電解裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】電解槽本體的上部的開(kāi)口夾著密封部件被第一蓋體閉塞。第一蓋體的開(kāi)口夾著密封部件被第二蓋體閉塞。第一蓋體的開(kāi)口比電解槽本體的開(kāi)口小。在第二蓋體的下表面一體地設(shè)置將電解槽本體內(nèi)分隔成陽(yáng)極室和陰極室的隔壁。陽(yáng)極室設(shè)置在密封部件的內(nèi)側(cè)的區(qū)域。陽(yáng)極在陽(yáng)極室內(nèi)安裝于第二蓋體，且在電解槽本體的內(nèi)表面形成陰極。通過(guò)對(duì)電解槽內(nèi)的電解浴進(jìn)行電分解，在陽(yáng)極室中產(chǎn)生氟氣。也可在液體隔壁中形成多個(gè)圓形的貫穿孔。各貫穿孔具有從陽(yáng)極室側(cè)的端部向斜上方延伸至陰極室側(cè)的端部的上表面。貫穿孔的陽(yáng)極側(cè)端的上下方向的直徑被設(shè)定成電解浴能夠通過(guò)且氟氣以及氫氣的氣泡不通過(guò)的大小。貫穿孔的陰極側(cè)端的上下方向的直徑比貫穿孔的陽(yáng)極側(cè)端的直徑大。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電解裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及具備電解槽的電解裝置。
【背景技術(shù)】 [0002]以往，在半導(dǎo)體的制造工序等中，因材料的洗凈以及表面改質(zhì)等各種用途而使用氟氣。此時(shí)，既有使用氟氣自身的情況，也有使用基于氟氣而合成的NF3(三氟化氮)氣體、NeF(氟化氖)氣體以及ArF(氟化氬)氣體等各種氟系氣體的情況。
[0003]為了穩(wěn)定地供應(yīng)氟氣，通常使用對(duì)HF(氟化氫)進(jìn)行電分解而產(chǎn)生氟氣的電解裝置。在這樣的電解裝置中，例如在電解槽內(nèi)形成由KF-HF(氟化氫鉀)系的混合熔鹽構(gòu)成的電解浴。通過(guò)電解槽內(nèi)的電解浴被電分解，從而產(chǎn)生氟氣。
[0004]例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的熔鹽電解裝置具有電解槽，該電解槽由電解槽本體和上蓋構(gòu)成。通過(guò)隔壁，將電解槽的內(nèi)部分隔成位于電解槽中心部的陽(yáng)極室和圍住該陽(yáng)極室的陰極室。在陽(yáng)極室中設(shè)置陽(yáng)極，且在陰極室中設(shè)置陰極。在上蓋的大致中央部形成用于將陽(yáng)極插入電解槽本體內(nèi)的開(kāi)口部，且以覆蓋開(kāi)口部的方式設(shè)置蓋體。在蓋體和上蓋之間存在氣體密封材料。在蓋體中，垂直地設(shè)置保持陽(yáng)極的連接棒。
[0005]如上所述，在電解槽內(nèi)，與氟氣一同產(chǎn)生氫氣。因此，在電解槽內(nèi)設(shè)置用于將產(chǎn)生的氟氣和氫氣分隔的隔壁。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的電解槽中，為了防止氣體混合，使用具有多孔性或纖維狀結(jié)構(gòu)的隔板。此時(shí)，電解浴能夠透過(guò)隔板。因此，防止在電解槽內(nèi)設(shè)置的陽(yáng)極和陰極之間的通電電阻增加。
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2005-48290號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2000-104187號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的課題
在專(zhuān)利文獻(xiàn)I記載的熔鹽電解裝置中，通過(guò)從上蓋取下蓋體，能夠容易地從電解槽本體拆卸下上蓋和陽(yáng)極。由此，即使在陽(yáng)極消耗時(shí)，也能夠容易地更換陽(yáng)極。
[0008]但是，在上述熔鹽電解裝置中，對(duì)于存在在蓋體和上蓋之間的氣體密封材料要求相對(duì)于氟氣的耐腐蝕性。另外，即使是相對(duì)于氟氣具有耐腐蝕性的氣體密封材料，也因長(zhǎng)期地與氟氣接觸而腐蝕。因此，有必要頻繁地更換氣體密封材料。其結(jié)果是增加維護(hù)成本。另外，更換氣體密封材料的頻率比更換陽(yáng)極的頻率多，所以維護(hù)的作業(yè)效率差。
[0009]另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在專(zhuān)利文獻(xiàn)2的電解槽中，因產(chǎn)生的氣泡堵塞隔板的孔而妨礙電解浴的透過(guò)。由此，不能穩(wěn)定地進(jìn)行電解浴的電解反應(yīng)。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供能夠降低維護(hù)成本以及提高維護(hù)作業(yè)效率的電解裝置。
