JPH1190193A - Separation membrane module - Google Patents

Separation membrane module

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JPH1190193A
JPH1190193A JP25195297A JP25195297A JPH1190193A JP H1190193 A JPH1190193 A JP H1190193A JP 25195297 A JP25195297 A JP 25195297A JP 25195297 A JP25195297 A JP 25195297A JP H1190193 A JPH1190193 A JP H1190193A
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JP
Japan
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gas
base plate
separation membrane
membrane module
metal film
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP25195297A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoji Nakano
要治 中野
Toshiro Kobayashi
敏郎 小林
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1190193A publication Critical patent/JPH1190193A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a module whose gas passing area is increased and whose manufacturing cost is sharply decreased in separation membrane modules for separating specified gas. SOLUTION: In a separation membrane module that a metallic film 15 selectively permeating specified gas and a base plate 11 having a gas catching part are integrated, the base plate 11 has its surface cut or ground after precision casting, and preferably by cutting or grinding the surface of the base plate surface 11 after precision casting, the flatness and the face roughness Ra are made <=0.3 mm and <=10 μm respectively. In this way, both a gas introducing pipe and a gas withdrawing pipe can be cast at the same time, and machining of both sides is made easy.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はガス分離膜モジュー
ルに関し、詳しくは特定ガスの製造装置,回収装置或い
は精製装置等に使用されるガス分離膜モジュールに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas separation membrane module, and more particularly, to a gas separation membrane module used in a specific gas producing apparatus, a recovering apparatus, a purifying apparatus or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスを製造、分離、回収又は精製する手
段として、特定ガスを選択的に透過する金属又は合金膜
(以下、「金属膜」と略記する場合もある)を用いる方
法があり、工業的にも半導体製造分野における超高純度
水素製造等に実用化され、また石油化学工業分野でのア
ンモニア製造への適用も進みつつある。金属膜が特定ガ
スのみを透過する現象については、特定ガスを含有する
混合ガスを金属膜の一方の面に接触させると、特定ガス
分子が金属膜に吸収されて原子状態になり、更にイオン
化して金属膜の反対側に拡散し、ここで再結合して再び
特定ガス分子になると説明されている。この現象を利用
して、金属膜の反対側において特定ガスを集めるわけで
ある。金属膜の製造法としては、特定ガス選択透過性
を有する金属又は合金を焼鈍して冷間圧延する、金属
膜の支持体になる多孔質体の表面に、電気メッキ,無電
解メッキ等のメッキ法あるいは電子ビーム加熱による真
空蒸着等の蒸着操作により金属膜を形成させる、等の方
法がある。
2. Description of the Related Art As a means for producing, separating, recovering or purifying a gas, there is a method using a metal or alloy film (hereinafter sometimes abbreviated as "metal film") which selectively transmits a specific gas. Industrially, it has been put to practical use in the production of ultrahigh-purity hydrogen in the semiconductor production field, and its application to the production of ammonia in the petrochemical industry is also advancing. Regarding the phenomenon in which the metal film permeates only the specific gas, when a mixed gas containing the specific gas is brought into contact with one surface of the metal film, the specific gas molecules are absorbed by the metal film, become an atomic state, and further ionized. And diffuses to the opposite side of the metal film, where it recombines and becomes a specific gas molecule again. By utilizing this phenomenon, a specific gas is collected on the opposite side of the metal film. As a method for producing a metal film, a metal or an alloy having a specific gas selective permeability is annealed and cold-rolled, and a surface of a porous body serving as a support of the metal film is plated by electroplating, electroless plating, or the like. Or a method of forming a metal film by a vapor deposition operation such as vacuum deposition by electron beam heating.

