JP2002336664A

JP2002336664A - 水素透過膜ユニット及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002336664A
Application number: JP2001143409A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sasaki; 剛佐々木; Masashi Takahashi; 正史高橋; Takashi Ebisawa; 孝海老沢
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2002-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】水素透過膜が厚くなり、水素透過能が低下す
るのみならず、高価かつ入手困難なＰｄ又はＰｄ合金を
多用している。【解決手段】多孔質支持体４の表面に接合させた水素
透過膜２を有する水素透過膜ユニットであつて、水素透
過膜２が、多孔質支持体４に含有させた穴埋材７の上に
成膜させた後に該穴埋材７を除去して形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素透過膜ユニッ
ト及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来の水素透過膜ユニット
として、例えば特開平４−３４６８２４公報に記載され
るものが知られている。これは、金網を焼結した多孔質
支持体を担体とし、この上に水素を選択的に透過させる
Ｐｄ又はＰｄ合金からなる水素透過膜を形成している。

【０００３】図１１には、この種の水素透過膜を備える
水素透過膜ユニットを示す。この水素透過膜ユニット５
０は、金属製の枠体５２を備え、水素透過膜５１を枠体
５２及び多孔質支持体５３の内の少なくとも一方に、接
合部５４によつて接合させている。接合部５４は、例え
ばメッキ、ＣＶＤ（気相化学反応）、スパッタリングの
方法によつて、水素透過膜５１を枠体５２又は多孔質支
持体５３の表面に形成することで、同時に形成させてい
る。

【０００４】多孔質支持体５３は、セラミックス、ガラ
ス、ステンレス等の粉末や繊維の焼結体であり、水素を
通過させる連通孔を有している。この枠体５２と多孔質
支持体５３とは、リークを生じないように溶接、ろう付
けなどによつて接合され、接合部５５を有している。

【０００５】このような水素透過膜ユニット５０は、燃
料電池の水素源として天然ガスや都市ガスを使用する
際、メンブレンリアクタ方式の水素改質器への適用が検
討されている。触媒上で天然ガス又は都市ガスと水蒸気
とが反応することにより、Ｈ₂、ＣＯ、ＣＯ₂などの混
合ガスが生成し、水素透過膜５１の例えば図上で上方の
供給側に到達する。水素透過膜５１は、Ｈ₂のみを透過
させるから、供給側の混合ガス中からＨ₂のみを選択的
に分離させることができる。水素透過膜５１を矢印Ａ方
向に透過したＨ₂は、連通孔を有する多孔質支持体５３
を透過し、水素放出側に至り、水素利用装置である燃料
電池等に供給される。なお、水素透過膜５１の図上で下
方を供給側とし、Ｈ₂を矢印Ａ方向と反対方向に透過さ
せることもできる。

【０００６】水素透過膜５１におけるＨ₂の透過は、拡
散現象を利用するので、透過方向の厚さが薄いほど、ま
た、所定の高温状態であるほど、透過速度が大きい。ま
た、水素透過膜ユニット５０の供給側は、水素放出側よ
りも圧力を高くする必要がある。このとき、薄い水素透
過膜５１のみでは圧力差により破損するので、水素透過
膜５１の一側を多孔質支持体５３によつて担持させ、機
械的強度を付与している。

【０００７】更に、水素透過膜５１を薄くして水素透過
性能を向上させながら耐久性を確保するための多孔質支
持体５３には、所定の高温における耐酸化性が要求され
る。このため、多孔質支持体５３の材料として、セラミ
ックス、ガラス、ステンレス等の使用が検討されている
が、周囲部材との接合性や機械加工性などを考慮する
と、金属、特にステンレスが望ましい。

【０００８】このような水素透過膜５１は、上述したよ
うに透過方向の厚さが薄いことが求められるが、水素以
外のガスの透過を防ぐ上からピンホールを含んでいない
ことが必要である。ピンホールを防止するための水素透
過膜５１の最低膜厚は、多孔質支持体５３の表面の孔径
に依存し、この孔径が大きいほどピンホールが生じ易く
なる。