[0011]本發(fā)明的另外的目的在于提供能夠防止氣體混合且穩(wěn)定地進(jìn)行電解反應(yīng)的電解
>J-U ρ?α裝直。
[0012]用于解決課題的手段(I)本發(fā)明的一個(gè)方面涉及的電解裝置是通過(guò)對(duì)電解浴進(jìn)行電分解而產(chǎn)生氟氣以及其它氣體的電解裝置，且具有收容電解浴的電解槽，電解槽具有:電解槽本體，在上部具有第一開(kāi)口 ；第一蓋體，具有比第一開(kāi)口小的第二開(kāi)口，且以閉塞第一開(kāi)口的方式設(shè)置于電解槽本體；第一密封部件，以圍住第二開(kāi)口的方式設(shè)置于第一蓋體；第二蓋體，以閉塞第二開(kāi)口的方式夾著第一密封部件設(shè)置在第一蓋體上；第一電極，安裝于第二蓋體；以及隔壁，將電解槽本體內(nèi)分隔成產(chǎn)生氟氣的第一室和產(chǎn)生其它氣體的第二室，其中，隔壁以第一室設(shè)置在第一密封部件的內(nèi)側(cè)區(qū)域的方式形成。
[0013]在該電解裝置中，電解槽本體的上部的第一開(kāi)口由第一蓋體閉塞。第一蓋體的第二開(kāi)口夾著第一密封部件被第二蓋體閉塞。第一電極安裝于第二蓋體。由于第二開(kāi)口比第一開(kāi)口小，第二蓋體成為比第一蓋體小型且輕量的結(jié)構(gòu)。因此，即使在第一電極消耗時(shí)，也能夠通過(guò)從第一蓋體取下第二蓋體，容易地更換第一電極。
[0014]另外，通過(guò)隔壁，將第一室設(shè)置在第一密封部件的內(nèi)側(cè)的區(qū)域。此時(shí)，由于在第一室產(chǎn)生的氟不與第一密封部件接觸，所以防止第一密封部件的腐蝕。由此，減少更換第一密封部件的頻率。
[0015]其結(jié)果是降低電解裝置的維護(hù)成本且提高維護(hù)的作業(yè)效率。
[0016](2)隔壁也可以以圍住第一電極的周?chē)姆绞揭惑w地設(shè)置于第一蓋體。此時(shí)，通過(guò)從第一蓋體取下第二蓋體，能夠容易地檢查隔壁。由此，更降低電解裝置的維護(hù)成本且更提高維護(hù)的作業(yè)效率。
[0017](3)電解槽本體也可作為第二電極發(fā)揮功能。此時(shí)，無(wú)需單獨(dú)地設(shè)置第二電極。由此，電解裝置的結(jié)構(gòu)能夠簡(jiǎn)單化。
[0018](4)電解裝置還具備以圍住第一開(kāi)口的方式設(shè)置于電解槽本體的第二密封部件，第一蓋體也可夾著第二密封部件設(shè)置在電解槽本體上。
[0019]此時(shí)，能夠從電解槽本體取下第一蓋體。因此，能夠通過(guò)從電解槽本體取下第一蓋體，檢查電解裝置的內(nèi)部。
[0020](5)本發(fā)明的另一方面涉及的電解裝置具備:電解槽，收容電解??；隔壁，以將電解槽內(nèi)區(qū)分成陽(yáng)極室和陰極室的方式設(shè)置，并且，具有電解浴中的離子能夠通過(guò)的開(kāi)口 ；陽(yáng)極，設(shè)置在電解槽的陽(yáng)極室；以及陰極，設(shè)置在電解槽的陰極室，其中，隔壁的開(kāi)口具有朝向陽(yáng)極室以及陰極室的其中至少一個(gè)向斜上方延伸的上表面。
[0021]在該電解裝置中，通過(guò)隔壁將電解槽內(nèi)區(qū)分成陽(yáng)極室和陰極室。通過(guò)在設(shè)置于陽(yáng)極室的陽(yáng)極和設(shè)置于陰極室的陰極之間施加電壓，電解槽內(nèi)的電解浴被電分解。由此，在陽(yáng)極室以及陰極室中產(chǎn)生氣體。
[0022]在隔壁中設(shè)置電解浴中的離子能夠通過(guò)的開(kāi)口。開(kāi)口具有朝向陽(yáng)極室以及陰極室的其中至少一個(gè)向斜上方延伸的上表面。因此，即使產(chǎn)生的氣體氣泡從陽(yáng)極室以及陰極室的上述至少一個(gè)進(jìn)入開(kāi)口內(nèi)，該氣泡也能夠沿著開(kāi)口的上表面返回至陽(yáng)極室或陰極室。因此，通過(guò)將開(kāi)口的大小設(shè)定成產(chǎn)生的氣泡通不過(guò)，從而能夠防止在陽(yáng)極室產(chǎn)生的氣體和在陰極室產(chǎn)生的氣體混合，且能夠防止開(kāi)口被產(chǎn)生的氣泡堵塞。其結(jié)果是，能夠防止氣體的混合且穩(wěn)定地進(jìn)行電解浴的電解反應(yīng)。
[0023](6)在陽(yáng)極室中產(chǎn)生氟氣， 且在陰極室中產(chǎn)生氫氣，開(kāi)口的上表面也可以以朝向陰極室側(cè)向斜上方延伸的方式設(shè)置。[0024]由于氫氣比氟氣難溶解于電解浴，所以氫氣泡容易滯留在開(kāi)口內(nèi)且堵塞開(kāi)口。因此，通過(guò)開(kāi)口的上表面以朝向陰極室側(cè)向斜上方延伸的方式設(shè)置，即使在陰極室中產(chǎn)生的氫氣泡進(jìn)入開(kāi)口內(nèi)，該氣泡也能夠沿著開(kāi)口的上表面返回至陰極室。由此，防止因氫氣堵塞開(kāi)口。
