体２２のその他方の側
に連通する。支持体２２の貫通孔の直径は、セラミック
基体１２の端部１３の外径より僅かに大きいことが好ま
しい。ガス分離体１０及び支持体２２を接合するため
に、セラミック基体１２及び支持体２２の隙間にガラス
接合部２６が充填する。

【００１２】セラミック基体１２の端部１４は、支持
体２４に形成された窪み２５に挿入して、閉口する。窪
み２５の内径は、セラミック基体１２の端部１４の外径
より僅かに大きいことが好ましい。ガス分離体１０及び
支持体２４を接合するために、セラミック基体１２の端
部１４及び支持体２４の窪み２５の隙間にガラス接合部
２８で充填する。２以上のガス分離体１０が支持体２
２、２４に支持されていてもよい。なお、支持体２２及
び２４は、図示されていないガス分離装置のハウジング
に固定されている。

【００１３】被処理ガスは、支持体２２及び支持体２
２に挟まれた空間に導入され、水素ガス等の特定のガス
のみが、多孔質のセラミック基体１２及びガス分離膜１
６を透過して、セラミック基体１２の中空部に導かれ
て、精製される。一方、被処理ガス中の他のガスは、ガ
ス分離体を透過せず、図示してない出口より排出され
る。セラミック基体は、ガス分子が透過するために多孔
質である。一方、支持体は、ガス分子が支持体の一方の
側から他方の側に透過するのを防止するために緻密質で
ある。

【００１４】図２は、図１のＡの拡大図である。ガラ
ス接合部２６は、支持体２２の周面２２ｓの全体を実質
的に被覆する。しかし、ガラス接合部２６は支持体２２
の周面２２ｓの一部のみを被覆してもよい。また、支持
体２２の面２２ｔ、２２ｕまでを被覆してもよい。本発
明では、ガラス接合部２６が被覆するセラミック基体の
表面１３ｓの長さｍは、ガラス接合部２６が被覆するガ
ス分離体１０の表面の長さｌの３０〜８０％であること
が好ましく、４０〜６０％であることが更に好ましい。
図２では、ガス分離膜１６の端部１６ａは、支持体２２
の表面２２ｕよりセラミック基体１２の端部１３側に位
置する。しかし、ガス分離膜１６の端部１６ａは、表面
２２ｕより端部１４側に位置してもよい。ガラス接合
部２６が被覆する支持体２２の表面２２ｓは、ガラス接
合部２６が被覆するセラミック基体１２の端部１３の外
表面１３ｓとほぼ平行である。しかし、表面２２ｓ及び
外表面１３ｓは互いに平行でなくてもよい。セラミック
基体１２の端部１３の外表面１３ｓには、端部よりにガ
ラス接合部２６で被覆されていない部分がある。しか
し、このような部分を残さずに、ガラス接合部２６が被
覆してもよい。また、端部１３の形状には特に制限がな
い。

【００１５】図３は、図１のＢの拡大図である。ガラ
ス接合部２８は、支持体２４に形成された窪み２５を充
填して、支持体２４の表面２４ｓの全体を実質的に被覆
する。一方、ガラス接合部２８は、支持体２４の表面２
４ｔは被覆しない。しかし、ガラス接合部２６は支持体
２４の表面２４ｓの一部のみを被覆してもよい。また、
ガラス接合部２６は連続して支持体の表面２４ｔを被覆
してもよい。ガス分離膜１６の端部１６ｂは、支持体２
４の表面２４ｔよりもセラミック基体１２の端部１４側
に位置する。図３では、ガラス接合部２８が被覆するガ
ス分離体１０の表面の長さｌは、支持体２４の表面２４
ｓの長さｌ₁とガラス接合部２８の凸部の長さｌ₂の和に
相当する。即ち、ガラス接合部２８が被覆するセラミッ
ク基体１２の端部１４の表面１４ｓの長さｍは、ガラス
接合部２８が被覆するガス分離体の長さｌの３０〜８０
％であることが好ましく、４０〜６０％であることが更
に好ましい。

