(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の多孔質支持体に水素透過性金属膜を形成した複数の水素分離体と、
隣接する前記水素分離体間にガスが通過する空間を有するように前記複数の水素分離体同士を互いに離間させた状態で、前記複数の水素分離体の少なくとも一方の端部を保持する保持部材と
を備え、
前記保持部材は、上面に凹部を有し、前記凹部の内底面に前記水素分離体の端部を保持する複数の保持凹部を備え、
前記複数の水素分離体は、前記多孔質支持体の内周面と外周面との間での前記ガスの通過を不能にするシール材を介して前記保持部材に接合され、
前記複数の水素分離体が一直線上に配置された前記保持部材を複数積層してなる
ことを特徴とする水素分離装置。
【請求項２】
前記多孔質支持体及び前記保持部材はセラミックからなり、前記シール材はガラスを含む無機材料からなることを特徴とする請求項１に記載の水素分離装置。
【請求項３】
隣接する前記保持部材同士が、前記シール材を介して互いに接合されることを特徴とする請求項１または２に記載の水素分離装置。
【請求項４】
２つ以上の前記水素分離体を接続するための接続流路を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水素分離装置。
【請求項５】
前記複数の水素分離体が一直線上に配置された複数の前記保持部材は、縦方向、横方向及び奥行方向のうち少なくともいずれか一方に積層されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水素分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を含有するガスから水素を分離する水素分離体を備えた水素分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素含有ガスから水素を分離する水素分離装置として、柱状の多孔質支持体に複数の貫通孔を設け、各貫通孔の内周面に水素透過性金属膜を形成してなる水素分離体を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。水素透過性金属膜は、例えばパラジウム（Ｐｄ）によって形成されたパラジウム膜である。パラジウム膜は、同パラジウム膜の両側で水素の差圧が生じた際に、高水素分圧側から低水素分圧側に水素を透過させる性質を有している。詳述すると、まず、パラジウム膜の高水素分圧側の表面において、水素分子が水素原子に解離し、パラジウム中に吸蔵される。そして、パラジウム中に吸蔵された水素原子は、パラジウム中を拡散し、パラジウム膜の低水素分圧側の表面で他の水素原子と結合することにより、再び水素分子となる。その結果、水素含有ガスから高純度の水素が分離されるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３８８６３号公報（図１等）
【特許文献２】ＷＯ２０１２／１２８２１７号公報（図１，図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１，２に記載の従来技術では、多孔質支持体が肉厚であり、多孔質支持体の外周面と貫通孔の内周面との距離が大きいため、ガスが多孔質支持体を通過する際の圧力損失が大きくなってしまう。その結果、多孔質支持体の外側から貫通孔の内周面に形成された水素透過性金属膜に向けて水素含有ガスを通過させ、水素透過性金属膜を透過した水素を貫通孔内に導く際に、多孔質支持体の中央部にある水素透過性金属膜に水素含有ガスが到達しにくくなる。このため、水素透過性金属膜の単位面積当りの水素透過量が低下するという問題がある。また、貫通孔内に水素含有ガスを導入し、水素透過性金属膜を透過した水素を多孔質支持体の外側に導く際には、水素透過性金属膜を透過した水素が多孔質支持体の外側に到達しにくくなる。