KR20140013074A

KR20140013074A - 불소 가스 생성 장치

Info

Publication number: KR20140013074A
Application number: KR1020137033044A
Authority: KR
Inventors: 다쿠야 기타; 다츠오 미야자키; 아키후미 야오
Original assignee: 샌트랄 글래스 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2014-02-04
Also published as: JP2012255195A; US9194050B2; JP5757168B2; EP2719798A4; EP2719798A1; CN103597122A; US20140083844A1; WO2012169330A1

Abstract

주생 가스를 유통시키는 통 형상 부재(31a)와, 통 형상 부재(31a)에 상기 주생 가스를 도입하는 가스 도입구(51a)와, 통 형상 부재(31a)로부터 주생 가스를 도출하는 가스 도출구(52a)와, 통 형상 부재(31a)를 유통하는 주생 가스의 유로를 확보하는 공간을 형성하도록 배치된 흡착제 유지구(201)와, 가스 도입구(51a)로부터 유입된 주생 가스를 교반하기 위한 교반 날개(202)와, 주생 가스를 통 형상 부재(31a) 내의 공간으로 순환 또는 확산시키기 위한 가스류 안내통(203)을 가지는 것을 특징으로 하는 불소 가스 생성 장치(100).

Description

불소 가스 생성 장치{FLUORINE GAS GENERATOR}

본 발명은, 흡착제를 낭비 없이 효율적으로 사용 가능한 불소 가스 생성 장치에 관한 것이다.

종래, 불화 수소를 포함하는 용융염으로 이루어지는 전해욕 중에서 불화 수소를 전해하는 전해조를 구비하고, 양극 측에 불소 가스를 주성분으로 하는 주생(主生) 가스를 발생시킴과 함께, 음극 측에 수소 가스를 주성분으로 하는 부생(副生) 가스를 발생시키는 불소 가스 생성 장치가 알려져 있다.

이 종류의 불소 가스 생성 장치에서는, 전해조의 양극으로부터 발생하는 불소 가스에는 용융염으로부터 기화한 불화 수소 가스(HF)가 혼입된다. 그 때문에 양극으로부터 발생하는 가스로부터 불화 수소를 분리하여 불소 가스를 정제하기 위해, 불화 나트륨(NaF) 등의 흡착제(제해제(除害劑))를 충전한 제해탑을 구비한 정제 장치가 설치된다.

전해조로부터 발생하는 불소나 수소 가스에는, 전해조 중에 포함되는 용융염으로부터 기화한 불화 수소나 용융염 자체의 미스트 성분이 포함되어 있고, 이들의 성분이 흡착제의 열화의 원인으로 되어있다. 특히, 농도가 높은 불화 수소의 접촉에 의해, 제해탑 입구 부근의 흡착제가, 융착에 의해 고화(固化)하는 것이나 체적 팽창에 의해 미분화하는 것이 있어, 이들의 원인에 의해, 흡착제의 막힘이 생기는 경우가 있었다. 이와 같은 막힘이 생기면, 가스의 흐름이 억제되어, 제해탑의 폐색을 일으키는 것이 문제로 되어 있었다.

이 문제점을 개선하는 기술로서, 특허문헌 1에는, 불화 나트륨(NaF) 등의 흡착제를 제해탑에 충전한 불소 가스 생성 장치에 있어서, 가스 도입구와 흡착제의 사이에 공간을 형성시키는 격리 수단을 설치하고, 이 공간 내에 미스트 성분의 액적(液滴)을, 방산(放散), 침강시켜, 흡착제와 용융염의 미스트 성분의 액적을 접촉하기 어려운 구성으로 하여, 흡착제의 막힘을 억제하고, 제해탑의 메인터넌스의 빈도를 적게하는 기술이 개시되어 있다.

일본국 공개특허 특개2009-215588호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 흡착제를 조밀하게 충전하는 제해탑의 구성에서는, 한번, 가스 도입구 부근의 흡착제가 막힘을 일으키면, 가스 도출구 부근의 흡착제에 충분히 HF를 흡착시키지 않고 제해탑이 폐색해버린다. 한번, 제해탑이 폐색해버리면, 제해탑을 해체하여, 내부에 충전된 흡착제를 모두 교환할 필요가 있다.

제해탑을 해체하여 흡착제를 교환하는 경우, 흡착제에 혼입되는 불순물 등의 품질의 관점으로부터, 한번 사용한 흡착제는, 충분히 HF를 흡착하고 있지 않은 흡착제를 포함시켜, 모든 흡착제를 폐기, 교환하는 것이 일반적이다.

