KR101410861B1 - 불소 가스 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

용융염에 침지된 양극에서 생성된 불소 가스를 주성분으로 하는 주생 가스가 유도되는 제1 기실과, 용융염에 침지된 음극에서 생성된 수소 가스를 주성분으로 하는 부생 가스가 유도되는 제2 기실이 용융염 액면상에 분리되어 구획된 전해조와, 전해조의 용융염으로부터 기화되어 양극으로부터 생성된 주생 가스에 혼입된 불화수소 가스를 냉매를 사용하여 응고시키고 포집하여 불소 가스를 정제하는 정제 장치를 구비하고, 정제 장치에서 불화수소 가스의 응고를 위하여 사용되고 배출된 냉매는, 불소 가스 생성 장치의 각 부분에서 사용되는 유틸리티 가스로서 재이용된다.

Description

불소 가스 생성 장치{FLUORINE GAS GENERATING APPARATUS}
본 발명은, 불소 가스 생성 장치에 관한 것이다.
종래의 불소 가스 생성 장치로서, 전해조를 사용하여, 전기 분해에 의해 불소 가스를 생성하는 장치가 알려져 있다.
JP2004-43885A에는, 불화수소를 포함하는 용융염으로 이루어지는 전해욕 중에서 불화수소를 전해하는 전해조를 구비하고, 양극 측의 제1 기상 부분에 불소 가스를 주성분으로 하는 프로덕트 가스를 발생시킴과 함께, 음극 측의 제2 기상 부분에 수소 가스를 주성분으로 하는 부생 가스를 발생시키는 불소 가스 생성 장치가 개시되어 있다.
이 종류의 불소 가스 생성 장치에서는, 전해조의 양극으로부터 발생하는 불소 가스에 용융염으로부터 기화된 불화수소 가스가 혼입된다. 그 때문에, 양극으로부터 발생하는 가스로부터 불화수소를 분리하여 불소 가스를 정제할 필요가 있다.
JP2004-39740A에는, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 냉각하고, 쌍방의 비등점의 차이를 이용하여 분리하는 장치가 개시되어 있다.
JP2004-39740A에 기재된 바와 같은 불소 가스를 정제하는 장치에 있어서는, 냉매로서 사용되는 액체 질소 등은, 정제의 과정에서 대기 중으로 방출되어 유효하게 이용되고 있지 않다.
본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 불소 가스의 정제에 사용되는 냉매를 유효하게 이용하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 용융염 중의 불화수소를 전기 분해함으로써, 불소 가스를 생성하는 불소 가스 생성 장치로서, 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(副生) 가스가 유도되는 제2 기실이 용융염 액면 상에 분리되어 구획된 전해조와, 상기 전해조의 용융염으로부터 기화되어 상기 양극으로부터 생성된 주생 가스에 혼입된 불화수소 가스를 냉매를 사용하여 응고시키고 포집하여 불소 가스를 정제하는 정제 장치를 구비하고, 상기 정제 장치에서 불화수소 가스의 응고를 위하여 사용되고 배출된 상기 냉매는, 불소 가스 생성 장치의 각 부분에서 사용되는 유틸리티 가스로서 재이용된다.
본 발명에 의하면, 정제 장치에서 불화수소 가스의 응고를 위하여 사용되고 배출된 냉매는 불소 가스 생성 장치의 각 부분에서 사용되는 유틸리티 가스로서 재이용되기 때문에, 불소 가스의 정제에 사용되는 냉매를 유효하게 이용할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관련된 불소 가스 생성 장치를 나타내는 계통도이다.
도 2는, 정제 장치의 계통도이다.
도 3은, 정제 장치의 인너 튜브 내의 압력과 온도의 시간 변화를 나타내는 그래프도이며, 실선이 압력을 나타내고, 일점 쇄선이 온도를 나타낸다.
도 4는, 질소 회수 설비의 계통도이다.
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)로서는, 예를 들면, 반도체 제조 장치이며, 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 수반하여 생성된 부생 가스를 처리하는 부생 가스 처리 계통(3)을 구비한다.
먼저, 전해조(1)에 대하여 설명한다.
전해조(1)에는, 불화수소(HF)를 포함하는 용융염이 저류된다. 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. 이와 같이, 제1 기실(11a)과 제2 기실(12a)은, 불소 가스와 수소 가스의 혼촉(混觸)에 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 연통하고 있다.
KF·2HF의 융점은 71.7℃이기 때문에, 용융염의 온도는 90∼100℃로 조절된다. 전해조(1)의 양극(7) 및 음극(8)으로부터 생성된 불소 가스 및 수소 가스의 각각에는, 용융염으로부터 불화수소가 증기압분만큼 기화되어 혼입된다. 이와 같이, 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(13)가 설치된다. 액면계(13)는, 전해조(1) 내에 삽입된 삽입관(13a)을 통하여 일정 유량의 질소 가스를 용융염 중에 퍼지했을 때의 배압을 검지하고, 그 배압과 용융염의 액 비중으로부터 액면 레벨을 검출하는 배압식 액면계이다.
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 제1 펌프(17)가 설치된다. 제1 펌프(17)에는, 벨로우즈 펌프나 다이어프램 펌프 등의 용적형 펌프가 사용된다.
제1 메인 통로(15)에 있어서의 제1 펌프(17)의 상류에는, 주생 가스에 혼입된 불화수소 가스를 포집하여 불소 가스를 정제하는 정제 장치(16)가 설치된다. 정제 장치(16)는, 불소와 불화수소의 비등점의 차이를 이용하여, 불소 가스로부터 불화수소 가스를 분리하여 제거하는 장치이다. 정제 장치(16)는, 병렬로 설치된 제1 정제 장치(16a)와 제2 정제 장치(16b)의 2개의 계통으로 이루어지고, 어느 일방의 계통만을 불소 가스가 통과하도록 전환된다. 즉, 제1 정제 장치(16a) 및 제2 정제 장치(16b) 중 일방이 운전 상태인 경우에는, 타방은 정지 또는 대기 상태가 된다. 정제 장치(16)에 대해서는, 나중에 상세히 설명한다.
제1 메인 통로(15)에 있어서의 제1 펌프(17)의 하류에는, 제1 펌프(17)에 의해 반송된 불소 가스를 저류하기 위한 제1 버퍼 탱크(21)가 설치된다. 제1 버퍼 탱크(21)에 저류된 불소 가스는 외부 장치(4)로 공급된다.
