KR20130040817A

KR20130040817A - 기체발생장치 및 기체발생방법

Info

Publication number: KR20130040817A
Application number: KR1020127026463A
Authority: KR
Inventors: 요시오 쇼다이; 오사무 요시모토; 노리유키 다나카; 야스히로 야노
Original assignee: 도요탄소 가부시키가이샤
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2013-04-24
Also published as: WO2011129057A1; JP5567375B2; CN102834549B; CN102834549A; US20130068627A1; EP2559790A1; JP2011219847A

Abstract

제어장치에는 양극실에 설치된 액면센서로부터 출력신호가 부여된다. 상기 출력신호는 양극실내의 전해욕의 액면 높이가 기준 높이보다도 높은지의 여부를 나타낸다. 제어장치는 양극실내의 전해욕의 액면 높이가 기준 높이보다도 높은 경우에, 인버터 회로에서 발생되는 컴프레서의 구동전압의 주파수를 소정값만큼 상승시킨다. 이에 의해, 컴프레서가 구비하는 모터의 회전속도가 상승하고, 컴프레서로부터 배출되는 수소가스의 배출압이 상승하며, 음극실내의 압력이 저하된다. 그 결과, 음극실내의 전해욕의 액면 높이가 상승하고 또한 양극실내의 전해욕의 액면높이가 기준 높이 보다도 낮아진다.

Description

기체발생장치 및 기체발생방법{GAS GENERATION DEVICE AND GAS GENERATION METHOD}

본 발명은 기체를 발생하는 기체발생장치 및 기체발생방법에 관한 것이다.

종래, 반도체의 제조공정 등에서 재료의 세정 및 표면개질 등의 여러가지 용도에서 불소가스가 사용되고 있다. 그 경우, 불소가스 자체를 사용하는 경우도 있지만, 불소가스를 기초로 합성된 NF₃(삼불화 질소)가스, NeF(불화네온)가스, 및 ArF(불화 아르곤)가스 등의 여러 가지 불소계 가스를 사용하는 경우도 있다.

이와 같은 현장에서 불소가스를 안정적으로 공급하기 위해, 예를 들어 HF(불화 수소)를 전기 분해하여 불소가스를 발생하는 불소가스 발생장치가 사용된다.

특허문헌 1에 개시된 불소가스 발생장치는 전해조를 구비한다. 전해조내에는 격벽(隔璧)에 의해 음극실 및 양극실로 구획되어 있다. 전해조 내에는 KF-HF계 혼합 용융염으로 이루어지는 전해욕이 형성되어 있다. 음극실내에 음극이 설치되고, 양극실내에 양극이 설치되어 있다. HF 공급 라인을 통하여 전해조내의 전해욕에 HF가 공급되고 HF의 전기분해가 실시된다. 그에 의해, 전해조의 음극으로부터 수소 가스가 발생하고, 양극으로부터 불소가스가 발생한다.

음극실의 상부에는 수소가스의 출구가 설치되어 있다. 음극실 내에서 발생한 수소가스는 출구로부터 음극측의 수소가스라인을 통하여 배출된다. 수소가스라인에는 자동밸브 및 HF 흡착탑이 삽입되어 있다. 또한, 음극실의 상부에는 음극실내에 불활성 가스를 공급하기 위한 퍼지가스 출입구가 설치되어 있다. 이에 의해, 음극실내에는 불활성 가스 라인으로부터 퍼지가스 출입구를 통하여 불활성 가스를 공급하는 것이 가능해져 있다. 불활성 가스 라인에도 자동 밸브가 삽입되어 있다.

양극실의 상부에는 불소 가스의 출구가 설치되어 있다. 양극실 내에서 발생한 불소가스는 출구로부터 불소가스라인을 통하여 배출된다. 불소가스라인에는 HF 흡착탑 및 자동 밸브가 삽입되어 있다. 또한, 불소가스라인에서는 HF흡착탑 및 자동밸브의 하류측에 컴프레서 유닛이 설치되어 있다. 또한, 양극실의 상부에는 양극실내에 불활성 가스를 공급하기 위한 퍼지가스 출입구가 설치되어 있다. 이에 의해, 양극실내에도 불활성 가스 라인으로부터 퍼지가스 출입구를 통하여 불활성 가스를 공급하는 것이 가능해져 있다. 상기 불활성 가스 라인에도 자동밸브가 삽입되어 있다.

음극실 및 양극실에는 각 실내의 전해욕의 액면 높이를 검출하는 액면 센서가 설치되어 있다. 수소가스라인, 불소가스라인 및 불활성 가스 라인에 삽입되는 자동 밸브는 액면 센서에 의해 검출되는 각 실내의 전해욕의 액면 높이에 연동하여 개폐된다. 액면 센서에 의해 검출되는 액면 높이에 따라 자동밸브가 개폐됨으로써, 전해욕의 액면 높이의 변동이 억제된다. 이에 의해, HF의 전기분해시에서의 전해조건의 변동이 억제된다.

일본 공개특허공보 제2004-52105호

그러나, 전해욕의 액면 높이의 변동을 억제하기 위해서는 빈번하게 자동밸브의 개폐 동작이 실시될 필요가 있다. 특히, 액면 높이가 항상 변동되는 경우에는 자동밸브의 단위시간 당의 개폐 동작이 많아진다. 이 경우, 자동밸브가 단수명화되고, 자동밸브의 관리(교환 및 보수 등)를 빈번하게 실시하지 않으면 안된다. 그 결과, 관리 비용이 높아진다.

본 발명의 목적은 전해욕의 액면 높이의 변동을 억제하면서 관리 비용을 감소시키는 것이 가능한 기체발생장치 및 기체발생방법을 제공하는 것이다.

(1) 본 발명의 한 국면에 따른 기체발생장치는 전기분해에 의해 제 1 기체 및 제 2 기체를 발생시키는 기체발생장치로서, 제 1 실 및 제 2 실로 구획되고 전기 분해되는 화합물을 포함하는 전해욕을 수용하는 전해조와, 제 1 실에서 발생된 제 1 기체를 배출하는 제 1 기체배출경로와, 제 2 실에서 발생된 제 2 기체를 배출하는 제 2 기체배출경로와, 제 2 실내의 전해욕의 액면을 검출하는 액면검출부와, 제 1 기체배출경로에 설치되고, 모터를 갖는 제 1 펌프와, 제 1 펌프의 모터에 인가되는 구동전압을 발생하는 제 1 인버터 회로와, 액면검출부에 의해 검출되는 액면이 미리 정해진 기준 높이보다 높은 경우에, 제 1 펌프의 모터에 인가되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 증가되도록 제 1 인버터 회로를 제어하는 제어부를 구비하는 것이다.

상기 기체발생장치에서는 전해욕에 포함되는 화합물의 전기분해가 실시됨으로써, 제 1 실에서 제 1 기체가 발생되고, 제 2 실에서 제 2 기체가 발생된다.

제 1 실에서 발생된 제 1 기체는, 모터를 갖는 제 1 펌프에 의해 제 1 기체배출경로를 통하여 배출된다. 제 2 실에서 발생된 제 2 기체는, 제 2 기체배출경로로부터 배출된다. 제 1 펌프는 제 1 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압이 모터에 인가됨으로써 동작한다.

