KR20120083311A

KR20120083311A - 전해장치

Info

Publication number: KR20120083311A
Application number: KR1020127006048A
Authority: KR
Inventors: 오사무 요시모토; 마코토 혼구; 히로시 오쿠보
Original assignee: 도요탄소 가부시키가이샤
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2012-07-25
Also published as: EP2476783A4; EP2476783A1; CN102482790A; US20120160667A1; JP2011058015A; WO2011027566A1

Abstract

본 발명의 전해장치는 전해조, 가열기 및 송풍기를 구비한다. 전해조에는 전해욕이 수용된다. 가열기는 전해조와 전기적으로 절연된 상태로 전해조에 설치된다. 동일하게 송풍기는 전해조와 전기적으로 절연된 상태로 전해조에 설치된다. 가열기가 온이 되어, 전해조의 온도가 상승한다. 또한, 가열기가 오프가 되고 송풍기가 온이 되어 전해조의 온도가 하강한다. 가열기 및 송풍기의 온 및 오프가 전환됨으로써 전해조의 온도가 일정하게 유지된다.

Description

전해장치{ELECTROLYTIC DEVICE}

본 발명은 전해조를 구비한 전해장치에 관한 것이다.

종래, 반도체의 제조공정 등에서 재료의 세정 및 표면개질 등의 여러 용도로 불소 가스가 사용되고 있다. 이 경우, 불소 가스 자체가 사용되는 경우도 있고, 불소 가스를 기초로 합성된 NF₃(삼불화질소) 가스, NeF(불화네온) 가스 및 ArF(불화아르곤) 가스 등의 여러 불소계 가스가 사용되는 경우도 있다.

불소 가스를 안정적으로 공급하기 위해서, 통상 HF(불화 수소)를 전기분해하여 불소 가스를 발생시키는 전해장치가 사용된다. 이러한 전해장치에서는 예를 들어, 전해조 내에 KF-HF(칼륨-불화수소)계의 혼합 용융염으로 이루어진 전해욕이 형성된다. 전해조 내의 전해욕이 전기 분해되어 불소가스가 발생된다. 이 경우, 전해장치의 전해조건을 일정하게 하기 위해 전해조 내의 전해욕의 온도를 일정 범위 내로 유지할 필요가 있다.

예를 들어, 특허 문헌 1에 기재된 용융염 전해장치에서는 전해조의 외주의 측면에 온수 재킷이 설치되어 있다. 온수 재킷은 온수 파이프 및 단열층을 갖는다. 온수 파이프는 전해조의 외주의 측면을 둘러싸도록 설치되어 있다. 온수 파이프 내에는 온수가열장치에서 가열된 열 매체가 순환한다. 전해조 내에는 온도계가 설치되어 있다. 온수가열장치는 온도계에 의해 측정된 온도에 기초하여 열 매체를 가열함으로써 전해조 내의 전해욕을 소정의 온도로 유지한다.

일본공개특허공보 제2004-244724호

전해장치의 전해조는 적어도 덮개체 부분에 대해서는 누전 및 정전기에 의한 전해조 내에서의 방전 등에 대비하여 기준 전위를 갖는 지면에 접지될 필요가 있다. 또한, 온수가열장치에서는 고전류의 전력이 취급되므로, 안전성을 확보하기 위해 온수가열장치는 기준 전위를 갖는 지면에 접지되는 것이 필요해진다.

이 경우, 전해조의 덮개체 부분은 전해욕을 통하여 전해조와 전기적으로 접속된다. 여기에서 열 매체에 도전성이 있으면 전해조의 덮개체 부분, 전해욕, 전해조, 도전성의 열 매체, 온수가열장치 및 지면이라는 폐회로가 형성된다. 이와 같은 폐회로가 형성된 전해조를 사용하여 전기분해를 개시하면 전해조 내의 전위차에 의한 전류가 폐회로내에 흐르고, 폐회로에 포함되는 금속부분에 전기부식이 발생한다.

