JPH0924233A

JPH0924233A - 気体分離体、気体分離部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0924233A
Application number: JP17218395A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kawasaki; 真司川崎; Hirotake Yamada; 裕丈山田; Masahiko Namekawa; 政彦滑川
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】水素、酸素等の気体を分離するための気体分離
体であって、気体分離体の気体分離性能を制御できるよ
うにし、特に気体分離体の気体透過能力を向上させつ
つ、しかも特定の気体以外の原料側の気体が精製気体側
へと流入しないような高度の気密性を保持すること。【解決手段】イオン伝導式気体分離装置の気体分離体２
が、多孔質の基体１と、基体１の気孔５を気密に充填し
ている緻密質マトリックス４とを備えている。この気体
分離体を製造するのに際して、基体１の一方の側１ａに
第一の反応性ガスを供給し、基体１の他方の側１ｂに第
二の反応性ガスを供給し、基体１の気孔５内で各反応性
ガスを電気化学的プロセスによって反応させることによ
って、基体１の空隙内に緻密質マトリックス４を生成さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン伝導式の気
体分離装置に使用するための気体分離体に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】多くの成分を含有する混合ガスから特定
のガス成分のみを得る方法として、有機または無機物質
からなるガス分離膜によって特定のガス成分のみを分離
する方法が知られている。こうした酸化分離膜として
は、オルガノポリシロキサン−ポリカーボネート共重合
膜、ゼオライトによるモレキュラーシーブ（分子ふる
い）膜が知られており、水素分離膜としては、ポリイミ
ド膜、ポリスルホン膜が知られている。

【０００３】特願昭６３−１５６５１６号公報によれ
ば、特定の混合導電体を混合焼結することによって、酸
化イオンの伝導に都合の良い粒界を増大させ、混合伝導
体の酸化イオン伝導率σを向上させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、こうした混合
焼結体においては、異種の粒子の粒界を増大させること
はできるが、この粒界は連続的には生成していないの
で、異種粒子の界面が、酸素イオン濃度の高い側から低
い側へと向かって連続しておらず、酸素イオン伝導率を
十分に向上させることができない。また、電化転移反応
の触媒として、危険な水銀や高価な白金、パラジウム等
を使用する必要がある。更にこれらの金属は、長期間使
用すると焼結を生じ、酸素がイオン化する場であるとこ
ろの、混合導電体−触媒金属−気相の３相界面が減少し
て酸素イオンの透過量が低下し易い。

【０００５】本発明の課題は、水素、酸素等の気体を分
離するための気体分離体であって、気体分離体の気体分
離性能を制御できるようにし、特に気体分離体の気体透
過能力を向上させつつ、しかも特定の気体以外の原料側
の気体が精製気体側へと流入しないような高度の気密性
を保持できるようにすることである。また、長期間使用
しても劣化しないような気体分離体を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、イオン伝導式
気体分離装置の気体分離体であって、多孔質の基体と、
この基体の気孔を気密に充填している緻密質マトリック
スとを備えており、基体と緻密質マトリックスとの少な
くとも一方がイオン伝導性を備えており、基体と緻密質
マトリックスとの少なくとも一方が電子伝導性を備えて
いることを特徴とする、気体分離体に係るものである。

【０００７】また、本発明は、上記の気体分離体からな
る気体分離部を備えていることを特徴とする、気体分離
部材に係るものである。更に、本発明に係る気体分離部
材の製造方法は、基体の一方の側に第一の反応性ガスを
供給し、基体の他方の側に第二の反応性ガスを供給し、
基体の気孔内で第一の反応性ガスと第二の反応性ガスと
を電気化学的プロセスによって反応させることによっ
て、基体の気孔内に緻密質マトリックスを生成させるこ
とを特徴とする。