제 2 실내의 전해욕의 액면이 액면검출부에 의해 검출된다. 검출된 액면이 기준 높이보다 높은 경우에, 제 1 펌프의 모터에 인가되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 증가되도록 제 1 인버터 회로가 제어된다.

이 경우, 제 1 펌프의 모터의 회전수가 상승하고 제 1 펌프에 의한 제 1 기체의 배출압이 상승한다. 이에 의해, 제 1 실내의 압력이 저하된다. 이에 의해, 제 1 실내의 전해욕의 액면이 상승하고 또한 제 2 실내의 전해욕의 액면이 기준 높이 이하가 되도록 조정된다. 이와 같이 하여 전해욕의 액면 높이의 변동이 억제된다.

또한, 제 1 기체배출경로에서는 제 1 기체의 배출압이 제 1 펌프의 모터의 회전속도를 변화시킴으로써 조정되므로, 개폐 밸브의 개폐 동작에 의해 제 1 기체의 배출압을 조정할 필요가 없어진다. 이에 의해, 개폐 밸브의 조기 열화에 따른 관리가 불필요해지고, 관리횟수가 감소된다. 그 결과, 기체발생장치의 관리 비용이 감소된다.

(2) 기체발생장치는 제 1 실내의 압력을 검출하는 제 1 압력검출부를 추가로 구비하고, 제어부는 액면검출부에 의해 검출되는 액면이 기준 높이 이하인 경우에, 제 1 압력검출부에 의해 검출되는 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 제 1 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어해도 좋다.

이 경우, 제 1 실내의 압력이 제 1 압력검출부에 의해 검출된다. 액면검출부에 의해 검출되는 액면이 기준 높이 이하인 경우에, 제 1 압력검출부에 의해 검출된 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 제 1 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 제어된다.

이에 의해, 제 1 펌프의 모터의 회전수가 변화되고, 제 1 펌프에 의한 제 1 기체의 배출압이 변화된다. 이에 의해, 제 1 실내의 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 조정된다. 따라서, 제 2 실내의 액면 높이의 변동을 억제하면서 제 1 실내의 압력의 변동을 억제할 수 있다.

(3) 기체발생장치는 제 2 기체배출경로에 설치되고, 모터를 갖는 제 2 펌프와, 제 2 펌프의 모터에 인가되는 구동전압을 발생하는 제 2 인버터 회로와, 제 2 실내의 압력을 검출하는 제 2 압력검출부를 추가로 구비하고, 제어부는 제 2 압력검출부에 의해 검출되는 압력이 제 2 목표값에 근접하도록 제 2 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어해도 좋다.

이 경우, 제 2 실에서 발생된 제 2 기체는 모터를 갖는 제 2 펌프에 의해 제 2 기체배출경로를 통하여 배출된다. 제 2 펌프는 모터에 제 2 인버터 회로가 발생하는 구동전압이 인가됨으로써 동작한다.

제 2 실내의 압력이 제 2 압력검출부에 의해 검출된다. 제 2 압력검출부에 의해 검출된 압력이 제 2 목표값에 근접하도록 제 2 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 제어된다.

이에 의해, 제 2 펌프의 모터의 회전수가 변화되고, 제 2 펌프에 의한 제 2 기체의 배출압이 변화된다. 그에 의해, 제 2 실내의 압력이 제 2 목표값에 근접하도록 조정된다. 따라서, 제 2 실내의 액면 높이의 변동을 억제하면서 제 2 실내의 압력의 변동을 억제할 수 있다.

(4) 기체발생장치는 제 1 실내의 압력을 검출하는 제 1 압력검출부와, 제 2 기체배출경로에 설치되고, 모터를 갖는 제 2 펌프와, 제 2 펌프의 모터에 인가되는 구동전압을 발생하는 제 2 인버터 회로와, 제 2 실내의 압력을 검출하는 제 2 압력검출부를 추가로 구비하고, 제어부는 액면검출부에 의해 검출되는 액면이 기준 높이 이하인 경우에, 제 1 압력검출부에 의해 검출되는 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 제 1 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어하고 또한, 제 2 압력검출부에 의해 검출되는 압력이 제 1 목표값보다 작은 제 2 목표값에 근접하도록 제 2 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어해도 좋다.

이에 의해, 제 1 펌프의 모터의 회전수가 변화되고, 제 1 펌프에 의한 제 1 기체의 배출압이 변화된다. 그에 의해, 제 1 실내의 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 조정된다. 따라서, 제 2 실내의 액면 높이의 변동을 억제하면서 제 1 실내의 압력의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 제 2 실에서 발생된 제 2 기체는 모터를 갖는 제 2 펌프에 의해 제 2 기체배출경로를 통하여 배출된다. 제 2 펌프는 모터에 제 2 인버터 회로가 발생하는 구동전압이 인가됨으로써 동작한다.

제 2 목표값은 제 1 목표값보다 작다. 이 경우, 제 1 실내의 압력 및 제 2 실내의 압력이 각각 제 1 및 제 2 목표값에 근접하도록 조정되므로, 제 2 실내의 압력이 제 1 실내의 압력에 비하여 낮아진다. 이에 의해, 제 1 실내의 전해욕의 액면이 제 2 실내의 전해욕의 액면보다도 높아지도록 상승하는 것이 억제된다.

(5) 기체발생장치는 제 1 기체배출경로에 설치되는 제 1 개폐 밸브와, 제 2 기체배출경로에 설치되는 제 2 개폐 밸브를 추가로 구비하고, 제어부는 전해조에서 전기분해가 실시되는 경우에 제 1 및 제 2 개폐 밸브를 개방하고 전해조에서 전기분해가 실시되지 않는 경우에 제 1 및 제 2 개폐 밸브를 폐쇄해도 좋다.

이 경우, 전해조에서 전기분해가 실시되는 경우에 제 1 및 제 2 개폐 밸브가 개방되고 전해조에서 전기 분해가 실시되지 않는 경우에 제 1 및 제 2 개폐 밸브가 폐쇄된다.

이에 의해, 전해조에서 전기분해가 실시되는 경우에는 제 1 실에서 발생되는 제 1 기체를 제 1 기체배출경로를 통하여 배출할 수 있다. 또한, 제 2 실에서 발생되는 제 2 기체를 제 2 기체배출경로를 통하여 배출할 수 있다.

한편, 전해조에서 전기분해가 실시되지 않는 경우에는, 기체발생장치의 외부의 분위기가, 제 1 기체배출경로를 통하여 제 1 실에 역류하는 것이 방지된다. 또한, 기체발생장치의 외부의 분위기가 제 2 기체배출경로를 통하여 제 2 실에 역류하는 것이 방지된다.

(6) 제 1 실은 음극실이고 제 2 실은 양극실이어도 좋다.

이경우, 양극실내의 전해욕의 액면이 액면검출부에 의해 검출된다. 검출된 액면이 기준 높이보다도 높은 경우에, 제 1 펌프의 모터에 인가되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 증가되도록 제 1 인버터 회로가 제어된다.

이에 의해 제 1 펌프의 모터의 회전수가 상승하고, 제 1 펌프에 의한 제 1 기체의 배출압이 상승한다. 그에 의해, 양극실내의 압력이 저하된다. 그리고, 양극실내의 전해욕의 액면이 상승하고 또한 음극실내의 전해욕의 액면이 기준 높이 이하가 되도록 조정된다.

