JP2011179072A - Fluorine gas generation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorine gas generation device which can be stably electrolyzed. <P>SOLUTION: A fluorine gas generation device is provided with: an electrolytic cell 1 where a first gas space 11a into which a main raw gas containing fluorine gas generated in an anode 7 immersed in a molten salt as a principal ingredient is introduced and a second gas space 12a into which a by-produced gas containing gaseous hydrogen generated in a cathode 8 immersed in the molten salt as a principal ingredient is introduced, are separated and partitioned on the liquid level of the molten salt; a power source 9 for supplying current between the anode 7 and the cathode 8; a moisture concentration-measuring device 50 for measuring moisture concentration in the molten salt in the electrolytic cell 1; and a control device 60 for controlling the power source 9 so as to decrease the current supplied between the anode 7 and the cathode 8, when it is decided that the moisture concentration measured by the moisture concentration measuring device 50 is higher than a previously determined reference value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、フッ素ガス生成装置に関するものである。   The present invention relates to a fluorine gas generator.

従来のフッ素ガス生成装置として、電解槽を使用し、電気分解によってフッ素ガスを生成する装置が知られている。   As a conventional fluorine gas generation apparatus, an apparatus that uses an electrolytic cell and generates fluorine gas by electrolysis is known.

特許文献1には、フッ化水素を含む溶融塩からなる電解浴中でフッ化水素を電解する電解槽を備え、陽極側の第1気相部分にフッ素ガスを主成分とするプロダクトガスを発生させると共に、陰極側の第2気相部分に水素ガスを主成分とする副生ガスを発生させるフッ素ガス生成装置が開示されている。   Patent Document 1 includes an electrolytic bath for electrolyzing hydrogen fluoride in an electrolytic bath made of a molten salt containing hydrogen fluoride, and generates a product gas containing fluorine gas as a main component in the first gas phase portion on the anode side. In addition, a fluorine gas generation device that generates a by-product gas mainly containing hydrogen gas in a second gas phase portion on the cathode side is disclosed.

特開2004−43885号公報JP 2004-43885 A

特許文献1に記載のようなフッ素生成装置においては、通常、陽極に炭素電極が用いられている。このことから、電解槽の溶融塩中の水分濃度が高い状態で電解を実施すると、溶融塩中の水分と炭素電極とが反応することによって電極表面が酸化される。酸化された電極表面は不安定であるため、フッ素と容易に反応し、陽極効果が発生するおそれがある。陽極効果が発生すると、安定した電解が困難となる。   In the fluorine generator as described in Patent Document 1, a carbon electrode is usually used for the anode. From this, when electrolysis is performed in a state where the water concentration in the molten salt in the electrolytic bath is high, the surface of the electrode is oxidized by the reaction between the water in the molten salt and the carbon electrode. Since the oxidized electrode surface is unstable, it easily reacts with fluorine and may cause an anodic effect. When the anode effect occurs, stable electrolysis becomes difficult.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、安定して電解可能なフッ素ガス生成装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of said problem, and it aims at providing the fluorine gas production | generation apparatus which can be electrolyzed stably.

本発明は、溶融塩中のフッ化水素を電気分解することによって、フッ素ガスを生成するフッ素ガス生成装置であって、溶融塩が貯留され、溶融塩に浸漬された陽極にて生成されたフッ素ガスを主成分とする主生ガスが導かれる第1気室と、溶融塩に浸漬された陰極にて生成された水素ガスを主成分とする副生ガスが導かれる第2気室とが溶融塩液面上に分離して区画された電解槽と、前記陽極と前記陰極との間に電流を供給する電源と、前記電解槽の溶融塩中の水分濃度を測定する水分濃度測定装置と、前記水分濃度測定装置によって測定された水分濃度が予め定められた基準値よりも高いと判定した場合には、前記陽極と前記陰極との間に供給される電流が低下するように前記電源を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。   The present invention relates to a fluorine gas generating device that generates fluorine gas by electrolyzing hydrogen fluoride in a molten salt, the fluorine generated at an anode in which the molten salt is stored and immersed in the molten salt. The first gas chamber in which main gas mainly composed of gas is guided and the second chamber in which by-product gas mainly composed of hydrogen gas generated at the cathode immersed in the molten salt is guided are melted. An electrolytic cell separated on the surface of the salt solution, a power source for supplying current between the anode and the cathode, a moisture concentration measuring device for measuring the moisture concentration in the molten salt of the electrolytic cell, When it is determined that the moisture concentration measured by the moisture concentration measuring device is higher than a predetermined reference value, the power supply is controlled so that the current supplied between the anode and the cathode is reduced. And a control device.

本発明によれば、制御装置は、溶融塩中の水分濃度が予め定められた基準値よりも高いと判定した場合には、陽極と陰極との間に供給される電流が低下するように電源を制御するため、陽極効果の発生が抑制され、安定した電解が可能となる。   According to the present invention, when the control device determines that the moisture concentration in the molten salt is higher than a predetermined reference value, the power supply is configured so that the current supplied between the anode and the cathode is reduced. Therefore, generation of the anode effect is suppressed and stable electrolysis is possible.

本発明の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置を示す系統図である。1 is a system diagram showing a fluorine gas generation device according to an embodiment of the present invention. 制御装置を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows a control apparatus.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1を参照して、本発明の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置100について説明する。   With reference to FIG. 1, the fluorine gas production | generation apparatus 100 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.

フッ素ガス生成装置100は、電気分解によってフッ素ガスを生成し、生成されたフッ素ガスを外部装置4へと供給するものである。外部装置4としては、例えば半導体製造装置であり、その場合、フッ素ガスは、例えば半導体の製造工程においてクリーニングガスとして使用される。   The fluorine gas generation device 100 generates fluorine gas by electrolysis and supplies the generated fluorine gas to the external device 4. The external device 4 is, for example, a semiconductor manufacturing device. In this case, fluorine gas is used as a cleaning gas, for example, in a semiconductor manufacturing process.

フッ素ガス生成装置100は、電気分解によってフッ素ガスを生成する電解槽1と、電解槽1から生成したフッ素ガスを外部装置4へと供給するフッ素ガス供給系統2と、フッ素ガスの生成に伴って生成された副生ガスを処理する副生ガス処理系統3とを備える。   The fluorine gas generation device 100 includes an electrolytic cell 1 that generates fluorine gas by electrolysis, a fluorine gas supply system 2 that supplies the fluorine gas generated from the electrolytic cell 1 to the external device 4, and the generation of fluorine gas. And a by-product gas processing system 3 for processing the generated by-product gas.

まず、電解槽1について説明する。   First, the electrolytic cell 1 will be described.

電解槽1には、フッ化水素(HF)を含む溶融塩が貯留される。本実施の形態では、溶融塩として、フッ化水素とフッ化カリウム(KF)の混合物(KF・2HF)が用いられる。   The electrolytic bath 1 stores a molten salt containing hydrogen fluoride (HF). In the present embodiment, a mixture (KF · 2HF) of hydrogen fluoride and potassium fluoride (KF) is used as the molten salt.

電解槽1の内部は、溶融塩中に浸漬された区画壁6によって陽極室11と陰極室12とに区画される。陽極室11及び陰極室12の溶融塩中には、それぞれ陽極7及び陰極8が浸漬される。陽極7と陰極8の間に電源9から電流が供給されることによって、陽極7ではフッ素ガス(F2)を主成分とする主生ガスが生成され、陰極8では水素ガス(H2)を主成分とする副生ガスが生成される。陽極7には炭素電極が用いられ、陰極8には軟鉄、モネル、又はニッケルが用いられる。 The inside of the electrolytic cell 1 is partitioned into an anode chamber 11 and a cathode chamber 12 by a partition wall 6 immersed in the molten salt. In the molten salt of the anode chamber 11 and the cathode chamber 12, the anode 7 and the cathode 8 are immersed, respectively. By supplying a current from the power source 9 between the anode 7 and the cathode 8, a main gas mainly composed of fluorine gas (F 2 ) is generated at the anode 7, and hydrogen gas (H 2 ) is generated at the cathode 8. By-product gas as a main component is generated. A carbon electrode is used for the anode 7, and soft iron, monel, or nickel is used for the cathode 8.

電解槽1内の溶融塩液面上には、陽極7にて生成されたフッ素ガスが導かれる第1気室11aと、陰極8にて生成された水素ガスが導かれる第2気室12aとが互いのガスが行き来不能に区画壁6によって区画される。このように、第1気室11aと第2気室12aは、フッ素ガスと水素ガスとの混触による反応を防ぐため、区画壁6によって完全に分離される。これに対して、陽極室11と陰極室12の溶融塩は、区画壁6によって分離されず区画壁6の下方を通じて連通している。   On the surface of the molten salt solution in the electrolytic cell 1, a first gas chamber 11a into which fluorine gas generated at the anode 7 is guided, and a second gas chamber 12a into which hydrogen gas generated at the cathode 8 is guided. Are partitioned by the partition wall 6 so that the mutual gas cannot pass. As described above, the first air chamber 11a and the second air chamber 12a are completely separated by the partition wall 6 in order to prevent a reaction due to the contact of fluorine gas and hydrogen gas. On the other hand, the molten salt in the anode chamber 11 and the cathode chamber 12 is not separated by the partition wall 6 but communicates through the lower portion of the partition wall 6.

KF・2HFの融点は71.7℃であるため、溶融塩の温度は90〜100℃に調節される。電解槽1の陽極7及び陰極8から生成したフッ素ガス及び水素ガスのそれぞれには、溶融塩からフッ化水素が蒸気圧分だけ気化して混入する。このように、陽極7にて生成され第1気室11aに導かれるフッ素ガス及び陰極8にて生成され第2気室12aに導かれる水素ガスのそれぞれには、フッ化水素ガスが含まれている。   Since the melting point of KF · 2HF is 71.7 ° C., the temperature of the molten salt is adjusted to 90 to 100 ° C. In each of the fluorine gas and the hydrogen gas generated from the anode 7 and the cathode 8 of the electrolytic cell 1, hydrogen fluoride is vaporized from the molten salt by the vapor pressure and mixed. As described above, each of the fluorine gas generated at the anode 7 and guided to the first air chamber 11a and the hydrogen gas generated at the cathode 8 and guided to the second air chamber 12a includes hydrogen fluoride gas. Yes.

電解槽1には、貯留された溶融塩の液面レベルを検出する液面レベル検出器としての液面計13が設けられる。液面計13は、電解槽1内に挿入された挿入管13aを通じて一定流量の窒素ガスを溶融塩中にパージした際の背圧を検知し、その背圧と溶融塩の液比重とから液面レベルを検出する背圧式液面計である。   The electrolytic cell 1 is provided with a liquid level gauge 13 as a liquid level detector for detecting the liquid level of the stored molten salt. The liquid level gauge 13 detects the back pressure when the nitrogen gas having a constant flow rate is purged into the molten salt through the insertion tube 13a inserted into the electrolytic cell 1, and the liquid level gauge 13 detects the liquid pressure from the back pressure and the liquid specific gravity of the molten salt. It is a back pressure type liquid level gauge that detects the surface level.

次に、フッ素ガス供給系統2について説明する。   Next, the fluorine gas supply system 2 will be described.

第1気室11aには、フッ素ガスを外部装置4へと供給するための第1メイン通路15が接続される。   A first main passage 15 for supplying fluorine gas to the external device 4 is connected to the first air chamber 11a.

第1メイン通路15には、第1気室11aからフッ素ガスを導出して搬送する第1ポンプ17が設けられる。第1ポンプ17には、ベローズポンプやダイアフラムポンプ等の容積型ポンプが用いられる。   The first main passage 15 is provided with a first pump 17 for deriving and transporting fluorine gas from the first air chamber 11a. As the first pump 17, a positive displacement pump such as a bellows pump or a diaphragm pump is used.

第1メイン通路15における第1ポンプ17の上流には、主生ガスに混入したフッ化水素ガスを捕集してフッ素ガスを精製する精製装置16が設けられる。精製装置16は、フッ素とフッ化水素との沸点の違いを利用して、フッ素ガスからフッ化水素ガスを分離して取り除く深冷精製装置である。なお、精製装置16として、深冷精製装置に代わり、フッ素ガス中のフッ化水素ガスをフッ化ナトリウム(NaF)等の吸着剤に吸着させてフッ素ガスからフッ化水素ガスを分離して取り除く装置を用いるようにしてもよい。   A purification device 16 is provided upstream of the first pump 17 in the first main passage 15 to collect the hydrogen fluoride gas mixed in the main raw gas and purify the fluorine gas. The refining device 16 is a deep-cooling refining device that separates and removes hydrogen fluoride gas from fluorine gas using the difference in boiling point between fluorine and hydrogen fluoride. In addition, instead of the deep-cooling purification device, the purification device 16 is a device that separates and removes the hydrogen fluoride gas from the fluorine gas by adsorbing the hydrogen fluoride gas in the fluorine gas to an adsorbent such as sodium fluoride (NaF). May be used.

第1メイン通路15における第1ポンプ17の下流には、第1ポンプ17によって搬送されたフッ素ガスを貯留するためのバッファタンク21が設けられる。バッファタンク21に貯留されたフッ素ガスは外部装置4へと供給される。   A buffer tank 21 for storing the fluorine gas transferred by the first pump 17 is provided downstream of the first pump 17 in the first main passage 15. The fluorine gas stored in the buffer tank 21 is supplied to the external device 4.

バッファタンク21の下流には、外部装置4へと供給されるフッ素ガスの流量を検出する流量計26が設けられる。電源9は、流量計26の検出結果に基づいて、陽極7と陰極8の間に供給される電流値を制御する。具体的には、バッファタンク21から外部装置4へと供給されたフッ素ガス量がバッファタンク21に補充されるように、陽極7におけるフッ素ガスの生成量を制御する。   A flow meter 26 that detects the flow rate of fluorine gas supplied to the external device 4 is provided downstream of the buffer tank 21. The power source 9 controls the current value supplied between the anode 7 and the cathode 8 based on the detection result of the flow meter 26. Specifically, the amount of fluorine gas generated at the anode 7 is controlled so that the amount of fluorine gas supplied from the buffer tank 21 to the external device 4 is replenished to the buffer tank 21.

このように、陽極7におけるフッ素ガスの生成量は、外部装置4へと供給されたフッ素ガス量を補充するように制御されるため、バッファタンク21の内部圧力は大気圧よりも高い圧力に維持される。これに対して、フッ素ガスが使用される外部装置4側は大気圧であるため、外部装置4に設けられるバルブを開弁すれば、バッファタンク21と外部装置4との間の圧力差によって、バッファタンク21から外部装置4へとフッ素ガスが供給されることになる。   In this way, the amount of fluorine gas generated at the anode 7 is controlled so as to supplement the amount of fluorine gas supplied to the external device 4, so that the internal pressure of the buffer tank 21 is maintained at a pressure higher than atmospheric pressure. Is done. On the other hand, since the external device 4 side where fluorine gas is used is atmospheric pressure, if the valve provided in the external device 4 is opened, the pressure difference between the buffer tank 21 and the external device 4 Fluorine gas is supplied from the buffer tank 21 to the external device 4.

第1メイン通路15における精製装置16の上流には、フッ素ガスの流通と遮断を切り替える遮断弁23が設けられる。第1メイン通路15には、遮断弁23の上流から分岐し、フッ素ガスを排出するための排出通路25が設けられる。排出通路25には、フッ素ガスの排出と遮断を切り替える排出弁24が設けられる。排出通路25における排出弁24の下流には除害部27が設けられ、排出通路25を通じて排出されるフッ素ガスは除害部27にて無害化されて放出される。   A shutoff valve 23 that switches between the flow and shutoff of the fluorine gas is provided upstream of the purification device 16 in the first main passage 15. The first main passage 15 is provided with a discharge passage 25 that branches from upstream of the shut-off valve 23 and discharges fluorine gas. The discharge passage 25 is provided with a discharge valve 24 for switching between discharge and shutoff of fluorine gas. An abatement part 27 is provided downstream of the discharge valve 24 in the discharge passage 25, and the fluorine gas discharged through the discharge passage 25 is rendered harmless by the abatement part 27 and released.

次に、副生ガス処理系統3について説明する。   Next, the byproduct gas processing system 3 will be described.

第2気室12aには、水素ガスを外部へと排出するための第2メイン通路30が接続される。   A second main passage 30 for discharging hydrogen gas to the outside is connected to the second air chamber 12a.

第2メイン通路30には、第2気室12aから水素ガスを導出して搬送する第2ポンプ31が設けられる。   The second main passage 30 is provided with a second pump 31 for deriving and transporting hydrogen gas from the second air chamber 12a.

第2メイン通路30における第2ポンプ31の下流には除害部34が設けられ、第2ポンプ31にて搬送された水素ガスは除害部34にて無害化されて放出される。   An abatement part 34 is provided downstream of the second pump 31 in the second main passage 30, and the hydrogen gas transported by the second pump 31 is rendered harmless by the abatement part 34 and released.

フッ素ガス生成装置100は、電解槽1の溶融塩中にフッ素ガスの原料であるフッ化水素を供給する原料供給系統5も備える。以下では、原料供給系統5について説明する。   The fluorine gas generation device 100 also includes a raw material supply system 5 that supplies hydrogen fluoride, which is a raw material of fluorine gas, into the molten salt of the electrolytic cell 1. Below, the raw material supply system 5 is demonstrated.

電解槽1は、電解槽1に補充するためのフッ化水素が貯留されたフッ化水素供給源40と原料供給通路41を介して接続される。フッ化水素供給源40に貯留されたフッ化水素は、原料供給通路41を通じて電解槽1の溶融塩中に供給される。   The electrolytic cell 1 is connected to a hydrogen fluoride supply source 40 in which hydrogen fluoride for replenishing the electrolytic cell 1 is stored through a raw material supply passage 41. Hydrogen fluoride stored in the hydrogen fluoride supply source 40 is supplied into the molten salt of the electrolytic cell 1 through the raw material supply passage 41.

原料供給通路41には、フッ化水素の供給流量を制御する流量制御弁42が設けられる。流量制御弁42は、液面計13の検出結果に基づいて、電解槽1の溶融塩の液面レベルが予め定められた所定レベルとなるように、フッ化水素の供給流量を制御する。つまり、流量制御弁42は、溶融塩中で電気分解されたフッ化水素を補給するように、フッ化水素の供給流量を制御する。   The raw material supply passage 41 is provided with a flow rate control valve 42 for controlling the supply flow rate of hydrogen fluoride. The flow rate control valve 42 controls the supply flow rate of hydrogen fluoride based on the detection result of the level gauge 13 so that the liquid level of the molten salt in the electrolytic cell 1 becomes a predetermined level. That is, the flow rate control valve 42 controls the supply flow rate of hydrogen fluoride so as to replenish hydrogen fluoride electrolyzed in the molten salt.

また、原料供給通路41には、キャリアガス供給源45から供給されるキャリアガスを原料供給通路41内に導くキャリアガス供給通路46が接続される。キャリアガス供給通路46には、キャリアガスの供給と遮断を切り換える遮断弁47が設けられる。キャリアガスは、フッ化水素を溶融塩中に導くための同伴ガスであり、不活性ガスである窒素ガスが用いられる。フッ素ガス生成装置100の運転時には、遮断弁47は原則開状態であり、窒素ガスは電解槽1の陰極室12の溶融塩中に供給される。窒素ガスは、溶融塩中にはほとんど溶けず、第2気室12aから副生ガス処理系統3を通じて排出される。なお、キャリアガスとして、他の不活性ガス、例えばアルゴンガスやヘリウムガスを用いるようにしてもよい。   The raw material supply passage 41 is connected to a carrier gas supply passage 46 that guides the carrier gas supplied from the carrier gas supply source 45 into the raw material supply passage 41. The carrier gas supply passage 46 is provided with a cutoff valve 47 for switching between supply and cutoff of the carrier gas. The carrier gas is an accompanying gas for introducing hydrogen fluoride into the molten salt, and nitrogen gas which is an inert gas is used. During operation of the fluorine gas generator 100, the shut-off valve 47 is basically open, and nitrogen gas is supplied into the molten salt in the cathode chamber 12 of the electrolytic cell 1. The nitrogen gas is hardly dissolved in the molten salt and is discharged from the second air chamber 12a through the byproduct gas processing system 3. Note that another inert gas such as argon gas or helium gas may be used as the carrier gas.

ここで、電解槽1の溶融塩中には微量の水分が含まれている。この水分は、原料供給通路41を通じて供給されるフッ化水素と共に電解槽1内に持ち込まれたり、キャリアガス供給通路46を通じて原料供給通路41に供給される窒素ガスと共に電解槽1内に持ち込まれたり、液面計13を通じてパージされる窒素ガスと共に電解槽1内に持ち込まれたりするものである。また、溶融塩中に含まれる水分には、電解中に持ち込まれる水分の他、当初から溶融塩中に混入している水分もある。電解槽1の溶融塩中の水分濃度が高い状態で電解を実施すると、溶融塩中の水分と炭素電極とが反応することによって陽極7の表面が酸化されるため、陽極効果が発生するおそれある。ここで、陽極効果とは、電気分解の継続が不可能になるまで電解電圧が上昇する現象のことをいう。   Here, the molten salt in the electrolytic cell 1 contains a trace amount of water. This moisture is brought into the electrolytic cell 1 together with hydrogen fluoride supplied through the raw material supply passage 41, or is brought into the electrolytic cell 1 together with nitrogen gas supplied to the raw material supply passage 41 through the carrier gas supply passage 46. In other words, it is brought into the electrolytic cell 1 together with the nitrogen gas purged through the liquid level gauge 13. Further, the moisture contained in the molten salt includes the moisture mixed into the molten salt from the beginning, in addition to the moisture brought in during electrolysis. When electrolysis is performed in a state where the water concentration in the molten salt in the electrolytic cell 1 is high, the surface of the anode 7 is oxidized by the reaction between the water in the molten salt and the carbon electrode, so that the anode effect may occur. . Here, the anodic effect refers to a phenomenon in which the electrolysis voltage increases until electrolysis cannot be continued.

その対策として、フッ素ガス生成装置100は、電解槽1の溶融塩中の水分濃度を測定する水分濃度測定装置50と、水分濃度測定装置50の測定結果に基づいてフッ素ガスの生成供給を制御する制御装置60とを備える。   As a countermeasure, the fluorine gas generation device 100 controls the generation and supply of fluorine gas based on the moisture concentration measurement device 50 that measures the moisture concentration in the molten salt of the electrolytic cell 1 and the measurement result of the moisture concentration measurement device 50. And a control device 60.

水分濃度測定装置50は、電解槽1に接続されたサンプリング通路51を通じてサンプリングされた溶融塩中の水分濃度を測定し、測定結果を制御装置60に出力するものである。具体的には、水分濃度測定装置50は、サンプリングされた溶融塩をフッ化カリウムとフッ化水素とに熱分解する熱分解工程と、熱分解工程によって揮発したフッ化水素を凝固させて捕集する捕集工程と、捕集工程にて捕集したフッ化水素中の水分濃度を測定する測定工程とを行うことによって、サンプリングされた溶融塩中の水分濃度の測定を行う。測定工程では、カールフィッシャー測定装置又は電気伝導度測定装置が用いられる。   The moisture concentration measuring device 50 measures the moisture concentration in the molten salt sampled through the sampling passage 51 connected to the electrolytic cell 1 and outputs the measurement result to the control device 60. Specifically, the moisture concentration measuring device 50 collects the sampled molten salt by pyrolyzing the sampled molten salt into potassium fluoride and hydrogen fluoride, and coagulating and collecting the hydrogen fluoride volatilized by the pyrolyzing step. The moisture concentration in the sampled molten salt is measured by performing the collecting step and the measuring step of measuring the moisture concentration in the hydrogen fluoride collected in the collecting step. In the measurement process, a Karl Fischer measurement device or an electrical conductivity measurement device is used.

なお、水分濃度測定装置50による水分濃度の測定は常時行ってもよいし、所定時間毎に行うようにしてもよい。   In addition, the measurement of the water concentration by the water concentration measuring device 50 may be performed all the time or may be performed every predetermined time.

制御装置60は、CPU、ROM、及びRAMを備えるマイコンにて構成される。制御装置60は、図2に示すように、溶融塩中の水分濃度の基準値が記憶された記憶部61と、水分濃度測定装置50によって測定された測定結果である溶融塩中の水分濃度が記憶部61に記憶された基準値よりも高いか否かを判定する判定部62と、判定部62による判定結果に基づいて、電源9に対して指令信号を出力する指令部63とを備える。   The control device 60 is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, and a RAM. As shown in FIG. 2, the control device 60 has a storage unit 61 that stores a reference value of the moisture concentration in the molten salt, and the moisture concentration in the molten salt that is a measurement result measured by the moisture concentration measuring device 50. The determination part 62 which determines whether it is higher than the reference value memorize | stored in the memory | storage part 61, and the instruction | command part 63 which outputs a command signal with respect to the power supply 9 based on the determination result by the determination part 62 are provided.

記憶部61に記憶された基準値は、実験等を行うことによって予め定められた値であり、陽極効果の発生を防止、つまり陽極7の保護の観点から決定される。具体的には、500wt.ppmに設定される。   The reference value stored in the storage unit 61 is a value determined in advance by performing an experiment or the like, and is determined from the viewpoint of preventing the anode effect, that is, protecting the anode 7. Specifically, 500 wt. Set to ppm.

溶融塩中の水分濃度が基準値以下の場合には、指令部63は陽極7と陰極8との間に供給される電流が保持されるように電源9に対して指令信号を出力し、通常運転が行われる。これに対して、溶融塩中の水分濃度が基準値よりも高い場合には、陽極効果が発生するおそれがあるため、指令部63は陽極7と陰極8との間に供給される電流が低下するように電源9に対して指令信号を出力する。具体的には、陽極7と陰極8との間に供給される電流の電流密度が0.1〜5.0A/dm2の範囲となるように電流を低下させる。これにより、陽極7での電解が抑えられるため、陽極効果の発生が防止される。 When the moisture concentration in the molten salt is below the reference value, the command unit 63 outputs a command signal to the power source 9 so that the current supplied between the anode 7 and the cathode 8 is maintained. Driving is performed. On the other hand, when the water concentration in the molten salt is higher than the reference value, the anode effect may occur, so that the command unit 63 reduces the current supplied between the anode 7 and the cathode 8. In this manner, a command signal is output to the power source 9. Specifically, the current density of the current supplied between the anode 7 and the cathode 8 lowers the current to be in the range of 0.1~5.0A / dm 2. Thereby, since electrolysis at the anode 7 is suppressed, generation of the anode effect is prevented.

また、溶融塩中の水分濃度が基準値よりも高い場合には、溶融塩中の水分と生成したフッ素とが反応することによって、OF2などの不純物ガスが生じ、フッ素ガス濃度が低下する。そのため、指令部63は、判定部62による判定結果に基づいて、遮断弁23及び排出弁24に対しても指令信号を出力し、外部装置4へのフッ素ガスの供給を制御する。具体的には、溶融塩中の水分濃度が基準値以下の場合には、指令部63は遮断弁23に対して開弁指令、排出弁24に対して閉弁指令を出力し、通常運転が行われる。これにより、陽極7にて生成されたフッ素ガスは、第1メイン通路15を通じて外部装置4へと供給される。これに対して、溶融塩中の水分濃度が基準値よりも高い場合には、指令部63は遮断弁23に対して閉弁指令、排出弁24に対して開弁指令を出力する。これにより、陽極7にて生成されたフッ素ガスは、排出通路25を通じて排出され除害されるため、不純物ガスを含むフッ素ガスが外部装置4へと供給されることを防止することができる。 In addition, when the water concentration in the molten salt is higher than the reference value, the moisture in the molten salt reacts with the generated fluorine to generate an impurity gas such as OF 2 and the fluorine gas concentration decreases. Therefore, the command unit 63 outputs a command signal also to the shutoff valve 23 and the discharge valve 24 based on the determination result by the determination unit 62, and controls the supply of fluorine gas to the external device 4. Specifically, when the moisture concentration in the molten salt is below the reference value, the command unit 63 outputs a valve opening command to the shutoff valve 23 and a valve closing command to the discharge valve 24, and normal operation is performed. Done. As a result, the fluorine gas generated at the anode 7 is supplied to the external device 4 through the first main passage 15. On the other hand, when the water concentration in the molten salt is higher than the reference value, the command unit 63 outputs a valve closing command to the shutoff valve 23 and a valve opening command to the discharge valve 24. As a result, the fluorine gas generated at the anode 7 is discharged through the discharge passage 25 and detoxified, so that the fluorine gas containing the impurity gas can be prevented from being supplied to the external device 4.

陽極7にて生成されたフッ素ガスが排出されることによって、溶融塩中の水分濃度は低下する。そして、溶融塩中の水分濃度が基準値以下となった場合には、指令部63は、陽極7と陰極8との間に供給される電流が増加するように電源9に対して指令信号を出力すると共に、遮断弁23に対して開弁指令、排出弁24に対して閉弁指令を出力し、通常運転に復帰する。   As the fluorine gas generated at the anode 7 is discharged, the moisture concentration in the molten salt decreases. When the moisture concentration in the molten salt becomes below the reference value, the command unit 63 sends a command signal to the power supply 9 so that the current supplied between the anode 7 and the cathode 8 increases. In addition to outputting, a valve opening command is output to the shutoff valve 23 and a valve closing command is output to the discharge valve 24 to return to normal operation.

以上の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。   According to the above embodiment, there exist the effects shown below.

フッ素ガス生成装置100は、溶融塩中の水分濃度を測定する水分濃度測定装置50と、水分濃度測定装置50の測定結果が基準値よりも高いと判定した場合には、陽極7と陰極8との間に供給される電流が低下するように電源9を制御する制御装置60とを備える。したがって、溶融塩中の水分濃度が高い場合でも、陽極効果の発生が防止されるため、安定した電解が可能となる。   When the fluorine gas generation device 100 determines that the moisture concentration measurement device 50 measures the moisture concentration in the molten salt and the measurement result of the moisture concentration measurement device 50 is higher than the reference value, the anode 7 and the cathode 8 And a control device 60 for controlling the power source 9 so that the current supplied during the period decreases. Therefore, even when the moisture concentration in the molten salt is high, the generation of the anode effect is prevented, so that stable electrolysis is possible.

さらに、制御装置60は、水分濃度測定装置50の測定結果が基準値よりも高いと判定した場合には、遮断弁23が閉弁し、排出弁24が開弁するように制御するため、陽極7にて生成されたフッ素ガスは、外部装置4へは供給されず、排出通路25を通じて排出される。そのため、不純物ガスを含むフッ素ガスが外部装置4へと供給されることを防止することができる。   Furthermore, when the control device 60 determines that the measurement result of the moisture concentration measuring device 50 is higher than the reference value, the control device 60 controls the shut-off valve 23 to close and the discharge valve 24 to open, so that the anode The fluorine gas generated in 7 is not supplied to the external device 4 but is discharged through the discharge passage 25. Therefore, it is possible to prevent the fluorine gas containing the impurity gas from being supplied to the external device 4.

また、陽極7にて生成されたフッ素ガスを排出通路25を通じて排出することによって、電解槽1の溶融塩中の水分濃度が低下するため、電解槽1の材料である金属の腐食を防止することができる。   Further, by discharging the fluorine gas generated in the anode 7 through the discharge passage 25, the moisture concentration in the molten salt of the electrolytic cell 1 is lowered, so that corrosion of the metal that is the material of the electrolytic cell 1 is prevented. Can do.

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.

本発明は、フッ素ガスを生成する装置に適用することができる。   The present invention can be applied to an apparatus that generates fluorine gas.

100 フッ素ガス生成装置
1 電解槽
2 フッ素ガス供給系統
3 副生ガス処理系統
4 外部装置
5 原料供給系統
7 陽極
8 陰極
13 液面計
15 第1メイン通路
23 遮断弁
24 排出弁
25 排出通路
40 フッ化水素供給源
41 原料供給通路
50 水分濃度測定装置
51 サンプリング通路
60 制御装置
61 記憶部
62 判定部
63 指令部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Fluorine gas production | generation apparatus 1 Electrolysis tank 2 Fluorine gas supply system 3 By-product gas processing system 4 External device 5 Raw material supply system 7 Anode 8 Cathode 13 Level gauge 15 First main passage 23 Shut-off valve 24 Drain valve 25 Drain passage 40 Hydrogen fluoride supply source 41 Raw material supply passage 50 Water concentration measuring device 51 Sampling passage 60 Control device 61 Storage unit 62 Determination unit 63 Command unit

Claims (2)

溶融塩中のフッ化水素を電気分解することによって、フッ素ガスを生成するフッ素ガス生成装置であって、
溶融塩が貯留され、溶融塩に浸漬された陽極にて生成されたフッ素ガスを主成分とする主生ガスが導かれる第1気室と、溶融塩に浸漬された陰極にて生成された水素ガスを主成分とする副生ガスが導かれる第2気室とが溶融塩液面上に分離して区画された電解槽と、
前記陽極と前記陰極との間に電流を供給する電源と、
前記電解槽の溶融塩中の水分濃度を測定する水分濃度測定装置と、
前記水分濃度測定装置によって測定された水分濃度が予め定められた基準値よりも高いと判定した場合には、前記陽極と前記陰極との間に供給される電流が低下するように前記電源を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするフッ素ガス生成装置。
A fluorine gas generator that generates fluorine gas by electrolyzing hydrogen fluoride in a molten salt,
A first air chamber in which a main gas mainly composed of fluorine gas generated in an anode immersed in the molten salt is introduced and hydrogen generated in the cathode immersed in the molten salt. An electrolytic cell in which a second gas chamber into which a by-product gas containing a gas as a main component is guided is separated on the surface of the molten salt solution;
A power source for supplying a current between the anode and the cathode;
A moisture concentration measuring device for measuring the moisture concentration in the molten salt of the electrolytic cell;
When it is determined that the moisture concentration measured by the moisture concentration measuring device is higher than a predetermined reference value, the power supply is controlled so that the current supplied between the anode and the cathode is reduced. A control device,
A fluorine gas generation device comprising:
前記第1気室に接続され、主成ガスを外部装置へと供給するための第1メイン通路と、
前記第1メイン通路に設けられ、主生ガスの流通と遮断を切り替える遮断弁と、
前記第1メイン通路における前記遮断弁の上流から分岐して設けられ、主生ガスを排気するための排気通路と、
前記排気通路に設けられ、主生ガスの排出と遮断を切り替える排出弁と、をさらに備え、
前記制御装置は、溶融塩中の水分濃度が前記基準値よりも高いと判定した場合には、前記遮断弁を閉弁すると共に、前記排出弁を開弁することを特徴とする請求項1に記載のフッ素ガス生成装置。
A first main passage connected to the first air chamber for supplying main component gas to an external device;
A shut-off valve that is provided in the first main passage and switches between flow and shut-off of the main gas;
An exhaust passage provided for branching from the upstream of the shut-off valve in the first main passage, and for exhausting main raw gas;
A discharge valve provided in the exhaust passage for switching between discharge and shut-off of the main gas,
2. The control device according to claim 1, wherein when the moisture concentration in the molten salt is determined to be higher than the reference value, the control device closes the shut-off valve and opens the discharge valve. The fluorine gas production | generation apparatus of description.
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