钯合金膜组件、其收纳构造体以及采用它们的氢提炼方法.pdf

本发明涉及一种钯合金膜组件、其收纳构造体以及采用它们的氢提炼方法。具体提供一种可在利用由钯合金细管构成的氢分离膜的氢提炼装置中，容易替换钯合金细管的机构。其中，可容易地将氢提炼装置分离为钯合金膜组件和其收纳构造体。钯合金膜组件由多根钯合金细管、支承该钯合金细管的圆盘状的管板以及纯氢的导出管构成，该纯氢的导出管在其一端具有与该管板的外周部密接的圆筒部，在其另一端具有与收纳构造体的纯氢导出口连接的接头。收纳构造体由收纳钯合金细管的容器、加热器、原料氢供给口、含杂质气体导出口以及纯氢导出口构成，在纯氢导出口处具有与设置于钯合金膜组件的一端的接头连接的部件。

1.  一种钯合金膜组件，该钯合金膜组件被收纳于具有容器、原料氢供给口与纯氢导出口的收纳构造体中的上述容器内，且与上述收纳构造体形成一体来构成氢提炼装置，该钯合金膜组件包括：
多根钯合金细管、管板以及纯氢的导出管，
上述多根钯合金细管分别具有多个闭口端部和多个开口端部，
上述多个闭口端部分别将上述多根钯合金细管的一端封闭，
上述多个开口端部分别形成于上述多根钯合金细管的另一端，
上述管板具有圆盘状的外周部和多个支承部，
上述多个支承部分别在上述多个开口端部处支承上述多根钯合金细管，
上述导出管包括：导出管主体；圆筒部，该圆筒部形成于上述导出管的一端，与上述外周部密接；导出口接头，该导出口接头形成于上述导出管主体的另一端，与上述纯氢导出口连接。

2.  一种钯合金膜组件，该钯合金膜组件被收纳于具有容器、原料氢供给口与纯氢导出口的收纳构造体中的上述容器内，且与上述收纳构造体形成一体来构成氢提炼装置，该钯合金膜组件包括：
多根钯合金细管、管板以及纯氢的导出管，
上述多根钯合金细管分别具有多个闭口端部和多个开口端部，
上述多个闭口端部分别将上述多根钯合金细管的一端封闭，
上述多个开口端部分别形成于上述多根钯合金细管的另一端，
上述管板具有圆盘状的外周部和多个支承部，
上述多个支承部分别在上述多个开口端部处支承上述多根钯合金细管，
上述导出管包括：导出管主体；圆筒部，该圆筒部形成于上述导出管主体的一端，与上述外周部密接；导出口接头，该导出口接头形成于上述导出管主体的另一端，与上述纯氢导出口连接；容器接头，该容器接头在上述圆筒部和上述导出口接头之间的位置与上述容器的开口部密接。

3.  根据权利要求1所述的钯合金膜组件，其中，上述管板的中心轴、上述导出管的中心轴与上述导出口接头的中心轴按照形成同一中心轴的方式设定。

4.  根据权利要求2所述的钯合金膜组件，其中，上述管板的中心轴、上述导出管的中心轴、上述导出口接头的中心轴与容器接头的中心轴按照形成同一中心轴的方式设定。

5.  根据权利要求1或2所述的钯合金膜组件，其中，上述管板由镍构成，
上述导出管由不锈钢构成，
上述管板和上述导出管通过镍、铬以及铁的合金而焊接。

6.  根据权利要求1所述的钯合金膜组件，其中，上述导出口接头具有装卸部，该装卸部能相对连接部件进行安装和取下，该连接部件设置于上述收纳构造体的内部、与上述导出口接头连接。

7.  根据权利要求2所述的钯合金膜组件，其中，上述导出口接头具有装卸部，该装卸部能相对连接部件进行安装和取下，该连接部件设置于上述收纳构造体的内部、与上述导出口接头连接，
上述容器接头具有装卸部，该装卸部能相对密接部件进行安装和取下，该密接部件设置于上述收纳构造体的内部，与上述容 器接头连接。

8.  一种收纳构造体，该收纳构造体收纳权利要求1所述的钯合金膜组件，与上述钯合金膜组件形成一体来构成氢提炼装置，该收纳构造体包括：
容器，该容器具有形成于端部的开口部，收纳从上述开口部穿过的上述多根钯合金细管；
加热器，该加热器从上述容器的外侧对上述容器的内侧进行加热；
原料氢供给口，该原料氢供给口将含杂质的原料氢供给到上述容器；
含杂质气体导出口，该含杂质气体导出口从上述容器导出未透过钯合金膜的含杂质的气体；
纯氢导出口，该纯氢导出口具有能与上述导出口接头连接的连接部件。

9.  一种收纳构造体，该收纳构造体收纳权利要求2所述的钯合金膜组件，与上述钯合金膜组件形成一体来构成氢提炼装置，该收纳构造体包括：
容器，该容器具有形成于端部的开口部、与在该开口部处能与上述容器接头密接的密接部件，收纳从上述开口部而穿过的上述多根钯合金细管；
加热器，该加热器从上述容器的外侧对上述容器的内侧进行加热；
原料氢供给口，该原料氢供给口将含杂质的原料氢供给到上述容器；
含杂质气体导出口，该含杂质气体导出口从上述容器导出未透过钯合金膜的含杂质的气体；
纯氢导出口，该纯氢导出口具有能与上述导出口接头连接的连接部件。

10.  一种氢提炼方法，在该方法中，将权利要求1所述的钯合金膜组件收纳于权利要求8所述的收纳构造体中，进行氢的提炼，该方法为：