【０００９】多孔質支持体５３がガラス製の場合、例え
ば平均細孔径が３１０ｎｍのものを使用する報告があ
り、Ｐｄ製の水素透過膜５１の厚さは１３μｍである
（ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＬｅｔｔｅｒｓＮｏ．１０，
ｐｐ．１６８７−１６９０，１９８８）。これに対し、
ステンレスにて多孔質支持体５３を製作する場合、ステ
ンレスの粉末や繊維の焼結体において、平均細孔径を１
μｍ未満にすることは困難であるので、ガラス製の場合
よりも水素透過膜５１の膜厚が大きくならざるを得ず、
水素透過能が低下する。

【００１０】一方、従来の水素透過膜は、このように水
素を選択的に透過させる薄膜として、Ｐｄ又はＰｄ合金
を使用するものが主であるが、Ｐｄに代わる合金などの
研究も行なわれている。

【００１１】特公平４−７４０４５公報、特公平５−７
９３６７公報、特公平６−９８２８１公報には、Ｐｄに
代えてＶ合金で構成させた水素透過膜５１について記載
されている。これらのＶ合金を数μｍオーダーまで薄膜
化することを考えた場合、延性の乏しさから圧延で薄膜
を作製することには困難を伴い、ＣＶＤ（気相化学反
応）、スパッタリングなどのドライプロセスにより、母
材となる多孔質支持体５３の表面に透過合金を析出させ
ることが有効な手法の一つと考えられる。ところで、こ
れらのＶ合金は、いずれも表面に水素透過の障害となる
酸化物を形成し易いことから、酸化を防止する目的でＰ
ｄ又はＰｄ合金を極薄く被覆させることについて言及し
ている。

【００１２】しかしながら、例えば多孔質支持体５３に
Ｐｄ又はＰｄ合金、非Ｐｄ合金、Ｐｄ又はＰｄ合金の順
にコーティングすることを考えた場合、図１２に模式的
に示すように多孔質支持体５３の多孔体粒子５３ａに薄
いＰｄ又はＰｄ合金５１ａが部分的に形成され、このＰ
ｄ又はＰｄ合金５１ａと非Ｐｄ合金５１ｂとが非接触の
箇所を生じ、非Ｐｄ合金５１ｂに露出箇所を生じるた
め、十分な耐酸化性を付与することができない。これの
防止のために、多孔体粒子５３ａに形成したＰｄ又はＰ
ｄ合金５１ａによつて非Ｐｄ合金５１ｂを完全に覆う場
合には、図１３に示すように多孔体粒子５３ａ上に形成
するＰｄ又はＰｄ合金５１ａが厚くなり、水素透過能が
低下するのみならず、高価なＰｄの使用量が増加するた
め、好ましくない。なお、非Ｐｄ合金５１ｂ上のＰｄ又
はＰｄ合金５１ｃは、平面上への加工になるため、薄く
形成できる。

【００１３】このように、従来の水素透過膜５１は主と
してＰｄ又はＰｄ合金を材料としているが、水素透過性
能に劣り、所要の水素透過速度を確保するために大きな
膜面積を必要とし、結果として改質器も大きくならざる
を得ない。

【００１４】そこで、本発明は、Ｐｄ又はＰｄ合金など
の水素透過膜の薄膜化を可能とし、その使用量を削減し
た水素透過膜ユニット及び水素透過膜ユニットの製造方
法を提供し、その製作を容易かつ安価とすることを目的
としている。