이와 같은 전기부식을 방지하기 위해 특허문헌 1에는 적어도 일부가 절연된 배관 및 절연성이 높은 열 매체를 이용하는 대책이 기재되어 있다. 그러나, 절연성 용매(예를 들어, 불소계의 용매)이고 또한 전해조의 온도 조정이 가능할 정도로 열 용량이 큰 열 매체는 존재하지 않는다. 그 때문에, 비교적 전기저항이 높고 열용량이 큰 열 매체로서 순수(純水)를 들 수 있다. 그러나, 순수는 약간이기는 하지만 전기전도성을 가지므로, 상기와 같은 금속부분의 전기부식을 완전히 방지하는 데에는 이르지 못했다.

본 발명의 목적은 전해조의 온도 조정을 충분히 실시할 수 있는 열 용량을 확보할 수 있고 또한 전위차에 기인하는 전기 부식을 확실히 방지하는 것이 가능한 전해장치를 제공하는 것이다.

(1) 본 발명의 한 국면에 따른 전해장치는 전해욕을 수용하는 전해조와, 전해조로부터 전기적으로 절연된 열원에 의해 전해조를 가열하는 가열부와, 전해조로부터 전기적으로 절연된 방열원에 의해 전해조를 냉각하는 냉각부를 구비하는 것이다.

본 발명의 한 국면에 따른 전해장치에서는 가열부의 열원이 전해조로부터 전기적으로 절연되고, 냉각부의 방열원이 전해조로부터 전기적으로 절연된다. 이 상태에서 전해조가 가열부의 열원에 의해 가열되고, 냉각부의 방열원에 의해 냉각된다.

이 경우, 열 매체를 사용한 열교환과는 달리, 열원 및 방열원에 의해 직접적으로 전해조가 가열 및 냉각된다. 이에 의해, 전해조의 온도조정을 충분히 실시할 수 있다.

또한, 열원 및 방열원을 통하여 전해조에 전위가 부여되지 않는다. 그 때문에, 전해조에서의 전위차에 기인하는 전해장치의 전기부식을 확실하게 방지할 수 있다.

(2) 가열부는 열원으로서 절연 피막으로 피복된 발열체를 갖는 히터를 포함하고, 히터는 전해조의 외측면에 접하여 설치되어 있어도 좋다.

이 경우, 히터의 발열체가 절연 피막을 통하여 전해조의 외측면에 접하여 설치되어 있다. 그 때문에, 히터의 발열체로부터 전해조로의 열전도에 의해 전해조가 직접적으로 가열된다. 이에 의해, 높은 응답성으로 전해조를 가열하는 것이 가능해진다.

(3) 가열부는 열원으로서 적외선을 방사하는 적외선 가열장치를 포함하고, 적외선 가열장치는 전해조로부터 절연되도록 이간(離間)하여 설치되어 있어도 좋다.

이 경우, 전해조로부터 이간하여 설치되어 있는 적외선 가열장치로부터 전해조에 적외선이 방사된다. 그에 의해, 열 방사에 의해 전해조가 직접적으로 가열된다. 또한, 적외선 가열장치가 전해조로부터 확실하게 절연된다.

(4) 냉각부는 방열원으로서 전해조에 송풍하는 송풍기를 포함하고, 송풍기는 전해조로부터 절연되도록 이간하여 설치되어 있어도 좋다.

이 경우, 전해조로부터 이간하여 설치되어 있는 송풍기에 의해 전해조에 송풍된다. 그에 의해, 전해조가 공기 유통에 의해 직접적으로 냉각된다. 또한, 송풍기가 전해조로부터 확실하게 절연된다.

(5) 냉각부는 방열원으로서 절연 피막으로 피복된 냉각소자를 갖는 냉각체를 포함하고, 냉각체는 전해조의 외면에 접하여 설치되어 있어도 좋다.

이 경우, 냉각소자가 절연 피막을 통하여 전해조의 외측면에 접하여 설치되어 있다. 그 때문에, 전해조로부터 냉각체로의 흡열에 의해 전해조가 직접적으로 냉각된다. 그에 의해, 높은 응답성으로 전해조를 냉각하는 것이 가능해진다.

(6) 전해조 내에 제 1 실이 설치되어 있고 또한 제 1 실과 전해조 사이에 제 2 실이 설치되며, 제 1 실에 제 1 전극이 배치되고 전해조가 제 2 전극으로서 기능해도 좋다.

이 경우 설치면, 열원 및 방열원으로부터 전기적으로 절연된 전해조가 제 2 전극으로서 기능한다. 그 때문에, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 안정적이고 정확한 전압을 인가할 수 있다.

