(57)【要約】【課題】高い水素透過性能を得ると共にかかる圧力差の増大にも対応することのできる水素分離膜、水素分離ユニット、及び水素分離膜の製造方法を提供する。【解決手段】水素分離ユニット１は、水素分離膜１０と、この水素分離膜１０が取り付けられる金属多孔質支持板２０とを備えている。水素分離膜１０の表面に複数のピットを形成することにより、水素分離膜１０に、肉厚の厚いの厚肉部１５と、肉厚の薄い薄肉部１６とを具備させる。また、水素分離膜１０にピットすなわち薄肉部１６を形成する手法として、エッチングを用いる。【選択図】　　　図１
2004008966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合ガス中の水素を選択的に透過させることにより当該水素を分離する水素分離膜であって、
厚肉部と、この厚肉部の間に所定のパターンで形成され且つ当該厚肉部より薄い肉厚を有する薄肉部とを具備させたことを特徴とする水素分離膜。
【請求項２】
前記薄肉部は、エッチングにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の水素分離膜。
【請求項３】
ＰｄあるいはＰｄを含む合金からなることを特徴とする請求項１に記載の水素分離膜。
【請求項４】
表面に耐酸化層を具備させたことを特徴とする請求項１に記載の水素分離膜。
【請求項５】
前記薄肉部が複数形成されると共に、これら複数の薄肉部が千鳥状に配置されることを特徴とする請求項１に記載の水素分離膜。
【請求項６】
混合ガス中の水素を選択的に透過させることにより当該水素を分離する水素分離膜であって、
主として水素を分離する水素分離部と、主として機械的強度を保持するブリッジ部とを備え、当該水素分離部と当該ブリッジ部とを一体的に形成したことを特徴とする水素分離膜。
【請求項７】
混合ガス中の水素を選択的に透過させることにより当該水素を分離する水素分離膜と、前記水素が通過する貫通孔を有し前記水素分離膜が取り付けられる支持体とを備えた水素透過ユニットであって、
前記水素分離膜は、基層と、この基層の上に網目状に形成され且つ当該基層よりもエッチング選択比が高い網目層とを備えることを特徴とする水素分離ユニット。
【請求項８】
前記支持体と前記水素分離膜との接合部には、当該支持体と当該水素分離膜との間の相互拡散を抑制するバリア層を具備させたことを特徴とする請求項７に記載の水素分離ユニット。
【請求項９】
金属又は合金からなる箔を用意し、前記箔の表面にレジストパターンを形成した後、前記箔のうち前記レジストパターンに被覆されていない部位を所定の深さだけエッチングすることを特徴とする水素分離膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合ガス中の水素ガスを分離するのに用いられる水素分離膜、水素分離ユニット、及び水素分離膜の製造方法に係り、特に、高い水素透過性能と機械的強度とを兼ね備えた水素分離膜、水素分離ユニット、及び水素分離膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素分離膜を用いた高純度水素製造の原理は、得ようとする高純度水素に比べて高圧力の原料ガス（水素を含有するもの）を、水素透過性金属箔などを用いた水素分離膜に接触させ、原料ガスのうち水素のみを透過させて水素分離膜の反対側から高純度水素を得るというものである。
従来この種の高純度水素製造に使用される水素分離ユニットとしては、例えばＰｄ又はＰｄを含む合金からなる水素分離膜と、この水素分離膜が取り付けられる多孔質支持体とを備えたものが知られている（例えば特開昭６２−１２１６１６号公報、特開平５−７６７３８号公報、特開平９−２５５３０６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した水素分離ユニットにおいて、更なる高性能化すなわち水素分離性能の向上を図るためには、Ａ．水素分離膜の厚みを薄くして水素透過量を増大させること、Ｂ．水素分離膜の表裏の圧力差すなわち原料ガスと水素ガスとの圧力差を大きくすること、が考えられる。
【０００４】
ここで、Ａに対し、例えば上記特開昭６２−１２１６１６号公報には、ＣＶＤやＰＶＤ等の気相合成法にてＰｄ含有薄膜（水素分離膜）を形成することが記載されており、また、めっきによりＰｄ含有薄膜を得ることも提案されている（例えば特開平５−１２３５４８号公報参照）。