【0003】工業的適用においては、以上のような手段
で作成された金属膜(箔)を外側にして目的とする特定
ガスを含有する混合ガス側に配置し、該金属膜の混合ガ
ス接触面とは反対側には、透過してくる特定ガスを集め
る空間を有するベース部を設けた分離膜モジュールが構
成される。金属膜の両側での圧力差、即ち混合ガスと透
過した特定ガスとの圧力差が大きいほど、特定ガスの金
属膜内を透過する量が増大するが、金属膜がこの圧力差
に耐えられるように、補強手段が必要となる。そのため
に、金属膜とベース部の間には、通常、金属膜を支持
し、その膜強度を補強するために、多孔質体や多孔体か
らなる補強板が設けられる。しかし、補強によりガス流
路は狭められるため、圧損失が大きくなるので、圧力差
を大きく保ち、しかも特定ガスの流路を確保できる補強
板が望まれ、出願人等は既に、金属繊維不織布と金網の
組合せた補強板と金属箔を接合した構造の分離膜(特願
平5−203250号明細書)、或いは多数の貫通孔を
設けた金属多孔質支持体に金属膜を重ねた分離膜(特願
平5−76738号明細書)を提案している。また、分
離膜モジュール形状には、ベース部の形状に従い、平板
状と円筒状とがある。
In industrial applications, the metal film (foil) formed by the above-described means is placed on the side of the mixed gas containing the specific gas of interest with the metal film (foil) facing the outside, and the mixed gas contact surface of the metal film is contacted. On the opposite side, a separation membrane module provided with a base portion having a space for collecting the permeating specific gas is configured. As the pressure difference between the two sides of the metal film, that is, the pressure difference between the mixed gas and the permeated specific gas is larger, the amount of the specific gas permeating through the metal film increases, but the metal film can withstand this pressure difference. In addition, reinforcing means is required. Therefore, between the metal film and the base portion, a porous body or a reinforcing plate made of a porous body is usually provided to support the metal film and reinforce the film strength. However, since the gas flow path is narrowed by the reinforcement, the pressure loss increases, so a reinforcing plate that can maintain a large pressure difference and secure the flow path of the specific gas is desired. A separation membrane having a structure in which a reinforcing plate combined with a wire mesh and a metal foil are joined (Japanese Patent Application No. 5-203250), or a separation membrane in which a metal membrane is stacked on a metal porous support provided with a large number of through holes ( (Japanese Patent Application No. 5-76738). The shape of the separation membrane module includes a flat plate shape and a cylindrical shape according to the shape of the base portion.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図4は、出願人等が特
願平8−60883号明細書で提案した分離膜モジュー
ルの一具体例を説明する図であり、多数の開口を有する
補強板15′を複数枚重ねることにより総合的に金属膜
15の強度を増加させ、また略長方形の開口の長軸が互
いに直交するように補強板15′を配置している。この
分離膜モジュールを作製するには、例えば冷間圧延によ
って製作したPd−Ag合金からなる水素選択透過性箔
等の金属膜15及び複数(図示の例では3枚)の補強板
15′の下に、金属膜15及び補強板15′を通過して
集まってくる特定ガスを集めるための溝12を有する金
属又は合金製のベース板11を配置し、図5の一部切欠
き斜視図に示すように金属膜15、補強板15′及びベ
ース板11の外周をろう付け、拡散接合、シール溶接等
により接合することにより、全体を一体化する。16は
接合部である。また、ベース板11に溝12と導通する
ガス抜き出し管14を取り付けて目的の特定ガスを抜き
出せるようにする。さらにはスイープガス導入管17も
取り付け、スイープガスを流入させ、透過してきた特定
ガス(精製ガス)とともにガス抜き出し管14から抜き
取れるようにする場合もある。
FIG. 4 is a view for explaining a specific example of a separation membrane module proposed by the applicant of the present invention in Japanese Patent Application No. 8-60883, and shows a reinforcing plate having a large number of openings. By stacking a plurality of 15 ', the strength of the metal film 15 is increased comprehensively, and the reinforcing plates 15' are arranged so that the long axes of the substantially rectangular openings are orthogonal to each other. In order to manufacture this separation membrane module, for example, a metal film 15 such as a hydrogen selective permeable foil made of a Pd-Ag alloy manufactured by cold rolling and a plurality (three in the illustrated example) of reinforcing plates 15 ′ are provided. A base plate 11 made of metal or alloy having a groove 12 for collecting a specific gas collected through the metal film 15 and the reinforcing plate 15 'is disposed in a partially cutaway perspective view of FIG. As described above, the outer circumferences of the metal film 15, the reinforcing plate 15 'and the base plate 11 are joined by brazing, diffusion bonding, seal welding, or the like, thereby integrating the whole. Reference numeral 16 denotes a joint. Further, a gas extraction pipe 14 which is connected to the groove 12 is attached to the base plate 11 so that a target specific gas can be extracted. In some cases, a sweep gas introduction pipe 17 is also provided so that the sweep gas can flow in and be extracted from the gas extraction pipe 14 together with the permeated specific gas (purified gas).

