特許 6181673 パラジウム合金膜ユニット、その収納構造物、及びこれらを用いた水素精製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6181673

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】パラジウム合金膜ユニット、その収納構造物、及びこれらを用いた水素精製方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/22 20060101AFI20170807BHJP

   B01D 63/06 20060101ALI20170807BHJP

   B01D 71/02 20060101ALI20170807BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/22

   B01D63/06

   B01D71/02 500

   C01B3/56 Z

【請求項の数】13

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-1649(P2015-1649)

(22)【出願日】2015年1月7日

(65)【公開番号】特開2015-171705(P2015-171705A)

(43)【公開日】2015年10月1日

【審査請求日】2016年3月3日

(31)【優先権主張番号】特願2014-5545(P2014-5545)

(32)【優先日】2014年1月16日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-31550(P2014-31550)

(32)【優先日】2014年2月21日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000229601

【氏名又は名称】日本パイオニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078732

【弁理士】

【氏名又は名称】大谷 保

(72)【発明者】

【氏名】小宮 由直

(72)【発明者】

【氏名】荒川 秩

(72)【発明者】

【氏名】秋山 敏雄

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 保雄

(72)【発明者】

【氏名】武政 登

【審査官】 中村 俊之

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６２−１２２８３７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０６−１７１９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４９−１１８６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−１５４３０６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０５−３３０８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３７６１６７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００−７１／８２

Ｃ０１Ｂ ３／５０− ３／５８

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器、原料水素供給口、及び純水素取出し口を備えた収納構造物のうち、前記容器に収納され、前記収納構造物と一体となって水素精製装置を構成するパラジウム合金膜ユニットであって、
複数のパラジウム合金細管と、管板と、純水素の取出し配管と、を備え、
前記複数のパラジウム合金細管は、それぞれ、閉口端部と開口端部とを有し、
前記複数の閉口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の一端を封じ、
前記複数の開口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の他端に形成され、
前記管板は、円盤状の外周部と複数の支持部とを有し、
前記複数の支持部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管を前記複数の開口端部において支持し、
前記取出し配管は、取出し配管本体と、前記取出し配管本体の一端に形成され前記外周部と密着する円筒部と、前記取出し配管本体の他端に形成され前記純水素取出し口と接続する取出口継手とを有し、
前記管板がニッケルで構成され、
前記取出し配管がステンレスで構成され、
前記管板と前記取出し配管とがニッケル、クロム、及び鉄の合金により溶接され、
前記管板の直径は、パラジウム合金細管の長さの１／１０以下である、パラジウム合金膜ユニット。

【請求項2】

容器、原料水素供給口、及び純水素取出し口を備えた収納構造物のうち、前記容器に収納され、前記収納構造物と一体となって水素精製装置を構成するパラジウム合金膜ユニットであって、
複数のパラジウム合金細管と、管板と、純水素の取出し配管と、を備え、
前記複数のパラジウム合金細管は、それぞれ、閉口端部と開口端部とを有し、
前記複数の閉口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の一端を封じ、
前記複数の開口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の他端に形成され、
前記管板は、円盤状の外周部と複数の支持部とを有し、
前記複数の支持部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管を前記複数の開口端部において支持し、
前記取出し配管は、取出し配管本体と、前記取出し配管本体の一端に形成され前記外周部と密着する円筒部と、前記取出し配管本体の他端に形成され前記純水素取出し口と接続する取出口継手と、前記円筒部と前記取出口継手との間の位置に前記容器の開口部と密着する容器継手とを有し、
前記管板がニッケルで構成され、
前記取出し配管がステンレスで構成され、
前記管板と前記取出し配管とがニッケル、クロム、及び鉄の合金により溶接され、
前記管板の直径は、パラジウム合金細管の長さの１／１０以下である、パラジウム合金膜ユニット。

【請求項3】

前記管板の中心軸、前記取出し配管の中心軸、及び前記取出口継手の中心軸が、同一の中心軸となるように設定された、請求項１に記載のパラジウム合金膜ユニット。

【請求項4】

前記管板の中心軸、前記取出し配管の中心軸、前記取出口継手の中心軸、及び前記容器継手の中心軸が、同一の中心軸となるように設定された、請求項２に記載のパラジウム合金膜ユニット。

【請求項5】

前記取出口継手は、前記収納構造物の内部に設けられ前記取出口継手と接続する接続部材に対して、取付け及び取外し可能な着脱部を有する、請求項１に記載のパラジウム合金膜ユニット。

【請求項6】

前記取出口継手は、前記収納構造物の内部に設けられ前記取出口継手と接続する接続部材に対して、取付け及び取外し可能な着脱部を有し、
前記容器継手は、前記収納構造物の内部に設けられ前記容器継手と密着する密着部材に対して、取付け及び取外し可能な着脱部を有する、請求項２に記載のパラジウム合金膜ユニット。

【請求項7】

請求項１に記載のパラジウム合金膜ユニットを収納し、前記パラジウム合金膜ユニットと一体となって水素精製装置を構成する収納構造物であって、
端部に形成された開口部を有し、前記開口部から挿通された前記複数のパラジウム合金細管を収納する容器と、
前記容器の外側から前記容器の内側を加熱するヒータと、
不純物を含む原料水素を前記容器に供給する原料水素供給口と、
パラジウム合金膜を透過しない不純物を含むガスを前記容器から取出す不純物含有ガス取出し口と、
前記取出口継手と接続可能な接続部材を有する純水素取出し口と、を備える、収納構造物。

【請求項8】

請求項２に記載のパラジウム合金膜ユニットを収納し、前記パラジウム合金膜ユニットと一体となって水素精製装置を構成する収納構造物であって、
端部に形成された開口部と前記開口部に前記容器継手と密着可能な密着部材とを有し、前記開口部から挿通された前記複数のパラジウム合金細管を収納する容器と、
前記容器の外側から前記容器の内側を加熱するヒータと、
不純物を含む原料水素を前記容器に供給する原料水素供給口と、
パラジウム合金膜を透過しない不純物を含むガスを前記容器から取出す不純物含有ガス取出し口と、
前記取出口継手と接続可能な接続部材を有する純水素取出し口と、を備える、収納構造物。

【請求項9】

前記パラジウム合金膜ユニットが複数であり、
前記パラジウム合金膜ユニットは、個々に前記原料水素供給口及び前記純水素取り出し口を備える、請求項７又は８に記載の収納構造物。

【請求項10】

請求項１に記載のパラジウム合金膜ユニットを、請求項８に記載の収納構造物に収納して水素の精製を行なう方法であって、
前記複数のパラジウム合金細管を所定の期間使用した後、
前記複数のパラジウム合金細管の機械的強度が低下した後、又は、
前記複数のパラジウム合金細管の周辺部からガスの漏洩が発生した後、
前記複数のパラジウム合金細管を含む前記パラジウム合金膜ユニットを新規なパラジウム合金膜ユニットに交換して、水素の精製を行なう、水素精製方法。