제1 버퍼 탱크(21)의 하류에는, 외부 장치(4)로 공급되는 불소 가스의 유량을 검출하는 유량계(26)가 설치된다. 전원(9)은, 유량계(26)의 검출 결과에 기초하여, 양극(7)과 음극(8) 사이에 공급되는 전류값을 제어한다. 구체적으로는, 외부 장치(4)로 공급된 불소 가스를 보충하도록, 양극(7)에 있어서의 불소 가스의 생성량을 제어한다.
이와 같이, 외부 장치(4)로 공급된 불소 가스는 보충되도록 제어되고, 제1 버퍼 탱크(21)의 내부 압력은 대기압보다 높은 압력으로 유지된다. 이에 대하여, 불소 가스가 사용되는 외부 장치(4) 측은 대기압이기 때문에, 외부 장치(4)에 설치되는 밸브를 열면, 제1 버퍼 탱크(21)와 외부 장치(4) 사이의 압력차에 의해, 제1 버퍼 탱크(21)로부터 외부 장치(4)로 불소 가스가 공급되게 된다.
제1 버퍼 탱크(21)에는 분기 통로(22)가 접속되고, 분기 통로(22)에는 제1 버터 탱크(21)의 내부 압력을 제어하는 압력 조정 밸브(23)가 설치된다. 또, 제1 버퍼 탱크(21)에는, 내부 압력을 검출하는 압력계(24)가 설치된다. 압력 조정 밸브(23)는, 압력계(24)의 검출 결과에 기초하여, 제1 버퍼 탱크(21)의 내부 압력이 미리 정해진 소정 압력을 넘지 않도록 제어한다. 구체적으로는, 제1 버퍼 탱크(21)의 내부 압력이 1.0MPa를 넘은 경우에는 밸브를 열어, 제1 버퍼 탱크(21) 내의 불소 가스를 배출한다.
분기 통로(22)에 있어서의 압력 조정 밸브(23)의 하류에는, 제1 버퍼 탱크(21)로부터 배출된 불소 가스를 저류하기 위한 제2 버퍼 탱크(50)가 설치된다. 즉, 제1 버퍼 탱크(21)의 내부 압력이 소정 압력을 넘은 경우에는, 압력 조정 밸브(23)을 통하여 제1 버퍼 탱크(21) 내의 불소 가스가 배출되고, 그 배출된 불소 가스가 제2 버퍼 탱크(50)로 유도된다. 제2 버퍼 탱크(50)는, 제1 버퍼 탱크(21)와 비교하여 용적이 작다.
분기 통로(22)에 있어서의 제2 버퍼 탱크(50)의 하류에는, 제2 버퍼 탱크(50)의 내부 압력을 제어하는 압력 조정 밸브(51)가 설치된다. 또, 제2 버퍼 탱크(50)에는, 내부 압력을 검출하는 압력계(52)가 설치된다. 압력 조정 밸브(51)는, 압력계(52)의 검출 결과에 기초하여, 제2 버퍼 탱크(50)의 내부 압력이 미리 정해진 소정 압력이 되도록 제어한다. 제2 버퍼 탱크(50)로부터 압력 조정 밸브(51)를 통하여 배출된 불소 가스는, 제해부(53)에서 무해화되어서 방출된다. 제2 버퍼 탱크(50)에는, 불소 가스를 정제 장치(16)로 공급하는 불소 가스 공급 통로(54)가 접속된다.
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 제2 펌프(31)가 설치된다.
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 무해화되어서 방출된다.
불소 가스 생성 장치(100)는, 전해조(1)의 용융염 중에 불소 가스의 원료인 불화 수소를 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, 액면계(13)의 검출 결과에 기초하여, 전해조(1)의 용융염의 액면 레벨이 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.
또, 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, 불화수소 공급원(40)에 저류된 불화수소를 전해조(1)의 용융염 중으로 유도하기 위한 동반 가스이며, 불활성 가스인 질소 가스가 사용된다. 불소 가스 생성 장치(100)의 운전 시에는, 차단 밸브(47)는 원칙적으로 열린 상태이며, 질소 가스는 전해조(1)의 음극실(12)의 용융염 중에 공급된다. 질소 가스는, 용융염 중에는 거의 녹지 않고, 제2 기실(12a)로부터 부생 가스 처리 계통(3)을 통하여 배출된다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 정제 장치(16)에 대하여 설명한다.
제1 정제 장치(16a)와 제2 정제 장치(16b)는 동일한 구성이기 때문에, 이하에서는, 제1 정제 장치(16a)를 중심으로 설명하고, 제2 정제 장치(16b)에 대해서는 제1 정제 장치(16a)와 동일한 구성에는 도면 중에 동일한 숫자의 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 제1 정제 장치(16a)의 구성에는 부호에 「a」를 붙이고, 제2 정제 장치(16b)의 구성에는 부호에 「b」를 붙여서 구별한다.
제1 정제 장치(16a)는, 불화수소 가스를 포함하는 불소 가스가 유입되는 가스 유입부로서의 인너 튜브(61a)와, 불소 가스에 혼입된 불화수소 가스가 응고하는 한편, 불소 가스는 인너 튜브(61a)를 통과하도록, 불소의 비등점 이상이면서 불화수소의 융점 이하의 온도로 인너 튜브(61a)를 냉각하는 냉각 장치(70a)를 구비한다.
인너 튜브(61a)는, 바닥이 있는 통 형상 부재이며, 상부 개구는 덮개 부재(62a)로 봉지(封止)된다. 인너 튜브(61a)의 덮개 부재(62a)에는, 인너 튜브(61a) 내에 양극(7)에서 생성된 불소 가스를 유도하는 입구 통로(63a)가 접속된다. 입구 통로(63a)는, 제1 메인 통로(15)가 2개로 갈라진 것 중 일방이며, 타방의 입구 통로(63b)는, 제2 정제 장치(16b)의 인너 튜브(61b)에 접속된다. 입구 통로(63a)에는, 인너 튜브(61a)로의 불소 가스의 유입을 허용 또는 차단하는 입구 밸브(64a)가 설치된다.
