(57)【要約】【課題】  パラジウムの使用量を従来よりも低減させつつ確実な水素分離機能を有する水素分離シートを提供する。【解決手段】  水素透過性を有するパラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1を含む混合粉を所定厚に成形した基材シートＡ1と、該基材シートＡ1の少なくとも片面に水素透過性金属層Ａ2とを具備し、一方の面から他方の面に向かって水素透過性を有するパラジウム（Ｐｄ）粉ｂ1及び水素透過性金属層Ａ2による連接部が存在することにより水素を透過する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素透過性を有する材料と水素透過性を有さない材料とを混合し所定厚に成形した基材シートと、該基材シートの少なくとも片面に水素透過性を有する層を具備し、一方の面から他方の面に向かって水素透過性を有する材料及び層による連接部が存在し、水素を透過することを特徴とする水素分離シート。
【請求項２】
水素透過性を有する材料を含む混合粉を粉末圧延法によりシート状に成形する圧延工程を有することを特徴とする請求項１の水素分離シートの製造方法。
【請求項３】
基材シートの少なくとも片面に、真空蒸着法、めっき法、スパッタリング法あるいはＣＶＤ法の何れかを用いて水素透過性を有する層を製膜する製膜工程を有することを特徴とする請求項１の水素分離シートの製造方法。
【請求項４】
基材シートの少なくとも片面に水素透過性を有する層を圧着する圧着工程を有することを特徴とする請求項１の水素分離シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素分離シート及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、水素分離膜は半導体製造における高純度水素ガスや燃料電池の燃料となる水素ガスの取得に供されている。従来、このような水素分離膜に関する多くの技術が開発・実用化されているが、これら従来技術の共通点は、多孔質基材上に希少金属であるパラジウム（Ｐd）膜を形成する点である。
【０００３】
例えば、特開平２００３−１３５９４３号公報には、上記従来技術の1つとして、金属多孔体上に多孔質セラミックス層を形成し、この多孔質セラミックス層上にＣＶＤ法を用いてパラジウム膜あるいはパラジウム合金膜を形成する技術が開示されている。この技術によれば、金属多孔体と多孔質セラミックス層とを積層することにより水素分離膜の機械的強度を向上させることができる一方、パラジウム膜あるいはパラジウム合金膜の膜厚を０．３〜５μｍに設定することにより、パラジウム化合物の使用量を抑えつつ良好な機械的強度及び水素透過率を実現している。
【特許文献１】特開平２００３−１３５９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、パラジウムは極めて高価な希少金属である。したがって、水素分離膜のコストを低減するためにはパラジウムの使用量を最小限に抑える必要がある。上記特開平２００３−１３５９４３号公報に開示された技術はパラジウム化合物つまりパラジウムの使用量を抑えることをも念頭に置くものであるが、当該技術よりもさらにパラジウムの使用量を抑えることが可能な技術の開発が切望されている。特に燃料電池用の燃料としての水素ガスの製造にはコスト低減が重要な課題となっており、当該製造コストの低減を実現するためには、水素ガスの製造に供される水素分離膜のコストを低減する必要がある。
【０００５】
一方、パラジウムの使用量を抑えることによって水素分離膜の機能として求められる水素分離機能が不完全なものになることは許されない。すなわち、例えば水素以外の気体が透過できるようなピンホール、つまり一方の面から他方の面に連通する微細孔が水素分離膜に形成されていることは、本来的に許されることではない。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とする。
（１）パラジウムの使用量を従来よりも低減させつつ確実な水素分離機能を有する水素分離シートを提供する。
（２）従来よりも安価な水素分離シートを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、水素分離シートに係わる手段として、水素透過性を有する材料と水素透過性を有さない材料とを混合し所定厚に成形した基材シートと、該基材シートの少なくとも片面に水素透過性を有する層を具備し、一方の面から他方の面に向かって水素透過性を有する材料及び層による連接部が存在し、水素を透過する、という構成を採用する。