【００１５】すなわち、本発明は、多孔質支持体５３の
表面に析出させる金属製の水素透過膜５１にピンホール
を生じさせることなく、薄膜化させた水素透過膜ユニッ
ト及びその製造方法の提供を目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、
次の通りである。請求項１の発明は、多孔質支持体４の
表面に接合させた水素透過膜２を有する水素透過膜ユニ
ットであつて、前記水素透過膜２が、多孔質支持体４に
含有させた穴埋材７の上に成膜させた後に該穴埋材７を
除去して形成されていることを特徴とする水素透過膜ユ
ニットである。請求項２の発明は、多孔質支持体４の表
面に接合させた水素透過膜２を有する水素透過膜ユニッ
トの製造方法であつて、多孔質支持体４の少なくとも表
層部に穴埋材７を含有させて表面の空孔を塞いだ後、該
多孔質支持体４及び穴埋材７の表面に水素透過膜２を成
膜させ、次いで、穴埋材７を除去することを特徴とする
水素透過膜ユニットの製造方法である。請求項３の発明
は、多孔質支持体４の表面に接合させた水素透過膜２を
有する水素透過膜ユニットの製造方法であつて、多孔質
支持体４の少なくとも表層部に穴埋材７を含有させて表
面の空孔を塞ぐと共に、多孔質支持体４の表面の穴埋材
（７）を除去して多孔体粒子４ａからなる凸部４ｂを形
成させた後、多孔質支持体４及び穴埋材７の表面に水素
透過膜２を成膜させ、次いで、穴埋材７を除去すること
を特徴とする水素透過膜ユニットの製造方法である。請
求項４の発明は、多孔質支持体４の表面に接合させた水
素透過膜２を有する水素透過膜ユニットの製造方法であ
つて、多孔質支持体４の表層部に研磨を施して研磨片か
らなる肉薄部分４ｃを形成し、該肉薄部分４ｃによつて
表面の空孔を大略塞いで平滑状平面を形成させた後、該
多孔質支持体４の表面に水素透過膜２を成膜させ、次い
で、腐食液に浸して肉薄部分４ｃを除去することを特徴
とする水素透過膜ユニットの製造方法である。請求項５
の発明は、水素透過膜２が、非Ｐｄ合金２ｂの表裏両面
を白金族元素又はその合金２ａ，２ｃによつてコーティ
ングして形成されていることを特徴とする請求項２，３
又は４の水素透過膜ユニットの製造方法である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１，図２は、本発明に係
る水素透過膜ユニットの第１実施の形態を示す。図１は
水素透過膜ユニット１を示し、従来例と実質的に同様の
構成部材を有している。すなわち、水素透過膜ユニット
１は、Ｐｄ又はＰｄ合金製の水素透過膜２を有し、この
水素透過膜２が、金属からなる枠体３及び多孔質支持体
４の内の少なくとも一方に、接合部５によつて接合され
ている。接合部５は、多孔質支持体４の上に、メッキ、
ＣＶＤ（気相化学反応）、スパッタリング、イオンプレ
ーティング、蒸着などの方法によつて水素透過膜２を形
成することで、同時に形成される。多孔質支持体４は、
セラミックス、ガラス、ステンレス等の粉末や繊維の焼
結体、好ましくは金属、特にステンレスの粉末や繊維の
焼結体であり、水素透過のための連通孔からなる細い空
孔を有している。枠体３と多孔質支持体４とは、リーク
を生じないように溶接、ろう付けなどによつて接合さ
れ、接合部６を有している。

【００１８】水素透過膜ユニット１の製造に際しては、
予め、多孔質支持体４の少なくとも表層部に穴埋材７を
含有させ、多孔質支持体４の表面の空孔を穴埋材７によ
つて塞ぐ。その後、この多孔質支持体４及び穴埋材７の
上に水素透過膜２を成膜・接合させ、その後に穴埋材７
を除去し、水素透過のための連通孔を復活させる。な
お、図２の多孔質支持体４は、焼結体の表面に位置する
多孔体粒子４ａのみを示し、他の多孔体粒子４ａは省略
してある。

【００１９】具体的には、多孔質支持体４の表層部に穴
埋材７である樹脂を含有させ、細孔を塞いでほぼ平滑面
を形成させ、必要に応じて穴埋材７を含有する多孔質支
持体４の表面を平滑に削成した後、水素透過金属からな
る水素透過膜２を成膜させる。穴埋材７は、溶融状態の
ものを塗布などの手段によつて多孔質支持体４に含有さ
せ、硬化させることで形成することができ、多孔質支持
体４よりも低融点のものが望ましい。水素透過膜２を成
膜させた後、穴埋材７を除去して多孔質支持体４の連通
孔を復活させる。穴埋材７が樹脂からなる場合には、穴
埋材７を有する多孔質支持体４及び水素透過膜２を適当
な有機溶剤中に浸し、穴埋材７を溶融除去させる。ま
た、穴埋材７が熱可塑性樹脂からなる場合には、穴埋材
７を有する多孔質支持体４及び水素透過膜２を加熱し、
穴埋材７を溶融除去させることもできる。