인너 튜브(61a)의 덮개 부재(62a)의 내면에는, 인너 튜브(61a) 내에 하수(下垂)되어 설치된 도관(67a)이 연결된다. 도관(67a)은, 하단(下端) 개구부가 인너 튜브(61a)의 바닥부 근방에 위치하는 길이로 형성된다. 도관(67a)의 상단(上端)부는, 덮개 부재(62a)에 접속되고 인너 튜브(61a)로부터 불소 가스를 배출하기 위한 출구 통로(65a)에 접속된다. 따라서, 인너 튜브(61a) 내의 불소 가스는, 도관(67a) 및 출구 통로(65a)를 통하여 외부로 유출된다. 출구 통로(65a)에는, 인너 튜브(61a)로부터의 불소 가스의 유출을 허용 또는 차단하는 출구 밸브(66a)가 설치된다. 출구 통로(65a)는, 제2 정제 장치(16b)의 출구 통로(65b)와 합류하여 제1 펌프(17)에 연결되어 있다.
이와 같이, 양극(7)에서 생성된 불소 가스는, 입구 통로(63a)를 통하여 인너 튜브(61a)에 유입되고, 도관(67a) 및 출구 통로(65a)를 통하여 인너 튜브(61a)로부터 유출된다.
제1 정제 장치(16a)가 운전 상태인 경우에는, 입구 밸브(64a) 및 출구 밸브(66a)는 열린 상태이며, 제1 정제 장치(16a)가 정지 또는 대기 상태인 경우에는, 입구 밸브(64a) 및 출구 밸브(66a)는 닫힌 상태가 된다.
인너 튜브(61a)에는, 내부 온도를 검출하는 온도계(68a)가 덮개 부재(62a)를 삽입 통과하여 설치된다. 또, 입구 통로(63a)에는, 인너 튜브(61a)의 내부 압력을 검출하는 압력계(69a)가 설치된다.
냉각 장치(70a)는, 인너 튜브(61a)를 부분적으로 수용 가능하며 내부에 냉매로서의 액체 질소를 저류 가능한 재킷 튜브(71a)와, 재킷 튜브(71a)에 대하여 액체질소를 급배(給排)하는 액체 질소 급배 계통(72a)을 구비한다.
재킷 튜브(71a)는, 바닥이 있는 통 형상 부재이며, 상부 개구는 덮개 부재(73a)로 봉지된다. 인너 튜브(61a)는, 상부 측이 덮개 부재(73a)로부터 돌출된 상태로, 재킷 튜브(71a) 내에 동축적으로 수용된다. 구체적으로는, 인너 튜브(61a)의 8∼9할 정도가 재킷 튜브(71a) 내에 수용된다.
다음으로, 액체 질소 급배 계통(72a)에 대하여 설명한다.
재킷 튜브(71a)의 덮개 부재(73a)에는, 액체 질소 공급원(76)으로부터 공급되는 액체 질소를 재킷 튜브(71a) 내로 유도하는 액체 질소 공급 통로(77a)가 접속된다. 재킷 튜브(71a)의 덮개 부재(73a)의 내면에는, 재킷 튜브(71a) 내에 하수되어 설치된 도관(82a)이 연결되고, 도관(82a)의 상단부는 액체 질소 공급 통로(77a)에 접속된다. 따라서, 액체 질소 공급원(76)으로부터 공급되는 액체 질소는, 액체질소 공급 통로(77a) 및 도관(82a)을 통하여 재킷 튜브(71a) 내로 유도된다. 도관(82a)은, 하단 개구부가 재킷 튜브(71a)의 바닥부 근방에 위치하는 길이로 형성된다.
액체 질소 공급 통로(77a)에는, 액체 질소의 공급 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(78a)가 설치된다. 액체 질소 공급 통로(77a)에 있어서의 유량 제어 밸브( 78a)의 하류에는, 재킷 튜브(71a)의 내부 압력을 검출하는 압력계(80a)가 설치된다.
재킷 튜브(71a) 안은, 액체 질소와 기화된 질소 가스의 2층으로 이루어지고, 액체 질소의 액면 레벨은, 덮개 부재(73a)를 삽입 통과하여 설치된 액면계(74a)에 의해 검출된다.
재킷 튜브(71a)의 덮개 부재(73a)에는, 재킷 튜브(71a) 내의 질소 가스를 배출하기 위한 질소 가스 배출 통로(79a)가 접속된다. 질소 가스 배출 통로(79a)에는, 재킷 튜브(71a)의 내부 압력을 제어하는 압력 조정 밸브(81a)가 설치된다. 압력 조정 밸브(81a)는, 압력계(80a)의 검출 결과에 기초하여, 재킷 튜브(71a)의 내부 압력이 미리 정해진 소정 압력이 되도록 제어한다. 이 소정 압력은, 재킷 튜브(71a) 내의 액체 질소의 온도가 불소의 비등점(-188℃) 이상이면서 불화수소의 융점(-84℃) 이하의 온도가 되도록 결정된다. 구체적으로는, 재킷 튜브(71a) 내의 액체 질소의 온도가 -180℃ 정도가 되도록, 0.4MPa로 설정된다. 이와 같이, 압력 조정 밸브(81a)는, 재킷 튜브(71a) 내의 액체 질소의 온도가 -180℃ 정도로 유지되도록, 재킷 튜브(71a)의 내부 압력을 0.4MPa로 제어한다. 압력 조정 밸브(81a)를 통하여 배출된 질소 가스는, 후술하는 질소 버퍼 탱크(210)(도 4 참조)로 유도된다.
재킷 튜브(71a) 내의 액체 질소가 기화되어 배출됨으로써, 재킷 튜브(71a) 내의 액체 질소는 감소한다. 그래서, 유량 제어 밸브(78a)는, 액면계(74a)의 검출 결과에 기초하여, 재킷 튜브(71a) 내의 액체 질소의 액면 레벨이 일정하게 유지되도록, 액체 질소 공급원(76)으로부터 재킷 튜브(71a)로의 액체 질소의 공급 유량을 제어한다.
재킷 튜브(71a)와 외부의 열 전달을 억제하기 위하여, 재킷 튜브(71a)의 외측에, 보온용 단열재나 진공 단열층을 설치하여도 된다.