【００１６】図４及び図５は、接合構造の一実施態様
を示す。図４は、図１のＡに相当する部分の拡大図であ
り、図５は、図１のＢに相当する部分の拡大図である。
図１〜３の実施態様では、支持体２２、２４がセラミッ
クスから構成されていて、ガラス接合部２６、２８は支
持体２２、２４の表面に直接被覆する。これに対して、
図４及び図５の実施態様では、支持体４２、４４が金属
から構成されていて、支持体４２、４４とガラス接合部
４６、４８との間には、酸化膜４１、４３が形成されて
いる。

【００１７】図４では、セラミック基体の端部３３の
端面３３ｔは、支持体４２の厚さの間、即ち、支持体の
表面４２ｔと表面４２ｕの間に位置する。図４では、ガ
ス分離膜３６が端部３３の外表面３３ｓを全て被覆す
る。ガラス接合部４６がセラミック基体の端面３３ｔの
一部を被覆して、連続してガス分離膜３６の表面３６ｓ
の一部も被覆する。また、ガラス接合部４６は、酸化膜
４１の表面４１ｓの一部を被覆する。ここで、酸化膜４
１は支持体４２の周面４２ｓを被覆する。図５では、支
持体４４の表面４４ｓ、４４ｕが酸化膜４３に被覆され
ている。酸化膜４３が、支持体４４の表面４４ｓから連
続して支持体４４の表面４４ｔまで被覆していてもよ
い。ガラス接合部４８は、支持体４４の窪み４５の縁ま
で充填するものではない。ガラス接合部４８は、酸化膜
４３の一部を被覆して、直接に支持体４４の表面を被覆
しない。ガス分離膜３６の端部３６ｂは、支持体４４の
表面４４ｔよりもセラミック基体の端部３３側に位置す
る。

【００１８】図６及び図７は、接合構造の一実施態様
を示す。図６は、図１のＡに相当する部分の拡大図であ
り、図７は、図１のＢに相当する部分の拡大図である。
図１〜５の実施態様では、ガラス接合部２６、２８、４
６、４８がガス分離膜１６、３６の端部を被覆してい
た。これに対して、図６及び図７の実施態様では、ガラ
ス接合部６６、６８がガス分離膜５６の表面５６ｓを被
覆することなく、ガラス接合部６６、６８がそれぞれガ
ス分離膜５６の端面５６ｔ、５６ｕで接触している。

【００１９】図６及び図７では、支持体６２、６４が
金属から構成されていて、支持体６２、６４とガラス接
合部６６、６８との間には、それぞれ酸化膜６１、６３
が形成されている。図６では、酸化膜６１が支持体６２
の周面６２ｓを被覆して、更に、支持体の表面６２ｔ、
６２ｕを連続して被覆する。ガラス接合部６６は酸化膜
６１の表面６１ｓ、６１ｔ、６１ｕを被覆する。ガラス
接合部６６はセラミック基体の端部５３の外表面５３ｓ
を被覆する。図７では、酸化膜６３は支持体６４の表面
６４ｓ、６４ｔ、６４ｕを連続的に被覆する。ガラス接
合部６８は支持体６４の窪みを充填して、酸化膜６３の
表面６３ｓ、６３ｔ、６３ｕを被覆する。

【００２０】以下、本発明の接合構造の要素について
説明する。セラミック基体は、ガス分離膜単独では機械
強度が弱いので、ガス分離膜を支持するものである。セ
ラミック基体は、ガス分子が侵入できる多孔性であり、
例えば、３次元状に連続した多数の微細な小孔を有す
る。この孔径は、０．００３〜２０μｍが好ましく、更
に０．００５〜５μｍが好ましく、更に、０．０１〜１
μｍが好ましい。孔径が０．００３μｍ未満では、ガス
が通過するときの抵抗が大きくなるからである。一方、
孔径が２０μｍを超えると、ガス分離膜にピンホールが
生じやすくなり、好ましくない。このような多孔質基体
は、例えば、特開昭６２−２７３０３０号公報に記載す
る方法により得ることができる。

【００２１】セラミック基体を構成するセラミックス
としては、未処理ガスが反応しないものであることが好
ましく、具体的には、α−アルミナ、β−アルミナ、酸
化アルミニウム、シリカ、シリカ−アルミナ、ムライ
ト、コージェライト、ジルコニアといった酸化物セラミ
ックスのほか、カーボンや多孔質ガラスなどのセラミッ
クスが用いることができる。セラミック基体は、例え
ば、セラミック粉末を混練して、パイプ状等に押出成形
して、焼成して、次いで、小孔を作成して、得ることが
できる。