【００２０】これにより、ほぼ平滑面にした多孔質支持
体４の表面に水素透過膜２を成膜させることになるの
で、多孔質支持体４の上に薄い水素透過膜２を成膜させ
ながら、水素透過膜２にピンホールが形成されることを
防止することができる。すなわち、水素透過膜２に、多
孔質支持体４の細孔を埋めるための膜厚を与える必要が
なく、目的に沿つた必要最小限の膜厚で均一にコーティ
ングすることができる。水素透過金属である水素透過膜
２の膜厚は、水素透過膜ユニット１をメンブレンリアク
タに組み込み、メンブレンリアクタを運転させる際に負
荷される圧力に対して、膜が多孔質支持体４の空孔部分
で破損しない強度を保てる程度でよい。

【００２１】図３は、水素透過膜２の他の構造例を示
し、水素透過膜２が、Ｐｄ又はＰｄ合金２ａ、非Ｐｄ合
金２ｂ及びＰｄ又はＰｄ合金２ｃの３層構造を有してい
る。この場合にも、多孔質支持体４の表面に水素透過膜
２を形成する前に、樹脂からなる穴埋材７を塗布などの
手段によつて含浸させ、金属多孔体である多孔質支持体
４の孔を塞ぎ、多孔質支持体４の一側表面を平滑な状態
にする。

【００２２】続いて、穴埋材７を含有させた多孔質支持
体４の平滑表面上に、水素透過膜２を形成させる。水素
透過膜２は、Ｐｄ又はＰｄ合金２ａ、非Ｐｄ合金２ｂ、
Ｐｄ又はＰｄ合金２ｃの順に成膜させる。このようにし
て水素透過膜２を接合させた多孔質支持体４は、穴埋材
７の種類に応じた所要の手段、つまり、加熱、溶剤の塗
布等の手段により、穴埋材７を除去する。穴埋材７の除
去は、減圧環境下で行なうこともできる。

【００２３】この構造例によれば、水素透過膜２を、多
孔質支持体４の孔が穴埋材７によつて塞がれて平滑表面
をなしている状態で形成させるため、特にＰｄ又はＰｄ
合金２ａに孔を埋めるための膜厚を与える必要はなく、
目的に沿つた必要最小限の膜厚でコーティングすること
ができる。すなわち、図３に示す水素透過膜２では、非
Ｐｄ合金２ｂに耐酸化性を付与できる程度のＰｄ又はＰ
ｄ合金２ａ，２ｃの膜厚でよい。水素透過膜ユニット１
をメンブレンリアクタに組み込み、メンブレンリアクタ
を運転させる際に負荷される圧力に対しては、Ｐｄ又は
Ｐｄ合金２ａ、非Ｐｄ合金２ｂ及びＰｄ又はＰｄ合金２
ｃの３層構造によつて対抗することになる。なお、薄層
をなすＰｄ又はＰｄ合金２ａ，２ｃは、耐酸化性と水素
分子の解離性（触媒能）と水素透過能とが備わつていれ
ばよく、Ｐｄを含む白金族元素（Ｒｕ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｉ
ｒ，Ｐｔ）及びその合金を広く使用することが可能であ
る。

【００２４】図４〜図７は、本発明に係る水素透過膜ユ
ニット１の第２実施の形態を示し、第１実施の形態と同
一部分には同一符号を付してある。第２実施の形態にあ
つては、図４に示すように多孔質支持体４に穴埋材７を
含浸させた後、図５に示すように多孔質支持体４の表面
に多孔体粒子４ａからなる僅かな凸部４ｂを形成させ、
その後、図６に示すように凸部４ｂの上に水素透過膜２
を成膜させ、図７に示すように穴埋材７を除去してい
る。従つて、第１実施の形態と比較して、水素透過膜２
との接合部５が凸部４ｂに広く形成されている。この水
素透過膜２は、図７に示すように例えばＰｄ又はＰｄ合
金２ａ、非Ｐｄ合金２ｂ及びＰｄ又はＰｄ合金２ｃの３
層構造を有している。この多孔質支持体４の上に形成す
るＰｄ又はＰｄ合金２ａは、非Ｐｄ合金２ｂに耐酸化性
を付与するように形成させればよく、非Ｐｄ合金２ｂに
露出箇所を生じさせない程度に薄く形成させることがで
きる。これにより、多孔体粒子４ａの凸部４ｂと水素透
過膜２との凹凸係合によるアンカー効果が生じるので、
水素透過膜２の耐剥離性が向上する。なお、凸部４ｂ
が、Ｐｄ又はＰｄ合金２ａのみならず非Ｐｄ合金２ｂに
対しても凹凸係合する状態にすれば、アンカー効果が良
好に生じる。

