專利名稱：氣體發(fā)生裝置的電流控制方法和電流控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法和電流控制裝置。
背景技術(shù)：
通過如傳統(tǒng)式(1)所示的含有HF等氟化物的熔化鹽的電解可得到氟。
式(1)(氟發(fā)生反應(yīng))此時(shí)，如式(2)所示，從陰極產(chǎn)生氫。
(2)氫發(fā)生反應(yīng)式(2)(氫發(fā)生反應(yīng))但是，在如上所示的式(1)、(2)的反應(yīng)中，在陽極上引起的氟發(fā)生反應(yīng)伴隨著如以下從式(3)至式(10)所示的極其復(fù)雜的副反應(yīng)。
式(3)(氟-石墨層間化合物生成反應(yīng))式(3)的反應(yīng)是在電極的碳晶體內(nèi)部進(jìn)行的反應(yīng)，因此，晶體的表面能增大而與電解浴之間的浸潤性增加，而且氟原子吸引碳原子的電子在晶體內(nèi)發(fā)生空穴，從而產(chǎn)生空穴導(dǎo)電，由此改善了電極的導(dǎo)電性。
式(4)(四氟化碳發(fā)生反應(yīng))式(4)的反應(yīng)表示通過電解所發(fā)生的氟氣與電極表面上的碳進(jìn)行反應(yīng)發(fā)生四氟化碳?xì)怏w。若該氣體混入到含有氟的氣體中特別是氟氣中，則成為雜質(zhì)而使氟氣的純度下降。由于該氣體的性質(zhì)(沸點(diǎn)等)接近于氟氣，因此很難從氟氣中除去，所以為了發(fā)生高純度的氣體，最好使用不容易引起該反應(yīng)的碳陽極。
式(5)(氧發(fā)生反應(yīng))式(6)(氧化石墨生成反應(yīng))式(7)(氟化石墨發(fā)生反應(yīng))式(5)～(7)表示一連串的反應(yīng)，若電解浴中存在水，則水的放電電位比HF的放電電位低，也就是說基于式(5)水比HF先電解。通過該電解反應(yīng)發(fā)生的氧與電極的碳反應(yīng)生成式(5)中的氧化石墨。該化合物不穩(wěn)定，因此該化合物的氧容易與式(1)中所發(fā)生的氟進(jìn)行置換發(fā)生式(7)中所示的氟化石墨。
因氟化石墨表面能非常低，所以若在電極表面生成該氟化石墨則該部分不能與電解浴接觸，成為妨礙電解反應(yīng)進(jìn)行的極化的原因。如前所示，由于氟化石墨的表面能非常低，因此，若相對(duì)電極表面積該化合物的覆蓋率超過20％，則即使在將電極浸入到電解浴中的狀態(tài)，電極表面和電解浴也完全不浸潤，從而變成所謂的“陽極效應(yīng)”的狀態(tài)。具體地說，因電極和電解浴不能接觸而導(dǎo)致電極表面的電阻無限大，電解電流的路徑被斷開而導(dǎo)致電解電壓也急劇上升，從而變成完全不能電解的狀態(tài)。
該反應(yīng)容易發(fā)生在剛調(diào)制完電解浴或剛供給電解原料即氟化氫的電解浴等電解浴中存在較多的水分的場(chǎng)合。另外，若在施加電解電流時(shí)向電極的有效表面積施加的電流量增加過于急劇，也容易引起這些反應(yīng)。
若電解浴中的HF通過電解被消耗，則KF·xHF電解浴中的HF濃度下降，若x＜1.8則冰點(diǎn)上升到100℃以上，在電解槽的操作條件即90℃～100℃的控制溫度下，電解浴在各陽極陰極的電極上析出，且在陰極(銅或鎳)上析出的場(chǎng)合多于按式(7)發(fā)生氟化石墨的陽極。當(dāng)產(chǎn)生這種現(xiàn)象時(shí)，因陰極的電阻上升而可見浴電壓的上升。該浴電壓的上升可通過將電解浴中的HF濃度調(diào)整到預(yù)定量來解決，但一旦其熔點(diǎn)上升而固化的電解浴中的浴就很難再次熔化。因此，在產(chǎn)生這種現(xiàn)象后調(diào)整已固化部分的HF濃度，需要大大多于調(diào)整通常熔化的電解浴中的HF濃度的時(shí)間。
式(8)(熔出鐵離子的氧化反應(yīng))式(9)(熔出鎳離子的氧化反應(yīng))如式(8)和式(9)所示，從構(gòu)成電解槽的材料電化學(xué)地熔出出的鐵或鎳離子，在陽極上進(jìn)一步氧化成Fe3+或Ni4+。這些離子的氟化物與浴中存在的KF生成絡(luò)合物。這些絡(luò)合物在電解時(shí)通過電泳附著在陽極上。這些絕緣性附著物成為陽極上的極化原因。在操作時(shí)所發(fā)生的現(xiàn)象是浴電壓的波動(dòng)或緩慢的上升。另外，在電解浴中這種雜質(zhì)增加時(shí)，提高電解浴的粘度容易引起夾帶霧沫。若發(fā)生夾帶霧沫，則隨時(shí)間的經(jīng)過將改變電解浴中的浴成分，而且成為管道部分的堵塞原因從而引起電解槽內(nèi)的壓力變化。