【００２２】ガス分離膜は、水素ガス等の特定のガス
を選択的に透過させる。ガス分離膜がパラジウムを含有
する金属から構成されてもよい。パラジウムを含有する
金属とは、パラジウム単体と、パラジウム合金とを包含
する。パラジウム合金は、Journal of Membrane Scienc
e,56(1991)315-325:"Hydrogen PermeablePalladium - S
ilver Alloy Membrane Supported on Porous Ceramics"
、特開昭６３−２９５４０２号公報に記載されている
ように、パラジウム以外の金属の含量は１０〜３０重量
％であることが好ましい。パラジウムを合金化する主目
的は、パラジウムの水素脆化防止と高温時の分離効率向
上のためである。また、パラジウム以外の金属として銀
を含有することは、パラジウムの水素脆化防止のため、
好ましい。

【００２３】また、特開平３−１４６１２２号公報に
記載するように、パラジウムと銀とを含有する薄膜で、
薄膜の厚さ方向に銀成分の濃度が比較的に均一に分布す
るものが好ましい。具体的には、多孔質基体の表面にパ
ラジウム膜を形成し、パラジウム膜上に銀膜を形成し、
次いで、パラジウム及び銀を拡散して均一に分布するた
めの熱処理を行うことで、得ることができる。

【００２４】ガス分離膜の膜厚は５０μｍ以下が好ま
しく、更に好ましくは２０μｍ以下である。厚さが５０
μｍを超えるときには、被処理ガスがガス分離膜を拡散
する時間が長くなって、処理時間が長時間となり、好ま
しくない。また、セラミック基体が管形状を有すると
き、ガス分離膜が被覆する面は、管の外側でも、内側で
も、この両者でもよい。特願平５−７３４４９号に記載
するように、ガス分離膜が、セラミック基体の表面に開
いている小孔の内部を充填して閉塞することが好まし
い。原料ガスが精製ガスに漏洩し難くなるからである。
ガス分離膜を基体に被覆する方法は従来方法が使用で
き、例えば、化学メッキ法、真空蒸着法、スパッタリン
グ法等を用いることができる。

【００２５】支持体がセラミックから構成されるとき
には、セラミック基体と同じセラミックスであってもよ
い。また、セラミック基体とは異なるセラミックスであ
ってもよい。一方、支持体が金属のときには、鉄、鋼
鉄、銅、鉄基合金、鉄、ニッケル基合金等を用いること
ができる。合金のときには、ニッケル、銅、クロミウ
ム、アルミニウム、ボロン、シリコン、モリブテン、タ
ングステン等の成分を含有していてもよい。

【００２６】ガラス接合部は、熱膨張係数がセラミッ
ク基体の熱膨張係数の５０〜１００％であるガラスから
なることが好ましく、６０〜９０％であるガラスからな
ることが更に好ましい。ガラスの熱膨張係数がこれらの
１００％より大きい場合、ガラスが溶融する温度で接合
をしてから温度を降下するとき、ガラス接合部の内部に
引張り応力が生じ、ガラスにクラックが生成し易い。ク
ラックが生じると、未処理ガスがクラックから精製ガス
側に漏洩して精製ガスの純度を低下させる。一方、ガラ
スの熱膨張係数がこれらの５０％より小さい場合、被処
理ガスを精製する温度範囲で、ガス分離体と支持体との
間に隙間が生じ、未処理ガスがその隙間から精製ガス側
に漏洩することがある。

【００２７】熱膨張係数とは、圧力一定で、物体が熱
膨張するとき、その膨張比率の温度変化に対する割合を
示す量である。本発明の熱膨張係数は、大気圧におい
て、固体の長さ変化に対する膨張比率を表す線熱膨張係
数を意味する。ガラス転移点は、以下のように熱膨張曲
線上で求めうる。低温領域での熱膨張曲線の接線と、高
温領域の熱膨張曲線の接線とを引く。両接線が交わる角
において、その角の２等分線を引いて、熱膨張曲線と交
わる点を求め、その交点をガラス転移点とする。なお、
ガラス転移点は、ガラスが溶融する温度より低い。ガラ
ス接合部とガス分離膜との接触角が０〜９０゜であるこ
とが好ましく、１５〜４５゜であることが更に好まし
い。これにより、ガス分離膜とガラス接合部との濡れ性
が向上して、ガス分離膜とガラスの接合強度が向上す
る。

