KR101584365B1 - 수소투과 모듈과 그 사용방법 - Google Patents

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더 재팬 스틸 워크스 엘티디
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Abstract

본발명의 수소투과 모듈의 외주부(外周部)는 구속(拘束)되고, 그 내측은 구속되지 않으면서 수소를 투과하는 수소투과막(hydrogen permeable membrane)을 포함한다. 상기 수소투과 모듈은 제1 측의 압력을 제2 측의 압력 이상으로 유지하면서 수소를 투과한다. 상기 수소투과 모듈의 상기 내측은 상기 제2 측으로 팽창되기 위해 구속되지 않는다.
수소, 수소투과 모듈, 수소투과막

Description

수소투과 모듈과 그 사용방법{Hydrogen Permeable Module and Usage thereof}
본발명은 수소의 분리와 정제에 이용되는 수소투과 모듈(hydrogen permeable module)과 그 이용방법에 관한 것이다.
고순도 수소는 반도체, 광섬유, 화학약품 등의 생산에 사용이 되며, 그 사용량은 매년 증가하고 있다. 수소는 연료전지(fuel cell)의 연료로 최근 주목을 받고 있으며, 연료전지가 미래에 실제 사용되는 경우 엄청난 양의 고순도의 수소가 필요할 것이다. 그러므로, 고순도의 수소를 저비용으로 대량 생산할 수 있는 방법에 대한 개발이 요구되고 있다.
금속막(metal membrane)을 이용한 막분리법(膜分離法)이 수소정제방법 중 하나로서 주목받고 있다. 이방법은 이론적으로 100% 순도의 수소를 얻을 수 있는 방법이며, 주로 Pd(palladium)에 기반한 합금이 이제까지 실제 사용되어 왔다. 그러나, 저비용으로 수소를 생산하는 관점에서는 현재의 Pd계합금의 수소투과성(permeability)은 불충분하며, 이에 따라 Pd계합금보다 더 좋은 수소투과성을 가지는 수소투과막용 재료의 시급한 개발이 요구되고 있다.
수소투과막(hydrogen permeable membrane)에 있어서, 제1 측의 수소압력은 제2 측의 수소압력보다 높게 유지되고, 이에 따라 막의 두께 방향으로 발생하는 수소농도구배는 제1 측에서 제2 측으로 확산에 의해 수소가 투과하는 구동력으로 이용된다. 높은 수소투과성을 가지는 원소는 예를 들어 V, Nb, Ta과 같은 Va족(族)원소가 있으나, 수소투과 모듈이 실제 사용되는 온도와 수소 압력에서의 수소농도가 Pd에 비해서 매우 높다. 예를 들어, 500℃의 온도와 100kPa의 압력에서 단위부피당 Pd의 수소농도가 1인 경우, V, Nb, Ta의 수소농도는 각각 9.3, 33.8, 18이다.
수소의 농도가 높은 경우, 수소의 흡수에 따라 부피가 급격히 팽창되고, 부서지기 쉬운 금속간 화합물(intermetallic compound)이 생성되는 경우가 있고, 이에 따라 크랙(crack)을 쉽게 발생시키게 된다. 이에 따라 예를 들어, 일본특허공보(특공평 JP-B-4-74045)와 일본특허공보(특공평 JP-B-5-79367)은 V에 Ni, Co, 및 Mo을 첨가하여 수소농도가 낮아진 합금을 개시하고 있다. 또한, 일본공개공보(특개 JP-A-2006-265638)에서 일부 발명자들은 Nb에 기초한 다상합금(multi-phase alloy)을 제안했다.