(7) 전해장치는 전해조 내의 전해욕의 온도가 미리 정해진 목표 온도범위 내로 유지되도록 가열부 및 냉각부를 제어하는 제어부를 추가로 구비해도 좋다.

이 경우, 가열부에 의한 전해조의 가열 및 냉각부에 의한 전해조의 냉각이 제어부에 의해 제어된다. 그에 의해, 전해조 내의 온도를 목표 온도 범위 내로 안정적이고 확실하게 유지하는 것이 가능해진다.

(8) 전해장치는 전해조 내의 전해욕의 온도를 검출하는 검출부를 추가로 구비하고, 제어부는 검출부에 의해 검출되는 온도가 목표 온도범위의 상한값보다도 낮은 제 1 온도까지 상승했을 때 가열부의 동작을 정지시킴과 동시에 냉각부를 작동시키며, 검출부에 의해 검출되는 온도가 목표 온도범위의 하한값보다도 높은 제 2 온도까지 저하되었을 때에 가열부를 동작시킴과 동시에 냉각부의 동작을 정지시켜도 좋다.

이 경우, 전해조의 온도가 목표 온도범위의 상한값보다도 낮은 제 1 온도까지 상승하면, 가열부의 동작이 정지되고 또한 냉각부가 작동된다. 그에 의해, 전해조의 온도가 오버슈트에 의해 목표 온도범위의 상한값을 초과하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 전해조의 온도가 목표 온도범위의 하한값보다도 높은 제 2 온도까지 저하되면, 가열부가 작동되고 또한 냉각부의 동작이 정지된다. 그에 의해, 전해조의 온도가 언더슈트에 의해 목표 온도범위의 하한값 미만이 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 가열부가 정지됨과 동시에 냉각부가 작동되고 가열부가 작동됨과 동시에 냉각부가 정지된다. 그에 의해, 전해조의 온도에서의 오버슈트 양 및 언더슈트 양을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 목표 온도범위를 작게 하는 것이 가능해지고, 전해조의 온도를 거의 일정하게 유지할 수 있다.

(9) 제어부는 목표 온도의 상한값과 하한값의 차가 2도 이내가 되도록 가열부 및 냉각부를 제어해도 좋다.

이 경우, 전해욕의 온도가 거의 일정하게 유지된다. 그 때문에, 전기분해의 조건이 거의 일정하게 유지된다. 그에 의해, 보다 안정된 전기분해를 실시하는 것이 가능해진다.

(10) 전해조는 불소 발생용 전해조이어도 좋다. 전해욕으로서 사용되는 불소화합물의 증기압은 온도에 따라 크게 변화된다. 이와 같은 경우에도 전해욕의 온도가 안정적이고 고정밀하게 제어되므로, 전해조 내의 전해욕으로부터 불소화합물의 증기가 방출되는 것이 방지된다.

본 발명에 의하면 저비용이고 간단한 구성으로 전해조 내의 전해욕의 온도를 안정적이고 고정밀하게 제어하는 전해장치를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 전해장치의 모식적 단면도이다.
도 2는 도 1의 전해장치의 주요부로서 전해조의 외측의 모식도이다.
도 3은 제어부에 의한 가열기 및 송풍기의 제어동작을 도시한 플로우차트이다.
도 4는 실시예 및 비교예에서의 전해욕의 온도의 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 전해장치의 주요부로서 전해조의 외측의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 전해장치의 주요부로서 전해조의 외측의 모식도이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관한 전해장치에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

(1) 전해장치의 구성

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 전해장치의 모식적 단면도이다. 도 2는 도 1의 전해장치의 주요부로서 전해조의 외측의 모식도이다.

도 1의 전해장치(10)는 불소가스를 발생하는 기체발생장치이다. 전해장치(10)는 전해조(11)를 구비한다. 전해조(11)는 전해조 본체(11a), 상부 덮개체(11b) 및 절연부재(11c)에 의해 구성된다.

전해조 본체(11a) 및 상부 덮개체(11b)는 예를 들어 Ni(니켈), 모넬, 순철 또는 스텐레스강 등의 금속 또는 합금에 의해 형성된다.