【０００８】本発明者は、新規な構造の気体分離体を提
供するべく、研究を行っていたが、この過程で、多孔質
基体自体の空隙ないし開気孔の内部に反応性ガスを流
し、多孔質基体の内部にランタンマンガナイト膜を蒸着
させることを検討した。そして、特に、第一の反応性ガ
スを多孔質基体の一方の側から供給し、第二の反応性ガ
スを多孔質基体の他方の側から供給してみた。この際、
最初には化学的気相成長（ＣＶＤ）プロセスによって化
合物が生成するが、この段階では完全に緻密な充填物は
生成しない。なぜなら、ＣＶＤ法においては上記の二種
類の反応性ガスが直接に接触することが必要であり、気
密な充填物が気孔内に形成されると、二種類の反応性ガ
スの通気が遮断され、両者の接触が不可能になるからで
ある。

【０００９】しかし、本発明においては、上記のＣＶＤ
反応が終結し、ほぼ気密な充填物が生成すると、今度は
この充填物内を第一の反応性ガスが透過し、この透過し
た反応性ガスが電気化学的気相反応プロセスによって第
二の反応性ガスと反応し、更に連続的に充填物を生成す
る。この過程で、気孔内の充填物の気密性が確保され
る。

【００１０】このように、本発明の気体分離体によれ
ば、多孔質基体自体の内部の気孔を充填しており、しか
も電気化学的プロセスを採用したことから、気体分離膜
の場合とは異なり、気体分離体における、特定のガス成
分以外のガスへの気密性は完全に保持されている。この
ように多孔質基体自体を気体分離体として使用すること
によって、気密性を完全に保持した上で、特定の気体の
透過性能を制御することができる。特に、気体分離膜を
多孔質基体の表面に形成した場合には、気体分離膜を薄
くすることによって特定の気体の透過性能を向上させる
ことは困難であったが、本発明では、充填物を薄くする
ことによって、原料気体の透過は防止しつつ、特定の気
体の透過性能を向上させることができる。

【００１１】そして、多孔質基体と緻密質マトリックス
との異種材料の界面が、酸素イオン濃度の高い側から低
い側へと向かって、直線的に、連続的に形成されるの
で、酸素イオン伝導率σＯ^{2 -}が非常に大きくなる。ま
た、電化転移反応の活性化エネルギーを減少させる目的
で貴金属触媒を使用していないので、この「Ｏ₂＋４ｅ
←→２Ｏ^{2 -}」という電化転移反応の場である、多孔質
基体−緻密質マトリックス−気相の三相界面が、長期間
の使用時にも劣化しない。

【００１２】更に，本発明の製造方法によれば、次の利
点がある。即ち、本発明の製造方法において、前記した
ＣＶＤ反応、ＥＶＤ反応を制御するためには、第一の反
応性ガスと第二の反応性ガスとの間の圧力差を測定し、
この圧力差に応じて双方の反応性ガスの供給量を制御す
る。

【００１３】しかし、ＥＶＤ反応の過程において、何ら
かの原因で多孔質内の緻密質マトリックスに亀裂や破壊
が発生した場合には、第一の反応性ガスの側と第二の反
応性ガスとの側との圧力差が急激に変化する。従って、
この圧力差から、製品の気密性を正確に検査することが
でき、別に検査工程を設ける必要がない。また、このよ
うな異常な圧力差が発生した場合には、ＥＶＤ反応より
もＣＶＤ反応の方が優先的に進行するため、このＣＶＤ
反応によって気孔内の膜の不良箇所に更に膜を生成させ
ることができるので、こうした成膜工程における歩留り
はきわめて大きい。

【００１４】また、前記の膜形成工程を、電気的化学気
相成長装置内で実施した後に、これを同じ装置内におい
て、気体分離体の一方の側に、特定の気体を含有する気
体を供給することによって、気体分離体の他方の側にお
ける特定の気体の分離速度と不純物気体のリークの測定
を行うことができる。

【００１５】また、第一の反応性ガスおよび第二の反応
性ガス中の各反応成分の各濃度および各流量を制御する
ことによって、膜の形成速度を自由に制御することがで
き、特に緻密質マトリックスからなる膜の厚さを十分に
小さくすることができる。