【０００８】
一方、本発明では、上記水素分離シートの製造方法に係わる手段として、水素透過性を有する材料を含む混合粉を粉末圧延法によりシート状に成形する圧延工程を有する、という構成を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
上記水素分離シートに係わる手段によれば、一方の面から他方の面に向かって水素透過性を有する材料及び層による連接部が存在することによって水素が透過する。また、水素透過性を有する材料を含む混合粉を用いるため、水素透過性金属紛を全面に設ける従来の水素分離シートよりも水素透過性金属紛つまりパラジウムの使用量を大幅に低減することができる。また、基材シートの少なくとも片面に水素透過性を有する層を設けることによって、基材シートに生じたピンホールを完全に塞ぐことが可能となり、これによって確実な水素分離機能を実現することができる。
一方、上記水素分離シートの製造方法に係わる手段よれば、このような水素分離シートを容易かつ安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係わる水素分離シートＡの外観構成を示す斜視図、また図２は当該水素分離シートＡの拡大断面図である。
【００１１】
本水素分離シートＡは、所定厚の基材シートＡ1の片面に水素透過性金属層Ａ2（水素透過性を有する層）を設けたものである。このような本水素分離シートＡのうち、基材シートＡ1は、図２に示すように、ステンレス粉ａ1（水素透過性を有さない材料）とパラジウム（Ｐｄ）紛ｂ1（水素透過性を有する材料粉）とからなる混合紛を所定厚のシート状に成形したものである。
【００１２】
このような基材シートＡ1は、ステンレス粉ａ1を主として含む基材部Ａ11と、該基材部Ａ11中に分散配置され、一方の面から他方の面に向かって水素透過性を有するパラジウム（Ｐｄ）紛ｂ1が連接した水素透過部Ａ12とから構成されている。上記基材部Ａ11は本水素分離シートＡの機械的強度を担う部分であり、水素透過部Ａ12は、水素を一方の面から他方の面に透過させる水素透過機能を有する。このような基材シートＡ1は、例えば粉末圧延法によって所定厚のシート状に成形されたものである。
【００１３】
一方、本水素分離シートＡのうち、水素透過性金属層Ａ2は真空蒸着法を用いることにより基材シートＡ1の片面に設けられた薄膜である。基材シートＡ1は２０μｍ〜１００μｍ程度の膜厚を有するが、水素透過性金属薄膜Ａ2は、数ミクロン、例えば２〜３μｍ程度の膜厚を有する。粉末圧延法を用いて成型された基材シートＡ1には気体を透過させるピンホールが形成され易いが、基材シートＡ1は、このようなピンホールを確実に塞いで水素のみを一方の面から他方の面に透過させる機能を有する。
【００１４】
次に、図３は上記水素分離シートＡを製造するための製造装置Ｓのシステム構成図である。この製造装置Ｓは、圧延ローラ１Ａ，１Ｂ、焼成炉２、補助ローラ３、入側真空シール装置６、成膜室７、真空蒸着装置８、出側真空シール装置９及びコイラー１０から構成されている。圧延ローラ１Ａ，１Ｂは、互いの周面が所定間隔を隔てて平行対峙するように配置されており、原料紛Ｘを圧延してシート化する。焼成炉２は、上記圧延ローラ１Ａ，１Ｂの下方に設けられており、圧延ローラ１Ａ，１Ｂによってシート化された原料紛Ｘ（原料シート）を焼成して排出する。
【００１５】
補助ローラ３は、焼成炉２から排出されたシート（焼成シート）をさらに圧延して所定の厚さに調節する。入側真空シール装置６は、上記補助ローラ３を通過してきた焼成シートを徐々に減圧して成膜室７に供給する。成膜室７は、上記入側真空シール装置６の下流側に連接されており、内部が所定の真空雰囲気とされた密閉室である。
【００１６】
真空蒸着装置８は、ルツボ８ａと電子銃８ｂとから構成されている。ルツボ８ａは、成膜室７内に設けられており、当該成膜室７内に供給された焼成シートに対向するように１対設けられると共に、蒸発材料であるパラジウム（Ｐｄ）Ｙを収容している。電子銃８ｂは、各ルツボ８ａに対応して１対設けられており、各ルツボ８ａ内のパラジウム（Ｐｄ）Ｙに対して電子ビームを放射する。
【００１７】