(7) 제 2 기체는 불소이어도 좋다. 불소가 발생되는 제 2 실에서는 화합물의 전기분해시에 전해욕의 액면이 상승하기 쉽다. 이와 같은 경우에도 제 2 실내의 전해욕의 액면 높이의 변동이 억제되므로, 불소를 안정적으로 공급하는 것이 가능해진다.

(8) 본 발명의 다른 국면에 다른 기체발생방법은 제 1 실 및 제 2 실로 구획된 전해조를 사용하여 전기분해에 의해 제 1 및 제 2 기체를 발생시키는 기체발생방법으로서, 전해조내에 수용되는 전해욕에 전압을 인가함으로써 제 1 실 및 제 2 실에서 각각 제 1 및 제 2 기체를 발생시키고 또한 제 1 실 및 제 2 실에서 발생된 제 1 및 제 2 기체를 각각 제 1 및 제 2 기체배출경로를 통하여 배출하는 단계와, 제 1 기체배출경로를 통하여 제 1 기체의 배출을 모터를 갖는 제 1 펌프에 의해 제어하는 단계와, 제 2 실내의 전해욕의 액면을 검출하는 단계와, 제 1 펌프의 모터에 제 1 인버터 회로에 의해 구동전압을 인가하는 단계와, 검출되는 액면이 미리 정해진 기준 높이보다 높은 경우에, 제 1 펌프의 모터에 인가되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 증가하도록 제 1 인버터 회로를 제어하는 단계를 포함하는 것이다.

상기 기체발생방법에서는 전해조내에 수용되는 전해욕에 전압이 인가됨으로써, 제 1 실에서 제 1 기체가 발생되고, 제 2 실에서 제 2 기체가 발생된다. 제 1 실 및 제 2 실에서 발생된 제 1 및 제 2 기체가 각각 제 1 및 제 2 기체배출경로를 통하여 배출된다. 제 1 기체배출경로를 통한 제 1 기체의 배출은 모터를 갖는 제 1 펌프에 의해 제어된다. 제 1 펌프는 제 1 인버터 회로에 의해 구동전압이 모터에 인가됨으로써 동작한다.

제 2 실내의 전해욕의 액면이 검출된다. 검출된 액면이 기준 높이보다도 높은 경우에, 제 1 펌프의 모터에 인가되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 증가하도록 제 1 인버터 회로가 제어된다.

이 경우, 제 1 펌프의 모터의 회전수가 상승하고, 제 1 펌프에 의한 제 1 기체의 배출압이 상승한다. 이에 의해, 제 1 실내의 압력이 저하된다. 그에 의해, 제 1 실내의 전해욕의 액면이 상승하고 또한 제 2 실내의 전해욕의 액면이 기준 높이 이하가 되도록 조정된다. 이와 같이 하여 전해욕의 액면 높이의 변동이 억제된다.

또한, 제 1 기체배출경로에서는 제 1 기체의 배출압이 제 1 펌프의 모터의 회전속도를 변화시킴으로써 조정되므로, 개폐 밸브의 개폐 동작에 의해 제 1 기체의 배출압을 조정할 필요가 없어진다. 이에 의해, 개폐 밸브의 조기 열화에 따른 관리가 불필요해지고, 관리 횟수가 감소된다. 그 결과, 기체발생장치의 관리 비용이 감소된다.

(9) 기체발생방법은 제 1 실내의 압력을 검출하는 단계와, 검출되는 액면이 미리 정해진 기준 높이 이하인 경우에, 검출되는 제 1 실내의 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 제 1 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어하는 단계와, 제 2 기체배출경로를 통하여 제 2 기체의 배출을 모터를 갖는 제 2 펌프에 의해 제어하는 단계와, 제 2 펌프의 모터에 제 2 인버터 회로에 의해 구동전압을 인가하는 단계와, 제 2 실내의 압력을 검출하는 단계와, 검출되는 제 2 실내의 압력이 제 1 목표값보다 작은 제 2 목표값에 근접하도록 제 2 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어하는 단계를 추가로 구비해도 좋다.

이 경우, 제 1 실내의 압력이 검출된다. 검출되는 액면이 기준 높이 이하인 경우에, 검출된 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 제 1 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 제어된다.

이에 의해, 제 1 펌프의 모터의 회전수가 변화되고 제 1 펌프에 의한 제 1 기체의 배출압이 변화된다. 그에 의해, 제 1 실내의 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 조정된다. 따라서, 제 2 실내의 액면 높이의 변동을 억제하면서 제 1 실내의 압력의 변동을 억제할 수 있다.

제 2 실에서 발생된 제 2 기체는, 모터를 갖는 제 2 펌프에 의해 제 2 기체배출경로를 통하여 배출된다. 제 2 펌프는, 모터에 제 2 인버터 회로가 발생하는 구동전압이 인가됨으로써 동작한다.

제 2 실내의 압력이 검출된다. 검출된 압력이 제 2 목표값에 근접하도록 제 2 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 제어된다.

이에 의해, 제 2 펌프의 모터의 회전수가 변화되고, 제 2 펌프에 의한 제 2 기체의 배출압이 변화된다. 그에 의해, 제 2 실내의 압력이 제 2 목표값에 근접하도록 조정된다. 따라서, 제 2 실내의 액면 높이의 변동을 억제하면서 제 2 실내의 변동을 억제할 수 있다.

제 2 목표값은 제 1 목표값보다 작다. 이 경우, 제 1 실내의 압력 및 제 2 실내의 압력이 각각 제 1 및 제 2 목표값에 근접하도록 조정되므로, 제 2 실내의 압력이 제 1 실내의 압력에 비하여 낮아진다. 이에 의해, 제 1 실내의 전해욕의 액면이 제 2 실내의 전해욕의 액면보다 높아지도록 상승하는 것이 억제된다.

본 발명에 따르면, 전해욕의 액면 높이의 변동을 억제하면서 관리 비용을 감소시키는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 불소가스 발생장치의 구성을 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 불소가스 발생장치에서의 제어계의 일부를 도시한 블럭도이다.
도 3은 액면제어 및 압력제어의 구체예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 액정제어 및 압력제어를 사용한 전기분해의 일련의 처리를 도시한 플로우차트이다.
도 5는 액면제어 및 압력제어를 사용한 전기분해의 일련의 처리를 도시한 플로우차트이다.
도 6은 다른 실시형태에 관한 불소가스 발생장치의 구성을 도시한 모식도이다.
도 7은 또한 다른 실시형태에 관한 불소가스 발생장치의 구성을 도시한 모식도이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관한 기체발생장치 및 기체발생방법에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 실시형태에서는 기체발생장치의 일례로서 불소가스를 발생하는 불소가스 발생장치에 대해서 설명한다.

(1) 불소가스 발생장치의 구성

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 불소가스 발생장치의 구성을 도시한 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 불소가스 발생장치(100)는 전해조(1)를 구비한다. 전해조(1)는 예를 들어 Ni(니켈), 모넬, 순철 또는 스텐레스강 등의 금속 또는 합금에 의해 형성되어 있다. 전해조(1) 내는 격벽(2)에 의해 음극실(3) 및 양극실(4)로 구획되어 있다. 격벽(2)은 예를 들어 Ni 또는 모넬로 이루어진다.