よって、この場合も、水素透過性金属膜の単位面積当りの水素透過量が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガスが多孔質支持体を通過する際の圧力損失を小さくすることにより、効率良く水素を分離することができる水素分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段（手段１）としては、筒状の多孔質支持体に水素透過性金属膜を形成した複数の水素分離体と、隣接する前記水素分離体間にガスが通過する空間を有するように前記複数の水素分離体同士を互いに離間させた状態で、前記複数の水素分離体の少なくとも一方の端部を保持する保持部材とを備え、前記保持部材は、上面に凹部を有し、前記凹部の内底面に前記水素分離体の端部を保持する複数の保持凹部を備え、前記複数の水素分離体は、前記多孔質支持体の内周面と外周面との間での前記ガスの通過を不能にするシール材を介して前記保持部材に接合され、前記複数の水素分離体が一直線上に配置された前記保持部材を複数積層してなることを特徴とする水素分離装置がある。
【０００７】
従って、上記手段１に記載の発明によると、隣接する水素分離体間にガスが通過する空間が設けられている。しかも、水素分離装置は、柱状の多孔質支持体に複数の貫通孔が設けられた従来の構造（いわゆる蓮根状構造）とは異なり、複数の管（筒状の多孔質支持体）が互いに独立した構造であるため、ガスが通過する際に抵抗となる多孔質支持体を比較的肉薄に形成することができる。以上のことから、ガスが水素分離装置内を通過する際の圧力損失を小さくすることができる。その結果、多孔質支持体の内周面と外周面との間でガスを通過させる場合に、ガスに含まれる水素が、多孔質支持体に形成された水素透過性金属膜を透過しやすくなるため、水素透過性金属膜の単位面積当りの水素透過量が低下しにくくなる。よって、水素分離装置を用いて効率良く水素を分離することが可能である。
【０００８】
上記水素分離装置が備える水素分離体は、多孔質支持体に水素透過性金属膜を形成してなる。多孔質支持体は、筒状（例えば、円筒状、楕円筒状、三角筒状、矩形筒状等）をなしている。ここで、多孔質支持体の形成材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、マグネシア、セリア、ドープドセリア等やそれらの混合物を挙げることができる。
【０００９】
また、水素透過性金属膜は、筒状の多孔質支持体に形成される。水素透過性金属膜は、多孔質支持体の外周面の上に形成された表面膜であってもよいし、多孔質支持体の内周面の上に形成された内面膜であってもよいし、多孔質支持体の多孔質細孔内に充填された内層膜であってもよい。ここで、水素透過性金属膜の形成材料としては、例えば、パラジウム（Ｐｄ）や、パラジウムの合金（具体的には、Ｐｄ−Ａｇ、Ｐｄ−Ｃｕ、Ｐｄ−Ａｕ）等を挙げることができる。なお、水素分離装置が高温（例えば４５０℃以上）で使用される場合には、特にＰｄ−Ａｇを用いることがよい。
【００１０】
また、上記水素分離装置が備える保持部材は、複数の水素分離体の少なくとも一方の端部を保持する。ここで、保持部材の形成材料としては、例えばセラミックなどが使用可能である。かかるセラミックの好適例としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、べリリア、ムライト、低温焼成ガラスセラミック、ガラスセラミック等を挙げることができる。なお、保持部材は、水素分離体の端部を保持する保持凹部を備えていてもよい。このようにすれば、保持部材に設けられた保持凹部に対して水素分離体の端部が挿入されるため、水素分離体を高精度にかつ容易に位置決めすることができる。また、保持凹部を備えることにより、水素分離体の端部と凹部との間隙、即ちシール材が充填される間隙を小さくすることができる。その結果、シール材の使用量を低減できる。特に、シール材の熱膨張係数が水素分離体や保持部材の熱膨張係数と異なる場合には、熱膨張差による割れ等が起こりにくくなる効果を有する。
【００１１】
また、複数の水素分離体は、多孔質支持体の内周面と外周面との間でのガスの通過を不能にするシール材を介して保持部材に接合される。ここで、シール材としては特に限定されないが、例えば、ガラス、ガラスセラミック、結晶化ガラス、ガラスとセラミックとの複合材のうち少なくとも１つの材料を含むことがよい。特に、シール材はガラスであることがよい。この場合、例えば、溶融させたガラスを供給するだけでシール材を形成できるため、シール材によるガス封止を容易に行うことができる。
【００１２】