在规定期间使用上述多根钯合金细管后、在上述多根钯合金细管的机械强度降低后、或在从上述多根钯合金细管的周边部产生气体的泄漏后，
将包括上述多根钯合金细管的上述钯合金膜组件更换为新的钯合金膜组件，从而进行氢的提炼。

11.  一种氢提炼方法，在该方法中，将权利要求2所述的钯合金膜组件收纳于权利要求9所述的收纳构造体中，进行氢的提炼，该方法为：
在规定期间使用上述多根钯合金细管后、在上述多根钯合金细管的机械强度降低后、或在从上述多根钯合金细管的周边部产生气体的泄漏后，
将包括上述多根钯合金细管的上述钯合金膜组件更换为新的钯合金膜组件，从而进行氢的提炼。

钯合金膜组件、其收纳构造体以及采用它们的氢提炼方法
技术领域
本发明涉及利用钯合金膜的氢气选择透过性的氢提炼。具体来说，本发明涉及具有钯合金细管等的钯合金膜组件；收纳该钯合金膜组件、与该钯合金膜组件形成一体构成氢提炼装置的收纳构造体；以及采用它们的氢提炼方法。
背景技术
在过去，大量的高纯度的氢气作为气氛气体而在半导体制造步骤中被使用。因半导体的集成度的提高，要求在这样的氢气中，杂质的浓度为极低的浓度(ppb程度以下)。
另一方面，作为从工业上制造大量的高纯度的氢的方法，人们知道有下述方法，其中，将从甲醇、二甲醚、天然气、液化石油气体等，利用水蒸气改性反应而获得的改性气体通过深冷吸接法、压力振摆法等，分离为氢和氢以外的气体，从而获得氢。
深冷吸接法为下述提炼方法，其中，在填充有将液化氮作为冷却剂而进行极低温化处理的吸接材料的吸接筒中，使含氢气体流通，去除氢以外的杂质。压力振摆法为下述提炼方法，其中，依次使含氢气体在多个吸接筒中流通，并且重复升压、杂质的吸着、杂质的脱去以及吸接件的再生的各操作，去除氢以外的杂质。在前述那样的改性气体中，除了氢以外，包含一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮、水等，但是在深冷吸接法、压力振摆法中，难以将这些杂质去除到极低的浓度(ppb程度以下)。
相对该情况，作为以较少量而获得极高纯度的氢气的方法，人们知道有下述方法，其中，将包含杂质的原料氢供给到由钯合金的薄膜形成的氢分离膜，利用氢气的选择透过性，仅使原料氢中的氢透过，从而将其导出。这样的用于氢提炼的装置为下述的氢提炼装置，其包括：包含杂质的原料氢的导入口、纯氢的导出口、以及位于该导入口和该导出口之间的气体流路中的钯合金的薄膜。这样的装置例如专利文献1～3所示的那样，为具有下述结构的氢提炼装置，在该结构中，一端封闭的多根钯合金细管(氢分离膜)以其另一端的开口部支承于管板上，收纳于盒的内部，通过该钯合金细管和管板，将盒内部分隔为一次侧空间(包含杂质的原料氢的供给侧空间)和二次侧空间(纯氢的导出侧空间)的二次空间。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开昭62-128903号公报
专利文献2：JP特开平1-145302号公报
专利文献3：JP特开平1-145303号公报
发明内容
发明要解决的课题
利用钯合金的氢分离膜的氢提炼方法与深冷吸接法、压力振摆法相比较，如前述那样，具有获得高纯度的氢气，而且具有可使装置小型化，可使该装置简化的优点，但是具有每单位时间的纯氢的导出量少的缺点。
另外，氢分离膜的每单位面积的氢透过量Q通过Q＝At^－1(P₁^1/2－P₂^1/2)而表示。在这里，在该式中，A表示分离膜的种类、操作条件等的数值，t表示膜厚，P₁表示一次侧空间的氢分压，P₂表示 二次侧空间的氢分压。
在前述那样的氢提炼装置中，为了确保适量的纯氢，将钯合金细管(氢分离膜)的膜厚通常设定在100μm以下。由此，如果长期地使用氢提炼装置，则钯合金细管的机械强度降低，最终钯合金细管破损。于是，在破损前，即在使用规定期间后，必须将貌似破损的钯合金细管替换为新的钯合金细管。
此外，比如，如果增加一次侧空间的氢分压P₁和二次侧空间的氢分压P₂之间的差，则可谋求提炼氢的导出量的增加。但是，如果这样，则钯合金细管的机械强度的降低快，必须频繁地更换钯合金细管。另外，在没有注意钯合金细管的机械强度的降低，从钯合金细管的周边部产生气体的泄漏后，必须快速地替换钯合金细管。
在将钯合金细管替换为新的钯合金细管的场合，难以从管板上取下具有不良状况的钯合金细管，安装新的钯合金细管。另外，在将钯合金细管和支承它们的管板一起更换为新的多根钯合金细管和支承它们的管板的场合，将花费很大功夫来从氢提炼装置上安装取下管板，以及确保密封性。
于是，本发明要解决的课题在于提供可在利用由钯合金细管构成的氢分离膜的氢提炼中，容易替换钯合金细管的技术方案。
用于解决课题的技术方案
本发明人进行了深入研究，以便解决这些课题，其结果发现：将前述那样的氢提炼装置分离为：由多根钯合金细管、支承该钯合金细管的圆盘状的管板以及纯氢的导出管构成的结构部(钯合金膜组件)；由收纳它们的容器、对该容器的内部进行加热的加热器以及对于氢提炼来说必需的各种气体的出入口构成的结构部(收纳构造体)。通过采用接头，从而在一体组合时不损害内部的密封性， 这些结构部的组合和分离容易，可容易替换钯合金细管。由此，实现了下述(1)～(11)的本发明。