【請求項11】

請求項２に記載のパラジウム合金膜ユニットを、請求項９に記載の収納構造物に収納して水素の精製を行なう方法であって、
前記複数のパラジウム合金細管を所定の期間使用した後、
前記複数のパラジウム合金細管の機械的強度が低下した後、又は、
前記複数のパラジウム合金細管の周辺部からガスの漏洩が発生した後、
前記複数のパラジウム合金細管を含む前記パラジウム合金膜ユニットを新規なパラジウム合金膜ユニットと交換して水素の精製を行なう、水素精製方法。

【請求項12】

パラジウム合金膜ユニットを収納し、前記パラジウム合金膜ユニットと一体となって水素精製装置を構成する収納構造物であって、
端部に形成された開口部を有し、前記開口部から挿通された前記複数のパラジウム合金細管を収納する容器と、
前記容器の外側から前記容器の内側を加熱するヒータと、
不純物を含む原料水素を前記容器に供給する原料水素供給口と、
パラジウム合金膜を透過しない不純物を含むガスを前記容器から取出す不純物含有ガス取出し口と、
前記取出口継手と接続可能な接続部材を有する純水素取出し口と、を備え、
前記パラジウム合金膜ユニットは、複数のパラジウム合金細管と、管板と、純水素の取出し配管と、を備え、
前記複数のパラジウム合金細管は、それぞれ、閉口端部と開口端部とを有し、
前記複数の閉口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の一端を封じ、
前記複数の開口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の他端に形成され、
前記管板は、円盤状の外周部と複数の支持部とを有し、
前記複数の支持部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管を前記複数の開口端部において支持し、
前記取出し配管は、取出し配管本体と、前記取出し配管本体の一端に形成され前記外周部と密着する円筒部と、前記取出し配管本体の他端に形成され前記純水素取出し口と接続する取出口継手とを有し、
前記パラジウム合金膜ユニットが複数であり、
前記パラジウム合金膜ユニットは、個々に前記原料水素供給口及び前記純水素取り出し口を備える、収納構造物。

【請求項13】

パラジウム合金膜ユニットを収納し、前記パラジウム合金膜ユニットと一体となって水素精製装置を構成する収納構造物であって、
端部に形成された開口部を有し、前記開口部から挿通された前記複数のパラジウム合金細管を収納する容器と、
前記容器の外側から前記容器の内側を加熱するヒータと、
不純物を含む原料水素を前記容器に供給する原料水素供給口と、
パラジウム合金膜を透過しない不純物を含むガスを前記容器から取出す不純物含有ガス取出し口と、
前記取出口継手と接続可能な接続部材を有する純水素取出し口と、を備え、
前記パラジウム合金膜ユニットは、複数のパラジウム合金細管と、管板と、純水素の取出し配管と、を備え、
前記複数のパラジウム合金細管は、それぞれ、閉口端部と開口端部とを有し、
前記複数の閉口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の一端を封じ、
前記複数の開口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の他端に形成され、
前記管板は、円盤状の外周部と複数の支持部とを有し、
前記複数の支持部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管を前記複数の開口端部において支持し、
前記取出し配管は、取出し配管本体と、前記取出し配管本体の一端に形成され前記外周部と密着する円筒部と、前記取出し配管本体の他端に形成され前記純水素取出し口と接続する取出口継手と、前記円筒部と前記取出口継手との間の位置に前記容器の開口部と密着する容器継手とを有し、
前記パラジウム合金膜ユニットが複数であり、
前記パラジウム合金膜ユニットは、個々に前記原料水素供給口及び前記純水素取り出し口を備える、収納構造物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パラジウム合金薄膜の水素ガス選択透過性を利用した水素精製に関する。本発明は、詳細には、パラジウム合金細管等を備えたパラジウム合金膜ユニット、前記パラジウム合金膜ユニットを収納し、前記パラジウム合金膜ユニットと一体となって水素精製装置を構成する収納構造物、及びこれらを用いた水素精製方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、多量の高純度の水素ガスが雰囲気ガスとして半導体製造工程で使用されている。半導体の集積度が向上したことにより、このような水素ガスには、不純物の濃度が極めて低濃度（ｐｐｂレベル以下）であることが要求される。
一方、多量の高純度の水素を工業的に製造する方法としては、メタノール、ジメチルエーテル、天然ガス、液化石油ガス等から水蒸気改質反応により得られる改質ガスを、深冷吸着法、圧力スイング法等により、水素と水素以外のガスとに分離して水素を得る方法が知られている。

【0003】

深冷吸着法は、液化窒素を冷媒として極低温化された吸着材が充填された吸着筒に水素含有ガスを流通し、水素以外の不純物を除去する精製方法である。圧力スイング法は、複数の吸着筒に水素含有ガスを順次流通するとともに、昇圧、不純物の吸着、不純物の脱着、及び吸着材の再生の各操作を繰返して、水素以外の不純物を除去する精製方法である。前記のような改質ガスには、水素のほか、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、窒素、水等が含まれるが、深冷吸着法、圧力スイング法では、これらの不純物を極めて低濃度（ｐｐｂレベル以下）になるまで除去することは困難であった。

【0004】

これに対して、極めて高純度の水素ガスを、比較的に少量で得る方法として、不純物を含む原料水素をパラジウム合金の薄膜からなる水素分離膜に供給し、水素ガスの選択透過性を利用して、原料水素のうち水素のみを透過させて取出す方法が知られている。このような水素精製のための装置は、不純物を含む原料水素の導入口、純水素の取出口、及び該導入口と該取出口との間のガス流路中にパラジウム合金の薄膜を備えてなる水素精製装置である。そのような装置は、例えば、特許文献１〜３に示すように、一端が封じられた複数のパラジウム合金細管（水素分離膜）が、他端の開口部で管板に支持されてセル内に収納され、このパラジウム合金細管及び管板によってセル内が一次側空間（不純物を含む原料水素の供給側空間）及び二次側空間（純水素の取出し側空間）の二つの空間に仕切られた構成を有する水素精製装置である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６２−１２８９０３号公報

