特許ウォッチ

公開番号2025175984
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2025083791
出願日2025-05-20
発明の名称金属材料と異種金属材料との結合構造
出願人株式会社ハイドロネクスト
代理人弁理士法人MTI特許事務所
主分類B01D 53/22 20060101AFI20251126BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】良好な水素分離機能を提供できる、第5族元素を含有する金属材料と、当該金属材料とは異なる異種金属材料と、が接合された接合部を有する構造を提供する。
【解決手段】第5族元素を含有する金属材料と、この金属材料とは異なる異種金属材料と、が接合された接合部を有する構造であって、金属材料は水素を含む混合ガスから水素を分離するために用いられ、接合部は、金属材料と異種金属材料とを直接接触させて形成されており、接合部における金属材料と異種金属材料との接触している幅が0.5mm以上、3mm以下である構造とする。
【選択図】なし

特許請求の範囲【請求項１】
第５族元素を含有する金属材料と、当該金属材料とは異なる異種金属材料と、が接合された接合部を有する構造であって、
前記金属材料は水素を含む混合ガスから水素を分離するために用いられ、
前記接合部は、前記金属材料と前記異種金属材料とを直接接触させて形成されており、
前記接合部における前記金属材料と前記異種金属材料との接触している幅が０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下である、ことを特徴とする構造。
続きを表示（約 310 文字）【請求項２】
前記金属材料が金属膜の形態を有する、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記金属膜の厚さが、０．０５ｍｍ以上、５ｍｍ以下である、請求項２の記載の構造。
【請求項４】
前記第５族金属が、バナジウム、ニオブ、又はタンタルからなる群から選択される少なくとも一つである、請求項１に記載の構造。
【請求項５】
前記第５族元素を含有する金属材料が純バナジウム又はバナジウム合金である、請求項１に記載の構造。
【請求項６】
前記異種金属材料が、鋼、ステンレス、ニッケル－クロム－鉄合金からなる群から選択される少なくとも一つである、請求項１に記載の構造。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、第５族元素を含有する金属材料と、この金属材料とは異なる異種金属材料と、が接合された接合部を有する構造に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
混合ガス流から水素（Ｈ
２
）を分離するための分離技術がある。この分離技術では膜系分離技術を用い、この膜（水素選択膜）としてバナジウム系膜（すなわち、バナジウム又はバナジウム合金系膜）を用いる。そして、バナジウム系膜を異なる金属、好ましくはステンレス鋼にレーザー溶接するろう付け技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－５２５２７０号公報（段落［０００５］、[０００７]、［００１３］、［００２１］、[００８７]～[００９０]、図５（ｂ））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
混合ガス流から水素（Ｈ
２
）を分離するために、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）などの第５族に属する金属又はこれら金属の合金により形成された水素透過膜を用いる場合、この水素透過膜を水素分離装置側の筐体に取り付ける必要がある。この点について、本発明者らが検討したところ、特許文献１のレーザー溶接を用いたろう付け技術を用いると、溶接による接合部において、ろう材等の不純物がバナジウム等の水素透過膜に溶け込むことが判明した。そして、その結果、水素透過膜を用いて混合ガス流から水素（Ｈ
２
）を分離する際に、この不純物が溶け込んだ接合部において水素脆化が発生し、分離時間が長くなると接合部が破壊されることが判明した。
【０００５】
本発明は、以上の問題点に鑑みて創作されたものであり、良好な水素分離機能を提供できる、第５族元素を含有する金属材料と、当該金属材料とは異なる異種金属材料と、が接合された接合部を有する構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ところで、特許文献１の比較実験例１では、直接レーザー溶接（ろう材を用いない溶接）がされているところ、接合部に存在する大きな結晶粒子が原因となって、割れや破砕の可能性があるとされている。そして、直接レーザー溶接技術は、バナジウム系膜をステンレス鋼又は他の金属結合部に接合し、シールするのに好適でない、とされている。
【０００７】
もっとも、本発明者らの検討によれば、特許文献１において直接レーザー溶接技術が好適でないとされているのは、接合部の接合面積が不十分だからであり（特許文献１では、バナジウム系膜の厚さが０．２～０．５ｍｍがより好ましいとされている点を考慮して比較実験例１の断面写真（図５（ｂ））をみると、接合部の幅は２００μｍ以下と考察される。）、結晶粒子の大きさが原因ではないことを見出した。むしろ、本発明者らが検討したところ、接合面積を確保することで、上記不純物の溶け込みによる水素脆化の問題を解消しつつ、水素透過膜の割れや破砕の問題も解消できることを見出した。
【０００８】
本発明は、第５族元素を含有する金属材料と、当該金属材料とは異なる異種金属材料と、が接合された接合部を有する構造であって、前記金属材料は水素を含む混合ガスから水素を分離するために用いられ、前記接合部は、前記金属材料と前記異種金属材料とを直接接触させて形成されており、前記接合部における前記金属材料と前記異種金属材料との接触している幅が０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下である、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明においては、前記金属材料が金属膜の形態を有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明においては、前記金属膜の厚さが、０．０５ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許