DE112012002702T5

DE112012002702T5 - Elektrolytische Vorrichtung

Info

Publication number: DE112012002702T5
Application number: DE112012002702.7T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Syodai; Masashi Kodama
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-03-20
Also published as: TW201311935A; CN103635609A; WO2013001800A1; DE112012002702T8; KR20140035957A

Abstract

Eine Öffnung an einem oberen Abschnitt eines Elektrolyseurhauptkörpers ist durch einen ersten Abdeckkörper geschlossen, wobei ein Abdichtelement zwischen ihnen gehalten ist. Eine Öffnung des ersten Abdeckkörpers ist durch einen zweiten Abdeckkörper geschlossen, wobei ein Abdichtelement zwischen ihnen gehalten ist. Die Öffnung des ersten Abdeckkörpers ist kleiner als die Öffnung des Elektrolyseurhauptkörpers. Eine Trennwand, die ein Inneres des Elektrolyseurhauptkörpers in eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer trennt, ist an einer unteren Fläche des zweiten Abdeckkörpers einstückig vorgesehen. Die Anodenkammer ist in einem Bereich im Inneren des Abdichtelements angeordnet. Eine Anode ist an dem zweiten Abdeckkörper in der Anodenkammer angebracht, und eine Kathode ist an einer Innenfläche des Elektrolyseurhauptkörpers ausgebildet. Ein elektrolytisches Bad in dem Elektrolyseur wird elektrolysiert, sodass Fluorgase in der Anodenkammer erzeugt werden. Eine Vielzahl an kreisartigen Durchgangslöchern kann an einer Flüssigkeitstrennwand ausgebildet sein. Jedes Durchgangsloch hat eine obere Fläche, die sich schräg nach oben von dem Ende an der Seite der Anodenkammer zu dem Ende an der Seite der Kathodenkammer erstreckt. Ein Durchmesser in der vertikalen Richtung von einem anodenseitigen Ende des Durchgangslochs ist derart festgelegt, dass das elektrolytische Bad hindurchtreten kann, und Blasen der Fluorgase und der Wasserstoffgase nicht hindurchtreten. Ein Durchmesser in der vertikalen Richtung eines kathodenseitigen Endes des Durchgangslochs ist größer als ein Durchmesser des anodenseitigen Endes des Durchgangslochs.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrolytische Vorrichtung, die einen Elektrolyseur aufweist.
Hintergrund des Standes der Technik
Im Stand der Technik sind in Prozessen zum Herstellen von Halbleitern Fluorgase in verschiedenen Applikationen, wie beispielsweise bei einem Materialreinigen und einer Oberflächenmodifikation, angewendet worden. In diesem Fall können die Fluorgase selbst angewendet werden. Verschiedene Gase auf Fluoridbasis, wie beispielsweise NF₃-Gas (Nitrogentrifluoridgas), NeF-Gas (Neonfluoridgas) und ArF-Gas (Argonfluoridgas), die auf der Basis von Fluorgasen synthetisiert werden, können angewendet werden.
Elektrolytische Vorrichtungen, die Fluorgase durch ein Elektrolysieren von HF (Wasserstofffluorid) erzeugen, sind im Allgemeinen angewendet worden, um die Fluorgase stabil zu liefern. In derartigen elektrolytischen Vorrichtungen sind elektrolytische Bäder, die beispielsweise aus gemischten geschmolzenen Salzen auf der Basis von KF-HF (Kalium-Wasserstoff-Fluorid) bestehen, in Elektrolyseurern ausgebildet worden. Die elektrolytischen Bäder in den Elektrolyseurern werden so elektrolysiert, dass Fluorgase erzeugt werden.
Beispielsweise hat eine in Patentdokument 1 beschriebene elektrolytische Vorrichtung für geschmolzene Salze einen Elektrolyseur, der durch einen Elektrolyseurhauptkörper und eine obere Abdeckung aufgebaut ist. Das Innere des Elektrolyseurs ist durch eine Trennwand in eine Anodenkammer, die an der Mitte der Elektrolyseurs positioniert ist, und eine Kathodenkammer getrennt, die die Anodenkammer umgibt. Eine Anode ist in der Anodenkammer angeordnet, und eine Kathode ist in der Kathodenkammer vorgesehen. Eine Öffnung zum Einführen der Anode in den Elektrolyseurhauptkörper ist im Wesentlichen an der Mitte der oberen Abdeckung ausgebildet, und ein Abdeckkörper ist vorgesehen, um die Öffnung zu bedecken. Ein Gasabdichtelement ist zwischen dem Abdeckkörper und der oberen Abdeckung angeordnet. Ein Kupplungsstab, der die Anode hält, ist vertikal an dem Abdeckkörper vorgesehen.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, werden in dem Elektrolyseur Wasserstoffgase zusammen mit Fluorgasen erzeugt. Daher ist in dem Elektrolyseur die Trennwand zum Trennen der erzeugten Fluorgase und erzeugten Wasserstoffgase vorgesehen. In dem in Patentdokument 2 beschriebenen Elektrolyseur wird eine Trennplatte, die einen porösen oder faserartigen Aufbau hat, angewendet, um das Mischen der Gase zu verhindern. In diesem Fall kann das elektrolytische Bad durch die Trennplatte hindurchdringen (Permeation). Daher wird eine Zunahme des Leitungswiderstands zwischen der Anode und der Kathode, die in dem Elektrolyseur angeordnet sind, verhindert.

Patentdokument 1: JP 2005-48290 A
Patentdokument 2: JP 2000-104187 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der elektrolytischen Vorrichtung für geschmolzene Salze, die in Patentdokument 1 beschrieben ist, ist es möglich, mit Leichtigkeit die Anode zusammen mit der oberen Abdeckung von dem Elektrolyseurhauptkörper zu entfernen, indem der Abdeckkörper von der oberen Abdeckung entfernt wird. Somit kann, selbst wenn die Anode aufgebraucht ist, die Anode mit Leichtigkeit ausgetauscht werden.
Jedoch ist es in der vorstehend erwähnten elektrolytischen Vorrichtung für geschmolzene Salze erforderlich, dass das Gasdichtungselement, das zwischen dem Abdeckkörper und der oberen Abdeckung angeordnet ist, einen Korrosionswiderstand gegenüber Fluorgasen hat. Des Weiteren korrodiert, selbst wenn das Gasdichtungselement einen Korrosionswiderstand gegenüber Fluorgasen hat, das Gasdichtungselement, indem es mit den Fluorgasen in Kontakt gelangt, auf einer Langzeitbasis. Daher ist es erforderlich, das Gasdichtungselement häufig auszutauschen. Als ein Ergebnis nehmen die Wartungskosten zu. Des Weiteren ist, da die Häufigkeit des Austauschens des Gasdichtungselements höher als die Häufigkeit des Austauschens der Anode ist, die Arbeitseffizienz bei der Wartung schlecht.
Des Weiteren haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckt, dass eine Blase der erzeugten Gase ein Loch der Teilungsplatte derart verschließt, dass eine Permeation des elektrolytischen Bades in dem Elektrolyseur, der in Patentdokument 2 beschrieben ist, verhindert wird. Somit kann eine elektrolytische Reaktion des elektrolytischen Bades nicht stabil unterstützt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrolytische Vorrichtung zu schaffen, bei der die Wartungskosten verringert werden können und die Arbeitseffizienz bei der Wartung verbessert werden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrolytische Vorrichtung zu schaffen, die eine elektrolytische Reaktion stabil unterstützen kann, während ein Mischen von Gasen verhindert wird.
Lösung der Aufgabe