전해조(1) 내에는 KF-HF계 혼합용융염으로 이루어진 전해욕(5)이 형성되어 있다. 음극실(3)내에 예를 들어 Ni(니켈)로 이루어진 음극(6)이 설치되고, 양극실(4)내에 예를 들어 저분극성 탄소로 이루어진 양극(7)이 설치되어 있다. HF 공급관(10)을 통하여 전해조(1) 내의 전해욕(5)에 HF(불화수소)가 공급되고, HF의 전기분해가 실시된다. 이에 의해, 전해조(1)의 음극(6)으로부터 주로 수소가스가 발생하고 양극(7)으로부터 주로 불소가스가 발생한다.

음극실(3)의 상부에는 음극 출구(20a)가 설치되어 있다. 음극출구(20a)에는 수소가스 배출관(20)의 일단(상류단)이 접속되어 있다. 음극실(3) 내에서 발생한 수소 가스는 음극출구(20a)로부터 수소가스 배출관(20)을 통하여 배출된다. 수소가스 배출관(20)에는 상류로부터 하류에 걸쳐 HF 흡착탑(24), 제어밸브(21), 컴프레서(22) 및 제어밸브(23)가 이 순서로 삽입되어 있다.

HF흡착탑(24)에는 NaF 등이 충전된다. 상기 HF 흡착탑(24)은 음극실(3)로부터 배출된 수소가스 및 HF의 혼합가스 중의 HF를 흡착한다. 컴프레서(22)에는 인버터 회로(22I)가 접속되어 있다. 인버터 회로(22I)에 의해 발생된 구동전압이 컴프레서(22)에 부여된다.

수소가스 배출관(20)의 하류단은 예를 들어 공장의 배기 라인에 접속된다. 이에 의해, 음극실(3)로부터 배출된 수소가스가 공장의 배기라인을 통하여 배출된다.

양극실(4)의 상부에는 양극출구(30a)가 설치되어 있다. 양극출구(30a)에는 불소가스 배출관(30)의 일단(상류단)이 접속되어 있다. 양극실(4) 내에서 발생한 불소가스는 양극출구(30a)로부터 불소가스 배출관(30)을 통하여 배출된다. 불소가스 배출관(30)에는 상류로부터 하류에 걸쳐서 HF 흡착탑(34), 제어밸브(31), 컴프레서(32) 및 제어밸브(33)가 이 순서로 삽입되어 있다

HF 흡착탑(34)에는 NaF 등이 충전된다. 상기 HF 흡착탑(34)은 양극실(4)로부터 배출된 불소가스 및 HF의 혼합가스 중에서 HF를 흡착한다. 컴프레서(32)에는 인버터 회로(32I)가 접속되어 있다. 인버터 회로(32I)에 의해 발생된 구동전압이 컴프레서(32)에 부여된다.

불소가스 배출관(30)의 하류단은 예를 들어 공장의 제조라인에 접속된다. 이에 의해, 양극실(4)로부터 배출된 불소가스가 미리 정해진 유량으로 공장의 제조 라인 등에 공급된다.

음극실(3)에는 음극실(3) 내의 압력을 측정하는 압력계(PS1)가 설치되어 있다. 양극실(4)에는 양극실(4) 내의 압력을 측정하는 압력계(PS2)가 설치되어 있다. 또한, 양극실(4)에는 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이를 검출하는 액면 센서(40)가 설치되어 있다.

HF 공급관(10)에는 자동 밸브(11) 및 오리피스(12)가 삽입되어 있다. 전해욕(5)이 HF 공급관(10)에 흡입되는 것을 방지하기 위해, 오리피스(12)의 하류의 HF 공급관(10)과 수소가스 배출관(20) 사이에 제어밸브(13)가 접속되어 있다. 또한, HF 공급관(10)에는 도시하지 않은 압력계가 설치되어 있다.

본 실시형태에서는 컴프레서(22, 32)로서 각각 금속제의 벨로우즈 및 후술하는 모터(22M, 23M)(도 2)를 구비하는 벨로우즈 컴프레서가 사용된다. 컴프레서(22, 32)의 동작시에는 모터(22M, 23M)에 의해 금속제의 벨로우즈가 신축된다. 이 때의 벨로우즈의 신축량 및 신축주기를 조정함으로써, 컴프레서(22, 23)에 의한 기체(수소가스 및 불소가스)의 배출압을 조정할 수 있다. 또한, 벨로우즈의 신축량이라는 것은 가장 늘어난 상태의 벨로우즈의 길이와 가장 줄어든 상태의 벨로우즈의 길이의 차이이다.

(2) 불소가스 발생장치의 제어계

제어장치(90)는 CPU(중앙연산 처리장치) 및 메모리 또는 마이크로컴퓨터를 포함하고, 불소가스 발생장치(100)의 각 구성요소의 동작을 제어한다.

도 2는 도 1의 불소가스 발생장치(100)에서의 제어계의 일부를 도시한 블럭도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제어장치(90)에는 양극실(4)에 설치된 액면 센서(40)로부터 출력신호가 부여된다. 이 출력신호는 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 미리 정해진 액면 높이(이하, 기준 높이라고 칭함)보다도 높은지의 여부를 나타낸다. 제어장치(90)는 액면센서(40)로부터의 출력신호에 기초하여 인버터 회로(22I)를 제어한다.

구체적으로는 제어장치(90)는 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준높이 보다도 높은 경우에, 인버터 회로(22I)에서 발생되는 구동전압의 주파수를 소정값(예를 들어, 10㎐ 이상 20㎐ 이하)만큼 상승시킨다. 이에 의해, 컴프레서(22)가 구비하는 모터(22M)의 회전속도가 상승하고 벨로우즈의 신축주기가 짧아진다. 그에 의해, 컴프레서(22)로부터 배출되는 수소가스의 배출압이 상승하고, 음극실(3) 내의 압력이 저하된다. 그 결과, 음극실(3) 내의 전해욕(5)의 액면 높이가 상승하고 또한 양극실(4) 내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다 낮아진다.

한편, 제어장치(90)는 양극실(4) 내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이 이하인 경우에는 인버터 회로(22I)에서 발생되는 컴프레서(22)의 구동전압의 주파수를 상기의 소정값만큼 상승시키지 않는다.

이와 같이, 제어장치(90)는 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높아진 경우에, 그 액면 높이가 기준 높이 이하가 되도록 인버터 회로(22I)를 제어한다.

이하의 설명에서는 제어장치(90)에 의한 액면 센서(40)로부터의 출력신호에 기초하는 인버터 회로(22I)의 제어를 액면제어라고 부른다.

또한, 상기에서는 인버터 회로(22I)에서 발생되는 구동전압의 주파수를 변화시킴으로써 액면 제어가 실시되는 예를 설명했지만, 액면제어는 인버터 회로(22I)에서 발생되는 구동전압의 실효값을 변화시킴으로써 실시되어도 좋다. 이 경우, 벨로우즈의 신축량이 변화됨으로써 컴프레서(22)로부터 배출되는 수소가스의 배출압이 제어되고, 음극실(3)내의 압력이 변화된다. 그 결과, 음극실(3)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 변화되고 또한 양극실(4)의 액면 높이가 조정된다.