한편, 수소투과막의 수소 흐름(flux)과 막(membrane)의 두께는 반비례 관계에 있으므로 막의 두께를 가능한 작게 유지하는 것이 필요하다. 압력차에 의한 막의 파괴를 방지하기 위해, 제2 측으로 투과하는 수소의 이동경로를 보장하고, 막을 지지 하는 지지부(support)를 구비한 수소투과 모듈의 제공이 필요하다. 예를 들어, 일본공개공보(특개평 JP-A-5-85702)는 도금 또는 이온도금으로 다공질 지지부 상에 Pd막 또는 Pd 합금막을 형성하는 수소투과막의 제조방법을 개시하고 있다. 일본특허번호(특허 3540495)는 압연(rolling)과 같은 제조방법으로 제조되는 수소투과막이 수소투과막의 제2 측으로 투과하는 수소의 이동경로를 보장하기 위한 지지부와 겹치도록 형성된 수소분리막을 개시하고 있으며, 수소투과막과 지지부 사이의 전체접촉면은 확산접합(diffusion-bonded)되어 있다.
일본특허번호(특허 3540495)외에, 일본공개공보(공개평 JP-A-5-85702)는 Pd층 또는 Pd합금층이 다공질의 지지부와 접합되며, 수소투과막이 지지부에 의해 이러한 부분들에 구속되는 구조를 개시하고 있다. Va 족 원소에 기초한 수소투과합금에서 수소농도는 상기한 바와 같이 합금화에 의해 줄어들지만, 수소농도는 Pd에 비해 여전히 높다. 예를 들어, 300℃의 온도와 100kPa의 압력에서 Pd의 수소농도는 H/M=0.2인데(참조문헌: 신판, 수소흡장합금(Metal Hydride Alloy)-물리적 성질과 그 응용, Agne Gijutsu Center), 일본특허공보(특공평 JP-B-5-79367)에서 개시된 V90Mo10 합금의 수소농도는 0.3이다. 발명자의 일부가 개시한 Nb계 다상합금 중, Nb52Ti25Co23의 수소농도는 상기 온도와 압력의 조건에서 0.45이며, V합금과 같이 Pd의 수소농도를 많이 초과한다. 상기한 바와 같이, Va족 원소들에 기초한 수소투과합금은 Pd계 합금의 수소농도보다 훨씬 높은 수소농도를 나타내고, 수소흡수에 따라 많은 팽창량을 갖게 된다. 지지부가 세라믹 이나 스테인리스강(stainless steel)과 같이 수소를 흡수하지 않는 재료로 제조되므로 수소투과막만이 팽창되고, 수소투과막은 자유로이 변형되는 것으로부터 방지되며, 이에 따라 큰 팽창량의 경우에 변형에 따른 구속부의 주변에 크랙을 유발할 염려가 있다. 또한, 일본공개공보(특개평 JP-A-5-85702)와 일본특허번호(특허 3540495)에서 수소투과부의 일부가 지지부와 접합되므로, 지지부가 제공되는 않는 경우에 비하여 실제 수소투과 면적이 줄어들게 되어 수소투과양이 줄게된다.
본발명의 목적은 수소투과막이 쉽게 변형되며, 상기 수소투과막이 크랙되는 것이 방지되며, 수소투과량을 보장할 수 있는 수소투과 모듈을 제공하고자 한다. 본발명의 다른 목적은 수소투과막의 전체 투과부가 제1 측으로부터 제1 측보다 더 낮은 압력의 제2 측으로 팽창하도록 하여 주름(crease)의 발생을 방지할 수 있는 수소투과 모듈을 제공하고자 한다.
본발명의 제1 실시예에 따른 수소투과 모듈은, 수소투과부의 외주부(外周部)가 구속(拘束)되고, 수소투과막의 외주부의 내측은 구속되지 않으면서 수소를 투과하는 수소투과막(hydrogen permeable membrane)을 포함하며, 상기 수소투과 모듈은 제1 측의 압력을 제2 측의 압력 이상으로 일정하게 유지함으로써 수소를 투과시키며, 상기 수소투과막의 외주부의 내측은 상기 제2 측으로 팽창할 수 있도록 구속되지 않은 것을 특징으로 한다.
본발명의 제2 실시예에 따른 수소투과 모듈은 지지면(support surface)을 포함하면서 상기 제2 측에 제공되는 지지부(support)를 더 포함하고, 상기 지지면은 수소흡수에 따라 상기 제2 측으로 팽창되는 상기 수소투과막의 형상(形相)을 따르는 것을 특징으로 한다.