그 때문에, 특허문헌 1의 구성에서는, 흡착제의 교환에 있어서, 폐기에 따른HF가 미흡착된 흡착제의 손실이 있어, 제해탑에 충전된 흡착제를 모두 낭비 없이 효율적으로 사용하는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 불화 수소를 흡착 제거하는 흡착제를 낭비 없이 효율적으로 사용 가능한 불소 가스 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은, 불화 수소를 포함하는 용융염 중의 불화 수소를 전기 분해함으로써, 불소 가스를 생성하는 불소 가스 생성 장치에 있어서, 상기 불소 가스 생성 장치는, 불화 수소를 포함하는 용융염으로 이루어지는 전해욕 중에서 불화 수소를 전해함으로써 양극 측에 불소 가스를 주성분으로 하는 주생 가스를 발생시킴과 함께, 음극 측에 수소 가스를 주성분으로 하는 부생 가스를 발생시키는 전해조와, 상기 주생 가스에 혼입된 불화 수소를 흡착제에 의해 제거하는 정제 장치를 구비하고, 상기 정제 장치는, 상기 주생 가스를 유통시키는 통 형상 부재와, 상기 통 형상 부재에 상기 주생 가스를 도입하는 가스 도입구와, 상기 통 형상 부재로부터 상기 주생 가스를 도출하는 가스 도출구와, 상기 통 형상 부재를 유통하는 상기 주생 가스의 유로를 확보하는 공간을 형성하도록 배치된 흡착제 유지구와, 상기 가스 도입구로부터 유입된 상기 주생 가스를 교반하기 위한 교반 수단과, 상기 주생 가스를 상기 통 형상 부재 내의 공간으로 순환 또는 확산시키기 위한 가스류(流) 안내통을 가지는 것을 특징으로 하는 불소 가스 생성 장치이다.

또한, 본 발명은, 상기 가스류 안내통이, 양단면이 개구된 통 형상이며, 상기 통 형상 부재의 내주면을 따르도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 상기 교반 수단이, 상기 가스 도입구로부터 유입되는 상기 주생 가스의 유입 방향에 있어서, 상기 가스 도입구와 상기 흡착제 유지구의 사이에 위치하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 상기 통 형상 부재 내로부터 배출되는 상기 주생 가스의 일부를 순환시켜, 다시 상기 통 형상 부재 내에 도입시키는 순환 경로를 설치한 구성으로 해도 된다.

본 발명에 의하면, 주생 가스를 유통시키는 통 형상 부재의 내부 공간에 있어서, 내부 공간이 교반되고, 주생 가스를 효율적으로 순환 또는 확산시키는 가스류 안내통을 구비하고 있기 때문에, 고농도의 불화 수소가 흡착제에 직접 접촉하여 흡착제가 열화하는 것을 막을 수 있다. 따라서, 흡착제를 낭비 없이 효율적으로 사용하는 불소 가스 생성 장치를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관련된 불소 가스 생성 장치 계통도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 관련된 정제 장치의 개략도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관련된 불소 가스 생성 장치(100)에 대하여 설명한다.

불소 가스 생성 장치(100)는, 불화 수소를 포함하는 용융염을 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 외부장치(4)로 공급하는 불소 가스공급 계통(2)과, 불소 가스의 생성에 따라 생성된 부생 가스를 처리하는 부생 가스 처리 계통(3)을 구비한다.

먼저, 전해조(1)에 대해 설명한다. 전해조(1)에는, 불화 수소(HF)를 포함하는 용융염이 저류된다. 전해조(1)에 저류되는 용융염의 조성을 바꿈으로써, 전해조(1)로부터 발생하는 불소 화합물 가스의 조성을 적절히 변경할 수 있다. 용융염으로서는, 일반식 KF·nHF(n＝0.5∼5.0)로 나타내어지는 조성이 이용된다. 예를 들면, NH4F·HF 용융염을 이용한 경우에는, 3불화질소(NF3)이 얻어지고, 또는 NH4F·KF·HF 용융염을 이용한 경우에는 F2와 NF3의 혼합물이 얻어진다. 이하, 본 발명의 실시형태에서는, 용융염으로서 불화 수소와 불화 칼륨의 혼합 용융염(KF·2HF)을 이용하여 설명한다.

전해조(1)의 내부는, 용융염 중에 침지된 구획 벽(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)의 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, 예를 들면, 탄소 전극이 이용되고, 음극(8)에는 연철(軟鐵), 모넬, 또는 니켈이 이용된다.