[0025](7)陽(yáng)極室側(cè)的開(kāi)口的端部的面積也可比陰極室側(cè)的開(kāi)口的端部的面積小。
[0026]此時(shí)，防止在陽(yáng)極室中產(chǎn)生的氟氣進(jìn)入開(kāi)口內(nèi)。由此，防止氟氣移動(dòng)至陰極室，且防止氟氣和氫氣混合。
[0027](8)隔壁包括浸潰在電解浴中的液體隔壁，且在液體隔壁設(shè)置開(kāi)口，液體隔壁也可由全氟樹(shù)脂形成。
[0028]此時(shí)，防止液體隔壁被電解浴腐蝕。另外，在形成開(kāi)口時(shí)的液體隔壁的加工變得容易。并且，降低液體隔壁的材料成本。
[0029](9)也可在陽(yáng)極的表面進(jìn)行導(dǎo)電性金剛石涂層加工。此時(shí)，由于陽(yáng)極難以發(fā)生極化，所以提高氣體的發(fā)生效率。即使氣體的發(fā)生量較多，也由于防止隔壁的開(kāi)口被氣泡堵塞，從而能夠穩(wěn)定地進(jìn)行電解反應(yīng)。
[0030]發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠降 低電解裝置的維護(hù)成本且提高維護(hù)的作業(yè)效率。
[0031]另外，根據(jù)本發(fā)明，能夠防止氣體的混合且穩(wěn)定地進(jìn)行電解反應(yīng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的電解裝置的示意性截面圖。
[0033]圖2是圖1的電解槽的分解立體圖。
[0034]圖3是第二蓋體的下表面圖。
[0035]圖4是本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的電解裝置的示意性截面圖。
[0036]圖5是液體隔壁的外觀立體圖。
[0037]圖6是形成于液體隔壁的貫穿孔的擴(kuò)大圖。
[0038]圖7是表示形成于液體隔壁的貫穿孔的其它例子的圖。
[0039]圖8是用于說(shuō)明液體隔壁的其它例子的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040][I]第一實(shí)施方式
以下，參照【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的電解裝置(氣體發(fā)生裝置)。
[0041](I)電解裝置的結(jié)構(gòu)
圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的電解裝置的示意性截面圖。圖1的電解裝置10是產(chǎn)生氟氣的氣體發(fā)生裝置。如圖1所示，電解裝置10具備電解槽11。電解槽11由電解槽本體11a、第一蓋體lib、密封部件11c、第二蓋體Ild以及密封部件Ile構(gòu)成。在第二蓋體Ild的下表面，以圍住電解槽本體Ila內(nèi)的中心部的空間的方式一體地設(shè)置隔壁13。電解槽本體11a、第一以及第二蓋體IlbUld以及隔壁13由例如Ni (鎳)、蒙乃爾、純鐵或不銹鋼等金屬或合金形成。
[0042]在電解槽11中，施加高電流的電力。另外，在陰極室14b內(nèi)存在氫等氣體時(shí)，有必要防止因靜電或放電引起的陰極室14b內(nèi)的放電。因此，陰極室14b的第一蓋體Ilb通過(guò)地線El接地。由此，能夠防止因從電解槽11的漏電而引起的電擊等，并且防止氫等氣體爆炸。
[0043]在電解槽11內(nèi)形成由KF-HF (氟化氫鉀)系混合熔鹽組成的電解浴(電解液)12。在電解槽11內(nèi)，在隔壁13的內(nèi)側(cè)形成陽(yáng)極室14a，并且在隔壁13的外側(cè)形成陰極室14b。
[0044]在陽(yáng)極室14a內(nèi)設(shè)置陽(yáng)極15a。隔壁13的一部分以及陽(yáng)極15a浸潰在電解浴12中。在電解槽本體Ila的內(nèi)表面形成陰極15b。作為陰極15b的材料，優(yōu)選使用例如Ni。
[0045]用于供應(yīng)HF的HF供應(yīng)管18a與第一蓋體Ilb連接。HF供應(yīng)管18a被溫度調(diào)整用加熱器18b覆蓋。由此，防止HF在HF供應(yīng)管18a處液化。電解浴12的液面的高度由液面檢測(cè)裝置(未圖示)檢測(cè)。如果由液面檢測(cè)裝置檢測(cè)的液面高度低于給定值，則通過(guò)FH供應(yīng)管18a向電解槽11內(nèi)供應(yīng)HF。
[0046]該電解裝置10具備控制部23。電解槽11內(nèi)的電解浴12在室溫且在大氣壓下成為固體狀態(tài)。因此，為了進(jìn)行電解浴12的電分解，有必要將電解浴12加熱至80至90°C，使其溶解成液體狀態(tài)。控制部23基于由溫度傳感器(未圖示)檢測(cè)的電解浴12的溫度控制溫度控制部(未圖示)，并將電解浴12的溫度維持在80至90°C。