式(10)(H2和F2的還原反應(yīng))式(10)是氟氣和氫氣混合時(shí)發(fā)生的反應(yīng)。若在電解浴中發(fā)生這種反應(yīng)，則發(fā)生原料回收，使氟發(fā)生反應(yīng)的電流效率下降?？傊?，此反應(yīng)不利于繼續(xù)進(jìn)行電解的主反應(yīng)。
在上述的式(1)～(10)中除式(2)的反應(yīng)均發(fā)生在陽極上。在發(fā)生這種競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的陽極表面，通常包括氣體的解吸在內(nèi)表面狀態(tài)改變，這表現(xiàn)為與施加電流對(duì)應(yīng)的浴電壓的變動(dòng)。在這種狀況下，即使采用進(jìn)行了充分除去了浴中的H2O的調(diào)理的浴，為了以95％以上的電流效率順利地產(chǎn)生出氟，也必須采用充分考慮了這些反應(yīng)的電流施加方法。
目前，在一般的工業(yè)用電解槽中，操作條件的控制靠人工來完成，監(jiān)視員只有在電解電壓等中產(chǎn)生明顯異常時(shí)才為了調(diào)整操作條件而只進(jìn)行應(yīng)急措施，在電解槽的電解狀態(tài)惡化時(shí)反復(fù)降低輸出，從而最終停止電解并進(jìn)行維修。在停止電解時(shí)，電極也被破損的場(chǎng)合很多，因此還需要更換電極。若計(jì)入這時(shí)裝置的停止期間和維修所需人力等，則為進(jìn)行該維修作業(yè)所需的成本非常大。綜合以上所述可知，需要采用無人化的穩(wěn)定的操作，從而由控制裝置自動(dòng)地常時(shí)監(jiān)視電解槽的狀態(tài)并根據(jù)電解槽的狀態(tài)預(yù)防阻礙電解的因素。
對(duì)于這種情況，還有如下方法例如在氟氣發(fā)生中，通過設(shè)置在電解槽內(nèi)的由浴面的液面水平傳感器的信號(hào)進(jìn)行控制的電流供給單元，按照浴的液面水平接通/斷開電流供給單元，并通過控制電解條件使液面保持在一定的水平從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行(例如參照日本專利文獻(xiàn)1)。
特表平9-505853號(hào)公報(bào)但是，目前在此日本專利文獻(xiàn)1中所記載的方法中，直到能夠以穩(wěn)定的狀態(tài)發(fā)生氣體為止現(xiàn)場(chǎng)需要由作業(yè)員進(jìn)行監(jiān)視，并隨著電解狀態(tài)的變化控制電解條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上問題而提出，其目的在于提供一種能夠持續(xù)最佳的電解狀態(tài)、穩(wěn)定操作且無需靠人工就能發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法和電流控制裝置。
為解決所述問題，本發(fā)明人重復(fù)進(jìn)行了認(rèn)真研究，通過測(cè)定電解中的陽極、陰極之間的電解電壓，并精密地監(jiān)視其電壓波動(dòng)幅度，預(yù)測(cè)電解槽內(nèi)的狀態(tài)，并基于該預(yù)測(cè)結(jié)果詳細(xì)確定電解條件并加以執(zhí)行，從而發(fā)現(xiàn)了能夠常時(shí)穩(wěn)定操作電解槽的方法。另外，還開發(fā)了采用此方法的控制裝置，它能夠無人自動(dòng)地常時(shí)監(jiān)視電解槽的狀態(tài)并預(yù)防電解阻礙因素、實(shí)施穩(wěn)定操作的，從而完成了本發(fā)明。
也就是說，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，是一種使由含有氟化氫的混合熔化鹽構(gòu)成的電解浴，用碳電極作為陽極進(jìn)行電解而發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，其特征在于測(cè)定在所述氣體發(fā)生裝置上施加一定電流時(shí)的陰極、陽極之間的電壓變動(dòng)幅度，并按照所述電壓變動(dòng)幅度改變投入電流量同時(shí)施加電流。
