JPH11276867A - 水素透過膜の接合方法 - Google Patents
水素透過膜の接合方法Info
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Abstract
接合を有効に行えるようにしてなる水素透過膜の接合方
法を提供する。 【解決手段】多孔質支持体の表面に対して水素透過膜を
張り付けて接合するに際し、水素透過膜同士の重ね合わ
せ部分を予め溶接して水素透過膜同士の位置決めし且つ
ある程度の接合性を確保した後、溶接不良箇所の封孔処
理を行うことを特徴とする水素透過膜の接合方法。
Description
して水素透過膜を配置接合するに際して水素透過膜の接
合方法に関し、より具体的には、円筒状等の多孔質支持
体に対して水素透過膜を配置し接合する方法に関する。
酸水素炎用その他各種用途に供される基礎原料であり、
燃料電池用の燃料としても利用される。水素ガスの工業
的製造方法としては水の電解法、石炭やコークスのガス
化法、液体燃料のガス化法、ガス体燃料の変成法、コー
クス炉ガスの液化分離法、メタノールやアンモニアの分
解法など各種の方法が知られている。
水蒸気改質により行われるが、得られる改質ガスには主
成分である水素のほか、副生成分としてCO、CO2、
また余剰H2O が含まれている。このため改質ガスを例
えば燃料電池にそのまま使用したのでは電池性能を阻害
してしまう。燃料電池のうちPAFCでの水素ガス中の
COは1%、PEFCでは100ppmが限度であり、
これらを越えると電池性能が著しく劣化する。
入する前に除去する必要がある。また不飽和結合への水
素添加用あるいは酸水素炎用の水素は通常ボンベに詰め
たものが使用されており、純度は5N以上が要求されて
いる。そのような高純度の水素得るための水素の精製法
としては各種あり得るが、その例としてはPSA法、高
分子膜法、Pd膜法等の水素透過膜法などが考えられ
る。
水素透過膜が水素以外のガスは透過せず、水素のみを選
択的に透過させる特性を利用するものである。水素含有
ガスは水素透過膜に通すことにより精製されるが、この
場合水素透過膜の膜厚は0.5〜20μm程度というよ
うに極薄のシート(箔)であるため、水素透過膜を支持
するための多孔質の支持体が必要である。
対して配置した態様例である。図1中、1は多孔質支持
体、2は水素透過膜である。精製すべき水素含有ガスは
図1(b)に示す矢印の方向から送られ、水素透過膜に
より水素を選択的に透過した後、多孔質支持体1を通っ
て高純度の水素として取り出される。ここで多孔質支持
体1は水素透過膜を支持するのに加え、水素透過膜を通
過した高純度水素を通すことが必要である。このため該
支持体は孔径10μm程度以下というような多孔質体と
して構成される。
り作製した金属フィルターやセラミックフィルター、エ
ッチングで穴(細孔)をあけたステンレス鋼製の管など
が用いられており、この外面に蒸着等により水素透過膜
が形成される。ところがこれまで、円筒状の多孔質支持
体にシート(箔)状を巻き付けて箔同士の端面をシール
する方法はなかった。
μmというように極薄の水素透過膜を接合するのは位置
決めの難しさや円筒形の支持体表面の凹凸などから非常
に困難である。また箔同士を重ね合わせてシールする方
法としてはシーム溶接法があったが、箔の支持体となる
部分が多孔体であると、支持体の凹部分では箔に加重が
かからず、歩留まりよくシールすることが困難であっ
た。
同士は均等に重ね合わせられるが、多孔質支持体の表面
には数多くの微細な凹凸がある。このため箔同士を重ね
合わせて押圧したとき、支持体の表面の凸部及び平面部