전해조(1) 내의 용융염 액면상에는, 양극(7)에서 생성된 불소 가스가 유도되는 제 1 기실(11a)과, 음극(8)에서 생성된 수소 가스가 유도되는 제 2 기실(12a)이 서로의 가스가 왕래 불가능하게 구획 벽(6)에 의해 구획된다. 이와 같이, 제 1 기실(11a)과 제 2 기실(12a)은, 불소 가스와 수소 가스의 혼촉(混觸)에 의한 반응을 막기 위해, 구획 벽(6)에 의해 완전히 분리된다. 이것에 대해, 양극실(11)과 음극실(12)의 용융염은, 구획 벽(6)에 의해 분리되지 않고 구획 벽(6)의 하방을 통하여 연통하고 있다.

KF·2HF 융점은 71.7℃이기 때문에, 용융염의 온도는, 91∼93℃로 조절되는 것이 바람직하다. 전해조(1)의 양극(7) 및 음극(8)으로부터 생성된 불소 가스 및 수소 가스의 각각에는, 용융염으로부터 불화 수소가 증기압 분(分)만큼 기화하여 혼입된다. 이와 같이, 양극(7)에서 생성되어 제 1 기실(11a)로 유도되는 불소 가스 및 음극(8)에서 생성되어 제 2 기실(12a)로 유도되는 수소 가스의 각각에는, 불화 수소 가스가 포함되어 있다.

다음으로, 불소 가스 공급 계통(2)에 대해 설명한다. 제 1 기실(11a)에는, 불소 가스를 외부 장치(4)로 공급하기 위한 제 1 메인 통로(15)가 접속된다.

제 1 메인 통로(15)에는, 제 1 기실(11a)로부터 불소 가스를 도출하여 반송하는 제 1 펌프(17)가 설치된다. 제 1 펌프(17)에는, 벨로우즈 펌프나 다이어프램 펌프 등의 용적형 펌프가 이용된다. 제 1 메인 통로(15)에 있어서의 제 1 펌프(17)의 상류에는, 불소 가스에 혼입된 불화 수소를 포집하여 불소 가스를 정제하는 정제 장치(20)가 설치된다. 정제 장치(20)에 대해서는, 뒤에 상세히 설명한다.

다음으로, 부생 가스 처리 계통(3)에 대해 설명한다. 제 2 기실(12a)에는, 수소 가스를 외부로 배출하기 위한 제 2 메인 통로(30)가 접속된다.

제 2 메인 통로(30)에는, 제 2 기실(12a)로부터 수소 가스를 도출하여 반송하는 제 2 펌프(31)가 설치된다. 제 2 메인 통로(30)에 있어서의 제 2 펌프(31)의 하류에는 제해부(34)가 설치되고, 제 2 펌프(31)에서 반송된 수소 가스는 제해부(34)에서 불화 수소의 흡착 제거가 행해져 무해화되어 방출된다.

불소 가스 생성 장치(100)는, 전해조(1)의 용융염 중에 불소 가스의 원료인 불화 수소를 공급하여 보충하기 위한 원료 공급 계통(5)도 구비한다. 이하에서는, 원료 공급 계통(5)에 대해 설명한다.

전해조(1)는, 전해조(1)에 보충하기 위한 불화 수소가 저류된 불화 수소 공급원(40)과 원료 공급 통로(41)를 거쳐 접속된다. 불화 수소 공급원(40)에 저류된 불화 수소는, 원료 공급 통로(41)를 통하여 전해조(1)의 용융염 중으로 공급된다.

또한, 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 가스는, 불화 수소를 불화 수소 공급원(40)으로부터 용융염 중으로 유도하기 위한 가스이며, 불활성 가스인 질소 가스가 이용된다. 질소 가스는, 불화 수소와 함께 음극실(12)의 용융염 중으로 공급되며, 용융염 중에는 대부분 녹지 않고, 제 2 기실(12a)로부터 제 2 메인 통로(30)를 통하여 배출된다.