(1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine elektrolytische Vorrichtung zum Erzeugen von Fluorgas und einem anderen Gas durch ein Elektrolysieren eines elektrolytischen Bades, mit einem Elektrolyseur, der das elektrolytische Bad speichert, wobei der Elektrolyseur Folgendes aufweist: einen Elektrolyseurhauptkörper, der eine erste Öffnung an einem oberen Abschnitt hat, einen ersten Abdeckkörper, der eine zweite Öffnung hat, die kleiner als die erste Öffnung ist, der an dem Elektrolyseurhauptkörper vorgesehen ist, um die erste Öffnung zu schließen, ein erstes Abdichtelement, das an dem ersten Abdeckkörper vorgesehen ist, um die zweite Öffnung zu umgeben, einen zweiten Abdeckkörper, der an dem ersten Abdeckkörper vorgesehen ist, wobei das erste Abdichtelement zwischen ihnen gehalten ist, um die zweite Öffnung zu schließen, eine erste Elektrode, die an dem zweiten Abdeckkörper befestigt ist, und eine Trennwand, die ein Inneres des Elektrolyseurhauptkörpers in eine erste Kammer, in der Fluorgase erzeugt werden, und eine zweite Kammer trennt, in der das andere Gas erzeugt wird, und wobei die Trennwand derart ausgebildet ist, dass die erste Kammer in einem Bereich im Inneren des ersten Abdichtelements angeordnet ist.

In dieser elektrolytischen Vorrichtung ist die erste Öffnung an einem oberen Abschnitt des Elektrolyseurhauptkörpers durch den ersten Abdeckkörper geschlossen. Die zweite Öffnung des ersten Abdeckkörpers ist durch den zweiten Abdeckkörper geschlossen, wobei das erste Abdichtelement dazwischen gehalten wird. Die erste Elektrode ist an dem zweiten Abdeckkörper angebracht. Da die zweite Öffnung kleiner als die erste Öffnung ist, ist der zweite Abdeckkörper so aufgebaut, dass er kleiner und leichter als der erste Abdeckkörper ist. Daher ist es sogar dann, wenn die erste Elektrode aufgebraucht ist, möglich, die erste Elektrode mit Leichtigkeit auszutauschen, indem der zweite Abdeckkörper von dem ersten Abdeckkörper entfernt wird.
Des Weiteren ist die erste Kammer durch die Trennwand in einem Bereich im Inneren des ersten Abdichtelements angeordnet. Da in diesem Fall das Fluor, das in der ersten Kammer erzeugt wird, nicht mit dem ersten Abdichtelement in Kontakt gelangt, wird eine Korrosion des ersten Abdichtelements verhindert. Somit wird die Häufigkeit des Austauschens des ersten Abdichtelements verringert.
Als ein Ergebnis werden die Wartungskosten der elektrolytischen Vorrichtung verringert und die Arbeitseffizienz bei der Wartung wird verbessert.

(2) Die Trennwand kann an dem ersten Abdeckkörper einstückig so vorgesehen sein, dass sie die erste Elektrode umgibt. In diesem Fall ist es möglich, mit Leichtigkeit die Trennwand einer Inspektion zu unterziehen, indem der zweite Abdeckkörper von dem ersten Abdeckkörper entfernt wird. Somit werden die Wartungskosten der elektrolytischen Vorrichtung weiter verringert und die Arbeitseffizienz bei der Wartung wird weiter verbessert.
(3) Der Elektrolyseurhauptkörper kann als eine zweite Elektrode fungieren. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die zweite Elektrode separat vorzusehen. Somit kann der Aufbau der elektrolytischen Vorrichtung vereinfacht werden.
(4) Die elektrolytische Vorrichtung hat des Weiteren ein zweites Abdichtelement, das an dem Elektrolyseurhauptkörper so vorgesehen ist, dass es die erste Öffnung umgibt, wobei der erste Abdeckkörper an dem Elektrolyseurhauptkörper vorgesehen ist, wobei das zweite Abdichtelement zwischen ihnen gehalten ist.

In diesem Fall ist es möglich, den ersten Abdeckkörper von dem Elektrolyseurhauptkörper zu entfernen. Daher ist es möglich, dass Innere der elektrolytischen Vorrichtung einer Inspektion zu unterziehen, indem der erste Abdeckkörper von dem Elektrolyseurhauptkörper entfernt wird.

(5) Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine elektrolytische Vorrichtung einen Elektrolyseur, der ein elektrolytisches Bad speichert; eine Trennwand, die so vorgesehen ist, dass sie ein Inneres des Elektrolyseurs in eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer trennt, und eine Öffnung hat, durch die in dem elektrolytischen Bad vorhandene Ionen treten können; eine Anode, die in der Anodenkammer des Elektrolyseurs vorgesehen ist, und eine Kathode, die in der Kathodenkammer des Elektrolyseurs vorgesehen ist, wobei die Öffnung der Trennwand eine obere Fläche hat, die sich schräg nach oben zu zumindest entweder der Anodenkammer und/oder der Kathodenkammer erstreckt.

In dieser elektrolytischen Vorrichtung ist das Innere des Elektrolyseurs in die Anodenkammer und die Kathodenkammer durch die Trennwand geteilt. Eine elektrische Spannung wird zwischen der Anode, die in der Anodenkammer vorgesehen ist, und der Kathode, die in der Kathodenkammer vorgesehen ist, angelegt, wodurch das elektrolytische Bad in dem Elektrolyseur elektrolysiert wird. Somit wird ein Gas in der Anodenkammer und der Kathodenkammer erzeugt.
Eine Öffnung, durch die Ionen in dem elektrolytischen Bad passieren können, ist an der Trennwand vorgesehen. Die Öffnung hat eine obere Fläche, die sich schräg nach oben zu zumindest entweder der Anodenkammer und/oder der Kathodenkammer erstreckt. Daher wird selbst dann, wenn eine Blase der erzeugten Gase zu der Öffnung von zumindest entweder der Anodenkammer und/oder der Kathodenkammer, die vorstehend erwähnt sind, gelangt, die Blase zu der Anodenkammer oder der Kathodenkammer entlang der oberen Fläche der Öffnung zurückkehren. Daher ist die Größe der Öffnung derart festgelegt, dass die Blase der erzeugten Gase nicht durch die Öffnung tritt, wodurch es möglich ist, zu verhindern, dass die Öffnung durch die Blase der erzeugten Gase verschlossen wird, während verhindert ist, dass die in der Anodenkammer erzeugten Gase und die in der Kathodenkammer erzeugten Gase vermischt werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, die elektrolytische Reaktion des elektrolytischen Bades stabil zu unterstützen, während das Mischen der Gase verhindert ist.

(6) Fluorgase können in der Anodenkammer erzeugt werden, und Wasserstoffgase können in der Kathodenkammer erzeugt werden, und die obere Fläche der Öffnung kann so vorgesehen ist, dass sie sich schräg nach oben zu der Kathodenkammer erstreckt.

Da die Wasserstoffgase im Vergleich zu den Fluorgasen schwierig aufgelöst werden, ist es wahrscheinlich, dass eine Blase der Wasserstoffgase an der Öffnung verbleibt und die Öffnung verschließt. Daher ist sogar in einem Fall, bei dem die Blase der in der Kathodenkammer erzeugten Wasserstoffgase zu der Öffnung gelangt, die obere Fläche der Öffnung so vorgesehen, dass sie sich schräg nach oben zu der Kathodenkammer erstreckt, wodurch die Blase zu der Kathodenkammer entlang der oberen Fläche der Öffnung zurückkehrt. Somit wird verhindert, dass die Öffnung durch die Wasserstoffgase verschlossen wird.