【特許文献2】特開平１−１４５３０２号公報

【特許文献3】特開平１−１４５３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

パラジウム合金の水素分離膜を利用した水素精製方法は、深冷吸着法、圧力スイング法と比較して、前述のように高純度の水素ガスが得られるほか、装置を小型化、簡素化できるという長所があるが、単位時間当たりの純水素の取出し量が少ないという短所がある。
尚、水素分離膜の単位面積当りの水素透過量Ｑは、Ｑ＝Ａｔ^−１（Ｐ_１^１／２−Ｐ_２^１／２）で表される。ここで、式中、Ａは分離膜の種類、操作条件等による数値、ｔは膜厚、Ｐ_１は一次側空間の水素分圧、Ｐ_２は二次側空間の水素分圧を表す。

【0007】

前述のような水素精製装置においては、適量の純水素を確保するため、パラジウム合金細管（水素分離膜）の膜厚が、通常、１００μｍ以下に設定されている。そのため、水素精製装置を長期間使用すると、パラジウム合金細管の機械的強度が低下し、やがてパラジウム合金細管が破壊してしまう。そこで、破壊する前に、つまり、所定の期間使用した後に、破壊しそうなパラジウム合金細管を新規なパラジウム合金細管と取替える必要がある。
また、例えば、一次側空間の水素分圧Ｐ_１と二次側空間の水素分圧Ｐ_２との間の差を大きくすれば、精製水素の取出し量の増加を図ることが可能である。しかし、そのようにすると、パラジウム合金細管の機械的強度の低下が早まり、パラジウム合金細管を頻繁に取替える必要が生じる。さらに、パラジウム合金細管の機械的強度の低下を見逃し、パラジウム合金細管の周辺部からガスの漏洩が発生した後は、パラジウム合金細管を早急に取替える必要がある。

【0008】

パラジウム合金細管を新規なパラジウム合金細管と取替える場合、管板から不具合があるパラジウム合金細管を取外し、新規なパラジウム合金細管を取付けることは困難である。また複数のパラジウム合金細管及びこれらを支持する管板を一緒に新規な複数のパラジウム合金細管及びこれらを支持する管板と交換する場合は、水素精製装置からの管板の取付け取外し、及び機密性の確保をすることに手間がかかっていた。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、パラジウム合金細管からなる水素分離膜を利用した水素精製において、パラジウム合金細管を容易に取替えることが可能な手段を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、前述のような水素精製装置を、複数本のパラジウム合金細管、該パラジウム合金細管を支持する円盤状の管板、及び純水素の取出し配管からなる構成部（パラジウム合金膜ユニット）と、これらを収納する容器、容器内を加熱するヒータ、及び水素精製に必要な各種ガスの出入口からなる構成部（収納構造物）に分離し、継手を用いることにより、一体に組合せたときに内部の機密性を損なうことなく、これらの構成部の合体及び分離が容易となり、パラジウム合金細管を容易に取替えることが可能であることを見出し、以下の（１）から（１１）の本発明に到達した。

【0010】

（１） 容器、原料水素供給口、及び純水素取出し口を備えた収納構造物のうち、前記容器に収納され、前記収納構造物と一体となって水素精製装置を構成するパラジウム合金膜ユニットであって、
複数のパラジウム合金細管と、管板と、純水素の取出し配管と、を備え、
前記複数のパラジウム合金細管は、それぞれ、閉口端部と開口端部とを有し、
前記複数の閉口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の一端を封じ、
前記複数の開口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の他端に形成され、
前記管板は、円盤状の外周部と複数の支持部とを有し、
前記複数の支持部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管を前記複数の開口端部において支持し、
前記取出し配管は、取出し配管本体と、前記取出し配管本体の一端に形成され前記外周部と密着する円筒部と、前記取出し配管本体の他端に形成され前記純水素取出し口と接続する取出口継手とを有する、パラジウム合金膜ユニット。

【0011】

（２） 容器、原料水素供給口、及び純水素取出し口を備えた収納構造物のうち、前記容器に収納され、前記収納構造物と一体となって水素精製装置を構成するパラジウム合金膜ユニットであって、
複数のパラジウム合金細管と、管板と、純水素の取出し配管と、を備え、
前記複数のパラジウム合金細管は、それぞれ、閉口端部と開口端部とを有し、
前記複数の閉口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の一端を封じ、
前記複数の開口端部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管の他端に形成され、
前記管板は、円盤状の外周部と複数の支持部とを有し、
前記複数の支持部は、それぞれ、前記複数のパラジウム合金細管を前記複数の開口端部において支持し、
前記取出し配管は、取出し配管本体と、前記取出し配管本体の一端に形成され前記外周部と密着する円筒部と、前記取出し配管本体の他端に形成され前記純水素取出し口と接続する取出口継手と、前記円筒部と前記取出口継手との間の位置に前記容器の開口部と密着する容器継手とを有する、パラジウム合金膜ユニット。

【0012】

（３） 前記管板の中心軸、前記取出し配管の中心軸、及び前記取出口継手の中心軸が、同一の中心軸となるように設定された、（１）に記載のパラジウム合金膜ユニット。

【0013】

（４） 前記管板の中心軸、前記取出し配管の中心軸、前記取出口継手の中心軸、及び前記容器継手の中心軸が、同一の中心軸となるように設定された、（２）に記載のパラジウム合金膜ユニット。

【0014】

（５） 前記管板がニッケルで構成され、
前記取出し配管がステンレスで構成され、
前記管板と前記取出し配管とがニッケル、クロム、及び鉄の合金により溶接された、（１）又は（２）に記載のパラジウム合金膜ユニット。

【0015】

（６） 前記取出口継手は、前記収納構造物の内部に設けられ前記取出口継手と接続する接続部材に対して、取付け及び取外し可能な着脱部を有する、（１）に記載のパラジウム合金膜ユニット。

【0016】

（７） 前記取出口継手は、前記収納構造物の内部に設けられ前記取出口継手と接続する接続部材に対して、取付け及び取外し可能な着脱部を有し、
前記容器継手は、前記収納構造物の内部に設けられ前記容器継手と密着する密着部材に対して、取付け及び取外し可能な着脱部を有する、（２）に記載のパラジウム合金膜ユニット。

【0017】

（８） （１）に記載のパラジウム合金膜ユニットを収納し、前記パラジウム合金膜ユニットと一体となって水素精製装置を構成する収納構造物であって、
端部に形成された開口部を有し、前記開口部から挿通された前記複数のパラジウム合金細管を収納する容器と、
前記容器の外側から前記容器の内側を加熱するヒータと、
不純物を含む原料水素を前記容器に供給する原料水素供給口と、
パラジウム合金膜を透過しない不純物を含むガスを前記容器から取出す不純物含有ガス取出し口と、
前記取出口継手と接続可能な接続部材を有する純水素取出し口と、を備える、収納構造物。