전해조 본체(11a)는 저면부 및 4개의 측면부를 갖고 상부에 개구를 갖는다. 절연부재(11c)는 측면부의 상단면을 따라서 설치된다. 절연부재(11c)는 수지 등의 절연재료로 형성된다. 전해조 본체(11a)의 개구를 폐색하도록 절연부재(11c)상에 상부 덮개체(11b)가 배치된다. 그에 의해 전해조 본체(11a)와 상부 덮개체(11b)가 절연부재(11c)에 의해 서로 전기적으로 절연된다.

전해조(11)에서는 고전류의 전력이 취급된다. 또한, 정전기에 의한 전해조(11) 내의 방전을 방지할 필요가 있다. 그 때문에, 전해조(11)의 상부 덮개체(11b)는 접지선(S1)에 의해 지면(E)에 접지된다. 이에 의해, 전해조(11)로부터의 누전에 의한 감전 등이 방지된다.

전해조(11)는 도전재료로 이루어진 하우징체(32) 내에서 절연재료로 이루어진 복수의 지지부재(31)에 의해 지지된다. 지지부재(31)는 예를 들어 베이클라이트에 의해 형성된다. 또한, 하우징체(32)의 저면에는 절연재료로 이루어진 차륜(33)이 부착된다. 이와 같이 하여, 전해조(11)는 하우징체(32)로부터 전기적으로 절연되고 하우징체(32)는 설치면으로부터 전기적으로 절연된다.

전해조(11) 내에는 KF-HF(칼륨-불화수소)계 혼합 용융염으로 이루어진 전해욕(12)이 형성된다. 전해욕(12)에 일부 침지되도록, 원통형상의 격벽(13)이 상부 덮개체(11b)와 일체적으로 설치된다. 격벽(13)은 예를 들어 Ni 또는 모넬로 이루어진다. 전해조(11) 내에서 격벽(13)의 내측에 양극실(14a)이 형성되고 격벽(13)의 외측에 음극실(14b)이 형성된다.

양극실(14a)내에서 전해욕(12)에 침지되도록 양극(15a)이 배치된다. 양극(15a)의 재료로서는 예를 들어 저분극성 탄소전극을 사용하는 것이 바람직하다. 전해조 본체(11a)의 내면에는 음극(15b)이 형성된다. 음극실(14b)에서 주로 수소가스가 발생한다. 음극(15b)의 재료로서는 예를 들어 Ni를 사용하는 것이 바람직하다.

HF를 공급하기 위한 HF공급라인(18a)이 상부 덮개체(11b)에 접속된다. HF공급라인(18a)은 온도조정용 히터(18b)로 덮인다. 이에 의해, HF공급라인(18a)에서 HF가 액화되는 것이 방지된다. 전해욕(12)의 액면의 높이는 액면검출장치(도시하지 않음)에 의해 검출된다. 액면검출장치에 의해 검출되는 액면의 높이가 소정값보다도 낮아지면 HF공급라인(18a)을 통하여 전해욕(11)내에 HF가 공급된다.

상기 전해장치(10)는 제어부(23)를 구비한다. 제어부(23)에 의해 양극(15a)과 음극(15b) 사이에 전압이 인가된다. 이에 의해, 전해조(11) 내의 전해욕(12)이 전기 분해된다. 그에 의해, 양극실(14a)에서 주로 불소가스가 발생한다.

상부 덮개체(11b)에는 가스배출구(16a, 16b)가 설치된다. 가스배출구(16a)에는 배기관(17a)이 접속되고, 가스배출구(16b)에는 배기관(17b)이 접속된다. 가스배출구(16a)는 양극실(14a)에 연통하고, 가스배출구(16b)는 음극실(14b)에 연통한다. 양극실(14a)에서 발생되는 기체는 가스배출구(16a)로부터 배기관(17a)을 통하여 배출되고, 음극실(14b)에서 발생되는 기체는 가스배출구(16b)로부터 배기관(17b)을 통하여 배출된다.