【００２８】図１０にガス分離装置の一実施例の断面
図を示す。高圧容器９０内に、２以上のガス分離体９１
を収納する。各々のガス分離体９１は、フランジ９２
に、ガス分離体９１の外径より僅かに大きい直径の貫通
孔９２ａを介して、ガス分離体の中空部がフランジ９２
の上部空間と連通するように支持する。一方、各々のガ
ス分離体９１は、フランジ９３を貫通していない窪み９
３ａにより、その端部が閉口して支持されている。ガス
分離体９１は、ガラス接合部でフランジ９２、９３と接
合する。ガス分離体は、筒状のセラミック基体の外表面
にガス分離膜が被覆する。

【００２９】フランジ９８及び９９が、支持プレート
９７を挟んで固定し、フランジ９２が支持プレート９７
及び部材９６により固定され、ガス分離体９１及びフラ
ンジ９３が吊り下げられている。第１パイプ１００か
ら、被精製ガスが高圧容器９０内に供給される。ガス分
離体９１を透過して、筒内部に精製ガスが移動し、この
精製ガスは、第３パイプ１０２に導かれる。一方、精製
されなかったガスは、第２パイプ１０１から流出する。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき更に詳しく
説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限られる
ものではない。（実施例１〜７及び比較例１）実施例１〜７では、図１
〜３のガス分離体を作成した。一方、比較例では、図８
及び９のガス分離体を作成した。何れの場合も、外径１
０ｍｍ、内径７ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒形状を有
し、小孔径が０．１μｍの多孔質α−アルミナ管をセラ
ミック基体に用いた。このセラミック基体を水で洗浄
し、次いで乾燥した。具体的には、水中にアルミナ管を
浸して、１分間超音波を照射することを５回繰り返し
て、洗浄した。そして、表面に付着する有機物を除去す
るために、セラミック基体を加熱処理した。１２０℃の
乾燥機に放置して乾燥した。次いで、空気中１０００℃
で２時間加熱した。

【００３１】セラミック基体１２の両端部１３、１４
の外表面１３ｓ、１４ｓにテフロンテープを巻いて、溶
液が浸漬しないようにした。次いで核付け処理をした。
このアルミナ管の外表面を、SnCl₂・2H₂Oを０．１重量
％含有する０．１％塩酸水溶液に１分間浸漬させた後、
PdCl₂を０．０１重量％含有する０．１％塩酸水溶液に
１分間浸漬させた。各々の塩酸水溶液に１０回、浸漬さ
せるように、この浸漬処理を両塩酸水溶液で繰り返し
た。次いで、パラジウムを化学メッキした。イオンを除
去した水１ｌ中に、[Pd(NH₃)₄]Cl₂・H₂O（５．４ｇ）、
２Na・ＥＤＴＡ（６７．２ｇ）、アンモニア濃度２８％
のアンモニア水（６５１．３ｍｌ）、H₂NNH₂・H₂O
（０．４６ｍｌ）を加えた水溶液を準備し、上記活性化
処理を行った多孔質アルミナ管の外表面を４５℃に温度
制御したこの水溶液に３時間浸漬し、膜厚５μｍのパラ
ジウム膜を被覆した。

【００３２】更に、このパラジウム膜にパラジウムを
電気メッキにより厚さが１１μｍになるように形成し
た。次いで、銀を電気メッキして、銀層の厚さを４μｍ
とした。セラミック基体１２よりテフロンテープを除去
した後、電気炉内で９００℃で１２時間保持して、パラ
ジウム及び銀を相互拡散させて合金化した。