(7) Ein Ende der Öffnung an der Seite der Anodenkammer kann eine Fläche haben, die kleiner als eine Fläche eines Endes der Öffnung an der Seite der Kathodenkammer ist.

In diesem Fall wird verhindert, dass die in der Anodenkammer erzeugten Fluorgase zu der Öffnung gelangen. Somit wird verhindert, dass die Fluorgase sich zu der Kathodenkammer bewegen, und es wird verhindert, dass die Fluorgase und die Wasserstoffgase vermischt werden.

(8) Die Trennwand kann eine Flüssigkeitstrennwand aufweisen, die in das elektrolytische Bad getaucht ist, die Öffnung kann an der Flüssigkeitstrennwand vorgesehen sein, und die Flüssigkeitstrennwand kann aus einem Perfluoroharz ausgebildet sein.

In diesem Fall wird verhindert, dass die Flüssigkeitstrennwand durch das elektrolytische Bad korrodiert (Korrosionsverhinderung). Des Weiteren wird zum Zeitpunkt des Ausbildens der Öffnung der Prozess für die Flüssigkeitstrennwand leichter. Des Weiteren werden die Materialkosten für die Flüssigkeitstrennwand verringert.

(9) Eine leitfähige Diamantbeschichtung kann auf einer Oberfläche der Anode vorgesehen werden. In diesem Fall wird, da es schwierig ist, dass eine Polarisation an der Anode auftritt, die Erzeugungseffizienz des Gases verbessert. Da verhindert wird, dass die Öffnung der Trennwand durch die Blase geschlossen wird, kann selbst dann, wenn eine Menge an erzeugtem Gas zunimmt, die elektrolytische Reaktion stabil unterstützt werden.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Wartungskosten der elektrolytischen Vorrichtung und eine Verbesserung der Arbeitseffizienz bei der Wartung.
Des Weiteren ermöglicht die vorliegende Erfindung ein stabiles Unterstützen der elektrolytischen Reaktion, während ein Vermischen der Gase verhindert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer elektrolytischen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Elektrolyseurs von 1.
3 zeigt eine Ansicht von unten von einem zweiten Abdeckkörper.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der elektrolytischen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine externe perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitstrennwand.
6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Durchgangslochs, das an der Flüssigkeitstrennwand ausgebildet ist.
7 zeigt eine Darstellung eines anderen Beispiels des Durchgangslochs, das an der Flüssigkeitstrennwand ausgebildet ist.
8 zeigt eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines anderen Beispiels der Flüssigkeitstrennwand.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[1] Erstes Ausführungsbeispiel
Eine elektrolytische Vorrichtung (eine Gaserzeugungsvorrichtung) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(1) Aufbau der elektrolytischen Vorrichtung
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der elektrolytischen Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die elektrolytische Vorrichtung 10 von 1 ist eine Gaserzeugungsvorrichtung, die Fluorgase erzeugt. Wie dies in 1 gezeigt ist, hat die elektrolytische Vorrichtung 10 einen Elektrolyseur 11. Der Elektrolyseur 11 ist durch einen Elektrolyseurhauptkörper 11a, einen ersten Abdeckkörper 11b, ein Abdichtelement 11c, einen zweiten Abdeckkörper 11d und ein Abdichtelement 11e aufgebaut. Eine Trennwand 13 ist an der unteren Fläche des zweiten Abdeckkörpers 11d so einstückig vorgesehen, dass ein Raum an der Mitte eines Inneren des Elektrolyseurhauptkörpers 11a umgeben ist. Der Elektrolyseurhauptkörper 11a, der erste Abdeckkörper 11b, der zweite Abdeckkörper 11d und die Trennwand 13 sind beispielsweise aus Metall, wie beispielsweise Ni (Nickel), Monel, Reineisen, oder rostfreiem Stahl oder deren Legierungen ausgebildet.
In dem Elektrolyseur 11 wird eine elektrische Leistung mit einer hohen Stromstärke gehandhabt. Des Weiteren ist es, wenn ein Gas, wie beispielsweise Wasserstoff, in einer Kathodenkammer 14b vorhanden ist, erforderlich, die Entladung in der Kathodenkammer 14b durch statische Elektrizität oder Entladung zu verhindern. Daher erdet ein Erdungsdraht E1 den ersten Abdeckkörper 11b der Kathodenkammer 14b. Somit wird ein elektrischer Schock oder dergleichen durch ein Austreten von Elektrizität aus dem Elektrolyseur 11 verhindert, und eine Explosion eines Gases, wie beispielsweise Wasserstoff, kann verhindert werden.
Ein elektrolytisches Bad (elektrolytische Lösung) 12, das aus gemischtem geschmolzenem Salz auf der Basis von KF-HF (Kalium-Wasserstoff-Fluorid) besteht, ist in dem Elektrolyseur 11 ausgebildet. In dem Elektrolyseur 11 ist eine Anodenkammer 14a im Inneren der Trennwand 13 ausgebildet, und die Kathodenkammer 14b ist außerhalb der Trennwand 13 ausgebildet.
Eine Anode 15a ist in der Anodenkammer 14a angeordnet. Ein Teil der Trennwand 13 und der Anode 15a sind in das elektrolytische Bad 12 eingetaucht. Eine Kathode 15b ist an einer inneren Fläche des Elektrolyseurhauptkörpers 11a ausgebildet. Beispielsweise wird Ni vorzugsweise als das Material für die Kathode 15b angewendet.
Eine HF-Lieferleitung 18a zum Liefern von HF ist mit dem ersten Abdeckkörper 11b verbunden. Die HF-Lieferleitung 18a ist durch eine Temperatureinstellheizeinrichtung 18b bedeckt. Somit wird verhindert, dass das HF in der HF-Lieferleitung 18a verflüssigt wird. Eine (nicht gezeigte) Flüssigkeitspegelerfassungsvorrichtung erfasst die Höhe eines Flüssigkeitspegels des elektrolytischen Bades 12. Wenn die Höhe des Flüssigkeitspegels, die durch die Flüssigkeitspegelerfassungsvorrichtung erfasst wird, niedriger als ein vorbestimmter Wert wird, wird HF zu dem Elektrolyseur 11 durch die HF-Lieferleitung 18a geliefert.
Die elektrolytische Vorrichtung 10 hat eine Steuervorrichtung 23. Das elektrolytische Bad 12 in dem Elektrolyseur 11 nimmt einen festen Zustand bei Raumtemperatur und unter Umgebungsdruck ein. Daher ist es erforderlich, dass das elektrolytische Bad 12 auf von 80°C bis 90°C erwärmt wird und in einem flüssigen Zustand aufgelöst wird, um das elektrolytische Bad 12 zu elektrolysieren. Die Steuervorrichtung 23 steuert eine (nicht gezeigte) Temperaturreguliereinrichtung auf der Basis der Temperatur des elektrolytischen Bades 12, die durch einen (nicht gezeigten) Temperatursensor erfasst wird, und hält die Temperatur des elektrolytischen Bades 12 bei von 80°C bis 90°C.
Die Steuervorrichtung 23 legt eine elektrische Spannung zwischen der Anode 15a und der Kathode 15b an. Somit wird das elektrolytische Bad 12 in dem Elektrolyseur 11 elektrolysiert. Als ein Ergebnis werden Fluorgase in der Anodenkammer 14a hauptsächlich erzeugt. Des Weiteren werden Wasserstoffgase in der Kathodenkammer 14b hauptsächlich erzeugt.
Der zweite Abdeckkörper 11d ist mit einer Gasauslassöffnung 16a versehen, und der erste Abdeckkörper 11b ist mit einer Gasauslassöffnung 16b versehen. Ein Abgaberohr (Auslassrohr) 17a ist mit der Gasauslassöffnung 16a verbunden, und ein Abgaberohr (Auslassrohr) 17b ist mit der Gasauslassöffnung 16b verbunden. Die Gasauslassöffnung 16a steht mit der Anodenkammer 14a in Kommunikation, und die Gasauslassöffnung 16b steht mit der Kathodenkammer 14b in Kommunikation. Das in der Anodenkammer 14a erzeugte Gas wird aus der Gasauslassöffnung 16a durch das Auslassrohr 17a abgegeben, und das in der Kathodenkammer 14b erzeugte Gas wird aus der Gasauslassöffnung 16b durch das Auslassrohr 17b abgegeben.