【0018】

（９） （２）に記載のパラジウム合金膜ユニットを収納し、前記パラジウム合金膜ユニットと一体となって水素精製装置を構成する収納構造物であって、
端部に形成された開口部と前記開口部に前記容器継手と密着可能な密着部材とを有し、前記開口部から挿通された前記複数のパラジウム合金細管を収納する容器と、
前記容器の外側から前記容器の内側を加熱するヒータと、
不純物を含む原料水素を前記容器に供給する原料水素供給口と、
パラジウム合金膜を透過しない不純物を含むガスを前記容器から取出す不純物含有ガス取出し口と、
前記取出口継手と接続可能な接続部材を有する純水素取出し口と、を備える、収納構造物。

【0019】

（１０） （１）に記載のパラジウム合金膜ユニットを、（８）に記載の収納構造物に収納して水素の精製を行なう方法であって、
前記複数のパラジウム合金細管を所定の期間使用した後、
前記複数のパラジウム合金細管の機械的強度が低下した後、又は、
前記複数のパラジウム合金細管の周辺部からガスの漏洩が発生した後、
前記複数のパラジウム合金細管を含む前記パラジウム合金膜ユニットを新規なパラジウム合金膜ユニットに交換して、水素の精製を行なう、水素精製方法。

【0020】

（１１） （２）に記載のパラジウム合金膜ユニットを、（９）に記載の収納構造物に収納して水素の精製を行なう方法であって、
前記複数のパラジウム合金細管を所定の期間使用した後、
前記複数のパラジウム合金細管の機械的強度が低下した後、又は、
前記複数のパラジウム合金細管の周辺部からガスの漏洩が発生した後、
前記複数のパラジウム合金細管を含む前記パラジウム合金膜ユニットを新規なパラジウム合金膜ユニットと交換して水素の精製を行なう、水素精製方法。

【発明の効果】

【0021】

本発明は、複数本のパラジウム合金細管、該パラジウム合金細管を支持する円盤状の管板、及び純水素の取出し配管等からなるパラジウム合金膜ユニットと、容器、原料水素供給口、及び純水素取出し口等からなる収納構造物を、１つ又は２つの継手（取出口継手、容器継手）により、水素精製装置に容易に組立て、また容易に分離できるようにしたものである。本発明はこのような構成なので、例えば、パラジウム合金細管の機械的強度が低下した場合等、パラジウム合金細管の交換が必要なときに、一体に組合せたときの内部の機密性を損なうことなく、パラジウム合金膜ユニットごと容易に新規なものと交換することが可能である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明は、一端が封じられたパラジウム合金細管とパラジウム合金細管の開口端を支持する管板によってセル内部が一次側空間と二次側空間に仕切られ、不純物を含む水素を一次側空間から導入し、パラジウム合金細管を透過させて二次側空間から純水素を取出す水素精製装置あるいは水素精製方法に適用される。
また、本発明に適用される原料水素としては、メタノール、ジメチルエーテル、天然ガス、液化石油ガス等から水蒸気改質反応により得られる改質ガス、該改質ガスを、深冷吸着法、圧力スイング法等により予備的に精製した比較的に高純度の水素が挙げられる。これらの方法により得られた水素は、通常は、ボンベ、貯蔵タンク等の貯蔵装置に備蓄される。
本発明により得られる極めて高純度の精製水素は、例えば半導体製造工程における雰囲気ガス（キャリアガス）として使用される。さらに、例えばハイブリッド車、電気自動車に利用するための燃料電池等の原料として使用することもできる。

【0023】

図１から図８を参照して、本発明のパラジウム合金膜ユニット、その収納構造物、及びこれらを用いた水素精製方法を説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
図１は、本発明の第１形態のパラジウム合金膜ユニットの一例を示す構成図である。
図２は、本発明の第２形態のパラジウム合金膜ユニットの一例を示す構成図である。
図３は、本発明に使用される配管の継手の例を示す斜視図である。
図４は、図１、図２のパラジウム合金膜ユニットの管板の位置における断面の一例を示す構成図である。
図５は、本発明の第１形態の収納構造物の一例を示す構成図である。
図６は、本発明の第２形態の収納構造物の一例を示す構成図である。
図７は、パラジウム合金膜ユニットの容器継手と収納構造物の容器の開口部の接続構造の一例を示す断面図である。
図８は、本発明のパラジウム合金膜ユニットとその収納構造物を一体に組合せた水素精製装置の例を示す構成図である。

【0024】

図５、図６に示すように、本発明のパラジウム合金膜ユニット１００、１００ａは、容器９、原料水素供給口１１、及び純水素取出し口１３を備えた収納構造物２００、２００ａのうち、容器９に収納され、収納構造物２００、２００ａと一体となって水素精製装置３００、３００ａを構成するパラジウム合金膜ユニット１００，１００ａである。以下、本発明の第１形態のパラジウム合金膜ユニット１００と第２形態のパラジウム合金膜ユニット１００ａについて詳細に説明する。

【0025】

図１に示すように、本発明の第１形態のパラジウム合金膜ユニット１００は、それぞれの一端が封じられ、それぞれの他端に開口端部６を有する複数のパラジウム合金細管１、開口端部６においてパラジウム合金細管１を支持する円盤状の管板２、及び、一端に管板２の外周部２ｂと密着する円筒部３を有し、他端に収納構造物２００の純水素取出し口１３と接続する取出口継手４を有する純水素の取出し配管５を備える。前記の円盤状の管板２、純水素の取出し配管５、及び取出口継手４の中心軸は、通常は同一の中心軸となるように設定される。

【0026】

詳細に説明すると、パラジウム合金膜ユニット１００は、複数のパラジウム合金細管１と、管板２と、純水素の取出し配管５と、を備える。複数のパラジウム合金細管１は、それぞれ、閉口端部７と開口端部６とを有する。複数の閉口端部７は、それぞれ、複数のパラジウム合金細管１の一端を封じている。複数の開口端部６は、それぞれ、複数のパラジウム合金細管１の他端に形成されている。管板２は、管板本体２ａと、円盤状の外周部２ｂと、複数の支持部２ｃとを有する（図４参照）。複数の支持部２ｃは、それぞれ、複数のパラジウム合金細管１を複数の開口端部６において支持する。各支持部２ｃは、例えば、管板本体２ａに形成された貫通孔である。
取出し配管５は、取出し配管本体８と、取出し配管本体８の一端に形成され外周部２ｂと密着する円筒部３と、取出し配管本体８の他端に形成され純水素取出し口１３（図５参照）と接続する取出口継手４とを有する。パラジウム合金ユニット１００に対する取出し配管５の長さの割合は、パラジウム合金ユニット１００が取り付けられる収納構造物２００や、水素精製装置３００のサイズに適合するよう、設定される。

