JP4792598B2 - 水素透過モジュールおよびその使用方法 - Google Patents
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Description
水素の精製法の一つとして、金属膜を利用した膜分離法が注目されている。本方法は、理論上純度100%の水素を得ることができ、これまでのところは、主としてPdをベースとした合金が実用化されている。しかしながら、安価に水素を製造するという観点では、現在のPd系合金の水素透過量では不十分であり、Pd系合金よりも大きな水素透過量を持つ水素透過膜の材料開発が急務となっている。
また、図10に示すように、水素透過膜20が支持体に邪魔されずに二次側に膨らむことができ、周部をモジュール枠体22などで接合された構造においても、水素透過膜の両側の圧力を等しい状態で昇圧させていくと、水素透過膜20は一次側と二次側のいずれにも膨らむことができるので、ランダムに一次側、二次側への膨らみができ、これらが複合して割れの起点となりうる皺が発生する。
以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
水素透過膜は、水素の吸収、透過性能を有するものであればよく、特に材質が限定されるものではない。例えば第5族元素をベースとした合金を用いることができ、さらに水素透過部で支持体と接合されている従来構造と比較して、実質的な水素透過面積が多くなることを考慮した場合、水素透過量が十分とは言えないPd合金においても有意である。
水素の供給に先立って、水素透過膜1周囲の雰囲気は、排気ポンプを利用した真空状態とするか、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気とする。次いで、一次側から水素を含んだガスを供給し、水素が透過する二次側に対し、一次側の圧力が常に二次側より高くなるようにする。
水素透過膜1では、一次側から供給される水素を吸収し、水素が拡散しつつ二次側に透過する。この際に水素透過膜1は水素の吸収に伴って膨張するが、一次側の圧力が二次側よりも低くならないように設定されており、その結果、水素吸収に伴う水素透過膜1の体積膨張分は二次側への膨らみとなり、水素透過膜1における皺の発生や割れの発生を防止する。なお、一次側と二次側の圧力調整は、予め得た情報に基づいて一次側の圧力を所定値に調整することで一次側の圧力が二次側よりも高くなるように設定してもよく、一次側の圧力と二次側の圧力をそれぞれ検知し、これらの検知結果に基づいて一次側へのガス供給を調整するようにしてもよい。
上記構成によって水素透過膜1は二次側に膨らんで皺が発生せず、かつ水素透過膜1の両側の圧力差による負荷もかからない状態となるので、良好な耐割れ性を示すようになる。
アルゴンアーク溶解法においてNb52Ti25Co23の組成を有する合金を作製し、これから1mm厚さの板を切り出した。この板を冷間圧延と焼鈍を数回行って厚さ25μmの箔を用意し、この箔の両面を表面に生成した酸化物層を除去する程度に機械研磨した後、直径約35mmの円板状に切り出し、酸化防止のためにスパッタリング法にて表面にPdを150nm成膜したものを水素透過膜とした。
2 モジュール枠体
3 支持体
3a 支持面
3b 水素透過孔
Claims (2)
- 一次側の圧力を常に二次側の圧力と等しいかそれ以上にして水素を透過させる水素透過モジュールであって、第5族元素をベースとした合金よりなる水素透過膜の外周部のみが拘束され、その内側が非拘束で二次側に膨出可能とされ、前記水素透過膜の二次側に、水素を吸収して二次側に膨出した前記水素透過膜の形状に沿い、かつ前記水素透過膜が水素を吸収して膨出する際の変形を妨げない支持面を有し、該支持面で二次側に膨出した前記水素透過膜を支える支持体が配置されていることを特徴とする水素透過モジュール。
- 請求項1記載の水素透過モジュールに対し、水素透過膜の一次側の圧力が二次側と等しいかそれ以上の状態で水素を含んだガスの供給を開始し、ガスの供給を始めてからは常に一次側の圧力が二次側よりも高い状態を維持して、水素吸収に伴って水素透過膜を二次側に膨らませることを特徴とする水素透過モジュールの使用方法。
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