CN102803566A - 氟气生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氟气生成装置。其特征在于，该氟气生成装置具有用于在由含有氟化氢的熔融盐构成的电解液中电解氟化氢的电解槽，通过利用与电解槽上部的配管相连接的回流装置使伴随着气体的产生的熔融盐的雾沫和从熔融盐气化得到的氟化氢气体液化回流，使氟化氢及熔融盐的雾沫返回电解槽中。

Description

氟气生成装置
技术领域
本发明涉及一种氟气生成装置，特别是涉及一种能够防止由伴随着生成气体的雾沫(mist)导致的配管堵塞的气体生成装置及气体生成装置的配管结构。
背景技术
以往，公知有包括在由含有氟化氢的熔融盐构成的电解液中电解氟化氢的电解槽，在阳极侧产生主要成分为氟气的主生成气体、并且在阴极侧产生主要成分为氢气的副生成气体的氟气生成装置。
在这种氟气生成装置中，在向从电解槽的阳极产生的主要成分为氟气的主生成气体中混入从熔融盐气化得到的氟化氢气体的同时，也同时混入了熔融盐自身的雾沫，因此在长时间使用的过程中产生了配管的堵塞。
同样地，在向从阴极产生的主要成分为氢气的副生成气体中混入从熔融盐气化得到的氟化氢气体的同时，也混入了熔融盐自身的雾沫。因此，在长时间使用的过程中产生了配管的堵塞。
另外，在上述氟气生成装置中，一般是在电解槽中生成的氟气(主生成气体)在通过了压力调整阀之后通过使用了NaF等的吸附剂的吸附塔，进行杂质的去除。此时，氟气中所含的雾沫除了引起上述所述的配管的堵塞问题以外，也可能引起压力调整阀的堵塞、吸附塔的堵塞及吸附剂的劣化。
因而，必须每隔一定时间卸下配管及压力调整阀进行清洗。另外，也必须频繁地进行吸附塔的吸附剂的更换作业。为此，需要使电解槽的运转停止来进行配管的替换作业。
在专利文献1中公开了一种通过在配管中途插入过滤器来将雾沫捕获在过滤器上的技术，但是在该方法中，过滤器也有时每隔一定时间就会阻塞，也必须定期更换过滤器或者定期清洗捕获的雾沫。
为了进行过滤器的更换或者清洗，需要进行配管的拆卸作业，为此，需要使电解槽的运转停止来进行配管的替换作业。因而，不仅作业复杂，而且导致了生产性恶化。
另外，在专利文献2中公开了一种以延长过滤器的寿命为目的的技术，在配管的一部分上设置用于调节温度的温度调节机构，通过使在被调节了温度的部分液化的氟化氢气体与插入配管中途的过滤器相接触，使堆积在过滤器一个面上的固态物溶解，防止堵塞，使过滤器恢复功能。
专利文献1：日本特开2005-179709号公报
专利文献2：日本特开2006-111900号公报
在专利文献2所述的气体产生装置中，成为了在设置在配管的一部分上的温度调节机构的下游设置了过滤器的构造，成为了通过使在被调节了温度的部分液化的氟化氢与设置在温度调节机构的下游的过滤器相接触而使附着在过滤器上的堵塞物质溶解、进一步使成为过滤器阻塞的原因的堵塞物质残留在设置于过滤器的下部的废液槽中的结构。
但是，在附着在过滤器上的堵塞物质中含有来自熔融盐的成分，基于电解槽的原料的使用效率的观点，未加处理地废弃堵塞物质是不优选的。
在专利文献2所述的气体产生装置的结构中，成为了在温度调节机构的下游设置过滤器的构造，从电解槽到过滤器的路径增长。因此，存在如下问题：担心因含有来自熔融盐的成分的氟化氢与配管等构件的接触引起的杂质的浓度增加，从而不适合将附着在过滤器上的堵塞物质作为电解槽的原料进行再利用。
另外，当设置了使附着在过滤器上的堵塞物质残留的废液槽时，每隔一定时间进行废液槽的更换、清洗等的作业负担增加，有时必须使电解槽的运转停止。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题点而做成的，其目的在于提供一种能够使在电解槽中产生的生成气体中的来自熔融盐的成分、特别是氟化氢回流到电解槽中进行再利用的氟气生成装置。