さらに、シール材として、ロウ材や無機接着剤などを用いることもできる。また、シール材がロウ材である場合、ロウ材は貴金属を含有していてもよい。ロウ材に含まれる貴金属としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）などを挙げることができる。例えば、ロウ材に含まれる貴金属が銀である場合、ロウ材としては、銀と酸化物との混合体、具体的には、Ａｇ−Ａｌ２Ｏ３、Ａｇ−ＣｕＯ、Ａｇ−ＴｉＯ２、Ａｇ−Ｃｒ２Ｏ３、Ａｇ−ＳｉＯ２などが挙げられる。さらに、ロウ材として、銀と他の金属との合金、具体的には、Ａｇ−Ｇｅ−Ｃｒ、Ａｇ−Ｔｉ、Ａｇ−Ａｌ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｃｕなどの公知のロウ材を用いることもできる。一方、シール材が無機接着剤である場合、無機接着剤としては、セラミック系接着剤、ガラス系接着剤、セメント系接着剤などが挙げられるが、特には、１２００℃程度の耐熱性を有するシリカ−アルミナ系無機接着剤であることがよい。
【００１３】
さらに、上記水素分離装置は、複数の水素分離体が一直線上に配置された保持部材を複数積層してなる。ここで、隣接する保持部材同士は、シール材を介して互いに接合されていてもよい。このようにすれば、保持部材同士の接合に際してシール材とは別の材料を準備しなくても済む。よって、水素分離装置の製造に必要な材料が少なくなるため、水素分離装置の低コスト化を図ることが可能となる。しかも、容易に積層数を増加させることが可能となるため、水素分離体の集積度が高い水素分離装置を容易に実現できる。
【００１４】
水素分離装置は、２つ以上の水素分離体を接続するための接続流路を備えていてもよい。このようにすれば、水素分離体内から水素ガスを取り出す場合に、水素の取出口の数を少なく、かつ、外部との接続構造を簡素化できるため、設置が容易になる。また、水素ガスを水素分離体内に導入する場合には、水素の導入口の数を少なくすることができる。
【００１５】
また、複数の水素分離体が一直線上に配置された複数の保持部材は、縦方向、横方向及び奥行方向のうち少なくともいずれか一方に積層されることがよい。このようにすれば、水素分離装置が備える水素分離体の数を多くすることができる。その結果、多数の水素分離体から同時に水素が分離されるため、多量の水素を効率良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態における水素分離装置を示す斜視図。
【図２】水素分離装置を示す側面図。
【図３】集積体（保持部材）を示す平面図。
【図４】水素分離体を示す正面図。
【図５】第１実施形態における水素分離装置の使用方法を示す説明図。
【図６】第２実施形態における水素分離装置を示す斜視図。
【図７】集積体（保持部材）を示す平面図。
【図８】第２実施形態における水素分離装置の使用方法を示す説明図。
【図９】第１実施形態における水素分離装置の他の使用方法を示す説明図。
【図１０】第２実施形態における水素分離装置の他の使用方法を示す説明図。
【図１１】集積体（保持部材）が横方向に積層された水素分離装置を示す斜視図。
【図１２】集積体（保持部材）が奥行方向に積層された水素分離装置を示す斜視図。
【図１３】集積体（保持部材）が縦方向、横方向及び奥行方向にそれぞれ積層された水素分離装置を示す斜視図。
【図１４】集積体（保持部材）が横方向に積層された水素分離装置を示す斜視図。
【図１５】他の実施形態における水素分離装置を示す斜視図。
【図１６】水素分離装置を示す側面図。
【図１７】他の実施形態における水素分離装置を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図１，図２に示されるように、本実施形態の水素分離装置１は、チューブ１１（水素分離体）の集積体１０を縦方向に複数積層してなるモジュールである。水素分離装置１は、幅２４ｍｍ×奥行３５ｍｍ×高さ１０ｍｍの略直方体状をなしている。なお、本実施形態では、説明の便宜上、集積体１０を３段積層してなる水素分離装置１を図示した。
【００１９】
