[发明专利]氢分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用选择性地使氢气透过的金属膜等氢透过膜(hydrogen permeating film)而从含氢气体中分离氢的氢分离装置(hydrogen separating device)。

背景技术

作为此种氢分离装置，已知有一种以夹住由氢透过膜所构成的氢分离层的方式层叠有供给含氢气体的混合气体层及回收所透过的氢的透过气体层的装置(例如，参考专利文献1至6)。

如此所构成的层叠型的氢分离装置可在小型的装置中组装多个氢透过膜，且可回收大量的氢。

然而，在层叠型的氢分离装置中，通过氢分离层将混合气体层与透过气体层完全隔离是非常困难的。例如，在专利文献1中，公开有一种在混合气体层的气体流入口与透过气体层的流入口之间等处具备防止漏泄机构的构成。然而，并未言及氢分离层、混合气体层以及透过气体层之间的密封。

构成层叠体的各层间的密封，需要使面彼此密接，不能使用由如刀刃(knife edge)那样的线加以密封的技术。构成层叠体的各层较薄，难以利用焊接来进行接合以进行密封。并且，用于氢分离层的最前端的氢透过膜在机械性质上不耐热，且必须在稳定的条件下接合以进行密封。

即，必须在不影响氢分离层的氢分离能力的情况下组装层叠体，且实现充分的密封。当各层间的密封不完全时，混合气体层的成分将混入透过气体层中，不仅造成透过气体的氢质量降低，有时还会有层叠体外的大气混入于透过气体中的情形。

先前技术文献

专利文献

[专利文献1]日本特开2002-128506号公报

[专利文献2]日本特开2003-81611号公报

[专利文献3]日本特开2003-34506号公报

[专利文献4]日本特开2005-288290号公报

[专利文献5]日本特开2005-296746号公报

[专利文献6]日本特表2005-503314号公报

发明内容

本发明的课题在于提供一种能解决如上所述的现有技术的问题点，在稳定的条件下组装层叠体，且能实现优异的密封的层叠式氢分离装置。

为了解决该课题，组装各种构成的层叠体以研究性能，结果发现：在其过程中，如仅靠螺栓的栓紧或扩散接合这样的通常的方法，则难以实现充分的密封。于是，从不同的观点，就实现优异的密封的方法专心研究的结果发现，刻意将单独即能发挥作为氢分离装置的功能的层叠体收纳于容器中，并使用高压气体对层叠体施加压缩力的作法有效。

由于在需要氢分离装置的操作现场中，一般采用各种各样的气体，因此容易利用高压气体。进而，研究自然地施加压缩力那样的构造，结果发现不仅可获得优异的密封性，还可获得耐久性等各种效果，从而完成本发明。

本发明的氢分离装置是由层叠体及容器构成的，所述层叠体是通过一体化地层叠氢分离层、混合气体层及透过气体层而得到的，所述容器将所述层叠体内置且装满有缓冲气体(buffer gas)，其中，氢分离层有选择性地使氢透过，混合气体层与氢分离层相邻，并具有供含氢气体流动的混合气体流路，透过气体层与氢分离层相邻，并具有供透过了氢分离层后的氢流动的透过气体流路。

并且，在层叠体与容器的内壁之间，至少在层叠体的层叠方向的一方端面设置有缓冲气体能到达的缓冲空间(buffer space)，并设定成缓冲空间的压力等于或高于混合气体流路及透过气体流路中压力较高者的压力。即，使得在层叠体内不会有比缓冲空间的压力更高的部分。

结果是，由于通过缓冲气体对层叠体均匀地施加压缩力，或至少不会有压散层叠体而使其崩溃的力施加，因此可获得优异的密封，且层叠体的构造稳定性亦获改善。

作为氢分离层，可采用：氢透过性的金属膜、于多孔质陶瓷上薄薄地形成氢透过性的金属的复合膜、具有分子标度(molecular scale)的细孔的多孔质陶瓷膜、致密且能使氢选择性透过的钙钛系陶瓷膜(perovskite ceramic film)等。

作为金属膜，可采用：Pd膜、Pd-Ag合金膜、Pd-Cu合金膜、V-Ni合金膜、非晶形Zr-Ni合金膜等各种膜。另外，近年来，主要以提升氢透过速度为目的的薄膜化技术显著进步，而开发有厚度低于20μm的箔状膜，而本发明亦可采用此种箔状膜。

氢分离层由3个部分构成。即：并未与混合气体层或透过气体层的构成构件密接而能供氢透过的氢透过部；在氢透过部的周围与相邻接的混合气体层或透过气体层的构成构件密接的密封部；以及构成设置在密封部的区域内的层间连通孔的贯穿孔。