【００３３】次いで、このガス分離体１０及び支持体
２２をガラスで接合して、ガラス接合部２６を形成し
た。用いたガラスは、ＳｉＯ₂−ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃で５．
４×１０^-6／℃の熱膨張係数を有している。セラミック
基体１２及び支持体２２の隙間にガラス粉末を充填し
て、１０５０℃、アルゴン雰囲気中で３０分保持して接
合した。次いで、降温時の歪みの発生を防ぐため、５０
℃／ｈｒの速度で室温まで冷却した。支持体２２は、同
心の貫通孔を有する円環形状だった。このガス分離体１
０及び支持体２４をガラスで接合して、ガラス接合部２
８を形成した。支持体２４は、同心の窪み２５を有する
キャップ形状であった。支持体２２及び２４は、セラミ
ック基体と同様に、α−アルミナから構成される。セラ
ミック基体の熱膨張係数は、７．４×１０^ー6／℃であ
り、支持体２２及び２４の熱膨張係数は、７．３×１０
^ー6／℃であった。熱膨張係数は、４０〜４００℃で測定
した。支持体とガス分離体の接合構造について、下記の
気密試験を実施した。

【００３４】（気密試験）気密試験のため、ガス分離体
を容器に固定してガス分離装置を作成した。ガス分離装
置は図１０に示す構造であり、一本のガス分離体を固定
したものである。次いで、ガス分離体の被処理側に、ヘ
リウムガスガスを第１パイプ１００から導入し、パイプ
１０１を封止して８ｋｇ／ｃｍ²の圧力に保持した。こ
の状態で透過ガス側に漏洩するヘリウムガス流量をパイ
プ１０２に接続した流量計により測定した。次いで、使
用温度における耐久性を評価するために、ガス分離体は
温度サイクル処理を受けた。温度サイクルでは、被処理
ガス側のヘリウムガスを８ｋｇ／ｃｍ²に保持した状態
で、ガス分離体を室温から６００℃まで加熱し、次い
で、室温まで冷却した。この温度サイクルを５０回繰り
返した。温度サイクル処理の後に再び気密試験を行って
ヘリウム漏洩量を測定した。表１に、温度サイクル処理
前及び温度サイクル処理後におけるヘリウムガス漏洩量
（ｃｍ³／ｍｉｎ）についてまとめる。

【００３５】

【表１】

【００３６】実施例１〜７では、ｍ／ｌのみを２０％か
ら９０％に変化させた。一方、比較例は、従来の接合構
造であり、ｍ／ｌを０％とした。即ち、ガラス接合部
が、セラミック基体の表面を被覆することなく、ガス分
離膜の表面を被覆し、このガス分離膜がセラミック基体
の表面を被覆した。実施例１〜７では、比較例と比較し
て、ヘリウムガス漏洩量が減少した。

【００３７】

【発明の効果】本発明の接合構造は、ガス分離体及び
支持体を強固に接合することができ、また、ガス漏洩が
防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接合構造の断面説明図である。