(2) Einzelheiten des Elektrolyseurs
2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Elektrolyseurs 11 von 1. 3 zeigt eine Ansicht von unten des zweiten Abdeckkörpers 11d.
Wie dies in 2 gezeigt ist, hat der Elektrolyseurhauptkörper 11a eine Bodenfläche und vier Seitenflächen, und er hat eine rechteckige Öffnung H1 an seinem oberen Abschnitt. Das Abdichtelement 11c ist an den oberen Endflächen der vier Seitenflächen vorgesehen, um die Öffnung H1 zu umgeben. Das Abdichtelement 11c ist ein O-Ring, der beispielsweise aus Fluoro-Gummi hergestellt ist. Der erste Abdeckkörper 11b ist rechteckig und hat ein größeres Maß als die Öffnung H1. Dieser erste Abdeckkörper 11b ist an dem Abdichtelement 11c angeordnet, um die Öffnung H1 des Elektrolyseurhauptkbrpers 11a zu verschließen. Somit sind der Elektrolyseurhauptkörper 11a und der erste Abdeckkörper 11b durch das Abdichtelement 11c voneinander elektrisch isoliert und abgedichtet.
Der erste Abdeckkörper 11b hat eine rechteckige Öffnung H2 im Wesentlichen an seiner Mitte. Das Abdichtelement 11e ist an der oberen Fläche des ersten Abdeckkörpers 11b, um die Öffnung H2 zu umgeben, entlang des Randes des ersten Abdeckkörpers 11b an der Öffnung H2 vorgesehen. Das Abdichtelement 11e ist ein O-Ring, der beispielsweise aus Fluoro-Gummi hergestellt ist. Der zweite Abdeckkörper 11d ist rechteckig und hat ein größeres Maß als die Öffnung H2. Dieser zweite Abdeckkörper 11d ist an dem Abdichtelement 11e angeordnet, um die Öffnung H2 des ersten Abdeckkörpers 11b zu verschließen. Somit sind der erste Abdeckkörper 11b und der zweite Abdeckkörper 11d voneinander elektrisch isoliert und durch das Abdichtelement 11e abgedichtet. Ein HF-Lieferloch 18c, in das die HF-Lieferleitung 18a eingeführt ist, ist an dem ersten Abdeckkörper 11b vorgesehen.
Die Trennwand 13 ist aus vier Seitenwänden 13a, 13b, 13c, 13d gebildet. Wie dies in 3 gezeigt ist, ist die Trennwand 13 an der unteren Fläche des zweiten Abdeckkörpers 11d zusammen mit dem zweiten Abdeckkörper 11d einstückig vorgesehen. Die vier Seitenwände 13a bis 13d der Trennwand 13 sind beispielsweise aus Ni oder Monel hergestellt. Die als rechteckige Platte geformte Anode 15a ist in einem Raum, der durch die vier Seitenwände 13a bis 13d der Trennwand 13 umgeben ist, näher zu der unteren Fläche des zweiten Abdeckkörpers 11d über ein Befestigungselement 19 aus 2 angebracht. Beispielsweise wird eine Elektrode aus niedrigpolarisierbarem Karbon als Material für die Anode 15a angewendet.
(3) Effekte
In der elektrolytischen Vorrichtung 10 von 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Abdichtelemente 11c, 11e außerhalb der Anodenkammer 14a angeordnet. Daher gelangen die Fluorgase, die in der Anodenkammer 14a erzeugt werden, nicht mit den Abdichtelementen 11c, 11e in Kontakt. Daher kann verhindert werden, dass die Abdichtelemente 11c, 11e korrodieren. Als ein Ergebnis wird die Häufigkeit der Inspektion (Wartung) und des Austausches für die Abdichtelemente 11c, 11e verringert.
Des Weiteren ist es möglich, die Anode 15a von dem Elektrolyseurhauptkörper 11a zusammen mit dem zweiten Abdeckkörper 11d mit Leichtigkeit zu entfernen, indem der zweite Abdeckkörper 11d von dem ersten Abdeckkörper 11b entfernt wird. Somit kann sogar dann, wenn die Anode 15a aufgebraucht ist, die Anode 15a mit Leichtigkeit ausgetauscht werden. Insbesondere wenn die Größe des Elektrolyseurs 11 vergrößert ist, werden die Größe und das Gewicht des Elektrolyseurhauptkörpers 11a und des ersten Abdeckkörpers 11b erhöht. Selbst in diesem Fall kann, da es nicht erforderlich ist, die Größe des zweiten Abdeckkörpers 11d zu erhöhen, der zweite Abdeckkörper 11d mit Leichtigkeit von dem ersten Abdeckkörper 11b entfernt werden.
Des Weiteren ist es, wenn die Elektrolyseurvorrichtung 10 eine lange Zeitspanne lang angewendet wird, erforderlich, zu überprüfen, ob die Trennwand 13 aufgebraucht ist oder nicht. Selbst in diesem Fall ist es möglich, die Trennwand 13 von dem ersten Abdeckelement 11b zu entfernen, indem der zweite Abdeckkörper 11d von dem ersten Abdeckkörper 11b entfernt wird. Somit kann die Trennwand 13 mit Leichtigkeit überprüft werden.
Als ein Ergebnis werden die Wartungskosten der elektrolytischen Vorrichtung 10 verringert, und die Arbeitseffizienz bei der Wartung kann verbessert werden.
(4) Andere Ausführungsbeispiele
Während der Elektrolyseurhauptkörper 11a in dem vorstehend erläuternden Ausführungsbeispiel die Bodenfläche und die vier Seitenflächen hat und die rechteckige Öffnung H1 an seinem oberen Abschnitt hat, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Elektrolyseurhauptkörper 11a eine Bodenfläche und eine zylindrische Seitenfläche haben, und kann eine kreisartige Öffnung an seinem oberen Abschnitt haben. In diesem Fall ist die Öffnung des Elektrolyseurhauptkörpers 11a durch einen kreisartigen ersten Abdeckkörper 11b verschlossen.
Während der erste Abdeckkörper 11b die rechteckige Öffnung H2 hat, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der erste Abdeckkörper 11b eine kreisartige Öffnung haben. In diesem Fall wird die Öffnung des ersten Abdeckkörpers 11b durch einen kreisartigen zweiten Abdeckkörper 11d verschlossen.
Während die Trennwand 13 durch die vier Seitenwände 13a bis 13d gebildet ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Trennwand 13 durch eine zylindrische Seitenwand aufgebaut sein. Des Weiteren ist, während die Trennwand 13 und der zweite Abdeckkörper 11d vorzugsweise einstückig vorgesehen sind und die Trennwand 13 und der zweite Abdeckkörper 11d, die aus separaten Metallmaterialien ausgebildet sind, vorzugsweise einstückig vorgesehen sind, indem sie geschweißt sind, die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Trennwand 13 und der zweite Abdeckkörper 11d können durch Gießen einstückig vorgesehen sein.
Wenn eine Adhäsion zwischen der Trennwand 13 und dem zweiten Abdeckkörper 11d sichergestellt ist und die Luftdichtheit der Anodenkammer 14a beibehalten wird, kann die Trennwand 13 separat von dem zweiten Abdeckkörper 11d vorgesehen sein. In diesem Fall wird bevorzugt, die Adhäsion sicherzustellen, indem ein Abdichtelement mit einer hohen Korrosionsfestigkeit, wie beispielsweise eine Metalldichtung zwischen der Trennwand 13 und dem zweiten Abdeckkörper 11d, vorgesehen ist.
(5) Entsprechungen zwischen den Bauelementen in den Ansprüchen und den Teilen in den bevorzugten Ausführungsbeispielen
In den nachstehend erläuternden Absätzen sind nicht einschränkende Beispiele von Entsprechungen zwischen verschiedenen Elementen, die in den beigefügten Ansprüchen zitiert sind, und jenen, die vorstehend beschrieben sind, in Bezug auf verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert.
In dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ist das elektrolytische Bad 12 ein Beispiel eines elektrolytischen Bades, ist die Elektrolyseurvorrichtung 10 ein Beispiel einer Elektrolyseurvorrichtung, ist Wasserstoff ein Beispiel eines anderen Gases, ist der Elektrolyseur 11 ein Beispiel eines Elektrolyseurs und ist der Elektrolyseurhauptkörper 11a ein Beispiel eines Elektrolyseurhauptkörpers. Die Öffnung H1 ist ein Beispiel einer ersten Öffnung, die zweite Öffnung H2 ist ein Beispiel einer zweiten Öffnung, der erste Abdeckkörper 11b ist ein Beispiel eines ersten Abdeckkörpers, der zweite Abdeckkörper 11d ist ein Beispiel eines zweiten Abdeckkörpers, das Abdichtelement 11e ist ein Beispiel eines ersten Abdichtelements und das Abdichtelement 11c ist ein Beispiel eines zweiten Abdichtelements. Die Anode 15a ist ein Beispiel einer ersten Anode, die Kathode 15b ist ein Beispiel einer zweiten Elektrode, eine Anodenkammer 14a ist ein Beispiel einer ersten Kammer, die Kathodenkammer 14b ist ein Beispiel einer zweiten Kammer und die Trennwand 13 ist ein Beispiel einer Trennwand.
Für jedes der in den Ansprüchen zitierten Bauelemente können verschiedene andere Elemente mit in den Ansprüchen beschriebenen Konfigurationen oder Funktionen ebenfalls angewendet werden.
[2] Zweites Ausführungsbeispiel
Die elektrolytische Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(1) Aufbau der elektrolytischen Vorrichtung
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer elektrolytischen Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine elektrolytische Vorrichtung 10 aus 4 ist die elektrolytische Vorrichtung, die Fluorgas erzeugt. Wie dies in 4 gezeigt ist, hat die elektrolytische Vorrichtung 10 einen Elektrolyseur 11. Der Elektrolyseur 11 hat einen Elektrolyseurhauptkörper 11a und einen oberen Abdeckkörper 11f.
Der Elektrolyseurhauptkörper 11a und der obere Abdeckkörper 11f sind aus Metall ausgebildet, wie beispielsweise Ni (Nickel), Monel, reines Eisen oder rostfreier Stahl oder deren Legierung. Der Elektrolyseurhauptkörper 11a hat eine Bodenfläche und eine Seitenfläche und hat eine Öffnung an seinem oberen Abschnitt. Ein Isolationselement 11g ist so angeordnet, dass es die obere Fläche der Bodenfläche bedeckt. Ein Isolationselement (ein Abdichtelement) 11h ist an der oberen Endfläche der Seitenfläche angebracht. Die Isolationselemente 11g, 11h sind aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise Harz (Kunststoff), ausgebildet. Der obere Abdeckkörper 11f ist an dem Isolationselement 11h so angeordnet, dass er die Öffnung des Elektrolyseurhauptkörpers 11a verschließt. Somit sind der Elektrolyseurhauptkörper 11a und der obere Abdeckkörper 11f voneinander durch das Isolationselement 11h elektrisch isoliert.
Das elektrolytische Bad 12, das aus einem gemischten geschmolzenen Salz auf der Basis von KF-HF (Kalium-Wasserstoff-Fluorid) hergestellt ist, ist in dem Elektrolyseur 11 untergebracht. Eine zylindrische Trennwand 13 ist so vorgesehen, dass sie sich von der unteren Fläche des oberen Abdeckkörpers 11f nach unten erstreckt. Die Trennwand 13 ist aus einer zylindrischen Gastrennwand 13A und einer zylindrischen Flüssigkeitstrennwand 13B gebildet. Die Gastrennwand 13A ist an dem oberen Abdeckkörper 11f einstückig vorgesehen. Die Höhe des unteren Endes der Gastrennwand 13A ist so festgelegt, dass sie im Wesentlichen gleich dem Flüssigkeitspegel des elektrolytischen Bades 12 ist. Ein Metall wie beispielsweise Ni (Nickel), eine Nickel-Legierung, Monel, reines Eisen oder rostfreier Stahl oder deren Legierungen werden vorzugsweise als Material für die Gastrennwand 13A angewendet. In diesem Fall wird eine Korrosion der Gastrennwand 13A durch die Fluorgase und den Wasserstoff-Fluorid-Dampf unterdrückt. Die Gastrennwand 13A kann so vorgesehen sein, dass sie von dem oberen Abdeckkörper 11f entfernbar ist.
Die Flüssigkeitstrennwand 13B ist an dem unteren Ende der Gastrennwand 13A so angebracht, dass sie in das elektrolytische Bad 12 eingetaucht ist. Eine Vielzahl an Durchgangslöchern H (siehe 5) zum Sicherstellen einer Permeabilität des elektrolytischen Bades 12 sind an der Flüssigkeitstrennwand 13B ausgebildet. Die Einzelheiten der Flüssigkeitstrennwand 13B sind nachstehend beschrieben. Ein Perfluorharz, wie beispielsweise PTFE (Polytetrafluorethylen) oder PFA (Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymer), wird vorzugsweise als das Material für die Flüssigkeitstrennwand 13B angewendet, und PTFE wird insbesondere vorzugsweise angewendet. In diesem Fall wird eine Korrosion der Flüssigkeitstrennwand 13B durch das elektrolytische Bad 12 unterdrückt im Vergleich zu einem Fall, bei dem Metall als das Material für die Flüssigkeitstrennwand 13B angewendet wird. Des Weiteren wird die Behandlung zum Zeitpunkt des Ausbildens der vorstehend erwähnten Durchgangslöcher H einfacher. Des Weiteren sind die Kosten für das Material für die Flüssigkeitstrennwand 13B verringert.
In dem Elektrolyseur 11 ist die Anodenkammer 14a im Inneren der Trennwand 13 ausgebildet und die Kathodenkammer 14b ist außerhalb der Trennwand 13 ausgebildet. Die Anode 15a ist so angeordnet, dass sie in das elektrolytische Bad 12 innerhalb der Anodenkammer 14a getaucht ist. Eine Elektrode aus beispielsweise niedrigpolarisierbarem Karbon wird vorzugsweise als das Material für die Anode 15a angewendet.
Eine leitfähige Diamantbeschichtung ist vorzugsweise auf der Oberfläche der Anode 15a aufgetragen. Insbesondere werden Wasserstoffgase und Mischgase aus Kohlenstoffquelle als das Material für Diamant angewendet, und eine geringfügige Menge aus einem Atom (nachstehend als Dopant (Dotierstoff) bezeichnet), in der sich der atomare Wert (Atomnummer, Ordnungszahl) von Kohlenstoff unterscheidet, ist dem Mischgas hinzugefügt, wodurch eine leitfähige Diamantbeschichtungslage ausgebildet werden kann. Bor, Phosphor oder Stickstoff wird vorzugsweise als der Dopant verwendet. Phosphor wird besonders bevorzugt angewendet. Das Gewicht des hinzugefügten Dopant ist vorzugsweise nicht weniger als 1 ppm und nicht mehr als 30.000 ppm, und ist vorzugsweise nicht weniger als 100 ppm und nicht mehr als 10.000 ppm in Bezug auf das Gesamtgewicht der Diamantbeschichtungslage. Die leitfähige Diamantbeschichtung ist auf der Oberfläche der Anode 15a aufgetragen, sodass eine Polarisation erschwert an der Anode 15a auftritt. Somit wird die Erzeugungseffizienz des Fluorgases verbessert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fungiert die Seitenfläche des Elektrolyseurhauptkörpers 11a als eine Kathode.
Die HF-Lieferleitung 18a zum Liefern von HF in dem Elektrolyseur 11 ist mit dem oberen Abdeckkörper 11f verbunden. Die HF-Lieferleitung 18a ist durch die Temperatureinstellheizeinrichtung 18b bedeckt. Somit wird verhindert, dass HF in der HF-Lieferleitung 18a verflüssigt wird. Die (nicht gezeigte) Flüssigkeitspegelerfassungsvorrichtung erfasst die Höhe eines Flüssigkeitspegels des elektrolytischen Bades 12. Wenn die durch die Flüssigkeitspegelerfassungsvorrichtung erfasste Höhe des Flüssigkeitspegels niedriger als ein vorbestimmter Wert wird, wird HF zu dem Elektrolyseur 11 durch die HF-Lieferleitung 18a geliefert.
Die Gasauslassöffnungen 16a, 16b sind an dem oberen Abdeckkörper 11f vorgesehen. Das Auslassrohr 17a ist mit der Gasauslassöffnung 16a verbunden, und das Auslassrohr 17b ist mit der Gasauslassöffnung 16b verbunden. Die Gasauslassöffnung 16a steht mit der Anodenkammer 14a in Kommunikation, und die Gasauslassöffnung 16b steht mit der Kathodenkammer 14b in Kommunikation.