[0047]通過(guò)控制部23在陽(yáng)極15a和陰極15b之間施加電壓。由此，電解槽11內(nèi)的電解浴12被電分解。其結(jié)果是，在陽(yáng)極室14a中主要產(chǎn)生氟氣。另外，在陰極室14b中主要產(chǎn)生氫氣。
[0048]在第二蓋體Ild中設(shè)置氣體排出口 16a，且在第一蓋體Ilb中設(shè)置氣體排出口16b。將排氣管17a與氣體排出口 16a連接，且將排氣管17b與氣體排出口 16b連接。氣體排出口 16a與陽(yáng)極室14a連通，且氣體排出口 16b與陰極室14b連通。在陽(yáng)極室14a中產(chǎn)生的氣體從氣體排出口 16a通過(guò)排氣管17a排出，且在陰極室14b中產(chǎn)生的氣體從氣體排出口 16b通過(guò)排氣管17b排出。
[0049](2)電解槽的詳細(xì)
圖2是圖1的電解槽11的分解立體圖。圖3是第二蓋體Ild的下表面圖。
[0050]如圖2所示，電解槽本體Ila具有底面部以及四個(gè)側(cè)面部，且在上部具有矩形的開(kāi)口 H1。密封部件Ilc以圍住開(kāi)口 Hl的方式設(shè)置在四個(gè)側(cè)面部的上端面上。密封部件Ilc例如是由氟橡膠形成的O型環(huán)。第一蓋體Ilb具有矩形形狀，且具有比開(kāi)口 Hl更大的尺寸。該第一蓋體Ilb以閉塞電解槽本體Ila的開(kāi)口 Hl的方式設(shè)置在密封部件Ilc上。由此，電解槽本體Ila和第一蓋體Ilb通過(guò)密封部件Ilc相互電絕緣且被密封。
[0051]第一蓋體Ilb在大致中央部具有矩形的開(kāi)口 H2。密封部件lie以沿著開(kāi)口 H2的第一蓋體Ilb的緣部且圍住開(kāi)口 H2的方式設(shè)置在第一蓋體Ilb的上表面。密封部件lie是例如由氟橡膠形成的O型環(huán)。第二蓋體Ild具有矩形形狀，且具有比開(kāi)口 H2更大的尺寸。該第二蓋體Ild以閉塞第一蓋體Ilb的開(kāi)口 H2的方式設(shè)置在密封部件Ile上。由此,第一蓋體Ilb和第二蓋體Ild通過(guò)密封部件lie相互電絕緣且被密封。第一蓋體Ilb中設(shè)置可插入HF供應(yīng)管18a的HF供應(yīng)孔18c。
[0052]隔壁13由四個(gè)側(cè)壁13a、13b、13c、13d組成。如圖3所示，隔壁13在第二蓋體lid的下表面與第二蓋體Ild—體地設(shè)置。隔壁13的四個(gè)側(cè)壁13a至13d例如由Ni或蒙乃爾形成。在第二蓋體Ild的下表面?zhèn)?，在由隔?3的四個(gè)側(cè)壁13a至13d圍成的空間內(nèi)經(jīng)由圖2的安裝部件19安裝有矩形形狀的陽(yáng)極15a。作為陽(yáng)極15a的材料，例如使用低極化性碳電極。
[0053](3)效果
在本實(shí)施方式涉及的圖1的電解裝置10中，在陽(yáng)極室14a的外側(cè)設(shè)置密封部件11c、lie。因此，在陽(yáng)極室14a內(nèi)產(chǎn)生的氟氣不與密封部件11c、lie接觸。由此，能夠防止密封部件IlcUle的腐蝕。其結(jié)果，降低密封部件IlcUle的檢查以及更換的頻率。
[0054]另外,通過(guò)從第一蓋體Ilb拆卸下第二蓋體Ild,能夠容易地從電解槽本體Ila連同第二蓋體Ild拆卸下陽(yáng)極15a。由此，即使在陽(yáng)極15a消耗時(shí)，也能夠容易地更換陽(yáng)極15a。特別是，在電解槽11大型化時(shí)，電解槽本體Ila以及第一蓋體Ilb大型化，并且重量化。即使在這樣的情況下，由于不需要使第二蓋體Ild大型化，所以能夠容易地從第一蓋體Ilb拆卸下第二蓋體lid。
[0055]并且，在長(zhǎng)期使用電解裝置10時(shí)，有必要檢查隔壁13是否消耗。即使在上述情況下，通過(guò)從第一蓋體I Ib拆卸下第二蓋體I ld，也能夠從第一蓋體Ilb拆卸下隔壁13。由此，能夠容易地檢查隔壁13。
[0056]其結(jié)果是，能夠降低電解裝置10的維護(hù)成本，且提高維護(hù)的作業(yè)效率。
[0057](4)其它實(shí)施方式
在上述實(shí)施方式中，電解槽本體Ila具有底面部以及四個(gè)側(cè)面部，且在上部具有矩形的開(kāi)口 H1，但并非限定于此。例如，電解槽本體Ila也可具有底面部以及圓筒狀的側(cè)面部，且在上部具有圓形的開(kāi)口。此時(shí)，電解槽本體Ila的開(kāi)口被具有圓形形狀的第一蓋體Ilb閉塞。
[0058]第一蓋體Ilb具有矩形的開(kāi)口 H2，但并非限定于此。例如，第一蓋體Ilb也可具有圓形的開(kāi)口。此時(shí)，第一蓋體Ilb的開(kāi)口被具有圓形形狀的第二蓋體Ild閉塞。