인너 튜브(61a)는, 재킷 튜브(71a)에 의해, 불소의 비등점 이상이면서 불화수소의 융점 이하의 온도로 냉각되기 때문에, 인너 튜브(61a) 내에서는 불소 가스에 혼입된 불화수소만이 응고되고, 불소 가스는 인너 튜브(61a)를 통과한다. 인너 튜브(61a) 내에는 전해조(1)로부터 불소 가스가 연속적으로 유도되기 때문에, 인너 튜브(61a) 내에서는, 시간의 경과와 함께 응고된 불화수소가 축적되어 간다. 응고된 불화수소의 축적량이 소정량에 도달한 경우에는, 제1 정제 장치(16a)의 운전을 정지함과 함께, 대기 상태의 제2 정제 장치(16b)를 기동하여, 정제 장치(16)의 운전 전환을 행한다. 운전 전환에 대해서는, 나중에 상세히 설명한다.
응고된 불화수소의 축적량이 소정량에 도달했는지의 여부는, 인너 튜브(61a)의 입구 통로(63a)와 출구 통로(65a)에 걸쳐 설치된 차압계(86a)의 검출 결과, 즉, 인너 튜브(61a)의 입구와 출구의 차압에 기초하여 판정된다. 인너 튜브(61a)의 입구와 출구의 차압이 소정값에 도달한 경우에는, 인너 튜브(61a) 내에서의 응고된 불화수소의 축적량이 소정량에 도달했다고 판단하여, 제1 정제 장치(16a)를 정지시킨다. 차압계(86a)는, 인너 튜브(61a)에서의 불화수소의 축적 상태를 검출하는 축적 상태 검출 수단에 해당한다. 차압계 대신, 압력계(69a)로 인너 튜브(61a)에서의 불화수소의 축적 상태를 검출하도록 해도 된다.
제1 정제 장치(16a)의 정지는, 인너 튜브(61a)의 입구 밸브(64a)와 출구 밸브(66a)를 닫음으로써 행한다. 제1 정제 장치(16a)의 정지 후에는, 인너 튜브(61a) 내에 축적된 응고된 불화수소를 배출하고, 제1 정제 장치(16a)를 대기 상태로 할 필요가 있다. 즉, 제1 정제 장치(16a)의 재생 공정을 행할 필요가 있다.
다음으로, 제1 정제 장치(16a)의 재생 공정을 행하는 계통에 대하여 설명한다.
재킷 튜브(71a)의 바닥부에는, 재킷 튜브(71a) 내의 액체 질소를 배출하기 위한 액체 질소 배출 통로(90a)가 접속된다. 액체 질소 배출 통로(90a)에는, 밸브를 엶으로써 재킷 튜브(71a)의 액체 질소를 배출 가능한 배출 밸브(91a)가 설치된다. 배출 밸브(91a)를 통하여 배출된 액체 질소는, 질소 버퍼 탱크(210)(도 4 참조)로 유도된다. 또, 액체 질소 공급 통로(77a)에 있어서의 유량 제어 밸브(78a)의 하류에는, 질소 가스 공급원(92)으로부터 공급되는 질소 가스를 재킷 튜브(71a) 내로 유도되는 질소 가스 공급 통로(93a)가 접속된다. 질소 가스 공급 통로(93a)에는, 재킷 튜브(71a)로의 질소 가스의 공급과 차단을 전환하는 차단 밸브(94a)가 설치된다. 질소 가스 공급원(92)으로부터 재킷 튜브(71a)로의 질소 가스의 공급은, 배출 밸브(91a)가 전개(全開) 상태이면서 유량 제어 밸브(78a)가 전폐(全閉)인 상태에서 행하여진다. 질소 가스는 상온(常溫)의 가스가 사용된다.
이와 같이, 재킷 튜브(71a)에서는, 액체 질소를 배출하면서, 내부에 상온의 질소 가스가 공급된다. 이에 따라, 인너 튜브(61a)의 온도가 상승하고, 이에 수반하여 응고되어 있던 불화수소는 용해된다.
입구 통로(63a)에 있어서의 입구 밸브(64a)의 하류에는, 용해된 불화수소를 외부로 배출하기 위한 배출 통로(95a)가 접속된다. 배출 통로(95a)에는, 재킷 튜브(71a) 내의 용해된 불화수소를 흡입하여 반송하기 위한 배출 펌프(96)가 설치되고, 배출 펌프(96)의 상류에는, 불화수소의 배출 시에 밸브를 여는 배출 밸브(97a)가 설치된다. 또, 배출 통로(95a)에 있어서의 배출 펌프(96)의 하류에는 제해부(98)가 설치되고, 배출 펌프(96)에서 반송된 불화수소는 제해부(98)에서 무해화되어서 방출된다.
출구 통로(65a)에 있어서의 출구 밸브(66a)의 상류에는, 질소 가스 공급원(92)으로부터 공급되는 질소 가스를 인너 튜브(61a) 내로 유도하는 질소 가스 공급 통로(99a)가 접속된다. 질소 가스 공급 통로(99a)에는, 인너 튜브(61a)로의 질소 가스의 공급과 차단을 전환하는 차단 밸브(87a)가 설치된다. 질소 가스 공급원(92)으로부터 인너 튜브(61a)로의 질소 가스의 공급은, 배출 밸브(97a)가 전개 상태이면서 배출 펌프(96)가 기동 상태에서 행하여진다.
이와 같이, 인너 튜브(61a)에서는, 내부에 상온의 질소 가스를 공급하면서, 용해된 불화수소가 배출 펌프(96)에 의해 흡입된다. 이에 따라, 인너 튜브(61a) 내의 불화수소가 배출된다. 배출 펌프(96)에 의한 인너 튜브(61a) 내의 배기는, 압력계(69a)에 의해 검출되는 인너 튜브(61a)의 내부 압력이 대기압 이하가 될 때 까지 행하여진다.
배출 펌프(96)에 의해 배출된 인너 튜브(61a) 내의 불화수소는, 불화수소 공급원(40) 또는 전해조(1)로 되돌려서 최이용하도록 해도 된다.
인너 튜브(61a) 내의 불화수소를 배출한 후, 인너 튜브(61a) 내로의 불소 가스의 충전이 행하여진다. 이것은, 제2 정제 장치(16b)가 운전 중인 경우에 있어서, 인너 튜브(61b) 내에서의 응고된 불화수소의 축적량이 소정량에 도달한 경우에는, 신속하게 제1 정제 장치(16a)로 전환할 수 있도록 하기 위해서이다.