Eine elektrische Spannung ist zwischen der Anode 15a und dem Elektrolyseurhauptkörper 11a angelegt, wodurch das elektrolytische Bad 12 elektrolysiert wird. In diesem Fall werden fluorierte Gase an der Oberfläche der Anode 15a erzeugt, und die Wasserstoffgase werden an der Innenfläche der Seitenfläche des Elektrolyseurhauptkörpers 11a erzeugt. Da die obere Fläche der Bodenfläche des Elektrolyseurhauptkörpers 11a durch ein Isolationselement 11g bedeckt ist, wird die elektrolytische Reaktion des elektrolytischen Bades 12 an der oberen Fläche der Bodenfläche nicht unterstützt, und die Wasserstoffgase werden nicht erzeugt.
Die in der Anodenkammer 14a erzeugten Fluorgase werden zu der Außenseite des Elektrolyseurs 11 durch das Auslassrohr 17a aus der Gasauslassöffnung 16a geführt. Die in der Kathodenkammer 14b erzeugten Wasserstoffgase werden zu der Außenseite des Elektrolyseurs 11 durch das Auslassrohr 17b aus der Gasauslassöffnung 16b geführt.
(2) Einzelheiten der Flüssigkeitstrennwand
5 zeigt eine externe perspektivische Ansicht der Flüssigkeitstrennwand 13B, und 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Durchgangslochs H, das an der Flüssigkeitstrennwand 13B ausgebildet ist. 6(a) zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des Durchgangslochs H, 6(b) zeigt eine Seitenansicht des Durchgangslochs H unter Betrachtung von der Anodenkammer 14a, und 6(c) zeigt eine Seitenansicht des Durchgangslochs H unter Betrachtung von der Kathodenkammer 14b. 6(a) zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A der 6(b) und 6(c).
Wie dies in 5 gezeigt ist, ist eine Vielzahl an kreisartigen Durchgangslöchern H an der Flüssigkeitstrennwand 13B ausgebildet. In dem Beispiel von 5 bilden die Vielzahl an Durchgangslöchern H zwei Reihen in der Umfangsrichtung der Flüssigkeitstrennwand 13B. In diesem Fall treten Ionen in dem Flüssigkeitsbad 12 durch die Vielzahl an Durchgangslöcher H und sind zwischen der Anodenkammer 14a und der Kathodenkammer 14b beweglich. Somit ist die elektrolytische Reaktion stabil und wird in der Anodenkammer 14a und der Kathodenkammer 14b sanft unterstützt.
In diesem Fall werden, wenn die Fluorgase und die Wasserstoffgase, die durch die elektrolytische Reaktion erzeugt werden, sich bewegen, indem sie durch die Durchgangslöcher H hindurchtreten, die Fluorgase und die Wasserstoffgase in der Anodenkammer 14a oder der Kathodenkammer 14b vermischt. Somit werden die Fluorgase und die Wasserstoffgase in eine Reaktion treten, wodurch die Erzeugungseffizienz der Fluorgase vermindert wird, und es wird außerdem berücksichtigt, dass das explosive Mischgas in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Fluorgase und der Wasserstoffgase erzeugt werden kann.
Daher wird der Durchmesser von jedem Durchgangsloch H derart festgelegt, dass Blasen der Fluorgase und der Wasserstoffgase nicht hindurchtreten. Jedoch bewirkt dies, dass die Blase in dem Durchgangsloch H verbleibt, sodass das Durchgangsloch H geschlossen werden kann. Da insbesondere die Wasserstoffgase schwierig in dem elektrolytischen Bad 12 im Vergleich zu den Fluorgasen aufzulösen sind, verbleibt die Blase der Wasserstoffgase in dem Durchgangsloch H und schließt mit Leichtigkeit das Durchgangsloch H. Wenn das Durchgangsloch H verschlossen ist, kann das elektrolytische Bad 12 sich nicht bewegen, indem es durch das Durchgangsloch H hindurchtritt. Somit kann die elektrolytische Reaktion nicht stabil unterstützt werden.
Daher hat in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie dies in 6 gezeigt ist, jedes Durchgangsloch H eine obere Fläche L1, die sich schräg nach oben von dem Ende an der Seite der Anodenkammer 14a zu dem Ende an der Seite der Kathodenkammer 14b erstreckt. Nachstehend ist das Ende des Durchgangslochs H an der Seite der Anodenkammer 14a als ein Anodenseitenende bezeichnet, und das Ende des Durchgangslochs H an der Seite der Kathodekammer 14b ist als ein Kathodenseitenende bezeichnet. Eine untere Fläche 12 von jedem Durchgangsloch H erstreckt sich horizontal von dem Anodenseitenende zu dem Kathodenseitenende. Hierbei ist die obere Fläche von jedem Durchgangsloch H als ein Bereich bezeichnet, der von der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs H nach unten gerichtet ist, und die untere Fläche des Durchgangslochs H ist als ein Bereich bezeichnet, der von der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs H nach oben gerichtet ist.
Ein Durchmesser D1 in der vertikalen Richtung an dem Anodenseitenende des Durchgangslochs H ist derart festgelegt, dass das elektrolytische Bad hindurchtreten kann und die Blasen der Fluorgase und der Wasserstoffgase nicht hindurchtreten. Der Durchmesser D1 ist beispielsweise nicht kleiner als 1 mm und nicht größer als 3 mm, und ist vorzugsweise nicht kleiner als 1 mm und nicht größer als 2 mm. Ein Durchmesser D2 in der vertikalen Richtung an dem Kathodenseitenende des Durchgangslochs H ist größer als der Durchmesser D1. Der Durchmesser D2 ist beispielsweise nicht kleiner als 5 mm und nicht größer als 10 mm, und ist vorzugsweise nicht kleiner als 5 mm und nicht größer als 8 mm. Die Flüssigkeitstrennwand 13B hat eine Dicke TH von beispielsweise weniger als 5 mm und nicht mehr als 10 mm, und hat vorzugsweise eine Dicke TH von nicht weniger als 5 mm und nicht mehr als 8 mm.
In der elektrolytischen Vorrichtung 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kehrt selbst dann, wenn die Blase der Wasserstoffgase in das Durchgangsloch H von der Kathodenkammer 14b gelangt, die Blase zu der Kathodenkammer 14b entlang der oberen Fläche des Durchgangslochs H zurück und schwimmt an der Flüssigkeitsfläche auf. Daher wird verhindert, dass die Blase der Wasserstoffgase, die zu dem Durchgangsloch H von der Kathodenkammer 14b gelangt ist, das Durchgangsloch H verschließt.
Des Weiteren ist der Durchmesser in der vertikalen Richtung des Durchgangslochs H an der Seite der Anodenkammer 14a geringer als der Durchmesser in der vertikalen Richtung des Durchgangslochs H an der Seite der Kathodenkammer 14b. Des Weiteren werden, wie dies vorstehend beschrieben ist, die Fluorgase mit Leichtigkeit in dem elektrolytischen Bad 12 im Vergleich zu den Wasserstoffgasen aufgelöst. Daher wird verhindert, dass die Blase der Fluorgase in das Durchgangsloch H von der Anodenkammer 14a gelangt.
Auf diese Weise wird verhindert, dass die Blasen der Fluorgase und der Wasserstoffgase das Durchgangsloch H verschließen, während verhindert wird, dass die Blasen der Fluorgase und der Wasserstoffgase sich bewegen, indem sie durch das Durchgangsloch H treten. Somit ist es möglich, die elektrolytische Reaktion stabil und sanft zu unterstützen, ohne die Erzeugungseffizienz der Fluorgase zu vermindern.
(3) Andere Beispiele von Durchgangslöchern
(3-1)
Die Form der Durchgangslöcher H der Flüssigkeitstrennwand 136 ist nicht auf die Beispiele der 5, 6(a), 6(b) und 6(c) beschränkt. 7 zeigt eine Abbildung von weiteren Beispielen des Durchgangslochs H, das an der Flüssigkeitstrennwand 136 ausgebildet ist. Für die Beispiele der 7(a) und 7(b) sind die Unterschiede gegenüber den Beispielen der 5 und 6 beschrieben.