図１〜図３に示されるように、各集積体１０は、円筒状をなす１０本のチューブ１１と、平面視矩形帯状をなす一対の保持部材２１，２２とを備えている。両保持部材２１，２２は、互いに平行に配置されている。そして、両保持部材２１，２２には、各チューブ１１が一直線上にかつ等ピッチに配置されている。各チューブ１１は、互いに平行に配置されるとともに、保持部材２１，２２と直交した状態に配置されている。また、両保持部材２１，２２は、各チューブ１１同士を互いに離間させた状態で、各チューブ１１の両端部を保持するようになっている。詳述すると、保持部材２１は、各チューブ１１の第１端部（図３では左端部）を保持し、保持部材２２は、各チューブ１１の第２端部（図３では右端部）を保持している。その結果、隣接するチューブ１１間に、ガスが通過する空間Ａ１（図３参照）が生じるようになる。なお、本実施形態では、説明の便宜上、保持部材２１，２２に１０本のチューブ１１を配置した構造を図示したが、実際の保持部材には、２０本のチューブが配置されている。
【００２０】
図１〜図３に示されるように、本実施形態の保持部材２１，２２は、幅２４ｍｍ×奥行３ｍｍ×高さ３ｍｍの略直方体状である。保持部材２１，２２は、部材上面２３及び部材裏面２４を有し、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックからなる。また、保持部材２１，２２には、部材上面２３に１つの凹部２５が形成されている。そして、保持部材２１，２２には、凹部２５の内底面２６に複数の保持凹部２７が等間隔に配置されている。各保持凹部２７は、保持部材２１，２２の奥行方向から見て半円状をなし、保持部材２１，２２の幅方向に沿って延びている。各保持凹部２７の長さは、保持部材２１，２２の奥行と等しくなっている。なお、各保持凹部２７は、チューブ１１の端部（第１端部または第２端部）が挿入されることにより、チューブ１１の端部を保持するようになっている。
【００２１】
図１，図２に示されるように、最上段の保持部材２１，２２の部材上面２３には、板部材２８が配置されている。本実施形態の板部材２８は、幅２４ｍｍ×奥行３ｍｍ×厚さ１．０ｍｍの帯板状である。板部材２８は、保持部材２１，２２と同じ材料（アルミナ等のセラミック）からなっている。
【００２２】
図１〜図４に示されるように、各チューブ１１は、耐熱性（本実施形態では、３００℃〜４００℃）を有し、多孔質支持体１２に水素透過性金属膜１３を形成してなる。多孔質支持体１２は、長さ３５ｍｍ×外径２ｍｍの円筒状をなし、内周面１４及び外周面１５を有している。よって、多孔質支持体１２には、同多孔質支持体１２を長さ方向（軸方向）に貫通する断面円形状の貫通孔１６が設けられている。なお、本実施形態の多孔質支持体１２は、アルミナからなる多孔質セラミック製の支持体である。この多孔質支持体１２は、気孔率が２０％以上６０％以下、気孔径が０．１μｍ以上１００μｍ以下となっており、ガスを透過可能な構造となっている。即ち、多孔質支持体１２は、通気性を有するとともに水素透過性金属膜１３を支持する機能を有している。
【００２３】
そして、多孔質支持体１２の外周面１５上には、中間層（図示略）が形成されている。中間層は、外周面１５全体を覆っており、多孔質支持体１２を保護する保護層である。なお、本実施形態の中間層は、アルミナによって形成された薄膜であり、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下となっている。なお、中間層を、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）によって形成してもよい。
【００２４】
図１〜図４に示されるように、中間層の外周面上には、水素透過性金属膜１３が形成されている。即ち、水素透過性金属膜１３は、多孔質支持体１２の外周面１５の上に形成された表面膜であり、厚さが０．５μｍ以上２０μｍ以下となっている。水素透過性金属膜１３は、パラジウムの合金（本実施形態ではＰｄ−Ａｇ）によって形成されている。また、水素透過性金属膜１３は、多孔質支持体１２の中央部に形成されている。具体的に言うと、中間層の外周面において、多孔質支持体１２の両端から２ｍｍまでの領域は、水素透過性金属膜１３が形成されず、中間層の外周面が露出する露出領域である。そして、残りの領域が、水素透過性金属膜１３の形成領域となる。
【００２５】