인너 튜브(61a) 내로의 불소 가스의 충전은, 제2 버퍼 탱크(50)에 접속되고 하류 단부(端部)가 입구 통로(63a)에 있어서의 입구 밸브(64a)의 하류에 접속된 불소 가스 공급 통로(54)를 통하여 행하여진다. 불소 가스 공급 통로(54)에는, 인너 튜브(61a) 내로의 불소 가스의 충전 시에 밸브를 여는 차단 밸브(88a)가 설치된다.
제2 버퍼 탱크(50)의 내부 압력은, 압력 조정 밸브(51)에 의해 대기압보다 높은 압력으로 제어되기 때문에, 제2 버퍼 탱크(50)와 인너 튜브(61a)의 차압에 의해, 제2 버퍼 탱크(50)에 저류된 불소 가스는 인너 튜브(61a)로 공급되게 된다. 이와 같이, 인너 튜브(61a) 내로의 불소 가스의 충전은, 제2 버퍼 탱크(50)에 저류된 불소 가스가 사용된다.
다음으로, 이상과 같이 구성되는 정제 장치(16)의 동작에 대하여 설명한다. 이하의 정제 장치(16)의 동작은 불소 가스 생성 장치(100)에 탑재되는 컨트롤러(도시 생략)에 의해 제어된다. 컨트롤러는, 온도계(68a), 압력계(69a), 액면계(74a), 압력계(80a), 및 차압계(86a)의 검출 결과에 기초하여, 각 밸브 및 각 펌프의 동작을 제어한다.
제1 정제 장치(16a)가 운전 상태, 제2 정제 장치(16b)가 대기 상태인 경우에 대하여 설명한다. 제1 정제 장치(16a)에서는, 인너 튜브(61a)의 입구 밸브(64a) 및 출구 밸브(66a)가 열린 상태이며, 인너 튜브(61a) 내에는 전해조(1)로부터 불소 가스가 연속적으로 유도된 상태이다. 이에 대하여, 제2 정제 장치(16b)에서는, 인너 튜브(61b)의 입구 밸브(64b) 및 출구 밸브(66b)가 닫힌 상태이며, 인너 튜브(61b) 내에는 불소 가스가 충전된 상태이다. 이와 같이, 전해조(1)에서 생성된 불소 가스는 제1 정제 장치(16a)에만 공급된다.
이하에서는, 운전 상태인 제1 정제 장치(16a)에 대하여 설명한다.
제1 정제 장치(16a)의 재킷 튜브(71a)에는 액체 질소 공급 통로(77a)를 통하여 유도된 액체 질소가 저류되고, 그 액체 질소에 의해 인너 튜브(61a)가 냉각된다. 재킷 튜브(71a)의 내부 압력은 압력 조정 밸브(81a)에 의해 0.4MPa로 제어된다. 이에 따라, 재킷 튜브(71a) 내의 액체 질소의 온도는, 불소의 비등점 이상이면서 불화수소의 융점 이하의 온도인 -180℃ 정도로 유지되기 때문에, 인너 튜브(61a)에서는 불화 수소만이 응고되고, 불소 가스는 인너 튜브(61a)를 통과하여 제1 펌프(17)에서 제1 버퍼 탱크(21)로 반송된다.
여기서, 전해조(1)에서 생성된 불소 가스는, 인너 튜브(61a)에 입구 통로(63a)를 통하여 유입되고, 도관(67a) 및 출구 통로(65a)를 통하여 유출된다. 도관(67a)의 하단 개구부는 인너 튜브(61a)의 바닥부 근방에 위치하기 때문에, 불소 가스는, 인너 튜브(61a)의 상부로부터 유입되고, 인너 튜브(61a)의 하부로부터 유출되게 된다. 따라서, 불소 가스는, 인너 튜브(61a) 안을 통과하는 사이에 충분히 냉각되기 때문에, 불소 가스 중의 불화수소를 확실하게 응고시키고, 불화수소를 완전히 제거할 수 있다.
인너 튜브(61a) 내에는 전해조(1)로부터 불소 가스가 연속적으로 유도되기 때문에, 그 불소 가스를 냉각하는 재킷 튜브(71a) 내의 액체 질소도 연속적으로 기화된다. 기화된 질소 가스는, 질소 가스 배출 통로(79a)를 통하여 질소 버퍼 탱크(210)(도 4 참조)로 배출된다.
인너 튜브(61a) 내에서 응고된 불화수소의 축적량이 증가하고, 차압계(86a)에 의해 검출된 인너 튜브(61a)의 입구와 출구의 차압이 소정값에 도달한 경우에는, 제1 정제 장치(16a)의 운전을 정지함과 함께, 대기 상태의 제2 정제 장치(16b)를 기동하여, 정제 장치(16)의 운전 전환이 행하여진다. 제1 정제 장치(16a)에서는, 운전 정지 후, 재생 공정이 행하여진다.
이하에서는, 도 3도 참조하여, 제1 정제 장치(16a)로부터 제2 정제 장치(16b)로의 운전 전환과, 제1 정제 장치(16a)에서의 재생 공정에 대하여 설명한다. 도 3은, 제1 정제 장치(16a)의 인너 튜브(61a) 내의 압력과 온도의 시간 변화를 나타내는 그래프도이며, 실선이 압력을 나타내고, 일점 쇄선이 온도를 나타낸다. 도 3에 나타내는 압력은 압력계(69a)에 의해 검출된 것이며, 온도는 온도계(68a)에 의해 검출된 것이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 인너 튜브(61a) 내에서 응고된 불화수소의 축적량이 증가하면, 인너 튜브(61a)의 내부 압력이 상승한다. 그리고, 인너 튜브(61a)의 내부 압력이 소정 압력(Ph)에 도달하고, 차압계(86a)에 의해 검출된 인너 튜브(61a)의 입구와 출구의 차압이 소정값에 도달하면, 제1 정제 장치(16a)로부터 제2 정제 장치(16b)로의 운전 전환이 행하여진다(시간 t1). 구체적으로는, 제2 정제 장치(16b)의 인너 튜브(61b)의 입구 밸브(64b) 및 출구 밸브(66b)가 열린 후, 제1 정제 장치(16a)의 인너 튜브(61a)의 입구 밸브(64a) 및 출구 밸브(66a)가 닫힌다. 이에 따라, 제2 정제 장치(16b)가 기동함과 함께, 제1 정제 장치(16a)는 정지되고, 전해조(1)로부터의 불소 가스는 제2 정제 장치(16b)로 유도된다.
