JPH0621001B2 - 超高純度水素透過セル - Google Patents
超高純度水素透過セルInfo
- Publication number
- JPH0621001B2 JPH0621001B2 JP26495985A JP26495985A JPH0621001B2 JP H0621001 B2 JPH0621001 B2 JP H0621001B2 JP 26495985 A JP26495985 A JP 26495985A JP 26495985 A JP26495985 A JP 26495985A JP H0621001 B2 JPH0621001 B2 JP H0621001B2
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- JP
- Japan
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- cell
- hydrogen
- coil spring
- hydrogen permeation
- high purity
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超高純度水素透過セルに関し、さらに詳細には
クラックのないコイルスプリングが挿入されたパラジウ
ム合金細管を使用した超高純度水素透過セルに関する。
クラックのないコイルスプリングが挿入されたパラジウ
ム合金細管を使用した超高純度水素透過セルに関する。
半導体産業などにおける水素ガスの需要は急速に増加し
つつあり、これらの分野の技術の高度化に伴い、使用さ
れるガスも極めて純度の高いものが要求される。
つつあり、これらの分野の技術の高度化に伴い、使用さ
れるガスも極めて純度の高いものが要求される。
パラジウムおよびパラジウム合金が水素ガスだけを選択
的に透過することは知られており、この特性を利用して
高純度水素を得るためにパラジウム合金透過膜を用いた
水素精製装置が使用されている。このような水素精製装
置は例えばパラジウム合金水素透過セル、ガスクーラ
ー、配管、継手およびバルブなどから構成されている。
水素透過セルは通常は一端が封じられた複数本のパラジ
ウム合金細管が開口端で管板に固定されてセル内に収納
され、このパラジウム合金および管板によってセル内が
二つの空間に仕切られ、パラジウム合金細管の外側が一
次側、内側が二次側とされたものてある。パラジウム合
金細管の内部には一次側と二次側との差圧に耐えること
ができ、かつ、透過した水素の流路空間を保つためにス
プリングが挿入されている。
的に透過することは知られており、この特性を利用して
高純度水素を得るためにパラジウム合金透過膜を用いた
水素精製装置が使用されている。このような水素精製装
置は例えばパラジウム合金水素透過セル、ガスクーラ
ー、配管、継手およびバルブなどから構成されている。
水素透過セルは通常は一端が封じられた複数本のパラジ
ウム合金細管が開口端で管板に固定されてセル内に収納
され、このパラジウム合金および管板によってセル内が
二つの空間に仕切られ、パラジウム合金細管の外側が一
次側、内側が二次側とされたものてある。パラジウム合
金細管の内部には一次側と二次側との差圧に耐えること
ができ、かつ、透過した水素の流路空間を保つためにス
プリングが挿入されている。
水素ガスの精製時には水素透過セルを300〜500℃に加熱
しながら、原料ガスが加圧状態でセルの一次側に供給さ
れ、水素ガスのみがパラジウム合金細管の外側（一次
側）から内側（二次側）へと選択的に透過され、コイル
スプリングの流路空間およびセルの二次側空間を経由し
てセルの精製ガスの出口に達する。
しながら、原料ガスが加圧状態でセルの一次側に供給さ
れ、水素ガスのみがパラジウム合金細管の外側（一次
側）から内側（二次側）へと選択的に透過され、コイル
スプリングの流路空間およびセルの二次側空間を経由し
てセルの精製ガスの出口に達する。
パラジウム合金細管は充分に脱ガス処理された純度の高
いパラジウム合金膜を使用することにより、ヘリウムリ
−クテストで１×10-10atm/cc secに合格するものが得
られ不純物の漏れは全くなく、透過時点における水素ガ
スの純度は実質的に100％であるとされている。
いパラジウム合金膜を使用することにより、ヘリウムリ
−クテストで１×10-10atm/cc secに合格するものが得
られ不純物の漏れは全くなく、透過時点における水素ガ
スの純度は実質的に100％であるとされている。
しかしながら、このようなパラジウム合金細管を使用し