しかしながら、気相合成法やめっきによって水素分離膜を得る手法を採用した場合には、膜の堆積によって多孔質支持体の細孔を塞がなければならないため、必然的に膜厚が厚くなってしまう。また、膜厚を薄くしようとすると、多孔質支持体の比較的大きな細孔の形成部位を完全に塞ぐことができなくなり、ピンホール状の欠陥孔が発生するおそれがある。また、圧延素材には直径数μｍの介在物を含んでいることがあり、圧延のみで薄くしようとすると厚み方向に貫通した欠陥を生じる危険性が高い。
【０００５】
一方、上記特開平５−７６７３８号公報には、圧延によって２〜３μｍの均一厚みを有するＰｄ含有薄膜を得ることが記載されている。
しかしながら、圧延によって一様に薄い水素分離膜を得る手法を採用した場合には、圧延ロールと水素分離膜の母材となる箔との間に存在する直径数μｍの異物を完全に除去することができないため、圧延時に異物の噛み込みが発生して水素分離膜に欠陥孔が生じるおそれがある。
【０００６】
また、上述したいずれの手法によっても、得られるＰｄ含有薄膜の膜厚は一様に薄くなるため、上記Ｂの圧力差の増大に対応するためには、多孔質支持体の構造を複雑なものとしなければならず、多孔質支持体側の水素透過抵抗が大きくなってしまう他、製造コストも上昇してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高い水素透過性能を得ると共にかかる圧力差にも対応することのできる水素分離膜、水素分離ユニット、及び水素分離膜の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明者が鋭意検討を行ったところ、水素分離膜の一部を薄くすることにより、高い水素透過性能と機械的強度とを確保できるのではないか、という知見を得、本発明を案出するに至った。
そこで、本発明者が提案する水素分離膜は、混合ガス中の水素を選択的に透過させることにより当該水素を分離する水素分離膜であって、厚肉部と、この厚肉部の間に所定のパターンで形成され且つこの厚肉部より薄い肉厚を有する薄肉部とを具備させたことを特徴とするものである。
本発明の水素分離膜では、主として薄肉部によって水素分離が行われるため、高い水素透過性能が得られ、また、主として厚肉部によって機械的強度が保持されるため、かかる圧力差の増大にも対応し得る。
【０００９】
また、本発明の水素分離膜の薄肉部は、例えばエッチングで形成することができ、このような手法によれば、容易に薄肉部を得ることができる。更に、本発明の水素分離膜の薄肉部は、ＰｄあるいはＰｄを含む合金で構成することができ、このような材質のものによれば、水素透過性能を向上させることができる。更にまた、水素分離膜の表面に耐酸化層を具備させるようにすれば、混合ガスあるいは水素との接触部における耐酸化性能を向上させることができる。
また、薄肉部が複数形成されるものにおいては、これら複数の薄肉部を千鳥状に配置することにより、水素分離膜の機械的強度を高めることができる。一方、水素分離膜に占める薄肉部の占有面積を向上させると、水素透過性能を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の水素分離膜は、混合ガス中の水素を選択的に透過させることにより当該水素を分離する水素分離膜であって、主として水素を分離する水素分離部と、主として機械的強度を保持するブリッジ部とを備え、これら水素分離部とブリッジ部とを一体的に形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明の水素分離ユニットは、混合ガス中の水素を選択的に透過させることにより水素を分離する水素分離膜と、水素が通過する貫通孔を有し水素分離膜が取り付けられる支持体とを備えた水素透過ユニットであって、水素分離膜は、基層と、この基層の上に網目状に形成され且つこの基層よりもエッチング選択比が高い網目層とを備えることを特徴とするものである。