정지된 제1 정제 장치(16a)에서는, 재킷 튜브(71a)로부터의 액체 질소의 배출이 행하여진다. 구체적으로는, 액체 질소 공급 통로(77a)의 유량 제어 밸브(78a)가 전폐되고 재킷 튜브(71a)로의 액체 질소의 공급이 정지된 후에, 배출 밸브(91a)가 열리고 액체 질소가 액체 질소 배출 통로(90a)를 통하여 질소 버퍼 탱크(210)(도 4 참조)로 배출된다. 여기서, 질소 버퍼 탱크(210)의 압력이 재킷 튜브(71a)의 압력보다 높은 경우에는, 압력 조정 밸브(81a)를 열어 질소 버퍼 탱크(210) 내의 질소 가스를 질소 가스 배출 통로(79a)를 통하여 재킷 튜브(71a)로 유도하고, 재킷 튜브(71a)의 액체 질소의 배출을 촉진하도록 해도 된다. 그 후, 질소 가스 공급 통로(93a)의 차단 밸브(94a)가 열리고 재킷 튜브(71a)로 상온의 질소 가스가 공급된다. 이에 따라, 도 3에 나타내는 바와 같이, 인너 튜브(61a) 내의 온도는, 상온 정도까지 상승하고, 인너 튜브(61a) 내의 불화수소가 용해된다.
인너 튜브(61a) 내의 온도가 상승하는 과정에서, 배출 통로(95a)의 배출 밸브(97a)가 열리고 배출 펌프(96)가 기동한다. 이에 따라, 인너 튜브(61b) 내의 용해된 불화수소는 배출 펌프(96)에 의해 흡입되어 제해부(98)로 반송된다. 또, 이와 동시에, 질소 가스 공급 통로(99a)의 차단 밸브(87a)가 열리고 인너 튜브(61a) 내에 상온의 질소 가스가 공급된다. 이와 같이, 인너 튜브(61a)에서는, 내부에 상온의 질소 가스를 공급하면서, 용해된 불화수소의 배출이 행하여진다. 인너 튜브(61a)의 내부 압력이 대기압 이하의 소정 압력(Pl)까지 저하된 경우에는(시간 t2), 인너 튜브(61a) 내의 불화수소의 배출이 완료되었다고 판단되어, 배출 통로(95a)의 배출 밸브(97a) 및 질소 가스 공급 통로(99a)의 차단 밸브(87a)가 전폐가 된다. 이상으로, 인너 튜브(61a) 내의 불화수소의 배출이 완료된다.
인너 튜브(61a) 내의 불화수소의 배출이 완료된 후에는, 제1 정제 장치(16a)를 대기 상태로 하기 위하여, 재킷 튜브(71a) 내에 액체 질소가 공급됨과 함께, 인너 튜브(61b) 내에 불소 가스가 공급된다. 구체적으로는, 배출 밸브(91a) 및 질소 가스 공급 통로(93a)의 차단 밸브(94a)가 전폐의 상태이고, 액체 질소 공급 통로(77a)의 유량 제어 밸브(78a)가 다시 열려 재킷 튜브(71a) 내에 액체 질소가 공급된다(시간 t3). 이에 따라, 인너 튜브(61a)의 내부 온도는 저하된다. 재킷 튜브(71a)의 내부 압력은 압력 조정 밸브(81a)에 의해 0.4MPa로 제어되기 때문에, 인너 튜브(61a)의 내부 온도는 -180℃ 정도까지 저하되어 유지된다. 또, 인너 튜브(61a)의 내부 온도의 저하의 과정에서, 불소 가스 공급 통로(54)의 차단 밸브(88a)가 열리고 인너 튜브(61a) 내에 제2 버퍼 탱크(50)의 불소 가스가 공급된다(시간 t4). 인너 튜브(61a) 내로의 불소 가스의 공급에 의해 인너 튜브(61a)의 내부 압력은 상승하며, 대기압까지 상승한 시점에서 차단 밸브(88a)가 닫히고 불소 가스의 공급이 정지된다. 이와 같이 하여 인너 튜브(61a) 내로의 불소 가스의 충전이 행하여진다. 이상으로, 제1 정제 장치(16a)의 재생 공정이 종료되고, 제1 정제 장치는 대기 상태가 된다(시간 t5).
이와 같이, 재생 공정에 있어서 인너 튜브(61a) 내에 공급되는 불소 가스는, 제2 버퍼 탱크(50)의 불소 가스가 사용된다. 제2 버퍼 탱크(50)는, 제1 버퍼 탱크(21)의 내부 압력을 제어하는데 수반하여 배출된 불소 가스를 저류하는 탱크이다. 즉, 재생 공정에서는, 종래에는 제1 버퍼 탱크(21)로부터 외부로 방출되어 있던 불소 가스를 제2 버퍼 탱크(50)에서 저류하고, 그 저류된 불소 가스가 사용된다. 이와 같이, 재생 공정에 있어서 인너 튜브(61a) 내에 공급되는 불소 가스는, 종래에는 외부로 방출되어 있던 가스가 사용된다.
이상과 같이, 정지 중의 제1 정제 장치(16a)는, 인너 튜브(61a)가 -180℃로 냉각됨과 함께, 인너 튜브(61a) 내에 불소 가스가 충전된 대기 상태이다. 따라서, 운전 중의 제2 정제 장치(16b)에 있어서의 인너 튜브(61b)의 입구와 출구의 차압이 소정값에 도달한 경우에는, 제2 정제 장치(16b)의 운전을 정지함과 함께, 제1 정제 장치(16a)를 신속하게 기동하여, 정제 장치(16)의 운전 전환을 행할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 정제 장치(16)에 부대(付帶)하여 설치되는 질소 회수 설비(200)에 대하여 설명한다.
질소 회수 설비(200)는, 정제 장치(16)의 냉각 장치(70a, 70b)에서 불화수소 가스의 응고를 위하여 사용되고 배출된 질소 가스 및 액체 질소를 회수하여, 질소 가스를 불소 가스 생성 장치(100)의 각 부분에서 사용되는 유틸리티 가스로서 공급하는 것이다.