た水素透過セルを精製装置に用いても、セルの出口では
純度が低下し、長時間精製を続けても99.999〜99.9999
％が限界であり、これ以上の純度の精製水素ガスを得る
ことができず、サブミクロン級の半導体製造などの技術
の高度化に対処出来ないという問題点があった。
た水素透過セルを精製装置に用いても、セルの出口では
純度が低下し、長時間精製を続けても99.999〜99.9999
％が限界であり、これ以上の純度の精製水素ガスを得る
ことができず、サブミクロン級の半導体製造などの技術
の高度化に対処出来ないという問題点があった。
本発明は従来の水素透過セルにおける純度低下の原因を
究明するとともに改善を加えることによって99.99999％
以上の超高純度水素ガス用の水素透過セルを得ることに
ある。
究明するとともに改善を加えることによって99.99999％
以上の超高純度水素ガス用の水素透過セルを得ることに
ある。
本発明者らはパラジウム合金細管を用いた水素透過セル
から超高純度水素を得るべく鋭意研究を続けた結果、パ
ラジウム合金細管に挿入されたコイルスプリングに多数
の微細なクラックがあり、このクラックが精製水素ガス
の純度に大きく影響することを見出し、本発明に到達し
た。
から超高純度水素を得るべく鋭意研究を続けた結果、パ
ラジウム合金細管に挿入されたコイルスプリングに多数
の微細なクラックがあり、このクラックが精製水素ガス
の純度に大きく影響することを見出し、本発明に到達し
た。
すなわち本発明は、内部にコイルスプリングが挿入され
た複数本のパラジウム合金細管を透過膜とする超高純度
水素透過セルにおいて、該コイルスプリングの表面にク
ラックがないことを特徴とする超高純度水素透過セルで
ある。
た複数本のパラジウム合金細管を透過膜とする超高純度
水素透過セルにおいて、該コイルスプリングの表面にク
ラックがないことを特徴とする超高純度水素透過セルで
ある。
本発明の水素透過セルは第５図に示す縦断面概略図のよ
うに構成され、ガスの入口１、出口２およびブリード口
３を有するステンレス製などの円筒状のセル４内に一端
が封じられ、内部にコイルスプリング５が挿入された複
数本のパラジウム合金細管６，…，６がその開口端で管
板７にそれぞれ固定されて収納され、このパラジウム合
金細管６，…，６および管板７によってセルの内部が二
つの空間に仕切られ、パラジウム合金細管６，…，６の
外側が一次側、内側が二次側とされたものである。
うに構成され、ガスの入口１、出口２およびブリード口
３を有するステンレス製などの円筒状のセル４内に一端
が封じられ、内部にコイルスプリング５が挿入された複
数本のパラジウム合金細管６，…，６がその開口端で管
板７にそれぞれ固定されて収納され、このパラジウム合
金細管６，…，６および管板７によってセルの内部が二
つの空間に仕切られ、パラジウム合金細管６，…，６の
外側が一次側、内側が二次側とされたものである。
本発明において、パラジウム合金細管に挿入されるコイ
ルスプリングの材料は使用温度に十分な耐熱性を備え、
パラジウム合金と反応せず内蔵ガス成分が十分に少ない
ものが選ばれる。コイルスプリングの金属線材はステン
レス、Co-Ni-Ci合金などであり、金属線材の径は０．１
〜0.8mmφ程度であり、コイルとしての外径はパラジウ
ム合金細管の内径よりも若干小さめとされ通常０．８〜
2.8mmである。
ルスプリングの材料は使用温度に十分な耐熱性を備え、
パラジウム合金と反応せず内蔵ガス成分が十分に少ない
ものが選ばれる。コイルスプリングの金属線材はステン
レス、Co-Ni-Ci合金などであり、金属線材の径は０．１
〜0.8mmφ程度であり、コイルとしての外径はパラジウ
ム合金細管の内径よりも若干小さめとされ通常０．８〜
2.8mmである。
コイルスプリングの表面には通常、摩耗傷、亀裂、小孔
などの種々な形状の微細な凹みがあり、これらは肉眼で
見ることは困難であるが電子顕微鏡による拡大像で詳細
に観察することができる。しかしながら奥行の深い凹み
についてはその内部まで照写できず、この部分は黒色と
なって現れる。
などの種々な形状の微細な凹みがあり、これらは肉眼で
見ることは困難であるが電子顕微鏡による拡大像で詳細
に観察することができる。しかしながら奥行の深い凹み
についてはその内部まで照写できず、この部分は黒色と
なって現れる。
本発明においてクラックとはスプリング表面の凹みのう
ち、電子顕微鏡による4500倍拡大像で黒色に現れる部分
の面積が20mm２以上である凹みのことを指す。
ち、電子顕微鏡による4500倍拡大像で黒色に現れる部分