本発明の水素分離ユニットによれば、主として基層のうち網目層と重ならない部位によって水素分離が行われるため、高い水素透過性能が得られ、また、主として基層と網目層とが重なる部位で機械的強度が保持されるため、かかる圧力差の増大にも対応し得る。更に、網目層を構成する材質が基層を構成する材質よりもエッチング選択比が高い、すなわちエッチングされやすいので、網目状の構造も構成しやすい。
そして、この水素分離膜が支持体に取り付けられることにより、水素透過ユニットを形成し、水素透過装置に供することができる。
【００１２】
ここで、支持体と水素分離膜との接合部に、これら支持体と水素分離膜との間の相互拡散を抑制するバリア層を具備させるようにすれば、支持体と水素分離膜との間の相互拡散に伴って生じる水素透過性能の低下を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の水素分離膜の製造方法は、金属又は合金からなる箔を用意し、箔の表面にレジストパターンを形成した後、箔のうちレジストパターンに被覆されていない部位を所定の深さだけエッチングすることを特徴とするものである。本発明の水素分離膜の製造方法によれば、箔を削り取ることにより水素分離膜を薄肉化しているので、膜を堆積させることにより水素分離膜を得る手法（めっきやＣＶＤ、ＰＶＤ等）や、箔を圧延することにより水素分離膜を得る手法と比較して、欠陥孔の発生を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
―実施の形態１―
図１は、本発明が適用された実施の形態１に係る水素分離ユニット１を示しており、図１（ａ）は原料ガスである混合ガスと接する側からみた正面図、図１（ｂ）はその断面図である。
本実施の形態において、水素分離ユニット１は、断面櫛型状の水素分離膜１０と、この水素分離膜１０が取り付けられる金属多孔質支持板２０（支持体）とを備えている。
【００１５】
本実施の形態において、水素分離膜１０は、図１及び図２に示すように、Ｐｄ−希土類元素合金からなる芯材１１と、混合ガスと接する側にこの芯材１１を覆うように設けられるＰｄ−Ａｇ合金からなる表層材１２（耐酸化層）と、この芯材１１の下側に断面橋げた状に形成されるＰｄ−Ａｇ合金からなる表層材１３とを備えている。尚、水素分離膜１０の詳細については後述する。また、芯材１１は、Ｐｄ−希土類元素に限らず、Ｐｄ−Ｙ合金でもよい。
一方、金属多孔質支持板２０は、複数（本実施の形態では二つ）の金属多孔質板２１、２２を重ね合わせたものからなる。
尚、図１（ａ）において、符号３０は水素分離膜１０の外縁端と金属多孔質支持板２０（具体的には金属多孔質板２１）とを接合する溶接材である。
【００１６】
また、図２は、上述した水素分離ユニット１のうち水素分離膜１０単体を示したものであり、図２（ａ）は水素ガスの透過側（図１（ａ）の裏側）からみた正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線断面図である。
【００１７】
本実施の形態において、水素分離膜１０の一方の表面には、図２（ａ）に示すように、複数のスリット状（端部は円弧状）のピット１４が整列して配置されている。また、ピット１４は、図２（ａ）において図中横方向に対しては直線状に並列配置され、一方、図中縦方向に対しては各列毎に互い違いとなるように配置されている。このようなピット１４の形成により、水素分離膜１０には、肉厚の厚い（本実施の形態では１０μｍ）の厚肉部１５と、肉厚の薄い（本実施の形態では５μｍ）薄肉部１６とが交互に形成されることとなる。
【００１８】
そして、本実施の形態では、図３（ａ）及び（ｃ）に示すように、ピット１４の長径ａが１０〜１０００μｍ、短径ｂが１０〜５０μｍ、隣接するピット１４同士の間隔ｃが２〜５０μｍの範囲より夫々適宜選定される。また、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ピット１４の形成部位に対応する水素分離膜１０の膜厚ｔ１が２〜２０μｍ、ピット１４の非形成部位に対応する水素分離膜１０の膜厚ｔ２が５〜１００μｍの範囲（ただし、ｔ１＜ｔ２）より夫々適宜選定される。
ここで、ピット１４を大きくすれば薄肉部１６の面積を大きくすることができ、これは水素透過性能を向上させるという観点からは好ましいが、その分厚肉部１５の面積が小さくなり、水素分離膜１０自身の機械的強度が低下してしまうこととなる。それゆえ、ピット１４のサイズ及び間隔、そして厚肉部１５及び薄肉部１６の厚みは、水素分離膜１０にかかる混合ガスと水素との圧力差を勘案して選定される。
