(57)【要約】【課題】コストを抑えつつ水素透過性能に優れ、且つ強度低下を抑えて耐久性向上を図り得る水素透過膜及びその製造方法を提供する。【解決手段】部分的に厚さを薄くした水素透過膜材１３の表面に水素イオン化触媒をコーティングして水素イオン化触媒層１４を形成する。【選択図】図３
2008247685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分的に厚さを薄くした水素透過膜材の少なくとも一方の面に水素イオン化触媒をコーティングして水素イオン化触媒層を形成したことを特徴とする水素透過膜。
【請求項２】
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、凹凸が交互に設けられた水素透過性材料箔を通電圧延することによって形成し、該水素透過性材料箔の表面に前記水素イオン化触媒をコーティングするようにした請求項１記載の水素透過膜。
【請求項３】
前記水素透過膜材を、外周面に凸部が所要間隔をあけて配設されたロールにより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箔を通電圧延することによって形成し、該水素透過性材料箔の表面に前記水素イオン化触媒をコーティングするようにした請求項１記載の水素透過膜。
【請求項４】
前記水素透過膜材の厚さを薄くした箇所に、水素吸収・放出時における膨張・収縮を吸収するベローズ部を形成した請求項２又は３記載の水素透過膜。
【請求項５】
前記水素透過性材料箔をタンタル（Ｔａ）又はモリブデン（Ｍｏ）とした請求項２〜４のいずれか一つに記載の水素透過膜。
【請求項６】
前記水素イオン化触媒層をパラジウム（Ｐｄ）の層とした請求項１〜５のいずれか一つに記載の水素透過膜。
【請求項７】
多孔性基材薄膜シートの少なくとも一方の面に、凹凸が交互に設けられた水素透過性材料箔を通電圧延することによって、部分的に厚さが薄くなる水素透過膜材を形成した後、該水素透過膜材の水素透過性材料箔の表面に水素イオン化触媒をコーティングして水素イオン化触媒層を形成することを特徴とする水素透過膜の製造方法。
【請求項８】
前記水素透過性材料箔に予め波打部を形成し、通電圧延後に、前記水素透過膜材の厚さを薄くした箇所に、水素吸収・放出時における膨張・収縮を吸収するベローズ部が形成されるようにした請求項７記載の水素透過膜の製造方法。
【請求項９】
多孔性基材薄膜シートの少なくとも一方の面に、水素透過性材料箔を、外周面に凸部が所要間隔をあけて配設されたロールにより通電圧延することによって、部分的に厚さが薄くなる水素透過膜材を形成した後、該水素透過膜材の水素透過性材料箔の表面に水素イオン化触媒をコーティングして水素イオン化触媒層を形成することを特徴とする水素透過膜の製造方法。
【請求項１０】
前記ロールの外周面に波打型部を刻設し、通電圧延後に、前記水素透過膜材の厚さを薄くした箇所に、水素吸収・放出時における膨張・収縮を吸収するベローズ部が形成されるようにした請求項９記載の水素透過膜の製造方法。
【請求項１１】
前記水素透過性材料箔をタンタル（Ｔａ）又はモリブデン（Ｍｏ）とした請求項７〜１０のいずれか一つに記載の水素透過膜の製造方法。
【請求項１２】
前記水素イオン化触媒層をパラジウム（Ｐｄ）の層とした請求項７〜１１のいずれか一つに記載の水素透過膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素透過膜及びその製造方法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が、前記水素透過膜の厚さを極力薄くして水素透過性能を向上させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、前記水素透過膜の膜全体を単に薄くした場合、強度が著しく低下してしまい、耐久性が極端に落ちるという欠点を有していた。
【０００７】
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、且つ強度低下を抑えて耐久性向上を図り得る水素透過膜及びその製造方法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】
【０００８】
本発明は、部分的に厚さを薄くした水素透過膜材の少なくとも一方の面に水素イオン化触媒をコーティングして水素イオン化触媒層を形成したことを特徴とする水素透過膜にかかるものである。
【０００９】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１０】
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が、膜全体を単に薄くするのではなく、水素透過膜材の厚さを部分的に薄くしているため、強度を保持して耐久性の低下が防止可能となると共に、水素透過性能も高めることが可能となり、又、水素イオン化触媒層は必要最小限の膜厚で済み、コストアップも避けられる。
【００１１】
前記水素透過膜においては、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、凹凸が交互に設けられた水素透過性材料箔を通電圧延することによって形成し、該水素透過性材料箔の表面に前記水素イオン化触媒をコーティングすることができる。
【００１２】
又、前記水素透過膜においては、前記水素透過膜材を、外周面に凸部が所要間隔をあけて配設されたロールにより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箔を通電圧延することによって形成し、該水素透過性材料箔の表面に前記水素イオン化触媒をコーティングすることもできる。
【００１３】
前記水素透過膜においては、前記水素透過膜材の厚さを薄くした箇所に、水素吸収・放出時における膨張・収縮を吸収するベローズ部を形成することが、水素透過膜の耐久性を高める上で有効となる。