(1)涉及一种钯合金膜组件，该钯合金膜组件被收纳于具有容器、原料氢供给口与纯氢导出口的收纳构造体中的上述容器内，且与上述收纳构造体形成一体来构成氢提炼装置，该钯合金膜组件包括：多根钯合金细管、管板以及纯氢的导出管，
上述多根钯合金细管分别具有多个闭口端部和多个开口端部，
上述多个闭口端部分别将上述多根钯合金细管的一端封闭，
上述多个开口端部分别形成于上述多根钯合金细管的另一端，
上述管板具有圆盘状的外周部和多个支承部，
上述多个支承部分别在上述多个开口端部处支承上述多根钯合金细管，
上述导出管包括：导出管主体；圆筒部，该圆筒部形成于上述导出管的一端，与上述外周部密接；导出口接头，该导出口接头形成于上述导出管主体的另一端，与上述纯氢导出口连接。
(2)涉及一种钯合金膜组件，该钯合金膜组件被收纳于具有容器、原料氢供给口与纯氢导出口的收纳构造体中的上述容器内，且与上述收纳构造体形成一体来构成氢提炼装置，该钯合金膜组件包括：多根钯合金细管、管板以及纯氢的导出管，
上述多根钯合金细管分别具有多个闭口端部和多个开口端部，
上述多个闭口端部分别将上述多根钯合金细管的一端封闭，
上述多个开口端部分别形成于上述多根钯合金细管的另一端，
上述管板具有圆盘状的外周部和多个支承部，
上述多个支承部分别在上述多个开口端部处支承上述多根钯合金细管，
上述导出管包括：导出管主体；圆筒部，该圆筒部形成于上述 导出管主体的一端，与上述外周部密接；导出口接头，该导出口接头形成于上述导出管主体的另一端，与上述纯氢导出口连接；容器接头，该容器接头在上述圆筒部和上述导出口接头之间的位置与上述容器的开口部密接。
(3)涉及上述(1)所述的钯合金膜组件，其中，上述管板的中心轴、上述导出管的中心轴与上述导出口接头的中心轴按照形成同一中心轴的方式设定。
(4)涉及上述(2)所述的钯合金膜组件，其中，上述管板的中心轴、上述导出管的中心轴、上述导出口接头的中心轴与容器接头的中心轴按照形成同一中心轴的方式设定。
(5)涉及上述(1)或(2)所述的钯合金膜组件，其中，上述管板由镍构成，
上述导出管由不锈钢构成，
上述管板和上述导出管通过镍、铬以及铁的合金而焊接。
(6)涉及上述(1)所述的钯合金膜组件，其中，上述导出口接头具有装卸部，该装卸部可对连接部件进行安装和取下，该连接部件设置于上述收纳构造体的内部、与上述导出口接头连接。
(7)涉及上述(2)所述的钯合金膜组件，其中，上述导出口接头具有装卸部，该装卸部可对连接部件进行安装和取下，该连接部件设置于上述收纳构造体的内部、与上述导出口接头连接，
上述容器接头具有装卸部，该装卸部可相对密接部件进行安装和取下，该密接部件设置于上述收纳构造体的内部，与上述容器接头连接。
(8)涉及一种收纳构造体，该收纳构造体收纳上述(1)所述的钯合金膜组件，与上述钯合金膜组件形成一体来构成氢提炼装置，该收纳构造体包括：
容器，该容器具有形成于端部的开口部，收纳从上述开口部穿过的上述多根钯合金细管，
加热器，该加热器从上述容器的外侧对上述容器的内侧进行加热，
原料氢供给口，该原料氢供给口将含杂质的原料氢供给到上述容器，
含杂质气体导出口，该含杂质气体导出口从上述容器而导出未透过钯合金膜的含杂质的气体，
纯氢导出口，该纯氢导出口具有可与上述导出口接头连接的连接部件。
(9)涉及一种收纳构造体，该收纳构造体收纳上述(2)所述的钯合金膜组件，与上述钯合金膜组件形成一体来构成氢提炼装置，该收纳构造体包括：
容器，该容器具有形成于端部的开口部、与在该开口部处可与上述容器接头密接的密接部件，收纳从上述开口部而穿过的上述多根钯合金细管；
加热器，该加热器从上述容器的外侧对上述容器的内侧进行加热；
原料氢供给口，该原料氢供给口将含杂质的原料氢供给到上述容器；
含杂质气体导出口，该含杂质气体导出口从上述容器而导出未透过钯合金膜的含杂质的气体；
纯氢导出口，该纯氢导出口具有可与上述导出口接头连接的连接部件。
(10)涉及一种氢提炼方法，在该方法中，将上述(1)所述的钯合金膜组件收纳于上述(8)所述的收纳构造体中，进行氢的提炼，该 方法为：
在规定期间使用上述多根钯合金细管后、在上述多根钯合金细管的机械强度降低后、或在从上述多根钯合金细管的周边部产生气体的泄漏后，
将包括上述多根钯合金细管的上述钯合金膜组件更换为新的钯合金膜组件，从而进行氢的提炼。
(11)涉及一种氢提炼方法，在该方法中，将上述(2)所述的钯合金膜组件收纳于上述(9)所述的收纳构造体中，进行氢的提炼，该方法为：
在规定期间使用上述多根钯合金细管后、在上述多根钯合金细管的机械强度降低后、或在从上述多根钯合金细管的周边部产生气体的泄漏后，