の面積が20mm２以上である凹みのことを指す。
第１図は本発明で使用される表面にクラックのないコイ
ルスプリングの電子顕微鏡による450倍拡大図であり、
第２図は4500倍拡大図である。表面に線状の凹みはある
が、いずれも浅く、クラックは存在しない。
ルスプリングの電子顕微鏡による450倍拡大図であり、
第２図は4500倍拡大図である。表面に線状の凹みはある
が、いずれも浅く、クラックは存在しない。
第３図は従来、使用されてきたコイルスプリングの表面
の450倍拡大図であり、第４図は4500倍拡大図である。
第３図においてはクラックが黒色に写し出されて点在す
るものが第４図においては黒色部の面積は20mm２よりも
大きく、クラックであることが認められる。第３図から
明らかなように、第４図にみられるようなクラックが45
0倍拡大の一視野の中に極めて多数存在する。本発明に
使われているコイルスプリングの表面には第１図のよう
に450倍拡大視野像の巾にクラックがほとんど存在しな
い。このように450倍拡大視野像の中にクラックがほと
んど観察されない状態を本発明ではクラックがない状態
と定義する。
の450倍拡大図であり、第４図は4500倍拡大図である。
第３図においてはクラックが黒色に写し出されて点在す
るものが第４図においては黒色部の面積は20mm２よりも
大きく、クラックであることが認められる。第３図から
明らかなように、第４図にみられるようなクラックが45
0倍拡大の一視野の中に極めて多数存在する。本発明に
使われているコイルスプリングの表面には第１図のよう
に450倍拡大視野像の巾にクラックがほとんど存在しな
い。このように450倍拡大視野像の中にクラックがほと
んど観察されない状態を本発明ではクラックがない状態
と定義する。
表面にクラックのあるコイルスプリングを水素透過セル
に用いると、クラックに浸入し滞留した水分、空気など
の不純ガスがガスの精製時に徐々に外部に漏れ出して、
長時間にわたって精製水素ガス中に混入し純度を低下さ
せるので高純度水素ガスを得ることができない。
に用いると、クラックに浸入し滞留した水分、空気など
の不純ガスがガスの精製時に徐々に外部に漏れ出して、
長時間にわたって精製水素ガス中に混入し純度を低下さ
せるので高純度水素ガスを得ることができない。
本発明に使用されるクラックのないスプリングを得る方
法には特に制限はないが、例えば次のようにして得るこ
ともできる。１回あるいは２回の真空溶解により充分に
脱ガスされたステンレスまたはCo-Ni-Cr合金などを冷間
伸線し、光輝焼鈍後、研摩布などによる表面研摩を行
う。続いて所定の太さに冷間延伸し700〜800℃で熱処理
後、所望により化学研摩などの処理を行うことによりク
ラックのない線材とし、これを芯線に巻きつけてコイル
スプリングに加工する。
法には特に制限はないが、例えば次のようにして得るこ
ともできる。１回あるいは２回の真空溶解により充分に
脱ガスされたステンレスまたはCo-Ni-Cr合金などを冷間
伸線し、光輝焼鈍後、研摩布などによる表面研摩を行
う。続いて所定の太さに冷間延伸し700〜800℃で熱処理
後、所望により化学研摩などの処理を行うことによりク
ラックのない線材とし、これを芯線に巻きつけてコイル
スプリングに加工する。
コイルスプリングが挿入されるパラジウム合金細管とし
ては水素透過効率および機械的強度などから通常は外径
１．０〜3.0mm、厚さ30〜200μ程度のものが使用され
る。また水素透過性が大きく、加工性が良ければその材
質には特に制限はないが、パラジウムと銀、金、ロジウ
ム、ルテニウムなどの合金が好ましく、例えばパラジウ
ムと銀５〜50％からなる合金、パラジウムと銀５〜40％
および金１〜20％からなる合金、ならびにパラジウムと
銀５〜40％およびロジウム２〜10％からなる合金などが
挙げられ、これらの合金を用いて従来の方法により細管
とされ水素透過セルに使用される。
ては水素透過効率および機械的強度などから通常は外径
１．０〜3.0mm、厚さ30〜200μ程度のものが使用され
る。また水素透過性が大きく、加工性が良ければその材
質には特に制限はないが、パラジウムと銀、金、ロジウ
ム、ルテニウムなどの合金が好ましく、例えばパラジウ
ムと銀５〜50％からなる合金、パラジウムと銀５〜40％
および金１〜20％からなる合金、ならびにパラジウムと
銀５〜40％およびロジウム２〜10％からなる合金などが
挙げられ、これらの合金を用いて従来の方法により細管
とされ水素透過セルに使用される。
〔発明の効果〕 本発明の超高純度水素透過セルを使用することにより、