【００１４】
前記水素透過膜においては、前記水素透過性材料箔をタンタル（Ｔａ）又はモリブデン（Ｍｏ）とすることができる。
【００１５】
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（Ｐｄ）の層とすることが有効となる。
【００１６】
一方、本発明は、多孔性基材薄膜シートの少なくとも一方の面に、凹凸が交互に設けられた水素透過性材料箔を通電圧延することによって、部分的に厚さが薄くなる水素透過膜材を形成した後、該水素透過膜材の水素透過性材料箔の表面に水素イオン化触媒をコーティングして水素イオン化触媒層を形成することを特徴とする水素透過膜の製造方法にかかるものである。
【００１７】
該水素透過膜の製造方法においては、前記水素透過性材料箔に予め波打部を形成し、通電圧延後に、前記水素透過膜材の厚さを薄くした箇所に、水素吸収・放出時における膨張・収縮を吸収するベローズ部が形成されるようにすることが、水素透過膜の耐久性を高める上で有効となる。
【００１８】
又、本発明は、多孔性基材薄膜シートの少なくとも一方の面に、水素透過性材料箔を、外周面に凸部が所要間隔をあけて配設されたロールにより通電圧延することによって、部分的に厚さが薄くなる水素透過膜材を形成した後、該水素透過膜材の水素透過性材料箔の表面に水素イオン化触媒をコーティングして水素イオン化触媒層を形成することを特徴とする水素透過膜の製造方法にかかるものである。
【００１９】
該水素透過膜の製造方法においては、前記ロールの外周面に波打型部を刻設し、通電圧延後に、前記水素透過膜材の厚さを薄くした箇所に、水素吸収・放出時における膨張・収縮を吸収するベローズ部が形成されるようにすることが、水素透過膜の耐久性を高める上で有効となる。
【００２０】
前記水素透過膜の製造方法においては、前記水素透過性材料箔をタンタル（Ｔａ）又はモリブデン（Ｍｏ）とすることができる。
【００２１】
前記水素イオン化触媒層をパラジウム（Ｐｄ）の層とすることが有効となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の水素透過膜及びその製造方法によれば、コストを抑えつつ水素透過性能に優れ、且つ強度低下を抑えて耐久性向上を図り得る水素透過膜を提供でき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】
【００２３】
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。
【００２４】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、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、例えば、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の水素透過性材料箔９を通電圧延により一体成形する通電圧延機１２と、
該通電圧延機１２から送り出される水素透過膜材１３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１４（図３参照）を形成するコーティング装置１５と、
該コーティング装置１５で表面に水素イオン化触媒層１４が形成された水素透過膜１６を水素透過膜コイル１７として巻き取る水素透過膜巻取機１８と
を備えてなる構成を有している。
【００２５】
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。
【００２６】
前記通電圧延機１２は、対向配置されて回転駆動され且つ電源１１に接続されて通電される一対のロール１０を備え、該通電される一対のロール１０間に、前記多孔性基材薄膜シート５を導入しつつ、水素透過性材料箔巻戻機７によって水素透過性材料箔コイル８から巻き戻される水素透過性材料箔９を導入することにより、前記多孔性基材薄膜シート５の両面に水素透過性材料箔９を圧着させて水素透過膜材１３を形成するようにしてある。
【００２７】
ここで、前記水素透過性材料箔９には、例えば、図２に示す如く、凹凸９ａを格子状となるよう交互に予め設けておき、各部の寸法はそれぞれ
Ｗ≒０．５［ｍｍ］
Ｈ≒０．５［ｍｍ］
ｔ≒０．１［ｍｍ］
とすることができる。
【００２８】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２９】
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が通電圧延機１２へ導入される。
【００３０】
前記通電圧延機１２においては、通電される一対のロール１０間に、前記多孔性基材薄膜シート５が導入されつつ、水素透過性材料箔巻戻機７によって水素透過性材料箔コイル８から巻き戻される水素透過性材料箔９が導入され、前記多孔性基材薄膜シート５の両面に水素透過性材料箔９が圧着されて水素透過膜材１３が形成される。
【００３１】
ここで、前記水素透過性材料箔９には、例えば、図２に示す如く、凹凸９ａを格子状となるよう交互に予め設けてあるため、前記通電圧延機１２において前記多孔性基材薄膜シート５の両面に水素透過性材料箔９を圧着すると、前記凹凸９ａが前記多孔性基材薄膜シート５に転写される形となって、水素透過膜材１３の厚さは、図３に示す如く、部分的に薄くなる。
【００３２】
前記通電圧延機１２で形成された水素透過膜材１３はコーティング装置１５へ導かれ、該コーティング装置１５において、前記通電圧延機１２から送り出される水素透過膜材１３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１４（図３参照）が形成され、該表面に水素イオン化触媒層１４が形成された水素透過膜１６が水素透過膜巻取機１８により水素透過膜コイル１７として巻き取られる。
【００３３】