【００２５】ところで、非Ｐｄ合金２ｂとしてＴａを使
用する場合、Ｔａは、水素透過能に優れているが、耐水
素脆性に乏しい。本発明者等は、Ｔａに、水素化物生成
を抑制させる効果があるＦｅ及びＭｏの内の少なくとも
１種の金属元素を添加金属として添加することにより、
Ｔａの水素透過能の低下を僅かな量に抑えつつ、耐水素
脆性が向上することを見いだした。これらの添加金属の
添加量が少量では、十分な水素化物抑制効果が認められ
ないことから、添加量が５原子％以上、好ましくは下限
が１０原子％であることが望ましい。一方、これらの添
加は、透過能を低下させる効果を有することから、大量
添加は水素透過能を著しく減少させる。そこで、Ｆｅ又
はＭｏのＴａへの添加量は、７０原子％以下、好ましく
は上限が６０原子％であることが望ましい。

【００２６】このようなＴａをベース金属とし、Ｆｅ及
びＭｏの内の少なくとも１種の金属元素を添加したＴａ
合金を用いる水素透過膜２によれば、水素透過性と耐水
素脆化性とを両立させることが可能である。加えて、Ｔ
ａ、Ｆｅ及びＭｏは、いずれもＰｄ合金よりも材料単価
が非常に低廉かつ入手容易であるため、水素透過膜２を
安価かつ十分に供給することが可能になる。なお、Ｔａ
にＦｅ及びＭｏの内の少なくとも１種を添加すると、い
ずれの場合においても水素透過係数は減少するものの、
冷却時における割れの発生が抑制される。水素透過膜２
に、Ｔａをベース金属とし、Ｆｅ及びＭｏの内の少なく
とも１種の金属元素を添加したＴａ合金を用いることに
より、Ｐｄ又はＰｄ合金とほぼ同等又はそれ以上に水素
透過性又は耐水素脆化性に優れる水素透過膜を得ること
ができる。

【００２７】なお、図３に示すように水素透過膜２が非
Ｐｄ合金を含んで３層をなす場合、つまりＰｄ又はＰｄ
合金２ａ、非Ｐｄ合金２ｂ及びＰｄ又はＰｄ合金２ｃを
有する場合には、多孔体粒子４ａの凸部４ｂがＰｄ又は
Ｐｄ合金２ａにのみ凹凸係合するよりも、多孔質支持体
４側のＰｄ又はＰｄ合金２ａ膜を形成した状態におい
て、凸部４ｂがＰｄ又はＰｄ合金２ａの表面から露出す
る程度の大きさに凸部４ｂを形成し、その上に非Ｐｄ合
金２ｂを成膜させ、凸部４ｂと非Ｐｄ合金２ｂとを凹凸
係合させることが望まれる。これにより、多孔体粒子４
ａの凸部４ｂと非Ｐｄ合金２ｂとの凹凸係合によるアン
カー効果が良好に生じるので、水素透過膜２の耐剥離性
を向上させることができる。

【００２８】

【実施例】〔実施例１〕母材に平均細孔径１μｍのステ
ンレス多孔体を準備し、このステンレス製の多孔質支持
体４の表層部に樹脂を含浸させ、穴埋材７とした。その
後、研磨により、多孔質支持体４の表面の余分な樹脂を
除去し、この多孔質支持体４の表面に、Ｐｄ、Ｔａ（非
Ｐｄ合金）、Ｐｄの順にスパッタリング法により表１に
示す厚さにコーティングを行い、図３に示すものと同様
の構造の水素透過膜２を形成させた。コーティングの
後、真空中で加熱して樹脂を溶融除去させ、試料ｉを作
製した。