【0005】該ベース板11は、従来、例えばステンレ
ス板等の金属又は合金板を材料とし、この表面を化学エ
ッチングあるいは機械加工により溝加工していた。ガス
抜き出し管14、スイープガス導入管17等は、溝12
を形成した後に別途溶接により取り付ける。このよう
に、ベース板11の製造にもコスト、時間がかかり、上
記した金属膜15及び補強板15′の製造コストと相ま
って、分離膜モジュールの製造はコストの高いものであ
った。また、化学エッチングによると溝12の深さ方向
のエッチングは溝幅の約1/2程度となり、溝を深くし
てガス流路を大きく形成することには限度があり、圧損
失を小さくすることが困難であった。このような現状に
鑑み本発明は、従来より安価に製造し得て、しかもガス
流路を大きく形成できる構造の分離膜モジュールを提供
することを目的とするものである。
Conventionally, the base plate 11 is made of a metal or alloy plate such as a stainless steel plate, and its surface is grooved by chemical etching or machining. The gas extraction pipe 14, the sweep gas introduction pipe 17, etc.
Is formed and separately attached by welding. As described above, the production of the base plate 11 is costly and time-consuming, and the production of the separation membrane module is expensive in combination with the production costs of the metal film 15 and the reinforcing plate 15 '. In addition, according to the chemical etching, the etching in the depth direction of the groove 12 is about 1/2 of the groove width, and there is a limit in forming the gas flow path by making the groove deep, and the pressure loss must be reduced. Was difficult. In view of such a current situation, an object of the present invention is to provide a separation membrane module having a structure that can be manufactured at a lower cost than in the past and can form a large gas flow path.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として本発明は、(1)特定ガスを選択的に透過する金属
膜と、ガス捕捉部を有するベース板とが一体化されてな
る分離膜モジュールにおいて、該ベース板が精密鋳造後
にその表面を切削又は研削加工されてなるものであるこ
とを特徴とする分離膜モジュール、(2)前記ベース板の
表面が平面度:0.3mm以下、且つ面粗度Ra:10
μm以下であることを特徴とする上記(1) 記載の分離膜
モジュール、(3)前記ベース板の両面にガス捕捉部が形
成され、該ガス捕捉部の外側にそれぞれ前記金属膜が配
置されてなることを特徴とする上記(1) 又は(2) に記載
の分離膜モジュール、(4)前記ベース板とガス抜き出し
管又は前記ベース板とガス抜き出し管及びスイープガス
導入管が精密鋳造により一体に鋳造されてなることを特
徴とする上記(1) ないし(3) のいずれかに記載の分離膜
モジュール、及び(5)前記金属膜は前記ベース板との間
に補強手段を介して一体化されてなることを特徴とする
上記(1) ないし(4) のいずれかに記載の分離膜モジュー
ル、を提供するものである。
As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides (1) a separation method in which a metal film selectively permeating a specific gas and a base plate having a gas trapping portion are integrated. In the membrane module, the base plate is obtained by cutting or grinding the surface after precision casting, (2) the surface of the base plate has a flatness of 0.3 mm or less; And surface roughness Ra: 10
The separation membrane module according to the above (1), which is not more than μm, (3) gas trapping parts are formed on both surfaces of the base plate, and the metal membranes are respectively arranged outside the gas trapping parts. (1) The separation membrane module according to (1) or (2), wherein the base plate and the gas extraction tube or the base plate and the gas extraction tube and the sweep gas introduction tube are integrally formed by precision casting. The separation membrane module according to any one of the above (1) to (3), which is formed by casting, and (5) the metal membrane is integrated with the base plate via a reinforcing means. A separation membrane module according to any one of the above (1) to (4), characterized by comprising:

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】上記課題を解決するため、本発明
者らはベース板の作製手段としてエッチング法に代え
て、コストの低廉な鋳造法を採用することを検討した。
従来、鋳造によると寸法精度、表面平滑さ(平面度,面
粗度)が劣るため、この種のベース板用途には採用され
ていなかった。しかし、鋳造により実用可能なベース板
が製作できれば、上記のコスト面のみならず、エッチン
グ法によるよりも溝加工の形状に自由度が大きくなるこ
と、スイープガス導入管やガス抜き取り管も同時に形成
できること、さらにベース板の両面に溝加工することも
同時に行えること等、利点が多い。本発明では鋳造法と
して、精密な鋳型により、寸法精度の高い、良好な鋳肌
の鋳物を得る精密鋳造(Procision casting)法と総称さ
れる方法を採用する。精密鋳造法によれば、一般には鋳
造後は殆ど機械加工を必要とせず、薄物や複雑な構造の
鋳物に適しているといわれている。また、本発明ではベ
ース板と金属膜(補強板含む)の周囲を溶接してシール
する。溶接の方法としてはレーザ溶接、TIG溶接(Tu
ngsten Inert-Gas arc welding) 等が用いられる。レー
ザ溶接、TIG溶接を採用する理由は、微小領域のみを
加熱し溶接できるので、入熱が少なく金属膜へのダメー
ジが小さくできるからである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to solve the above problems, the present inventors have studied the use of a low-cost casting method instead of the etching method as a means for producing a base plate.
Conventionally, casting has poor dimensional accuracy and surface smoothness (flatness, surface roughness), and has not been adopted for this type of base plate application. However, if a practical base plate can be manufactured by casting, not only the above cost, but also the degree of freedom in the shape of the groove processing will be greater than by the etching method, and a sweep gas introduction pipe and a gas extraction pipe can be formed at the same time Further, there are many advantages such as that grooves can be formed on both sides of the base plate at the same time. In the present invention, as a casting method, a method generally referred to as a precision casting method for obtaining a casting having a high dimensional accuracy and a good casting surface using a precise mold is employed. According to the precision casting method, generally, almost no machining is required after casting, and it is said that the casting method is suitable for a thin object or a casting having a complicated structure. In the present invention, the periphery of the base plate and the metal film (including the reinforcing plate) are welded and sealed. Laser welding, TIG welding (Tu
ngsten Inert-Gas arc welding) is used. The reason for employing laser welding and TIG welding is that since only a minute area can be heated and welded, heat input is small and damage to the metal film can be reduced.

【0008】図1は本発明のベース板の一具体例の概略
説明図であり、図1の(a)は精密鋳造されたベース板
の平面図、(b)は(a)のA−A断面図、(c)は
(a)のB−B断面図であり、1はベース板、2及び3
はガス捕捉部として作用する溝、4はガス抜き出し管を
意味する。本例ではベース板1の両面に溝2が形成さ
れ、各溝2は両端部で溝3に導通している。また、溝2
はその断面において溝幅と溝深さがほぼ同じ長さに形成
され、ガス抜き出し管4はベース板1と一体に鋳造され
ている。このように精密鋳造されたベース板1の両面に
特定ガス選択透過性を有する金属膜(合金箔)と補強板
との接合体5を図2のようにシール溶接6により取り付
け、一体化した金属膜モジュールとする。
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a specific example of a base plate of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view of a precision-cast base plate, and FIG. 1 (b) is AA of FIG. FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.
Represents a groove acting as a gas trapping portion, and 4 represents a gas extraction tube. In this example, grooves 2 are formed on both sides of the base plate 1, and each groove 2 is connected to the groove 3 at both ends. Also, groove 2
In the cross section, the groove width and the groove depth are formed to have substantially the same length, and the gas extraction pipe 4 is cast integrally with the base plate 1. A bonded body 5 of a metal film (alloy foil) having specific gas selective permeability and a reinforcing plate is attached to both surfaces of the base plate 1 thus precision-cast by seal welding 6 as shown in FIG. It is a membrane module.