본발명의 제3 실시예에 따른 수소투과 모듈에서 상기 지지부는 복수의 수소투과공(hydrogen permeable pores)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본발명의 제4 실시예에 따른 수소투과 모듈은 상기 수소투과막의 외주부를 구속하기 위해 상기 수소투과막을 사이에 개재시키는 2개의 모듈 플레임(module frames)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본발명의 제5 실시예는 상기 제1 실시예의 수소투과 모듈을 사용하는 방법으로서, 수소투과막의 제1 측의 압력이 상기 제2 측의 압력 이상인 상태에서 상기 수소투과 모듈에 수소를 함유하는 가스의 공급을 시작하는 단계; 및 상기 가스공급을 시작한 후 상기 제1 측의 압력이 상기 제2 측의 압력보다 지속적으로 높은 상태를 유지함으로써, 수소 흡수와 함께 상기 제2 측으로 상기 수소투과막이 팽창하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본발명의 제6 실시예는 상기 제1 실시예의 수소투과 모듈을 사용하여 수소를 투과하는 방법으로서, 수소투과막의 제1 측의 압력이 상기 제2 측의 압력 이상인 상태에서 상기 수소투과 모듈에 수소를 함유하는 가스공급을 시작하는 단계 및 상기 가스공급 시작 후 상기 제1 측의 압력이 상기 제2 측의 압력보다 지속적으로 높은 상태를 유지함으로써, 수소 흡수와 함께 상기 제2 측으로 상기 수소투과막이 팽창하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본발명의 실시예에 따르면, 수소투과막의 외주부만이 구속되고, 외주부의 내측은 구속되지 않고 제2 측으로 팽창가능하기 때문에, 수소를 함유하는 가스를 수소투과 모듈에 공급하기 시작한 후에 제2 측의 압력보다 제1 측의 압력을 높게 유지하고, 그 압력차에 의해 수소투과막을 제2 측으로 누르는 힘을 가함으로써 제2 측으로만 수소흡수와 함께 수소투과막의 부피팽창을 가능하게 함으로써 크랙을 발생시키는 주름의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 가스공급 시작 후에는, 제1 측의 압력이 제2 측의 압력보다 높은 기간이 주어진다. 다시 말하면, 제1 측의 압력과 제2 측의 압력이 서로 같아지는 상태는 없으며, 이러한 상태는 수소가 없는 환경하에서 수소투과 모듈에 가스공급을 시작한 후로부터 수소투과막의 각각의 면에서 압력의 정상상태(steady state)에 도달할 때까지 계속된다.
또한, 수소투과 모듈이 수소정제(hydrogen purification)에 사용되는 환경하에서, 압력차에 의해 수소투과막에 가해지는 하중이 수소흡수 동안 제2측으로 팽창하도록 하는 수소투과막의 팽창을 유발하는데 필요한 힘을 많이 초과하는 경우, 수소흡수에 따라 제2 측으로 팽창된 수소투과막의 형상을 갖는 지지면을 포함하는 지지부가 제2 측에 구비되면, 수소투과막은 주름 발생 없이 제2 측으로 팽창하고, 수소투과막의 양측면 사이에 압력차에 기인한 하중이 가해지지 않는 상태로 만들고, 이에 따라 좋은 크랙저항성을 나타낸다. 또한, 수소투과부에서 지지부와 결합하는 구조에 비하면, 실질적인 수소투과 면적을 늘리는 효과와 수소 흐름(flux)의 증대 효과가 있다.
(종래 실시예)
도 9는 종래 수소투과모듈의 일실시예를 보여준다. 도 9와 같이 종래 일실시예에 따른 수소투과 모듈(110)은, 주변부(peripheral part)만이 모듈 프레임(22) 등에 접합되도록 서로 겹쳐지는 수소투과막(20)과 지지부(21)을 포함한다. 수소흡수와 함께 팽창하는 경우에, 수소투과막(20)은 지지부(21)에 의해 막혀 있어서 제2 측으로 팽창하는 것이 저지되므로 수소투과막(20)은 제1 측으로만 팽창된다. 한편, 제1 측의 압력이 제2 측의 압력보다 높으므로, 제1 측으로의 팽창은 압력 차이에 의해 눌려(crushed) 크랙의 원인이 되는 주름(crease)을 유발할 수 있다.