【0027】

図２に示すように、本発明の第２形態のパラジウム合金膜ユニット１００ａは、それぞれの一端が封じられ、それぞれの他端に開口端部６を有する複数のパラジウム合金細管１、開口端部６においてパラジウム合金細管１を支持する円盤状の管板２、及び、一端に管板２の外周部２ｂと密着する円筒部３を有し、他端に収納構造物２００ａの純水素取出し口１３と接続する取出口継手４を有し、円筒部３と取出口継手４との間の位置に収納構造物２００ａの容器９の開口部１４と密着する容器継手４ａを有する純水素の取出し配管５を備える。前記の円盤状の管板２、純水素の取出し配管５、取出口継手４、及び容器継手４ａの中心軸は、通常は同一の中心軸となるように設定される。取出口継手４及び容器継手４ａには、例えば、ニッケル製の金属パッキンが使用される。また、容器継手４ａは、水素精製中約３００℃まで上昇するので、これに耐える材料であれば特に限定されない。

【0028】

詳細に説明すると、パラジウム合金膜ユニット１００ａは、複数のパラジウム合金細管１と、管板２と、純水素の取出し配管５と、を備える。複数のパラジウム合金細管１は、それぞれ、閉口端部７と開口端部６とを有する。複数の閉口端部７は、それぞれ、複数のパラジウム合金細管１の一端を封じる。複数の開口端部６は、それぞれ、複数のパラジウム合金細管１の他端に形成されている。管板２は、管板本体２ａと、円盤状の外周部２ｂと、複数の支持部２ｃとを有する（図４参照）。複数の支持部２ｃは、それぞれ、複数のパラジウム合金細管１を複数の開口端部６において支持する。各支持部２ｃは、例えば、管板本体２ａに形成された貫通孔である。取出し配管５は、取出し配管本体８と、取出し配管本体８の一端に形成され外周部２ｂと密着する円筒部３と、取出し配管本体８の他端に形成され純水素取出し口１３（図６参照）と接続する取出口継手４と、円筒部３と前記取出口継手４との間の位置に前記容器９の開口部１４（図６参照）と密着する容器継手４ａとを有する。

【0029】

図１に示すように、本発明のパラジウム合金膜ユニットにおいて使用されるパラジウム合金細管１は、管板２側の一端に開口端部６を有し、反対側の一端である他端に閉口端部７を有する管からなる。パラジウム合金細管１は、長さが通常２０〜２００ｃｍ、外径が通常１．０〜５．０ｍｍ、厚みが通常３０〜１００μｍである。また、パラジウム合金細管１は、１個のパラジウム合金膜ユニット１００又は１００ａに対して３〜１０００本使用される。これらの配置については特に制限がないが、隣接するパラジウム合金細管同士の間隔は、通常１．０〜２．５ｍｍとなるように設定される。

【0030】

前述のパラジウム合金細管１の構成成分としては、パラジウムと銅を主成分とする合金、パラジウムと銀を主成分とする合金、パラジウムと銀と金を主成分とする合金を例示することができる。これらの合金を用いる場合、パラジウム５０〜７０ｗｔ％と銅３０〜５０ｗｔ％との合金、パラジウム６０〜９０ｗｔ％と銀１０〜４０ｗｔ％との合金、パラジウム６０〜８０ｗｔ％と銀１０〜３７ｗｔ％と金３〜１０ｗｔ％の合金が好ましい。パラジウム合金はその他の金属を含んでいてもよいが、前記の金属は、通常は９５ｗｔ％以上、好ましくは９９ｗｔ％以上含有される。

【0031】

本発明において使用される管板２は、通常は厚みが３〜３０ｍｍの円盤である。また、管板２の直径は、パラジウム合金細管１の径や本数等により異なるが、通常は１０〜２００ｍｍであり、好ましくは１５〜５０ｍｍである。また、管板２の直径は、パラジウム合金細管１の長さの１／１０以下であることが好ましく、さらに１／１５以下であることがより好ましい。その理由は、パラジウム合金膜ユニット１００、１００ａを細長い形状とすることにより、取出し配管５の円筒部３の径、取出し配管５の容器継手４ａの径が小さくなり、その結果、パラジウム合金膜ユニット１００、１００ａを容器９に収納し（図５、図６参照）、水素の精製を行なう際に、これらの近辺からのガス漏洩をより確実に防止できるからである。
図３に示すように、管板２には、予めパラジウム合金細管１を取付ける位置に、これを挿入するための貫通孔が設けられる。パラジウム合金細管１の管板２への支持は、溶接等により行なわれる。支持部２ｃは、この貫通孔や溶接により構成される。その際、水素分離膜を透過した純水素の流路空間を確保するために、必要に応じてパラジウム合金細管１の内部にコイル状のスプリングを挿入することもできる。尚、管板２はニッケル製であることが好ましい。

【0032】

本発明において使用される純水素の取出し配管５は、管板２側の端部に該管板２の外周部２ｂと密着する円筒部３を有している。円筒部３は、管板２との密着部においてガス漏れがないように、少なくとも管板２の外周部２ｂの側面において円筒に形成されていればよく、取出し配管本体８と管板２との間の部分は、その断面が図１に示すようなコの字形状のほか、円錐台の形状、半円の形状、又はこれらに類似する形状等であってもよい。また、純水素の取出し配管５は、管板２と反対側の端部に、収納構造物２００、２００ａの純水素取出し口１３と接続する取出口継手４、例えば図３（１）（２）に示すような雄型又は雌型の継手を有している。

【0033】

さらに、本発明の第２形態のパラジウム合金膜ユニットに関しては、純水素の取出し配管５は、円筒部３と継手４との間の位置に、収納構造物２００ａの容器９の開口部１４と密着する容器継手４ａ、例えば、図３（３）に示すような雌型又は雄型（図示しない）の継手を有している。容器継手４ａは、通常はパラジウム合金細管１の長さや収納構造物２００ａの容器９の長さとの関係で、好ましい位置において純水素の取出し配管５の取出し配管本体８に固定して取付けられる。

【0034】

これらの取出口継手４、容器継手４ａは、後述する収納構造物２００、２００ａの内部に設けられたこれらの継手と接続又は密着する部材（接続部材１３ａ、密着部材１４ａ）に対して、取付け取外しが自在となるように設定される。即ち、取出口継手４は、収納構造物２００、２００ａの内部に設けられ取出口継手４と接続する接続部材１３ａに対して、取付け及び取外し可能な着脱部４１を有する。また、容器継手４ａは、収納構造物２００ａの内部に設けられ容器継手４ａと接続する密着部材１４ａに対して、取付け及び取外し可能な着脱部４１ａを有する。例えば、収納構造物２００の純水素取出し口１３が雄型の継手を有する場合、取出口継手４はこれに螺合する雌型の継手となり、収納構造物２００の純水素取出し口１３が雌型の継手を有する場合、取出口継手４はこれに螺合する雄型の継手となる。また、同様に収納構造物２００ａの容器９の開口部１４が雄型の継手を有する場合、容器継手４ａはこれに螺合する雌型の継手となり、収納構造物２００ａの容器９の開口部１４が雌型の継手を有する場合、容器継手４ａはこれに螺合する雄型の継手となる。