In dem Beispiel von 7(a) erstreckt sich eine obere Fläche L1 eines Durchgangslochs H horizontal von einem Anodenseitenende zu einem Zwischenpunkt P1 zwischen dem Anodenseitenende und einem Kathodenseitenende, und erstreckt sich schräg nach oben von dem Zwischenpunkt P1 zu dem Kathodenseitenende. Auch in diesem Fall wird verhindert, dass eine Blase der Wasserstoffgase, die zu dem Durchgangsloch H von einer Kathodenkammer 14b gelangt ist, das Durchgangsloch H verschließt, und es wird verhindert, dass eine Blase der Fluorgase in das Durchgangsloch H von der Anodenkammer 14a gelangt.
In dem Beispiel von 7(b) erstreckt sich eine obere Fläche L1 eines Durchgangslochs H schräg nach unten von einem Anodenseitenende zu einem Zwischenpunkt P1, und erstreckt sich schräg nach oben von dem Zwischenpunkt P1 zu einem Kathodenseitenende. Auch in diesem Fall wird verhindert, dass eine Blase der Wasserstoffgase, die zu dem Durchgangsloch H von der Kathodenkammer 14b gelangt ist, das Durchgangsloch H verschließt. Des Weiteren kehrt selbst dann, wenn die Blase der Fluorgase zu dem Durchgangsloch H von der Anodenkammer 14a gelangt ist, die Blase zu der Anodenkammer 14a entlang der oberen Fläche L1 des Durchgangslochs H zurück, und schwimmt an einer Flüssigkeitsoberfläche auf. Daher wird verhindert, dass die Blase der Fluorgase, die zu dem Durchgangsloch H von der Anodenkammer 14a gelangt ist, das Durchgangsloch H verschließt.
(3-2)
Während das Durchgangsloch H in dem vorstehend erwähnten Beispiel einen kreisartigen vertikalen Querschnitt hat, kann das Durchgangsloch H einen vertikalen Querschnitt in einer anderen Form haben, wie beispielsweise in einer elliptischen Form, einer dreieckigen Form, einer viereckigen Form oder dergleichen.
(3-3)
Während die obere Fläche L1 des Durchgangslochs H so vorgesehen ist, dass sie sich schräg nach oben zu dem Kathodenseitenende linear erstreckt, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die obere Fläche L1 des Durchgangslochs H kann so vorgesehen sein, dass sie sich krümmt und schräg nach oben zu dem Kathodenseitenende erstreckt.
(4) Ein weiteres Beispiel einer Flüssigkeitstrennwand
8 zeigt eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines weiteren Beispiels einer Flüssigkeitstrennwand 13B. Das untere Ende der Gastrennwand 13A und das obere Ende der Flüssigkeitstrennwand 13B sind in 8 gezeigt. Im Hinblick auf das Beispiel von 8 ist nachstehend der Unterschied gegenüber den 5 und 6 beschrieben.
In dem Beispiel von 8 ist das obere Ende der Flüssigkeitstrennwand 13B so vorgesehen, dass es das untere Ende der Außenumfangsfläche (eine Fläche an der Seite der Kathodenkammer 14b) der Gastrennwand 13A bedeckt. Wenn die elektrolytische Reaktion des elektrolytischen Bades 12 unterstützt wird, indem das untere Ende der Gastrennwand 13A in das elektrolytische Bad 12 eingetaucht ist, wird die Gastrennwand 13A in dem elektrolytischen Bad 12 polarisiert, und die Außenumfangsfläche der Gastrennwand 13A hat eine positive elektrische Ladung. In diesem Fall wird das Metall ionisiert und in dem elektrolytischen Bad 12 von der Außenumfangsfläche der Gastrennwand 13A geschmolzen, die eine positive elektrische Ladung hat, wodurch die Außenumfangsfläche der Gastrennwand 13A mit Leichtigkeit korrodiert. Daher ist in dem vorliegenden Beispiel ein Abschnitt der Außenumfangsfläche der Gastrennwand 13A, der in das elektrolytische Bad 12 getaucht ist, durch die Flüssigkeitspegeltrennwand 13B bedeckt. Somit wird verhindert, dass das elektrolytische Bad 12 mit der Außenumfangsfläche der Gastrennwand 13A in Kontakt gelangt, sodass ein Abschnitt der Außenumfangsfläche der Gastrennwand 13A, der in dem elektrolytischen Bad 12 eingetaucht ist, vor einer Korrosion bewahrt wird.
Des Weiteren erstreckt sich das obere Ende der Flüssigkeitspegeltrennwand 13B vorzugsweise zu einem Abschnitt oberhalb des Flüssigkeitspegels (Flüssigkeitsoberfläche) des elektrolytischen Bades 12. In diesem Fall kann das elektrolytische Bad 12 zuverlässig davor bewahrt werden, dass es mit der Außenumfangsfläche der Gastrennwand 13A in Kontakt gelangt. Da das obere Ende der Flüssigkeitspegeltrennwand 13B an der Seite der Kathodenkammer 14b positioniert ist, gelangen selbst dann, wenn das obere Ende der Flüssigkeitspegeltrennwand 13B sich bis zu einer Position oberhalb des Flüssigkeitspegels des elektrolytischen Bades 12 erstreckt, die Fluorgase und der Wasserstoffgasdampf nicht mit der Flüssigkeitspegeltrennwand 13B in Kontakt. Daher wird die Flüssigkeitspegeltrennwand 13B vor einer Korrosion bewahrt.
(5) Andere Ausführungsbeispiele
(5-1)
In einem Fall, bei dem die Korrosion der Gastrennwand 13A und der Flüssigkeitstrennwand 13B verhindert wird oder die Korrosion der Gastrennwand 13A und der Flüssigkeitstrennwand 13B kein Problem darstellt, können, während die Gastrennwand 13A und die Flüssigkeitstrennwand 13B in den vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen separat vorgesehen sind, die Gastrennwand 13A und die Flüssigkeitstrennwand 13B einstückig vorgesehen sein.
(5-2)
Während die Gastrennwand 13A und die Flüssigkeitstrennwand 13B jeweils in dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel zylindrisch ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Gastrennwand 13A und die Flüssigkeitstrennwand 13B können jeweils in einer anderen Form sein, wie beispielsweise eine Form eines viereckigen Rohres, eine Form einer flachen Platte oder dergleichen.
(5-3)
Während das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel ein Beispiel ist, bei dem die vorliegende Erfindung bei der elektrolytischen Vorrichtung angewendet ist, die die Fluorgase erzeugt, kann die vorliegende Erfindung in ähnlicher Weise bei der elektrolytischen Vorrichtung angewendet werden, die ein anderes Gas, wie beispielsweise Sauerstoffgase, erzeugt.
(6) Entsprechungen zwischen den Bauelementen in den Ansprüchen und den Teilen der bevorzugten Ausführungsbeispiele
In den nachstehend erläuternden Abschnitten sind nicht einschränkende Beispiele von Entsprechungen zwischen verschiedenen Elementen, die in den beigefügten Ansprüchen zitiert sind, und jenen, die vorstehend unter Bezugnahme auf verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, erläutert.
In dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel ist das elektrolytische Bad 12 ein Beispiel eines elektrolytischen Bades, ist der Elektrolyseur 11 ein Beispiel eines Elektrolyseurs, ist das Durchgangsloch H ein Beispiel einer Öffnung, ist die obere Fläche L1 ein Beispiel einer oberen Fläche, ist die Trennwand 13 ein Beispiel einer Trennwand, ist die Anodenkammer 14a ein Beispiel einer Anodenkammer, ist die Anode 15a ein Beispiel einer Anode, ist die Kathodenkammer 14b ein Beispiel einer Kathodenkammer, ist die Kathode 15b ein Beispiel einer Kathode und ist die Flüssigkeitstrennwand 13B ein Beispiel einer Flüssigkeitstrennwand.
Für jedes der in den Ansprüchen zitierten Bauelemente können verschiedene andere Elemente ebenfalls angewendet werden, die Konfigurationen oder Funktionen haben, die in den Ansprüchen beschrieben sind.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Die vorliegende Erfindung kann effektiv für verschiedene elektrolytische Vorrichtungen genutzt werden, wie beispielsweise in einer Gaserzeugungsvorrichtung.