도 10은 종래 수소투과모듈의 다른 실시예를 보여준다. 도 10에 도시된 바와 같이, 종래 다른 실시예에 따른 수소투과 모듈(210)은 지지부에 의해 저지됨이 없이 제2 측으로 팽창이 가능한 수소투과막(20) 및 수소투과 모듈(210)의 주변부(peripheral part)를 접합하는 모듈 프레임(22)을 포함한다. 수소투과막(20)은 제1 측과 제2 측으로 모두 팽창이 가능하다. 그러나, 압력의 증가가 발생되어 수소투과막의 양측에서의 압력이 서로 같아지는 경우, 제1 측과 제2 측으로의 팽창은 불규칙하게 이루어질 수 있고, 그러한 팽창은 크랙의 시발점이 되는 주름을 유발할 수 있다.
이에, 본발명은 수소투과막의 전체 투과부가 제1 측으로부터 제1 측보다 압력이 낮은 제2 측으로 팽창하도록 하여 주름의 발생을 방지하고자 한다.
이하, 본발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시예)
수소투과막으로서 수소흡수성과 수소투과성을 가지는 물질이 사용될 수 있으며, 수소투과막의 재료는 한정된 것이 아니다. 예를 들어, Va 족에 기초한 합금이 사용될 수 있고, 지지부와 수소투과부가 접합되는 종래구조에 비해서 실질적인 수소투과면적이 증가하는 점을 고려하면, 수소 흐름이 만족스럽지 못한 Pd 합금도 사용될 수 있다.
수소투과막(1)이 수소투과성, 막강도 등을 고려하여 적절한 막 두께를 갖도록 형성될 수 있지만, 본발명에서 막의 두께는 한정되지 않으며, 제조과정도 특별하게 한정되지 않는다. 수소투과막(1)의 외주부(outer peripheral part)만이 구속되어 있으며, 외주부의 내측(수소투과부)은 구속되어 있지 않다. 외주부의 구속은 적절한 방법과 적절한 고정수단 등을 이용하여 수행될 수 있다. 제1 실시예에서, 모듈 프레임(module frames)(2)은 수소투과막(1)을 사이에 개재시키도록 하고(sandwich), 수소투과막(1)이 제1 측, 제2 측 방향으로 함께 구속되는 수소투과 모듈(10)을 얻을 수 있다(도 1a, 도 1b 참조). 이에 따라, 모듈 프레임(2) 내에 있는 수소투과막(1)은 제1 측 또는 제2 측으로 팽창이 가능하다. 또한, 제1 실시예에서 모듈 프레임(2)은 링 형상(ring-like shape)을 가질 수 있다. 그러나, 모듈 프레임의 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 모듈 프레임(2)은 직사각형 또는 정사각형 형상을 가질 수 있다.
이하, 수소투과 모듈(10)의 사용에 관해 기술한다.
수소의 공급전에 수소투과막(1)의 환경은 진공펌프를 이용하여 진공상태를 유지하거나 질소, 아르곤 등과 같은 불활성 가스 상태를 유지한다. 이후, 수소를 포함하는 가스가 제1 측으로부터 공급되고, 제1 측의 압력은 수소가 투과되는 제2 측의 압력보다 한결같이 높게 유지된다.
수소투과막(1)에서, 제1 측으로부터 공급되는 수소는 흡수되고, 흡수된 수소는 제2 측으로 확산되어 투과한다. 이경우, 수소투과막(1)은 수소흡수와 함께 팽창하지만, 제1 측의 압력이 제2 측의 압력보다 낮아지지 않도록 설정되어 있기 때문에, 수소흡수에 따라 발생하는 부피팽창은 제2 측으로 이루어지며, 이에 수소투과 막(1)에서 주름의 발생과 크랙의 발생을 방지할 수 있다. 제1 측과 제2 측의 압력의 조정은, 제1 측의 압력을 제2 측의 압력보다 높게 유지하기 위해 이미 얻은 정보를 기초로 하여 제1 측의 압력을 기결정된 값으로 조정하는 방식에 의해, 또는 제1 측의 압력과 제2 측의 압력의 측정결과를 기초하여 제1 측으로의 가스공급을 조절하는 방식에 의해 이루어질 수 있다.