【0035】

尚、取出口継手４は、パラジウム合金細管１を透過した純水素を、漏洩することなく収納構造物２００の純水素取出し口１３に供給することができる機能を有し、また容器継手４ａは、収納構造物２００ａの容器９の開口部１４との機密性を確保することができる機能を有すれば、特に継手の種類、構造、大きさ等に制限されることがなく、例えばネジがないワンタッチ継手等も使用可能である。また、相手部材である収納構造物内の継手が、単独で前記のような機能を有する場合、純水素の取出し配管５の当該部分は、円筒等の形状を有する単純な構造の配管であってもよく、このような場合も本発明に含まれるものである。純水素の取出し配管５は、円筒部３、取出口継手４、及び容器継手４ａを含めてステンレス製であることが好ましく、管板２と円筒部３は、ニッケル、クロム、及び鉄の合金により溶接されることが好ましい。

【0036】

図５、図６に示すように、本発明の収納構造物２００、２００ａは、前述のようなパラジウム合金膜ユニット１００、１００ａを収納し、該パラジウム合金膜ユニット１００、１００ａと一体となって水素精製装置３００、３００ａを構成する。本発明の収納構造物２００、２００ａは、前述のようなパラジウム合金膜ユニット１００、１００ａのうち、少なくともパラジウム合金細管１、管板２、及び純水素の取出し配管５の円筒部３を容器９に収納する。以下、本発明の第１形態の収納構造物２００と第２形態の収納構造物２００ａについて詳細に説明する。

【0037】

図５（実線部分）に示すように、本発明の第１形態の収納構造物２００は、第１形態のパラジウム合金膜ユニット１００を収納するＵの字形状又はコの字形状の容器９、容器９の外側から該容器内を加熱するヒータ１０、不純物を含む原料水素を容器９に供給する原料水素供給口１１、パラジウム合金膜を透過しない不純物を含むガスを該容器から取出す不純物含有ガス取出し口１２、及び、第１形態のパラジウム合金膜ユニットの純水素の取出し配管５の一端に設けられた取出口継手４と接続可能な部材（接続部材１３ａ）を有する純水素取出し口１３を備えてなる収納構造物である。

【0038】

より詳細に説明すると、本発明の第１形態の収納構造物２００は、第１形態のパラジウム合金膜ユニット１００を収納し、パラジウム合金膜ユニット１００と一体となって水素精製装置３００を構成する。収納構造物２００は、端部に形成された開口部１４を有し、開口部１４から挿通された複数のパラジウム合金細管１を収納する容器９と、容器９の外側から容器９の内側を加熱するヒータ１０と、不純物を含む原料水素を容器９に供給する原料水素供給口１１と、パラジウム合金膜を透過しない不純物を含むガスを容器９から取出す不純物含有ガス取出し口１２と、取出口継手４と接続可能な接続部材１３ａを有する純水素取出し口１３と、を備える。

【0039】

図６（実線部分）に示すように、本発明の第２形態の収納構造物２００ａは、Ｕの字形又はコの字形の形状を有し、開口部１４に第２形態のパラジウム合金膜ユニット１００ａの容器継手４ａと密着可能な部材を有する、パラジウム合金膜ユニットを収納する容器９、容器９の外側から容器９内を加熱するヒータ１０、不純物を含む原料水素を容器９に供給する原料水素供給口１１、パラジウム合金膜を透過しない不純物を含むガスを容器９から取出す不純物含有ガス取出し口１２、及び第２形態のパラジウム合金膜ユニット１００ａの純水素の取出し配管５の一端に設けられた取出口継手４と接続可能な部材（接続部材１３ａ）を有する純水素取出し口１３を備えてなる収納構造物である。

【0040】

より詳細に説明すると、本発明の第２形態の収納構造物２００ａは、第２形態のパラジウム合金膜ユニット１００ａを収納し、パラジウム合金膜ユニット１００ａと一体となって水素精製装置３００ａを構成する。収納構造物２００ａは、端部に形成された開口部１４と開口部１４に容器継手４ａと密着可能な密着部材１４ａとを有し、開口部１４から挿通された複数のパラジウム合金細管１を収納する容器９と、容器９の外側から容器９の内側を加熱するヒータ１０と、不純物を含む原料水素を容器９に供給する原料水素供給口１１と、パラジウム合金膜を透過しない不純物を含むガスを容器９から取出す不純物含有ガス取出し口１２と、取出口継手４と接続可能な接続部材１３ａを有する純水素取出し口１３と、を備える。

【0041】

本発明の収納構造物２００、２００ａにおいて使用される容器９は、正面から見た形状がＵの字形状又はコの字形状であるが、これらを回転させて得られる形状、あるいはこれらに類似するものも含まれる。また、側壁の断面の形状は通常は円形であるが、これに限定されることはない。容器９の長さは、通常はパラジウム合金細管１の長さの１．０５〜１．３倍である。また、容器９の底部（原料水素供給口１１）とパラジウム合金細管１の閉口端部７との間の間隙は、パラジウム合金細管における水素の透過が効率よく行なわれるように狭くなるように設定することが好ましく、通常は該間隙１〜１０ｃｍとなるように設定される。尚、容器９は通常はステンレス製である。

【0042】

原料水素供給口１１と不純物含有ガス取出し口１２との位置は、管板２の位置より上流側であれば特に制限されることはないが、これらは互いに離れた位置に設定されることが好ましい。図５、図６において、原料水素供給口１１と不純物含有ガス取出し口１２の位置を、互いに付け替えることもできる。純水素取出し口１３の先端部には、図５、図６に示すように、パラジウム合金膜ユニットの取出口継手４と接続可能な部材、例えば図３（１）（２）に示すような雄型又は雌型の継手が設けられる。しかし、これに限定されることなく、パラジウム合金膜ユニットの純水素の取出し配管５の場合と同様に、例えばネジがないワンタッチ継手等も使用可能である。

【0043】

さらに、本発明の第２形態の収納構造物２００ａに関しては、容器９の開口部１４の先端部１６には、第２形態のパラジウム合金膜ユニット１００ａの容器継手４ａと密着可能な部材（密着部材１４ａ）が設けられる。例えば、図７に示すような容器継手４ａの接続構造においては、容器継手４ａの先端部１５の内周には雌ネジが設けられ、開口部１４の先端部１６の外周には雄ネジが設けられ、ネジを回して締めることによりパッキン１７が壁面１８に密着し、当該部分における機密性を得ることが可能である。本発明においては、容器継手４ａと開口部１４との機密性を確保することが可能であれば、このような構造に限定されることなく、例えばネジを有しないワンタッチ継手等も使用可能である。