将包括上述多根钯合金细管的上述钯合金膜组件更换为新的钯合金膜组件，从而进行氢的提炼。
发明的效果
本发明通过一个或两个接头(导出接头、容器接头)，容易将钯合金膜组件和收纳构造体组装成氢提炼装置，另外可容易将它们分离，该钯合金膜组件由多根钯合金细管、支承该钯合金细管的圆盘状的管板以及纯氢的导出口等构成，该收纳构造体由容器、原料氢供给口、以及纯氢导出口等构成。由于本发明为这样的结构，故在比如，钯合金细管的机械强度降低的场合等，必须要求更换钯合金细管时，不损害一体组合时的内部的密封性，可容易地将每个钯合金膜组件更换为新品。
附图说明
参照图1～图8，对本发明的钯合金膜组件、其收纳构造体以 及采用它们的氢提炼方法进行说明，但是本发明并不限定于它们。
图1为表示本发明的第1方式的钯合金膜组件的一个例子的结构图；
图2为表示本发明的第2方式的钯合金膜组件的一个例子的结构图；
图3(a)～图3(c)为表示用于本发明的管的接头的例子的立体图；
图4为表示图1、图2的钯合金膜组件的管板的位置的截面的一个例子的结构图；
图5为表示本发明的第1方式的收纳构造体的一个例子的结构图；
图6为表示本发明的第2方式的收纳构造体的一个例子的结构图；
图7为表示钯合金膜组件的容器接头和收纳构造体的容器的开口部的连接结构的一个例子的剖视图；
图8(a)、图8(b)为表示将本发明的钯合金膜组件和其收纳构造体一体地组合的氢提炼装置的例子的结构图。
具体实施方式
本发明用于下述的氢提炼装置或氢提炼方法，其中，通过一端封闭的钯合金细管和支承钯合金细管的开口端的管板，将盒内部分隔为一次侧空间和二次侧空间，从一次侧空间导入包含杂质的氢，使其透过钯合金细管，从二次侧空间导出纯氢。
另外，作为用于本发明的原料氢，列举有采用从甲醇、二甲醚、天然气、液化石油气体等，借助水蒸气改性反应而获得的改性气体，通过深冷吸接法、压力振摆法等而预备提炼的较高纯度的氢。通过 这些方法而获得的氢通常存储于贮藏罐等的贮藏装置中。
通过本发明而获得的极高纯度的提炼氢用作比如半导体制造步骤中的气氛气体(载气)。
如图5、图6所示，本发明的钯合金膜组件100、100a为下述的钯合金膜组件100、100a，其被收纳于收纳构造体200、200a中的容器9内，该收纳构造体200、200a具有容器9、原料氢供给口11以及纯氢导出口13，该钯合金膜组件100、100a与收纳构造体200、200a形成一体，从而构成氢提炼装置300、300a。下面具体地对本发明的第1方式的钯合金膜组件100和第2方式的钯合金膜组件100a进行说明。
如图1所示的那样，本发明的第1方式的钯合金膜组件100包括：多根钯合金细管1，在该多根钯合金细管1中，每根的一端封闭，在每根的另一端具有开口端部6；圆盘状的管板2，该管板2在开口端部6处支承钯合金细管1；纯氢的导出管5，在该纯氢的导出管5的一端具有与管板2的外周部2b密接的圆筒部3，在该导出管5的另一端具有导出口接头4，该导出口接头4与收纳构造体200的纯氢导出口13连接。上述圆盘状的管板2、纯氢的导出管5以及导出口接头4的中心轴通常按照构成同一中心轴的方式设定。
具体来说，钯合金膜组件100包括多根钯合金细管1、管板2以及纯氢的导出管5。多根钯合金细管1分别具有多个闭口端部7和多个开口端部6。多个闭口端部7分别将多根钯合金细管1的一端封闭。多个开口端部6分别形成于多根钯合金细管1的另一端。管板2具有管板主体2a、圆盘状的外周部2b以及多个支承部2c(参照图4)。多个支承部2c分别在多个开口端部6处，支承多根钯合金细管1。各支承部2c为比如形成于管板主体2a上的通孔。
导出管5具有：导出管主体8；圆筒部3，该圆筒部3形成于导出管主体8的一端，与外周部2b密接；导出口接头4，该导出口接头4形成于导出管主体8的另一端，与纯氢导出口13(参照图5)连接。导出管5相对钯合金膜组件100的长度的比例按照适合于安装有钯合金膜组件100的收纳构造体200、氢提炼装置300的尺寸的方式设定。
如图2所示的那样，本发明的第2方式的钯合金膜组件100a包括多根钯合金细管1，在该多根钯合金细管1中，每根的一端被封闭，每根的另一端具有开口端部6；圆盘状的管板2，该管板2在开口端部6处，支承钯合金细管1；纯氢的导出管5，在该纯氢的导出管5的一端具有与管板2的外周部2b密接的圆筒部3，在该管5的另一端具有导出口接头4，该导出口接头4与收纳构造体200a的纯氢导出口13连接，在圆筒部3和导出口接头4之间的位置具有容器接头4a，该容器接头4a与收纳构造体200a的容器9的开口部14密接。上述圆盘状的管板2、纯氢的导出管5、导出口接头4与容器接头4a的中心轴通常按照构成同一中心轴的方式设定。导出口接头4与容器接头4a采用比如镍制的金属密封件。另外，对于容器接头4a，由于在氢提炼过程中温度上升到300℃，故如果为能耐受该温度的材料，则没有特别的限定。