전해조(11)는 가열기(21a) 및 송풍기(21b)를 구비한다. 본 실시형태에서는 가열기(21a)로서 시스히터가 사용된다. 시스히터는 전열선이 절연피막으로 피복된 구조를 갖는다. 시스히터는 전열선에 의해 임의의 크기의 열용량을 얻을 수 있다. 가열기(21a)를 전해조(11)에 접하여 설치함으로써, 전해조(11)를 신속하게 가열할 수 있다. 또한, 가열기(21a)는 전해조(11)에 접하여 설치되지만 전해조(11)와 전기적으로는 절연되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이 가열기(21a)는 전해조 본체(11a)의 측면부의 외측의 면에 사행(蛇行)하도록 부착된다. 이에 의해, 가열기(21a)와 전해조 본체(11a)의 접촉면적이 커진다. 가열기(21a)는 열전도에 의해 전해조(11)를 가열한다.

송풍기(21b)는 전해조(11)로부터 절연되도록 이간하여 설치되고, 전해조(11)에 송풍한다. 그에 의해, 송풍기(21b)는 전해조(11)로부터 전기적으로 절연된 상태에서 공기 유통에 의해 전해조(11)를 냉각한다.

가열기(21a) 및 송풍기(21b)는 전원장치(21)로부터 공급되는 전력에 의해 작동된다. 전원장치(21)는 안전성을 확보하기 위해 접지선(S2)에 의해 지면(E)에 접지된다.

본 실시형태에서는 가열기(21a)인 시스히터가 구비하는 절연피막에 의해 가열기(21a)와 전해조(11)가 전기적으로 절연된다. 또한, 절연체인 공기에 의해 송풍기(21b)와 전해조(11)가 전기적으로 절연된다. 이 경우, 상부 덮개체(11b) 및 전원장치(21)가 지면(E)에 접지되고 폐회로가 형성되어도, 전해조(11)에서의 전위차에 기인하는 전류가 전해장치의 금속부분에 흐르지 않는다. 이에 의해, 전해장치의 금속부분의 전기부식이 방지된다.

전해장치(10)에는 가열기(21a)의 온도를 검출하는 온도센서(22a) 및 전해조 본체(11a) 내의 전해욕(12)의 온도를 검출하는 온도센서(22b)가 설치된다. 본 실시형태에서는 온도센서(22a, 22b)는 열전대(熱電對)로 이루어진다.

제어부(23)는 온도센서(22a)에 의해 검출되는 전해조(11)의 온도 및 온도센서(22b)에 의해 검출되는 전해욕(12)의 온도에 기초하여 가열기(21a) 및 송풍기(21b)를 제어한다.

(2) 온도제어동작

다음에, 제어부(23)에 의한 전해조(11) 내의 전해욕(12)의 온도 제어동작에 대해서 설명한다.

전해조(11) 내의 전해욕(12)은 실온에서 또한 대기압하에서는 고체 상태를 취한다. 그 때문에, 전해욕(12)의 전기분해를 실시하기 위해서는 전해욕(12)을 80℃ 이상 90℃ 이하로 가열하고, 액체 상태로 용해시킬 필요가 있다.

전기분해시에 양극(15a), 음극(15b) 및 전해욕(12)에 전류가 흐르면, 양극(15a), 음극(15b) 및 전해욕(12)이 갖는 전기저항에 기인하는 주울 열이 발생한다. 또한, 전해욕(12)이 용해될 때에는 전해열이 발생한다. 이에 의해, 전해욕(12)의 온도가 과도하게 상승한다. 그 결과, 전해욕(12)의 HF의 증기압이 높아지고, 전해욕(12)으로부터 HF가 방출된다. 이 경우, 배기관(17a)으로부터 취출되는 불소가스의 순도의 저하, 및 HF의 전해효율의 저하가 발생할 가능성이 있다. 그 때문에, 전해욕(12)의 온도를 적절한 온도범위로 유지할 필요가 있다.

우선, 제어부(23)는 가열기(21a)를 온으로 한다. 그에 의해, 전해조(11)의 온도가 상승하고, 전해조(11) 내의 전해욕(12)의 온도도 상승한다. 전해욕(12)이 용해될 때까지는 제어부(23)는 온도센서(22a)에 의해 검출되는 온도에 기초하여 가열기(21a)의 온 및 오프를 제어한다. 전해욕(12)이 용해될 때의 전해조(11)의 온도(이하, 전해조 온도 하한값이라 부름)는 미리 측정되어 있다.