다음으로, 정제 장치(20)에 대해 설명한다. 정제 장치(20)는, 불소 가스에 혼입된 불화 수소를 불화 나트륨(NaF) 등의 흡착제에 흡착시켜, 불소 가스 중에 혼입된 불화 수소를 제거하는 장치이다. 이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 정제 장치(20)에 대해 상세하게 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 정제 장치(20)는, 가스를 유통시킬 수 있는 통 형상 부재(31a)를 구비하고 있고, 통 형상 부재(31a)에는, 양극(7)에서 생성된 불소 가스를 유도하는 주생 가스 도입구(51a)와, 불소 가스를 도출하기 위한 주생 가스 도출구(52a)가 접속되어 있다. 또한, 통 형상 부재(31a)의 내부에는, 불화 수소를 흡착하는 흡착제(205)를 수용 유지하기 위한 흡착제 유지구(201)와, 유입되는 불소 가스를 교반 혼합하기 위한 교반 날개(202)(교반 수단)와, 불소 가스를 통 형상 부재(31a) 내의 공간에 효율적으로 순환 또는 확산시키기 위한 가스류 안내통(203)이 설치된다.

흡착제 유지구(201)는, 소정량의 흡착제(205)를 수용 유지하는 것이며, 통 형상 부재(31a)의 내부에서, 가스 유로를 확보하기 위한 공극을 형성하도록 배치된다. 이것에 의해, 흡착제(205)의 일부가 막힘을 일으킨 경우이더라도, 폐색하지 않고 가스를 유통시킬 수 있는 구조로 되어 있다. 흡착제 유지구(201)는, 또한, 흡착제 유지구(201)는, 어떤 일정한 간격을 두고, 복수개 설치하도록 해도 된다.

또한, 통 형상 부재(31a)의 내부를 유통하는 가스에 접촉하는 흡착제(205)의 표면적의 비율을 크게 하기 위해, 흡착제 유지구(201)에는, 관통 구멍(도시 생략)을 설치하도록 하는 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 관통 구멍이란, 흡착제(205)를 유지할 수 있고, 또한, 가스가 통과할 수 있는 구멍의 크기라면 특별히 제한은 없고, 적절히 설계되는 것이다. 또한, 가스에 접촉하는 흡착제(205)의 표면적의 비율을 고려하면, 흡착제 유지구(201)는 다공질 형상이나 메시 형상으로 하는 것이 바람직하다.

흡착제 유지구(201)의 구체적인 형상으로서는, 통 형상 부재(31a)의 내부의 가스 유로를 확보하고, 또한, 흡착제(205)를 수용 유지할 수 있는 것이라면 특별히 제한은 없으나, 예를 들면, 철망(메시 형상)으로 제조된 구 형상이나 원통 형상의 바구니형 부재에 흡착제(205)를 충전하는 형태, 쟁반 형상의 용기 등의 쟁반 형상 부재에 흡착제(205)를 충전하는 형태, 시트 형상의 금속(메시 형상을 포함) 등에 흡착제(205)를 끼워 넣은 형태 등을 들 수 있다.

흡착제재 유지구(201)를 통 형상 부재(31a)의 내부에 설치하는 방법은, 가스 유로를 확보하기 위한 공극을 형성하도록 배치하면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 흡착제 유지구(201)를 통 형상 부재(31a)의 내부 공간 내에 매다는 방법, 통 형상 부재(31a)의 내벽에 고정하여 설치하는 방법 등을 들 수 있다.

흡착제 유지구(201)에 관통 구멍을 설치할 때의 가공성, 통 형상 부재로의 설치, 흡착제의 충전 용이성 등의 실용면의 취급을 고려하면, 흡착제 유지구(201)는, 쟁반 형상 부재가 특히 바람직하다. 여기에서 말하는 쟁반 형상 부재란, 물체를 수용할 수 있는 평평한 용기를 나타내는 것이며, 흡착제를 수용할 수 있는 것이라면, 특별히, 대략 원 형상이나 대략 사각 형상 등 형상을 불문하고, 통 형상 부재의 형상에 따라 적절히 설계되는 것이다.

가스류 안내통(203)은, 교반 날개(202)에 의한 교반에 의해, 유입되는 불소 가스를 통 형상 부재(31a)의 내부 공간에 효율적으로 순환 또는 확산시키기 위한 것이다. 가스류 안내통(203)은, 양단면이 개구된 통 형상이며, 가스를 순환 또는 확산시킬 수 있다면, 특별히 형상의 제약 없이 적절히 설계된다. 가스류 안내통(203)을 배치하는 위치는, 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 통 형상 부재(31a)의 길이 방향에 있어서, 가스류 안내통(203)의 외주면이 통 형상 부재(31a)의 내 내주면을 따르도록 배치하면 된다. 이 구성으로 함으로써, 도 2의 화살표로 나타낸 바와 같이, 불소 가스를 가스류 안내통(203)의 내주면과 외주면을 따라 가스의 흐름을 형성시킬 수 있으므로, 보다 효율적으로 가스를 순환 또는 확산시킬 수 있다.