具体来说，钯合金膜组件100a包括：多根钯合金细管1、管板2以及纯氢的导出管5。多根钯合金细管1分别具有多个闭口端部7和多个开口端部6。多个闭口端部7分别将多根钯合金细管1的一端封闭。多个开口端部6分别形成于多根钯合金细管1的另一端。管板2具有管板主体2a、圆盘状的外周部2b以及多个支承部2c(参照图4)。多个支承部2c分别在多个开口端部6处支承多根钯合金细管1。各支承部2c为比如形成于管板主体2a上的通孔。导 出管5具有导出管主体8；圆筒部3，该圆筒部3形成于导出管主体8的一端，与外周部2b密接；导出口接头4，该导出口接头4形成于导出管主体8的另一端，与纯氢导出口13(参照图6)连接；容器接头4a，该容器接头4a在圆筒部3和上述导出口接头4之间的位置，与上述容器9的开口部14(参照图6)密接。
如图1所示，在本发明的钯合金膜组件中使用的钯合金细管1由下述管构成，其中，在管板2侧的一端具有开口端部6，在作为相反侧的一端的另一端具有闭口端部7。钯合金细管1的长度通常在20～200cm的范围内，其外径通常在1.0～5.0mm的范围内，其厚度通常在30～100μm的范围内。另外，相对一个钯合金膜组件100，采用3～1000根钯合金细管1。关于这些配置，没有特别的限制，邻接的钯合金细管之间的间距通常按照在1.0～2.5mm的范围内的方式设定。
作为上述的钯合金细管1的组成成分，可列举以钯和铜为主成分的合金；以钯和银为主成分的合金；以钯、银和金为主成分的合金。在采用这些合金的场合，最好为钯的含量在50～70wt％的范围内与铜的含量在30～50wt％的范围内的合金；钯的含量在60～90wt％的范围内与银的含量在10～40wt％的范围内的合金；钯的含量在60～80wt％的范围内、银的含量在10～37wt％的范围内以及金的含量在3～10wt％的范围内的合金。钯合金也可包含其它的金属，而上述的金属的含量通常在95wt％以上，最好在99wt％以上。
本发明所采用的管板2为通常厚度在3～30mm范围内的圆盘。另外，管板2的直径伴随钯合金细管1的直径、根数等而不同，通常在10～200mm的范围内，最好在15～50mm的范围内。另外，管板2的直径最好为钯合金细管1的长度的1/10以下，特别是最好为1/15以下。其理由在于钯合金膜组件100、100a为细长的形 状，由此，导出管5的圆筒部3的直径、导出管5的容器接头4a的直径变小，其结果是：在将钯合金膜组件100、100a收纳于容器9中(参照图4、图6)，进行氢的提炼时，可更加可靠地防止从它们的周边泄漏气体。
如图3所示，在管板2中，在预先安装钯合金细管1的位置，开设有用于使其插入的通孔。对钯合金细管1的管板2的支承通过焊接等而进行。支承部2c通过该通孔、焊接而构成。此时，为了确保透过氢分离膜的纯氢的流路空间，还可根据需要，将螺旋状的弹簧插入到钯合金细管1的内部。另外，管板2优选由镍制造。
本发明所采用的纯氢的导出管5在管板2侧的端部具有圆筒部3，该圆筒部3与该管板2的外周部2b密接。圆筒部3可按照在与管板2的密接部处没有气体泄漏的方式，至少在管板2的外周部2b的侧面以圆筒的方式形成，导出管主体8和管板2之间的部分的截面不但可为图1所示的那样的コ状，还可为圆锥台的形状、半圆的形状或与它们类似的形状等。另外，纯氢的导出管5在与管板2相反一侧的端部，具有与收纳构造体200的纯氢导出口13连接的导出口接头4，比如图3(a)、图3(b)所示的那样的凸型或凹型的接头。
另外，关于本发明的第2方式的钯合金膜组件，纯氢的导出管5在圆筒部3和接头4之间的位置，具有与收纳构造体200的容器9的开口部14密接的容器接头4a，比如图3(c)所示的凹型或凸型(在图中未示出)的接头。容器接头4a通常按照与钯合金细管1的长度、收纳构造体200的容器9的长度的关系，在优选的位置，固定而安装于纯氢的导出管5的导出管主体8上。
该导出口接头4、容器接头4a按照随意安装取下的方式设定于与设置于后述的收纳构造体200、200a的内部的这些接头连接或 密接的部件(连接部件13a、密接部件14a)上。即，导出口接头4具有装卸部41，该装卸部41设置于收纳构造体200的内部，可相对与导出口接头4连接的连接部件13a而安装和取下。另外，容器接头4a具有装卸部41a，该装卸部41a设置于收纳构造体200a的内部，可相对与容器接头4a连接的密接部件14a而安装和取下。比如，在收纳构造体200的纯氢导出口13具有凸型的接头的场合，导出口接头4构成与其螺合的凹型的接头，在收纳构造体200的纯氢导出口13具有凹型的接头的场合，导出口接头4构成与其螺合的凸型的接头。另外，同样地在收纳构造体200a的容器9的开口部14具有凸型的接头的场合，容器接头4a构成与其螺合的凹型的接头，在收纳构造体200a的容器9的开口部14具有凹型的接头的场合，容器接头4a构成与其螺合的凸型的接头。