為了在發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置中實(shí)施電解，在陽極、陰極之間施加了一定電流時(shí)，測(cè)定作為電解條件之一的陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度。若該波動(dòng)幅度小則可確認(rèn)電解狀態(tài)正常，從而能夠進(jìn)一步施加一定的電流。另外，在電解中發(fā)生異常時(shí)，大體上表現(xiàn)為陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度的增大。此時(shí)可知?dú)怏w發(fā)生裝置中發(fā)生了異常，可以暫時(shí)停止根據(jù)所述電解電壓變動(dòng)幅度的大小進(jìn)一步施加電流并確認(rèn)其狀態(tài)，或者在降低之前所施加的一定的電流之后確認(rèn)該狀態(tài)是否還發(fā)生異常。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，是一種使由含有氟化氫的混合熔化鹽構(gòu)成的電解浴，用碳電極作為陽極進(jìn)行電解而發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，該方法測(cè)定在所述氣體發(fā)生裝置上施加一定電流時(shí)的陰極、陽極之間的電壓變動(dòng)幅度，并一邊按照所述電壓變動(dòng)幅度改變投入電流量一邊施加電流直至達(dá)到目標(biāo)操作電流。
通過一邊重復(fù)上述發(fā)明的方法一邊重復(fù)施加一定電流的動(dòng)作，能夠反復(fù)確認(rèn)電解條件無異常同時(shí)使所施加的電流增加到最終的目標(biāo)操作電流。因此能夠非常安全地產(chǎn)生出氟或氟化物氣體。再有，這里所謂的目標(biāo)操作電流是指裝置的電解電源能夠施加到陽極、陰極之間的最大電流容量為止的范圍，是為產(chǎn)生出所需氣體量而在陽極、陰極之間施加的必要充分的電流值。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，在達(dá)到所述目標(biāo)操作電流為止施加電流之后，為了繼續(xù)進(jìn)行電解，測(cè)定陽極、陰極之間的電壓變動(dòng)幅度并按照所述電壓變動(dòng)幅度改變投入電流量。
也就是說，在如上述的電解中發(fā)生異常時(shí)，大體上表現(xiàn)為陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度的增大或減小。此時(shí)確認(rèn)氣體發(fā)生裝置中發(fā)生了異常而將操作電流減少一定的電流。此時(shí)，在氣體發(fā)生裝置的電流控制方法中，重復(fù)與有關(guān)本發(fā)明的第二方面相同的動(dòng)作，再次以操作電流為目標(biāo)施加電流。在達(dá)到目標(biāo)操作電流為止施加電流之后，為連續(xù)產(chǎn)生氣體而繼續(xù)進(jìn)行正常電解時(shí)，也可以測(cè)定陽極、陰極之間的電壓變動(dòng)幅度，若波動(dòng)幅度在預(yù)定的電壓變動(dòng)幅度內(nèi)時(shí)電解狀態(tài)則可確認(rèn)為正常，可以繼續(xù)施加操作電流。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，一邊重復(fù)增加、減少或維持投入電流量一邊施加電流直至達(dá)到設(shè)定值。
也就是說，在電解中發(fā)生異常時(shí)，大體上表現(xiàn)為陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度的增大或減小。此時(shí)，在氣體發(fā)生裝置的電流控制方法中，確認(rèn)氣體發(fā)生裝置中發(fā)生了異常，從而暫時(shí)停止根據(jù)所述電解電壓變動(dòng)幅度再施加電流并確認(rèn)其狀態(tài)，或者減少前面施加的一定的電流之后確認(rèn)是否在該狀態(tài)也發(fā)生異常。因此，設(shè)定比操作電流低的電流并達(dá)到該設(shè)定值為止施加電流時(shí)，也可以測(cè)定陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度，并確認(rèn)波動(dòng)幅度在預(yù)定的電壓變動(dòng)幅度內(nèi)時(shí)電解狀態(tài)為正常，從而可以進(jìn)一步施加一定的電流。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，相對(duì)于陽極電極上的對(duì)電解有效的表面積，一次施加的電流量為5A/dm2以下。