【００１９】
更に、図４は、金属多孔質支持板２０を構成する各金属多孔質板２１、２２を示したものであり、図４（ａ）は図１（ｂ）のＩＶａ−ＩＶａ線断面図すなわち金属多孔質板２１の断面図、図４（ｂ）は図１（ｂ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線断面図すなわち金属多孔質板２２の断面図である。
本実施の形態において、金属多孔質板２１は、例えば厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ４３０からなり、複数の断面長方形状の貫通孔２１ａを有している。この貫通孔２１ａの長径は１０００μｍ、短径は１８０μｍであり、隣接する貫通孔２１ａ同士の間隔は２０μｍである。また、金属多孔質板２２は、例えば厚さ０．３ｍｍのＳＵＳ４３０からなり、複数の断面長方形状の貫通孔２２ａを有している。この貫通孔２２ａの長径は２０００μｍ、短径は５４０μｍであり、隣接する貫通孔２２ａ同士の間隔は６０μｍである。
そして、各金属多孔質板２１、２２に夫々設けられた貫通孔２１ａ、２２ａは夫々の長径が直交する方向となるように配置されている。また、水素分離膜１０から遠ざかるほど貫通孔の面積が大きくなるように、すなわち、貫通孔２１ａよりも貫通孔２２ａの面積が大きくなるように配列されており、水素透過性能の低下を防止できるようになっている。
【００２０】
次に、図５（ａ）〜（ｅ）に基づき本実施の形態に係る水素分離ユニット１の製造方法を説明する。
まず、図５（ａ）に示すような合金板１００を用意する。すなわち、芯材１１となるＰｄ−希土類元素合金層１０１と、このＰｄ−希土類元素合金層１０１の両面に設けられ表層材１２、１３となるＰｄ−Ａｇ合金層１０２、１０３とを備えたものである。尚、合金板１００の厚さは１０μｍであり、Ｐｄ−希土類元素合金層１０１の厚さは４μｍ、Ｐｄ−Ａｇ合金層１０２の厚さは１μｍ、Ｐｄ−Ａｇ合金層１０３の厚さは５μｍである。
ここで、合金板１００の形成手法としては、多層の場合は、例えばＰｄ−希土類元素合金板の両面にＰｄ−Ａｇ合金板をクラッドするものや、ＣＶＤやＰＶＤあるいはめっき等によってＰｄ−希土類元素合金板の両面にＰｄ−Ａｇ合金膜を付着させるもの等、適宜選択することができる。
【００２１】
次に、エッチング方法の例として、図５（ｂ）に示すように、合金板１００の両面に紫外線硬化型レジストを塗布してフォトレジスト層１１０を形成し、乾燥後、図示しないフォトマスクを介して一方のフォトレジスト層１１０を露光することによってピット１４に対応するパターンの焼き付けを行った後、所定の薬液に浸漬処理することにより、露光された部分のフォトレジスト層１１０が除去され、所望のレジストパターンを得る。
【００２２】
そして、エッチング液中にレジストパターンが形成された合金板１００を浸漬することにより、ウェットエッチングを行う。
すると、図５（ｃ）に示すように、Ｐｄ−Ａｇ合金層１０２のうちフォトレジスト層１１０に覆われていない部位が除去され、Ｐｄ−Ａｇ合金層１０２にはレジストパターンと同じパターンのピット１４が形成される。尚、他方のＰｄ−Ａｇ合金層１０３は、全面がフォトレジスト層１１０で被覆されているため、そのままの状態を保つ。また、エッチング液は、Ｐｄ−Ａｇ合金を溶解する能力は高いものの、Ｐｄ−希土類元素合金を溶解する能力は低い、すなわち、Ｐｄ−希土類元素合金層１０１に対してＰｄ−Ａｇ合金層１０２のエッチング選択比が高くなっているため、Ｐｄ−希土類元素合金層１０１がエッチストッパ層となり、貫通孔すなわち欠陥孔が発生することもない。
【００２３】
その後、所定の薬液に浸漬処理することにより、フォトレジスト層１１０を除去し、図５（ｄ）に示す水素分離膜１０を得る。このとき、エッチングによって形成された薄肉部１６の厚さは５μｍ、残った厚肉部１５の厚さは１０μｍとなっている。
そして、得られた水素分離膜１０の外縁端と金属多孔質支持体２０の金属多孔質板２１とを溶接により接合し（図示せず）、図５（ｅ）に示す水素分離ユニット１を得る。その際、水素分離膜１０の金属多孔質板２１との接触部に予めバリア層４０を設けておくようにすれば、高温中（例えば５００℃）で使用される際、水素分離膜１０及び金属多孔質板２１間の金属元素の相互拡散が抑制され、水素透過性能の低下を防止できる。