【図２】図１のＡの拡大図である。

【図３】図１のＢの拡大図である。

【図４】本発明の接合構造の断面説明図である。

【図５】本発明の接合構造の断面説明図である。

【図６】本発明の接合構造の断面説明図である。

【図７】本発明の接合構造の断面説明図である。

【図８】従来の接合構造の断面説明図である。

【図９】従来の接合構造の断面説明図である。

【図１０】ガス分離装置の一実施例の断面説明図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・ガス分離体、１２・・・セラミック基体、１２ｓ・・
・外表面、１３・・・セラミック基体の端部、１３ｓ・・・端
部の外表面、１３ｔ・・・端面、１４・・・セラミック基体の
端部、１４ｓ・・・端部の外表面、１６・・・ガス分離膜、１
６ａ・・・ガス分離膜の端部、１６ｂ・・・ガス分離膜の端
部、１６ｓ・・・表面、２２・・・支持体、２２ｓ・・・周面、
２２ｔ・・・表面、２２ｕ・・・表面、２４・・・支持体、２４
ｓ・・・周面、２４ｔ・・・表面、２４ｔ・・・表面、２５・・・窪
み、２６・・・ガラス接合部、２８・・・ガラス接合部、３３
・・・セラミック基体の端部、３３ｓ・・・外表面、３３ｔ・・
・端面、３４・・・セラミック基体の端部、３６・・・ガス分
離膜、４１・・・酸化膜、４２・・・支持体、４２ｓ・・・周
面、４３・・・酸化膜、４４・・・支持体、４４ｓ・・・表面、
４４ｔ・・・表面、４４ｕ・・・表面、４５・・・窪み、４６・・・
ガラス接合部、４８・・・ガラス接合部、５３・・・セラミッ
ク基体の端部、５３ｓ・・・外表面、５４・・・セラミック基
体の端部、５４ｓ・・・外表面、５６・・・ガス分離膜、６１
・・・酸化膜、６２・・・支持体、６３・・・酸化膜、６４・・・支
持体、６６・・・ガラス接合部、６８・・・ガラス接合部、７
３・・・セラミック基体の端部、７３ｓ・・・外表面、７４・・
・セラミック基体の端部、７４ｓ・・・外表面、７６・・・ガ
ス分離膜、８１・・・酸化膜、８２・・・支持体、８３・・・酸
化膜、８４・・・支持体、８６・・・ガラス接合部、８８・・・
ガラス接合部、９０・・・高圧容器、９１・・・ガス分離体
９２，９３・・・フランジ、９２ａ・・・貫通孔、９３ａ・・・
窪み、９８，９９・・・フランジ、１００・・・第１パイプ、
１０１・・・第２パイプ、１０２・・・第３パイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス分離体と、当該ガス分離体を支持す
る支持体と、当該ガス分離体及び当該支持体を接合する
ガラス接合部を有する接合構造であって、当該ガス分離体は、セラミック基体と、当該セラミック
基体の表面の一部に被覆するガス分離膜とを有し、当該
セラミック基体はガス分子が侵入できるように多孔性で
あり、当該ガス分離膜は、特定のガスが固溶することに
より選択的に透過することができ、当該ガラス接合部は、当該ガス分離膜で被覆されていな
い当該セラミック基体の表面の少なくとも一部を被覆す
ることを特徴とする接合構造。
【請求項２】当該ガラス接合部及び当該ガス分離膜が
互いに接触していることを特徴とする請求項１に記載の
接合構造。
【請求項３】当該ガラス接合部が連続して当該ガス分
離膜の表面の一部を被覆することを特徴とする請求項２
に記載の接合構造。
【請求項４】当該ガラス接合部のガラスが当該セラミ
ック基体の表面の開気孔より当該セラミック基体の内部
に連続していることを特徴とする請求項１、２又は３に
記載の接合構造。
【請求項５】当該ガラス接合部が被覆する当該セラミ
ック基体の表面の長さｍは、当該ガラス接合部が被覆す
る当該ガス分離体の表面の長さｌの３０〜８０％である
ことを特徴とする上記請求項の何れかに記載の接合構
造。
【請求項６】当該セラミック基体は、一方の端部から
他方の端部に貫く中空部を有する管形状を有していて、
当該ガス分離膜は当該セラミック基体の外表面の中央部
を被覆していて、当該ガラス接合部が当該セラミック基
体の外表面の両端を被覆することを特徴とする上記請求
項の何れかに記載の接合構造。
【請求項７】当該接合構造は２以上の当該ガス分離体
及び一対の当該支持体を有していて、当該支持体は板形
状であり、当該セラミック基体の一方の端部は当該支持
体の一方を貫通して開口していて、当該セラミック基体
の他方の端部は当該支持体の他方に形成された窪みに挿
入して閉口していることを特徴とする請求項６に記載の
接合構造。
【請求項８】当該ガス分離膜が水素を分離するために
パラジウムを含有することを特徴とする上記請求項の何
れかに記載の接合構造。
【請求項９】当該支持体がセラミックスから構成され
ることを特徴とする上記請求項の何れかに記載の接合構
造。
【請求項１０】当該支持体が実質的に金属から構成さ
れ、当該支持体及び当該ガラス接合部の間には当該支持
体を被覆する酸化膜を有することを特徴とする請求項１
〜８の何れかに記載の接合構造。
【請求項１１】当該ガラス接合部の熱膨張係数が、当
該セラミック基体の熱膨張係数の５０〜１００％である
ことを特徴とする上記請求項の何れかに記載の接合構
造。
【請求項１２】上記請求項の何れかに記載の接合構造
を内部に有することを特徴とするガス分離装置。