【００２９】また、比較例ｉ，ｉｉとして、同様の多孔
質支持体４に穴埋材７を含浸させずに、Ｐｄ、Ｔａ（非
Ｐｄ合金）、Ｐｄからなる金属透過膜をそれぞれ表１に
示す厚さにコーティングした比較試料ｉ，ｉｉを用意し
た。

【００３０】これらの試料ｉ及び比較試料ｉ，ｉｉを水
素透過試験装置に設置し、５００℃における水素透過速
度を測定したところ、実施例１に係る試料ｉに関しては
表１に示す値（１３０ｃｍ³／ｃｍ²／ｍｉｎ）が得ら
れた。

【００３１】〔表１〕試料名：実施例１（樹脂埋め有り）透過膜厚さ：Ｐｄ：50ｎｍ＋Ｔａ：10μｍ＋Ｐｄ：50ｎｍ透過速度：１３０ｃｍ³／ｃｍ²／ｍｉｎ試料名：比較例ｉ（樹脂埋め無し）透過膜厚さ：Ｐｄ：50ｎｍ＋Ｔａ：10μｍ＋Ｐｄ：50ｎｍ透過速度：リーク有り試料名：比較例ｉｉ（樹脂埋め無し）透過膜厚さ：Ｐｄ：50ｎｍ＋Ｔａ：30μｍ＋Ｐｄ：50ｎｍ透過速度：透過せず

【００３２】比較例ｉに係る比較試料ｉについては、透
過試験前のＨｅを用いた膜のリークチェックにより、リ
ークが認められた。この比較試料ｉでは、金属透過膜の
コーティング前の穴埋材７の形成を行なわなかつたた
め、多孔質支持体４の空孔が薄い金属透過膜（Ｐｄ、Ｔ
ａ、Ｐｄ）によつて完全には塞がらなかつたものと推定
される。また、比較試料ｉｉに関しては、Ｈｅのリーク
は認められなかつたものの、水素透過が生じなかつた。
これは、Ｐｄが５０ｎｍと薄いために、図１２に示すも
のと同様に、多孔質支持体４側においてＰｄ（Ｐｄ又は
Ｐｄ合金５１ａ）とＴａ（非Ｐｄ合金５１ｂ）が接触し
ない箇所を生じ、このＴａ（非Ｐｄ合金５１ｂ）の露出
部位においてＴａが酸化されて透過能が消失したものと
考えられる。

【００３３】〔実施例２〕実施例１と同様に、多孔質支
持体４の表面の余分な樹脂からなる穴埋材７を除去した
後、多孔質支持体４の表面にスパッタリングエッチング
を行なつた。樹脂はステンレスよりもエッチング率が大
きく、多量に飛散（蒸発）するので、穴埋材７を選択的
に除去することが可能である。このようにして、穴埋材
７を僅かに除去して多孔体表面、つまり多孔質支持体４
の表面の多孔体粒子４ａに凸部４ｂを生じさせ、その
後、Ｐｄ、非Ｐｄ合金２ｂとしてのＴａ、Ｐｄの順に実
施例１と同様に成膜させて水素透過膜２を形成させ、試
料ｉｉｉを製作した。また、比較例ｉｉｉとして、凸部
４ｂを有しない点でのみ試料ｉｉｉと相違する比較試料
ｉｉｉ、つまり凸部４ｂを生じさせないで水素透過膜２
を成膜させた実施例１と同様の比較試料ｉｉｉを用意し
た。

【００３４】これらの試料ｉｉｉ及び比較試料ｉｉｉに
ついて、水素吸蔵・放出試験を繰り返し行なつた。その
結果、前者における膜が剥離するまでの繰り返し回数
は、後者を上回り、凸部４ｂの積極的な形成により耐剥
離性が向上することが認められた。