【0009】しかし、精密鋳造法により作製したままの
ベース板1と金属膜−補強板接合体5をシール溶接して
もガス漏れが発生した。本発明者らが鋭意検討の結果、
図3の(a)に示すように金属膜−補強板接合体5とベ
ース板1が完全に密接できる状態、すなわちギャップ2
0が0mmの場合、あるいは同図の(b)に示す金属膜
−補強板接合体5とベース板1のギャップ20が小さい
(例えば0.0.1mm)場合には、金属膜−補強板接
合体5とベース板1は溶接ビード21が完全につながり
接合されているが、同図の(c)示すようにギャップ2
0が大きい箇所では溶接ビード21が分離した部分があ
ること、このギャップ20を0.02mm以下にすれば
溶接ビード21の分離なくシール溶接できることを見い
だした。そこで本発明者らは、上記のギャップ0.02
mm以下という寸法精度を得るために、精密鋳造したベ
ース板の金属膜(又は金属膜−補強板接合体)との接触
面を更に切削又は研削加工することを考えつき、本発明
の完成をみた。
However, gas leakage occurred even when the base plate 1 and the metal film-reinforced plate assembly 5 were sealed and welded by the precision casting method. As a result of extensive studies by the present inventors,
As shown in FIG. 3A, the metal film-reinforced plate assembly 5 and the base plate 1 can be completely in close contact with each other, that is, the gap 2
When 0 is 0 mm, or when the gap 20 between the metal film-reinforcement plate assembly 5 and the base plate 1 shown in (b) of the figure is small (for example, 0.1 mm), the metal film-reinforcement plate joint is performed. The body 5 and the base plate 1 are completely connected and joined by the weld bead 21, but as shown in FIG.
It has been found that there is a portion where the weld bead 21 is separated at a position where 0 is large, and that if the gap 20 is set to 0.02 mm or less, seal welding can be performed without separation of the weld bead 21. Then, the present inventors set the above gap 0.02.
In order to obtain the dimensional accuracy of not more than mm, the inventors of the present invention conceived to further cut or grind the contact surface of the precision-cast base plate with the metal film (or the metal film-reinforced plate assembly), and completed the present invention.

【0010】本発明の方法を更に具体的に説明すると、
本発明の精密鋳造としては、例えばロストワックス法、
インベストメント法、金型鋳造法、黒鉛鋳造法、ショウ
法、石こう鋳型法、ダイカスト法などが挙げられるが、
特に好ましくはロストワックス法が挙げられ、その理由
は、複雑形状品を比較的寸法精度良好に製造できるから
である。
[0010] The method of the present invention will be described more specifically.
As the precision casting of the present invention, for example, lost wax method,
Investment method, mold casting method, graphite casting method, show method, gypsum mold method, die casting method and the like,
Particularly preferred is the lost wax method, because a product having a complicated shape can be manufactured with relatively good dimensional accuracy.

【0011】以上で精密鋳造されたベース板の金属膜
(金属膜−補強板接合体)との接触面を切削又は研削す
る。前記したギャップ0.02mm以下の寸法精度を得
るためには、平面度を0.3mm以下、かつ面粗度Ra
=10μm以下とすればよいことが、後記する実験によ
り確認できた。
The contact surface of the precision-cast base plate with the metal film (metal film-reinforced plate assembly) is cut or ground. In order to obtain the dimensional accuracy of the gap of 0.02 mm or less, the flatness must be 0.3 mm or less and the surface roughness Ra
= 10 μm or less was confirmed by experiments described later.

【0012】ここで、本発明における平面度とは、JI
S B0621に定義されるものであって、平面形体の
幾何学的に正しい平面(幾何学的平面)からの狂いの大
きさをいうものである。平面度の表示は、平面形態
(P)を幾何学的平行二平面で挟んだとき、平行な平面
の間隔が最小となる場合の、二平面の間隔(単位はmm
又はμm)で表す。すなわち、本発明の平面度0.3m
m以下の平面は、平面公差域0.3mm(0.3mmだ
け離れた二つの平行な平面の間に挟まれた領域)内にあ
らねばならない。具体的には、本発明の前記接触面を測
定面として触針で縦横に網の目状に走査し、その上下動
範囲を二平面で表す。なお、公差とは幾何偏差の許容値
をいう。平面度が0.3mm以下となるようにするに
は、例えば良好な平面度を有する旋盤、研削盤等により
平面度xmmのものを(x−0.3)mm以上研削又は
研磨する。
Here, the flatness in the present invention means JI
It is defined in SB0621 and refers to the magnitude of deviation of a planar feature from a geometrically correct plane (geometric plane). The flatness is expressed by the distance between two planes (unit: mm) when the plane form (P) is sandwiched by two geometric parallel planes and the distance between the parallel planes is minimized.
Or μm). That is, the flatness of the present invention is 0.3 m
The planes below m must be within a plane tolerance zone of 0.3 mm (area sandwiched between two parallel planes separated by 0.3 mm). Specifically, the contact surface of the present invention is used as a measurement surface, and is scanned vertically and horizontally in a mesh pattern with a stylus, and the vertical movement range is represented by two planes. Note that the tolerance refers to an allowable value of the geometric deviation. In order to reduce the flatness to 0.3 mm or less, for example, a lathe or a grinding machine having a good flatness is ground or polished to a flatness of x mm or more by (x-0.3) mm or more.