【0044】

次に、本発明の第１形態の水素精製方法と第２形態の水素精製方法について詳細に説明する。
本発明の第１形態の水素精製方法は、第１形態のパラジウム合金膜ユニット１００を、第１形態の収納構造物２００に収納して水素の精製を行なう方法であって、パラジウム合金細管１を所定の期間使用した後、パラジウム合金細管１の機械的強度が低下した後、又はパラジウム合金細管１の周辺部からガスの漏洩が発生した後、パラジウム合金細管１をパラジウム合金膜ユニット１００ごと新規なものと交換して水素の精製を行なう方法である。

【0045】

また、本発明の第２形態の水素精製方法は、第２形態のパラジウム合金膜ユニット１００ａを、第２形態の収納構造物２００ａに収納して水素の精製を行なう方法であって、パラジウム合金細管１を所定の期間使用した後、パラジウム合金細管１の機械的強度が低下した後、又はパラジウム合金細管１の周辺部からガスの漏洩が発生した後、パラジウム合金細管１をパラジウム合金膜ユニット１００ａごと新規なものと交換して水素の精製を行なう方法である。

【0046】

尚、本発明において、パラジウム合金細管１の所定の使用期間は、パラジウム合金細管１の条件（膜厚等）、水素の精製条件（温度、ガス圧力等）、使用頻度等により一概に定めることはできないが、通常は６ヶ月〜５年である。また、パラジウム合金細管１の機械的強度の低下とは、パラジウム合金細管１を構成するパラジウム合金膜にピンホール等が発生した場合、パラジウム合金膜が劣化した場合、パラジウム合金膜が変質した場合等を含むものである。

【0047】

本発明により水素の精製を行なう際は、図５、図６に示すように、パラジウム合金膜ユニット１００、１００ａが収納構造物２００、２００ａに収納され、各配管の接続等が行なわれて水素精製装置３００、３００ａが組立てられた後、図８（１）又は図８（２）に示すように、収納構造物２００、２００ａの原料水素供給口１１が原料水素供給配管１９と、不純物含有ガス取出し口１２が不純物含有ガス回収配管２０と、純水素取出し口１３が純水素回収配管２１と接続される。
尚、第２形態においては、パラジウム合金膜ユニット１００ａの純水素の取出し配管５の円筒部３と、収納構造物２００ａの容器９の側壁の間には、パラジウム合金膜ユニット１００ａが収納構造物２００ａに容易に収納できるようにするために、０．２〜１０ｍｍの間隙があることが好ましく、さらに０．５〜５ｍｍの間隙があることがより好ましい。原料水素が該間隙を通過して配管本体８の方に流れても、収納構造物２００ａの容器９の開口部１４と密着する容器継手４ａにより、原料水素の外部への漏れを防止することができる。
また、第１形態においては、前記のような間隙がないことが好ましいが、間隙がある場合は、耐熱性パッキン等のシール部材、あるいは互いに噛合うネジ部等を設けて原料水素の漏洩を防止することができる。

【0048】

その後、原料水素供給口１１から不純物を含む原料水素が、ヒータ１０により加熱された容器９内に供給され水素の精製が行なわれる。水素精製の際のパラジウム合金細管１の温度は、通常は２５０〜５００℃、好ましくは３００〜４５０℃である。尚、予め予熱器等により原料ガスを前記の温度程度に加熱してから、水素精製装置に導入することが好ましい。原料水素は加熱されたパラジウム合金細管１と接触し、水素のみがパラジウム合金細管１を透過し、純水素の取出し配管５の配管本体８を経由して、純水素取出し口１３に供給される。また、パラジウム合金細管１を透過しないガスは、不純物含有ガス取出し口１２から回収される。

【0049】

本発明の水素精製方法においては、容器９の一次側（パラジウム合金細管１より上流側）と二次側（パラジウム合金細管１より下流側）の水素分圧の差が大きいほど単位時間当たりの水素透過量が大きくなる。そのため、本発明においては、通常は原料水素を大気圧より大きな圧力で供給し、二次側の圧力が大気圧以下になるようにされる。厚みの薄いパラジウム合金細管１は、このような雰囲気下で長期間使用すると機械的強度が低下し、やがて破壊してしまうので、その前にパラジウム合金細管１をパラジウム合金膜ユニットごと新規なものと取替えることが好ましい。以後、パラジウム合金細管１の機械的強度が低下した時等に、同様にしてパラジウム合金膜ユニットの交換が繰返して行なわれる。

【実施例】

【0050】

次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。

【0051】

［実施例１］
（第１形態のパラジウム合金膜ユニットの製作）
直径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状のニッケル製管板２に、パラジウム、銀、及び金を主成分とする合金からなるパラジウム合金細管１（外径１．８ｍｍ、厚さ７０μｍ、長さ３００ｍｍ）３５本を、複数の同心円上に溶接した。また、一端に円筒部３（内径２５ｍｍ、長さ２０ｍｍ）を有し、他の一端に図３（２）に示すような雄型の継手（ネジ部の内径３０ｍｍ、長さ７０ｍｍ）を有する純水素の取出し配管５（配管本体８の外径７ｍｍ、長さ２００ｍｍ）を製作した。続いて、円筒部３と管板２を、ニッケル、クロム、及び鉄の合金により溶接し、図１に示すようなパラジウム合金膜ユニットを製作した。

【0052】

（第１形態の収納構造物の製作、水素精製装置の製作）
原料水素供給口１１、不純物含有ガス取出し口１２を有するＵの字形状の容器９（内径２５ｍｍ、長さ４００ｍｍ）の外側にヒータ１０を設けた後、純水素取出し口１３を設置し、その先端に前記のパラジウム合金膜ユニットの雄型の継手と嵌合する雌型の継手を設けて収納構造物を製作した。
その後、パラジウム合金膜ユニットを収納構造物に収納し、パラジウム合金膜ユニットの雄型の継手と収納構造物の雌型の継手を接続した後、原料水素供給配管１９、不純物含有ガス回収配管２０、及び純水素回収配管２１を接続して、図８（１）に示すような水素精製装置を製作した。