[0059]隔壁13由四個(gè)側(cè)壁13a至13d構(gòu)成，但并非限定于此。例如，隔壁13也可由圓筒狀的側(cè)壁構(gòu)成。另外，優(yōu)選一體地設(shè)置隔壁13和第二蓋體lld，更優(yōu)選的是通過(guò)焊接由另外的金屬材料形成的隔壁13以及第二蓋體Ild而一體地設(shè)置，但并非限定于此。隔壁13和第二蓋體Ild也可通過(guò)鑄造一體地設(shè)置。
[0060]只要確保與第二蓋體Ild之間的密封性，且保持陽(yáng)極室14a的氣密性，則隔壁13也可與第二蓋體Ild分開(kāi)地設(shè)置。此時(shí)，優(yōu)選的是通過(guò)在隔壁13和第二蓋體Ild之間設(shè)置金屬密封等耐腐蝕性高的密封材料，確保密封性。
[0061](5)權(quán)利要求的各構(gòu)成要素和實(shí)施方式的各部分的對(duì)應(yīng)關(guān)系
以下，說(shuō)明權(quán)利要求的各構(gòu)成要素和實(shí)施方式的各部分的對(duì)應(yīng)的例子，但本發(fā)明并非限定于下述的例子。
[0062]在上述實(shí)施方式中，電解浴12是電解浴的示例，電解裝置10是電解裝置，氫是其它氣體的示例，電解槽11是電解槽的示例，電解槽本體Ila是電解槽本體的示例。開(kāi)口 Hl是第一開(kāi)口的示例，開(kāi)口 H2是第二開(kāi)口的示例，第一蓋體I Ib是第一蓋體的示例，第二蓋體Ild是第二蓋體的示例，密封部件Ile是第一密封部件的示例，密封部件Ilc是第二密封部件的不例。陽(yáng)極15a是第一電極的不例，陰極15b是第二電極的不例，陽(yáng)極室14a是第一室的示例，陰極室14b是第二室的示例，隔壁13是隔壁的示例。
[0063]作為權(quán)利要求的各構(gòu)成要素，也能夠使用具有在權(quán)利要求中記載的結(jié)構(gòu)或功能的其它各種要素。
[0064][2]第二實(shí)施方式
以下，參照【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的電解裝置。
[0065](I)電解裝置的結(jié)構(gòu)
圖4是本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的電解裝置的示意性截面圖。圖4的電解裝置10是產(chǎn)生氟氣的電解裝置。如圖4所示，電解裝置10具備電解槽11。電解槽11包括電解槽本體Ila以及上部蓋體Ilf。
[0066]電解槽本體Ila以及上部蓋體Ilf由例如Ni (鎳)、蒙乃爾、純鐵或不銹鋼等金屬或合金形成。電解槽本體Ila具有底面部以及側(cè)面部，且在上部具有開(kāi)口。以覆蓋底面部的上表面的方式設(shè)置絕緣部件Hg。在側(cè)面部的上端面上，安裝絕緣部件(密封部件)llh。絕緣部件llg、llh由樹(shù)脂等絕緣材料形成。以閉塞電解槽本體Ila的開(kāi)口的方式在絕緣部件Ilh上設(shè)置上部蓋體Ilf。由此，電解槽本體I Ia和上部蓋體Ilf被絕緣部件I Ih相互電絕緣。
[0067]在電解槽11內(nèi)收容由KF-HF(氟化氫鉀)系混合熔鹽組成的電解浴12。以從上部蓋體Ilf的下表面延伸至下方的方式設(shè)置圓筒狀的隔壁13。隔壁13由圓筒狀的氣體隔壁13A以及圓筒狀的液體隔壁13B組成。氣體隔壁13A —體地設(shè)置于上部蓋體Ilf。氣體隔壁13A的下端部的高度以成為與電解浴12的液面高度大致相等的方式設(shè)定。作為氣體隔壁13A的材料，優(yōu)選使用Ni (鎳)、鎳合金、蒙乃爾、純鐵或不銹鋼等金屬或合金。此時(shí)，抑制因氟氣以及氟化氫蒸氣造成的氣體隔壁13A的腐蝕。氣體隔壁13A也可設(shè)置成能夠從上部蓋體Ilf拆卸。
[0068]液體隔壁13B以浸潰于電解浴12的方式安裝于氣體隔壁13A的下端部。在液體隔壁13B中形成用于確保電解 浴12的透過(guò)性的多個(gè)貫穿孔H(后述的圖5)。之后詳細(xì)描述液體隔壁13B。作為液體隔壁13B的材料，優(yōu)選使用PTFE(聚四氟乙烯)或PFA(四氟乙烯與全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)等全氟樹(shù)脂，且特別地優(yōu)選使用PTFE。此時(shí)，與使用金屬作為液體隔壁13B的材料的情況相比，抑制因電解浴12造成的液體隔壁13B的腐蝕。另外，形成上述的貫穿孔H時(shí)的加工變得容易。并且，降低液體隔壁13B的材料成本。
[0069]在電解槽11內(nèi)，在隔壁13的內(nèi)側(cè)形成陽(yáng)極室14a，且在隔壁13的外側(cè)形成陰極室14b。在陽(yáng)極室14a內(nèi)以浸潰于電解浴12的方式設(shè)置陽(yáng)極15a。作為陽(yáng)極15a的材料，優(yōu)選地使用例如低極化性碳電極。