액면 제어는 인버터 회로(22I)에서 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수를 모두 변화시킴으로써 실시되어도 좋다. 벨로우즈의 신축량 및 신축 주기가 변화됨으로써 컴프레서(22)로부터 배출되는 수소가스의 배출압이 제어되고, 음극실(3)내의 압력이 변화된다. 그 결과, 음극실(3) 내의 전해욕(5)의 액면 높이가 변화되고 또한 양극실(4)의 액면 높이가 조정된다.

또한, 제어장치(90)에는 음극실(3)에 설치된 압력계(PS1)로부터 출력신호가 부여된다. 제어장치(90)는 압력계(PS1)로부터의 출력신호에 기초하여 인버터 회로(22I)에서 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어한다. 이에 의해, 음극실(3)내의 압력이 조정된다.

예를 들어, HF의 전기분해시에 압력계(PS1)에 의해 측정되는 음극실(3)내의 압력값(이하, 음극실 압력값이라고 칭함)과 소정의 값(목표 압력값)이 일치하지 않는 경우, 제어장치(90)는 음극실 압력값과 목표 압력값의 차이가 감소되도록 인버터 회로(22I)를 제어한다. 또한, 목표 압력값은 예를 들어 절대압으로 100kPa로 설정된다.

또한, 제어장치(90)에는 양극실(4)에 설치된 압력계(PS2)로부터 출력신호가 부여된다. 제어장치(90)는 압력계(PS2)로부터의 출력신호에 기초하여 인버터 회로(32I)에서 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어한다. 이에 의해, 양극실(4)내의 압력이 조정된다.

예를 들어, HF의 전기분해시에 압력계(PS2)에 의해 측정되는 양극실(4)내의 압력의 값(이하, 양극실 압력값이라고 칭함)과 소정의 값(목표 압력값)이 일치하지 않는 경우, 제어장치(90)는 양극실 압력값과 목표 압력값의 차이가 감소되도록 인버터 회로(32I)를 제어한다. 또한, 목표압력값은 예를 들어 절대압으로 100kPa로 설정되다.

이하의 설명에서는 제어장치(90)에 의한 압력계(PS1, PS2)로부터의 출력신호에 기초하는 인버터 회로(22I, 32I)의 제어를 압력제어라고 부른다.

제어장치(90)는 HF의 전기분해가 실시되는 경우에 제어밸브(21, 23, 31, 33)을 개방 상태로 하고, HF의 전기분해가 실시되고 있지 않은 경우에 제어밸브(21, 23, 31, 33)을 폐쇄상태로 한다. 이에 의해, HF의 전기분해가 실시되고 있지 않은 경우에, 컴프레서(22, 32)의 하류측의 수소가스 또는 불소가스가 음극실(3) 또는 양극실(4)에 흡입되는 것이 방지된다. 또한, 제어장치(90)는 제어 밸브(13)의 개폐상태를 제어한다.

상기와 같이, 상기 불소가스 발생장치(100)에서는 양극실(4) 내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높아진 경우에, 그 액면 높이가 기준 높이 이하가 되도록 인버터 회로(22I)가 제어된다. 이 이유에 대해서 설명한다.

도 1에 도시한 전해조(1)내에서 HF의 전기분해를 실시하는 경우에는, 음극실(3)내의 전해욕(5)의 액면 높이에 비하여, 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 상승하기 쉽다. 그 때문에, 본 실시형태에서는 액면 센서(40)로부터의 출력신호에 기초하여 인버터 회로(22I)를 제어함으로써, 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높아진 경우에 그 액면 높이가 기준 높이 이하가 되도록 조정하고, 액면 높이의 변동을 억제하고 있다.

액면제어에서는 인버터 회로(22I)가 제어된다. 이 이유에 대해서 설명한다.

상술한 바와 같이 도 1의 불소가스 발생장치(100)에서는 양극실(4)로부터 배출된 불소가스가, 미리 정해진 유량으로 불소가스 배출관(30)을 통하여 공장의 제조라인 등에 공급된다. 그 때문에, 컴프레서(32)로부터 배출되는 불소가스의 배출압은 거의 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.

그래서, 본 실시형태에서는 인버터 회로(22I)를 제어함으로써 수소가스 배출관(20)에 삽입된 컴프레서(22)의 배출압을 변화시킨다. 이에 의해 불소가스 배출관(30)으로부터 배출되는 불소가스의 유량을 크게 변동시키지 않고, 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이 이하가 되도록 조정할 수 있다.

(3) 액면제어 및 압력제어의 구체예

도 3은 액면제어 및 압력제어의 구체예를 설명하기 위한 그래프이다. 도 3의 (a)에 액면제어 및 압력제어를 실시한 경우의 모터(22M, 32M)의 회전속도를 도시한다. 도 3의 (a)에서 종축은 회전속도를 나타내고 횡축은 시간을 나타낸다. 또한, 굵은 실선이 모터(22M)의 회전속도를 나타내고 1점 쇄선이 모터(32M)의 회전속도를 나타낸다.

또한, 도 3의 (b)에 액면제어 및 압력제어를 실시한 경우의 음극실 압력값 및 양극실 압력값을 나타낸다. 도 3의 (b)에서 종축은 압력을 나타내고, 횡축은 시간을 나타낸다. 또한, 굵은 파선이 음극실 압력값을 나타내고, 실선이 양극실 압력값을 나타낸다.

시점(t0)에서 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이 이하인 상태에서 HF의 전기분해가 개시된다. 시점(t0)부터 시점(t1)에 걸쳐 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이 이하인 상태로 유지되는 경우, 제어장치(90)는 압력계(PS1, PS2)(도 1)로부터의 출력신호에 기초하여 인버터 회로(22I, 32I)의 제어를 실시한다(압력제어).

이에 의해 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이 이하인 기간(PP)에서는, 음극실 압력값 및 양극실 압력값의 변동에 따라서 인버터 회로(22I, 32I)가 제어됨으로써, 모터(22M, 32M)의 회전속도가 완만하게 변화되고 있다. 이와 같이 하여 음극실(3)내의 압력 및 양극실(4)내의 압력이 목표 압력값(U)에 근접하도록 조정된다.

시점(t1)부터 시점(t2)에 걸쳐서 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높은 상태가 계속되는 경우에는, 그 기간(LP) 중 인버터 회로(22I)에서 발생되는 컴프레서(22)의 구동전압의 주파수가 시점(t1)에서의 주파수에 대해서 소정값만큼(T) 상승된 상태로 유지된다(액면 제어). 이에 의해 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이 이하가 되도록 조정된다. 또한, 소정값(T)은 예를 들어 5㎐ 이상 15㎐ 이하 정도로 설정된다.

시점(t2)에서 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이 이하가 되면, 인버터 회로(22I)에서 발생되는 구동전압의 주파수가 그 시점(t2)에서의 주파수에 대하여 소정값(T)만큼 하강된다. 이에 의해, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 모터(22M)의 회전속도는 시점(t2)부터 소정 값만큼(T) 급격하게 하강하고, 기간(LP)의 개시시점(시점 t1)의 회전속도와는 거의 동일한 회전속도가 된다.