【0013】また、本発明にいう面粗度とはJIS B
0601に準拠する表面あらさであり、中心線平均粗さ
(Ra)をいう。例えば触針法では微小な針を測定物に
押しつけながら走査し、その上下動(Y軸方向) から粗さ
曲線 y=f(x) を得て、この粗さ曲線の中心線(X軸) 方向
に特定の測定長さ部分(L) を抜き出し、数1の式により
計算して求められる値をμmで表示したものである。
The surface roughness referred to in the present invention is JIS B
Surface roughness based on 0601 and refers to center line average roughness (Ra). For example, in the stylus method, a fine needle is scanned while pressing it against the object, and a roughness curve y = f (x) is obtained from its vertical movement (Y-axis direction), and the center line of this roughness curve (X-axis) A specific measurement length portion (L) is extracted in the direction, and a value calculated by the formula of Expression 1 is displayed in μm.

【数1】 (Equation 1)

【0014】以上で得られたベース板に金属膜(金属膜
−補強板接合体)部分をシール溶接により取り付ける。
シール溶接方法は、CO2 ,YAG等のガスレーザ溶
接、TIG溶接等が適用できる。
A metal film (metal film-reinforced plate joint) portion is attached to the base plate obtained above by seal welding.
As a seal welding method, gas laser welding of CO 2 , YAG or the like, TIG welding, or the like can be applied.

【0015】本発明において金属膜としては、特定のガ
スを透過する金属膜(箔)であれば特に限定されるとこ
ろはないが、金属の種類として例えばPd又はPd合金
が挙げられる。Pd合金としては、Y及びその他希土類
元素、Ag,Au,Cuなどの11族元素、Pt,Ni
などの10族元素、Rh,Coなどの9族元素、Ru,
Feなどの8族元素、Moなどの6族元素及びVなどの
5族元素からなる群から選ばれる1種以上とPdからな
る合金が好適なものとして挙げられる。金属膜の製法自
体についても特に限定されるところはなく、例えば金属
板を圧延する、基材表面にめっき,溶射,蒸着等の手段
で膜形成した後に該基材を除去する等の手段が挙げられ
る。
In the present invention, the metal film is not particularly limited as long as it is a metal film (foil) that allows a specific gas to pass therethrough, but examples of the type of metal include Pd or a Pd alloy. Pd alloys include Y and other rare earth elements, Group 11 elements such as Ag, Au and Cu, Pt, Ni
Group 10 elements such as Rh, Co, etc .;
Preferable alloys include one or more selected from the group consisting of Group 8 elements such as Fe, Group 6 elements such as Mo, and Group 5 elements such as V, and Pd. There is no particular limitation on the method of producing the metal film itself, and examples thereof include a method of rolling a metal plate, a method of forming a film on a surface of a substrate by plating, thermal spraying, vapor deposition, and the like, and then removing the substrate. Can be

【0016】本発明において、補強板の材質、構造につ
いても上記したベース板とシール溶接可能な部分を有す
るものであれば、特に限定されるところはない。具体的
には材質として溶接可能な金属又は合金製が望ましく、
目的とする特定ガスが透過するように多孔質な構造(但
し外周に非多孔質の枠を有していてもよい)のもの、例
えばレーザ法、エッチング法、ドリル法等により孔あけ
加工したもの、網構造のもの、金属不織布等が挙げられ
る。
In the present invention, the material and structure of the reinforcing plate are not particularly limited as long as the reinforcing plate has a portion that can be seal-welded to the base plate. Specifically, it is desirable that the material is made of a weldable metal or alloy,
A porous structure (but may have a non-porous frame on the outer periphery) so that the specific gas of interest permeates, for example, a hole processed by laser method, etching method, drill method, etc. , A network structure, a metal nonwoven fabric and the like.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

