(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素透過膜材と、補強用多孔性金属薄膜シートと、水素イオン化触媒層とを積層してなり、
前記水素透過膜材を、多孔性基材薄膜シートの少なくとも一方の面に水素透過性材料を粉末圧延することによって形成し、
前記水素透過膜材の少なくとも一方の面に、前記補強用多孔性金属薄膜シートを通電圧延により一体成形し、該水素透過膜材の少なくとも補強用多孔性金属薄膜シートが一体成形された一方の面に水素イオン化触媒をコーティング装置においてコーティングすることにより、前記補強用多孔性金属薄膜シートの表面並びにその孔の内側に位置する水素透過膜材の表面に前記水素イオン化触媒層を形成し、
前記補強用多孔性金属薄膜シートを、エキスパンドメタルシート、パンチングメタルシート又はメッシュメタルシートとしたことを特徴とする水素透過膜。
【請求項２】
前記水素イオン化触媒層をパラジウムの層とした請求項１記載の水素透過膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素透過膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池の燃料となる水素或いは半導体製造における高純度水素を安定供給するために、都市ガスやメタノール等の炭化水素を改質して水素を生成する水素生成技術の開発が進められているが、改質ガスには、水素以外のガスも混入しているため、改質ガスから水素を分離して、高純度水素を取り出すことができる水素透過膜の研究が盛んに行われている。
【０００３】
この種の水素透過膜としては、パラジウム（Ｐｄ）−銀（Ａｇ）系の水素透過膜が知られているが、該Ｐｄ−Ａｇ系水素透過膜の場合、希少金属であるパラジウムの使用量が多く高価となるため、パラジウム膜厚をできるだけ薄くしてパラジウムの使用量を削減し、コストを抑えた水素透過膜とすることが望まれている。
【０００４】
このため、従来においては、例えば、特許文献１，２に開示されているようなものが存在し、特許文献１には、多孔性を有する基材シートの表面にメッキ層としてのパラジウム（Ｐｄ）膜を形成したものが開示されており、又、特許文献２には、多孔シート材の表面にバナジウム（Ｖ）等の水素透過性材料を粉末圧延し、その表面に、水素イオンが透過できるように水素をイオン化する触媒としてのパラジウムをコーティングしたものが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−５８９３９号公報
【特許文献２】特開２００５−３２４１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述の如き水素透過膜は、水素を吸蔵して放出する際、熱膨張と熱収縮とが繰り返されるという非常に過酷な使用環境下に晒されることとなるが、特許文献１，２に開示されているような水素透過膜では、いずれも強度的に充分であるとは言えず、耐久性を更に向上させる必要があった。
【０００６】
本発明は、斯かる実情に鑑み、コストを抑えつつ水素透過性能に優れ、且つ強度を高めて耐久性向上を図り得る水素透過膜を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、水素透過膜材と、補強用多孔性金属薄膜シートと、水素イオン化触媒層とを積層してなり、
前記水素透過膜材を、多孔性基材薄膜シートの少なくとも一方の面に水素透過性材料を粉末圧延することによって形成し、
前記水素透過膜材の少なくとも一方の面に、前記補強用多孔性金属薄膜シートを通電圧延により一体成形し、該水素透過膜材の少なくとも補強用多孔性金属薄膜シートが一体成形された一方の面に水素イオン化触媒をコーティング装置においてコーティングすることにより、前記補強用多孔性金属薄膜シートの表面並びにその孔の内側に位置する水素透過膜材の表面に前記水素イオン化触媒層を形成し、
前記補強用多孔性金属薄膜シートを、エキスパンドメタルシート、パンチングメタルシート又はメッシュメタルシートとしたことを特徴とする水素透過膜にかかるものである。
【０００８】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【０００９】
水素透過膜は、水素を吸蔵して放出する際、熱膨張と熱収縮とが繰り返されるという非常に過酷な使用環境下に晒されても、補強用多孔性金属薄膜シートにより強度が充分に高められるため、従来のものに比べ耐久性を更に向上させることが可能となる。
【００１０】
前記水素透過膜においては、水素透過膜材と、補強用多孔性金属薄膜シートと、水素イオン化触媒層とを積層してなり、
前記水素透過膜材を、多孔性基材薄膜シートの少なくとも一方の面に水素透過性材料を粉末圧延することによって形成し、
前記水素透過膜材の少なくとも一方の面に、前記補強用多孔性金属薄膜シートを通電圧延により一体成形し、該水素透過膜材の少なくとも補強用多孔性金属薄膜シートが一体成形された一方の面に水素イオン化触媒をコーティング装置においてコーティングすることにより、前記補強用多孔性金属薄膜シートの表面並びにその孔の内側に位置する水素透過膜材の表面に前記水素イオン化触媒層を形成し、
前記補強用多孔性金属薄膜シートを、エキスパンドメタルシート、パンチングメタルシート又はメッシュメタルシートとしているため、水素イオン化触媒層は必要最小限の膜厚で済み、コストアップが避けられるだけでなく、水素透過膜材と水素イオン化触媒層との相乗効果で水素透過性能も高めることが可能となる。