(제2 실시예)
압력의 차이에 의해 수소투과막에 가해지는 힘(force)은, 수소투과막(1)에서 주름발생을 방지하기 위해 수소 흡수에 따라 팽창하는 것과 상응하는 제2 측으로의 수소투과막(1)의 팽창을 가능하게 하는 힘의 크기일 수 있다.
그러나, 수소투과 모듈이 수소정제를 위해 사용되는 상황에서는, 전자(예를 들어, 압력의 차이에 의해 수소투과막(1)에 가해지는 힘)은 후자(예를 들어, 수소투과막(1)이 제2 측으로 팽창하도록 하는 힘의 크기)를 훨씬 초과할 것이다.
제2 측으로 수소투과막에 가해지는 힘이 매우 큰 경우, 본발명의 제2 실시예에서의 수소투과 모듈(10)이 사용될 수 있다. 도 3과 같이, 제2 실시예에 따른 수소투과 모듈(10)은 수소흡수에 의한 수소투과막(1)의 팽창에 따라 형성된 형상을 따라 수소투과막(1)을 지지하는 지지면(3a)을 가지는 지지부(3)를 포함한다. 수소투과막(1)은 제1 실시예에서와 같이 지지부(3)의 외주부에서 모듈 프레임(2)과의 고정을 통해 구속되지만, 지지부(3)의 일부 형상(partial shape)은 모듈 프레임의 역할을 할 수 있다. 지지부(3)는 수소가 투과할 수 있는 통로를 제공하는 다수의 수소투과공(水素透過孔)(3b)을 포함하여서, 수소투과막(1)이 팽창되고 지지부(3)의 지지면(3a)에 의해 지지되는 경우 수소투과가 가능하다.
제2 실시예에 의하면, 수소투과막(1)은 주름 발생 없이 제2 측으로 팽창하며, 수소투과막(1)의 양측에서의 압력차에 의해 가해지는 하중(load)이 없게 되며, 이에 따라 좋은 크랙 저항성능을 보여준다.
이하, 본발명에 따른 실시예를 설명한다.
Nb52Ti25Co23의 조성을 가지는 합금을 아르곤아크 용해법에 의해 제조하고, 그 합금으로부터 1mm의 두께의 판(plate)을 잘라냈다. 그 판에 대해 냉간압연과 소둔(annealing)을 수차례 시행하여 25μm의 두께의 박(foil)을 얻었고, 박의 양 표면에 기계연마(mechanical polishing)을 수행하여 표면에 형성된 산화층을 제거하였다. 약 35mm 직경을 가지는 원 형상을 그 박에서 잘라냈고, 산화방지를 위해 스퍼터링(sputtering)으로 그 표면 상에 150 nm 두께의 Pd 박을 형성하여 수소투과막을 얻었다.
그 수소투과막을 스테인리스강(stainless steel)으로 만들어진 원통용기(cylindrical chamber)에 상기 실시예의 모듈프레임 또는 지지부에 대응하는 개스킷(gasket)을 통해 고정하고, 그 용기가 10-3 Pa 수준으로 진공된 상태에서 400℃로 가열되었다. 400℃에서 수소가 200kPa까지 용기에 공급되었고, 수소흡수에 따라 수소투과막이 변형(變形)되는 상태는 용기의 창을 통해 CCD 카메라를 이용하여 관찰되었다.
시험(test) 조건과 압력(P1: 제1 측 압력, P2: 제2 측 압력)의 시간변화는 도 4 내지 도 7에 도시되며, 압력증가시 수소투과막의 제1 측으로부터 관찰된 결과는 도 8a 내지 도 8d에 도시된다. 각 시험에서, 상기 실시예에서 설명된 바와 같이 수소투과막의 수소투과부가 자유 변형이 가능하도록 모듈 프레임에 대응하는 개스킷(gasket)이 수소투과막의 제1 측에 제공된다.