〔実施例〕図1の構造のベース板1を精密鋳造法により
作製した。精密鋳造はロストワックス法により、ガス抜
き出し管4も一体に鋳造した。溝2の流路断面積は、水
素選択透過性合金を透過する水素の圧力損失を考慮して
設定するが、後加工で表面を研削することを考慮し、溝
2の深さを設計値より1.0mmほど余分にとっておい
た。すなわち、溝幅1.5mm、溝ピッチ3mm、溝深
さ2.5mmに製造した。精密鋳造直後のベース板1の
平面度は、約0.5〜1.0mmであった。これを、両
面max1.0mm研削し、このときの条件を種々に変
えて表1のNo.1〜 No.9に示した面粗度及び平面度の
ものを作製した。それぞれのベース板を用いて、次の要
領で図2に示す平板型水素分離膜モジュールを作製し
た。まず、金属膜としての水素選択透過性合金箔と補強
板を銀ろうを用いて拡散接合し、金属膜−補強板接合体
5を作製した。次に、ベース板1の両面に金属膜−補強
板接合体5を治具でセットし、CO2 レーザ溶接機でシ
ール溶接し、図2に示す分離膜モジュール(水素分離膜
モジュール)とした。
EXAMPLE A base plate 1 having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by a precision casting method. In the precision casting, the gas extraction tube 4 was also integrally cast by the lost wax method. The channel cross-sectional area of the groove 2 is set in consideration of the pressure loss of hydrogen permeating the hydrogen selectively permeable alloy. In consideration of grinding the surface in post-processing, the depth of the groove 2 is set to a value smaller than the design value. About 1.0 mm was saved. That is, it was manufactured to have a groove width of 1.5 mm, a groove pitch of 3 mm, and a groove depth of 2.5 mm. The flatness of the base plate 1 immediately after precision casting was about 0.5 to 1.0 mm. This was ground on both sides max1.0 mm, and the conditions at this time were variously changed to produce the surface roughness and flatness shown in No. 1 to No. 9 in Table 1. Using each base plate, a flat hydrogen separation membrane module shown in FIG. 2 was produced in the following manner. First, a hydrogen-permselective alloy foil as a metal film and a reinforcing plate were diffusion-bonded using silver braze to prepare a metal film-reinforced plate assembly 5. Next, the metal membrane-reinforcement plate assembly 5 was set on both surfaces of the base plate 1 with a jig, and sealed and welded with a CO 2 laser welding machine to obtain a separation membrane module (hydrogen separation membrane module) shown in FIG.

【0018】得られた各モジュールについて、シール溶
接部のリークの有無を次のようにして調べた。ガス抜き
出し管を圧力計及びバブルを介してArガスボンベと配
管でつなぎ、まずバブルを開いて金属膜モジュールに内
圧2kgf/cm2 Gをかけた後、バルブを閉じ、該分
離膜モジュール及び配管内の圧力変化を上記圧力計で調
べる。数分経過しても圧力の減少がなければリークなし
と判定した。結果を表1にまとめて示す。シール溶接結
果の欄の○は試作品3ケ中3ケともリークなし、△は1
又は2ケにおいてリークあり、×は3ケともリークあり
を表す。表1の結果から、 No.6,8及び9の平面度
0.2mm以下、面粗度はRa=10μm以下の本発明
範囲において好結果が得られたことが判る。このように
本発明による水素分離膜モジュールは、リークがなく、
十分使用可能なものであった。また、ガス流路も断面積
を大きくとれ、しかもベース板の両面に一度の加工で形
成できるので、効率の良い分離膜モジュールである。本
発明による製造コストは従来の化学エッチッグによるも
のの1/5と、大幅な製造コスト低減が実現した。
For each of the obtained modules, the presence or absence of a leak at the seal welding portion was examined as follows. The gas extraction pipe is connected to an Ar gas cylinder via a pressure gauge and a bubble via a pipe. First, the bubble is opened and an internal pressure of 2 kgf / cm 2 G is applied to the metal membrane module. The pressure change is checked with the above pressure gauge. If the pressure did not decrease even after several minutes, it was determined that there was no leak. The results are summarized in Table 1. In the column of seal welding results, ○ indicates no leak among three of the prototypes, and Δ indicates 1
Or, there are two leaks, and x indicates that all three leak. From the results in Table 1, it can be seen that good results were obtained in the range of the present invention where the flatness of No. 6, 8 and 9 was 0.2 mm or less and the surface roughness Ra was 10 μm or less. Thus, the hydrogen separation membrane module according to the present invention has no leak,
It was usable enough. Further, the gas flow path can have a large cross-sectional area and can be formed on both sides of the base plate by a single process, so that it is an efficient separation membrane module. The manufacturing cost according to the present invention is one-fifth that of the conventional chemical etching, and a significant reduction in manufacturing cost has been realized.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】[0020]