또한, 교반 날개(202)에 의해 교반된 불소 가스는, 가스류 안내통(203)을 거쳐 보다 효율적으로 확산 또는 순환된다. 그 결과, 흡착제(205)와 충분히 접촉시켜, 불화 수소를 충분히 흡착 제거할 수 있다.

교반 날개(202)를 설치하는 위치는, 주생성가스 도입구(51a)로부터 유입되는 불소 가스의 유입 방향에 있어서, 교반 날개(202)는, 주생 가스 도입구(51a)와 흡착제 유지구(201)의 사이에 위치시키면 된다. 본 구성에 의하면, 고농도의 불화 수소를 포함한 불소 가스가, 흡착제 유지구(201)에 수용된 흡착제(205)에 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 흡착제(205)의 고화에 의한 열화나 미분화에 의한 막힘을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

교반 날개(202)의 회전 속도는, 300∼2000rpm으로 하는 것이 바람직하고, 또한, 600∼1500rpm으로 하는 것이 보다 바람직하다. 교반 날개(202)의 회전수가 300rpm보다 작은 경우에는, 통 형상 부재(31a) 내의 불소 가스를 균일하게 혼합하여 불화 수소의 흡착을 충분히 행할 수 없으며, 가스 도출구(51a)에 있어서의 불화 수소 농도가 높아지기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 교반 날개(202)의 회전수가 2000rpm보다 큰 경우에는, 교반 날개(202)가 축 진동을 일으켜버려 교반할 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 교반 날개(202)의 회전수를 변화시킴으로써 조정할 수 있는, 통 형상 부재(31a)의 내부를 유통하는 가스의 평균 선속도는, 0.03m/초∼5.0m/초로 하는 것이 바람직하고, 0.05m/초∼2.0m/초로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 통 형상 부재(31a)의 내부를 유통하는 가스의 평균 선속도의 측정은 일반적인 시판의 풍속계를 이용하여 측정하면 된다.

교반 날개(202)는, 통 형상 부재(31a)의 내부를 유통하는 불소 가스를 교반 혼합할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 구체적 형상으로서는, 퍼들(puddle)(평)형, 터빈형, 스크루형, 리본형 등의 일반적인 것을 들 수 있다.

또한, 교반 수단으로서, 교반 날개(202)에 의해 교반 혼합하는 것 이외에, 교반봉을 이용하여 교반 혼합하는 구성, 별도 펌프를 설치하여 내부에 가스를 순환시켜 교반 혼합하는 구성, 또는, 통 형상 부재(31a)의 내부에 온도 구배를 생기게 하고, 이 온도 구배에 의해 내부에 가스의 흐름을 만들어 교반 혼합하는 구성으로 해도 된다. 그 중에서도, 보다 간편하고 효율적으로 가스를 교반하기 위해서는 교반 날개를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 도 2에서는, 주생 가스 도입구(51a)와 주생 가스 도출구(52a)의 위치 관계는, 각각 통 형상 부재(31a)의 동일면 측에 설치하는 구성으로 하고 있으나, 이 위치 관계는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 주생 가스 도입구(51a)와 주생 가스 도출구(52a)를, 각각 통 형상 부재(31a)의 대향면 측 또는, 각각 통 형상 부재(31a)의 이웃하는 측면끼리에 설치하도록 해도 된다.

불소 가스의 통 형상 부재(31a) 내의 체재 시간은, 적절히 조업하는 장치의 조건에 따라 설정되어야 하나, 일반적인 조건으로서, 10∼100분으로 하는 것이 바람직하고, 또한, 20∼75분으로 하는 것이 보다 바람직하다. 체재 시간이 10분보다 짧으면 흡착제(205)의 접촉 시간을 충분히 확보할 수 없어 출구의 HF농도가 높아져 버려 정제 장치로서의 충분한 기능을 얻을 수 없다. 체재 시간이 100분보다 큰 경우, 가스 처리량에 비해 정제 장치가 너무 커져 버리기 때문에 적합하지 않다. 또한, 통 형상 부재(31a)의 용적은, 주생 가스의 유량과 통 형상 부재(31a) 내의 체류 시간에 맞춰 적절히 설계되어야 한다.