在發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置中，若在制造現(xiàn)場(chǎng)等中因急于生產(chǎn)而導(dǎo)致一次施加的電流過大時(shí)，在式(4)～(10)所示的反應(yīng)中，式(7)中所示的成為極化原因的(CF)n的生成速度變大，從而成為發(fā)生極化的原因。另外在發(fā)生這種異常時(shí)，即使測(cè)定陽極、陰極之間的電解電壓，也因電流投入所引起的變化過于急劇而很難檢測(cè)出基于由電極狀態(tài)的惡化所引起的異常的電解電壓的變化。另外，即使在檢測(cè)出了這種異常的場(chǎng)合，也因癥狀已惡化到極限而很難避免或消除電流量的下降等所導(dǎo)致的異常狀態(tài)或者從該狀態(tài)恢復(fù)。另外，若一次施加的電流量太少，則到達(dá)目標(biāo)操作電流需要很長(zhǎng)的時(shí)間，并且成為使所需要的氣體供給延遲的原因。因此，通過對(duì)于陽極電極上的對(duì)電解有效的表面積一次施加5A/dm2以下的電流量，最好是1～3A/dm2，能夠防止這種檢測(cè)的延遲或狀態(tài)的惡化。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，有多個(gè)獨(dú)立電源。
在1000A～5000A等大電流容量的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置中，通常裝10～32枚電極。電極的安裝方法也以1～10枚為單位固定在多個(gè)集電部上。因此，雖然在電解中發(fā)生異常時(shí)，可通過測(cè)定陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度來檢測(cè)出其狀態(tài)，但即使在進(jìn)行了減少所施加的電流等動(dòng)作也不能使電極或電解槽的狀態(tài)返回到正常的場(chǎng)合，異常通常也從所有電極中的一部分開始發(fā)生。因此，通過采用多個(gè)電源，并對(duì)該每一個(gè)電源測(cè)定以集電部為單位的陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度，能夠容易指定發(fā)生異常的部分。若能夠指定發(fā)生異常的部分，則只對(duì)與該異常部分連接的電源進(jìn)行與異常程度相應(yīng)的運(yùn)行，而其它電源能夠以通常的設(shè)定進(jìn)行操作。也就是說，如果相對(duì)裝置的電流容量使每個(gè)電解電源的容量變小并使其臺(tái)數(shù)增加得越多，就能夠進(jìn)行更細(xì)致的與多個(gè)電極的每一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的控制。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制裝置，其中設(shè)有用以電解由含有氟化氫的混合熔化鹽構(gòu)成的電解浴的碳電極；在陽極、陰極之間施加電流的恒流源；與所述恒流源連接并控制所施加的電流的電流控制單元；測(cè)量電解電流施加開始后的時(shí)間的第一測(cè)量單元；在經(jīng)過由所述第一測(cè)量單元測(cè)量的預(yù)定時(shí)間之后，測(cè)定陽極、陰極之間的電壓變動(dòng)值的電壓測(cè)定單元；測(cè)量所述電壓變動(dòng)幅度的測(cè)定時(shí)間的第二測(cè)量單元；以及基于所述陽極和陰極之間的電壓變動(dòng)幅度，確定接著施加的電流量的電流確定單元。
在氟電解中，首先在陽極、陰極之間施加一定的電流時(shí)，即使在電解狀態(tài)正常的場(chǎng)合，電解電壓最初過大地波動(dòng)然后表現(xiàn)為大致與施加的電流對(duì)應(yīng)的一定的電壓。因此，如圖3所示，用第一測(cè)量單元(計(jì)時(shí)器1)測(cè)定忽視一定時(shí)間的陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度使最初的過大波動(dòng)不作為異常檢測(cè)的時(shí)間(ST-3)。該時(shí)間如果太長(zhǎng)則不能檢測(cè)異常，如果太短則將施加電流后最初的電壓變動(dòng)幅度作為異常檢測(cè)。