另外，导出口接头4具有不使透过钯合金细管1的纯氢泄漏，而将其供给到收纳构造体200的纯氢导出口13的功能，另外,容器接头4a具有可确保与收纳构造体200a的容器9的开口部14的密封性的功能，如果这样，特别是接头的种类、结构、尺寸等没有限制，比如，也可采用没有螺纹的单次操作接头等。另外，在作为对象部件的收纳构造体内的接头单独地具有上述那样的功能的场合，纯氢的导出管5的该部分也可为具有圆筒等的形状的单纯的结构的管，这样的场合也包括在本发明中。纯氢的导出管5最好包括圆筒部3、导出口接头4以及容器接头4a，由不锈钢制造，管板2和圆筒部3最好通过镍、铬以及铁的合金而焊接。
如图5、图6所示的那样，本发明的收纳构造体200、200a收纳前述那样的钯合金膜组件100、100a，与该钯合金膜组件100、100a形成一体，从而构成氢提炼装置300、300a。本发明的收纳构造体200、200a将前述那样的钯合金膜组件100、100a中的至少钯 合金细管1、管板2和纯氢的导出管5的圆筒部3收纳于容器9中。下面具体地对本发明的第1方式的收纳构造体200和第2方式的收纳构造体200a进行说明。
如图5(实线部分)所示，本发明的第1方式的收纳构造体200为下述的收纳构造体，该收纳构造体包括：U状或コ状的容器9，该容器9收纳有第1方式的钯合金膜组件100；加热器10，该加热器10从容器9的外侧对该容器内部进行加热；原料氢供给口11，该原料氢供给口11将包含杂质的原料氢供给到容器9中；含杂质气体导出口12，该含杂质气体导出口12从该容器导出未透过钯合金膜的包含杂质的气体；纯氢导出口13，该纯氢导出口13具有可与设置于第1方式的钯合金膜组件的纯氢的导出管5的一端的导出口接头4连接的部件(连接部件13a)。
更具体地说，本发明的第1方式的收纳构造体200收纳第1方式的钯合金膜组件100，与钯合金膜组件100形成一体来构成氢提炼装置300。收纳构造体200包括容器9，该容器9具有形成于端部处的开口部14，收纳从该开口部14穿过的多根钯合金细管1；加热器10，该加热器10从容器9的外侧对容器9的内侧进行加热；原料氢供给口11，该原料氢供给口11将包含杂质的原料氢供给到容器9中；含杂质气体导出口12，该含杂质气体导出口12从容器9导出未透过钯合金膜的包含杂质的气体；纯氢导出口13，该纯氢导出口13具有可与导出口接头4连接的连接部件13a。
如图6(实线部分)所示，本发明的第2方式的收纳构造体200a为下述的收纳构造体，该收纳构造体包括：容器9，该容器呈U状或コ状，该容器9在开口部14处具有可与第2方式的钯合金膜组件100a的容器接头4a密接的部件，且收纳钯合金膜组件；加热器10，该加热器10从容器9的外侧对该容器9内部进行加热；原料 氢供给口11，该原料氢供给口11将包含杂质的原料氢供给到容器9中；含杂质气体导出口12，该含杂质气体导出口12从该容器9导出未透过钯合金膜的包含杂质的气体；纯氢导出口13，该纯氢导出口13具有可与设置于第2方式的钯合金膜组件100a的纯氢的导出管5的一端的导出口接头4连接的部件(连接部件13a)。
更具体地说，本发明的第2方式的收纳构造体200a收纳第2方式的钯合金膜组件100a，与钯合金膜组件100a形成一体来构成氢提炼装置300a。收纳构造体200a包括容器9，该容器9具有形成于端部处的开口部14和在该开口部14处与容器接头4a密接的密接部件14a，收纳从该开口部14穿过的多根钯合金细管1；加热器10，该加热器10从容器9的外侧对容器9的内侧进行加热；原料氢供给口11，该原料氢供给口11将包含杂质的原料氢供给到容器9中；含杂质气体导出口12，该含杂质气体导出口12从容器9导出未透过钯合金膜的包含杂质的气体；纯氢导出口13，该纯氢导出口13具有可与导出口接头4连接的连接部件13a。
本发明的收纳构造体200、200a所采用的容器9从正面看的形状为U形或コ形，但是，还包括可通过将它们旋转而获得的形状，或与它们类似的形状。另外，侧壁的截面的形状通常为圆形，但是并不限于此。容器9的长度通常为钯合金细管1的长度的1.05～1.3倍。另外，容器9的底部(原料氢供给口11)与钯合金细管1的闭口端部7之间的间隙最好按照变窄以便高效实现钯合金细管的氢的透过的方式设定，通常该间隙按照在1～10cm的范围内的方式设定。另外，容器9通常由不锈钢制成。
如果原料氢供给口11和含杂质气体导出口12的位置在管板2的位置的上游侧，则没有特别的限制，最好设定在它们相互离开的位置。在图5、图6中，原料氢供给口11和含杂质气体导出口12 的位置也可相互替换。在纯氢导出口13的前端部，如图5、图6所示，设置可与钯合金膜组件的导出口接头4连接的部件，比如图3(a)、图3(b)所示的那样的凸型或凹型的接头。但是，并不限于此，与钯合金膜组件的纯氢导出管5的场合相同，还可采用比如没有螺纹的一次操作接头。