本发明人为了解决上述问题，进行了认真研究，结果发现通过将用于使来自熔融盐的成分、特别是氟化氢回流的温度调节结构设置在电解槽的气体出口附近，能够不设置使导致该配管堵塞的来自熔融盐的物质残留的废液槽地使来自熔融盐的成分、特别是氟化氢有效地回流到电解槽中进行再利用，从而实现了本发明。
即，本发明是一种氟气生成装置，其通过电解由氟化钾及氟化氢构成的熔融盐中的氟化氢而生成氟气，其特征在于，该氟气生成装置具有：电解槽，其通过在由含有氟化钾及氟化氢的熔融盐构成的电解液中电解氟化氢而在阳极侧产生主要成分为氟气的主生成气体，并且在阴极侧产生主要成分为氢气的副生成气体；第1配管，其从电解槽中分别引导上述主生成气体及上述副生成气体，上述主生成气体及上述副生成气体中混入有从上述电解槽的熔融盐气化得到的氟化氢气体和伴随着上述主生成气体与上述副生成气体的产生的来自熔融盐的雾沫；热交换机构，其设置在上述第1配管上，用于调节该第1配管的一部分的温度；使在上述第1配管的被上述热交换机构调节了温度的一部分中液化的氟化氢回流并返回上述电解槽中。
另外，本发明是一种氟气生成装置，其特征在于，该氟气生成装置具有：浸渍管，其与上述第1配管的下部相连接，用于使上述液化的氟化氢返回电解槽中；第2配管，其与上述电解槽及上述第1配管相连接，用于分别引导上述主生成气体及上述副生成气体，上述主生成气体及上述副生成气体中混入有从上述电解槽的熔融盐气化得到的氟化氢气体和伴随着上述主生成气体与上述副生成气体的产生的来自熔融盐的雾沫；通过使上述浸渍管浸渍到上述电解槽的电解液中，分别设置用于分别引导在上述电解槽中生成的上述主生成气体和上述副生成气体的的通路和使上述液化的氟化氢回流并返回电解槽中的通路。
通过设为本结构，能够分别设置用于引导在电解槽中产生的各种生成气体的通路和用于使该生成气体中包含的氟化氢回流的通路，即使在该生成气体的流量增加的情况下，也能够使氟化氢正常地回流。
另外，此处所说的下部是指用于向外部引导在上述电解槽中产生的该生成气体的第1配管的下部，即积存有电解槽的熔融盐的靠电解液一侧。
另外，通过使上述第1配管与上述第2配管的连接部分位于用于调节上述第1配管的一部分的温度的热交换机构的内部，在配管的连接部分能够减少由来自熔融盐的析出物造成的堵塞。
另外，本发明是一种氟气生成装置，其特征在于，上述热交换装置设置在距上述电解槽的顶板上部的距离为200cm以下的位置。
另外，此处所说的从顶板上部到热交换机构的距离是指从设置在电解槽的顶板上部的上述第1配管的气体出口部分到用作热交换机构的温度调节器的下部的距离。
另外，本发明是一种氟气生成装置，其特征在于，在具有上述热交换机构的上述第1配管上连接用于供给氟化氢的配管，向具有上述热交换机构的上述第1配管的内部供给氟化氢。
在具有上述热交换机构的上述第1配管内部的温度为-83℃～-50℃的范围内，通过添加0.01当量～0.12当量的氟化氢，不会产生电解槽中的熔融盐的爆沸或液面变动，能够有效地使氟化氢回流。
采用本发明，能够提供一种能够通过使来自熔融盐的成分、特别是氟化氢在电解槽的气体出口附近液化回流而作为电解槽的原料进行再利用、并且不用进行阀和用于引导以从电解槽产生的氟气为主要成分的主生成气体及以氢气为主要成分的副生成气体的配管的拆卸清洗作业就能够稳定且连续地供给氟气的氟气生成装置。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的氟气生成装置的系统图的一个例子。
图2是本发明的第2实施方式的氟气生成装置的系统图的一个例子。
图3是本发明的第2实施方式的氟气生成装置的系统图的其他例子。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
第1实施方式
参照图1，说明本发明的第1实施方式的氟气生成装置100。
氟气生成装置100是通过电解而生成作为主要成分含有氟气的主生成气体、并且生成作为主要成分含有氢气的副生成气体的装置。
氟气生成装置100具有通过电解生成氟气的电解槽1、用于从电解槽1向外部供给生成的主生成气体(氟气)的氟气供给系统2、用于向外部供给伴随着氟气的生成而生成的副生成气体(氢气)的氢气供给系统3。