【発明の効果】以上の説明のように本発明の分離膜モジ
ュールはベース板を精密鋳造で作製し、その後、切削あ
るいは研削加工することにより、平面度、面粗度を良好
にできるので、シール溶接後のリーク発生がなくなり、
安価なベース板が供給できる。また、両面溝加工、ガス
抜き取り管やスイープガス導入管の形成も一度の鋳造で
可能である点でも、製造コストを大幅に低減できた。本
発明者らが従来のエッチングによる場合と比較したとこ
ろ、本発明法によれば1/5のコストで済んだ。
As described above, in the separation membrane module of the present invention, the flatness and surface roughness can be improved by forming the base plate by precision casting and then cutting or grinding the base plate. No leakage after welding,
An inexpensive base plate can be supplied. In addition, the manufacturing cost was greatly reduced in that the double-sided groove processing and the formation of the gas extraction pipe and the sweep gas introduction pipe were possible by a single casting. As compared with the case of the conventional etching, the inventors of the present invention have achieved a cost of 1/5 according to the method of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】は本発明のベース板の構造を概略説明する図で
ある。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the structure of a base plate of the present invention.

【図2】は本発明の一具体例の部分斜視図である。FIG. 2 is a partial perspective view of one embodiment of the present invention.

【図3】は本発明を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the present invention.

【図4】は金属膜モジュールの構造を説明する斜視図で
ある。
FIG. 4 is a perspective view illustrating the structure of a metal film module.

【図5】は金属膜モジュールの構造を説明する部分切欠
き斜視図である。
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view illustrating the structure of a metal film module.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 特定ガスを選択的に透過する金属膜と、
ガス捕捉部を有するベース板とが一体化されてなる分離
膜モジュールにおいて、該ベース板が精密鋳造後にその
表面を切削又は研削加工されてなるものであることを特
徴とする分離膜モジュール。
A metal film that selectively permeates a specific gas;
A separation membrane module in which a base plate having a gas trapping portion is integrated, wherein the base plate is subjected to precision casting and the surface thereof is cut or ground.
【請求項2】 前記ベース板の表面が平面度:0.3m
m以下、且つ面粗度Ra:10μm以下であることを特
徴とする請求項1記載の分離膜モジュール。
2. The surface of the base plate has a flatness of 0.3 m.
2. The separation membrane module according to claim 1, wherein the surface roughness Ra is 10 μm or less.
【請求項3】 前記ベース板の両面にガス捕捉部が形成
され、該ガス捕捉部の外側にそれぞれ前記金属膜が配置
されてなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
載の分離膜モジュール。
3. The separation according to claim 1, wherein gas trapping portions are formed on both sides of the base plate, and the metal films are respectively arranged outside the gas trapping portions. Membrane module.
【請求項4】 前記ベース板とガス抜き出し管又は前記
ベース板とガス抜き出し管及びスイープガス導入管が精
密鋳造により一体に鋳造されてなることを特徴とする請
求項1ないし請求項3のいずれかに記載の分離膜モジュ
ール。
4. The gas injection pipe according to claim 1, wherein the base plate and the gas extraction pipe or the base plate, the gas extraction pipe and the sweep gas introduction pipe are integrally molded by precision casting. 4. The separation membrane module according to item 1.
【請求項5】 前記金属膜は前記ベース板との間に補強
手段を介して一体化されてなることを特徴とする請求項
1ないし請求項4のいずれかに記載の分離膜モジュー
ル。
5. The separation membrane module according to claim 1, wherein the metal membrane is integrated with the base plate via a reinforcing means.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009527349A (en) * 2006-02-23 2009-07-30 ナムローゼ・フエンノートシャップ・ベカート・ソシエテ・アノニム Filter plate used in filter stack
JP2010519016A (en) * 2007-02-16 2010-06-03 インテグリス・インコーポレーテッド Fluid filter having polymerized membrane and metal support

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