제어부(23)는 전해조(11)의 과승온을 방지하기 위해 온도센서(22a)에 의해 검출되는 온도가 미리 설정된 상한값(이하, 전해조 온도 상한값이라고 부름) 이상이 되면, 가열기(21a)를 오프로 한다.

전해욕(12)이 용해되면, 온도센서(22b)에 의한 전해욕(12) 온도의 검출이 가능해진다. 전기분해가 개시되면 주울 열 등의 발생에 의해 전해욕(12)에 자연 방열에 의해 손실되는 열량보다도 큰 열량이 투입된다. 그에 의해, 가열기(21a)가 정지된 상태에서도 전해욕(12)의 온도가 상승한다.

제어부(23)는 온도센서(22a)에 의해 검출되는 온도가 전해조 온도 하한값 이상이 되면, 온도센서(22b)에 의해 검출되는 온도에 기초하여 가열기(21a) 및 송풍기(21b)의 온 및 오프를 제어한다.

도 3은 제어부(23)에 의한 가열기(21a) 및 송풍기(21b)의 제어 동작을 도시한 플로우차트이다.

이하, 전기분해에 최적인 전해욕 온도 범위의 상한값을 목표 상한 온도라고 부르고, 전기 분해에 최적인 전해욕 온도 범위의 하한값을 목표 하한 온도라고 부른다.

또한, 전해욕 온도가 목표 상한 온도를 초과하지 않도록 가열기(21a)를 오프로 하고 또한 송풍기(21b)를 온으로 하는 온도를 냉각 개시 온도라고 부르고, 전해욕의 온도가 목표 하한 온도보다 저하되지 않도록 가열기(21a)를 온으로 하고 또한 송풍기(21b)를 오프로 하는 온도를 가열 개시 온도라고 부른다. 냉각 개시 온도는 목표 상한 온도보다도 일정 온도(예를 들어 1도) 낮게 설정되고, 가열 개시 온도는 목표 하한 온도보다도 일정 온도(예를 들어 1 도) 높게 설정된다.

초기 상태에서는 가열기(21a)는 온으로 되어 있는 것으로 하고, 송풍기(21b)는 오프로 되어 있는 것으로 한다.

제어부(23)는 온도 센서(22b)에 의해 검출된 전해욕(12)의 온도가 냉각 개시 온도까지 상승했는지의 여부를 판정한다(단계(S1)). 전해욕(12)의 온도가 냉각 개시 온도까지 상승하지 않은 경우에는, 제어부(23)는 전해욕(12) 온도가 냉각 개시 온도가 될 때까지 대기한다. 전해욕(12) 온도가 냉각 개시 온도까지 상승한 경우에는 제어부(23)는 가열기(21a)를 오프로 하고(단계(S2)), 송풍기(21b)를 온으로 한다(단계(S3)).

다음에, 제어부(23)는 온도 센서(22b)에 의해 검출된 전해욕(12)의 온도가 가열 개시 온도까지 저하되어 있는지의 여부를 판정한다(단계(S4)). 전해욕(12)의 온도가 가열 개시 온도까지 저하되지 않은 경우에는 제어부(23)는 전해욕(12)의 온도가 가열 개시 온도가 될 때까지 대기한다. 전해욕(12)의 온도가 가열 개시 온도까지 저하된 경우에는 제어부(23)는 가열기(21a)를 온으로 하고(단계(S5)), 송풍기(21b)를 오프로 하고(단계(S6)), 단계(S1)의 처리로 되돌아간다.

이와 같이 하여 전해욕(12)의 온도가 냉각 개시 온도보다도 일정 온도 높은 목표 상한 온도와 가열 개시 온도보다도 일정 온도 낮은 목표하한온도 사이로 유지된다.

(3) 실시형태의 효과

본 실시형태에 관한 전해장치(1)에서는 전해조(11)가 지지부재(31)에 의해 하우징체(32)로부터 전기적으로 절연되도록 지지된다. 또한, 가열기(21a) 및 송풍기(21b)가 전해조(11)로부터 전기적으로 절연된다. 이 상태에서 전해조(11)가 가열기(21a)로부터의 열전도에 의해 가열되고, 송풍기(21b)로부터의 공기 유통에 의해 냉각된다.