首先，说明电解槽1。
在电解槽1中积存有含有氟化氢(HF)的熔融盐。在本实施例的方式中，作为熔融盐使用了氟化氢与氟化钾(KF)的混合物(KF·2HF)。
电解槽1内被浸渍于熔融盐的裙板6划分为阳极室7与阴极室8。在阳极室7和阴极室8中分别浸渍有阳极4和阴极5，通过从电源(未图示)向阳极4与阴极5之间供给电流，在阳极4中作为主生成气体生成氟气(F2)，在阴极5中作为副生成气体生成氢气(H2)。阳极4使用炭电极，阴极5使用由软铁、蒙乃尔合金、不锈钢或镍构成的电极。
由于KF·2HF的熔点为71.7℃，因此熔融盐的温度被调节为90℃～100℃。在从电解槽1的阳极4生成的主要成分为氟气的主生成气体和从电解槽1的阴极5生成的主要成分为氢气的副生成气体中，分别混入有与蒸气压力对应的从熔融盐气化的氟化氢，并且作为雾沫混入有作为熔融盐成分的氟化钾(KF)和氟化氢(HF)的混合物KF·nHF。
这样，在阳极4中生成的、被引导到阳极室7的主要成分为氟气的主生成气体(以下，也简称作“氟气”)以及在阴极5中生成的、被引导到阴极室8的主要成分为氢气的副生成气体(以下，也简称作“氢气”)中，分别含有从熔融盐气化得到的氟化氢气体和来自熔融盐的雾沫成分。
接着，说明氟气供给系统2的结构。
在阳极室7中，用于向外部引导在阳极4中生成的主生成气体的第1氟气配管9与电解槽1的上部顶板1a相连接。
在与阳极室7相连接的第1氟气配管9的一部分的外周上设有作为用于调节第1氟气配管9的温度的热交换机构而提供的套管13。在第1氟气配管9的套管13的下游侧设有阀11。
作为热交换机构，只要是能够调节配管内部的温度的机构即可，并不特别限定，例如，能够列举出使用能够供热介质(热载体或制冷剂)流通的套管的方式、在外管中呈同心圆状地插入导热管且分别使流体流动而进行热交换的管壳(shell andtube)方式(多管式换热器)、使用珀尔帖元件的方式等。
在套管13上连接有用于使载热体流通的载热体入口配管15和载热体出口配管16，通过使载热体在套管13中流通，能够进行第1氟气配管9的温度调节。作为所使用的载热体，只要是能够进行第1氟气配管9的温度调节的物质即可，并不特别限定。
而且，套管13优选配置在尽可能靠近电解槽1的上部顶板1a的位置、即电解槽1的气体出口附近。当从电解槽1的上部顶板1a到套管13的距离增长时，易于在从上部顶板1a到套管13之间的未被套管13覆盖的配管部分产生堵塞，因此从电解槽1的上部顶板1a到套管13的下部的距离优选为0cm～200cm，特别优选为10cm～100cm。
另外，优选在第1氟气配管9的设置有套管13的部分的内部，为了高效地进行来自套管13的导热而填充填充材料。
作为该填充材料的材质，优选使用对氟气和氟化氢气体具有耐腐蚀性的材料，例如能够列举出镍、蒙乃尔合金、不锈钢、铁、铜等材料。
作为该填充材料，能够列举出规则填充材料、不规则填充材料等，并不特别限定。作为规则填充材料，例如能够列举出施加有孔、凹凸等的薄板、金属丝网状的材料等以及组合了这些的材料，作为不规则填充材料，例如能够列举出拉西环、鲍尔环、泰勒填料、麦克马洪填料、海利帕克填料等通用品。
另外，此处所说的规则填充材料是指适合于规则性堆叠的填充材料，不规则填充材料是指在填充时不规则地无秩序且杂乱无章地堆积的填充材料。
作为填充材料的配置方法，并不特别限定，能够无规配置填充材料。另外，填充材料的间隔只要不是填充材料彼此接触的部分过多而妨碍气体流通的间隔即可，并不特别限定，也可以填充材料彼此局部接触或者具有几mm左右的间隔。
例如，作为不规则填充材料，当使用直径4mm～10mm的拉西环时，填充材料包括局部接触的部分、具有2mm～10mm左右的间隔的部分。
接着，说明如上构成的氟气供给系统2的回流工序。
在阳极4中生成的氟气(主生成气体)被引导到第1氟气配管9内，该氟气经过流通有载热体的套管13而被冷却。
在阳极4中生成的氟气(主生成气体)中，除氟气以外还含有氟化氢和来自熔融盐的雾沫。例如，当作为电解槽1的原料使用KF·2HF、在大气压下进行操作时，在从阳极室7引导来的氟气中含有分压力50mmHg左右的氟化氢。