【００２４】
次に、本実施の形態に係る水素分離ユニット１の作動について説明する。
図１において、水素分離ユニット１に水素を含む混合ガスが供給される。ここで、供給される混合ガスの温度は例えば５００℃であり、その全圧力は１ＭＰａである。そして、混合ガス中の水素が水素分離膜１０に接すると、Ｐｄの触媒作用により水素分子が水素原子に解離され、解離した水素原子は水素分離膜１０中を透過して裏側へと抜け、再び結合して水素分子となる。尚、透過側の圧力は０．１ＭＰａである。
【００２５】
ここで、図６（ａ）は、水素分離膜１０による水素の分離過程を模式的に示したものであり、矢印αは混合ガス、矢印βは水素を表している。
水素分離膜１０は、多数のピット１４すなわち薄肉部１６を有しており、水素βは主としてこの薄肉部１６を透過する。そして、この薄肉部１６の膜厚は５μｍと非常に薄いため、高い水素透過性能が得られる。すなわち、単位時間当たりの水素透過量は、水素分離膜１０の厚さの逆数に比例するため、図６（ｂ）に示すように、厚肉部１５よりも薄肉部１６を透過する水素量が多くなるのである。
【００２６】
また、ピット１４すなわち薄肉部１６の周囲には、厚さ１０μｍの厚肉部１５が網目のように形成されているため、この厚肉部１５がブリッジとなり、混合ガスαの圧力に抗するための機械的強度も確保される。更に、水素分離膜１０の表面に表層材１２、１３を設けた場合は、Ｐｄ−希土類元素合金単体で水素分離膜１０を構成する態様と比較して、酸化による劣化を防止することができる。
また、本実施の形態では、図１に示すように、水素分離膜１０が金属多孔質支持体２０に取り付けられているので、その機械的強度は更に向上することとなる。
【００２７】
尚、本実施の形態では、板状の水素分離ユニット１について説明を行ったが、これに限られるものではなく、例えば特開平９−２２５３０６号公報に記載されるような円筒状のものとしてもよい。
また、本実施の形態では、水素分離膜１０の一方の表面にピット１４を設けて薄肉部１６を形成するようにしていたが、これに限られるものではなく、水素分離膜１０の両面にピット１４を設けることによって薄肉部１６を形成するようにしてもよい。
更に、本実施の形態では、水素分離膜１０として、Ｐｄを含む合金を用いるようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば本出願人が先に出願した特開２０００−１５９５０３号公報に記載のＮｂ合金系や、Ｚｉ３６Ｎｉ６４アモルファス合金など、水素透過性能を有するものより適宜選定することができる。
更にまた、本実施の形態では、水素分離膜１０として、多層構造を有するものを用いていたが、これに限られるものではなく、例えば単層のＰｄ−希土類元素合金膜に上述した薄肉部１６を形成して用いることも可能である。
【００２８】
また、本実施の形態では、金属多孔質支持板２０に水素分離膜１０を取り付けて水素分離ユニット１を形成しているが、この金属多孔質支持板２０（具体的には金属多孔質板２１、２２）に形成される貫通孔２１ａ、２２ａについては、長方形状のみならず、例えば円形や多角形など適宜設計変更することができる。
そして、金属多孔質支持板２０だけでなく、例えば多孔質焼結体や多孔質ガラス等の多孔質体も水素分離膜１０の支持体として利用することができる。
更に、本実施の形態では、金属多孔質支持板２０に水素分離膜１０を取り付けた水素分離ユニット１を用いて水素分離を行っていたが、水素分離膜１０を単体で使用することも可能である。この場合にも、薄肉部１６により高い水素透過性能を得ることができる共に、厚肉部１５により十分な機械的強度を確保することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、エッチング液中にレジストパターンが形成された合金板１００を浸漬することにより、ピット１４すなわち薄肉部１６を形成するようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば、エッチング液を噴流とし、レジストパターンが形成された合金板１００の表面に垂直に噴射することによってピット１４を形成するようにしてもよい。更に、上述した手法は所謂ウェットエッチングに属するものであるが、これに限られるものではなく、所謂ドライエッチングによるものであってもよい。