図１〜図３に示されるように、各チューブ１１は、シール材３１を介して保持部材２１，２２に接合されている。シール材３１は、中間層の外周面に密着することにより、多孔質支持体１２の内周面１４と外周面１５との間でのガスの通過を不能にする機能を有している。本実施形態のシール材３１は、ガラス（例えば、ＳＣＨＯＴＴ社製  Ｇ０１８−３１１）を含んでいる。また、シール材３１は、保持部材２１，２２の凹部２５に充填されるとともに、チューブ１１の端部を被覆している。具体的に言うと、シール材３１は、中間層の外周面において、露出領域（多孔質支持体１２の両端から２ｍｍまでの領域）と、形成領域の一部（多孔質支持体１２の両端から３ｍｍまでの領域）とを被覆している。その結果、多孔質支持体１２においてガス透過部として機能する部分の長さは、２９ｍｍ（＝多孔質支持体１２の長さ３５ｍｍ−（シール材３１の被覆領域の長さ３ｍｍ×２））となる。さらに、シール材３１は、上段側の保持部材２１，２２の部材裏面２４に密着している。よって、縦方向に隣接する保持部材２１，２２同士は、シール材３１を介して互いに接合されるようになる。また、最上段の保持部材２１，２２の凹部２５に充填されたシール材３１は、板部材２８の裏面に密着している。よって、最上段の保持部材２１，２２及び板部材２８は、シール材３１を介して互いに接合されるようになる。
【００２６】
なお、図５に示されるように、本実施形態の水素分離装置１は、例えば、自動車の排気管４１用の水素分離装置として用いられる。この場合、排気管４１の上流側から水素含有ガス（自動車の排気ガス等）が供給されると、水素含有ガスは、水素分離装置１のチューブ１１に接触する。このとき、水素透過性金属膜１３の表面において、水素含有ガスに含まれる水素分子が水素原子に解離し、水素透過性金属膜１３のパラジウム中に吸蔵される。そして、パラジウム中に吸蔵された水素原子は、パラジウム中を拡散し、水素透過性金属膜１３の裏面（多孔質支持体１２側の面）で他の水素原子と結合することにより、再び水素分子となる。この時点で、水素含有ガスから水素が分離される。その後、水素は、多孔質支持体１２を通過し、チューブ１１内（貫通孔１６内）に導かれる。そして、水素は、排気管４１外に導かれ、エンジン始動時の水素源として利用される。具体的には、エンジン始動時に水素を排気ガスと反応させることにより、排気ガス中のＮＯｘを還元し、無害なＮ２に浄化させる。
【００２７】
次に、水素分離装置１の製造方法を説明する。
【００２８】
まず、チューブ１１を形成する。具体的には、アルミナ粉末、造孔材である有機ビーズ、有機バインダを混合した後、押出成形により、外径２ｍｍ×長さ３５ｍｍの円筒形状をなす未焼成セラミック成形体を形成する。次に、アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤等を混合してスラリーを作製する。そして、ディップコーティング法により、スラリー中に未焼成セラミック成形体を浸漬し、未焼成セラミック成形体の外周面上に被膜を形成する。
【００２９】
次に、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、未焼成セラミック成形体及び被膜をアルミナが焼結しうる所定の温度（例えば１３００℃〜１５００℃程度）に加熱する焼成工程を行う。その結果、未焼成セラミック成形体のアルミナ及び被膜のアルミナが同時焼結し、外周面１５上に中間層が形成された多孔質支持体１２が得られる。
【００３０】
次に、多孔質支持体１２の表面に対して無電解パラジウムめっき及び電解銀めっきを行う。その後、不活性雰囲気下にて、７５０℃で合金化加熱を行うことにより、Ｐｄ−Ａｇの合金を生成する。その結果、中間層の表面上に、Ｐｄ−Ａｇからなる水素透過性金属膜１３が形成される。なお、この時点で、チューブ１１が完成する。
【００３１】
また、保持部材２１，２２及び板部材２８を形成する。具体的には、まず、アルミナ粉末、有機ビーズ、有機バインダを混合した後、所定の寸法に切断することにより、保持部材２１，２２となる保持部材用セラミック成形体と板部材２８となる板部材用セラミック成形体とを成形する。さらに、上型及び下型を用いてプレス加工を行い、保持部材用セラミック成形体に対して凹部２５及び保持凹部２７を形成する。次に、保持部材用セラミック成形体及び板部材用セラミック成形体を脱脂し、さらに所定温度で所定時間焼成を行う。その結果、保持部材用セラミック成形体及び板部材用セラミック成形体のアルミナが焼結し、保持部材２１，２２及び板部材２８が形成される。なお、焼成後に切削加工を行うことにより、保持部材２１，２２に対して凹部２５及び保持凹部２７を形成してもよい。
【００３２】