利用设置在外周的套管13对第1氟气配管9进行温度调节，将通过第1氟气配管9的氟气的温度冷却为氟化氢的蒸气压力以下，从而使氟气中的氟化氢液化。优选以将氟化氢的温度设为熔点以上沸点以下、即-83℃～19℃的方式对第1氟气配管9内的氟气的温度进行温度调节。
第1氟气配管9内的温度优选接近于氟化氢的熔点(-83℃)。在配管9内的温度为-83℃～-50℃的温度范围内，能够有效地液化氟化氢，但是在-50℃～19℃的温度范围内，由于氟化氢的蒸气压力的影响，难以产生氟化氢的液化。
为此，也可以像日本特开2006-111900号公报所述的那样，通过在用于导出在电解槽中生成的氟气的配管(第1氟气配管9)的被调节了温度的部位连接氟化氢供给用的配管，向上述部位供给氟化氢而使氟化氢的浓度增加，使液化的氟化氢的量较多。
但是，当添加的氟化氢的量过多时，在电解槽中生成的主生成气体(F2)中的氟化氢浓度增加，对后段的氟化氢的去除精制工序造成负担，或者氟化氢的回流量增加，在氟化氢返回电解槽中时，产生了熔融盐的爆沸或液面变动。因此，需要将添加的氟化氢控制在适当的量。
即，添加的氟化氢的量特别优选为在电解槽中生成的主生成气体(F2)中的氟化氢浓度不增加至所需以上，并且不引起熔融盐的爆沸或液面变动的程度。
由于氟化氢的蒸气压力依赖于温度，因此考虑到氟化氢的蒸气压力，优选根据第1氟气配管9内的温度适当地调整氟化氢的添加量。在配管9内的温度为-50℃～19℃的温度范围内，优选氟化氢的添加量设为0.13当量～1.0当量。另外，能够利用熔融盐(KF·nHF)和氟化氢的蒸气压力曲线计算出适当的氟化氢的添加量。
如上所述，在第1氟气配管9内的温度为-83℃～-50℃的温度范围内，不添加氟化氢就能够有效地液化氟化氢，优选将第1氟气配管9内的温度设为氟化氢的熔点(-83℃)左右，但是当将温度设定为-83℃左右时，从对温度调节器(热交换机构)的负担、冷却能力的观点出发，特别优选将配管9内的温度设定在-65℃～-50℃的温度范围内，添加适量的氟化氢。
在第1氟气配管9内的温度为-83℃～-50℃的温度范围内，特别优选氟化氢的添加量设为0.01当量～0.12当量，通过调整氟化氢的添加量，所生成的主生成气体(F2)中的氟化氢的浓度增加较少，而且不产生熔融盐的爆沸或液面变动，能够有效地使氟化氢回流(参照后述的实施例3、4及比较例3)。
另外，电解槽中的反应式为2HF→F2+H2(阳极：2F-→F2+2e-、阴极：2H++2e-→H2)，在此，氟化氢的1当量是指电解所需的氟化氢的投入量，表示产生1摩尔氟气(F2)和1摩尔氢气(H2)所需的氟化氢(HF)的摩尔数。
另外，用于供给氟化氢的配管只要位于从电解槽的上部顶板1a的上部到第1氟气配管9的被套管13调节了温度的该部分之间即可，并不特别限定。
向第1氟气配管9内添加上述氟化氢的方法能够应用于本发明的第1实施方式和第2实施方式(在后述中说明)中的任一者。另外，同样地，添加氟化氢的方法也能够应用于氢气供给系统3的第1氢气配管10中。
液化的氟化氢因自重而在第1氟气配管9中倒流，向阳极室7返回。该液化的氟化氢在向阳极室7返回时，吸附含有熔融盐成分的雾沫，能够与熔融盐雾沫一起向阳极室7返回。
本发明的氟气生成装置不向第1氟气配管内填充填充材料就能够运转(参照后述的实施例1)，但是也能够在第1氟气配管9内配置填充材料(参照后述的实施例2)。当配置填充材料时，来自熔融盐的成分在填充材料的表面上析出，但是液化的氟化氢因自重而在第1氟气配管9内倒流，使在填充材料的表面上析出的来自熔融盐的成分溶解，能够使来自熔融盐的成分向阳极室7返回。
接着，说明氢气供给系统3的结构及回流工序。
关于氢气供给系统3，也采取与氟气供给系统2相同的方式，在配置在第1氢气配管10上的套管14中，利用在载热体入口配管17与载热体出口配管18之间流通的载热体来冷却第1氢气配管10的内部，通过使第1氢气配管10中的氟化氢液化回流，能够使被引导到第1氢气配管10中的氢气中的含有熔融盐成分的雾沫与氟化氢一起向阴极室8返回。另外，在第1氢气配管10的比套管14靠下游侧的位置设有阀12。