【００１６】

【発明実施の形態】本発明において、基体の表面に緻密
質マトリックスからなる緻密質膜を形成することができ
る。このためには、基体の気孔内に緻密質マトリックス
を生成させて気体分離体からなる分離部を形成した後
に、基体の他方の側の表面に、緻密質マトリックスの材
質からなる緻密質膜を形成することができる。

【００１７】また、緻密質マトリックスが気孔内に充填
されている気体分離部を気体分離部材の内部に形成する
と共に、この気体分離部の両側に、緻密質マトリックス
が充填されていない多孔部を形成することができる。

【００１８】このように、気体分離部、即ち緻密質マト
リックスが充填されている部分を、基体の内部の領域の
みに形成し、その両側を多孔質のままで保持することに
よって、構造上、気体分離部の幅を、基体の全体の幅よ
りも、顕著に小さくすることができる。これは、基体の
幅を大きくしてその強度を大きくするのと同時に、緻密
質マトリックスが形成された気体分離部の幅を小さく
し、その気体透過性能を向上させることができる。

【００１９】本発明において、緻密質マトリックスは、
好ましくはセラミックスである。また、多孔質基体は、
好ましくはセラミックスまたは金属である。

【００２０】本発明において、緻密質マトリックスとし
て、イオン伝導性と電子伝導性とを備えている材質を採
用することができる。こうした材質としては、ストロン
チウム、カルシウムを添加したランタンコバルタイト、
ランタンマンガナイトを例示することができる。

【００２１】この材質の一般式を、次に示す。Ｌａ_1-x
Ａ_xＢＯ₃（Ａは、カルシウムおよびストロンチウムか
らなる群より選ばれた一種以上の金属元素であり、Ｂ
は、マンガン、コバルト、鉄およびニッケルからなる群
より選ばれた一種以上の金属元素であり、ｘは０〜０．
５である）。

【００２２】この場合には、多孔質基体としては、イオ
ン伝導性および電子伝導性を備えていない材質を使用す
ることができる。こうした材質としては、アルミナ、シ
リカ、シリカ−アルミナ、ムライト、コージェライト、
カーボン、多孔質ガラスを例示できる。しかし、この場
合に、多孔質の基体の方を、イオン伝導性または電子伝
導性を有する材質とすることもできる。

【００２３】また、本発明においては、基体を電子伝導
性の材質によって形成し、緻密質マトリックスを、イオ
ン伝導性を備えている材質によって形成することができ
る。このように、本発明者は、イオン伝導式の気体分離
装置において、イオン伝導性と電子の伝導性とを、別の
材質に対して保持させることで、新規な気体分離体を作
製することができた。

【００２４】また、これと同様に、基体をイオン伝導性
の材質によって形成し、緻密質マトリックスを電子伝導
性の材質によって形成することで、新規な気体分離体を
作製することができた。

【００２５】こうしたイオン伝導性の材質としては、ス
トロンチウム、カルシウムを添加したランタンコバルタ
イト、ランタンマンガナイト、ガリウム酸ランタン、ス
カンジウム酸ランタン、インジウム酸ランタン等のペロ
ブスカイト酸化物、イットリア、スカンジア等で安定化
したジルコニアの他に、公知の酸素イオン伝導体を使用
することができる。前記のペロブスカイト化合物の一般
式は、次の通りである。

【００２６】Ｌａ_1-xＡ_xＢＯ₃（Ａは、カルシウムお
よびストロンチウムからなる群より選ばれた一種以上の
金属元素であり、Ｂは、マンガン、コバルト、鉄、ニッ
ケル、ガリウム、スカンジウムおよびインジウムからな
る群より選ばれた一種以上の金属元素であり、ｘは０〜
０．５である）。

【００２７】また、こうした電子伝導性の材質として
は、各種の金属または合金の他、電子伝導性のセラミッ
クスを使用することができる。

【００２８】また、本発明の製造方法においては、１つ
の製造プロセスで、複数の気体分離体を同時に製造し、
検査することができる。即ち、複数の基体を気体隔離部
材に対して取り付け、各基体の一方の側の表面が気体隔
離部材の一方の側に面し、各基体の他方の側の表面が気
体隔離部材の他方の側に面するように配置する。即ち、
複数の基体をモジュール化することができる。この場合
には、基体の一方の側に第一の反応性ガスを供給し、基
体の他方の側に第二の反応性ガスを供給することによっ
て、各基体の気孔内に緻密質マトリックスを同時に生成
させる。