水素ガスを従来得ることができなかった99.99999％以上
の純度に精製することが可能となり、半導体の超高集積
化などに対し大きく貢献することが期待される。
水素ガスを従来得ることができなかった99.99999％以上
の純度に精製することが可能となり、半導体の超高集積
化などに対し大きく貢献することが期待される。
実施例１ 二度の真空溶解により内部ガスが充分に除去されたスプ
ロン（セイコー電子部品(株)製、Co-Ni-Cr合金）を冷間
伸線により0.8mmφとし光輝度焼鈍およびエンドレス研
摩布による表面研摩により線材表面のクラックを除去し
た。次に0.3mmφまで冷間伸線し、窒素ガス中700℃で熱
処理後、さらに0.2mmφに伸線した線材を芯線に巻きつ
けることにより外径1.3mm、ピッチ0.75mm、長さ340mmの
コイルスプリングとした。このコイルスプリングの表面
には第１図および第２図で示したようにクラックは認め
られなかった。
ロン（セイコー電子部品(株)製、Co-Ni-Cr合金）を冷間
伸線により0.8mmφとし光輝度焼鈍およびエンドレス研
摩布による表面研摩により線材表面のクラックを除去し
た。次に0.3mmφまで冷間伸線し、窒素ガス中700℃で熱
処理後、さらに0.2mmφに伸線した線材を芯線に巻きつ
けることにより外径1.3mm、ピッチ0.75mm、長さ340mmの
コイルスプリングとした。このコイルスプリングの表面
には第１図および第２図で示したようにクラックは認め
られなかった。
このようなクラックのないコイルスプリングが挿入され
た外径1.6mm、厚さ80μ、長さ330mmのパラジウム合金細
管135本を管板に固定しセル内に収納して水素透過セル
とした。
た外径1.6mm、厚さ80μ、長さ330mmのパラジウム合金細
管135本を管板に固定しセル内に収納して水素透過セル
とした。
この水素透過セルに原料水素ガス（ボンベ詰水素）を一
次側圧力３．５kg／cm2G、二次側圧力0.03kg／cm2Gで15
00／hrで流し、セルの出口ガスについて露点測定なら
びに窒素および酸素の分析を行った。その結果、第１表
に示すように純度99.99999％以上の水素ガスが得られる
ことがわかった。露点測定にはパナメトリック・モデル
700型（日本パナメトリック社製）を用い水分を求め、O
2、N2、CO、CO2、メタンはガスクロマトグラフ(TCD)お
よび炎イオン検出器(FID)で分析し、これらを全体から
差し引いた差を水素ガスの純度とした。
次側圧力３．５kg／cm2G、二次側圧力0.03kg／cm2Gで15
00／hrで流し、セルの出口ガスについて露点測定なら
びに窒素および酸素の分析を行った。その結果、第１表
に示すように純度99.99999％以上の水素ガスが得られる
ことがわかった。露点測定にはパナメトリック・モデル
700型（日本パナメトリック社製）を用い水分を求め、O
2、N2、CO、CO2、メタンはガスクロマトグラフ(TCD)お
よび炎イオン検出器(FID)で分析し、これらを全体から
差し引いた差を水素ガスの純度とした。
比較例１ クラックのないコイルスプリングを用いる代わりに第３
図および第４図で示したように表面に種々のクラックを
有するコイルスプリングを用いた他は実施例１と同じ水
素透過セルを用い実施例１と同じ条件で水素ガスの精製
を行った。その結果は第１表に示すとおりであり、純度
は99.9999%よりも低いものしか得られなかった。
図および第４図で示したように表面に種々のクラックを
有するコイルスプリングを用いた他は実施例１と同じ水
素透過セルを用い実施例１と同じ条件で水素ガスの精製
を行った。その結果は第１表に示すとおりであり、純度
は99.9999%よりも低いものしか得られなかった。
第１〜２図は本発明に使用するコイルスプリングの表面
の拡大図であり、第３〜４図は従来のコイルスプリング
の表面の拡大図であり、第５図は水素透過セルの縦断面
概略図である。 第５図における番号は以下のとおりである。 １……入口、２……出口、３……ブリード口、４……セ
ル、５……コイルスプリング、６……パラジウム合金細
管、７……管板
の拡大図であり、第３〜４図は従来のコイルスプリング
の表面の拡大図であり、第５図は水素透過セルの縦断面
概略図である。 第５図における番号は以下のとおりである。 １……入口、２……出口、３……ブリード口、４……セ
ル、５……コイルスプリング、６……パラジウム合金細
管、７……管板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 児山 豊 宮城県仙台市富田字上野東13―11