또한, 여기에서 말하는 통 형상 부재란, 내부에 불화 수소를 흡착하는 흡착제를 수용하고, 전해조(1)로부터 발생한 불소 가스를 통과시켜, 불소 가스 중의 불화 수소를 흡착 제거하기 위한 용기를 나타내며, 형상 등은 특별히 제한되지 않는다. 형상 부재의 재질로서는, 불소 가스 및 불화 수소 가스에 대하여 내성을 가지는 것이 바람직하고, 예를 들면, 스테인리스강, 모넬, 니켈 등의 금속 또는 합금 등을 들 수 있다.

흡착제(205)에는, 불화 나트륨(NaF)으로 이루어지는 펠릿 형상의 것(NaF 펠릿)을 이용할 수 있다. 불화 나트륨은 흡착 능력이 온도에 따라 변화하기 때문에, 통 형상 부재(31a)의 주위에는 통 형상 부재(31a)의 내부 온도를 조정하기 위한 온도 조절기로서, 히터(41a)가 설치된다. 온도 조절기는, 통 형상 부재(31a)의 내부의 온도를 조정할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 히터, 증기 가열, 열매(熱媒) 또는 냉매를 이용한 가열 냉각 장치를 이용해도 된다.

또한, 흡착제(205)에 이용하는 약제로서는, NaF, KF, RbF, CsF 등의 알칼리 금속 불화물을 사용할 수도 있으나, 그 중에서도, NaF(불화 나트륨)가 특히 바람직하다. 일반적으로 불화 나트륨은, 온도에 의해 불화 수소의 흡착 능력이 변화하고, 저온일수록 흡착 능력이 높다. 예를 들면, 일반적인 설정 온도로서는, 20℃∼100℃로 설정된다, 설정 온도가 100℃를 넘는 경우, 흡착제가 충분히 HF를 흡착할 수 없다.

본 발명의 정제 장치(20)는, 통 형상 부재(31a)의 내부를 유통하는 가스가 충분히 순환 또는 확산되어 있기 때문에, 고농도의 HF를 포함한 불소 가스가 흡착제에 접촉할 일이 없기 때문에, 20∼30℃ 정도의 상온에서 HF의 흡착을 행하였다고 하더라도, NaF 펠릿의 고화에 의한 열화나 미분화를 억제할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 정제 장치(20)는, 통 형상 부재(31a)의 내부를 상온 정도의 저온으로 설정하고, NaF 펠릿의 흡착 능력을 높게 한 상태에서, 효율적으로 HF 흡착을 행할 수 있다.

<다른 변형예>

상기의 본 발명의 실시형태 이외에, 다른 변형예로서, 통 형상 부재(31a) 내로부터 배출되는 주생 가스의 일부를 순환시켜, 다시 통 형상 부재(31a) 내로 도입시키는 순환 경로(53a)를 설치하도록 해도 된다.

통 형상 부재(31a)로부터 배출되는 주생 가스의 일부를 순환시키는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않으나, 도 2에 나타낸 바와 같은 압축 펌프(206) 혹은 블로워(blower)(도시 생략) 등을 사용하는 방법이 간편하고도 일반적이며 바람직하다. 또한, 순환 경로(53a)에는 적절히, 밸브 등(도시 생략)을 설치하도록 해도 된다.

상기의 다른 변형예의 구성으로 함으로써, 통 형상 부재(31a) 내를 유통하는 주생 가스를 더 균일하게 혼합시켜, 보다 흡착제를 낭비 없이 효율적으로 사용할 수 있다.

또한, 그 밖의 변형예로서, 본 발명의 정제 장치(20)를 2개 이상 설치하고, NaF 펠릿에 의한 HF의 흡착 후, 이어서, 가열에 의한 NaF 펠릿의 재생(HF의 탈리)하는 일련의 정제 공정에 관하여, 각각의 정제 장치를 전환하면서 번갈아 사용하도록 해도 된다.

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

예를 들면, 정제 장치는, 불소 가스가 생성되는 양극 측 및 수소 가스가 생성되는 음극 측에 설치하도록 하는, 또는, 수소 가스를 발생하는 음극 측만 설치하도록 해도 된다. 또한, 예를 들면, 본 발명의 정제 장치의 후단에, 정제 장치를 추가로 별도 설치하도록 하여 사용하는 것도 물론 가능하다.

[실시예]

이하, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 관련된 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 2에 나타낸 바와 같은 본 발명의 실시형태에 적용 가능한 정제 장치의 정제 능력 시험을 행하였다. 정제 능력 시험으로서, 반복 사용에 있어서의 정제 장치의 가스 도입구와 가스 도출구에 있어서의 가스에 포함되는 불화 수소 농도를 측정하였다.