另外，关于本发明的第2方式的收纳构造体200a，在容器9的开口部14的前端部16上设置可与第2方式的收纳构造体200a的容器接头4a密接的部件(密接部件14a)。比如，在图7所示的容器接头4a的连接结构中，在容器接头4a的前端部15的内周设置内螺纹，在开口部14的前端部16的外周设置外螺纹，通过拧紧螺钉，密封件17与壁面18密接，可获得该部分的密封性。在本发明中，如果可确保容器接头4a和开口部14的密封性，则并不限于这样的结构，还可采用比如，不具有螺纹的一次操作接头等。
下面具体地对本发明的第1方式的氢提炼方法和第2方式的氢提炼方法进行说明。
本发明的第1方式的氢提炼方法为下述的方法，在该方法中，第1方式的钯合金膜组件100收纳于第1方式的收纳构造体200中，进行氢的提炼，在使用钯合金细管1规定期间后、在钯合金细管1的机械强度降低后或在从钯合金细管1的周边部产生气体的泄漏后，针对每个钯合金膜组件100，将钯合金细管1更换为新品来进行氢的提炼。
还有，本发明的第2方式的氢提炼方法为下述的方法，在该方法中，第2方式的钯合金膜组件100a收纳于第2方式的收纳构造体200a中，进行氢的提炼，在使用钯合金细管1规定期间后、在钯合金细管1的机械强度降低后或在从钯合金细管1的周边部产生气体的泄漏后，针对每个钯合金膜组件100a，将钯合金细管1更 换为新品来进行氢的提炼。
另外，在本发明中，关于钯合金细管1的规定的使用期间，无法根据钯合金细管1的条件(膜厚等)、氢的提炼条件(温度、气体压力等)、使用频率等而一概地确定，但是通常在6个月～5年的范围内。另外，钯合金细管1的机械强度的降低包括构成钯合金细管1的钯合金膜产生针孔等的场合、钯合金膜的劣化的场合以及钯合金膜变质的场合等。
在按照本发明进行氢的提炼时，如图5、图6所示，在将钯合金膜组件100、100a收纳于收纳构造体200、200a中，进行各管的连接等，组装氢提炼装置300、300a后，如图8(a)或图8(b)所示的那样，收纳构造体200、200a的原料氢供给口11与原料氢供给管19连接，含杂质气体导出口12与含杂质气体回收管20连接，纯氢导出口13与纯氢回收管21连接。
此外，在第2实施方式中，在钯合金膜组件100a的纯氢的导出管5的圆筒部3与收纳构造体200a的容器9的侧壁之间，为了可容易将钯合金膜组件100a收纳于收纳构造体200a中，最好具有0.2～10mm的间隙，特别是最好具有0.5～5mm的间隙。即使在原料氢通过该间隙流到管主体8一侧的情况下，仍可通过与收纳构造体200a的容器9的开口部14密接的容器接头4a，防止原料氢泄漏到外部。
还有，在第1方式中，最好没有前述那样的间隙，但是在具有间隙的场合，可设置耐热性密封件等的密封部件、或相互啮合的螺纹部等，从而防止原料氢的泄漏。
然后，含杂质的原料氢从原料氢供给口11供给到通过加热器10加热后的容器9的内部，从而进行氢的提炼。氢的提炼时的钯合金细管1的温度通常在250～500℃的范围内，最好在300～450℃ 的范围内。另外，最好在预先通过预热器等，将原料气体加热到上述温度后，将其导入氢提炼装置中。原料氢与经过加热到钯合金细管1接触，只有氢透过钯合金细管1，经由纯氢的导出管5的管主体8，供给到纯氢导出口13。另外，没有透过钯合金细管1的气体从含杂质气体导出口12而进行回收。
在本发明的氢提炼方法中，容器9的一次侧(钯合金细管1的上游侧)和盒二次侧(钯合金细管1的下游侧)的氢分压的差越大，单位时间的氢透过量越大。由此，在本发明中，通常，以大于大气压的压力供给原料氢，盒二次侧的压力在大气压以下。如果厚度小的钯合金细管1在这样的气氛下长期使用的话，由于机械强度降低，最终会破损，故最好在此前，针对每个钯合金膜组件，将钯合金细管1替换为新品。然后，在钯合金细管1的机械强度降低时等场合，同样重复进行钯合金膜组件的更换。
实施例
下面通过实施例对本发明具体进行说明，但是本发明并不限于此。
(实施例1)
(第1方式的钯合金膜组件的制造)
在直径为25mm、厚度为5mm的圆盘状的镍制管板2上，在多个同心圆上焊接35根由以钯、银和金为主成分的合金形成的钯合金细管1(外径为1.8mm，厚度为70μm，长度为300mm)。另外，制造纯氢的导出管5(管主体8的外径为7mm，长度为200mm)，其中，在其一端具有圆筒部3(内径为25mm、长度为20mm)，在其另一端具有图3(b)所示的那样的凸型的接头(螺纹部的内径为30mm、长度为70mm)。接着，通过镍、铬和铁的合金，将圆筒部3和管板2焊接，从而制造图1所示那样的钯合金膜组件。
(第1方式的收纳构造体的制造、氢提炼装置的制造)
在具有原料氢供给口11、含杂质气体导出口12的U形的容器9(内径为25mm，长度为400mm)的外侧设置加热器10后，设置纯氢导出口13，在其前端设置与钯合金膜组件的凸型的接头嵌合的凹型的接头，从而制造收纳构造体。
然后，将钯合金膜组件收纳于收纳构造体中，将钯合金膜组件的凸型的接头和收纳构造体的凹型的接头连接，之后将原料氢供给管19、含杂质气体回收管20以及纯氢回收管21连接，从而制造图8(a)所示的氢提炼装置。