因此，作為具體的測(cè)定時(shí)間，可設(shè)定為1秒至5分鐘、最好設(shè)定為6秒至1分鐘的范圍。在由該第一測(cè)量單元測(cè)定時(shí)間后，開始測(cè)定陽極、陰極之間的電壓變動(dòng)幅度。該時(shí)間由第二測(cè)量單元(計(jì)時(shí)器2)測(cè)定，如果太短則由于電解電壓的變化相對(duì)較慢而不能進(jìn)行檢測(cè)，于是很難檢測(cè)到異常，如果太長(zhǎng)則延遲了異常發(fā)生后的應(yīng)對(duì)，在施加下一個(gè)一定量電流之前需要必要以上的時(shí)間，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。因此，作為具體的測(cè)定時(shí)間，可設(shè)定為1秒至120分鐘、最好設(shè)定為3分鐘至30分鐘的范圍。
對(duì)于陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度，以由第二測(cè)量單元開始測(cè)定電壓測(cè)定時(shí)間時(shí)的電壓作為“基準(zhǔn)電壓”，將結(jié)束測(cè)定電壓測(cè)定時(shí)間時(shí)的電壓相對(duì)該“基準(zhǔn)電壓”變化多少即這些電壓值之差作為電解電壓變動(dòng)幅度。通過至今為止的對(duì)操作條件的考察，可將施加一定量電流時(shí)的陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度分為正常范圍(ST-5)、注意范圍(ST-6)、異常范圍(ST-7)，并對(duì)各自進(jìn)行判斷。這些可根據(jù)電解槽的形狀、電解的控制條件適當(dāng)變化，例如，可以將正常范圍的變動(dòng)幅度設(shè)定為“基準(zhǔn)電壓±0～0.5V”、最好“基準(zhǔn)電壓±0～0.3V”，設(shè)定注意范圍的變動(dòng)幅度在比正常范圍大的值“基準(zhǔn)電壓±0.2～1.0V”、最好“基準(zhǔn)電壓±0.3～0.5V”，設(shè)定異常范圍的變動(dòng)幅度為“比注意范圍大的值”。這些設(shè)定值，如果變動(dòng)幅度太小則盡管電解電壓的變動(dòng)在正常范圍內(nèi)也判斷為異常從而妨礙操作，如果太大則不能檢測(cè)到異常的發(fā)生，從而很難將電解狀態(tài)改善到正常范圍內(nèi)。
通過用這些第一測(cè)量單元和第二測(cè)量單元及陽極、陰極之間的電解電壓測(cè)定單元判定如圖2所示是電解電壓變動(dòng)幅度，若所述變動(dòng)幅度在正常范圍內(nèi)，則進(jìn)一步施加一定量的電流(ST-2)，然后重復(fù)同樣的測(cè)定，最終達(dá)到由發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置所采用的電解電源設(shè)想的操作電流為止進(jìn)行施加，產(chǎn)生出必要量的氟或氟化物氣體。若陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度在注意范圍內(nèi)，則中斷電解電流的進(jìn)一步施加(ST-6)，并由第一測(cè)量單元和第二測(cè)量單元及陽極、陰極之間的電解電壓測(cè)定單元重復(fù)測(cè)定電解電壓變動(dòng)幅度(ST-6、ST-7)，若能夠在測(cè)定結(jié)果中判定所述變動(dòng)幅度在正常范圍內(nèi)，則進(jìn)一步施加電解電流。若陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度在異常范圍(ST-7)，則將之前所施加的一定量的電解電流減少到施加之前的值上，用第一測(cè)量單元和第二測(cè)量單元及陽極、陰極之間的電解電壓測(cè)定單元測(cè)定電解電壓變動(dòng)幅度，若能夠在測(cè)定結(jié)果中判定所述變動(dòng)幅度在正常范圍內(nèi)則進(jìn)一步施加電解電流，若判定為在注意范圍內(nèi)則執(zhí)行所述注意范圍的動(dòng)作。在具有這些所有功能的裝置中，能夠設(shè)定操作電流的目標(biāo)設(shè)定值，并達(dá)到目標(biāo)電流量為止自動(dòng)地向陽極、陰極之間施加每次一定量的電流，在達(dá)到目標(biāo)電流量之后通過繼續(xù)進(jìn)行同樣的控制，也能夠自動(dòng)地進(jìn)行操作并常時(shí)穩(wěn)定地推進(jìn)電解條件。另外，即使在操作中發(fā)生異常的場(chǎng)合，也能夠按照陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度的測(cè)定結(jié)果提早檢測(cè)出，并通過調(diào)整電流量來防止操作狀態(tài)的惡化。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制裝置有多個(gè)所述恒流源。