[실시예 1]

가스를 순환 또는 확산시키는 가스류 안내통을 장착한 직경 200mmφ×길이 1500mm의 통 형상 부재(반응 용적량 15L)의 내부에, 메시(그물코 간격1mm)로 제조한 트레이형 용기(흡착제 유지구(201))를, 통 형상 부재의 내부에 가스의 유로를 확보하는 공간을 형성하도록 하여 5단 설치하였다. 또한, 트레이형 용기에는, 각형 쟁반 형상의 것을 사용하고, 용기의 높이 20mm에 대해, 펠릿 형상의 불화 나트륨(NaF 펠릿)의 부피가 50%가 되도록 충전하였다. 또한, 가스류 안내통 및 트레이형 용기는 스테인리스제의 것을 사용하였다.

가스류 안내통은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 길이 방향 양단면이 개구된 통 형상이며, 일단(一端) 측이 대략 원추 형상의 테이퍼부를 가지고 있고, 일단 측의 개구부는 대략 원 형상의 것을 사용하였다. 가스류 안내통은, 이 테이퍼부를 통 형상 부재에 설치된 가스 도입구 측에 위치시켜, 통 형상 부재와 가스류 안내통의 축 방향이 동일하게 되도록 하고, 가스류 안내통의 외주면이 통 형상 부재의 내주면을 따르도록 배치하였다.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 교반 날개는, 가스 도입구로부터 유입되는 가스의 유입 방향에 있어서, 가스 도입구와 흡착제 유지구의 사이에 위치하도록, 교반 날개를, 가스류 안내통의 일단 측의 개구부에 배치시켰다. 또한, 교반 날개의 직경은, 가스류통 안내통의 일단의 개구부의 크기와 실질적으로 동등하게 되는 크기(일단 측을 테이퍼 형상으로 하여 가스의 유로를 교반 날개의 직경까지 좁힌 구성)이며, 직경 100mm의 스크루형의 것을 사용하였다. 또한, 교반 날개의 회전수는 매분 600 회전으로 설정하고, 통 형상 부재의 내부의 가스 선속도를 0.05m/s로 하여 가스 교반을 실시하였다. 또한, 가스 선속도는, 트레이의 3단째와 4단째의 사이의 위치에 설치한 풍속계를 이용하여 측정하였다.

상기한 바와 같이, 통 형상 부재의 내부에 가스류 안내통을 설치하고, 교반 날개에 의해, 통 형상 부재에 유입되는 가스를 충분히 순환 또는 확산시켜, 고농도의 불화 수소가 흡착제에 접촉하지 않는 구성으로 하여 정제 능력 시험을 행하였다.

샘플 가스로서, 질소 가스에 의해 희석한 9%의 불화 수소 가스를 통 형상 부재 내부의 체재 시간 30분이 되도록 유통시켰다. 이 때, 통 형상 부재의 가열은 행하지 않았다. 가스 출구의 불화 수소 농도를 푸리에 변환 적외분광(FT-IR)에 의해 분석하였다.

다음으로, 통 형상 부재의 외주에 설치된 히터에 의해, 통 형상 부재의 온도를 250℃로 조정하고, 질소 가스를 통 형상 부재 내부의 체재 시간이 3분이 되도록 유통시켜, 흡착제(불화 나트륨)에 흡착된 불화 수소의 탈착 조작을 행하였다.

또한, 동일한 불화 수소를 흡착제로 흡착시키는 흡착 공정과 불화 수소의 탈착 공정을 5회 행하고, 불화 수소 농도의 측정을 각각의 횟수에서 측정하였다. 탈착 공정 종료 후, 내부의 NaF 펠릿의 관찰을 실시하였다. 반복 시험은 질소 가스에 의해 희석된 9%의 불화 수소 가스를 0.55L/min로 합계 3000L 유통시켰다. 5회의 반복 정제 시험에 있어서도, 내부 충전된 NaF 펠릿의 미분화, 유착(癒着) 등은 확인할 수 없었다. 또한, 5회 모든 횟수에 있어서의 가스 도출구의 불화 수소농도는 5000ppm 이하였다.

또한, 정제 시험 완료 후, HF를 흡착한 NaF 펠릿을 수용한, 각각의 트레이 용기의 중량 증가량의 계측(HF 흡착 후의 중량 증가 측정)을 실시하였더니, 각 트레이의 중량 증가량은 동일한 정도였다.