Claims

Elektrolytische Vorrichtung zum Erzeugen von Fluorgas und einem anderen Gas durch ein Elektrolysieren eines elektrolytischen Bades, mit einem Elektrolyseur, der das elektrolytische Bad speichert, wobei der Elektrolyseur Folgendes aufweist: einen Elektrolyseurhauptkörper, der eine erste Öffnung an einem oberen Abschnitt hat, einen ersten Abdeckkörper, der eine zweite Öffnung hat, die kleiner als die erste Öffnung ist, der an dem Elektrolyseurhauptkörper vorgesehen ist, um die erste Öffnung zu schließen, ein erstes Abdichtelement, das an dem ersten Abdeckkörper vorgesehen ist, um die zweite Öffnung zu umgeben, einen zweiten Abdeckkörper, der an dem ersten Abdeckkörper vorgesehen ist, wobei das erste Abdichtelement zwischen ihnen gehalten ist, um die zweite Öffnung zu schließen, eine erste Elektrode, die an dem zweiten Abdeckkörper befestigt ist, und eine Trennwand, die ein Inneres des Elektrolyseurhauptkörpers in eine erste Kammer, in der Fluorgase erzeugt werden, und eine zweite Kammer trennt, in der das andere Gas erzeugt wird, und wobei die Trennwand derart ausgebildet ist, dass die erste Kammer in einem Bereich im Inneren des ersten Abdichtelements angeordnet ist.
Elektrolytische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Trennwand an dem ersten Abdeckkörper einstückig so vorgesehen ist, dass sie die erste Elektrode umgibt.
Elektrolytische Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektrolyseurhauptkörper als eine zweite Elektrode fungiert.
Elektrolytische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die des Weiteren Folgendes aufweist: ein zweites Abdichtelement, das an dem Elektrolyseurhauptkörper so vorgesehen ist, dass es die erste Öffnung umgibt, wobei der erste Abdeckkörper an dem Elektrolyseurhauptkörper vorgesehen ist, wobei das zweite Abdichtelement zwischen ihnen gehalten ist.
Elektrolytische Vorrichtung mit: einem Elektrolyseur, der ein elektrolytisches Bad speichert; einer Trennwand, die so vorgesehen ist, dass sie ein Inneres des Elektrolyseurs in eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer trennt, und eine Öffnung hat, durch die in dem elektrolytischen Bad vorhandene Ionen treten können; einer Anode, die in der Anodenkammer des Elektrolyseurs vorgesehen ist, und einer Kathode, die in der Kathodenkammer des Elektrolyseurs vorgesehen ist, wobei die Öffnung der Trennwand eine obere Fläche hat, die sich schräg nach oben zu zumindest entweder der Anodenkammer und/oder der Kathodenkammer erstreckt.
Elektrolytische Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei Fluorgase in der Anodenkammer erzeugt werden, und Wasserstoffgase in der Kathodenkammer erzeugt werden, und die obere Fläche der Öffnung so vorgesehen ist, dass sie sich schräg nach oben zu der Kathodenkammer erstreckt.
Elektrolytische Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei ein Ende der Öffnung an der Seite der Anodenkammer eine Fläche hat, die kleiner ist als eine Fläche von einem Ende der Öffnung an der Seite der Kathodenkammer.
Elektrolytische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Trennwand eine Flüssigkeitstrennwand aufweist, die in das elektrolytische Bad getaucht ist, die Öffnung an der Flüssigkeitstrennwand vorgesehen ist, und die Flüssigkeitstrennwand aus einem Perfluoroharz ausgebildet ist.
Elektrolytische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei eine leitfähige Diamantbeschichtung auf einer Oberfläche der Anode vorgesehen ist.