には力が加わるが、凹部には力が加わらず、このため箔
同士のシールが不均等になってしまう。
した結果に基づき、その重ね合わせの状況を説明する模
式図である。図2中、Aは支持体表面の凸部及び平面部
に対する力の方向、Bは支持体表面の凹部(孔)に対応
する力の方向である。B方向の力は支持体表面の凹部
(孔)に対応しているため、力Bに係る箔同士の重ね合
わせ部分はシールされない。なお符号3は上部の重ね合
わせ箔の端部である。
同士の重ね合わせ部分がシールがされないか、不十分で
あると、精製されるべき水素含有ガスが、上部の重ね合
わせ箔の端部3と下部の箔との隙間部分Zから侵入、漏
洩して、水素透過膜としての作用をせず、水素の精製が
できないことになる。本発明はこのような問題点を解決
するもので、従来困難であった多孔質支持体上での箔同
士の接合を有効に行えるようにしてなる水素透過膜の接
合方法を提供することを目的とする。
の表面に対して水素透過膜を張り付けて接合するに際
し、水素透過膜同士の重ね合わせ部分を予め溶接して水
素透過膜同士の位置決めし且つある程度の接合性を確保
した後、溶接不良箇所の封孔処理を行うことを特徴とす
る水素透過膜の接合方法を提供する。
Ta系、V系等各種あるが、本発明においては何れの水
素透過膜も適用される。前述のとおり、膜厚0.5〜2
0μmというように極薄の水素透過膜(箔)同士を重ね
合わせて押圧したとき、多孔質支持体表面には多数の孔
(凹部)があるため、箔同士の重ね合わせ部分はシール
されない。そこで本発明においては、まず重ね合わせた
箔同士を予めシーム溶接等により溶接して箔同士の位置
決めをし且つある程度の接合性を確保する。図3は本発
明の態様例を示す図であり、図3中、1は円筒状の多孔
質支持体、2は水素透過膜、符号4として示す部分が抵
抗溶接部分である。
料を用いて溶接不良箇所の封孔を行う。封孔は、封孔処
理を行うための材料を好ましくはペースト化し、これを
溶接線の側部すなわち継目部分に沿って塗ることにより
行われる。封孔処理を行うための材料を塗る部分は継目
部分を中心に幅をもたせてもよい。図3中、符号5とし
て示す部分が封孔処理を行うための材料を塗る部分であ
り(図2で云えばZで示す部分に相当する)、その後熱
処理される。熱処理温度は使用する封孔処理を行うため
の材料の種類に応じて選定される。
定はないが、好ましくは箔の材質に対応したものが用い
られる。例えば水素透過膜、すなわとち箔がPd又はP
d合金膜の場合には、例えばPdとAgとの合金を含む
粉末又はPdとAgを含む粉末が用いられる。Pdとと
もに用いられる成分としては、Agのほか、Au、P
t、Rh、Ru、Ir、Sc、Y、Ce、Sm、Gd等
が挙げられる。
の表面に水素透過膜を支持するものであれば何れも適用
されるが、好ましくはステンレス鋼製又はセラミックス
製の多孔質支持体が用いられる。ステンレス鋼製の多孔
質支持体の例としては、エッチングで孔をあけたステン
レス鋼製多孔質体やステンレス鋼粉を成形し焼結した多
孔質体が挙げられる。セラミックスにはアルミナ等の酸
化物系、窒化珪素等の窒化物系、炭化珪素等の炭化物系
など各種あるが、これらは適宜選定して用いられる。
は、水素透過膜をシート状や円筒状の多孔質支持体の面
に対して張り付ける場合に適用されるが、多孔質支持体
が円筒状の場合に特に有効に適用される。
透過性能の高い金属膜の両面にPd膜又はPd合金膜を
配してサンドウィッチ構造に構成した水素透過膜も適用
される。水素透過性能の高い金属としてはTa、Nb、
V又はそれらの合金が用いられる。Ta、Nb及びVは
優れた水素透過性を有するが、これらの膜は成膜後空気
等に触れると表面に酸化物層が発生し水素透過膜として