その後、保持部材２１の保持凹部２７に対してチューブ１１の第１端部を挿入するとともに、保持凹部２２の保持凹部２７に対してチューブ１１の第２端部を挿入する。その結果、チューブ１１の両端部が保持部材２１，２２によって支持された集積体１０が得られるようになる。次に、得られた集積体１０（保持部材２１，２２）を縦方向に複数積層し、最上段の保持部材２１，２２上に板部材２８を積層する。さらに、ガラスを含むペーストをディスペンサなどを用いて保持部材２１，２２の凹部２５に流し込むことにより、凹部２５にペーストを充填する。さらに、ガラスを含むペーストを、大気雰囲気下で、所定の温度（例えば７００℃〜１０００℃）に加熱する。その結果、ペーストが溶融し、シール材３１が形成される。なお、ペーストを流し込むことによってシール材３１を形成する代わりに、シール材３１を含むペーストを印刷することによって、シール材３１を形成してもよい。また、ガラスを含む板材を凹部２５内に配置した後、溶融させることによって、シール材３１を形成してもよい。その結果、複数のチューブ１１がシール材３１を介して保持部材２１，２２に接合され、縦方向に隣接する保持部材２１，２２同士がシール材３１を介して互いに接合され、最上段の保持部材２１，２２と板部材２８とがシール材３１を介して互いに接合され、水素分離装置１が完成する。
【００３３】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００３４】
（１）本実施形態の水素分離装置１では、隣接するチューブ１１間にガスが通過する空間Ａ１が設けられている。しかも、水素分離装置１は、柱状の多孔質支持体に複数の貫通孔が設けられた従来の構造（いわゆる蓮根状構造）とは異なり、複数の管（筒状の多孔質支持体１２）が互いに独立した構造であるため、ガスが通過する際に抵抗となる多孔質支持体１２を比較的肉薄に形成することができる。以上のことから、ガスが水素分離装置１内を通過する際の圧力損失を小さくすることができる。その結果、多孔質支持体１２の内周面１４と外周面１５との間で水素含有ガスを通過させる場合に、水素含有ガスに含まれる水素が、多孔質支持体１２に形成された水素透過性金属膜１３を透過しやすくなるため、水素透過性金属膜１３の単位面積当りの水素透過量が低下しにくくなる。よって、水素分離装置１を用いて効率良く水素を分離することが可能である。
【００３５】
（２）本実施形態では、保持部材２１，２２の凹部２５にシール材３１を充填するだけで、複数のチューブ１１を同時にかつ容易にシールすることができる。よって、チューブ１１からのガスのリークを容易に防止することができる。
【００３６】
（３）ところで、水素分離装置が、柱状の多孔質支持体に複数の貫通孔が設けられた従来の構造（いわゆる蓮根状構造）を有する場合、流路となる貫通孔同士を互いに接近させて、例えばハニカム状にすることが考えられる。ところが、ハニカム状の多孔質支持体は、大きくなるとともに隔壁が非常に薄くなると、急激な温度上昇に対する耐熱衝撃性が低下するため、破損しやすいという問題がある。一方、本実施形態の水素分離装置１は、流路ごとに独立した複数の多孔質支持体１２によって構成されている。この場合、多孔質支持体１２の耐熱衝撃性が高くなるため、多孔質支持体１２が破損しにくくなる。しかも、本実施形態の多孔質支持体１２は、比較的肉薄であることから体積が比較的小さい（即ち、熱容量が小さい）ため、雰囲気温度に対する追従性が良好である。つまり、急激な温度上昇に対する多孔質支持体１２の耐熱衝撃性が高いため、多孔質支持体１２がよりいっそう破損しにくくなる。
【００３７】
（４）本実施形態では、水素透過性金属膜１３の単位面積当りの水素透過量が低下しにくくなることから、水素透過性金属膜１３の面積を小さくすることができ、ひいては、水素分離装置１全体の小型化が可能となる。よって、自動車の排気管４１（図５参照）などの狭い場所にも水素分離装置１を設置することができる。
【００３８】
（５）本実施形態の水素透過性金属膜１３は、多孔質支持体１２の外周面１５の上に形成された表面膜である。このようにすれば、水素透過性金属膜１３を例えば多孔質支持体１２の内周面１４の上に形成する場合よりも、水素透過性金属膜１３の面積を大きくしやすいため、１本のチューブ１１からより多くの水素を得ることができる。
【００３９】
［第２実施形態］