도 3의 예에서는 시점(t2) 이후, 시점(t3)부터 시점(t4) 사이, 시점(t5)부터 시점(t6) 사이, 및 시점(t7)부터 시점(t8) 사이에서 액면 높이가 기준 높이보다도 높아진다. 이들 기간(LP)에서도 상기와 동일하게 인버터 회로(22I)에서 발생되는 구동전압의 주파수가 각 기간(LP)의 개시 시점(시점 t3, t5, t7)에서의 주파수에 대하여 소정값(T) 만큼 상승된 상태로 유지된다(액면 제어). 이에 의해, 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 이하가 되도록 조정된다.

또한, 상기의 각 기간(LP)에서 제어장치(90)는 압력계(PS2)(도 1)로부터의 출력신호에 기초하는 인버터 회로(32I)의 제어를 계속하고 있다(압력제어). 그에 의해, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 모터(32M)의 회전속도는 각 기간(LP)에서도 완만하게 변화를 나타내고 있다.

시점(t0)부터 시점(t1) 사이의 기간(PP)과 동일하게 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이 이하인 시점(t2)부터 시점(t3) 사이, 시점(t4)부터 시점(t5) 사이, 및 시점(t6)부터 시점(t7) 사이의 각 기간(PP)에서도 음극실 압력값 및 양극실 압력값의 변동에 따라서 인버터 회로(22I, 32I)가 제어된다. 이에 의해, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 각 기간(PP)에서는 음극실 압력값이 완만하게 목표 압력값(U)에 근접하고 있다. 또한, 양극실 압력값이 완만하게 목표 압력값(U)에 근접하고 있다.

상기에서 제어장치(90)가 액면제어 및 압력제어를 실시함으로써, 전해욕(5)의 액면 높이의 변동이 억제되면서, 음극실(3) 내 및 양극실(4) 내의 압력의 변동이 억제되어 있다.

(4) 제어 플로우

도 4 및 도 5는 액면제어 및 압력제어를 이용한 전기 분해의 일련의 처리를 나타내는 플로우차트이다. 또한, 이하에서는 제어장치(90)에 의한 인버터 회로(22I)의 제어를 설명한다. 초기 상태에서는 미리 컴프레서(22, 32)가 소정의 회전속도로 동작하고 있다.

우선, 제어장치(90)는 도시하지 않은 입력장치 등에 의해 HF의 전기분해의 개시가 지령되면, 음극(6)과 양극(7) 사이에 소정의 전압을 인가하고(단계 S1), 수소가스 배출관(20)에 삽입된 2개의 제어밸브(21, 23)를 개방 상태로 한다(단계 S2).

다음에, 제어장치(90)는 액면센서(40)로부터의 출력신호에 기초하여 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높은지의 여부를 판별한다(단계 S3).

액면 높이가 기준 높이보다도 높은 경우, 제어장치(90)는 인버터 회로(22I)를 제어함으로써 모터(22M)의 회전속도를 소정값(T)만큼 상승시킨다(단계 S4). 예를 들어, 제어장치(90)는 인버터 회로(22I)에서 발생되는 컴프레서(22)의 구동전압의 주파수를 현재의 주파수에 비하여 소정값만큼 상승시킴으로써 모터(22M)의 회전속도를 소정값(T)만큼 상승시킨다.

계속해서, 제어장치(90)는 액면센서(40)로부터의 출력신호에 기초하여 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높은지의 여부를 판별한다(단계 S5). 이 처리는 액면 높이가 기준 높이 이하가 될 때까지 반복하여 실행된다. 그 후, 액면 높이가 기준 높이 이하가 되면, 제어장치(90)는 인버터 회로(22I)를 제어함으로써, 모터(22M)의 회전속도를 소정 값(T)만큼 하강시키는(단계 S6, 단계 S3)의 처리로 되돌아간다.

단계 S3에서 액면 높이가 기준 높이 이하인 경우, 제어장치(90)는 압력계(PS1)에 의해 측정되는 음극실 압력값을 취득한다(단계 S7).

여기에서 제어장치(90)에서는 미리 음극실(3)의 목표 압력값(U)이 기억되어 있다. 목표 압력값(U)의 설정은 예를 들어 작업자가 입력장치 등을 조작함으로써 실시된다.

제어장치(90)는 취득된 음극실 압력값과 미리 설정된 목표 압력값(U)이 일치하는지의 여부를 판별한다(단계 S8).

음극실 압력값과 목표 압력값(U)이 일치하는 경우, 제어장치(90)는 도 2의 인버터 회로(22I)를 제어함으로써, 모터(22M)의 회전속도를 현재의 값으로 유지한다(단계 S9). 예를 들어, 제어장치(90)는 인버터 회로(22I)에서 발생되는 구동전압의 주파수를 현재의 값으로 유지함으로써 모터(22M)의 회전속도를 유지시킨다.

음극실 압력값과 목표 압력값(U)이 일치하지 않는 경우, 제어장치(90)는 음극실 압력값과 목표 압력값(U)의 차이가 감소되도록 인버터 회로(22I)를 제어하고, 모터(22M)의 회전속도를 변경한다(단계 S10). 예를 들어, 제어장치(90)는 음극실 압력값과 목표 압력값(U)의 차이가 감소되도록, 인버터 회로(22I)에서 발생되는 구동전압의 주파수를 현재의 값으로부터 변동시킴으로써 모터(22M)의 회전속도를 변동시킨다.

예를 들어, 음극실 압력값이 목표 압력값(U)보다도 낮은 경우에는 제어장치(90)는 모터(22M)에 인가되는 구동전압이 저하되도록 인버터 회로(22I)를 제어한다. 그에 의해, 모터(22M)의 회전속도가 저하되고 컴프레서(22)의 배출압이 저하된다. 그 결과, 음극실 압력값이 목표 압력값(U)에 근접하도록 상승하고, 음극실 압력값과 목표 압력값(U)의 차이가 감소된다.

반대로, 음극실 압력값이 목표 압력값(U) 보다도 높은 경우에는 제어장치(90)는 모터(22M)에 인가되는 구동전압이 상승하도록 인버터 회로(22I)를 제어한다. 그에 의해, 모터(22M)의 회전속도가 상승하고, 컴프레서(22)의 배출압이 상승한다. 그 결과, 음극실 압력값이 목표 압력값(U)에 근접하도록 저하되고, 양극실 압력값과 목표 압력값(U)의 차이가 감소된다.

단계(S9, S10) 중 어느 처리후, 제어장치(90)는 입력장치 등에 의해 HF의 전기분해의 종료가 지령되었는지의 여부를 판별한다(단계 S11), 전기분해의 종료가 지령되지 않은 경우, 제어장치(90)는 단계 S3의 처리로 되돌아간다. 한편, 전기분해의 종료가 지령된 경우, 제어장치(90)는 음극(6)과 양극(7) 사이로의 전압의 인가를 종료하고(단계 S12), 수소 가스 배출관(20)에 삽입된 2개의 제어 밸브(21, 23)를 폐쇄 상태로 한다(단계 S13). 이에 의해 HF의 전기 분해가 종료된다.

도 4 및 도 5의 플로우차트에서는 단계 S3 ~ 단계 S6의 처리가 상술한 액면 제어에 상당하고, 단계 S7 ~ 단계 S10의 처리가 상술한 압력제어에 상당한다.