采用以上第1实施方式，起到了以下所示的作用效果。
在本发明的第1实施方式的氟气生成装置中，设置在用于分别引导在电解槽中生成的主生成气体(氟气)和副生成气体(氢气)的配管上的热交换机构设置在电解槽的气体出口附近，使从电解槽引导出的各种气体中所含的氟化氢液化回流的部分配置在该气体出口附近。因此，能够利用液化的氟化氢在该气体出口附近吸附在电解槽中产生的来自熔融盐的成分，以极其接近于熔融盐的原料的形态返回到电解槽中。
另外，通过在用于引导在电解槽中生成的各种气体的配管中配置填充材料，有助于配管内的热传导，使配管内部的温度梯度变均匀，有效地使配管内部的氟化氢液化。
而且，本发明所用的填充材料彼此的间隔为几mm左右，与以往使用的开口为数μm左右的过滤器相比极其大。因此，与开口为数μm左右的过滤器相比，具有配管内的气体的压力损失极其少，难以产生由来自熔融盐的成分的固态物造成的阻塞这样的特征。
以上，说明了本发明的第1实施方式，在第1实施方式中，当增加了电解槽1中的各种气体的产生量时，用于引导产生气体的各个配管内的气体的线速度增快，有时使在电解槽中产生的气体向上部流通的力超过了液化的氟化氢因自重而落下的力，从而不能正常地回流。
因此，本发明人对使从氟气生成装置产生的来自熔融盐的成分、特别是使氟化氢回流的方法进行了认真研究，发现了更有效地进行回流的配管结构。
以下，作为第2实施方式说明该配管结构。
第2实施方式
接着，参照图2，说明本发明的第2实施方式的氟气生成装置200。以下，以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明，对与第1实施方式相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。
以下，在第2实施方式中，说明与上述第1实施方式不同的氟气供给系统2及氢气供给系统3的结构。
在阳极室7中，用于引导在阳极4中生成的主生成气体的第2氟气配管19与电解槽1的上部顶板1a相连接。而且，第2氟气配管19在下游与第1氟气配管9相连接。
在第1氟气配管9的下部连接有浸渍管20，而且，浸渍管20穿过阳极室7，浸渍到电解槽1内的熔融盐中。
关于浸渍浸渍管20的浸渍长度并不特别限定，但是作为浸渍管20的材质，优选Ni、蒙乃尔合金等耐腐蚀性材料。另外，当使用铁、不锈钢等时，优选利用PTFE等耐腐蚀性材料来保护浸渍管20的外周。
在第2氟气配管19与第1氟气配管9的连接部分的下游设有用于进行第1氟气配管9的温度调节的套管13。
与第1实施方式一样，进行温度调节的套管13优选设置在尽可能靠近电解槽1的上部顶板1a的位置。
接着，说明如上构成的氟气供给系统2的回流工序。
在阳极4中生成的、含有从熔融盐气化得到的氟化氢气体及熔融盐雾沫等的来自熔融盐的成分的主生成气体(氟气)被引导到第2氟气配管19中，并不被直接引导到第1氟气配管9中。而且，通过了第2氟气配管19的该气体被引导到用于使氟化氢回流的第1氟气配管9中，在配置有套管13的第1氟气配管9的被调节了温度的部分，该气体中的氟化氢被液化。
液化的氟化氢因自重而在第1氟气配管9中倒流，向阳极室7返回。该液化的氟化氢在向阳极室7返回时，能够吸附熔融盐雾沫，与熔融盐雾沫一起向阳极室7返回。
关于氢气供给系统3，也设为与氟气供给系统2相同的结构，在阴极室8中，用于引导在阴极5中生成的副生成气体(氢气)的第2氢气配管21与电解槽1的上部顶板1a相连接。而且，第2氢气配管21在下游与第1氢气配管10相连接。
在第1氢气配管10的下部(上游侧)连接有浸渍管22，而且，浸渍管22穿过阴极室8，浸渍到电解槽1内的熔融盐中。
在第2氢气配管21与第1氢气配管10的连接部分的下游设有用于进行第1氢气配管10的温度调节的套管14。套管14优选设置在尽可能靠近电解槽1的上部顶板1a的位置。
接着，说明如上构成的氢气供给系统3的回流工序。