본발명에 따른 실시예와 비교예 3에서, 수소투과막의 수소투과부(hydrogen permeable part)를 구속하지 않는 모듈 프레임에 대응하는 개시킷이 제1 측과 제2 측에 사용되었고, 비교예 1과 비교예 2에서는 제2 측으로 팽창하는 것을 방지하는 원판상(圓板狀)의 개스킷이 제2 측에 사용되었다. 상기 원판상의 개스킷은 투과하는 수소에 대한 이동 경로로 역할하는 다수의 공(pores)이 구비된 구조를 가진다.
시험온도 수소공급전의 투과막 분위기압력(Ambient Pressure ) 제2 측에서의 개스킷 종류 압력증가동안 압력조정방법
비교예 1
400℃
10-3Pa 수준		 종래 지지부 모의 타입(Conventioal Support-Simulated Type) 100kPa까지: P1=P2
100kPa 이상:
P1〉P2
비교예 2 종래 지지부 모의 타입(Conventioal Support-Simulated Type) P1〉P2
비교예 3 제1 측과 동일
(투과부의 자유변형이 가능함)		 P1=P2
본발명의 실시예 제1 측과 동일
(투과부의 자유변형이 가능함)		 P1〉P2
P1:제1 측 압력, P2:제2 측 압력
비교예 1에서, 압력증가 시작 후 100kPa까지는 제1 측과 제2 측의 압력이 같은 상태로 압력이 증가하며, 100kPa 도달이후에는 제1 측에만 수소를 공급하여 압력차가 가해진다. 100kPa에서 압력차가 가해지지 않는 상태에서는 수소투과부는 전체적으로 제1 측으로 돔형태로 팽창하였으나, 제1 측의 압력이 제2 측의 압력보다 높아졌을 때 제2 측으로 수소투과부의 중앙부가 눌려(depressed) 주름(crease)이 발생하였다. 제1 측의 압력이 130kPa에 도달했을 때, 도 8a의 원(circle) 안에서 보이는 주름(crease)이 크랙을 발생시켰다.
비교예 2에서 제1 비교예와 같이 제2 측으로 수소투과막이 팽창하는 것을 방지하는 형상을 가진 개스킷이 제공되었다. 비교예 2에서, 도 5와 같이 압력증가 시작 직후부터 수소투과막에 압력차를 가하기 위해 제1 측으로만 수소가 공급되었기 때문에, 수소투과막은 개스킷에 의해 압력을 받으며 제2 측으로 팽창되고 중앙부에 주름을 발생시키고, 이에 따라 제1 측의 압력이 140kPa에 도달하자 도 8b의 원 안에 표시된 위치에 크랙을 발생시켰다.
비교예 3에서, 수소투과부의 자유변형이 가능하도록 하는 개스킷이 제1 측과 마찬가지로 제2 측에 제공되었다. 도 6과 같이 제1 측과 제2 측의 압력은 압력증가 시작 후부터 200kPa까지 같은 상태로 유지되면서 증가되었는데, 도 8c와 같이 수소투과부에 큰 주름이 발생하였다. 수소투과막에 대한 누출검사(leak check)가 실시되지 않았어도 그 큰 주름에 의해 크랙이 쉽게 발생할 수 있다는 것이 예상된다.
본발명의 실시예에서, 비교예 3과 같이 수소투과부의 자유변형이 가능하도록 하는 개스킷이 제1 측과 마찬가지로 제2 측에 제공되었다. 비교예 2와 같이 압력증가 시작 직후부터 수소투과막에 압력차를 가하기 위해 제1 측으로만 수소가 공급되었고, 도 7과 같이 제1 측의 압력이 100kPa을 넘어선 후에, 제1 측과 제2 측의 압력의 차이가 100kPa로 유지되면서 제1 측의 압력이 제200kPa이 될 때까지 압력이 증가되었다. 결과적으로 도 8d와 같이, 수소투과부는 돔(dome) 형태로 제2 측으로 전체적으로 팽창되었고, 주름의 발생은 억제되었다. 수소투과막에서 크랙은 확인되지 않았다.