【００２９】基体の気孔率は、２０〜７０％とすること
が好ましい。これが２０％未満であると、緻密質マトリ
ックスを形成することが困難であり、これが７０％を越
えると、基体自体の気体分離体に対する寄与が乏しくな
り、またやはり気体分離体の形成が困難になる。こうし
た観点から、２５〜６０％とすることが更に好ましい。

【００３０】また、気体分離体の孔径は、０．０５μｍ
〜１０μｍとすることが好ましい。これが０．０５μｍ
未満であると、緻密質マトリックスを形成することが困
難であり、これが１０μｍを越えると、基体自体の気体
分離体に対する寄与が乏しくなり、またやはり気体分離
体の形成が困難になる。

【００３１】以下、随時図面を参照しつつ、本発明を更
に詳細に説明する。図１（ａ）は、平板形状の基体１を
示す断面図である。この基体１に対して、例えば後述す
るような気相成長装置を使用することによって、所定の
反応ガスを供給する。例えば、基体１の一方の側の表面
１ａに向かって、矢印Ａのように第一の反応性ガスを供
給し、基体１の他方の側の表面１ｂに向かって、第二の
反応性ガスを矢印Ｂのように供給する。

【００３２】そして、本実施例では、基体１の気孔内に
緻密質マトリックスを生成させる。この結果、図１
（ｂ）に示すように、基体の気孔の内部に緻密質マトリ
ックスが充填された気体分離体からなる気体分離部材２
を製造できる。本実施例では、更に、気体分離部材２の
他方の表面２ｂ上でも電気化学的反応を進行させ、緻密
質膜３を形成する。気体分離部材２の一方の表面２ａ上
には、このような緻密質膜は形成されない。この気体分
離部材２の内部においては、図１（ｃ）に模式的断面図
として示すように、気体分離体の組織６において、基体
１の気孔５の内部に、緻密質マトリックス４が充填さ
れ、一体化されている。

【００３３】また、本発明においては、次に示すような
製造方法を採用し、基体の気孔内に緻密質マトリックス
を生成させることができる。本例では、基体１の一方の
表面１ａから他方の表面１ｂへと向かって、順次にマト
リックスが生成する。ここで、マトリックスを生成させ
るためのガスの供給を途中で停止すると、図２（ａ）に
示すように、気体分離部材７の表面７ａ側には気体分離
部８が生成するが、表面７ｂ側には、多孔質焼結体から
なる多孔部９が残留する。

【００３４】こうした製造方法によって、気体分離部８
と、多孔質焼結体からなる多孔部９との積層品である気
体分離部材７を製造することができる。

【００３５】また、次に示す製造方法を採用することが
できる。即ち、基体の気孔内に緻密質マトリックスを生
成させる際に、マトリックスを生成させるための原料で
ある金属化合物のガスの圧力を、酸化性ガスの圧力より
も大きくし、この圧力差によって金属化合物のガスを基
体内に流通させる。この際、この圧力差を低く設定する
と、金属化合物のガスは、基体１の一方の表面１ａまで
はほとんど到達せず、基体１の中、例えば中央部までし
か到達しないことになる。この結果、表面１ａ側ではマ
トリックスの生成反応が起こらず、基体１の中央部から
他方の表面１ｂ側へと向かって順次マトリックス生成反
応が進行することになる。

【００３６】この結果、図２（ｂ）に示すように、平板
形状の気体分離部材１０において、その一方の表面１０
ａ上には緻密質膜は存在しておらず、表面１０ａ側の方
から気体分離部材１０の中央部へと向かって、多孔質焼
結体からなる多孔部１１が残留する。また、気体分離部
材１０の中央部から他方の表面１０ｂへと向かって、本
発明の複合材料からなる気体分離部２３が生成し、更に
他方の表面１０ｂ上には緻密質膜３が生成する。