[0070]在陽(yáng)極15a的表面，優(yōu)選地進(jìn)行導(dǎo)電性金剛石涂層加工。具體而言，通過(guò)使用氫氣以及碳源的混合氣體作為金剛石原料，并且在該混合氣體中微量添加原子價(jià)與碳不同的元素(以下稱(chēng)為摻雜物)，從而能夠形成具有導(dǎo)電性的金剛石涂層。作為摻雜物，優(yōu)選地使用硼、磷或氮，特別優(yōu)選地使用硼。添加的摻雜物的重量?jī)?yōu)選為相對(duì)于金剛石涂層的全部重量在Ippm以上30000ppm以下,更優(yōu)選地在IOOppm以上1000Oppm以下。通過(guò)在陽(yáng)極15a的表面進(jìn)行導(dǎo)電性金剛石涂層加工，在陽(yáng)極15a處難以發(fā)生極化。因此，提高氟氣的生成效率。在本實(shí)施方式中，電解槽本體Ila的側(cè)面部作為陰極發(fā)揮功能。
[0071]用于在電解槽11內(nèi)供應(yīng)HF的HF供應(yīng)管18a連接于上部蓋體Ilf。HF供應(yīng)管18a被溫度調(diào)整用加熱器18b覆蓋。由此，防止在HF供應(yīng)管18a處HF液化。電解浴12的液面高度由液面檢測(cè)裝置(未圖示)檢測(cè)。如果由液面檢測(cè)裝置檢測(cè)的液面的高度低于給定值，則通過(guò)HF供應(yīng)管18a將HF供應(yīng)至電解槽11內(nèi)。
[0072]在上部蓋體Ilf中設(shè)置有氣體排出口 16a、16b。在氣體排出口 16a連接有排氣管17a，且在氣體排出口 16b連接有排氣管17b。氣體排出口 16a與陽(yáng)極室14a連通，氣體排出口 16b與陰極室14b連通。
[0073]通過(guò)在陽(yáng)極15a和電解槽本體Ila之間施加電壓，從而對(duì)電解浴12進(jìn)行電分解。此時(shí)，在陽(yáng)極15a的表面上產(chǎn)生氟氣,且在電解槽本體Ila的側(cè)面部的內(nèi)表面上產(chǎn)生氫氣。由于電解槽本體Ila的底面部的上表面被絕緣部件Ilg覆蓋，所以在底面部的上表面上不進(jìn)行電解浴12的電解反應(yīng)，不產(chǎn)生氫氣。 [0074]在陽(yáng)極室14a處產(chǎn)生的氟氣從氣體排出口 16a通過(guò)排氣管17a被引導(dǎo)至電解槽11的外部。在陰極室14b處產(chǎn)生的氫氣從氣體排出口 16b通過(guò)排氣管17b被引導(dǎo)至電解槽11的外部。
[0075](2)液體隔壁的詳細(xì)
圖5是液體隔壁13B的外觀立體圖，圖6是形成于液體隔壁13B的貫穿孔H的放大圖。圖6 (a)是貫穿孔H的縱向截面圖，圖6(b)是從陽(yáng)極室14a所見(jiàn)的貫穿孔H的側(cè)視圖，圖6(c)是從陰極室14b所見(jiàn)的貫穿孔H的側(cè)視圖。圖6(a)表示圖6(b)以及圖6(c)的A-A線截面。
[0076]如圖5所示，在液體隔壁13B中形成多個(gè)圓形的貫穿孔H。在圖5的例子中，多個(gè)貫穿孔H沿著液體隔壁13B的周向成為兩列。此時(shí)，電解浴12中的離子能夠通過(guò)多個(gè)貫穿孔H在陽(yáng)極室14a和陰極室14b之間移動(dòng)。由此，在陽(yáng)極室14a以及陰極室14b中穩(wěn)定且順暢地進(jìn)行電解反應(yīng)。
[0077]此時(shí)，如果由電解反應(yīng)產(chǎn)生的氟氣以及氫氣通過(guò)貫穿孔H移動(dòng)，則在陽(yáng)極室14a或陰極室14b中，氟氣和氫氣混合。由此,氟氣和氫氣反應(yīng)，氟氣的生成效率降低，并且也有根據(jù)氟氣以及氫氣的比而生成爆炸性的混合氣體的可能性。
[0078]因此，各貫穿孔H的直徑被設(shè)定成氟氣以及氫氣的氣泡不通過(guò)的大小。但是，因此也存在氣泡滯留在貫穿孔H內(nèi)，且堵塞貫穿孔H的情況。特別是，由于氫氣比氟氣難溶解于電解浴12中，因此，氫氣的氣泡容易滯留在貫穿孔H內(nèi)，且容易堵塞貫穿孔H。如果貫穿孔H被堵塞，則電解浴12不能通過(guò)貫穿孔H移動(dòng)。由此，不能穩(wěn)定地進(jìn)行電解反應(yīng)。
[0079]因此，在本實(shí)施方式中，如圖6所示，各貫穿孔H具有從陽(yáng)極室14a側(cè)的端部向斜上方延伸至陰極室14b側(cè)的端部的上表面LI。以下，將陽(yáng)極室14a側(cè)的貫穿孔H的端部稱(chēng)為陽(yáng)極側(cè)端，且將陰極室14b側(cè)的貫穿孔H的端部稱(chēng)為陰極側(cè)端。貫穿孔H的下表面L2從陽(yáng)極側(cè)端水平地延伸至陰極側(cè)端。在此，所謂的貫穿孔H的上表面是指在貫穿孔的內(nèi)周面中朝向下方的區(qū)域，所謂的貫穿孔H的下表面是指貫穿孔H的內(nèi)周面中朝向上方的區(qū)域。