이 결과에 의해, 본 발명의 정제 장치를 사용함으로써, 정제 장치의 통 형상 부재를 가열하지 않고, 상온에서 흡착성 능력이 높은 상태로, 보다 효율적으로 HF의 흡착 공정을 행할 수 있다. 또한, 반복 정제 시험 완료 후의 각 트레이 용기의 중량 증가는, 각각 동일한 정도이기 때문에, 본 발명의 정제 장치에서는, 국소적인 부분에서 HF를 흡착하는 것이 아니라, 모든 트레이 용기로 대략 균등하게 HF를 흡착시키고, 흡착제로의 부하를 저감시켜, 흡착제를 마지막까지 효율적으로 사용할 수 있다는 것을 알았다.

[비교예 1]

통 형상 부재 내에, 교반 날개 및 가스류 안내통을 설치하지 않는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 실험 조건으로 정제 능력 시험을 행하였다.

그 결과, 가스 유입 개시 직후부터 가스 도출구의 불화 수소 농도는 9000ppm 정도가 되고, 충분히 불화 수소를 흡착할 수 없어, 충분한 정제 능력을 얻을 수 없었다.

또한, 실시예 1과 동일하게, 9%의 불화 수소 가스를 0.55L/min로 합계 3000L 유통시킨 후, 통 형상 부재를 해체하여, 내부에 수용 유지한 NaF 펠릿을 관찰하였더니, 가스 도입구에 가까운 위치에 수용된 NaF 펠릿은, 일부, 유착에 의한 고화가 보여져, 흡착제의 열화가 확인되었다.

[실시예 1] 및 [비교예 1]에 의해, 정제 장치의 통 형상 부재 내부를 교반 상태로 하고, 가스를 순환 또는 확산시키는 안내통을 설치함으로써, 충분한 정제 능력을 확보하면서, 흡착제의 열화를 막고, 마지막까지 효율적으로, 흡착제를 완전히 다 사용하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

본 발명은, 불소 가스를 생성하는 장치에 적용할 수 있다.

100: 불소 가스 생성 장치 1: 전해조
2: 불소 가스 공급계 3: 부생 가스 공급계
4: 외부장치 5: 원료 공급계
7: 양극 8: 음극
11a: 제 1 기실 12a: 제 2 기실
15: 제 1 메인 통로 17: 제 1 펌프
20: 정제 장치 30: 제 2 메인 통로
31: 제 2 펌프 51a: 주생 가스 도입구
52a: 주생 가스 도출구 201: 흡착제 유지구
202: 교반 날개 203: 가스류 안내통
205: 흡착제

Claims

불화 수소를 포함하는 용융염 중의 불화 수소를 전기 분해함으로써, 불소 가스를 생성하는 불소 가스 생성 장치에 있어서,
상기 불소 가스 생성 장치는,
불화 수소를 포함하는 용융염으로 이루어지는 전해욕 중에서 불화 수소를 전해함으로써 양극 측에 불소 가스를 주성분으로 하는 주생 가스를 발생시킴과 함께, 음극 측에 수소 가스를 주성분으로 하는 부생 가스를 발생시키는 전해조와, 상기 주생 가스에 혼입된 불화 수소를 흡착제에 의해 제거하는 정제 장치를 구비하고,
상기 정제 장치는,
상기 주생 가스를 유통시키는 통 형상 부재와,
상기 통 형상 부재에 상기 주생 가스를 도입하는 가스 도입구와,
상기 통 형상 부재로부터 상기 주생 가스를 도출하는 가스 도출구와,
상기 통 형상 부재를 유통하는 상기 주생 가스의 유로를 확보하는 공간을 형성하도록 배치된 흡착제 유지구와,
상기 가스 도입구로부터 유입된 상기 주생 가스를 교반하기 위한 교반 수단과,
상기 주생 가스를 상기 통 형상 부재 내의 공간으로 순환 또는 확산시키기 위한 가스류 안내통을 가지는 것을 특징으로 하는 불소 가스 생성 장치.
제 1항에 있어서,
상기 가스류 안내통이, 양단면이 개구된 통 형상이며, 상기 통 형상 부재의 내주면을 따르도록 설치된 것을 특징으로 하는 불소 가스 생성 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 교반 수단이, 상기 가스 도입구로부터 유입되는 상기 주생 가스의 유입방향에 있어서, 상기 가스 도입구와 상기 흡착제 유지구의 사이에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 불소 가스 생성 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통 형상 부재 내로부터 배출되는 상기 주생 가스의 일부를 순환시켜, 다시 상기 통 형상 부재 내로 도입시키는 순환 경로를 설치한 것을 특징으로 하는 불소 가스 생성 장치.