【００３５】図８〜図１０は、本発明に係る水素透過膜
ユニット１の第３実施の形態を示し、第１実施の形態と
同一部分には同一符号を付してある。第３実施の形態に
あつては、先ず、図８に示すように多孔質支持体４の表
面を研磨し、多孔質支持体４の表面の空孔を多孔質支持
体４の多孔体粒子４ａの研磨片からなる肉薄部分４ｃに
よつてほぼ塞ぎ、平滑状平面を形成させる。肉薄部分４
ｃは、研磨することにより、多孔質支持体４の表層の一
部が潰れて塑性変形した肉薄の研磨片を生じて形成され
る。その後、この多孔質支持体４の平滑状平面をなす表
面上に、図９に示すように水素透過膜２を成膜・接合さ
せる。この水素透過膜２は、非Ｐｄ合金２ｂに相当する
Ｔａ若しくはその合金の両面を白金族元素若しくはその
合金（２ａ，２ｃ）で挟んだものであり、図３に示すも
のと同様にサンドイッチ状をなしている。

【００３６】次に、水素透過膜２を成膜させた多孔質支
持体４を腐食液に浸し、肉薄部分４ｃを溶解させて除去
し、水素透過のための連通孔を復活させる。水素透過膜
２は、多孔体粒子４ａの表面に接合されたままである。
腐食液は、水洗して除去させる。多孔質支持体４をステ
ンレス鋼によつて製作し、多孔質支持体４に接する透過
膜を白金族元素又は白金族元素を含んだ合金によつて製
作すれば、この透過膜の耐腐食性が良好なため、腐食液
によつて侵され難い。このため、肉薄部分４ｃが、多孔
体粒子４ａに比して早期に溶解・除去される。従つて、
腐食液は、多孔質支持体４を早期又は選択的に溶解さ
せ、多孔質支持体４に接合する水素透過膜２を溶解させ
難い液体であればよく、多孔質支持体４及び水素透過膜
２の材料に応じて、王水、希硝酸などが使用される。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明によつて理解されるように、
本発明に係る水素透過膜ユニット及びその製造方法によ
れば、次の効果を奏することができる。請求項１〜５に
係る発明によれば、Ｐｄ又はＰｄ合金を含む白金族元素
又はその合金などの水素透過膜を薄膜化させ、その使用
量を削減することができる。これにより、水素透過膜の
製作、ひいては水素透過膜ユニットの製作を容易かつ安
価とすることができる。

【００３８】加えて、請求項１〜３に係る発明によれ
ば、多孔質支持体の少なくとも表層部に穴埋材を含有さ
せて表面の空孔を塞いだ後、多孔質支持体の表面に水素
透過膜を成膜させ、次いで、穴埋材を除去する。このよ
うに、多孔質支持体の孔を穴埋材によつて埋めて事実上
の平滑面を形成した後に水素透過膜を成膜させるので、
ピンホールを防止しながら、水素透過膜の厚さを必要最
小限に抑えることができる。その結果、水素透過膜ユニ
ットの水素透過能が向上するのみならず、成膜に使用す
る材料を削減して、重量を低減させることができる。

【００３９】請求項３に係る発明によれば、更に、多孔
質支持体の表面の穴埋材を一部除去して多孔体粒子から
なる凸部を形成させた後、多孔質支持体及び穴埋材の表
面に水素透過膜を成膜させるので、水素透過膜が多孔質
支持体に凹凸係合した状態になり、水素透過膜の耐剥離
性が向上する。その結果、多孔質支持体と水素透過膜と
の熱膨張差に起因する剥離が抑制され、材料に制限を受
け難くなると共に、水素透過膜ユニットの耐久性が向上
する。特に、水素透過膜が水素吸蔵性能を有する金属に
て製作されている場合には、水素吸蔵時に体積膨張を生
ずるが、これに起因する剥離も抑制されることになり、
水素透過膜ユニットの耐久性が著しく向上する。

【００４０】請求項４に係る発明によれば、多孔質支持
体の表層部に研磨を施して研磨片からなる肉薄部分を形
成し、該肉薄部分によつて表面の空孔を大略塞いで平滑
状平面を形成させた後、該多孔質支持体の表面に水素透
過膜を成膜させ、次いで、肉薄部分を除去する。このよ
うに、多孔質支持体の孔を多孔質支持体の肉薄部分によ
つて埋めて平滑状面を形成した後に水素透過膜を成膜さ
せるので、請求項１，２に係る発明と同様の効果を奏す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態に係る水素透過膜ユ
ニットの概略を示す断面図。