질소 회수 설비(200)는, 정제 장치(16)의 냉각 장치(70a, 70b)에서 불화수소 가스의 응고를 위하여 사용되고 배출된 질소 가스 및 액체 질소를 회수하여 일시적으로 보존하는 질소 버퍼 탱크(210)를 구비한다.
질소 버퍼 탱크(210)에는, 질소 가스 배출 통로(79a, 79b)의 하류단과, 액체질소 배출 통로(90a, 90b)의 하류단이 접속된다. 따라서, 질소 버퍼 탱크(210)에는, 재킷 튜브(71a, 71b)로부터 배출된 질소 가스가 질소 가스 배출 통로(79a, 79b)을 통하여 회수됨과 함께, 재킷 튜브(71a, 71b)로부터 배출된 액체 질소가 액체 질소 배출 통로(90a, 90b)를 통하여 회수된다.
질소 버퍼 탱크(210)는, 재킷 튜브(71a, 71b)보다 하방에 배치되기 때문에, 액체 질소 배출 통로(90a, 90b)의 배출 밸브(91a, 91b)가 열림으로써, 재킷 튜브(71a, 71b) 내의 액체 질소는 중력에 의해 질소 버퍼 탱크(210)로 배출된다. 그러나, 질소 버퍼 탱크(210)는, 재킷 튜브(71a, 71b)와 동(同) 레벨 또는 재킷 튜브(71a, 71b)보다 상방에 배치하도록 해도 된다. 그 경우에는, 재킷 튜브(71a, 71b) 내의 액체 질소를 질소 버퍼 탱크(210)로 배출하기 위하여, 액체 질소 배출 통로(90a, 90b)에 펌프를 설치할 필요가 있다. 또, 펌프를 설치하는 대신, 재킷 튜브(71a, 71b) 내의 기상부를 가압함으로써, 재킷 튜브(71a, 71b) 내의 액체 질소를 질소 버퍼 탱크(210)로 배출하도록 해도 된다.
질소 버퍼 탱크(210)에는, 액체 질소 공급원(76)에 접속된 액체 질소 공급 통로(77a)(도 2 참조)로부터 분기되는 분기 액체 질소 공급 통로(201)의 하류단도 접속된다. 분기 액체 질소 공급 통로(201)에는, 액체 질소 공급원(76)으로부터 질소 버퍼 탱크(210)로의 액체 질소의 공급 유량을 제어하여 질소 버퍼 탱크(210)에 저류된 액체 질소의 액면 레벨을 미리 정해진 소정 레벨로 제어하는 유량 제어 밸브(202)가 설치된다.
질소 버퍼 탱크(210) 안은, 액체 질소와 질소 가스의 2층으로 이루어지고, 액체 질소의 액면 레벨은 액면 레벨 검출기로서의 액면계(203)에 의해 검출된다. 유량 제어 밸브(202)는, 액면계(203)의 검출 결과에 기초하여, 질소 버퍼 탱크(210)의 액체 질소의 액면 레벨이 미리 정해진 소정 레벨이 되도록, 액체 질소의 공급 유량을 제어한다.
여기서, 질소 가스 배출 통로(79a, 79b)를 하류단이 질소 버퍼 탱크(210)의 액 중에 삽입되도록 배치한 경우에는, 질소 가스 배출 통로(79a, 79b)를 통하여 회수되는 질소 가스는 액 중에 도입되기 때문에, 질소 버퍼 탱크(210) 내의 액체 질소의 액면이 흔들린다. 그 때문에, 질소 버퍼 탱크(210) 내의 액체 질소의 액면 레벨을 액면계(203)에 의해 양호한 정밀도로 검출하는 것이 곤란해진다. 따라서, 질소 가스 배출 통로(79a, 79b)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 질소 가스가 질소 버퍼 탱크(210)의 기상부에 도입되도록 배치하는 것이 바람직하다.
질소 버퍼 탱크(210)에는, 내부의 질소 가스를 대기로 방출하기 위한 방출 통로(204)가 접속된다. 또, 방출 통로(204)에는, 질소 버퍼 탱크(210)의 내부 압력을 검출하는 압력계(205), 및 질소 버퍼 탱크(210)의 내부 압력을 제어하는 압력제어 밸브(206)가 설치된다. 압력 제어 밸브(206)는, 압력계(205)의 검출 결과에 기초하여, 질소 버퍼 탱크(210)의 내부 압력이 미리 정해진 소정 압력이 되도록 제어한다. 구체적으로는, 질소 버퍼 탱크(210)의 내부 압력이 0.4MPa가 되도록 제어하고, 내부 압력이 0.4MPa 이상인 경우에는 밸브를 열어 방출 통로(204)를 통하여 내부의 질소 가스를 대기로 방출한다.
이상과 같이, 질소 버퍼 탱크(210)에는, 정제 장치(16)의 냉각 장치(70a, 70b)에서 불화수소 가스의 응고를 위하여 사용되고 배출된 질소 가스 및 액체 질소가 회수되고, 회수된 질소 가스 및 액체 질소는 질소 버퍼 탱크(210)의 액면 레벨 및 내부 압력이 제어된 상태로 보존된다.
질소 버퍼 탱크(210)에는, 내부의 질소 가스를 불소 가스 생성 장치(100)의 각 부분에서 사용되는 유틸리티 가스로서 공급하기 위한 유틸리티 가스 공급 통로(207)가 접속된다.
유틸리티 가스 공급 통로(207)는 도중에 복수로 분기되어 형성되고, 질소 가스는 불소 가스 생성 장치(100)의 각 부분에서 이용된다. 질소 가스의 이용처로서는, 이하를 들 수 있다.
(1) 캐리어 가스 공급 통로(46)에 있어서의 차단 밸브(47)의 상류에 공급되어, 불화 수소를 용융염 중으로 유도하기 위한 동반 가스로서 재이용된다(도 1 참조).
(2) 액면계(13)의 삽입관(13a)을 통하여 전해조(1)의 용융염 중에 퍼지되는 질소 가스로서 재이용된다(도 1 참조).