(氢提炼试验)
使U形的容器内的温度上升到600℃，并且导入氢，并进行10个小时的加热处理。接着，在按照温度降低到420℃，一次侧(钯合金细管1的上游侧)的空间和二次侧(钯合金细管1的下游侧)的空间的压差为1.0MPa的方式进行控制，从原料氢供给口11而导入共计包含约400ppm的杂质(氮、氧、二氧化碳等)的原料氢，进行氢的提炼。其结果是，通过一个小时的处理，从纯氢导出口13的下游侧获得820L的纯氢。
此时，相对原料气体的供给量的含杂质气体的排出量在实施例(400ppm的杂质)中，控制在约2％。
(钯合金膜组件的更换)
在前述的氢提炼试验中，假定钯合金细管1的机械强度降低，如下面那样，进行钯合金膜组件的更换。
在氢提炼试验结束的状态下，关闭纯氢回收管21的阀门，从原料氢供给口11导入氮，使U形的容器内部为氮气氛，然后取下钯合金膜组件的凸型的接头和收纳构造体的凹型的接头。接着，移动收纳构造体的纯氢导出口13，从收纳构造体导出钯合金膜组件， 将新的钯合金膜组件收纳于收纳构造体中。然后，将收纳构造体的纯氢导出口13返回到原始的位置，将组件凸型的接头和收纳构造体的凹型的接头连接，从而完成组件的更换。
(实施例2)
(第2方式的钯合金膜组件的制造)
在直径为25mm、厚度为5mm的圆盘状的镍制管板2中，在多个同心圆上焊接35根由以钯、银和金为主成分的合金形成的钯合金细管1(外径为1.8mm，厚度为70μm，长度为300mm)。另外，制造纯氢的导出管5(管主体8的外径为7mm、长度为200mm)，在纯氢的导出管5中的一端具有圆筒部3(内径为25mm，长度为20mm)，在其另一端具有图3(b)所示的那样的凸型的接头，在中间部，具有图3(c)所示的那样的凹型的接头(螺纹部的内径为30mm，长度为70mm)。接着，通过镍、铬和铁的合金，将圆筒部3和管板2焊接，从而制造图2所示的那样的钯合金膜组件。
(第2方式的收纳构造体的制造，氢提炼装置的制造)
在具有原料氢供给口11、含杂质气体导出口12，在开口部的前端部16设置与上述钯合金膜组件的凹型的接头螺合的凸型的接头的U形的容器9(内径为30mm，长度为400mm)的外侧，设置加热器10后，设置纯氢导出口13，在其前端设置与钯合金膜组件的凸型的接头螺合的图3(a)所示的那样的凹型的接头，从而制造收纳构造体。
然后，将钯合金膜组件收纳于收纳构造体中，将钯合金膜组件的凸型的接头和收纳构造体的凹型的接头连接，之后将原料氢供给管19、含杂质气体回收管20和纯氢回收管21连接，从而制造图8(a)所示的那样的氢提炼装置。
(氢提炼试验)
使U形的容器内的温度上升到600℃，并且导入氢，进行10个小时的加热处理。接着，在按照温度降低到420℃，一次侧(钯合金细管1的上游侧)的空间和二次侧(钯合金细管1的下游侧)的空间的压差为1.0MPa的方式进行控制，同时从原料氢供给口11而导入共计包含约400ppm的杂质(氮、氧、二氧化碳等)的原料氢，从而进行氢的提炼。其结果是，通过一个小时的处理，从纯氢导出口13的下游侧获得830L的纯氢。
在此时，相对原料气体的供给量的含杂质气体的排出量在实施例(400ppm的杂质)中，也控制在约2％。
(钯合金膜组件的更换)
在前述的氢提炼试验中，假定钯合金细管1的机械强度降低，如下面那样，进行钯合金膜组件的更换。
在氢提炼试验结束的状态下，关闭纯氢回收管21的阀门，从原料氢供给口11导入氮，使U形的容器内部为氮气氛，然后取下两个部位的接头。接着，移动收纳构造体的纯氢导出口13，从收纳构造体导出钯合金膜组件，将新的钯合金膜组件收纳于收纳构造体中。然后，将收纳构造体的纯氢导出口13返回到原始的位置，将两个部位的接头连接，完成钯合金膜组件的更换。
如所示的那样，在采用本发明的钯合金膜组件和其收纳构造体的氢提炼装置中，由于通过一个部位或两个部位的接头，可容易一体组合和分离氢提炼装置，在一体地组合时不损害内部的密封性，故在机械强度降低的场合等，必须要求钯合金细管的更换时，可针对每个钯合金膜组件，容易地将钯合金细管更换为新品。
标号的说明：
标号1表示钯合金细管；
标号2表示管板；
标号3表示圆筒部；
标号4表示导出口接头；
标号4a表示容器接头；
标号5表示纯氢的导出管；
标号6表示开口端部；
标号7表示闭口端部；
标号8表示管主体；
标号9表示容器；
标号10表示加热器；
标号11表示原料氢供给口；
标号12表示含杂质气体导出口；
标号13表示纯氢导出口；
标号14表示容器的开口部；
标号15表示容器接头的前端部；
标号16表示容器的开口部的前端部；
标号17表示密封件；
标号18表示壁面；
标号19表示原料氢供给管；
标号20表示含杂质气体回收管；
标号21表示纯氢回收管；
标号100、100a表示钯合金膜组件；
标号200、200a表示收纳构造体；
标号300、300a表示氢提炼装置。