の性能が低下する。
透過性能の高い金属膜すなわちNb系、Ta系、V系の
膜の両面にPd膜又はPd合金膜を配することにより、
酸化物層が形成せず性能低下のない水素透過膜としたも
のである。Ta、Nb及びVはMo、Cr、W、Ti、
Zr、Y、Mn、Fe、Co、Ni等の遷移元素との合
金としても水素透過膜に用いられるが、これらの合金膜
も上記サンドウィッチ構造における水素透過性能の高い
金属膜として用いられる。
説明するが、本発明が実施例に限定されないことは勿論
である。図3に示す態様例を基に説明する。
ンのステンレス鋼(SUS316)粉を円筒状に成形し
焼結して得られたステンレス鋼焼結体を用い、水素透過
膜2として厚さ20μmのPd/Ag合金膜(Ag:2
3wt%)の箔を用いた。図3のように水素透過膜2を
多孔質支持体1に対して巻き付けた後、図3中符号4と
して示す線に沿ってシーム溶接をした。溶接条件は、速
度20.5mm/s、1.2V、800A、加重12k
gf/cm2 とした。
AgとPdの混合粉末(Ag:95wt%)からなるろ
う材のペーストを溶接線に沿って、図3で云えば符号5
として示す線(図2で云えばZの部分)に沿って塗り付
けた。その後真空中、温度1010℃で5時間熱処理し
た。こうして重ね合わせた箔同士が密に封孔された。ろ
う材を塗った部分を顕微鏡で観察したところ、ろう材が
密に融着しているのが観察された。
体の表面での水素透過膜(箔)同士の接合を充分に密に
行うことができる。また本発明によれば、従来困難であ
った円筒状の多孔質支持体に対する水素透過膜の位置決
めも容易であり、箔同士の重ね合わせ部分で十分密にシ
ールされるので、精製されるべき水素含有ガスが漏洩す
ることなく、その結果水素透過膜としての機能を損うこ
となく、水素の精製を有効に行うことができる。
様例を示した図。
わせて接合する状況を説明する模式図。
Claims (8)
- 【請求項1】多孔質支持体の表面に対して水素透過膜を
張り付けて接合するに際し、水素透過膜同士の重ね合わ
せ部分を予め溶接して水素透過膜同士の位置決めし且つ
ある程度の接合性を確保した後、溶接不良箇所の封孔処
理を行うことを特徴とする水素透過膜の接合方法。 - 【請求項2】上記多孔質支持体が円筒状の多孔質支持体
である請求項1記載の水素透過膜の接合方法。 - 【請求項3】上記水素透過膜がPd膜又はPd合金膜で
あり、上記封孔処理を行うための材料がPd又はPd合
金を含む材料である請求項1記載の水素透過膜の接合方
法。 - 【請求項4】上記水素透過膜が水素透過性能の高い金属
膜の両側にPd膜又はPd合金膜を配したサンドウィッ
チ構造の水素透過膜であり、上記封孔処理を行うための
材料がPd又はPd合金を含む材料である請求項1記載
の水素透過膜の接合方法。 - 【請求項5】上記水素透過膜が水素透過性能の高い金属
膜の両側にPd金属と該Pd金属と合金化する金属とを
交互に多層化層とした後、熱処理してなるサンドウィッ
チ構造の水素透過膜であり、上記封孔処理を行うための
材料がPd又はPd合金を含む材料である請求項1記載
の水素透過膜の接合方法。 - 【請求項6】上記水素透過性能の高い金属膜がNb膜又
はNb合金膜である請求項4又は5記載の水素透過膜の
接合方法。 - 【請求項7】上記水素透過性能の高い金属膜がTa膜又
はTa合金膜である請求項4又は5記載の水素透過膜の
接合方法。 - 【請求項8】上記水素透過性能の高い金属膜がV膜又は
V合金膜である請求項4又は5記載の水素透過膜の接合
方法。
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