在阴极5中生成的、含有从熔融盐气化得到的氟化氢气体及熔融盐雾沫等的来自熔融盐的成分的副生成气体(氢气)被引导到第2氢气配管21中，并不被直接引导到第1氢气配管10中。而且，通过了第2氢气配管21的该气体被引导到用于使氟化氢回流的第1氢气配管10中，在配置有套管14的第1氢气配管10的被调节了温度的部分，该气体中的氟化氢被液化。
液化的氟化氢因自重而在第1氢气配管10中倒流，向阴极室8返回。该液化的氟化氢在向阴极室8返回时，吸附熔融盐雾沫，能够与熔融盐雾沫一起向阴极室8返回。
采用以上第2实施方式，起到了以下所示的作用效果。
分别设置用于引导在阳极室7中生成的、含有从熔融盐气化得到的氟化氢气体及来自熔融盐的雾沫成分的主生成气体(氟气)的第2氟气配管19和用于使液化的氟化氢回流的第1氟气配管9，并且分别设置用于引导在阴极5中生成的、含有从熔融盐气化得到的氟化氢气体及来自熔融盐的雾沫成分的副生成气体(氢气)的第2氢气配管21和用于使液化的氟化氢回流的第1氢气配管10。采用该结构，能够分别使利用电解槽1生成的各种气体的流路与液化的氟化氢的流路分离。
因此，即使在使在电解槽中生成的主生成气体及副生成气体的生成量增加、用于引导各种气体的配管内的线速度增快的情况下，产生的气体从电解槽1向上部流通的力也不会超过液化的氟化氢因自重而落下的力，能够使液化的氟化氢正常地回流。
特别是，当用于引导在电解槽中生成的主生成气体及副生成气体的配管中的各种气体的线速度为10cm/sec以上时，本发明的第2实施方式是有效的。
第2实施方式的变形方式
以上第2实施方式通过分别设置用于引导在电解槽中生成的主生成气体及副生成气体的配管和用于使生成的各种气体中所含的氟化氢回流的配管，即使在使在电解槽中产生的各种气体的流量增加的情况下，也能够使氟化氢正常地液化回流。
但是，在第2实施方式中，有时用于引导在电解槽中产生的主生成气体及副生成气体的配管与用于使各种气体中所含的氟化氢回流的配管的连接部分未被套管等热交换机构覆盖，或者由于在电解槽中产生的各种气体的流路和液化的氟化氢的流路较复杂，因此在该连接部分产生配管堵塞的可能性增大。
因此，在图3所示的氟气生成装置300中，将用于引导在电解槽1中产生的主生成气体及副生成气体的各个配管9、10与用于使产生的各种气体中所含的氟化氢回流的各个配管19、21的连接部分配置在各个套管13、14的内部。采用该结构，也能够减少该连接部分的配管的堵塞。
另外，图3所示的第2实施方式的变形方式中的其他结构与第2实施方式相同。
实施例
以下，利用实施例详细说明本发明，但是本发明并不限定于该实施例。
实施例1
图1中示出了本例子所用的实验装置的概略图。
第1氟气配管9及第1氢气配管10使用了直径φ1/4英寸的不锈钢配管。套管13使用了直径φ＝1英寸且长度L＝15cm的不锈钢配管，设置为能够冷却第1氟气配管9。另外，套管13设置在距电解槽1的上部顶板1a的距离为20cm的位置。
使载热体在套管部分流通而将套管部分的冷却温度调整为-50℃。载热体使用了硅油。
在第1氟气配管9中以使气体线速成为7cm/sec的方式固定电解槽1的电流值，在进行电解槽1的连续运转时，即使进行150小时的连续运转，也未在电解槽1的配管部分观察到堵塞。
另外，将电解槽1与套管13之间的第1氟气配管9的一部分的材质从不锈钢配管变更为PFA配管，进行目视观察有无液化回流时，确认有氟化氢液化。
另外，在电解停止后，拆卸比第1氟气配管9的套管13构成的冷却部靠后段的部分，进行内部观察后，确认没有KF成分的固态物。另外，关于阀11也同样地进行目视观察后，确认没有KF成分的固态物。
比较例1
使用与实施例1相同的装置，不使载热体在套管13中流通，将第1氟气配管9保持为室温。以其他条件与实施例1相同的条件进行相同的操作时，在进行了约40小时的电解后，阳极室7的压力开始上升，因此视为配管9中产生了堵塞，停止电解。
另外，在电解停止后，拆卸第1氟气配管9，进行内部观察后，确认有白色的固体。另外，在阀11中也确认有白色的固体附着。
在使用荧光X射线分析装置实施该固体的元素分析后，能够确认含有来自熔融盐的KF成分。
实施例2
第1氟气配管9使用了直径φ1英寸的不锈钢配管，套管13使用了直径φ2英寸且长度L＝300mm的不锈钢配管。套管13设置在第1氟气配管9的位于距电解槽1的上部顶板1a的距离为30cm的位置的部分上。另外，在设置有套管13的氟气配管9的内部填充有直径φ6英寸的不锈钢制拉西环。
使载热体在套管部分流通而将套管部分的冷却温度调整为-55℃。载热体使用了硅油。
在第1氟气配管9中以使气体线速成为7cm/sec的方式固定电解槽1的电流值，在进行电解槽1的连续运转时，即使经过了1年，该配管也不会堵塞，能够稳定地连续运转。
当使用以往的使用过滤器来捕获熔融盐成分的氟气生成装置时(例如，日本特开2006-111900号公报等)，为了进行过滤器的更换或者使过滤器恢复功能，需要每隔几十个小时使电解槽停止运转。
与此相对，如上述实施例1及实施例2所示可知，采用本发明中的氟气生成装置，不用进行阀或用于引导在电解槽中生成的主生成气体及副生成气体的配管的清洗、以及电解槽的运转停止等，并且，即使在能够长时间稳定地供给生成气体这一点上，本发明也具有极大的效果。
比较例2
第1氟气配管9使用了直径φ1英寸的不锈钢配管，在未安装有套管13的状态下，以使气体线速成为7cm/sec的方式固定电解槽1的电流值，在进行电解槽1的连续运转时，在经过了3个月后，该配管产生了堵塞。
拆卸第1氟气配管9及阀11，进行内部观察后可知，在阀11的内部附着有白色的固化物，该固化物成为了堵塞的原因。
在使用荧光X射线分析装置实施该固化物的元素分析后，与比较例1相同地能够确认含有来自熔融盐的KF成分。
实施例3
第1氟气配管9及第1氢气配管10使用了直径φ1/4英寸的不锈钢配管及PFA(聚四氟乙烯)配管。套管13使用了直径φ＝1英寸且长度L＝15cm的不锈钢配管，设置为能够冷却第1氟气配管9。另外，套管13设置在第1氟气配管9的位于距电解槽1的上部顶板1a的距离为30cm的位置的部分上。另外，位于套管13的下部的直径φ1/4英寸的配管使用了PFA配管，能够进行目视观察。关于电解槽的液面变动，在电解槽上设置目视观察用的窗口，进行目视观察。用于供给氟化氢的配管设置在第1氟气配管9的比套管13靠下部的位置。
使载热体在套管13部分流通而将套管13部分的冷却温度调整为-55℃。载热体使用了硅油。
在第1氟气配管9中以使气体线速成为7.8cm/sec的方式固定电解槽1的电流值，进行电解槽1的运转，向第1氟气配管9中添加17sccm(0.12当量)的氟化氢气体，利用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)对第1氟气配管9的后段(套管13的后段)中的氟化氢浓度进行分析。另外，回流时的熔融盐液面的目视观察，确认有无熔融盐液面的爆沸及液面变动。
利用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)对第1氟气配管9的后段(套管13的后段)中的氟化氢浓度进行分析后，氟化氢浓度为9.6％。
通过目视观察有无氟化氢液化回流后，能够确认有氟化氢液化。另外，进行回流时的熔融盐液面的目视观察后，未观察到熔融盐液面的爆沸及液面变动。
比较例3
除了将添加到第1氟气配管9中的氟化氢气体设为34sccm(0.24当量)以外，以与实施例3相同的条件进行相同的操作。进行氟化氢回流时的熔融盐液面的目视观察后，观察到了熔融盐液面的爆沸及液面变动。
实施例4
除了将添加到第1氟气配管9中的氟化氢气体设为8sccm(0.06当量)、将套管13部分的冷却温度设为-59℃以外，以与实施例3相同的条件进行相同的操作。
其结果，第1氟气配管9的后段(套管13的后段)中的氟化氢浓度为8.0％。另外，在进行目视观察有无氟化氢液化回流时，能够确认有氟化氢液化。另外，进行氟化氢回流时的熔融盐液面的目视观察时，未观察到熔融盐液面的爆沸及液面变动。
根据实施例3、4及比较例3的结果可知，通过调整添加的氟化氢的浓度，能够不产生熔融盐液面的爆沸及液面变动地使液化氟化氢回流。
参考例1
不向第1氟气配管9添加氟化氢气体地以与实施例3相同的条件进行相同的操作，利用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)对第1氟气配管9的后段(套管13的后段)中的氟化氢浓度进行分析后，氟化氢浓度为9.8％。
根据参考例1及实施例3可知，通过添加适量的氟化氢，能够不使生成气体(F2)中的氟化氢浓度增加地使氟化氢回流。
工业实用性
本发明能够应用于生成氟气的装置。

Claims (10)

1.一种氟气生成装置，其通过电解由氟化钾和氟化氢构成的熔融盐中的氟化氢而生成氟气，其特征在于，
该氟气生成装置具有：
电解槽，其通过在由含有氟化钾和氟化氢的熔融盐构成的电解液中电解氟化氢而在阳极侧产生主要成分为氟气的主生成气体，并且在阴极侧产生主要成分为氢气的副生成气体；
第1配管，其用于分别从电解槽中引导上述主生成气体和上述副生成气体，上述主生成气体和上述副生成气体中混入有从上述电解槽的熔融盐气化得到的氟化氢气体和伴随着上述主生成气体与上述副生成气体的产生的来自熔融盐的雾沫；
热交换机构，其设置在上述第1配管上，用于调节该第1配管的一部分的温度；
使在上述第1配管的被上述热交换机构调节了温度的一部分中液化的氟化氢返回上述电解槽中。
2.根据权利要求1所述的氟气生成装置，其特征在于，该氟气生成装置具有：
浸渍管，其与上述第1配管的下部相连接，用于使上述液化的氟化氢返回电解槽中；
第2配管，其与上述电解槽及上述第1配管相连接，用于分别引导上述主生成气体和上述副生成气体，上述主生成气体和上述副生成气体中混入有从上述电解槽的熔融盐气化得到的氟化氢气体和伴随着上述主生成气体与上述副生成气体的产生的来自熔融盐的雾沫；
通过使上述浸渍管浸渍到上述电解槽的电解液中，分别设置用于分别引导在上述电解槽中生成的上述主生成气体和上述副生成气体的通路以及用于使上述液化的氟化氢返回电解槽中的通路。
3.根据权利要求2所述的氟气生成装置，其特征在于，
上述第1配管与上述第2配管的连接部分位于用于调节上述第1配管的一部分的温度的热交换机构的内部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的氟气生成装置，其特征在于，
上述热交换装置设置在距上述电解槽的顶板上部的距离为0cm～200cm的位置。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氟气生成装置，其特征在于，
在具有上述热交换机构的上述第1配管的内部填充填充材料。
6.根据权利要求5所述的氟气生成装置，其特征在于，
在具有上述热交换机构的上述第1配管的内部填充的上述填充材料是规则填充材料或不规则填充材料。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的氟气生成装置，其特征在于，
使载热体或制冷剂在上述热交换机构中流通。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的氟气生成装置，其特征在于，
将具有上述热交换机构的上述第1配管的一部分的气体的温度调节为氟化氢的熔点以上且沸点以下。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的氟气生成装置，其特征在于，
在具有上述热交换机构的上述第1配管上连接用于供给氟化氢的配管，在具有上述热交换机构的上述第1配管的内部的温度为-83℃～-50℃的范围内，添加0.01当量～0.12当量的氟化氢。
10.根据权利要求1～3中任一项所述的氟气生成装置，其特征在于，
上述热交换机构设置在距上述电解槽的顶板上部的距离为10cm～100cm的位置。
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