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に基づき説明する。ここでは、前記第１実施形態と相違する部分を中心に説明する。本実施形態では、チューブの保持構造が前記第１実施形態とは異なっている。
【００４０】
詳述すると、図６，図７に示されるように、本実施形態の水素分離装置５１を構成する集積体６０は、１０本のチューブ６１（水素分離体）と、１つの保持部材７１とを備えている。保持部材７１には、各チューブ６１が一直線上にかつ等ピッチに配置されている。また、保持部材７１は、各チューブ６１同士を互いに離間させた状態で、各チューブ６１の一方の端部のみを保持するようになっている。詳述すると、保持部材７１は、各チューブ６１の第１端部（図７では左端部）を保持している。そして、保持部材７１に設けられた保持凹部７７は、チューブ６１の第１端部が挿入されることにより、チューブ６１の第１端部を保持するようになっている。
【００４１】
なお、各チューブ６１の第２端部（図７では右端部）には、貫通孔６６の第２端部側の開口端を塞ぐキャップ６７が設けられている。また、チューブ６１を構成する水素透過性金属膜６３は、多孔質支持体６２の中央部及び第２端部に形成されている。具体的に言うと、中間層の外周面において、多孔質支持体６２の第１端（図７では左端）から３ｍｍまでの領域は、水素透過性金属膜６３が形成されず、中間層の外周面が露出する露出領域である。そして、残りの領域が、水素透過性金属膜６３の形成領域となる。
【００４２】
なお、図８に示されるように、本実施形態の水素分離装置５１は、前記第１実施形態と同様に、自動車の排気管９１用の水素分離装置として用いられる。この場合、排気管９１の上流側から水素含有ガス（排気ガス等）が供給されると、水素含有ガスは、水素分離装置５１のチューブ６１に接触する。次に、水素透過性金属膜６３により、水素含有ガスから水素が分離される。そして、水素は、多孔質支持体６２を通過してチューブ６１内に導かれた後、排気管９１外に導かれ、エンジン始動時の水素源として利用される。
【００４３】
従って、本実施形態においても、隣接するチューブ６１間にガスが通過する空間Ａ２（図７参照）が設けられている。しかも、水素分離装置５１は、複数の管（筒状の多孔質支持体６２）が互いに独立した構造であるため、ガスの通過部分である多孔質支持体６２を比較的肉薄に形成することができる。以上のことから、ガスが水素分離装置５１内を通過する際の圧力損失を小さくすることができる。その結果、多孔質支持体６２の内周面１４と外周面１５との間で水素含有ガスを通過させる際に、水素含有ガスに含まれる水素が水素透過性金属膜６３を透過しやすくなる。よって、水素分離装置５１を用いて効率良く水素を分離することが可能である。
【００４４】
なお、上記各実施形態を以下のように変更してもよい。
【００４５】
・上記第１実施形態の水素分離装置１では、排気管４１の上流側から供給された水素含有ガスから水素を分離し、分離した水素をチューブ１１内から排気管４１外に導くようになっていた。しかし、図９に示されるように、チューブ１１内を供給されてきた水素含有ガスから水素を分離し、分離した水素を排気管４１内（チューブ１１外）に導くようにしてもよい。なお、排気管４１内に導かれた水素は、排気管４１の上流側から流れてきた排気ガスと反応し、排気ガス中のＮＯｘを浄化させる。
【００４６】
同様に、上記第２実施形態の水素分離装置５１では、排気管９１の上流側から供給された水素含有ガスから水素を分離し、分離した水素をチューブ６１内から排気管９１外に導くようになっていた。しかし、図１０に示されるように、チューブ６１内を供給されてきた水素含有ガスから水素を分離し、分離した水素を排気管９１内（チューブ６１外）に導くようにしてもよい。なお、排気管９１内に導かれた水素は、排気管９１の上流側から流れてきた排気ガスと反応し、排気ガス中のＮＯｘを浄化させる。
【００４７】
・上記第１実施形態の水素分離装置１は、複数のチューブ１１が一直線上に配置された保持部材２１，２２（集積体１０）を、縦方向に３段積層することにより構成されていた。しかし、図１１に示されるように、保持部材１０１，１０２（集積体１０３）を横方向に複数段（ここでは２段）積層することにより、水素分離装置１００を構成してもよい。なお、横方向に隣接する保持部材１０１，１０２は、シール材１０４を介して互いに接合される。さらに、保持部材（集積体）を、縦方向に複数段（例えば３段）積層するとともに、横方向に複数段（例えば２段）積層することにより、水素分離装置を構成してもよい。