このように形成された水素透過膜１６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るが、膜全体を単に薄くするのではなく、水素透過膜材１３の厚さを部分的に薄くしているため、強度を保持して耐久性の低下が防止可能となると共に、水素透過性能も高めることが可能となり、又、水素イオン化触媒層１４は必要最小限の膜厚で済み、コストアップも避けられる。
【００３４】
尚、本図示例の場合、図２に示す如く、予め前記水素透過性材料箔９に凹凸９ａを格子状となるよう交互に設け、前記通電圧延機１２において前記多孔性基材薄膜シート５の両面に水素透過性材料箔９を圧着することにより、前記凹凸９ａを前記多孔性基材薄膜シート５に転写させる形としたが、このようにする代わりに、前記通電圧延機１２のロール１０の外周面に、図２と同様に、凸部１０ａを所要間隔（ｔ）をあけて配設し、前記通電圧延機１２において前記多孔性基材薄膜シート５の両面に水素透過性材料箔９を圧着させる際に、前記ロール１０の凸部１０ａにより水素透過膜材１３の厚さを、図３に示す如く、部分的に薄くするようにしても良い。又、前記凸部１０ａの平面形状は、矩形に限らず、円形や楕円形、或いはその他の形状であっても良く、前記凹凸９ａについても同様である。
【００３５】
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１６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、且つ強度低下を抑えて耐久性向上を図り得る。
【００３６】
図４及び図５は本発明を実施する形態の他の例であって、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、前記水素透過膜材１３の厚さを薄くした箇所に、水素吸収・放出時における膨張・収縮を吸収するベローズ部１９を形成するようにした点にある。
【００３７】
本図示例の場合、図４に示す如く、予め前記水素透過性材料箔９に、凹凸９ａを格子状となるよう交互に設けると共に、該格子状の凹凸９ａの内周縁部に無端状に連なる波打部９ｂを形成してあり、これにより、前記通電圧延機１２での通電圧延後に、前記水素透過膜材１３の厚さを薄くした箇所に前記ベローズ部１９が形成されるようにしてある。
【００３８】
前述の如くベローズ部１９を形成すると、水素透過膜１６が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ても、前記ベローズ部１９によって膨張・収縮が吸収されるため、水素透過膜１６の耐久性を高める上で有効となる。
【００３９】
尚、本図示例の場合、図４に示す如く、予め前記水素透過性材料箔９に、凹凸９ａを格子状となるよう交互に設けると共に、該格子状の凹凸９ａの内周縁部に無端状に連なる波打部９ｂを形成し、前記通電圧延機１２において前記多孔性基材薄膜シート５の両面に水素透過性材料箔９を圧着することにより、前記凹凸９ａ及び波打部９ｂを前記多孔性基材薄膜シート５に転写させる形としたが、このようにする代わりに、前記通電圧延機１２のロール１０の外周面に、図４と同様に、凸部１０ａを所要間隔（ｔ）をあけて配設すると共に、該凸部１０ａの内周縁部に無端状に連なる波打型部１０ｂを刻設し、前記通電圧延機１２において前記多孔性基材薄膜シート５の両面に水素透過性材料箔９を圧着させる際に、前記ロール１０の凸部１０ａにより水素透過膜材１３の厚さを、図５に示す如く、部分的に薄くすると共に、前記水素透過膜材１３の厚さを薄くした箇所に前記ベローズ部１９を形成するようにしても良い。又、前記凸部１０ａ及び波打型部１０ｂの平面形状は、矩形に限らず、円形や楕円形、或いはその他の形状であっても良く、前記凹凸９ａ及び波打部９ｂについても同様である。
【００４０】
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１６とした場合には、図３に示すような断面構造を有する水素透過膜１６と同様、コストを抑えつつ水素透過性能に優れ、且つ強度低下を抑えることができ、耐久性の面では更なる向上を図り得る。
【００４１】
尚、本発明の水素透過膜及びその製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、水素透過性材料箔９及び水素イオン化触媒層１４は多孔性基材薄膜シート５の両面に必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて多孔性基材薄膜シート５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】
【００４２】
【図１】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２】本発明を実施する形態の一例としての水素透過膜の水素透過性材料箔を示す拡大平面図である。
【図３】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。
【図４】本発明を実施する形態の他の例としての水素透過膜の水素透過性材料箔を示す拡大平面図である。
【図５】本発明を実施する形態の他の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】
【００４３】
４    粉末圧延機
５    多孔性基材薄膜シート
７    水素透過性材料箔巻戻機
９    水素透過性材料箔
９ａ  凹凸
９ｂ  波打部
１０    ロール
１０ａ  凸部
１０ｂ  波打型部
１２    通電圧延機
１３    水素透過膜材
１４    水素イオン化触媒層
１５    コーティング装置
１６    水素透過膜
１９    ベローズ部 
【図１】
2008247685.tif 000003
【図２】
2008247685.tif 000004
【図３】
2008247685.tif 000005
【図４】
2008247685.tif 000006
【図５】
2008247685.tif 000007