如上所述，通過采用多個(gè)恒流源，并對(duì)該每一個(gè)電源測(cè)定以集電部為單位的陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度，能夠容易指定發(fā)生異常的部分。若能夠指定發(fā)生異常的部分，則只對(duì)與該異常部分連接的電源進(jìn)行與異常程度相應(yīng)的運(yùn)行，而其它電源以通常的設(shè)定進(jìn)行操作。也就是說，如果相對(duì)裝置的電流容量使每個(gè)電解電源的容量變小并使其臺(tái)數(shù)增加得越多，就越能更細(xì)致地進(jìn)行與多個(gè)電極的各自狀態(tài)對(duì)應(yīng)的控制。


圖1是有關(guān)本發(fā)明的氣體發(fā)生裝置的一實(shí)施例的主要部分的大概模式圖。
圖2是說明有關(guān)本發(fā)明的氣體發(fā)生裝置的施加電流與電壓之間的關(guān)系的圖。
圖3是用以說明向電極施加電流的工序的流程圖。
圖4是說明有關(guān)本發(fā)明的氣體發(fā)生裝置的另一實(shí)施例的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，基于附圖就有關(guān)本發(fā)明的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法的一例實(shí)施例進(jìn)行說明。圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的氣體發(fā)生裝置的大概結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，有關(guān)本發(fā)明的氣體發(fā)生裝置，將含有恒流源3的氣體發(fā)生部1和與恒流源3連接并控制向電極4施加的電流的電流控制裝置2作為主要構(gòu)成部分。
氣體發(fā)生部1設(shè)有恒流源3和電解槽6，其中恒流源3與由用碳電極形成的陽極4a和陰極4b構(gòu)成的電極4連接，電解槽6中容納由含有氟化氫的混合熔化鹽等構(gòu)成的電解浴5。電解槽6由Ni、蒙乃爾合金、純鐵、不銹鋼等金屬制成。電解槽6通過由Ni或蒙乃爾合金構(gòu)成的分隔壁7分成陽極室8和陰極室9。陰極使用Ni等。再有，雖然圖中未示出，但電解槽6中設(shè)有加熱電解槽6內(nèi)部的溫度調(diào)整單元。另外，在電解槽6的上蓋10上分別設(shè)有放出通過電解從陽極、陰極發(fā)生的氣體的氣體放出口。
電流控制裝置2與恒流源3連接，并由以下單元構(gòu)成控制達(dá)到預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)電流量為止施加的電流的電流控制單元；在施加預(yù)先設(shè)定的一定量電流之后，測(cè)量預(yù)先設(shè)定的時(shí)間的第一測(cè)量單元；在經(jīng)過該時(shí)間之后測(cè)定陽極4a、陰極4b之間的電壓變動(dòng)幅度的電壓測(cè)定單元；測(cè)量預(yù)先設(shè)定的電壓測(cè)定時(shí)間的第二測(cè)量單元；判定陽極、陰極之間的電壓變動(dòng)幅度是否正常，并基于該結(jié)果確定接著施加的電流量的電流確定單元。
這里，如圖4所示，對(duì)包括陽極4a和陰極4b的電極(陽極)組4，恒流源3可以將總電流量分別分配給各電極(陽極)組4地獨(dú)立設(shè)置。因此，能夠各自控制向各電極(陽極)組4施加的電流量。另外，即使任意的電極(陽極)組4因電解中所發(fā)生的任何異?；蚱渌庀氩坏降漠惓６荒苁褂脮r(shí)，也能夠通過其它可使用的電極組4繼續(xù)進(jìn)行電解，因此，在電解裝置內(nèi)發(fā)生異常也能夠?qū)⑵溆绊懸种频阶钚?，從而?shí)現(xiàn)穩(wěn)定的操作。另外，在處理異常時(shí)，也可以只對(duì)發(fā)生異常的電極組4進(jìn)行處理，然后再起動(dòng)，從而，發(fā)生異常的電極組4進(jìn)行穩(wěn)妥的起動(dòng)而正常的電極組4進(jìn)行相對(duì)較快的起動(dòng)，可以說能夠以各自不同的條件進(jìn)行操作，因此改善了其維護(hù)性能。當(dāng)然，也可以用一個(gè)電源與多個(gè)電極組4相對(duì)應(yīng)。