このように構成された真空蒸着装置８は、パラジウム（Ｐｄ）Ｙに電子ビームを照射することによって加熱・蒸発させ、片面が当該パラジウム（Ｐｄ）Ｙに対向配置する状態で成膜室７内を順次搬送される焼成シートの片面にパラジウム（Ｐｄ）Ｙを蒸着する。なお、電子銃８ｂから出射される電子ビームは、図示しない偏向磁極装置により発生する磁界によって偏向されて各ルツボ８ａ内のパラジウム（Ｐｄ）Ｙの表面に照射される。
【００１８】
出側真空シール装置９は、上記成膜室７の下流側に設けられており、成膜室７内においてパラジウム（Ｐｄ）Ｙが蒸着された焼成シート（製品シート）を徐々に昇圧して排出する。コイラー１０は、出側真空シール装置９から排出された製品シートを巻き取るものである。
【００１９】
このような製造装置Ｓを用いた水素分離シートＡの製造について、さらに詳しく説明する。本水素分離シートＡを製造する場合、原料紛Ｘは、ほぼ同一粒径のステンレス紛ａ1とパラジウム（Ｐｄ）紛ｂ1とから成る混合紛であり、ステンレス紛ａ1とパラジウム（Ｐｄ）紛ｂ1とが均一に混じり合うように事前処理されたものである。そして、このような原料紛Ｘは、圧延ローラ１Ａ，１Ｂ間に順次連続して供給されることによって原料シートに成形される。
【００２０】
そして、上記原料シートは焼成炉２による焼成処理されることによって焼成シートとなり、さらに補助ローラ３による補助圧延処理を経ることにより基材シートＡ1となる。このようにして製造された基材シートＡ1は、図２に示すように、ステンレス紛ａ1を主として含む基材部Ａ11中に、一方の面に露出したパラジウム（Ｐｄ）紛ｂ1が他方の面に露出したパラジウム（Ｐｄ）紛ｂ1と他のパラジウム（Ｐｄ）紛ｂ1を介して連接して成る水素透過部Ａ12が分散配置された所定厚のシートである。
【００２１】
このような基材シートＡ1は補助ローラ３から入側真空シール装置６を経て成膜室７に順次供給される。成膜室７では、基材シートＡ1の片面（図３では下面）に真空蒸着装置８によってパラジウム（Ｐｄ）Ｙが蒸着され、所定厚のパラジウム（Ｐｄ）薄膜つまり水素透過性金属層Ａ2が製膜される。すなわち、成膜室７において最終的な製品である水素分離シートＡが生成され、この水素分離シートＡは、コイラー１０に製品として順次巻き取られる。
【００２２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態ではステンレス紛ａ1とパラジウム（Ｐｄ）紛ｂ1とから成る混合粉を用いたが、ステンレス紛ａ1に代えて、例えばニッケル（Ｎi）紛、その他の金属紛を用いても良い。
【００２３】
（２）上記実施形態では水素透過性を有する材料紛としてパラジウム（Ｐｄ）紛ｂ1を用いたが、水素透過性を有する材料紛は、このパラジウム（Ｐｄ）紛ｂ1に限定されるものではなく、例えばパラジウム（Ｐｄ）を主成分とするパラジウム（Ｐｄ）合金紛、バナジウム（Ｖ）紛あるいはバナジウム（Ｖ）を主成分とするバナジウム（Ｖ）合金紛としても良い。
【００２４】
（３）また、上記実施形態では、水素透過性金属層Ａ2の製膜方法として真空蒸着法を用いたが本発明はこれに限定されるものではない。真空蒸着法に代えて、メッキ法、スパッタリング法あるいはＣＶＤ法等を用いて水素透過性金属層Ａ2を製膜しても良い。
【００２５】
（４）さらに、上記実施形態では、水素透過性金属層Ａ2を真空蒸着法を用いた製膜によって基材シートＡ1の片面に設けたが、水素透過性金属層Ａ2の設ける方法は、このような製膜に限定されるものではない。例えば、先に成形された水素透過性金属層Ａ2を基材シートＡ1と重ね合わせた状態で押圧することにより基材シートＡ1に圧着しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係わる水素分離シートＡの外観構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる水素分離シートＡの拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わる水素分離シートＡの製造に供される製造装置Ｓのシステム構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
Ａ……水素分離シート
Ａ1……基材シート
Ａ2……水素透過性金属層（水素透過性を有する層）
ａ1……ステンレス紛（水素透過性を有さない材料）
ｂ1……パラジウム（Ｐｄ）紛（水素透過性を有する材料）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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