【図２】同じく要部を示す拡大図。

【図３】他の構造例に係る水素透過膜ユニットの要部
を示す拡大図。

【図４】本発明の第２実施の形態に係る水素透過膜ユ
ニットの製造過程を示す拡大図。

【図５】同じく製造過程を示す拡大図。

【図６】同じく製造過程を示す拡大図。

【図７】本発明の第２実施の形態に係る水素透過膜ユ
ニットの要部を示す拡大図。

【図８】本発明の第３実施の形態に係る水素透過膜ユ
ニットの製造過程を示す拡大図。

【図９】同じく製造過程を示す拡大図。

【図１０】本発明の第３実施の形態に係る水素透過膜
ユニットの要部を示す拡大図。

【図１１】従来の水素透過膜ユニットを示す断面図。

【図１２】同じく要部を示す拡大図。

【図１３】同じく要部を示す拡大図。

【符号の説明】

１：水素透過膜ユニット、２：水素透過膜、２ａ：Ｐｄ
又はＰｄ合金（白金族元素又はその合金）、２ｂ：非Ｐ
ｄ合金、２ｃ：Ｐｄ又はＰｄ合金（白金族元素又はその
合金）、３：枠体、４：多孔質支持体、４ａ：多孔体粒
子、４ｂ：凸部、４ｃ：肉薄部分、５，６：接合部、
７：穴埋材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者海老沢孝神奈川県横浜市金沢区福浦２丁目２−１株式会社日本製鋼所内Ｆターム(参考） 4D006 GA41 MA07 MA08 MA10 MA31 MB03 MC02X MC03 MC04 NA31 NA32 NA33 NA46 NA49 NA50 PA01 PB66 PC69 4G040 FA02 FB09 FC01 FD04 FE01 5H027 AA02 BA16 DD05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質支持体（４）の表面に接合させた
水素透過膜（２）を有する水素透過膜ユニットであつ
て、前記水素透過膜（２）が、多孔質支持体（４）に含
有させた穴埋材（７）の上に成膜させた後に該穴埋材
（７）を除去して形成されていることを特徴とする水素
透過膜ユニット。
【請求項２】多孔質支持体（４）の表面に接合させた
水素透過膜（２）を有する水素透過膜ユニットの製造方
法であつて、多孔質支持体（４）の少なくとも表層部に
穴埋材（７）を含有させて表面の空孔を塞いだ後、該多
孔質支持体（４）及び穴埋材（７）の表面に水素透過膜
（２）を成膜させ、次いで、穴埋材（７）を除去するこ
とを特徴とする水素透過膜ユニットの製造方法。
【請求項３】多孔質支持体（４）の表面に接合させた
水素透過膜（２）を有する水素透過膜ユニットの製造方
法であつて、多孔質支持体（４）の少なくとも表層部に
穴埋材（７）を含有させて表面の空孔を塞ぐと共に、多
孔質支持体（４）の表面の穴埋材（７）を除去して多孔
体粒子（４ａ）からなる凸部（４ｂ）を形成させた後、
多孔質支持体（４）及び穴埋材（７）の表面に水素透過
膜（２）を成膜させ、次いで、穴埋材（７）を除去する
ことを特徴とする水素透過膜ユニットの製造方法。
【請求項４】多孔質支持体（４）の表面に接合させた
水素透過膜（２）を有する水素透過膜ユニットの製造方
法であつて、多孔質支持体（４）の表層部に研磨を施し
て研磨片からなる肉薄部分（４ｃ）を形成し、該肉薄部
分（４ｃ）によつて表面の空孔を大略塞いで平滑状平面
を形成させた後、該多孔質支持体（４）の表面に水素透
過膜（２）を成膜させ、次いで、腐食液に浸して肉薄部
分（４ｃ）を除去することを特徴とする水素透過膜ユニ
ットの製造方法。
【請求項５】水素透過膜（２）が、非Ｐｄ合金（２
ｂ）の表裏両面を白金族元素又はその合金（２ａ，２
ｃ）によつてコーティングして形成されていることを特
徴とする請求項２，３又は４の水素透過膜ユニットの製
造方法。