상기에서는 제어장치(90)에 의한 인버터 회로(22I)의 제어를 설명했지만, 제어장치(90)는 HF의 전기분해가 개시됨으로써 상기 단계 S7 ~ 단계 S10의 처리와 동일하게 인버터 회로(32I)를 제어한다.

(5) 효과

(5-a) 상기 불소가스 발생장치(100)에서는 제어장치(90)에 의해 액면제어가 실시된다. 이에 의해, 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높아진 경우에도, 그 액면 높이가 기준 높이 이하가 되도록 조정된다. 이와 같이 하여 전해욕(5)의 액면 높이의 변동이 억제된다.

또한, 액면 제어는 컴프레서(22)의 모터(22M)의 회전속도를 변화시킴으로써 조정되므로, 제어 밸브(21, 23, 31, 33) 등의 개폐 동작에 의해 수소가스 배출관(20)에서의 수소가스의 배출압을 조정할 필요가 없어진다. 이에 의해, 제어 밸브(21, 23, 31, 33)의 조기 열화에 수반되는 관리가 불필요해지고, 관리 횟수가 감소된다. 그 결과 불소가스 발생장치(100)의 관리 비용이 감소된다.

(5-b) 또한, 상기 불소가스 발생장치(100)에서는 제어장치(90)가 액면 제어에 추가하여 압력제어를 실시한다. 이에 의해, 전해욕(5)의 액면 높이의 변동이 억제되면서, 음극실(3) 내 및 양극실(4) 내의 압력의 변동이 억제된다. 그 결과, HF의 전기분해에서의 전해조건의 변동이 억제된다.

(5-c) 액면제어 및 압력제어는 인버터 회로(22I, 32I)를 제어하여 모터(22M)의 회전속도를 변화시킴으로써 실시된다. 이에 의해, 제어 밸브(21, 23, 31, 33)를 개폐하는 경우에 비하여 수소가스 배출관(20)에서의 수소가스의 배출압의 조정, 및 불소가스 배출관(30)에서의 불소가스의 배출압의 조정을 용이하고 세밀하게 실시할 수 있다. 그 때문에, 전해조(1)가 소형화되는 경우에도 용이하고 세밀하게 각 실(3, 4) 내의 압력을 제어하는 것이 가능해진다. 따라서, 불소가스 발생장치(100)의 소형화가 가능해진다.

(6) 다른 실시형태

(6-a) 상기 실시형태에서는 압력제어를 실시하기 위해, 음극실 압력값 및 양극실 압력값에 대하여 공통의 목표 압력값(U)이 설정되는 예를 설명했다. 이에 한정되지 않고 음극실 압력값에 대하여 설정되는 목표 압력값(제 1 목표 압력값)과 양극실 압력값에 대하여 설정되는 목표 압력값(제 2 목표 압력값)이 서로 달라져도 좋다. 이 경우, 예를 들어 제 2 목표 압력값은 제 1 목표 압력값에 비하여 작아지도록 설정하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 압력 제어에 의해 음극실 압력값이 제 1 목표 압력값에 근접하도록 조정되고, 양극실 압력값이 제 1 목표 압력값보다도 작은 제 2 목표 압력값에 근접하도록 조정된다. 따라서, 음극실(3) 내의 압력이 양극실(4) 내의 압력에 비하여 높아진다. 그 결과, 음극실(3) 내의 전해욕(5)의 액면 높이가 양극실(4) 내의 전해욕(5)의 액면 높이 보다도 높아지도록 상승하는 것이 억제된다.

예를 들어, 제 1 목표 압력값은 절대압으로 100kPa로 설정되고 제 2 목표 압력값은 절대압으로 95kPa 이상 99kPa 이하로 설정된다.

또한, 제 1 목표 압력값 및 제 2 목표 압력값은 음극실(3)의 용적 및 양극실(4)의 용적에 따라서 적절하게 설정해도 좋다.

(6-b) 상술한 바와 같이 도 1의 불소가스 발생장치(100)에서는 양극실(4)에 전해욕(5)의 액면 높이를 검출하는 액면 센서(40)가 설치되어 있다. 액면 센서(40)로부터 출력신호에 기초하여 제어장치(90)가 액면 제어를 실시한다.

이에 한정되지 않고 불소가스 배출관(30)으로부터 배출되는 불소가스의 유량이 특별히 정해져 있지 않은 경우에는 액면 센서(40)는 음극실(3)에 설치되어도 좋다. 또한, 제어장치(90)는 음극실(3)에 설치된 액면 센서(40)의 출력신호에 기초하여 액면 제어를 실시해도 좋다.

도 6은 다른 실시형태에 관한 불소가스 발생장치의 구성을 도시한 모식도이다. 이하, 도 6의 불소가스 발생장치(100)에 대해서 도 1의 불소가스 발생장치(100)와 다른 점을 설명한다.

도 6에 도시한 바와 같이 상기 불소가스 발생장치(100)에서는 양극실(4)에 액면 센서(40)가 설치되지 않고, 음극실(3)에 액면센서(40)가 설치되어 있다. 본 예에서는 제어장치(90)는 액면센서(40)의 출력신호에 기초하여 인버터 회로(32I)를 제어한다(액면 제어).

예를 들어, 음극실(3)의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높아진 경우에는 제어장치(90)에 의해 인버터 회로(32I)에서 발생되는 구동전압의 주파수가 그 시점에서의 주파수에 대하여 소정값 만큼 상승된다. 그에 의해, 컴프레서(32)가 구비하는 모터(32M)의 회전속도가 상승하고, 컴프레서(32)로부터 배출되는 불소가스의 배출압이 상승하며, 양극실(4) 내의 압력이 저하된다. 그 결과, 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 상승하고 또한 음극실(3)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이 보다도 높아진다.

이와 같이 음극실(3) 내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높아진 경우에도 액면 센서(40)의 출력신호에 기초하여 액면제어가 실시됨으로써 그 액면 높이가 기준 높이 이하가 되도록 조정된다.

(6-c) 도 1 및 도 6의 불소가스 발생장치(100)에 한정되지 않고 2개의 액면센서(40)가 음극실(3) 및 양극실(4)에 각각 설치되어도 좋다. 제어장치(90)는 음극실(3) 및 양극실(4)에 각각 설치된 액면 센서(40)의 출력신호에 기초하여 액면제어를 실시해도 좋다.

도 7은 또한 다른 실시형태에 관한 불소가스 발생장치의 구성을 도시한 모식도이다. 도 7의 불소가스 발생장치(100)에서는 음극실(3) 및 양극실(4)에 각각 액면센서(40)가 설치되어 있다. 본 예에서는 제어장치(90)는 2개의 액면센서(40)의 출력신호에 기초하여 인버터 회로(22I, 32I)를 각각 제어한다(액면제어).

이에 의해, 음극실(3) 내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높아진 경우에도 그 액면 높이가 기준 높이 이하가 되도록 조정된다. 또한, 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이가 기준 높이보다도 높아진 경우에도, 그 액면 높이가 기준 높이 이하가 되도록 조정된다. 이에 의해, 음극실(3)내 및 양극실(4)내의 전해욕(5)의 액면 높이의 변동을 억제하는 것이 가능해진다.