[0080]貫穿孔H的陽(yáng)極側(cè)端的上下方向的直徑Dl被設(shè)定成電解浴能夠通過(guò)且氟氣以及氫氣的氣泡不通過(guò)的大小。直徑Dl例如在Imm以上3mm以下,且優(yōu)選地在Imm以上2mm以下。貫穿孔H的陰極側(cè)端的上下方向的直徑D2比直徑Dl大。直徑D2例如在5mm以上IOmm以下，且優(yōu)選地在5mm以上8mm以下。液體隔壁13B的厚度TH例如在5mm以上IOmm以下，且優(yōu)選地在5mm以上8mm以下。
[0081]在本實(shí)施方式涉及的電解裝置10中，即使氫氣的氣泡從陰極室14b進(jìn)入貫穿孔H內(nèi)，該氣泡也沿著貫穿孔H的上表面返回至陰極室14b，且浮上至液面。因此，防止從陰極室14b進(jìn)入貫穿孔H內(nèi)的氫氣的氣泡堵塞貫穿孔H。
[0082]另外，陽(yáng)極室14a側(cè)的貫穿孔H的上下方向的直徑比陰極室14b側(cè)的貫穿孔H的上下方向的直徑小。并且，如上所述，氟氣比氫氣容易溶解于電解浴12中。因此，防止氟氣的氣泡從陽(yáng)極室14a進(jìn)入貫穿孔H內(nèi)。
[0083]以該方式，防止氟氣以及氫氣的氣泡通過(guò)貫穿孔H移動(dòng)，且防止氟氣以及氫氣的氣泡堵塞貫穿孔H。由此，能夠在不降低氟氣的生成效率的情況下，穩(wěn)定且順暢地進(jìn)行電解反應(yīng)。
[0084](3)貫穿孔的其它例子 (3-1)
液體隔壁13B的貫穿孔H的形狀不限于圖5以及圖6的例子。圖7是表示在液體隔壁13B中形成的貫穿孔H的其它例子的圖。關(guān)于圖7(a)以及圖7(b)的例子，說(shuō)明與圖5以及圖6的例子不同的點(diǎn)。
[0085]在圖7(a)的例子中，貫穿孔H的上表面LI從陽(yáng)極側(cè)端水平地延伸至陽(yáng)極側(cè)端和陰極側(cè)段的中間點(diǎn)P1，且從中間點(diǎn)Pl向斜上方延伸至陰極側(cè)端。此時(shí)，也防止從陰極室14b進(jìn)入貫穿孔H內(nèi)的氫氣的氣泡堵塞貫穿孔H，并且防止氟氣的氣泡從陽(yáng)極室14a進(jìn)入貫穿孔H內(nèi)。
[0086]在圖7 (b)的例子中，貫穿孔H的上表面LI從陽(yáng)極側(cè)端向斜下方延伸至中間點(diǎn)PI，且從中間點(diǎn)Pl向斜上方延伸至陰極側(cè)端。此時(shí)，也防止從陰極室14b進(jìn)入貫穿孔H內(nèi)的氫氣的氣泡堵塞貫穿孔H。另外，即使氟氣氣泡從陽(yáng)極室14a進(jìn)入貫穿孔H內(nèi)，該氣泡也沿著貫穿孔H的上表面LI返回至陽(yáng)極室14a，且浮上至液面。因此，防止從陽(yáng)極室14a進(jìn)入貫穿孔H內(nèi)的氟氣的氣泡堵塞貫穿孔H。
[0087](3-2)
在上述的例子中，貫穿孔H具有圓形的縱向截面，但貫穿孔H也可以具有橢圓形狀、三角形或四邊形等其它形狀的縱向截面。
[0088](3-3)
在上述的例子中，貫穿孔H的上表面LI以朝向陰極側(cè)端向斜上方直線狀地延伸的方式設(shè)置，但不限于此，例如貫穿孔H的上表面LI也可以以朝向陰極側(cè)端向斜上方彎曲地延伸的方式設(shè)置。
[0089](4)液體隔壁的其它的例子 圖8是用于說(shuō)明液體隔壁13B的其它例子的截面圖。在圖8中顯示了氣體隔壁13A的下端部以及液體隔壁13B的上端部。關(guān)于圖8的例子，說(shuō)明與圖5以及圖6的例子不同的點(diǎn)。
[0090]在圖8的例子中，液體隔壁13B的上端部以覆蓋氣體隔壁13A的外周面(陰極室14b側(cè)的表面)的下端部的方式設(shè)置。在氣體隔壁13A的下端部浸潰于電解浴12的狀態(tài)下進(jìn)行電解浴12的電解反應(yīng)時(shí)，在電解浴12內(nèi)，氣體隔壁13A極化，且在氣體隔壁13A的外周面帶有正的電荷。此時(shí)，金屬?gòu)膸в姓姾傻臍怏w隔壁13A的外周面離子化，且溶出于電解浴12中，氣體隔壁13A的外周面容易被腐蝕。因此，在本例子中，浸潰于電解浴12中的氣體隔壁13A的外周面的部分被液面隔壁13B覆蓋。由此，防止電解浴12接觸氣體隔壁13A的外周面，且防止浸潰于電解浴12中的氣體隔壁13A的外周面的部分腐蝕。[0091]另外，液面隔壁13B的上端部?jī)?yōu)選延伸至電解浴12的液面的上方。此時(shí)，能夠切實(shí)地防止電解浴12接觸氣體隔壁13A的外周面。而且，由于液面隔壁13B的上端部位于陰極室14b側(cè)，所以即使液面隔壁13B的上端部延伸至電解浴12的液面的上方，氟氣以及氟化氫蒸氣不與液面隔壁13B接觸。因此，防止液面隔壁13B的腐蝕。
[0092](5)其它實(shí)施方式 (5-1)
在上述實(shí)施方式中，氣體隔壁13A與液體隔壁13B分開(kāi)設(shè)置，但在氣體隔壁13A以及液體隔壁13B的腐蝕被防止時(shí)或氣體隔壁13A以及液體隔壁13B的腐蝕不成為問(wèn)題時(shí)，氣體隔壁13A以及液體隔壁13B也可一體地設(shè)置。
[0093](5-2)
在上述實(shí)施方式中，氣體隔壁13A以及液體隔壁13B分別為圓筒狀，但不限于此，氣體隔壁13A以及液體隔壁13B也可分別是方筒狀或平板狀等其它形狀。