(3) 제2 기실(12a)에 공급되어, 수소 가스의 농도를 저하시키는 폭발 방지용의 희석 가스로서 재이용된다(도 1 참조). 희석 가스의 공급처는, 제2 기실(12a)에 한정되지 않고, 부생 가스 처리 계통(3)이면 어디로 공급하도록 해도 된다.
(4) 질소 가스 공급 통로(93a, 93b)에 있어서의 차단 밸브(94a, 94b)의 상류에 공급되어, 재킷 튜브(71a, 71b) 내로부터 액체 질소를 빼내기 위한 가스로서 재이용된다(도 2 참조). 또, 마찬가지로, 질소 가스 공급 통로(99a, 99b)에 있어서의 차단 밸브(87a, 87b)의 상류에 공급되어, 인너 튜브(61a, 61b) 내의 불화수소를 빼내기 위한 가스로서 재이용된다(도 2 참조).
(5) 제1 메인 통로(15)에 있어서의 유량계(26)의 하류에 공급되어, 불소 가스의 희석 가스로서 재이용된다(도 1 참조).
(6) 재킷 튜브(71a) 내의 용해된 불화수소를 흡입하기 위한 배출 펌프(96)를 구동하기 위한 작동 가스로서 재이용된다(도 2 참조).
이상과 같이, 질소 버퍼 탱크(210)에 일시적으로 보존된 질소 가스 및 액체질소는, 불소 가스 생성 장치(100)의 각 부분에서 유틸리티 가스로서 재이용된다.
이상의 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 작용 효과를 갖는다.
정제 장치(16)에서 불화수소 가스의 응고를 위하여 사용되고 배출된 질소 가스 및 액체 질소는, 외부로 방출되지 않고, 불소 가스 생성 장치(100)의 각 부분에서 사용되는 유틸리티 가스로서 재이용된다. 따라서, 불소 가스의 정제에 사용되는 액체 질소를 유효하게 이용할 수 있다.
이하, 상기 실시 형태의 다른 형태에 대하여 설명한다.
(1) 상기 실시 형태는, 정제 장치(16)의 냉각 장치(70a, 70b)로부터 배출된 질소 가스 및 액체 질소를 질소 버퍼 탱크(210)에서 회수한 후, 질소 가스를 불소 가스 생성 장치(100)의 각 부분에서 재이용하는 것이다. 이 대신, 냉각 장치(70a, 70b)로부터 배출된 질소 가스 및 액체 질소를 불소 가스 생성 장치(100)의 각 부분에서 직접 재이용하도록 해도 된다. 그 경우, 액체 질소 배출 통로(90a, 90b)의 하류 측에 히터를 설치하고 가열하여 액체 질소를 가스화시킬 필요가 있다. 단, 냉각 장치(70a, 70b)로부터 배출된 질소 가스 및 액체 질소를 질소 버퍼 탱크(210)에서 회수하는 방법은, 질소 가스를 안정적으로 각 부분에 공급할 수 있기 때문에, 직접 재이용하는 방법보다 바람직하다.
(2) 상기 실시 형태에서는, 정제 장치(16)에 사용되는 냉매로서 액체 질소를 사용하였다. 그러나, 냉매는 액체 질소에 한정되는 것은 아니며, 액체 아르곤 등을 사용하도록 해도 된다.
(3) 상기 실시 형태에서는, 정제 장치(16)를 2기(基) 병렬로 배치하여 2계통으로 구성하였지만, 정제 장치(16)를 3기 이상 병렬로 배치하여 3계통 이상으로 구성하도록 해도 된다.
(4) 상기 실시 형태는, 재생 공정에서 사용하는 불소 가스로서 제2 버퍼 탱크(50)에 저류된 가스를 사용하는 것이다. 이 대신, 재생 공정에서 사용하는 불소 가스로서, 제1 버퍼 탱크(21)에 저류된 불소 가스를 사용하도록 해도 된다. 그 경우에는, 불소 가스 공급 통로(54)는, 제1 버퍼 탱크(21)에 접속된다. 단, 이 경우, 제1 버퍼 탱크(21)의 압력이 변동되기 쉬워져, 외부 장치(4)로 공급되는 불소 가스의 압력이 변동될 우려가 있다. 따라서, 상기 실시 형태와 같이, 재생 공정에서 사용하는 불소 가스로서 제2 버퍼 탱크(50)에 저류된 불소 가스를 사용하는 쪽이 바람직하다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성으로 한정하는 취지는 아니다.
본원은 2010년 1월 5일에 일본국 특허청에 출원된 특허 출원 제2010-532호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (3)

  1. 용융염 중의 불화수소를 전기 분해함으로써, 불소 가스를 생성하는 불소 가스 생성 장치로서,
    용융염이 저류되고, 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 전해조의 용융염으로부터 기화되어 상기 양극으로부터 생성된 주생 가스에 혼입된 불화수소 가스를 냉매를 사용하여 응고시키고 포집하여 불소 가스를 정제하는 정제 장치를 구비하고,
    상기 정제 장치는, 불화수소 가스를 포함하는 주생 가스가 유입되는 가스 유입부와, 주생 가스에 혼입된 불화수소 가스가 응고되는 한편, 불소 가스는 상기 가스 유입부를 통과하도록, 불소의 비등점 이상이면서 불화수소의 융점 이하의 온도로 상기 가스 유입부를 상기 냉매를 사용하여 냉각하는 냉각 장치를 구비하고,
    상기 정제 장치에서 불화수소 가스의 응고를 위하여 사용되고 배출된 상기 냉매는, 불화 수소를 용융염 중으로 유도하기 위한 동반 가스, 전해조의 용융염 중에 퍼지되는 질소 가스, 부생 가스 처리 계통에서 수소 가스의 농도를 저하시키는 폭발 방지용의 희석 가스, 냉각 장치에 구비된 재킷 튜브 내로부터 액체 질소를 빼내기 위한 가스, 불소 가스의 희석 가스, 및, 상기 재킷 튜브 내의 용해된 불화수소를 흡입하기 위한 배출 펌프를 구동하기 위한 작동 가스 중 하나 이상에서 사용되는 유틸리티 가스로서 재이용되는 불소 가스 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정제 장치는, 불화수소 가스의 응고를 위하여 사용되고 배출된 상기 냉매를 회수하여 일시적으로 보존하는 버퍼 탱크를 구비하는 불소 가스 생성 장치.
  3. 삭제
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