更にまた、本実施の形態では、レジストパターンを形成してからエッチングを行うようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば真空中でピット１４のパターンに対応するイオンビームを照射して削り取ることで、直接ピット１４を形成するものであってもよい。
そして、ピット１４の形成手法としては、上述したような削り取りによるものに限らず、例えば、微小突起を有する圧延ロールを用いた圧延などもあり得る。
【００３０】
―実施の形態２―
図７は、本発明が適用された実施の形態２に係る水素分離ユニット１の水素分離膜１０を示しており、図７（ａ）は水素分離膜１０の正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面図である。ここで、本実施の形態に係る水素分離膜１０は、実施の形態１で説明したものと略同様であるが、ピット１４の形状が円状であり、且つ、各ピット１４が千鳥状に配列されている点が異なる。
【００３１】
そして、本実施の形態では、図８（ａ）及び（ｃ）に示すように、ピット１４の直径ｄが１０〜５００μｍ、隣接するピット１４同士の間隔ｅが２〜５０μｍの範囲より夫々適宜選定される。また、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ピット１４の形成部位に対応する水素分離膜１０の膜厚ｔ１が２〜２０μｍ、ピット１４の非形成部位に対応する水素分離膜１０の膜厚ｔ２が５〜１００μｍの範囲（ただし、ｔ１＜ｔ２）より夫々適宜選定される。
【００３２】
本実施の形態では、千鳥状に円状のピット１４を配列して水素分離膜１０を形成するようにしたので、厚肉部１５によるブリッジが更に強固なものとなり、実施の形態１の水素分離膜１０と比べ、更に水素分離膜１０の機械的特性を向上させることができる。
尚、本実施の形態では、水素分離膜１０に千鳥状に円状のピット１４を形成するようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば図９（ａ）に示すように、千鳥状に正方形状のピット１４を形成するようにしてもよい。これは、実施の形態１におけるピット１４の長径ａ＝ピット１４の短径ｂの場合に相当するものである。
また、例えば図９（ｂ）に示すように、円状のピット１４を格子状に整列させることによって水素分離膜１０を構成するようにしてもよい。
【００３３】
図１０は、実施の形態１で用いた水素分離膜１０（実施例１、３）、実施の形態２で用いた水素分離膜１０（実施例２、４）、及びピット１４すなわち薄肉部１６を有していない従来の水素分離膜１０（比較例１）の水素透過性能を比較した結果を示している。尚、芯材１１及び表層材１２，１３はすべて同じ材質のものを用いている。また、水素透過性能比は、比較例１の水素透過性能を１としたときの比率を示している。
この結果から、実施例１及び実施例２は、薄肉部１６を有することにより、比較例１と比べ水素透過性能が向上していることが理解される。
また、実施例１〜４では、実施例１の水素透過性能が高くなっているが、これは、水素分離膜１０の膜厚が薄いのに加えピット１４の形状をスリット状とした場合に、より薄肉部１６の面積を確保できることに起因するものと考えられる。
【００３４】
また、図１１は、種々の手法によって得られる水素分離膜１０の水素透過性能、ガスのリーク発生率、溶接性、及び機械的強度を相対的に比較したものである。
同図において、実施例は実施の形態２で用いた水素分離膜１０単体を、比較例１は圧延により１０〜２０μｍの範囲で得られる水素分離膜１０を、比較例２は圧延により得られる１０μｍ以下の水素分離膜１０を、比較例３は、多孔質焼結体５０の上に蒸着又はめっきを行うことによって得られる１０μｍ以下の水素分離膜１０を、夫々示している。
尚、同図において、符号６０は各水素分離膜１０の外縁端が取り付けられるフレームを示し、符号６１は水素分離膜１０とフレーム６０とを接合する溶接部を示している。ここで、比較例３は、多孔質焼結体５０に対して水素分離膜１０を蒸着又はめっきによって付着させているので、溶接は不要となっている。