이 경우, 가열기(21a) 및 송풍기(21b)를 통하여 전해조(11)에 전위가 부여되지 않는다. 그 때문에, 전해조(11)에 안정된 부식방지 전압을 인가함으로써 용이하게 전해조(11)의 부식을 방지할 수 있다. 이에 의해, 전해조(11)의 관리 비용을 감소시키는 것이 가능해진다.

또한, 전해조(11)의 가열은 열전도에 의해 실시되고, 전해조(11)의 냉각은 공기유통에 의해 실시된다. 이 경우, 전해조(11)를 가열 및 냉각하기 위한 절연성 열 매체를 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 저비용이고 간단한 구성으로 전해조(11)를 가열 및 냉각하는 것이 가능해진다.

또한, 열매체를 이용한 열교환과는 달리, 가열기(21a)로부터의 열전도 및 송풍기(21b)로부터의 공기유통에 의해 직접적으로 전해조(11)가 가열 및 냉각된다. 이에 의해, 전해조(11) 내의 전해욕(12)의 온도를 안정적이고 고정밀하게 제어하는 것이 가능해진다.

(4) 실시예

이하의 실시예 및 비교예에서는 상기 실시형태에 기초하여 도 1 및 도 2에 도시한 전해장치(10)를 사용하여 전해욕(12)의 온도제어를 실시했다. 또한, 비교예에서 사용한 전해장치는 송풍기(21b)가 부착되어 있지 않은 점을 제외하고 도 1 및 도 2의 전해장치(10)와 동일한 구조를 갖는다.

실시예 및 비교예에서 전해욕(12)의 가열 개시 온도 및 냉각 개시 온도가 각각 85℃ 및 86℃로 설정되었다.

실시예에서는 온도센서(22b)에 의해 검출되는 전해욕(12)의 온도가 86℃까지 상승하면, 가열기(21a)가 오프가 되고 또한 송풍기(21b)가 온이 되어, 송풍에 의해 전해욕(12)이 강제적으로 냉각된다. 또한, 온도 센서(22b)에 의해 검출되는 전해욕(12)의 온도가 85℃까지 저하되면, 가열기(21a)가 온이 되고 또한 송풍기(21b)가 오프가 되어 전해욕(12)이 가열된다.

한편, 비교예에서는 온도센서(22b)에 의해 검출되는 전해욕(12)의 온도가 86℃까지 상승하면, 가열기(21a)가 오프가 되어 전해욕(12)이 자연히 냉각된다. 또한, 온도센서(22b)에 의해 검출되는 전해욕(12)의 온도가 85℃까지 저하되면, 가열기(21a)가 온이 되어 전해욕(12)이 가열된다.

도 4의 (a) 및 도 4의 (b)는 실시예 및 비교예에서의 전해욕(12)의 온도의 결과를 각각 도시한 도면이다. 도 4에서 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 전해욕(12)의 온도를 나타낸다.

도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 실시예에서는 889분의 기간, 전해욕(12)의 온도의 변동이 2도의 범위 내로 제어되었다. 한편, 비교예에서는 865분의 기간, 전해욕(12)의 온도의 변동이 4도 이상이 되었다.

실시예 및 비교예의 결과로부터 가열기(21a)에 추가하여 송풍기(21b)를 사용함으로써, 전해욕(12)의 온도의 변동을 거의 일정하게 유지하는 것이 가능한 것이 명백해졌다.

(5) 다른 실시형태

도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 전해장치의 주요부인 전해조의 외측의 모식도이다.

도 5의 전해장치(10)가 도 1 및 도 2의 전해장치(10)와 다른 것은 가열기(21a) 대신, 복수의 적외선 가열장치(21c)가 전해조(11)의 주위에 배치되어 있는 점이다.

복수의 적외선 가열장치(21c)는 전해조(11)로부터 이간되도록 설치되어, 전해조(11)에 적외선을 방사한다. 그에 의해, 복수의 적외선 가열장치(21c)는 전해조(11)로부터 전기적으로 절연된 상태에서 열방사에 의해 전해조(11)를 가열한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 전해장치의 주요부로서 전해조의 외측의 모식도이다.