以下，參照?qǐng)D2和圖3，就如以上構(gòu)成的氟氣發(fā)生裝置的電流控制方法進(jìn)行說明。
首先，根據(jù)電解槽6的容量確定操作所需的最大電流(圖3(ST-1))。接著，設(shè)定為通過多次達(dá)到其最大電流而每次施加的一定量的電流，并施加一次份額的電流(圖3(ST-2))。相對(duì)于陽極電極上的對(duì)電解有效的表面積，一次施加的電流量設(shè)定在5A/dm2以下，最好設(shè)定在1～3A/dm2。并且，以一次以上最好三次以上的步驟來施加電流，達(dá)到定為目標(biāo)的最大操作電流。因此，即使陽極4a采用碳電極，也能夠抑制陽極效應(yīng)的發(fā)生，即便發(fā)生了陽極效應(yīng)，通過將電流密度設(shè)定在低值能夠抑制該現(xiàn)象的發(fā)展，而且，由于從判斷陽極、陰極之間的電解電壓變動(dòng)幅度不正常的時(shí)刻開始抑制電流的施加或減少電流量，所以能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行。如圖2所示，若施加一定量的電流，則首先陽極、陰極之間的電解電壓上升，迎來峰值后以比上升量小的范圍下降并穩(wěn)定。因此，在從剛施加電壓波動(dòng)幅度大的電流到0.1～10分鐘之間，第一測(cè)量單元即計(jì)時(shí)器1的工作將忽視電壓波動(dòng)幅度(圖3(ST-3))。然后，在經(jīng)過由計(jì)時(shí)器1設(shè)定的預(yù)定時(shí)間之后，監(jiān)視陽極4a、陰極4b之間的電壓變動(dòng)幅度的第二測(cè)量單元即計(jì)時(shí)器2工作(圖3(ST-4))。
以計(jì)時(shí)器2開始時(shí)的陽極、陰極之間的電壓作為“基準(zhǔn)電壓”，將計(jì)時(shí)器2結(jié)束時(shí)的電壓變動(dòng)多少即這些電壓值之差作為電解電壓變動(dòng)幅度。然后測(cè)定電壓變動(dòng)幅度是否在正常范圍“基準(zhǔn)電壓±0～0.5V”最好“基準(zhǔn)電壓±0～0.3V”內(nèi)(圖3(ST-5))。若此時(shí)電壓變動(dòng)幅度在正常范圍內(nèi)，則進(jìn)入到圖3(ST-8)。然后返回至圖3(ST-2)，重復(fù)該工序直至達(dá)到設(shè)定上限電流。而且，在圖3(ST-8)判定該電流是否為開始設(shè)定的目標(biāo)操作電流。如果是目標(biāo)操作電流，則繼續(xù)監(jiān)視電解電壓變動(dòng)幅度同時(shí)維持電流繼續(xù)進(jìn)行電解(圖3(ST-3))。如果不是目標(biāo)操作電流，則返回至圖3(ST-2)施加一定電流并重復(fù)工序，從而進(jìn)入到下一個(gè)施加電流的步驟。
另外，在圖3(ST-5)中，若電壓變動(dòng)幅度在正常范圍之外，則進(jìn)入到圖3(ST-6)，判定該電壓變動(dòng)幅度是否在注意范圍“基準(zhǔn)電壓±0.2～1.0V”最好“基準(zhǔn)電壓±0.3～0.5V”內(nèi)(圖3(ST-5))。這里，若電壓變動(dòng)幅度在注意范圍內(nèi)，則在圖3(ST-6)維持跟隨電流并返回至圖3(ST-3)重復(fù)相同的工序。若電壓變動(dòng)幅度超過注意范圍，則判定為“異常范圍”從圖3(ST-7)減少跟隨電流，并返回至圖3(ST-3)重復(fù)相同的工序。
通過重復(fù)這些動(dòng)作，能夠常時(shí)安全且可靠地自動(dòng)運(yùn)行來操作發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置。再有，上述的工序可通過眾所周知的程序控制等來實(shí)施。