【0053】

（水素精製試験）
Ｕの字形状の容器内の温度を６００℃に昇温するとともに水素を導入して、１０時間加熱処理を行なった。続いて４２０℃まで温度を低下させ、一次側（パラジウム合金細管１より上流側）の空間と二次側（パラジウム合金細管１より下流側）の空間の差圧が１．０ＭＰａとなるように制御しながら、不純物（窒素、酸素、二酸化炭素等）を合計で約４００ｐｐｍ含む原料水素を原料水素供給口１１から導入し、水素の精製を行なった。その結果、１時間の処理で純水素取出し口１３から８２０Ｌの純水素が得られた。
この時、原料ガスの供給量に対する不純物含有ガスの排出量は、実施例（不純物４００ｐｐｍ）では約２％に制御される。

【0054】

（パラジウム合金膜ユニットの交換）
前述の水素精製試験において、パラジウム合金細管１の機械的強度が低下したと仮定して、次のようにパラジウム合金膜ユニットの交換を行なった。
水素精製試験が終了した状態で、純水素回収配管２１のバルブを閉にして、窒素を原料水素供給口１１から導入し、Ｕの字形状の容器内を窒素雰囲気にした後、パラジウム合金膜ユニットの雄型の継手と収納構造物の雌型の継手を外した。続いて、収納構造物の純水素取出し口１３を移動し、収納構造物からパラジウム合金膜ユニットを取出し、新規のパラジウム合金膜ユニットを収納構造物に収納した。その後、収納構造物の純水素取出し口１３を元の位置に戻し、ユニットの雄型の継手と収納構造物の雌型の継手を接続してユニットの交換を完了した。

【0055】

［実施例２］
（第２形態のパラジウム合金膜ユニットの製作）
直径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状のニッケル製管板２に、パラジウム、銀、及び金を主成分とする合金からなるパラジウム合金細管１（外径１．８ｍｍ、厚さ７０μｍ、長さ３００ｍｍ）３５本を、複数の同心円上に溶接した。また、一端に円筒部３（内径２５ｍｍ、長さ２０ｍｍ）を有し、他の一端に図３（２）に示すような雄型の継手を有し、中央部に図３（３）に示すような雌型の継手（ネジ部の内径３０ｍｍ、長さ７０ｍｍ）を有する純水素の取出し配管５（配管本体８の外径７ｍｍ、長さ２００ｍｍ）を製作した。続いて、円筒部３と管板２を、ニッケル、クロム、及び鉄の合金により溶接し、図２に示すようなパラジウム合金膜ユニットを製作した。

【0056】

（第２形態の収納構造物の製作、水素精製装置の製作）
原料水素供給口１１、不純物含有ガス取出し口１２を有し、開口部の先端部１６に前記のパラジウム合金膜ユニットの雌型の継手と螺合する雄型の継手を設けたＵの字形状の容器９（内径３０ｍｍ、長さ４００ｍｍ）の外側にヒータ１０を設けた後、純水素取出し口１３を設置し、その先端に前記のパラジウム合金膜ユニットの雄型の継手と螺合する図３（１）に示すような雌型の継手を設けて収納構造物を製作した。
その後、パラジウム合金膜ユニットを収納構造物に収納し、パラジウム合金膜ユニットの雄型の継手と収納構造物の雌型の継手を接続した後、原料水素供給配管１９、不純物含有ガス回収配管２０、及び純水素回収配管２１を接続して、図８（１）に示すような水素精製装置を製作した。

【0057】

（水素精製試験）
Ｕの字形状の容器内の温度を６００℃に昇温するとともに水素を導入して、１０時間加熱処理を行なった。続いて４２０℃まで温度を低下させ、一次側（パラジウム合金細管１より上流側）の空間と二次側（パラジウム合金細管１より下流側）の空間の差圧が１．０ＭＰａとなるように制御しながら、不純物（窒素、酸素、二酸化炭素等）を合計で約４００ｐｐｍ含む原料水素を原料水素供給口１１から導入し、水素の精製を行なった。その結果、１時間の処理で純水素取出し口１３の下流側から８３０Ｌの純水素が得られた。
この時も、原料ガスの供給量に対する不純物含有ガスの排出量は、実施例（不純物４００ｐｐｍ）では約２％に制御される。

【0058】

（パラジウム合金膜ユニットの交換）
前述の水素精製試験において、パラジウム合金細管１の機械的強度が低下したと仮定して、次のようにパラジウム合金膜ユニットの交換を行なった。
水素精製試験が終了した状態で、純水素回収配管２１のバルブを閉にして、窒素を原料水素供給口１１から導入し、Ｕの字形状の容器内を窒素雰囲気にした後、２箇所の継手を外した。続いて、収納構造物の純水素取出し口１３を移動し、収納構造物からパラジウム合金膜ユニットを取出し、新規のパラジウム合金膜ユニットを収納構造物に収納した。その後、収納構造物の純水素取出し口１３を元の位置に戻し、２箇所の継手を接続してパラジウム合金膜ユニットの交換を完了した。

【0059】

以上のように、本発明のパラジウム合金膜ユニット及びその収納構造物を用いた水素精製装置は、１箇所又は２箇所の継手により、水素精製装置の一体組合せ及び分離が容易にでき、一体に組合せたときに内部の機密性を損なうことがないので、機械的強度が低下した場合等、パラジウム合金細管の交換が必要なときに、パラジウム合金細管を、パラジウム合金膜ユニットごと容易に新規なものと交換することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0060】

【図1】本発明の第１形態のパラジウム合金膜ユニットの一例を示す構成図

【図2】本発明の第２形態のパラジウム合金膜ユニットの一例を示す構成図

【図3】本発明に使用される配管の継手の例を示す斜視図

【図4】図１、図２のパラジウム合金膜ユニットの管板の位置における断面の一例を示す構成図

【図5】本発明の第１形態の収納構造物の一例を示す構成図

【図6】本発明の第２形態の収納構造物の一例を示す構成図

【図7】パラジウム合金膜ユニットの容器継手と収納構造物の容器の開口部の接続構造の一例を示す断面図

【図8】本発明のパラジウム合金膜ユニットとその収納構造物を一体に組合せた水素精製装置の例を示す構成図

【符号の説明】

【0061】

１ パラジウム合金細管
２ 管板
３ 円筒部
４ 取出口継手
４ａ 容器継手
５ 純水素の取出し配管
６ 開口端部
７ 閉口端部
８ 配管本体
９ 容器
１０ ヒータ
１１ 原料水素供給口
１２ 不純物含有ガス取出し口
１３ 純水素取出し口
１４ 容器の開口部
１５ 容器継手の先端部
１６ 容器の開口部の先端部
１７ パッキン
１８ 壁面
１９ 原料水素供給配管
２０ 不純物含有ガス回収配管
２１ 純水素回収配管
１００、１００ａ パラジウム合金膜ユニット
２００、２００ａ 収納構造物
３００、３００ａ 水素精製装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】