도 6의 전해장치(10)가 도 1 및 도 2의 전해장치(10)와 다른 것은 송풍기(21b) 대신 복수의 냉각체(21d)가 전해조 본체(11a)의 측면부의 외측면에 접하고, 분산적으로 부착되어 있는 점이다. 냉각체(21d)는 펠티에 소자가 세라믹스재 및 절연피막의 피복 등으로 절연된 구조를 갖는다. 그에 의해, 복수의 냉각체(21d)는 전해조(11)로부터 전기적으로 절연된 상태에서 흡열 동작을 실시함으로써 전해조(11)를 냉각한다.

또한, 도 1 및 도 2의 가열기(21a) 대신 복수의 적외선 가열장치(21c)가 설치되고, 또한 송풍기(21b) 대신 복수의 냉각체(21d)가 설치되어도 좋다.

(6) 청구항의 각 구성요소와 실시형태의 각 부의 대응관계

이하, 청구항의 각 구성요소와 실시형태의 각 부의 대응예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 하기의 예에 한정되지 않는다.

가열기(21a) 및 적외선 가열장치(21c)가 열원 및 가열부의 예이고 송풍기(21b) 및 냉각체(21d)가 방열원 및 냉각부의 예이며, 시스히터의 전열선이 발열체의 예이고 가열기(21a)가 히터의 예이고 펠티에 소자가 냉각소자의 예이며, 양극실(14a)이 제 1 실의 예이고 음극실(14b)이 제 2 실의 예이며, 양극(15a)이 제 1 전극의 예이고 음극(15b)이 제 2 전극의 예이며, 제어부(23)가 제어부의 예이고 온도센서(22b)가 검출부의 예이다.

청구항의 각 구성요소로서 청구항에 기재되어 있는 구성 또는 기능을 갖는 다른 여러가지 요소를 사용할 수도 있다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명은 기체 발생 장치 등의 전해장치에 유효하에 이용할 수 있다.

Claims

전해욕을 수용하는 전해조,
상기 전해조로부터 전기적으로 절연된 열원에 의해 상기 전해조를 가열하는 가열부, 및
상기 전해조로부터 전기적으로 절연된 방열원에 의해 상기 전해조를 냉각하는 냉각부를 구비하는 전해장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가열부는 상기 열원으로서 절연피막으로 피복된 발열체를 갖는 히터를 포함하고,
상기 히터는 상기 전해조의 외측면에 접하여 설치되어 있는 전해장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가열부는 상기 열원으로서 적외선을 방사하는 적외선 가열장치를 포함하고,
상기 적외선 가열장치는 상기 전해조로부터 절연되도록 이간하여 설치되어 있는 전해장치.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각부는 상기 방열원으로서 상기 전해조에 송풍하는 송풍기를 포함하고,
상기 송풍기는 상기 전해조로부터 절연되도록 이간하여 설치되어 있는 전해장치.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각부는 상기 방열원으로서 절연피막으로 피복된 냉각소자를 갖는 냉각체를 포함하고,
상기 냉각체는 상기 전해조의 외측면에 접하여 설치되어 있는 전해장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전해조 내에 제 1 실이 설치되고 또한 상기 제 1 실과 상기 전해조 사이에 제 2 실이 설치되며,
상기 제 1 실에 제 1 전극이 배치되고, 상기 전해조가 제 2 전극으로서 기능하는 전해장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전해조 내의 전해욕의 온도가 미리 정해진 목표 온도범위 내로 유지되도록 상기 가열부 및 상기 냉각부를 제어하는 제어부를 추가로 구비하는 전해장치.
제 7 항에 있어서,
상기 전해조 내의 전해욕의 온도를 검출하는 검출부를 추가로 구비하고,
상기 제어부는 상기 검출부에 의해 검출되는 온도가 상기 목표 온도범위의 상한값보다 낮은 제 1 온도까지 상승했을 때 상기 가열부의 동작을 정지시키고 또한 상기 냉각부를 작동시키며, 상기 검출부에 의해 검출되는 온도가 상기 목표 온도범위의 하한값보다 높은 제 2 온도까지 저하되었을 때 상기 가열부를 작동시키고 또한 상기 냉각부의 동작을 정지시키는 전해장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 목표 온도범위의 상한값과 하한값의 차가 2도 이내가 되도록 상기 가열부 및 상기 냉각부를 제어하는 전해장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전해조는 불소 발생용 전해조인 전해장치.