Claims (1)
- 【請求項１】内部にコイルスプリングが挿入された複数
本のパラジウム合金細管を透過膜とする超高純度水素透
過セルにおいて、該コイルスプリングの表面にクラック
がないことを特徴とする超高純度水素透過セル
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26495985A JPH0621001B2 (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 超高純度水素透過セル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26495985A JPH0621001B2 (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 超高純度水素透過セル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62128903A JPS62128903A (ja) | 1987-06-11 |
| JPH0621001B2 true JPH0621001B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=17410582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26495985A Expired - Fee Related JPH0621001B2 (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 超高純度水素透過セル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621001B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2685218B1 (fr) * | 1991-12-19 | 1994-02-11 | Institut Francais Petrole | Epurateur d'hydrogene comprenant une embase en alliage de meme composition que celui des tubes. |
| JP5273496B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2013-08-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 水素分離用金属細管及びその製造方法 |
| JP4998929B2 (ja) * | 2009-02-16 | 2012-08-15 | 大陽日酸株式会社 | ガス精製方法 |
| EP2896595A1 (en) | 2014-01-16 | 2015-07-22 | Japan Pionics Co., Ltd. | Palladium alloy membrane unit, storage structure thereof, and method of purifying hydrogen by using the same |
| JP6355944B2 (ja) * | 2014-03-18 | 2018-07-11 | 日本パイオニクス株式会社 | 水素精製装置及びそれを用いた水素精製システム |
| US9809454B2 (en) | 2014-10-24 | 2017-11-07 | Japan Pionics Co., Ltd. | Method for refining hydrogen |
| JP2017051903A (ja) | 2015-09-09 | 2017-03-16 | 日本パイオニクス株式会社 | ガス精製装置 |
| CN115340068A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-15 | 中国原子能科学研究院 | 氢同位素纯化装置 |
-
1985
- 1985-11-27 JP JP26495985A patent/JPH0621001B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62128903A (ja) | 1987-06-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |