KR101384720B1 - 불소 가스 생성 장치 - Google Patents

Abstract

전해조의 제1 기실에 접속되어 불소 가스를 외부 장치로 공급하기 위한 제1 메인 통로와, 제1 기실로부터 불소 가스를 도출하여 반송하는 제1 반송 기기와, 제1 반송 기기의 상류 측의 압력을 검출하는 제1 압력 검출기와, 제1 반송 기기로부터 토출된 불소 가스를 제1 반송 기기의 흡입 측으로 되돌리기 위한 제1 압력 조정 밸브와, 제1 압력 검출기의 검출 압력이 제1 설정값이 되도록 제1 압력 조정 밸브의 개도를 제어하는 제어 장치와, 압력 검출기의 상류 측에 설치되는 기동 밸브와, 밸브 폐쇄 상태에서의 기동 밸브의 전후 차압을 검출하는 차압 검출기를 구비하고, 불소 가스 생성 장치의 기동 시에는, 제어 장치는, 기동 밸브의 전후 차압이 설정 범위 내가 되도록 설정값을 변경하고, 전후 차압이 설정 범위 내가 된 경우에 기동 밸브를 연다.

Description

불소 가스 생성 장치{FLUORINE GAS GENERATING APPARATUS}

본 발명은, 불소 가스 생성 장치에 관한 것이다.

종래의 불소 가스 생성 장치로서, 전해조를 사용하고, 전기 분해에 의해 불소 가스를 생성하는 장치가 알려져 있다.

JP2004-43885A에는, 양극 측의 제1 기상(氣相) 부분에 불소 가스를 주성분으로 하는 프로덕트 가스를 발생시킴과 함께, 음극 측의 제2 기상 부분에 수소 가스를 주성분으로 하는 부생(副生) 가스를 발생시키는 전해조와, 제1 및 제2 기상 부분의 압력을 측정하기 위한 제1 및 제2 압력계와, 프로덕트 가스 및 부생 가스를 도출하기 위한 제1 및 제2 배관과, 제1 및 제2 배관에 배치하여 설치된 제1 및 제2 유량 제어 밸브와, 제1 및 제2 유량 제어 밸브보다 하류에서, 제1 및 제2 배관을 흡인하는 제1 및 제2 흡인 수단을 구비하는 불소 가스 생성 장치가 개시되어 있다.

불소 가스는, 반응성이 높기 때문에, 전해조의 액면 레벨이 크게 변동하면, 불소 가스와 수소 가스가 혼촉(混觸)하여 반응할 우려가 있다.

JP2004-43885A에 기재된 불소 가스 생성 장치에서는, 불소 가스 생성 장치의 기동 시에 흡인 수단을 기동할 때에는, 흡인 수단의 흡입 압력에 의해 전해조의 액면이 급격하게 변동될 우려가 있다. 그 경우, 불소 가스와 수소 가스가 혼촉할 우려가 있다.

본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 불소 가스 생성 장치의 기동 시에 있어서, 전해조의 액면 레벨의 변동을 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 용융염 중의 불화수소를 전기 분해함으로써, 불소 가스를 생성하는 불소 가스 생성 장치로서, 용융염이 저류되고, 용융염에 침지된 양극에서 생성된 불소 가스를 주성분으로 하는 주생(主生) 가스가 유도되는 제1 기실(氣室)과, 용융염에 침지된 음극에서 생성된 수소 가스를 주성분으로 하는 부생 가스가 유도되는 제2 기실이 용융염 액면 상에 분리되어 구획된 전해조와, 상기 제1 기실에 접속되고, 상기 전해조의 상기 양극에서 생성된 주생 가스를 외부 장치로 공급하기 위한 메인 통로와, 상기 메인 통로에 설치되고, 상기 제1 기실로부터 주생 가스를 도출하여 반송하는 반송 기기와, 상기 메인 통로에 있어서의 상기 반송 기기의 상류 측의 압력을 검출하는 압력 검출기와, 상기 반송 기기의 토출 측과 흡입 측을 접속하는 환류 통로와, 상기 환류 통로에 설치되고, 상기 반송 기기로부터 토출된 주생 가스를 당해 반송 기기의 흡입 측으로 되돌리기 위한 압력 조정 밸브와, 상기 압력 검출기에 의해 검출된 압력이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 압력 조정 밸브의 개도(開度)를 제어하는 제어 장치와, 상기 메인 통로에 있어서의 상기 압력 검출기의 상류 측에 설치되고, 불소 가스 생성 장치의 기동 시에 밸브를 열어 상기 양극에서 생성된 주생 가스의 유통을 허용하는 기동 밸브와, 밸브 폐쇄 상태에서의 상기 기동 밸브의 전후의 압력차를 검출하는 차압 검출기를 구비하고, 불소 가스 생성 장치의 기동 시에는, 상기 제어 장치는, 상기 차압 검출기에 의해 검출된 압력차가 미리 정해진 설정 범위 내가 되도록 상기 설정값을 변경하고, 당해 압력차가 상기 설정 범위 내가 된 경우에 상기 기동 밸브를 연다.

본 발명에 의하면, 불소 가스 생성 장치의 기동 시에는, 제어 장치는, 차압 검출기에 의해 검출된 압력차가 미리 정해진 설정 범위 내가 되도록 설정값을 변경하고, 압력차가 설정 범위 내가 된 경우에 기동 밸브를 열기 위하여, 상류와 하류의 압력차가 작은 상태에서 기동 밸브가 열리고 제1 기실과 반송 기기의 접속이 행하여진다. 따라서, 불소 가스 생성 장치의 기동 시에 있어서, 전해조의 액면 레벨의 변동을 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관련된 불소 가스 생성 장치를 나타내는 계통도이다.
도 2는, 전해조의 기동 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은, 불소 가스의 공급 준비 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는, 불소 가스의 공급 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는, 불소 가스의 공급 정지 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은, 전해조의 정지 순서를 나타내는 플로우 차트이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관련된 불소 가스 생성 장치(100)에 대하여 설명한다.

불소 가스 생성 장치(100)는, 전기 분해에 의해 불소 가스를 생성하고, 생성된 불소 가스를 외부 장치(4)로 공급하는 것이다. 외부 장치(4)는, 예를 들면 반도체 제조 장치이다. 그 경우, 불소 가스는, 예를 들면 반도체의 제조 공정에 있어서 클리닝 가스로서 사용된다.

불소 가스 생성 장치(100)는, 전기 분해에 의해 불소 가스를 생성하는 전해조(1)와, 전해조(1)로부터 생성된 불소 가스를 외부 장치(4)로 공급하는 불소 가스 공급 계통(2)과, 불소 가스의 생성에 따라 생성된 부생 가스를 처리하는 부생 가스 처리 계통(3)을 구비한다. 또, 불소 가스 생성 장치(100)는, 각 계기(計器)로부터 출력되는 검출 결과에 기초하여 각 기기 및 각 밸브의 동작을 제어하는 제어 장치로서의 컨트롤러(10)도 구비한다. 컨트롤러(10)는, CPU, ROM, 및 RAM을 구비하는 마이크로 컴퓨터로 구성된다.

먼저, 전해조(1)에 대하여 설명한다.

전해조(1)에는, 불화수소(HF)를 포함하는 용융염이 저류(貯留)된다. 본 실시 형태에서는, 용융염으로서, 불화수소와 불화칼륨(KF)의 혼합물(KF·2HF)이 사용된다.

전해조(1)의 내부는, 용융염 중에 침지된 구획벽(6)에 의해 양극실(11)과 음극실(12)로 구획된다. 양극실(11) 및 음극실(12)의 용융염 중에는, 각각 양극(7) 및 음극(8)이 침지된다. 양극(7)과 음극(8) 사이에 전원(9)으로부터 전류가 공급됨으로써, 양극(7)에서는 불소 가스(F₂)를 주성분으로 하는 주생 가스가 생성되고, 음극(8)에서는 수소 가스(H₂)를 주성분으로 하는 부생 가스가 생성된다. 양극(7)에는 탄소 전극이 사용되고, 음극(8)에는 연철, 모넬, 또는 니켈이 사용된다.

전해조(1) 내의 용융염 액면 상에는, 양극(7)에서 생성된 불소 가스가 유도되는 제1 기실(11a)과, 음극(8)에서 생성된 수소 가스가 유도되는 제2 기실(12a)이 서로의 가스가 왕래할 수 없도록 구획벽(6)에 의해 구획된다. 이처럼, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)은, 불소 가스와 수소 가스의 혼촉에 의한 반응을 막기 위하여, 구획벽(6)에 의해 완전히 분리된다. 이에 대하여, 양극실(11)과 음극실(12)의 용융염은, 구획벽(6)에 의해 분리되지 않고 구획벽(6)의 하방을 통하여 연통되어 있다.

전해조(1) 내의 용융염의 온도는, 온도 조절 장치(65)에 의해 KF·2HF의 융점인 71.7℃ 이상, 구체적으로는 85∼95℃로 조절된다. 전해조(1)에는, 용융염의 온도를 검출하는 온도 검출기로서의 온도계(69)가 설치된다. 온도계(69)의 검출 결과는 컨트롤러(10)에 출력된다.

온도 조절 장치(65)는, 전해조(1)의 외벽에 설치된 재킷(66)과, 전해조(1)의 내부에 설치된 튜브(도시 생략)와, 재킷(66) 및 튜브에 증기 또는 냉각수를 순환시키는 가열 냉각 장치(67)를 구비한다. 용융염의 온도를 높이는 경우에는, 가열 냉각 장치(67)로부터 재킷(66) 및 튜브에 증기를 유통시키고, 용융염의 온도를 낮추는 경우에는, 가열 냉각 장치(67)로부터 재킷(66) 및 튜브에 냉각수를 유통시켜서 온도 조절을 행한다. 또한, 재킷(66) 및 튜브 중 어느 일방을 설치하도록 해도 된다. 또, 재킷(66) 및 튜브에 증기 또는 냉각수를 순환시키는 대신, 실리콘 오일 등의 온냉매를 순환시키도록 해도 된다. 또한, 전해조(1)의 외벽에 히터나 콘덴서 등의 열교환기를 설치하여 용융염의 온도를 조절하도록 해도 된다.

전해조(1)의 양극(7) 및 음극(8)으로부터 생성된 불소 가스 및 수소 가스의 각각에는, 용융염으로부터 불화수소가 증기압분만큼 기화하여 혼입된다. 이처럼, 양극(7)에서 생성되어 제1 기실(11a)로 유도되는 불소 가스 및 음극(8)에서 생성되어 제2 기실(12a)로 유도되는 수소 가스의 각각에는, 불화수소 가스가 포함되어 있다.

전해조(1)에는, 저류된 용융염의 액면 레벨을 검출하는 액면 레벨 검출기로서의 액면계(14)가 설치된다. 액면계(14)는, 전해조(1) 내에 삽입된 삽입관(14a)을 통하여 일정 유량의 질소 가스를 용융염 중에 퍼지했을 때의 배압을 검지하고, 그 배압과 용융염의 액 비중으로부터 액면 레벨을 검출하는 배압식 액면계이다. 액면계(14)의 검출 결과는 컨트롤러(10)에 출력된다.

또, 전해조(1)에는, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차를 검출하는 차압 검출기로서의 제1 차압계(20)가 설치된다. 제1 차압계(20)의 검출 결과는 컨트롤러(10)에 출력된다.

다음으로, 불소 가스 공급 계통(2)에 대하여 설명한다.

제1 기실(11a)에는, 불소 가스를 외부 장치(4)로 공급하기 위한 제1 메인 통로(15)가 접속된다.

제1 메인 통로(15)에는, 제1 기실(11a)로부터 불소 가스를 도출하여 반송하는 반송 기기로서의 제1 펌프(17)가 설치된다. 제1 펌프(17)에는, 벨로우즈 펌프나 다이어프램 펌프 등의 용적형 펌프가 사용된다. 제1 메인 통로(15)에는, 제1 펌프(17)의 토출 측과 흡입 측을 접속하는 제1 환류 통로(18)가 접속된다. 제1 환류 통로(18)에는, 제1 펌프(17)로부터 토출된 불소 가스를 제1 펌프(17)의 흡입 측으로 되돌리기 위한 제1 압력 조정 밸브(19)가 설치된다.

제1 메인 통로(15)에 있어서의 제1 펌프(17)의 상류에는, 제1 메인 통로(15)의 압력을 검출하는 압력 검출기로서의 제1 압력계(13)가 설치된다. 제1 압력계(13)의 검출 결과는 컨트롤러(10)에 출력된다.

제1 압력 조정 밸브(19)는, 컨트롤러(10)로부터 출력되는 신호에 기초하여 개도가 제어된다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 제1 압력계(13)에 의해 검출된 압력이 ROM에 기억되어 미리 정해진 제1 설정값이 되도록, 제1 압력 조정 밸브(19)의 개도를 제어한다.

제1 메인 통로(15)에 있어서의 제1 압력계(13)의 상류에는, 불소 가스 생성 장치(100)의 기동 시에 밸브가 열리고 양극(7)에서 생성된 불소 가스의 유통을 허용하는 기동 밸브(70)가 설치된다. 기동 밸브(70)는, 불소 가스 생성 장치(100)의 통상 운전 시에는 항시 개방 상태가 된다. 제1 메인 통로(15)에는, 밸브 폐쇄 상태에서의 기동 밸브(70)의 전후의 압력차를 검출하는 차압 검출기로서의 제2 차압계(71)가 설치된다. 제2 차압계(71)의 검출 결과는 컨트롤러(10)에 출력된다. 컨트롤러(10)는, 불소 가스 생성 장치(100)의 기동 시에, 제2 차압계(71)에 의해 검출된 차압이 ROM에 기억되어 미리 정해진 설정 범위 내인 경우에는, 기동 밸브(70)를 열도록 제어한다. 상세한 제어에 대해서는 후술한다.

제1 메인 통로(15)에 있어서의 기동 밸브(70)의 상류에는 분기 통로(72)가 접속되고, 분기 통로(72)의 하류단(端)에는 제해부(73)가 설치된다. 분기 통로(72)에는, 불소 가스의 유통과 차단을 전환하는 제1 차단 밸브(74)가 설치된다. 기동 밸브(70)가 폐쇄 상태이고 또한 제1 차단 밸브(74)가 개방 상태에서는, 양극(7)에서 생성된 불소 가스는 분기 통로(72)를 통하여 배출되고 제해부(73)에서 무해화되어 방출된다.

제1 메인 통로(15)에 있어서의 제1 펌프(17)의 상류에는, 불소 가스에 혼입된 불화수소 가스를 포집하여 불소 가스를 정제하는 정제 장치(16)가 설치된다. 정제 장치(16)는, 병렬로 설치된 제1 정제 장치(16a)와 제2 정제 장치(16b)의 2개의 계통으로 이루어진다. 제1 정제 장치(16a) 및 제2 정제 장치(16b)는, 불소 가스가 통과하는 가스 통과부(50)와, 불소 가스에 혼입된 불화수소 가스가 응고하는 한편, 불소 가스는 가스 통과부(50)를 통과하도록, 불소의 비등점 이상이고 또한 불화수소의 융점 이하의 온도로 가스 통과부(50)를 냉각하는 냉각 장치(51)를 구비한다. 제1 정제 장치(16a) 및 제2 정제 장치(16b)의 상류에는 각각 입구 밸브(22a, 22b)가 설치되고, 하류에는 각각 출구 밸브(23a, 23b)가 설치된다. 입구 밸브(22a, 22b) 및 출구 밸브(23a, 23b)는, 양극(7)으로부터 생성된 불소 가스가 제1 정제 장치(16a) 및 제2 정제 장치(16b) 중 어느 일방만을 통과하도록 개폐를 전환할 수 있다. 즉, 제1 정제 장치(16a) 및 제2 정제 장치(16b) 중 일방이 운전 상태인 경우에는, 타방은 정지 또는 대기 상태가 된다.

제1 메인 통로(15)에는, 정제 장치(16)의 전후의 압력차를 검출하는 차압 검출기로서의 제3 차압계(53)가 설치된다. 제3 차압계(53)의 검출 결과는 컨트롤러(10)에 출력된다. 컨트롤러(10)는, 제3 차압계(53)에 의해 검출된 차압이 ROM에 기억되어 미리 정해진 설정값에 도달한 경우에는, 가스 통과부(50) 내에서 응고된 불화수소의 축적량이 소정량에 도달했다고 판단하고, 입구 밸브(22a, 22b) 및 출구밸브(23a, 23b)의 개폐를 제어하여, 정제 장치(16)의 운전을 전환한다.

제1 메인 통로(15)에 있어서의 제1 펌프(17)의 하류에는, 제1 펌프(17)에 의해 반송된 불소 가스를 저류하기 위한 버퍼 탱크(21)가 설치된다. 버퍼 탱크(21)에 저류된 불소 가스는 외부 장치(4)로 공급된다. 버퍼 탱크(21)에는, 내부 압력을 검출하는 압력 검출기로서의 제2 압력계(24)가 설치된다. 제2 압력계(24)의 검출 결과는 컨트롤러(10)에 출력된다.

제1 메인 통로(15)에 있어서의 버퍼 탱크(21)의 하류에는, 버퍼 탱크(21)로부터 외부 장치(4)로 공급되는 불소 가스의 유량을 검출하는 유량 검출기로서의 유량계(26)가 설치된다. 유량계(26)의 검출 결과는 컨트롤러(10)에 출력된다.

제1 메인 통로(15)에 있어서의 유량계(26)의 하류에는, 외부 장치(4)로 공급되는 불소 가스의 유량을 조정하는 유량 제어 밸브(27)가 설치된다. 유량 제어 밸브(27)는 컨트롤러(10)로부터 출력되는 신호에 기초하여 개도가 제어된다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 유량계(26)에 의해 검출된 불소 가스의 유량이 ROM에 기억되어 미리 정해진 목표 유량이 되도록, 유량 제어 밸브(27)의 개도를 제어한다. 컨트롤러(10)의 ROM에는 복수의 목표 유량이 기억되어 있다. 목표 유량은, 외부 장치(4)가 필요로 하는 불소 가스의 유량이며, 불소 가스 생성 장치(100)를 조작하는 오퍼레이터에 의해 변경된다.

컨트롤러(10)는, 불소 가스의 목표 유량에 기초하여, 전원(9)으로부터 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급되는 전류를 제어한다. 구체적으로는, 목표 유량에 상당하는 전류값을 연산하고, 그 전류값이 양극(7)과 음극(8) 사이에 통전되도록 전원(9)을 제어한다. 이렇게, 양극(7)에 있어서의 불소 가스의 생성량은, 버퍼 탱크(21)로부터 외부 장치(4)로 공급된 불소 가스를 보충하도록 제어된다.

또한, 컨트롤러(10)는, 불소 가스의 목표 유량에 기초하여 연산된 전류값을 제2 압력계(24)의 검출 결과에 기초하여 보정한다. 구체적으로는, 제2 압력계(24)에 의해 검출된 버퍼 탱크(21)의 압력이, ROM에 기억되어 미리 정해진 설정 범위보다 큰 경우에는 연산된 전류값이 작아지도록 보정하고, 또한, 설정 범위보다 작은 경우에는 연산된 전류값이 커지도록 보정한다. 즉, 불소 가스의 목표 유량에 기초하여 연산된 전류값은, 버퍼 탱크(21)의 압력이 설정 범위 내(기준 압력)에 유지되도록 보정된다. 버퍼 탱크(21)의 압력의 설정 범위는 대기압보다 높은 압력으로 설정된다.

이와 같이, 외부 장치(4)로 공급된 불소 가스는 보충되도록 제어되고, 버퍼 탱크(21)의 내부 압력은 대기압보다 높은 압력으로 제어된다. 이에 대하여, 불소 가스가 사용되는 외부 장치(4) 측은 대기압이기 때문에, 외부 장치(4)에 설치되는 밸브를 열면, 버퍼 탱크(21)와 외부 장치(4)의 사이의 압력차에 의해, 버퍼 탱크(21)로부터 외부 장치(4)로 불소 가스가 공급되게 된다.

제1 메인 통로(15)에 있어서의 유량 제어 밸브(27)의 하류에는, 외부 장치(4)로의 불소 가스의 공급과 차단을 전환하는 제2 차단 밸브(28)가 설치된다. 또, 제1 메인 통로(15)에는 제2 차단 밸브(28)의 상류에 분기 통로(55)가 접속되고, 분기 통로(55)의 하류단에는 제해부(56)가 설치된다. 분기 통로(55)에는, 불소 가스의 유통과 차단을 전환하는 제3 차단 밸브(57)가 설치된다. 제2 차단 밸브(28)가 폐쇄 상태이고 또한 제3 차단 밸브(57)가 개방 상태에서는, 제1 메인 통로(15)의 불소 가스는 분기 통로(55)를 통하여 배출되고 제해부(56)에서 무해화되어 방출된다.

다음으로, 부생 가스 처리 계통(3)에 대하여 설명한다.

제2 기실(12a)에는, 수소 가스를 외부로 배출하기 위한 제2 메인 통로(30)가 접속된다.

제2 메인 통로(30)에는, 제2 기실(12a)로부터 수소 가스를 도출하여 반송하는 반송 기기로서의 제2 펌프(31)가 설치된다. 또, 제2 메인 통로(30)에는, 제2 펌프(31)의 토출 측과 흡입 측을 접속하는 제2 환류 통로(32)가 접속된다. 제2 환류 통로(32)에는, 제2 펌프(31)로부터 토출된 수소 가스를 제2 펌프(31)의 흡입 측으로 되돌리기 위한 제2 압력 조정 밸브(33)가 설치된다.

제2 메인 통로(30)에 있어서의 제2 펌프(31)의 상류에는, 제2 메인 통로(30)의 압력을 검출하는 압력 검출기로서의 제3 압력계(35)가 설치된다. 제3 압력계(35)의 검출 결과는 컨트롤러(10)에 출력된다.

제2 압력 조정 밸브(33)는, 컨트롤러(10)로부터 출력되는 신호에 기초하여 개도가 제어된다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 제3 압력계(35)에 의해 검출된 압력이 ROM에 기억되어 미리 정해진 제2 설정값이 되도록, 제2 압력 조정 밸브(33)의 개도를 제어한다.

제2 메인 통로(30)에 있어서의 제2 펌프(31)의 하류에는 제해부(34)가 설치되고, 제2 펌프(31)에서 반송된 수소 가스는 제해부(34)에서 무해화되어 방출된다.

불소 가스 생성 장치(100)는, 전해조(1)의 용융염 중에 불소 가스의 원료인 불화수소를 공급하는 원료 공급 계통(5)도 구비한다. 이하에서는, 원료 공급 계통(5)에 대하여 설명한다.

원료 공급 계통(5)은, 전해조(1)에 보충하기 위한 불화수소가 저류된 불화수소 공급원(40)을 구비한다. 불화수소 공급원(40)과 전해조(1)는 원료 공급 통로(41)를 통하여 접속된다. 불화수소 공급원(40)에 저류된 불화수소는, 원료 공급 통로(41)를 통하여 전해조(1)의 용융염 중에 공급된다.

원료 공급 통로(41)에는, 불화수소의 공급 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(42)가 설치된다. 유량 제어 밸브(42)는, 컨트롤러(10)로부터 출력되는 신호에 기초하여 개도가 제어된다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 액면계(14)에 의해 검출된 용융염의 액면 레벨이 ROM에 기억되어 미리 정해진 소정 레벨이 되도록, 불화수소의 공급 유량을 제어한다. 즉, 유량 제어 밸브(42)는, 용융염 중에서 전기 분해된 불화수소를 보급하도록, 불화수소의 공급 유량을 제어한다.

원료 공급 통로(41)에는, 캐리어 가스 공급원(45)으로부터 공급되는 캐리어 가스를 원료 공급 통로(41) 내로 유도하는 캐리어 가스 공급 통로(46)가 접속된다. 캐리어 가스 공급 통로(46)에는, 캐리어 가스의 공급과 차단을 전환하는 차단 밸브(47)가 설치된다. 캐리어 가스는, 불화 수소를 전해조(1)의 용융염 중으로 유도하기 위한 가스이며, 불활성 가스인 질소 가스가 사용된다. 불소 가스 생성 장치(100)의 운전 시에는 차단 밸브(47)는 원칙 개방 상태이며, 질소 가스는 음극실(12)의 용융염 중으로 공급된다. 질소 가스는, 용융염 중에 거의 녹지 않고, 제2 기실(12a)로부터 부생 가스 처리 계통(3)을 통하여 배출된다. 또한, 캐리어 가스로서, 다른 불활성 가스, 예를 들면 아르곤 가스나 헬륨 가스를 사용하도록 해도 된다.

전해조(1)의 용융염 중에는 미량의 수분이 포함되어 있다. 이 수분은, 원료공급 통로(41)를 통하여 공급되는 불화수소와 함께 전해조(1) 내에 반입되거나, 캐리어 가스 공급 통로(46)를 통하여 원료 공급 통로(41)에 공급되는 질소 가스와 함께 전해조(1) 내에 반입되거나, 액면계(14)를 통하여 퍼지되는 질소 가스와 함께 전해조(1) 내에 반입되는 것이다. 또, 용융염 중에 포함되는 수분에는, 전해 중에 반입되는 수분 이외에, 당초부터 용융염 중에 혼입되어 있는 수분도 있다. 전해조(1)의 용융염 중의 수분 농도가 높은 상태에서 전해를 실시하면, 용융염 중의 수분과 탄소 전극이 반응함으로써 양극(7)의 표면이 산화되어, 양극 효과가 발생할 우려가 있다. 양극 효과란, 전기 분해의 계속이 불가능해질 때까지 전해 전압이 상승하는 현상을 말한다. 그래서, 전해조(1)에는, 샘플링 통로(58)를 통하여 용융염을 샘플링하고, 용융염 중의 수분 농도를 측정하는 수분 농도 측정 장치(59)가 설치된다. 수분 농도 측정 장치(59)에 의한 수분 농도의 측정은, 칼 피셔법이 사용된다.

또, 제1 메인 통로(15)에는, 샘플링 통로(60)를 통하여 불소 가스를 샘플링 하고, 불소와 용융염 중의 수분이 반응하여 생성되는 OF₂ 등의 반응 생성물의 농도를 측정하는 가스 농도 측정 장치(61)가 설치된다. 가스 농도 측정 장치(61)에는 적외 분광 광도계가 사용된다.

수분 농도 측정 장치(59) 및 가스 농도 측정 장치(61) 중 어느 일방만을 설치하도록 해도 된다.

다음으로, 도 2∼도 6을 참조하여, 컨트롤러(10)에 의해 실행되는 불소 가스 생성 장치(100)의 자동 운전 제어에 대하여 설명한다.

불소 가스 생성 장치(100)의 정지 상태에 있어서는, 제1 차단 밸브(74)가 개방 상태이며, 그 이외의 기동 밸브(70), 입구 밸브(22a, 22b), 출구 밸브(23a, 23b), 제2 차단 밸브(28), 및 제3 차단 밸브(57)는 폐쇄 상태이다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 전해조(1)의 기동 순서에 대하여 설명한다.

도 2에 나타내는 전해조(1)의 기동 플로우는, 오퍼레이터가 전해조(1)의 전원(9)의 스위치를 ON으로 함으로써 스타트한다.

단계 1에서는, 온도 조절 장치(65)가 기동하고, 가열 냉각 장치(67)로부터 전해조(1)의 재킷(66) 및 튜브에 증기가 공급된다. 이에 따라, 용융염의 온도가 상승한다.

단계 2에서는, 용융염의 온도가 소정 온도에 도달하였는지의 여부가 판정된다. 소정 온도에 도달했다고 판정된 경우에는 단계 3으로 진행된다. 소정 온도는, 예를 들면 용융염이 용해 상태가 되는 80℃로 설정된다. 용융염의 온도가 소정 온도에 도달한 후에는, 용융염의 온도는, 온도계(69)의 검출 결과에 기초하여, 가열 냉각 장치(67)에 의해 85∼95℃로 제어된다.

단계 3에서는, 유량 제어 밸브(42)에 의한 용융염의 액면 레벨 제어가 개시된다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 액면계(14)의 검출 결과에 기초하여, 용융염의 액면 레벨이 소정 레벨이 되도록, 유량 제어 밸브(42)의 개도를 제어하여 불화수소 공급원(40)으로부터 전해조(1)에 공급되는 불화수소의 유량을 조정한다. 소정 레벨은, 구획벽(6)의 하단부(下端部)보다 높고, 전극(7, 8)을 지지하는 지지체(도시 생략)보다 낮은 레벨로 설정된다.

단계 4에서는, 수분 농도 측정 장치(59)에 의한 용융염 중의 수분 농도의 측정이 행하여진다.

단계 5에서는, 수분 농도 측정 장치(59)에 의해 측정된 용융염 중의 수분 농도가 ROM에 기억되어 미리 정해진 기준 농도 이하인지의 여부가 판정된다. 기준 농도 이하라고 판정된 경우에는, 전해조(1)의 기동이 완료된다. 한편, 기준 농도를 넘는다고 판정된 경우에는 단계 6으로 진행된다. 기준 농도는, 양극 효과 발생의 방지, 즉 양극(7)의 보호의 관점에서 결정되고, 예를 들면 500wt．ppm으로 설정된다.

단계 6에서는, 양극(7)과 음극(8) 사이에 전원(9)으로부터 0.5∼5A/d㎡의 전류가 공급된다. 이에 따라, 양극(7)에서는 불소 가스가 생성되고, 그 불소 가스는 제1 메인 통로(15)로부터 분기 통로(72)를 통하여 배출되고 제해부(73)에서 무해화되어 방출된다.

단계 7에서는, 단계 6과 마찬가지로, 수분 농도 측정 장치(59)에 의해 측정된 용융염 중의 수분 농도가 기준 농도 이하인지의 여부가 판정된다. 기준 농도 이하라고 판정된 경우에는 단계 8로 진행된다. 양극(7)과 음극(8) 사이로의 통전은, 용융염 중의 수분 농도가 기준 농도 이하가 될 때까지 행하여진다.

단계 8에서는, 양극(7)과 음극(8) 사이로의 통전이 정지된다.

이상으로, 전해조(1)의 기동이 완료되고, 전해조(1)는 양극(7)과 음극(8)의 사이로의 통전이 가능한 스탠바이 상태가 된다.

수분 농도 측정 장치(59)에 의한 용융염 중의 수분 농도의 측정 대신, 가스 농도 측정 장치(61)에 의해 불소 가스 중의 OF₂ 등의 반응 생성물의 농도를 측정하도록 해도 된다. 그 경우에는, 상기 단계 3 후, 양극(7)과 음극(8) 사이에 전원(9)으로부터 0.5∼5A/d㎡의 전류를 공급하고, 양극(7)으로부터 생성되는 불소 가스 중의 반응 생성물의 농도를 측정한다. 그리고, 반응 생성물의 농도가 기준 농도 이하일 경우에는, 양극(7)과 음극(8) 사이로의 통전이 정지되고, 전해조(1)는 스탠바이 상태가 된다. 한편, 반응 생성물의 농도가 기준 농도를 넘는 경우에는, 양극(7)에서 생성되는 불소 가스를 분기 통로(72)를 통하여 배출하고, 반응 생성물의 농도가 기준 농도 이하가 된 경우에 양극(7)과 음극(8) 사이로의 통전이 정지된다.

다음으로, 도 1 및 도 3을 참조하여, 불소 가스의 공급 준비 순서에 대하여 설명한다.

도 3에 나타내는 불소 가스의 공급 준비 플로우는, 오퍼레이터가 가스 공급 준비 스위치를 ON으로 함으로써 스타트한다.

단계 11에서는, 양극(7)과 음극(8) 사이로의 예비 통전이 개시된다. 전류는 0A/d㎡에서 5A/d㎡까지 계단 형상으로 상승한다. 이것에 의해, 양극(7)에서는 불소 가스가 생성되고, 그 불소 가스는 제1 메인 통로(15)로부터 분기 통로(72)를 통하여 배출되고 제해부(73)에서 무해화되어 방출된다.

단계 12에서는, 제1 펌프(17)가 기동됨과 함께, 제1 압력 조정 밸브(19)에 의한 제1 메인 통로(15)의 압력 제어가 개시된다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 제1 압력계(13)의 검출 결과에 기초하여, 제1 메인 통로(15)에 있어서의 제1 펌프(17)의 상류 측의 압력이 제1 설정값이 되도록, 제1 압력 조정 밸브(19)의 개도를 제어하여 제1 압력 조정 밸브(19)를 통하여 환류하는 불소 가스 유량을 조정한다. 제1 설정값은, 예를 들면 100.5∼102.0kPa로 설정된다. 제1 압력계(13)의 검출 압력이 제1 설정값보다 작은 경우에는, 제1 펌프(17)의 흡입 측으로 환류하는 불소 가스 유량이 많아지도록, 제1 압력 조정 밸브(19)의 개도는 크게 설정된다. 또, 제1 압력계(13)의 검출 압력이 제1 설정값보다 큰 경우에는, 제1 펌프(17)의 흡입 측으로 환류하는 불소 가스 유량이 적어지도록, 제1 압력 조정 밸브(19)의 개도는 작게 설정된다. 여기서, 제1 압력계(13)의 검출 압력이 제1 설정값보다 작은 경우에 있어서, 버퍼 탱크(21)에 불소 가스가 축압된 상태에서는, 버퍼 탱크(21) 내의 불소 가스는 제1 펌프(17) 측으로 역류하여 제1 압력 조정 밸브(19)를 통하여 환류하게 된다.

단계 13에서는, 정제 장치(16) 중 한쪽 계통의 입구 밸브와 출구 밸브가 열린다. 여기서는, 제1 정제 장치(16a)의 입구 밸브(22a)와 출구 밸브(23a)가 열리고, 제1 정제 장치(16a)와 제1 펌프(17)가 접속된다.

단계 14에서는, 제2 차압계(71)에 의해 검출된 기동 밸브(70)의 전후의 압력차가 설정 범위 내인지의 여부가 판정된다. 설정 범위 내라고 판정된 경우에는 단계 16으로 진행된다. 한편, 설정 범위를 넘는다고 판정된 경우에는 단계 15로 진행된다.

단계 16에서는, 기동 밸브(70)가 열림과 함께 제1 차단 밸브(74)가 닫히고, 전해조(1)의 제1 기실(11a)과 제1 펌프(17)의 접속이 행하여진다. 이것에 의해, 양극(7)에서 생성된 불소 가스는, 제1 펌프(17)에 의해 반송되어 버퍼 탱크(21)로 유도된다.

단계 15에서는, 제2 차압계(71)에 의해 검출된 기동 밸브(70)의 전후의 압력차가 설정 범위 내가 되도록 제1 설정값의 변경이 행하여진다. 구체적으로는, 기동 밸브(70) 상류의 압력이 하류의 압력보다 큰 것에 의해 기동 밸브(70)의 전후 차압이 설정 범위를 넘고 있는 경우에는, 기동 밸브(70) 하류의 압력을 크게 하기 위하여 제1 설정값은 큰 값으로 변경된다. 이것에 의해, 제1 압력 조정 밸브(19)의 개도는 커지고, 기동 밸브(70)의 전후 차압은 작아진다. 한편, 기동 밸브(70) 상류의 압력이 하류의 압력보다 작은 것에 의해 기동 밸브(70)의 전후 차압이 설정 범위를 넘고 있는 경우에는, 기동 밸브(70) 하류의 압력을 작게 하기 위하여 제1 설정값은 작은 값으로 변경된다. 이것에 의해, 제1 압력 조정 밸브(19)의 개도는 작아지고, 기동 밸브(70)의 전후 차압은 작아진다. 제1 설정값의 변경은, 기동 밸브(70)의 전후 차압이 설정 범위 내라고 판정될 때까지 반복하여 행하여진다. 그리고, 설정 범위 내라고 판정된 경우에는, 단계 16으로 진행되고, 상기 서술한 바와 같이, 제1 기실(11a)과 제1 펌프(17)의 접속이 행하여진다. 설정 범위는, 전해조(1)의 사이즈에 달려 있지만, 예를 들면 500Pa로 설정된다.

이와 같이, 기동 밸브(70)의 개방, 즉 제1 기실(11a)과 제1 펌프(17)의 접속은, 기동 밸브(70)의 전후 차압이 설정 범위 내인 경우에 행하여진다. 따라서, 기동 밸브(70)가 열렸을 때에, 제1 기실(11a)의 불소 가스가 급격하게 기동 밸브(70)의 하류로 흘러들어 오는 것이 방지되기 때문에, 양극실(11)의 액면 레벨의 변동이 억제된다. 따라서, 제1 기실(11a)과 제1 펌프(17)의 접속을 안정적으로 행할 수 있다.

단계 17에서는, 제3 차단 밸브(57)가 열리고, 버퍼 탱크(21)의 불소 가스는, 제1 메인 통로(15)로부터 분기 통로(55)를 통하여 배출되고 제해부(56)에서 무해화되어 방출된다.

단계 18에서는, 유량 제어 밸브(27)에 의한 버퍼 탱크(21)의 압력 제어가 개시된다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 제2 압력계(24)의 검출 결과에 기초하여, 버퍼 탱크(21)의 압력이 설정 범위 내(기준 압력)가 되도록, 유량 제어 밸브(27)의 개도를 제어한다. 설정 범위는, 예를 들면 110∼400kPa의 범위로 설정된다. 이와 같이, 불소 가스의 공급 준비 순서에 있어서는, 유량 제어 밸브(27)는 불소 가스의 유량 제어가 아니라, 버퍼 탱크(21)의 압력 제어를 행하게 된다.

이상으로, 불소 가스의 공급 준비가 완료된다. 이것에 의해, 불소 가스 생성 장치(100)에서는, 양극(7)과 음극(8) 사이에 필요 최소한의 전류가 통전되고, 외부 장치(4)로의 불소 가스의 공급이 가능한 상태가 된다.

부생 가스 처리 계통(3)에 대해서도, 제2 기실(12a)과 제2 펌프(31)의 접속을 안정적으로 행하기 위하여, 불소 가스 공급 계통(2)과 마찬가지로, 제2 기실(12a)과 제2 펌프(31)의 사이에 기동 밸브 및 분기 통로를 설치하고, 상기 단계 12, 14, 15 및 16과 동일한 순서를 행하도록 하여도 된다. 또, 부생 가스 처리 계통(3)에 제2 펌프(31)를 설치하지 않고, 음극(8)에서 생성된 수소 가스가 제2 메인 통로(30)를 통하여 직접 배출되도록 해도 된다.

다음으로, 도 1 및 도 4를 참조하여, 불소 가스의 공급 순서, 및 불소 가스 생성 장치(100)의 통상 운전 시의 제어에 대하여 설명한다.

도 4에 나타내는 불소 가스의 공급 플로우 및 통상 운전 제어는, 오퍼레이터가 가스 공급 스위치를 ON으로 함으로써 스타트한다.

단계 21에서는, 유량 제어 밸브(27)가 버퍼 탱크(21)의 압력 제어로부터 불소 가스의 유량 제어로 이행한다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 유량계(26)에 의해 검출된 불소 가스의 유량이 목표 유량이 되도록, 유량 제어 밸브(27)의 개도를 제어한다. 이것에 의해, 유량계(26)에 의해 검출되는 불소 가스 유량과 목표 유량은, 대략 일치하게 된다.

단계 22에서는, 양극(7)과 음극(8) 사이의 전류 제어가 5A/d㎡ 일정 제어로부터 외부 장치(4)로의 불소 가스의 공급 유량에 따른 제어로 변경된다. 이 제어에 대하여 구체적으로 설명한다. 양극(7)과 음극(8) 사이에 통전하는 전류값과, 양극(7)에서 발생하는 불소 가스의 유량은, 이하에 나타내는 식의 관계가 있다.

여기서, 전류 효율을 95%라고 하면, 불소 가스의 유량은, 이하에 나타내는 식으로 구해진다.

상기 (2)식은 컨트롤러(10)의 ROM에 기억되어 있다. 컨트롤러(10)는, 상기 (2)식을 사용하여, 불소 가스의 목표 유량에 상당하는 전류값을 연산하고, 이 연산한 전류값이 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급되도록 전원(9)을 제어한다. 이것에 의해, 양극(7)에서는, 외부 장치(4)로 공급되는 불소 가스 유량에 상당하는 불소 가스가 생성되게 된다.

단계 23에서는, 제2 차단 밸브(28)가 열림과 함께 제3 차단 밸브(57)가 닫힌다. 이것에 의해, 버퍼 탱크(21)의 불소 가스는 외부 장치(4)로 공급되고, 통상 운전으로 이행한다. 이하에서는, 통상 운전의 제어에 대하여 설명한다.

단계 24에서는, 오퍼레이터에 의한 불소 가스의 목표 유량의 변경이 있는지의 여부가 판정된다. 목표 유량의 변경이 있다고 판정된 경우에는 단계 25로 진행되고, 상기 (2)식을 이용하여, 변경된 목표 유량에 상당하는 전류값이 재연산된다. 재연산된 전류값은 전원(9)으로 출력되고, 전원(9)은 양극(7)과 음극(8) 사이에 그 재연산된 전류값을 공급한다. 여기서, 재연산된 전류값이 전원(9)의 현상(現狀)의 전류값보다 높은 경우에는, 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급하는 전류값을 소정의 상승 속도로 재연산된 전류값까지 상승시킨다. 한편, 재연산된 전류값이 전원(9)의 현상의 전류값보다 낮은 경우에는, 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급하는 전류값을 재연산된 전류값까지 한번에 저하시킨다.

양극(7)과 음극(8) 사이에 공급되는 전류값에는 최저 전류값이 설정된다. 최저 전류값은, 예를 들면 0.5A/d㎡ 정도로 설정된다. 따라서, 목표 유량이 0L/min이어도, 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급되는 전류값은 최저 전류값보다 저하되지 않도록 제어된다. 단, 유량계(26)에 의해 검출되는 불소 가스 유량이 일정 시간 0L/min의 상태가 계속된 경우에는, 후술하는 불소 가스의 공급 정지(도 5 참조)가 실행된다.

단계 22 및 25에서는, 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급하는 전류값으로서, 상기 (2)식을 이용하여, 불소 가스의 목표 유량에 상당하는 전류값을 연산한다고 설명하였다. 그러나, 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급하는 전류값으로서, 상기 (2)식을 이용하여, 유량계(26)에 의해 검출된 불소 가스 유량에 상당하는 전류값을 연산하도록 해도 된다. 즉, 상기 (2)식의 유량(L/min)을, 불소 가스의 목표 유량이 아니라, 유량계(26)에 의해 검출된 불소 가스 유량으로서 연산하도록 해도 된다. 이렇게 하여 전류값을 연산하면, 외부 장치(4)로 공급되는 불소 가스 유량이 연속적으로 변화되는 경우에는, 그것에 대응하여 전극(7)에서 생성되는 불소 가스의 유량을 제어하는 것이 가능해진다.

단계 25에서 전류값이 재연산된 후, 단계 26으로 진행된다. 또, 단계 24에서 목표 유량의 변경이 없다고 판정된 경우에는, 전류값의 재연산을 행하지 않고 단계 26으로 진행된다. 단계 22 및 단계 25에서 설명한 바와 같이, 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급되는 전류값은 불소 가스의 목표 유량에 기초하여 연산되기 때문에, 양극(7)에서는, 외부 장치(4)로 공급되는 불소 가스 유량에 상당하는 불소 가스가 생성되게 된다. 즉, 버퍼 탱크(21)로부터 외부 장치(4)로 공급되는 불소 가스는 양극(7)에서 생성되는 불소 가스에 의해 보충되기 때문에, 이론적으로는, 버퍼 탱크(21)의 압력은 항상 일정하게 유지되게 된다. 그러나, 상기 (1)식 중의 전류 효율은 85∼99% 정도의 범위에서 변동되기 때문에, 버퍼 탱크(21)로부터 외부 장치(4)로 공급되는 불소 가스 유량과 양극(7)에서 생성되는 불소 가스 유량에 차이가 생길 가능성이 있다. 그 경우에는, 버퍼 탱크(21)의 압력은 일정하게 유지되지 않고 변동된다.

그래서, 단계 26에서는, 제2 압력계(24)에 의해 검출된 버퍼 탱크(21)의 압력이 설정 범위 외인지의 여부가 판정된다. 설정 범위 외라고 판정된 경우에는 단계 27로 진행되고, 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급하는 전류값의 보정이 행하여진다. 구체적으로는, 버퍼 탱크(21)의 압력이, 설정 범위보다 큰 경우에는 단계 22 또는 단계 25에서 연산된 전류값이 작아지도록 보정된다. 예를 들면, 연산된 전류값의 90% 정도로 보정된다. 한편, 버퍼 탱크(21)의 압력이, 설정 범위보다 작은 경우에는 단계 22 또는 단계 25에서 연산된 전류값이 커지도록 보정된다. 예를 들면, 연산된 전류값의 110% 정도로 보정된다. 이처럼, 단계 27에서는, 연산된 전류값이 제2 압력계(24)의 검출 결과에 기초하여 보정된다. 즉, 연산된 전류값은, 버퍼 탱크(21)의 압력이 설정 범위 내(기준 압력)로 유지되도록, 제2 압력계(24)의 검출 결과와 설정 범위(기준 압력)의 비교에 기초하여 보정된다. 설정 범위는, 예를 들면, 110∼400kPa의 범위로 설정된다.

단계 27에서 전류값이 보정된 후, 단계 28로 진행된다. 또, 단계 26에서 버퍼 탱크(21)의 압력이 설정 범위 외가 아니라고 판정된 경우에는, 전류값의 보정을 행하지 않고 단계 28로 진행된다. 제1 압력 조정 밸브(19)의 개도는 제1 압력계(13)에 의해 검출된 압력이 제1 설정값이 되도록 제어되고, 제2 압력 조정 밸브(33)의 개도는 제3 압력계(35)에 의해 검출된 압력이 제2 설정값이 되도록 제어된다. 제1 설정값과 제2 설정값은, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력이 동등해지도록, 즉, 양 실에 압력차가 생기지 않는 값으로 설정된다. 따라서, 기본적으로는, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차는 커지지 않도록 제어된다. 그러나, 계기 오차 등에 의해 제1 압력계(13) 및 제3 압력계(35)가 나타내는 압력과 실제의 압력에 차이가 생긴 경우나, 제1 압력계(13), 제3 압력계(35)로부터 전해조(1)까지의 압력 손실이 경년(經年) 변화된 경우 등에는, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차가 커질 가능성이 있다. 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차는 양극실(11)과 음극실(12)의 액면 레벨의 차이에 큰 영향을 미치고, 양 실의 액면 레벨의 차이가 커지면, 제1 기실(11a)의 불소 가스와 제2 기실(12a)의 수소 가스가 혼촉하여 반응할 우려가 있다.

그래서, 단계 28에서는, 제1 차압계(20)에 의해 검출된 제1 기실(11a)과 제2기실(12a)의 압력차가 설정 범위 외인지의 여부가 판정된다. 설정 범위 외라고 판정된 경우에는 단계 29로 진행되고, 제1 차압계(20)에 의해 검출된 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차가 ROM에 기억되어 미리 정해진 설정 범위가 되도록 제1 설정값 또는 제2 설정값의 변경이 행하여진다. 구체적으로는, 제1 기실(11a)의 압력이 제2 기실(12a)의 압력보다 큰 것에 의해 양 실의 차압이 설정 범위를 넘고 있는 경우에는, 제1 기실(11a)의 압력을 작게 하기 위하여 제1 설정값이 작은 값으로 변경되거나, 또는 제2 기실(12a)의 압력을 크게 하기 위하여 제2 설정값이 큰 값으로 변경된다. 이것에 의해, 제1 압력 조정 밸브(19)의 개도가 작아지거나, 또는 제2 압력 조정 밸브(33)의 개도가 커지고, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차는 작아진다. 한편, 제1 기실(11a)의 압력이 제2 기실(12a)의 압력보다 작은 것에 의해, 양 실의 차압이 설정 범위를 넘고 있는 경우에는, 제1 기실(11a)의 압력을 크게 하기 위하여 제1 설정값이 큰 값으로 변경되거나, 또는 제2 기실(12a)의 압력을 작게 하기 위하여 제2 설정값이 작은 값으로 변경된다. 이것에 의해, 제1 압력 조정 밸브(19)의 개도가 커지거나, 또는 제2 압력 조정 밸브(33)의 개도가 작아지고, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차는 작아진다. 이 대신, 제1 설정값 및 제2 설정값의 쌍방을 동시에 변경하도록 해도 된다. 즉, 단계 29에서는, 제1 설정값 및 제2 설정값의 적어도 일방의 변경이 행하여진다. 제1 설정값 및 제2 설정값의 변경은, 양 실의 차압이 설정 범위 내라고 판정될 때까지 반복하여 행하여진다. 그리고, 설정 범위 내라고 판정된 경우에는 단계 30으로 진행된다. 설정 범위는, 전해조(1)의 사이즈에 달려 있지만, 예를 들면 500Pa로 설정된다.

이와 같이, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차는 제1 설정값 및 제2 설정값을 변경함으로써 설정 범위 내가 되도록 제어되기 때문에, 계기 오차 등에 의해 제1 압력계(13) 및 제3 압력계(35)가 나타내는 압력과 실제의 압력에 차이가 생긴 경우나, 제1 압력계(13), 제3 압력계(35)로부터 전해조(1)까지의 압력 손실이 경년 변화된 경우에도, 양극실(11)과 음극실(12)의 액면 레벨에 차이가 생기는 것이 억제되어, 전해조(1)의 액면 레벨 제어를 안정적으로 행할 수 있다.

이상의 단계 28에서는, 제1 설정값 및 제2 설정값의 적어도 일방을 변경하는 경우에 대하여 설명하였지만, 제1 설정값만을 변경함으로써, 제1 기실(11a)과 제2기실(12a)의 압력차가 설정 범위 내가 되도록 제어하도록 해도 된다.

또, 제1 압력계(13)는, 제1 메인 통로(15)에 있어서의 제1 펌프(17)의 상류 측의 압력을 검출하는 것이며, 제1 기실(11a)의 압력을 직접 검출하는 것은 아니다. 또, 마찬가지로, 제3 압력계(35)는, 제2 메인 통로(30)에 있어서의 제2 펌프(31)의 상류 측의 압력을 검출하는 것이며, 제2 기실(12a)의 압력을 직접 검출하는 것은 아니다. 그래서, 제1 압력계(13), 제3 압력계(35)로부터 전해조(1)까지의 압력 손실의 경년 변화가 미치는 영향을 없애기 위하여, 전해조(1)의 양극실(11) 및 음극실(12)의 각각 제1 기실(11a) 및 제2 기실(12a)의 압력을 직접 검출하는 압력계를 설치하고, 이 압력계의 검출 결과가 제1 설정값 및 제2 설정값이 되도록 제1 압력 조정 밸브(19) 및 제2 압력 조정 밸브(33)의 개도를 제어하도록 해도 된다. 단, 이 경우도, 계기 오차 등에 의해 압력계가 나타내는 압력과 실제의 기실의 압력에 차이가 생기는 경우가 일어날 수 있기 때문에, 단계 28 및 29와 같이, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차가 설정 범위 내가 되도록 제1 설정값 및 제2 설정값의 변경을 행하는 것은 유효하다.

단계 30에서는, 제3 차압계(53)에 의해 검출된 정제 장치(16)의 전후 차압이 설정값에 도달했는지의 여부가 판정된다. 설정값에 도달하지 않았다고 판정된 경우에는 단계 24로 돌아간다. 한편, 설정값에 도달했다고 판정된 경우에는 단계 31로 진행된다.

단계 31에서는, 제1 정제 장치(16a)의 가스 통과부(50) 내에서 응고된 불화수소의 축적량이 소정량에 도달했다고 판단되어, 제1 정제 장치(16a)로부터 제2 정제 장치(16b)로의 운전 전환이 행하여진다. 구체적으로는, 정지 중의 제2 정제 장치(16b)의 입구 밸브(22b)와 출구 밸브(23b)를 연 후, 운전 중의 제1 정제 장치(16a)의 입구 밸브(22a)와 출구 밸브(23a)를 닫고 운전 전환이 행하여진다. 정제 장치(16)의 운전 전환 완료 후, 단계 24로 돌아간다.

통상 운전 동안, 단계 24∼단계 31이 반복된다.

다음으로, 도 1 및 도 5를 참조하여, 불소 가스의 공급 정지 순서에 대하여 설명한다.

도 5에 나타내는 불소 가스의 공급 정지 플로우는, 오퍼레이터가 가스 공급 스위치를 OFF로 함으로써 스타트한다. 또, 상기 단계 24에서 설명한 바와 같이, 유량계(26)에 의해 검출되는 불소 가스 유량이 일정 시간 0L/min의 상태가 계속된 경우, 즉 외부 장치(4)로의 불소 가스 공급 유량이 일정 시간 0L/min의 상태가 계속된 경우에도, 도 5에 나타내는 불소 가스의 공급 정지 플로우가 스타트된다.

단계 41에서는, 제3 차단 밸브(57)가 열림과 함께 제2 차단 밸브(28)가 닫힌다. 이것에 의해, 외부 장치로의 불소 가스의 공급이 정지되고, 버퍼 탱크(21)의 불소 가스는 분기 통로(55)를 통하여 배출되고 제해부(56)에서 무해화되어 방출된다.

단계 42에서는, 유량 제어 밸브(27)가 불소 가스의 유량 제어로부터 버퍼 탱크(21)의 압력 제어로 이행한다. 구체적으로는, 컨트롤러(10)는, 제2 압력계(24)의 검출 결과에 기초하여, 버퍼 탱크(21)의 압력이 설정 범위 내가 되도록, 유량 제어 밸브(27)의 개도를 제어한다.

단계 43에서는, 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급하는 전류값이 5A/d㎡까지 저하된다. 또한, 유량계(26)에 의해 검출되는 불소 가스 유량이 일정 시간 0L/min의 상태가 계속된 결과, 불소 가스 공급 정지 플로우가 진행된 경우에는, 이 단계 43은 스킵된다.

단계 44에서는, 제1 차단 밸브(74)가 열림과 함께 기동 밸브(70)가 닫힌다.이것에 의해, 양극(7)에서 생성된 불소 가스는 분기 통로(72)를 통하여 배출되고 제해부(73)에서 무해화되어 방출된다.

단계 45에서는, 양극(7)과 음극(8) 사이의 통전이 정지된다.

단계 46에서는, 운전 중의 제2 정제 장치(16b)의 입구 밸브(22b)와 출구 밸브(23b)가 닫히고, 정제 장치(16)가 정지된다.

단계 47에서는, 제1 펌프(17)가 정지되고, 제1 압력 조정 밸브(19)에 의한 제1 메인 통로(15)의 압력 제어가 정지된다.

단계 48에서는, 제3 차단 밸브(57)가 닫히고, 유량 제어 밸브(27)에 의한 버퍼 탱크(21)의 압력 제어가 정지된다.

이상으로, 불소 가스의 공급 정지가 완료되고, 전해조(1)는 스탠바이 상태가 된다.

다음으로, 도 1 및 도 6을 참조하여, 전해조(1)의 정지 순서에 대하여 설명한다. 전해조(1)의 정지는, 불소 가스 생성 장치(100)를 장기간 정지시키는 경우에 행하여진다.

도 6에 나타내는 전해조(1)의 정지 플로우는, 오퍼레이터가 전해조(1)의 전원(9)의 스위치를 OFF로 함으로써 스타트한다.

단계 51에서는, 온도 조절 장치(65)가 정지되고, 용융염의 온도 제어가 정지된다.

단계 52에서는, 유량 제어 밸브(42)가 닫히고, 불화수소 공급원(40)으로부터 전해조(1)로의 불화수소의 공급이 정지된다. 이것에 의해, 용융염의 액면 레벨 제어가 정지된다.

단계 53에서는, 수분 농도 측정 장치(59)에 의한 용융염 중의 수분 농도 측정이 정지된다. 수분 농도 측정 장치(59) 대신 가스 농도 측정 장치(61)를 사용하는 경우에는, 가스 농도 측정 장치(61)에 의한 불소 가스 중의 반응 생성물의 농도 측정이 정지된다.

이상으로, 전해조(1)의 정지가 완료된다. 이것에 의해, 불소 가스 생성 장치(100)의 정지가 완료된다.

이상의 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 작용 효과를 갖는다.

전원(9)으로부터 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급되는 전류값은 버퍼 탱크(21)로부터 외부 장치(4)로 공급되는 불소 가스 유량에 기초하여 연산되고, 그 연산된 전류값은 버퍼 탱크(21)의 압력에 기초하여 보정되기 때문에, 불소 가스를 외부 장치(4)로 안정적으로 자동 공급할 수 있다.

또, 불소 가스 생성 장치(100)의 기동 시에는, 컨트롤러(10)는, 제2 차압계 (71)에 의해 검출된 압력차가 미리 정해진 설정 범위 내가 되도록 제1 설정값을 변경하고, 압력차가 설정 범위 내가 된 경우에 기동 밸브(70)를 연다. 이처럼, 상류와 하류의 압력차가 작은 상태로 기동 밸브(70)의 개방이 행하여지고, 제1 기실(11a)과 제1 펌프(17)의 접속이 행하여진다. 따라서, 불소 가스 생성 장치(100)의 기동 시에 있어서, 전해조(1)의 액면 레벨의 변동을 억제할 수 있다.

또, 불소 가스 생성 장치(100)의 통상 운전 시에는, 컨트롤러(10)는, 제1 압력계(13)에 의해 검출된 압력이 미리 정해진 제1 설정값이 되도록 제1 압력 조정 밸브(19)의 개도를 제어함과 함께, 제1 차압계(20)에 의해 검출된 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차가 미리 정해진 설정 범위 내가 되도록 제1 설정값 또는 제2 설정값을 변경한다. 따라서, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)의 압력차가 커지는 것이 방지되어, 전해조(1)의 액면 레벨 제어를 안정적으로 행할 수 있다.

이와 같이, 불소 가스 생성 장치(100)에서는, 기동 시 및 통상 운전 시에 있어서의 전해조(1)의 액면 레벨 변동을 최소한으로 억제하기 위하여, 제1 메인 통로(15), 제1 기실(11a), 및 제2 기실(12a)의 압력이 고정밀도로 제어된다.

본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적인 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변경을 이룰 수 있는 것은 명백하다.

예를 들면, 도 1에서는, 기기나 밸브마다 컨트롤러(10)를 도시하였지만, 각 계기의 검출 결과를 1개의 컨트롤러에 출력하고, 그 1개의 컨트롤러에서 각 기기 및 각 밸브의 동작을 제어하도록 해도 된다.

또, 상기 실시 형태에서는, 정제 장치(16)가 불소와 불화수소의 비등점의 차이를 이용하여, 불소 가스로부터 불화수소 가스를 분리하여 제거하는 심랭 정제 장치인 경우에 대하여 설명하였다. 정제 장치(16)로서, 심랭(深冷) 정제 장치 대신, 불소 가스 중의 불화수소 가스를 불화 나트륨(NaF) 등의 흡착제에 흡착시켜서 불소 가스로부터 불화수소 가스를 분리하여 제거하는 장치를 사용하도록 해도 된다.

본원은 2010년 4월 16일에 일본국 특허청에 출원된 특허 출원 제2010-95219호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (1)

1. 용융염 중의 불화수소를 전기 분해함으로써, 불소 가스를 생성하는 불소 가스 생성 장치로서,
   용융염에 침지된 양극에서 생성된 불소 가스를 포함하는 주생(主生) 가스가 유도되는 제1 기실(氣室)과, 용융염에 침지된 음극에서 생성된 수소 가스를 포함하는 부생(副生) 가스가 유도되는 제2 기실이 용융염 액면 상에 분리되어 구획된 전해조와,
   상기 제1 기실에 접속되고, 상기 전해조의 상기 양극에서 생성된 주생 가스를 외부 장치로 공급하기 위한 메인 통로와,
   상기 메인 통로에 설치되고, 상기 제1 기실로부터 주생 가스를 도출하여 반송하는 반송 기기와,
   상기 메인 통로에 있어서의 상기 반송 기기의 상류 측의 압력을 검출하는 압력 검출기와,
   상기 반송 기기의 토출 측과 흡입 측을 접속하는 환류 통로와,
   상기 환류 통로에 설치되고, 상기 반송 기기로부터 토출된 주생 가스를 당해반송 기기의 흡입 측으로 되돌리기 위한 압력 조정 밸브와,
   상기 압력 검출기에 의해 검출된 압력이 미리 정해진 설정값이 되도록, 상기 압력 조정 밸브의 개도(開度)를 제어하는 제어 장치와,
   상기 메인 통로에 있어서의 상기 압력 검출기의 상류 측에 설치되고, 불소 가스 생성 장치의 기동 시에 밸브를 열어 상기 양극에서 생성된 주생 가스의 유통을 허용하는 기동 밸브와,
   밸브 폐쇄 상태에서의 상기 기동 밸브의 전후의 압력차를 검출하는 차압 검출기를 구비하고,
   불소 가스 생성 장치의 기동 시에는, 상기 제어 장치는, 상기 차압 검출기에 의해 검출된 압력차가 미리 정해진 설정 범위 내가 되도록 상기 설정값을 변경하고, 당해 압력차가 상기 설정 범위 내가 된 경우에 상기 기동 밸브를 여는 불소 가스 생성 장치.

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