[0094](5-3)
上述實(shí)施方式是將本發(fā)明適用于產(chǎn)生氟氣的電解裝置的例子，但同樣地也能夠?qū)⒈景l(fā)明適用于產(chǎn)生氧氣等其它氣體的電解裝置。
[0095](6)權(quán)利要求的各構(gòu)成要素與實(shí)施方式的各部分的對(duì)應(yīng)關(guān)系 以下，說(shuō)明權(quán)利要求的各構(gòu)成要素與實(shí)施方式的各部分的對(duì)應(yīng)的例子，但本發(fā)明并非被限定于下述的例子。
[0096]在上述的實(shí)施方式中，電解浴12是電解浴的示例，電解槽11是電解槽的示例，貫穿孔H是開(kāi)口的示例，上表面LI是上表面的示例，隔壁13是隔壁的示例，陽(yáng)極室14a是陽(yáng)極室的示例，陽(yáng)極15a是陽(yáng)極的示例，陰極室14b是陰極室的示例，陰極15b是陰極的示例，液體隔壁13B是液體隔壁的示例。
[0097]作為權(quán)利要求的各構(gòu)成要素，也能夠使用具有在權(quán)利要求中記載的結(jié)構(gòu)或功能的其它各種要素。
[0098]產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明能夠有效地利用于氣體發(fā)生裝置等各種電解裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種電解裝置，通過(guò)對(duì)電解浴進(jìn)行電分解而產(chǎn)生氟氣以及其它氣體， 具有收容電解浴的電解槽， 所述電解槽具有: 電解槽本體，在上部具有第一開(kāi)口 ； 第一蓋體，具有比所述第一開(kāi)口小的第二開(kāi)口，且以閉塞所述第一開(kāi)口的方式設(shè)置于所述電解槽本體； 第一密封部件，以圍住所述第二開(kāi)口的方式設(shè)置于所述第一蓋體； 第二蓋體，以閉塞所述第二開(kāi)口的方式夾著所述第一密封部件設(shè)置在所述第一蓋體上； 第一電極，安裝于所述第二蓋體；以及 隔壁，將所述電解槽本體內(nèi)分隔成產(chǎn)生氟氣的第一室和產(chǎn)生其它氣體的第二室， 其中，所述隔壁以所述第一室設(shè)置在所述第一密封部件的內(nèi)側(cè)的區(qū)域的方式形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解裝置，其特征在于，所述隔壁以圍住所述第一電極的周?chē)姆绞揭惑w地設(shè)置于所述第一蓋體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解裝置，其特征在于，所述電解槽本體作為第二電極發(fā)?車(chē)功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電解裝置，其特征在于，還具備以圍住所述第一開(kāi)口的方式設(shè)置于所述電解槽本體的第二密封部件， 所述第一蓋體夾著所述第二密封部件設(shè)置在所述電解槽本體上。
5.—種電解裝置,具備: 收容電解浴的電解槽； 隔壁，以將所述電解槽內(nèi)區(qū)分成陽(yáng)極室和陰極室的方式設(shè)置，且具有所述電解浴中的離子能夠通過(guò)的開(kāi)口； 陽(yáng)極，設(shè)置在所述電解槽的所述陽(yáng)極室；以及 陰極，設(shè)置在所述電解槽的所述陰極室， 其中，所述隔壁的所述開(kāi)口具有朝向所述陽(yáng)極室以及所述陰極室中的至少一個(gè)向斜上方延伸的上表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解裝置，其特征在于，在所述陽(yáng)極室中產(chǎn)生氟氣，且在所述陰極室中產(chǎn)生氫氣， 所述開(kāi)口的所述上表面以朝向所述陰極室側(cè)向斜上方延伸的方式設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極室側(cè)的所述開(kāi)口的端部的面積比所述陰極室側(cè)的所述開(kāi)口的端部的面積小。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的電解裝置，其特征在于，所述隔壁包括浸潰于所述電解浴中的液體隔壁， 所述開(kāi)口設(shè)置于所述液體隔壁， 所述液體隔壁由全氟樹(shù)脂形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的電解裝置，其特征在于，在所述陽(yáng)極的表面施加導(dǎo)電性金剛石涂層加工。
【文檔編號(hào)】C25B1/24GK103635609SQ201280032007
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】?jī)河癫? 初代善夫 申請(qǐng)人:東洋炭素株式會(huì)社