본발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1a 및 도 1b는 본발명의 제1 실시예에 따른 수소투과 모듈에 대한 도면이며, 도 1a는 수소투과 모듈의 단면도이며, 도 1b는 수소투과 모듈의 개략도.
도 2는 수소투과 모듈에서 수소투과막의 거동을 나타내는 도면.
도 3a에서 도 3c는 본발명의 제2 실시예에 따른 수소투과 모듈에 대한 도면이며, 도 3a는 수소투과 모듈의 단면도이며, 도 3b는 수소투과 모듈의 개략도이고, 도 3c는 수소투과막이 팽창되고, 도 3a의 수소투과 모듈에서 지지부의 지지표면에 의해 수소투과막이 지지되는 상태도.
도 4는 예에서 제1 측 및 제2 측에서의 압력변화를 나타내는 도면.
도 5는 예에서 제1 측 및 제2 측에서의 압력변화를 나타내는 도면.
도 6은 예에서 제1 측 및 제2 측에서의 압력변화를 나타내는 도면.
도 7은 예에서 제1 측 및 제2 측에서의 압력변화를 나타내는 도면.
도 8a 내지 도 8d는 예에서 수소투과막의 거동을 나타내는 도면.
도 9는 종래의 수소투과모듈에서 수소투과막의 거동을 나타내는 도면.
도 10은 다른 종래의 수소투과모듈에서 수소투과막의 거동을 나타내는 도면.

Claims (6)

  1. 수소투과막(hydrogen permeable membrane)을 포함하는 수소투과 모듈에 있어서,
    상기 수소투과막의 외주부(外周部)는 구속(拘束)되며, 상기 수소투과막의 외주부의 내측은 구속되지 않고, 상기 수소투과막은 수소를 투과시키고,
    상기 수소투과 모듈은 제2 측의 압력 이상으로 제1 측의 압력을 지속적으로 유지함으로써 수소를 투과시키며,
    상기 수소투과막의 외주부의 내측은 제2 측으로 팽창할 수 있도록 구속되지 않고,
    지지면(support surface)을 포함하면서 상기 제2 측에 제공되는 지지부(support)를 더 포함하되, 상기 지지면은 수소흡수에 의해 상기 제2 측으로 팽창되는 상기 수소투과막의 형상(形相)을 따르는 것을 특징으로 하는 수소투과 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 지지부는 복수의 수소투과공(hydrogen permeable pores)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소투과 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 수소투과막의 외주부를 구속하기 위해 상기 수소투과막을 사이에 개재시키는 2개의 모듈 플레임(module frames)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소투과 모듈.
  5. 제1 항의 수소투과 모듈을 사용하는 방법으로서, 상기 방법은:
    제1 측의 압력이 제2 측의 압력 이상인 상태에서 수소투과 모듈에 수소를 함유하는 가스의 공급을 시작하는 단계; 및
    가스공급의 시작 후에, 상기 제1 측의 압력이 상기 제2 측의 압력보다 지속적으로 높은 상태를 유지함으로써, 수소 흡수와 함께 상기 제2 측으로 상기 수소투과막이 팽창하는 단계
    를 포함하는 수소투과 모듈을 사용하는 방법.
  6. 제1 항의 수소투과 모듈을 사용하여 수소를 투과하는 방법으로서, 상기 방법은:
    제1 측의 압력이 제2 측의 압력 이상인 상태에서 수소투과 모듈에 수소를 함유하는 가스의 공급을 시작하는 단계; 및
    가스공급의 시작 후에, 상기 제1 측의 압력이 상기 제2 측의 압력보다 지속적으로 높은 상태를 유지함으로써, 수소 흡수와 함께 상기 제2 측으로 상기 수소투과막이 팽창하는 단계;
    를 포함하는 수소를 투과하는 방법.
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