【００１４】
前記水素透過膜においては、前記水素イオン化触媒層をパラジウムの層とすることが有効となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水素透過膜によれば、コストを抑えつつ水素透過性能に優れ、且つ強度を高めて耐久性向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１７】
図１〜図３は本発明を実施する形態の参考例であって、図１は水素透過膜を製造するための装置を示す全体概要構成図であり、該装置は、
ニッケル（Ｎｉ）又はステンレス等の金属粉末１を粉末圧延して多孔性を有する多孔性基材薄膜シート５を送り出す粉末圧延機４と、
該粉末圧延機４から送り出される多孔性基材薄膜シート５を焼成する焼成炉６と、
該焼成炉６で焼成された多孔性基材薄膜シート５の表面に水素透過性材料７（例えば、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等）を圧着して水素透過膜材１１を送り出す粉末圧着機１０と、
該粉末圧着機１０から送り出される水素透過膜材１１の表面にパラジウム（Ｐｄ）等の水素イオン化触媒をメッキ或いは蒸着等によりコーティングして水素イオン化触媒層１３（図３参照）を形成するコーティング装置１２と、
該コーティング装置１２で表面に水素イオン化触媒層１３が形成された水素透過膜材１１´の表面に、エキスパンドメタルシート、パンチングメタルシート又はメッシュメタルシート等の補強用多孔性金属薄膜シート１６を通電圧延により一体成形する通電圧延機１９と、
該通電圧延機１９で形成された水素透過膜２０を水素透過膜コイル２１として巻き取る水素透過膜巻取機２２と
を備えてなる構成を有している。
【００１８】
前記粉末圧延機４は、対向配置され且つ回転駆動される一対のロール３と、該各ロール３上に金属粉末１を供給する金属粉末供給装置２とを備え、前記一対のロール３間に金属粉末供給装置２から金属粉末１を供給して、該各ロール３を回転させることにより、多孔性を有する多孔性基材薄膜シート５を形成するようにしてある。
【００１９】
前記粉末圧着機１０は、対向配置され且つ回転駆動される一対のロール９と、該各ロール９上に水素透過性材料７の粉末を供給する水素透過性材料供給装置８とを備え、前記一対のロール９間に上方から下方へ向け多孔性基材薄膜シート５を導入しつつ、前記水素透過性材料供給装置８から各ロール９上に水素透過性材料７を供給して、該各ロール９を回転させることにより、前記多孔性基材薄膜シート５の両面に水素透過性材料７を圧着させて水素透過膜材１１を形成するようにしてある。
【００２０】
前記通電圧延機１９は、対向配置されて回転駆動され且つ電源１８に接続されて通電される一対のロール１７を備え、該通電される一対のロール１７間に、表面に水素イオン化触媒層１３が形成された水素透過膜材１１´を導入しつつ、補強用多孔性金属薄膜シート巻戻機１４によって補強用多孔性金属薄膜シートコイル１５から巻き戻される補強用多孔性金属薄膜シート１６を導入することにより、前記水素透過膜材１１´の両面に補強用多孔性金属薄膜シート１６を圧着させて所定の厚さの水素透過膜２０を形成するようにしてある。
【００２１】
ここで、前記補強用多孔性金属薄膜シート１６として、例えば、エキスパンドメタルシートを用いた場合、図２に示す如く、各部の寸法をそれぞれ
Ｗ≒１［ｍｍ］
Ｈ≒０．５［ｍｍ］
ｔ≒０．１［ｍｍ］
としたものを採用することができる。尚、前記補強用多孔性金属薄膜シート１６の開孔率は、水素透過性能を確保する上で５０％以上とすることが望ましい。
【００２２】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２３】
前記粉末圧延機４において、金属粉末供給装置２からニッケル（Ｎｉ）又はステンレス等の金属粉末１が、回転駆動される一対のロール３間に供給されて粉末圧延が行われ、多孔性を有する多孔性基材薄膜シート５が送り出され、該粉末圧延機４から送り出される多孔性基材薄膜シート５が焼成炉６で焼成され、該焼成炉６で焼成された多孔性基材薄膜シート５が粉末圧着機１０へ導入される。
【００２４】
前記粉末圧着機１０においては、回転駆動される一対のロール９間に上方から下方へ向け多孔性基材薄膜シート５が導入されつつ、水素透過性材料供給装置８から各ロール９上に水素透過性材料７が供給され、前記多孔性基材薄膜シート５の両面に水素透過性材料７が圧着されて水素透過膜材１１が形成され、該水素透過膜材１１がコーティング装置１２へ導入される。
【００２５】
前記コーティング装置１２においては、前記粉末圧着機１０から送り出される水素透過膜材１１の表面にパラジウム（Ｐｄ）等の水素イオン化触媒がメッキ或いは蒸着等によりコーティングされて水素イオン化触媒層１３（図３参照）が形成され、該表面に水素イオン化触媒層１３が形成された水素透過膜材１１´が通電圧延機１９へ導入される。
【００２６】
前記通電圧延機１９においては、通電される一対のロール１７間に、前記表面に水素イオン化触媒層１３が形成された水素透過膜材１１´が導入されつつ、補強用多孔性金属薄膜シート巻戻機１４によって補強用多孔性金属薄膜シートコイル１５から巻き戻される補強用多孔性金属薄膜シート１６が導入され、前記水素透過膜材１１´の両面に補強用多孔性金属薄膜シート１６が圧着されて所定の厚さの水素透過膜２０が形成され、該水素透過膜２０が水素透過膜巻取機２２により水素透過膜コイル２１として巻き取られる。