また、符号７０は、圧延により水素分離膜１０を形成する際（比較例１、２）、あるいは、圧延により水素分離膜１０の母材を形成する際（比較例３）に噛み込んだ異物（直径数μｍ程度のもの）を示している。
【００３５】
同図において、例えば比較例１では、水素分離膜１０の膜厚が厚いため、異物７０を噛み込んだとしてもリークが発生するおそれは少なく、溶接性も良好である。しかしながら、その分肝心の水素透過性能が低くなってしまうという問題がある。
また、比較例２では、水素分離膜１０の膜厚が薄いため、水素透過性能は良好なものとなる。しかし、異物７０の噛み込みにより貫通孔Ｈが発生し易くなり、リーク発生率が悪くなると共に溶接性や機械特性も低下する。
更に、比較例３では、水素分離膜１０の膜圧が薄いため、水素透過性能は良好なものとなり、また、緻密な多孔質焼結体５０のサポートとした場合、機械的特性もよい。しかし、多孔質焼結体５０の比較的大きな細孔を完全に塞ぐことができなくなることにより貫通孔Ｈが発生し易くなり、リーク発生率が悪くなる。また、メッキ端部でのガスシール性を確保するのが困難である。
これに対し、実施例では、評価対象の四つの項目についてすべて良好な特性を示していることが理解される。尚、実施例では、水素分離膜１０単体について評価を行っているが、金属多孔質支持板２０に水素分離膜１０を取り付けた水素分離ユニット１の場合、更に機械的強度が向上することは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、厚肉部と薄肉部とを有する水素分離膜を用いることにより、主として薄肉部において水素を透過させ、また、主として厚肉部で機械的強度を保持させるようにしたので、高い水素透過性能を得ると共にかかる圧力差の増大にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る水素分離ユニットを示したものであり、（ａ）は原料ガスである混合ガスと接する側（供給側）からみた正面図、（ｂ）はその断面図である。
【図２】実施の形態１に係る水素分離膜を示したものであり、（ａ）は透過側からみた正面図、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図、（ｃ）は図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は実施の形態１におけるピットのサイズを説明する説明図である。
【図４】金属多孔質支持板を構成する各金属多孔質板を示したものであり、（ａ）は図１（ｂ）のＩＶａ−ＩＶａ線断面図、（ｂ）は図１（ｂ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は実施の形態１に係る水素分離ユニットの製造方法を工程順に示したものである。
【図６】（ａ）は水素分離膜による水素の分離過程を説明する模式図であり、（ｂ）は単位時間当たりに厚肉部及び薄肉部を透過する水素量を説明するグラフ図である。
【図７】実施の形態２に係る水素分離膜を示したものであり、（ａ）は水素分離膜の正面図、（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は実施の形態２におけるピットのサイズを説明する説明図である。
【図９】（ａ）（ｂ）は他のピットの配列手法を説明する模式図である。
【図１０】実施の形態１及び実施の形態２で用いた水素分離膜と、従来の水素分離膜との水素透過性能を比較した図表である。
【図１１】実施の形態１及び実施の形態２で用いた水素分離膜と、従来の水素分離膜との水素透過性能、リーク発生率、溶接性、機械的強度を比較した図表である。
【符号の説明】
１…水素分離ユニット、１０…水素分離膜、１１…芯材、１２、１３…表層材、１４…ピット、１５…厚肉部、１６…薄肉部、２０…金属多孔質支持板、２１、２２…金属多孔質板、３０…溶接材、４０…バリア層、１００…合金板、１０１…Ｐｄ−希土類元素合金層、１０２、１０３…Ｐｄ−Ａｇ合金層、１１０…フォトレジスト層
【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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