【００３７】また、次に示す製造方法を採用することが
できる。即ち、基体の気孔内に緻密質マトリックスを生
成させる際に、金属化合物のガスの圧力を、酸化性ガス
の圧力よりも大きくし、この圧力差によって金属化合物
のガスを多孔質焼結体内に流通させる。この際、この圧
力差を低く設定すると、金属化合物のガスは、基体１の
一方の表面１ａまではほとんど到達しない。そして、こ
のマトリックスの生成が、他方の表面１ｂまでは到達し
ないうちに、反応性ガスの供給を停止する。

【００３８】この結果、図２（ｃ）に示すように、平板
形状の気体分離部材２４において、その一方の表面２４
ａの近傍には、多孔質焼結体からなる多孔部２５が残留
する。そして、他方の表面２４ｂの近傍にも、多孔質焼
結体からなる多孔部２７が残留する。これらの各多孔部
２５と２７との間に、本発明の気体分離体からなる気体
分離部２６が生成する。

【００３９】上記の例では平板形状の基体を使用した
が、むろん、基体の形状には何ら限定はなく、例えば円
筒形状、断面が四角形の筒状等、種々の形状の基体を使
用することができる。

【００４０】図３は、本発明の気体分離体を製造するた
めの電気化学的気相成長装置の一例を示す模式図であ
る。真空チャンバー１５内には、円筒形状の発熱体１３
と、支持台１６とが設置されている。有底円筒形状の基
体１４の端面１４ｄを、支持台１６上に設置し、基体１
４を発熱体１３の内側に設置する。基体１４の有底部１
４ｃを上向きにする。

【００４１】配管１８、１９は、それぞれ図示しない真
空ポンプに対して連結されており、この真空ポンプを作
動させることによって、矢印Ｅ、Ｆのように真空チャン
バー１５内の空気を吸引し、この中の圧力を減少させる
ことができる。この際、配管１８と１９との間の配管２
０に弁２１を設け、この弁２１と弁４６、４７とを調節
することによって、基体１４の内側空間３１および支持
台１６の内側１６ａの圧力が、基体１４および支持台１
６の外側の圧力よりも、高くなるようにする。

【００４２】次いで、キャリアーガスを配管１７に矢印
Ｄのように流す。第一の反応性ガスを、配管１２を通し
て、矢印Ｃのように供給し、基体１４の外側へと流す
る。発熱体１３を発熱させ、基体１４を所定温度に加熱
する。

【００４３】配管１７に流しているキャリアーガスに対
して、所定の組成比率となるように原料ガスを混合し、
第二の反応性ガスを流す。

【００４４】この結果、第一の反応性ガスが、基体１４
の一方の表面１４ａから気体内部へと進入し、基体１４
の内部で第二の反応性ガスと直接に化学的気相成長反応
し、上記の緻密質マトリックスを生成する。

【００４５】この化学的気相成長反応の進行によって、
基体１４内の気孔が一応閉塞すると、今度は気孔内部の
反応物の中をイオン状の気体が透過し、電気化学的気相
成長反応によって緻密質マトリックスの生成が進行す
る。ただし、ＣＶＤ反応の進行に伴って、多孔質基体の
内部の気孔が閉塞する過程で、基体１４の内側と外側と
の圧力差が大きくなる。そこで、弁２１、４６、４７を
調節することによって、この圧力差を適切に保持する。

【００４６】また、何らかの理由で気孔内の膜に亀裂、
破壊等が発生した場合には、基体１４の内側と外側との
圧力差が急激に変動するので、この成膜工程で、同時に
気孔内のマトリックスの気密性の試験も行うことができ
る。また、この圧力差を適切に制御すれば、マトリック
スのうち破壊や亀裂が発生した部分で、マトリックスが
優先的に生成する。従って、この亀裂ないし破壊部分
も、本製造プロセスの中で修復することができる。