【００４８】
また、図１２に示されるように、保持部材１１１，１１２（集積体１１３）を奥行方向に複数段（ここでは２段）積層することにより、水素分離装置１１０を構成してもよい。さらに、保持部材（集積体）を、縦方向に複数段（例えば３段）積層するとともに、奥行方向に複数段（例えば２段）積層することにより、水素分離装置を構成してもよい。また、保持部材（集積体）を、横方向に複数段（例えば２段）積層するとともに、奥行方向に複数段（例えば２段）積層することにより、水素分離装置を構成してもよい。また、図１３に示されるように、保持部材１２１，１２２（集積体１２３）を、縦方向に複数段（ここでは３段）積層し、奥行方向に複数段（ここでは２段）積層し、横方向に複数段（ここでは２段）積層することにより、水素分離装置１２０を構成してもよい。
【００４９】
・上記第２実施形態の水素分離装置５１は、複数のチューブ６１が一直線上に配置された保持部材７１（集積体６０）を、縦方向に３段積層することにより形成されていた。しかし、図１４に示されるように、保持部材１３１（集積体１３２）を横方向に複数段（ここでは２段）積層することにより、水素分離装置１３０を構成してもよい。さらに、保持部材（集積体）を、縦方向に複数段（例えば３段）積層するとともに、横方向に複数段（例えば２段）積層することにより、水素分離装置を構成してもよい。
【００５０】
・図１５，図１６の水素分離装置１４０に示されるように、それぞれの保持部材１４１，１４２（集積体１４３）において、隣接する２つのチューブ１４４（水素分離体）を接続するための折り返し流路１４５（接続流路）を備えていてもよい。このようにした場合、それぞれの保持部材１４１，１４２において、一端（図１６では左端）に位置するチューブ１４４の貫通孔１４６の開口端部がガスの入口となり、他端（図１６では右端）に位置するチューブ１４４の貫通孔１４６の開口端部がガスの出口となる。なお、図１７に示されるように、上記の保持部材１４１，１４２に箱状のカバー部材１４７を取り付けることにより、カバー部材１４７の内部に折り返し流路１４５を収容してもよい。
【００５１】
・上記各実施形態の水素分離装置１，５１は、自動車の排気管４１，９１に設置される水素分離装置であったが、自動車の他の部分に設置される水素分離装置であってもよい。また、上記各実施形態の水素分離装置１，５１を、水素透過性金属膜を用いて水素含有ガスから水素を分離し、分離した水素を所定の反応系に供給して還元反応を生じさせるリアクターとして用いてもよい。
【００５２】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００５３】
（１）上記手段１において、前記シール材は、ガラス、ガラスセラミック、結晶化ガラス、ガラスとセラミックとの複合材のうち少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする水素分離装置。
【００５４】
（２）上記手段１において、前記水素透過性金属膜は、前記多孔質支持体の外周面の上に形成された表面膜であることを特徴とする水素分離装置。
【００５５】
（３）上記手段１において、前記水素透過性金属膜は、前記多孔質支持体の中央部に形成されることを特徴とする水素分離装置。
【００５６】
（４）上記手段１において、前記シール材は、前記保持部材と前記多孔質支持体の端部とを覆うことを特徴とする水素分離装置。
【符号の説明】
【００５７】
１，５１，１００，１１０，１２０，１３０，１４０…水素分離装置
１１，６１，１４４…水素分離体としてのチューブ
１２，６２…多孔質支持体
１３，６３…水素透過性金属膜
１４…多孔質支持体の内周面
１５…多孔質支持体の外周面
２１，２２，７１，１０１，１０２，１１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１４１，１４２…保持部材
２７，７７…保持凹部
３１，１０４…シール材
１４５…接続流路としての折り返し流路
Ａ１，Ａ２…空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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