本發(fā)明如上所述構(gòu)成，因此能夠自動(dòng)控制向氣體發(fā)生裝置的碳陽極的電流施加，該氣體發(fā)生裝置通過含有氟化氫的電解浴的電解產(chǎn)生出氟或氟化物氣體。在傳統(tǒng)的工業(yè)用的氣體發(fā)生裝置中，需要作業(yè)員的熟練操作，在一旦發(fā)生異常時(shí)也需要對(duì)該操作條件變更進(jìn)行仔細(xì)的條件判斷，而且，在因異常而停止氣體發(fā)生裝置并進(jìn)行維修時(shí)需要很大的費(fèi)用和人力。于是，通過采用本發(fā)明人所發(fā)明的電流控制方法和裝置，能夠穩(wěn)定操作發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置，并在發(fā)生異常時(shí)也能夠自動(dòng)處理，從而將異常的影響抑制到最低限度。
權(quán)利要求
1.一種使由含有氟化氫的混合熔化鹽構(gòu)成的電解浴，用碳電極作為陽極進(jìn)行電解而發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，測(cè)定在所述氣體發(fā)生裝置上施加一定電流時(shí)的陰極、陽極之間的電壓變動(dòng)幅度，并一邊按照所述電壓變動(dòng)幅度改變投入電流量一邊施加電流。
2.一種使由含有氟化氫的混合熔化鹽構(gòu)成的電解浴，用碳電極作為陽極進(jìn)行電解而發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，測(cè)定在所述氣體發(fā)生裝置上施加一定電流時(shí)的陰極、陽極之間的電壓變動(dòng)幅度，并一邊按照所述電壓變動(dòng)幅度改變投入電流量一邊施加電流直至達(dá)到目標(biāo)操作電流。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，其特征在于為了在施加電流達(dá)到所述目標(biāo)操作電流為止后繼續(xù)進(jìn)一步電解，測(cè)定陽極、陰極之間的電壓變動(dòng)幅度并按照所述電壓變動(dòng)幅度改變投入電流量。
4.如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，其特征在于一邊重復(fù)增加、減少或維持投入電流量，一邊施加電流直至達(dá)到設(shè)定值。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，其特征在于相對(duì)于陽極電極上的對(duì)電解有效的表面積，一次施加的電流量為5A/dm2以下。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，其特征在于有多個(gè)獨(dú)立電源。
7.一種發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制裝置，其中設(shè)有用以電解由含有氟化氫的混合熔化鹽構(gòu)成的電解浴的碳電極；在陽極、陰極之間施加電流的恒流源；與所述恒流源連接并控制所施加的電流的電流控制單元；測(cè)量電解電流施加開始后的時(shí)間的第一測(cè)量單元；在經(jīng)過由所述第一測(cè)量單元測(cè)量的預(yù)定時(shí)間之后，測(cè)定陽極、陰極之間的電壓變動(dòng)值的電壓測(cè)定單元；測(cè)量所述電壓變動(dòng)幅度的測(cè)定時(shí)間的第二測(cè)量單元；以及基于所述陽極和陰極之間的電壓變動(dòng)幅度，確定接著施加的電流量的電流確定單元。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制裝置，其特征在于有多個(gè)所述恒流源。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠持續(xù)最佳的電解狀態(tài)并穩(wěn)定操作，且無需靠人工就能夠發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法和電流控制裝置。本發(fā)明是一種使由含有氟化氫的混合熔化鹽構(gòu)成的電解浴(5)，用碳電極作為陽極(4a)進(jìn)行電解而發(fā)生氟或氟化物氣體的氣體發(fā)生裝置的電流控制方法，測(cè)定在氣體發(fā)生裝置上施加了一定電流后的陰極(4b)、陽極(4a)之間的電壓變動(dòng)幅度，并一邊按照電壓變動(dòng)幅度改變投入電流量一邊施加電流。
文檔編號(hào)C01B7/00GK1572908SQ20041004749
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者東城哲朗, 平巖次郎, 吉本修 申請(qǐng)人:東洋炭素株式會(huì)社