【００４７】このようにして得られる気体分離部材の一
例を、図４に概略的に示す。気体分離部材２９において
は、本発明に従って、基体の気孔内に緻密質マトリック
スが充填されている。この気体分離部材２９の形状は、
多孔質基体１４の形状と同じであり、即ち、気体分離部
材２９の一端に有底部２９ｃが設けられており、他端側
の端面２９ｄ側に開口が設けられている。

【００４８】気体分離部材２９の他方の側の表面２９ｂ
には緻密質膜３０が形成されており、一方の側の表面２
９ａには緻密質膜は生成していない。

【００４９】また、上記の図３を参照しつつ説明した製
造方法において、管状の基体１４の内側に第一の反応性
ガスを供給し、基体１４の外側に第二の反応性ガスを供
給し、基体１４の外側の圧力を内側の圧力よりも低くす
ることによって、電気化学的気相成長プロセスを実施
し、緻密質マトリックスを生成することができる。この
場合には、基体１４の外側の表面に緻密質膜を形成する
ことができる。

【００５０】また、上記のような形状の基体１４を使用
し、図５に示すような気体分離部材を製造することもで
きる。この気体分離部材３２においては、有底円筒形状
の気体分離部材３２の一方の表面３２ａ側に、多孔質焼
結体からなる多孔部３４が残留しており、他方の表面３
２ｂ側にも、多孔質焼結体からなる多孔部３８が残留し
ている。これらの各多孔部３４と３８との間に、本発明
の気体分離体ないし複合材料からなる気体分離部３３が
生成している。３２ｃは気体分離部材３２の有底部であ
り、３２ｄは気体分離部材３２の端面である。

【００５１】また、図３に示す装置内で、複数本の基体
１４を同時に処理することができる。即ち、図６に示す
ようにして、複数の基体１４を気体隔離部材３５に対し
て取り付ける。この際、気体隔離部材３５は、例えば平
板形状であり、気体隔離部材３５には貫通孔３５ａが所
定箇所に形成されており、各基体１４を各貫通孔３５ａ
に対して取り付ける。各基体１４の一方の側の表面１４
ａがこの気体隔離部材３５の一方の側５０に面し、各基
体１４の他方の側の表面１４ｂが、気体隔離部材３５の
他方の側５１に面するように配置する。基体１４の一方
の側に第一の反応性ガスを供給し、基体１４の他方の側
に第二の反応性ガスを供給することによって、各基体１
４の空隙ないし気孔内に緻密質マトリックスを生成させ
る。

【００５２】この結果、図６に示すような、モジュール
形態の気体分離部材の組み立て体３６が得られる。即
ち、気体隔離部材３５の各貫通孔３５ａ内に、例えば、
図５に示すような形態の気体分離部材３２の端面３２ｄ
側の末端が挿入され、固定されている。この気体分離部
材３２と気体隔離部材３５との接触部分は、気密にシー
ルする必要がある。このようにすれば、複数本の気体分
離部材３２を、同じ製造装置内で同じ製造プロセスによ
って、同時に製造することができる。

【００５３】以下、更に具体的な実験結果について説明
する。図３〜図５を参照しつつ説明してきたような製造
方法によって、図５に示すような気体分離部材３２を製
造した。

【００５４】ただし、多孔質基体１４としては安定化ジ
ルコニアを使用した。真空ポンプを作動させることによ
って、矢印Ｅ、Ｆのように真空チャンバー１５内の空気
を吸引し、この中の圧力を０．０５ｍｍＨｇまで減圧し
た。この際、弁２１、弁４６、４７を調節することによ
って、基体１４の内側および支持台１６の内側１６ａの
圧力が、基体１４および支持台１６の外側の圧力より
も、低くなるようにした。

【００５５】次いで、アルゴンガスを配管１７に矢印Ｄ
のように流した。水４０％、酸素２０％およびアルゴン
４０％からなる第一の反応性ガスを、その酸素分圧を監
視しながら、配管１２を通して、矢印Ｃのように供給し
た。発熱体１３を発熱させ、基体１４を１４００℃に加
熱した。この状態で、基体１４の内側と外側との圧力差
は、０．０１〜５ｍｍＨｇであった。