【００２７】
このように形成された水素透過膜２０は、図３に示すような断面構造を有し、水素を吸蔵して放出する際、熱膨張と熱収縮とが繰り返されるという非常に過酷な使用環境下に晒されても、補強用多孔性金属薄膜シート１６により強度が充分に高められるため、従来のものに比べ耐久性を更に向上させることが可能となる。
【００２８】
しかも、前記水素イオン化触媒層１３は必要最小限の膜厚で済み、コストアップが避けられるだけでなく、水素透過膜材１１と水素イオン化触媒層１３との相乗効果で水素透過性能も高めることが可能となる。
【００２９】
こうして、図３に示すような断面構造を有する水素透過膜２０とすることにより、コストを抑えつつ水素透過性能に優れ、且つ強度を高めて耐久性向上を図り得る。
【００３０】
図４及び図５は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図１〜図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１〜図３に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、前記コーティング装置１２を前記通電圧延機１９の上流側ではなく、図４に示す如く、前記通電圧延機１９の下流側に配置することにより、図５に示すような断面構造を有する水素透過膜２０´を形成するようにした点にある。
【００３１】
本図示例においては、粉末圧延機４においてニッケル（Ｎｉ）又はステンレス等の金属粉末１が粉末圧延されて多孔性を有する多孔性基材薄膜シート５が送り出され、該粉末圧延機４から送り出される多孔性基材薄膜シート５が焼成炉６が焼成され、該焼成炉６で焼成された多孔性基材薄膜シート５の表面に水素透過性材料７が粉末圧着機１０において圧着されて水素透過膜材１１が送り出され、該粉末圧着機１０から送り出される水素透過膜材１１の表面に補強用多孔性金属薄膜シート１６が通電圧延機１９における通電圧延により一体成形され、この後、コーティング装置１２においてパラジウム（Ｐｄ）等の水素イオン化触媒がメッキ或いは蒸着等により前記補強用多孔性金属薄膜シート１６の表面側からコーティングされて水素イオン化触媒層１３（図５参照）が形成され、該コーティング装置１２で形成された水素透過膜２０´が水素透過膜巻取機２２により水素透過膜コイル２１として巻き取られる。
【００３２】
このように形成された水素透過膜２０´は、図５に示すような断面構造、即ち、前記補強用多孔性金属薄膜シート１６の表面並びにその孔の内側に位置する水素透過膜材１１の表面に水素イオン化触媒層１３がコーティングされた構造を有し、図１〜図３に示す例と同様、水素を吸蔵して放出する際、熱膨張と熱収縮とが繰り返されるという非常に過酷な使用環境下に晒されても、補強用多孔性金属薄膜シート１６により強度が充分に高められるため、従来のものに比べ耐久性を更に向上させることが可能となり、しかも、前記水素イオン化触媒層１３は必要最小限の膜厚で済み、コストアップが避けられるだけでなく、水素透過膜材１１と水素イオン化触媒層１３との相乗効果で水素透過性能も高めることが可能となる。
【００３３】
こうして、図５に示すような断面構造を有する水素透過膜２０´としても、図３に示すような断面構造を有する水素透過膜２０と同様、コストを抑えつつ水素透過性能に優れ、且つ強度を高めて耐久性向上を図り得る。
【００３４】
尚、本発明の水素透過膜は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、水素イオン化触媒層１３や補強用多孔性金属薄膜シート１６は水素透過膜材１１の両面に必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて水素透過膜材１１の片面にのみ設けるようにしても良いこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を実施する形態の参考例としての水素透過膜を製造するための装置を示す全体概要構成図である。
【図２】本発明を実施する形態の参考例としての水素透過膜の補強用多孔性金属薄膜シートを示す拡大平面図である。
【図３】本発明を実施する形態の参考例としての水素透過膜を示す拡大断面図である。
【図４】本発明を実施する形態の一例としての水素透過膜を製造するための装置を示す全体概要構成図である。
【図５】本発明を実施する形態の一例としての水素透過膜を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
４    粉末圧延機
５    多孔性基材薄膜シート
７    水素透過性材料
１０    粉末圧着機
１１    水素透過膜材
１１´  水素透過膜材
１２    コーティング装置
１３    水素イオン化触媒層
１６    補強用多孔性金属薄膜シート
１９    通電圧延機
２０    水素透過膜
２０´  水素透過膜 
【図１】
0005470682.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005470682.tif 000005
【図５】
0005470682.tif 000006