(7) 청구항의 각 구성요소와 실시형태의 각 요소의 대응관계

이하, 청구항의 각 구성요소와 실시형태의 각 요소의 대응의 예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 하기의 예에 한정되지 않는다.

상기 실시형태에서는 수소가스가 제 1 기체의 예이고, 불소가스가 제 2 기체의 예이며, 음극실(3)이 제 1 실의 예이고 양극실(4)이 제 2 실의 예이며, 수소가스 배출관(20)이 제 1 기체 배출 경로의 예이고, 불소가스 배출관(30)이 제 2 기체배출경로의 예이다.

또한, 액면센서(40)가 액면검출부의 예이고 컴프레서(22)가 제 1 펌프의 예이며, 모터(22M)가 제 1 펌프의 모터의 예이고 인버터 회로(22I)가 제 1 인버터 회로의 예이며, 압력계(PS1)가 제 1 압력검출부의 예이다.

또한, 컴프레서(32)가 제 2 펌프의 예이고 모터(32M)가 제 2 펌프의 모터의 예이며, 인버터 회로(32I)가 제 2 인버터 회로의 예이고 압력계(PS2)가 제 2 압력검출부의 예이다.

또한, 제어장치(90)가 제어부의 예이고 제어밸브(21, 23)가 제 1 개폐 밸브의 예이며, 제어밸브(31, 34)가 제 2 개폐 밸브의 예이다.

또한, 목표 압력값(U)이 제 1 및 제 2 목표값의 예이고 제 1 목표 압력값이 제 1 목표값의 예이며 제 2 목표 압력값이 제 2 목표값의 예이다.

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

(산업상의 이용 가능성)

본 발명은 전기분해에 의해 기체를 발생하기 위해 이용할 수 있다.

1: 전해조 2: 격벽
3: 음극실 4: 양극실
5: 전해욕 6: 음극
7: 양극 10: HF 공급관
11: 자동밸브 12: 오리피스
20: 수소가스 배출관 22, 32: 컴프레서
24, 34: HF 흡착탑 30: 불소가스배출관

Claims

전기 분해에 의해 제 1 및 제 2 기체를 발생시키는 기체발생장치로서,
제 1 실 및 제 2 실로 구획되고, 전기 분해되는 화합물을 포함하는 전해욕을 수용하는 전해조,
상기 제 1 실에서 발생된 제 1 기체를 배출하는 제 1 기체배출경로,
상기 제 2 실에서 발생된 제 2 기체를 배출하는 제 2 기체배출경로,
상기 제 2 실내의 전해욕의 액면을 검출하는 액면검출부,
상기 제 1 기체배출경로에 설치되고, 모터를 갖는 제 1 펌프,
상기 제 1 펌프의 모터에 인가되는 구동전압을 발생하는 제 1 인버터 회로, 및
상기 액면검출부에 의해 검출되는 액면이 미리 정해진 기준 높이보다 높은 경우에, 상기 제 1 펌프의 모터에 인가되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 증가하도록 상기 제 1 인버터 회로를 제어하는 제어부를 구비하는 기체발생장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 실내의 압력을 검출하는 제 1 압력검출부를 더 구비하고,
상기 제어부는,
상기 액면검출부에 의해 검출되는 액면이 상기 기준 높이 이하인 경우에, 상기 제 1 압력검출부에 의해 검출되는 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 상기 제 1 인버터 회로에 의해 발생되는 구동 전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어하는 기체발생장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 기체배출경로에 설치되고, 모터를 갖는 제 2 펌프,
상기 제 2 펌프의 모터에 인가되는 구동전압을 발생하는 제 2 인버터 회로, 및
상기 제 2 실내의 압력을 검출하는 제 2 압력검출부를 더 구비하고,
상기 제어부는,
상기 제 2 압력검출부에 의해 검출되는 압력이 제 2 목표값에 근접하도록 상기 제 2 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어하는 기체발생장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 실내의 압력을 검출하는 제 1 압력검출부,
상기 제 2 기체배출경로에 설치되고, 모터를 갖는 제 2 펌프,
상기 제 2 펌프의 모터에 인가되는 구동전압을 발생하는 제 2 인버터 회로, 및
상기 제 2 실내의 압력을 검출하는 제 2 압력검출부를 추가로 구비하고,
상기 제어부는,
상기 액면검출부에 의해 검출되는 액면이 상기 기준 높이 이하인 경우에, 상기 제 1 압력검출부에 의해 검출되는 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 상기 제 1 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어하고 또한 상기 제 2 압력검출부에 의해 검출되는 압력이 상기 제 1 목표값보다 작은 제 2 목표값에 근접하도록 상기 제 2 인버터 회로에 의해 발생되는 구동 전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어하는 기체발생장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기체배출경로에 설치되는 제 1 개폐밸브와,
상기 제 2 기체배출경로에 설치되는 제 2 개폐밸브를 더 구비하고,
상기 제어부는 상기 전해조에서 전기분해가 실시되는 경우에 상기 제 1 및 제 2 개폐 밸브를 개방하고, 상기 전해조에서 전기분해가 실시되지 않는 경우에 상기 제 1 및 제 2 개폐 밸브를 페쇄하는 기체발생장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 실은 음극실이고, 상기 제 2 실은 양극실인 기체발생장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 기체는 불소인 기체발생장치.
제 1 실 및 제 2 실로 구획된 전해조를 사용하여 전기분해에 의해 제 1 및 제 2 기체를 발생시키는 기체발생방법으로서,
상기 전해조 내에 수용되는 전해욕에 전압을 인가함으로써 상기 제 1 실 및 상기 제 2 실에서 각각 제 1 및 제 2 기체를 발생시키고, 또한 상기 제 1 실 및 상기 제 2 실에서 발생된 제 1 및 제 2 기체를 각각 제 1 및 제 2 기체배출경로를 통하여 배출하는 단계,
상기 제 1 기체배출경로를 통하여 제 1 기체의 배출을 모터를 갖는 제 1 펌프에 의해 제어하는 단계,
상기 제 2 실내의 전해욕의 액면을 검출하는 단계,
상기 제 1 펌프의 모터에 제 1 인버터 회로에 의해 구동전압을 인가하는 단계, 및
상기 검출되는 액면이 미리 정해진 기준 높이보다 높은 경우에, 상기 제 1 펌프의 모터에 인가되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽이 증가되도록 상기 제 1 인버터 회로를 제어하는 단계를 포함하는 기체발생방법.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 실내의 압력을 검출하는 단계,
상기 검출되는 액면이 미리 정해진 기준 높이 이하인 경우에, 상기 검출되는 상기 제 1 실내의 압력이 제 1 목표값에 근접하도록 상기 제 1 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어하는 단계,
상기 제 2 기체배출경로를 통하여 제 2 기체의 배출을 모터를 갖는 제 2 펌프 의해 제어하는 단계,
상기 제 2 펌프의 모터에 제 2 인버터 회로에 의해 구동전압을 인가하는 단계,
상기 제 2 실내의 압력을 검출하는 단계, 및
상기 검출되는 상기 제 2 실내의 압력이 상기 제 1 목표값보다 작은 제 2 목표값에 근접하도록 상기 제 2 인버터 회로에 의해 발생되는 구동전압의 실효값 및 주파수 중 적어도 한쪽을 제어하는 단계를 더 구비하는 기체발생방법.