【００５６】配管１７に流しているアルゴンガス（流量
約２００ｃｍ³／分）に対してハロゲン化物蒸気を、
１．０５ｇ／分のＬａＢｒ₃、０．７６ｇ／分のＣｏＢ
ｒ₂および０．１５ｇ／分のＣａＢｒ₂の流量で混合
し、第二の反応性ガスとした。この結果、第一の反応性
ガス（酸化性ガス）が、基体１４の一方の表面１４ａか
ら基体の気孔内に侵入し、基体１４の内部で金属ハロゲ
ン化物のガスと直接に化学的気相成長反応し、緻密質マ
トリックスを生成した。

【００５７】この化学的気相成長反応の進行によって、
基体１４内の気孔が一応閉塞すると、今度は気孔内部の
反応物の中、多孔質気体を形成する安定化ジルコニアの
中およびそれらの界面を酸素イオンが透過し、電気化学
的気相成長反応によって緻密質マトリックスの生成が進
行した。この結果、基体１４内の気孔が閉塞した。ここ
で、上記の各反応性ガスの圧力差を調整することによっ
て、基体１４の両側に、緻密質マトリックスが気孔内に
充填されていない多孔部を残留させた。このようにして
実施例の気体分離部材３２を製造した。

【００５８】また、前記したアルミナ製の基体１４を使
用し、この基体１４の表面にＬａ_0.8Ｃａ_0.2ＣｏＯ₃
からなる緻密質膜を、プラズマ溶射法によって生成さ
せ、比較例の気体分離部材を作製した。この厚さは１０
０μｍとした。

【００５９】上記した各気体分離部材について、混合ガ
スからの酸素の分離能力を測定した。まず、上記した各
気体分離部材を、図７に概略的に示す気体分離装置に設
置した。前記した各気体分離部材から有底部を取り除い
て試料３８を得た。試料３８をチャンバー３９内に設置
した。この際、Ｏリング４２によって試料３８の端部を
気密にシールした。チャンバー３９を８００℃に加熱し
た。酸素５０容量％および窒素５０容量％からなる混合
ガスを、供給管４１から矢印Ｉのようにチャンバー３９
内に供給し、チャンバー３９の内側と試料３８の外側と
の間に流し、排出管４４から矢印Ｈのように排出した。
この混合ガスの圧力は、１ｋｇ／ｃｍ²とした。また、
この混合ガスの供給速度は、１分間当たり２Ｎリットル
とした。

【００６０】試料３８の内側に、供給管３７から矢印Ｇ
のように、圧力０．１ｋｇ／ｃｍ²のアルゴンガスを使
用し、これを１分間当たり０．１Ｎリットル供給した。
精製ガスを、排出管４３から矢印Ｊのように排出させ、
得られた精製ガスをガスクロマトグラフィーによって定
量分析し、酸素の透過速度および精製ガス中の酸素の純
度を調べた。この結果を表１に示す。

【００６１】

【表１】

【００６２】以上の結果からわかるように、本発明によ
って得た気体分離体を使用すれば、きわめて高い純度
で、かつ高い透過速度および分離効率で、酸素を分離
し、精製することができた。この分離効率および純度
は、優れた特性を有する比較例１の気体分離部材より
も、更に一層優れたものであった。

【００６３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、気
体分離体の気体透過能力を向上させつつ、しかも特定の
気体以外の原料側の気体が精製気体側へと流入しないよ
うな高度の気密性を保持することができる。また、気体
分離部材を長期間使用しても、気体分離性能に劣化が生
じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、平板形状の基体１を示す正面図であ
り、（ｂ）は、基体１の気孔内に緻密質マトリックスを
充填することによって得られた気体分離部材２を示す正
面図であり、（ｃ）は、気体分離体の内部の微細構造を
模式的に示す断面図である。

【図２】（ａ）は、本発明の他の実施例に係る気体分離
部材７を示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の更に他
の実施例に係る気体分離部材１０を示す断面図であり、
（ｃ）は、本発明の更に他の実施例に係る気体分離部材
２４を示す断面図である。

【図３】本発明の気体分離体を製造するための電気化学
的気相反応装置の一例を示す模式図である。

【図４】本発明に係る気体分離部材であって、有底円筒
形状の基体を使用して製造した気体分離部材２９を示す
断面図である。

【図５】本発明に係る気体分離部材であって、有底円筒
形状の基体を使用して製造した気体分離部材３２を示す
断面図である。

【図６】気体隔離部材３５に対して複数の基体１４を固
定することによって製造した、モジュール化された気体
分離部材３２の組み立て体を示す断面図である。

【図７】気体分離体の気体分離性能および気体の透過性
能を測定するための測定装置を概略的に示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１、１４基体１ａ、１４ａ基体の一方の側の表
面１ｂ、１４ｂ基体の他方の側の表面２、
７、１０、２４平板形状の気体分離部材３緻密
質膜４緻密質マトリックス５基体の気孔
８、２３、２６、３３緻密質マトリックスが気孔内
に形成された気体分離部９、１１、２５、２７、３４、３８緻密質マトリック
スが気孔内に形成されていない多孔部１５真空チ
ャンバー２９、３２有底円筒形状の気体分離部材
３５気体隔離部材Ａ、Ｃ、第一の反応性ガス
の供給方向Ｂ、Ｄ第二の反応性ガスの供給方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン伝導式気体分離装置の気体分離体で
あって、多孔質の基体と、この基体の気孔を気密に充填
している緻密質マトリックスとを備えており、前記基体
と前記緻密質マトリックスとの少なくとも一方がイオン
伝導性を備えており、前記基体と前記緻密質マトリック
スとの少なくとも一方が電子伝導性を備えていることを
特徴とする、気体分離体。
【請求項２】前記基体が少なくとも電子伝導性を備えて
おり、前記緻密質マトリックスが少なくともイオン伝導
性を備えていることを特徴とする、請求項１記載の気体
分離体。
【請求項３】前記基体が少なくともイオン伝導性を備え
ており、前記緻密質マトリックスが少なくとも電子伝導
性を備えていることを特徴とする、請求項１記載の気体
分離体。
【請求項４】前記緻密質マトリックスがイオン伝導性と
電子伝導性とを備えていることを特徴とする、請求項１
記載の気体分離体。
【請求項５】請求項１記載の気体分離体からなる気体分
離部を備えていることを特徴とする、気体分離部材。
【請求項６】前記基体の表面に前記緻密質マトリックス
からなる緻密質膜が形成されていることを特徴とする、
請求項５記載の気体分離部材。
【請求項７】前記基体において前記気体分離部の両側
に、前記緻密質マトリックスが充填されていない多孔部
が形成されていることを特徴とする、請求項５または６
記載の気体分離部材。
【請求項８】請求項５記載の気体分離部材を製造するの
に際して、前記基体の一方の側に第一の反応性ガスを供
給し、前記基体の他方の側に第二の反応性ガスを供給
し、前記基体の気孔内で前記第一の反応性ガスと前記第
二の反応性ガスとを電気化学的プロセスによって反応さ
せることによってこの基体の気孔内に前記緻密質マトリ
ックスを生成させることを特徴とする、気体分離部材の
製造方法。
【請求項９】前記基体の一方の側に前記第一の反応性ガ
スを供給し、前記基体の他方の側に前記第二の反応性ガ
スを供給し、前記基体の気孔内に前記緻密質マトリック
スを生成させた後に、前記基体の前記他方の側の表面に
前記緻密質マトリックスの材質からなる緻密質膜を形成
することを特徴とする、請求項８記載の気体分離部材の
製造方法。
【請求項１０】複数の前記基体を気体隔離部材に対して
取り付け、各基体の一方の側の表面がこの気体隔離部材
の一方の側に面し、各基体の他方の側の表面が前記気体
隔離部材の他方の側に面するように配置し、前記基体の
一方の側に前記第一の反応性ガスを供給し、前記基体の
他方の側に前記第二の反応性ガスを供給することによっ
て前記の各基体の気孔内に前記緻密質マトリックスを生
成させることを特徴とする、請求項８または９記載の気
体分離部材の製造方法。