TWI406973B - Fluorine gas generating device - Google Patents

Description

氟氣生成裝置

本發明係關於一種將吸附氟化氫之吸附劑回收、更換之維護極其容易之氟氣生成裝置。

先前，眾所周知有下述氟氣生成裝置，其包括電解槽，該電解槽於包含含有氟化氫之熔融鹽之電解浴中電解氟化氫，於陽極側產生以氟氣作為主成分之主生氣體，同時於陰極側產生以氫氣作為主成分之副生氣體。

於此種氟氣生成裝置中，由電解槽之陽極所產生之氟氣中會混入有由熔融鹽氣化所得之氟化氫氣體。因此，必需將氟化氫從陽極所產生之氟氣中分離去除以純化氟氣。

專利文獻1中揭示有如下技術：為了將氟化氫從由陽極所產生之氟氣中去除，而使用填充有氟化鈉(NaF)等填充劑之氟化氫吸附塔，為了進行填充劑之更換，將2台以上之氟化氫吸附機構並列配置，且利用切換閥將該等吸附機構切換為任一者，藉此容易進行填充劑之維護及更換作業。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2004-107761號公報

於使用氟化鈉(NaF)作為吸附氟化氫之吸附劑之情形時，在室溫程度之溫度範圍內，雖然氟化氫之捕獲效率較高，但因氟化氫之吸附增多，故而吸附劑容易固化，吸附劑之壽命會縮短。另一方面，於100℃左右之溫度範圍內，相比於室溫之情形，雖然吸附劑之壽命延長，但氟化氫之捕獲效率降低。

專利文獻1所記載之氟氣生成裝置中，當使用NaF作為吸附劑時，若對於氟化氫將吸附塔之溫度設為室溫程度，則雖然氟化氫之捕獲效率會增高，但吸附劑之壽命會縮短，從而吸附劑之更換作業會增加。另一方面，若將氟化氫之吸附塔之溫度設得較高，則雖然吸附劑之壽命延長，但存在氟化氫之捕獲效率降低之問題。

如此，於將2台以上之氟化氫吸附機構並列配置之方法中，難以高效地進行氟化氫之吸附、回收，且難以減少吸附劑之劣化。

本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種容易進行將吸附氟化氫之吸附劑回收、更換之維護，且可穩定地供給氟氣之氟氣生成裝置。

本發明者等人為解決上述問題而進行了積極研究，結果發現：將具有吸附氟化氫之吸附劑之純化裝置至少兩個串聯連接，並控制各純化裝置之氟化氫之吸附量，藉此可減少因氟化氫之吸附而引起之填充劑之劣化，且，可有效地回收氟化氫，從而完成了本發明。

進而，本發明者等人獲得如下見解：將各純化裝置中所吸附之氟化氫回收，並供給至電解槽之原料源中且再利用，藉此可有效地進行氟氣之生成。

即，本發明係一種氟氣生成裝置，其特徵在於其係藉由將含有氟化氫之熔融鹽中之氟化氫電性分解而生成氟氣者；且包括：電解槽，其係於包含含有氟化氫之熔融鹽之電解浴中電解氟化氫，藉此於陽極側產生以氟氣作為主成分之主生氣體，同時於陰極側產生以氫氣作為主成分之副生氣體；以及純化線，其係包含藉由吸附劑將氟化氫氣體去除之純化裝置，該氟化氫氣體係由上述電解槽之熔融鹽氣化而混入至由上述陽極所生成之氟氣者；且上述純化線係包括：第1純化部，其係並列配置有至少2台以上之純化裝置；以及第2純化部，其係並列配置有至少2台以上之純化裝置，且，配置於上述第1純化部之下游；已通過上述第1純化部之任一純化裝置之氟氣被導引至上述第2純化部之任一純化裝置。

又，本發明係上述氟氣生成裝置，其中，上述純化裝置係包括：吸附劑收納機構，其係內置有吸附劑，該吸附劑吸附上述電解槽中所產生之氟氣中之氟化氫，且其吸附能力根據溫度而變化；溫度調節器，其係調節上述吸附劑收納機構內之溫度；以及濃度檢測器，其係對通過上述吸附劑收納機構內之上述氟氣中之氟化氫濃度進行檢測；且根據上述濃度檢測器之檢測結果，於上述第1純化部或上述第2純化部中，以將氟氣向待機狀態之純化裝置導引之方式進行運轉切換，並自藉由上述運轉切換而停止之純化裝置之上述吸附劑收納機構內排出氟化氫，藉由上述溫度調節器調整上述純化裝置內之溫度，將停止中之純化裝置設為待機狀態。

此處所提及之吸附劑收納機構，係表示可將吸附劑收納於某空間內者，例如，具體而言列舉筒狀構件。進而，所謂筒狀構件，係表示於內部收容吸附氟化氫之吸附劑，並使由電解槽所產生之氟氣通過，從而吸附氟氣中之氟化氫氣體之容器，關於形狀等並無特別限制。

又，本發明係上述氟氣生成裝置，其中，於上述第1純化部及上述第2純化部中，將導引有氟氣之吸附劑收納機構內之溫度設定於0℃~120℃之範圍，且，上述1純化部中之該吸附劑收納機構內之溫度比上述2純化部中之該吸附劑收納機構內之溫度高。

尤其於第1純化部中，宜為將導引有氟氣之吸附劑收納機構內之溫度設定為70℃~100℃，於第2純化部中，將導引有氟氣之吸附劑收納機構內之溫度設定為0℃~50℃。

又，本發明宜為於上述吸附劑收納機構內，設置具有用於確保氣體流路之空隙而配置之吸附劑保持具。

又，本發明宜為於上述吸附劑保持具設置有貫通孔。

又，本發明宜為上述吸附劑保持具為盆狀構件。

又，本發明宜為以上述吸附劑收納機構內之氣體之流動成為蜿蜒狀之方式設置上述吸附劑保持具。

又，本發明宜為於上述第1純化部及上述第2純化部中之純化裝置中，包含將所吸附之氟化氫排出之導出路徑，回收該純化裝置所吸附之氟化氫，並於上述電解槽中再利用氟化氫。

又，本發明宜為上述吸附劑為氟化鈉。

根據本發明，可提供如下氟氣生成裝置：使將吸附氟化氫之吸附劑回收、更換之維護變得容易，且，將所吸附之氟化氫供給至電解槽之原料源中並再利用，藉此可高效穩定地供給氟氣。

以下，參照圖式對本發明之實施形態進行。

參照圖1對本發明之實施形態之氟氣生成裝置100進行說明。

氟氣生成裝置100係藉由電性分解而生成氟氣，並將所生成之氟氣向外部裝置4供給者。作為外部裝置4，例如為半導體製造裝置，此時，例如，氟氣係於半導體之製造步驟中被用作清洗氣體。

氟氣生成裝置100包括：藉由電性分解而生成氟氣之電解槽1，將電解槽1中所生成之氟氣向外部裝置4供給之氟氣供給系統2，以及對伴隨氟氣之生成而生成之副生氣體進行處理之副生氣體處理系統3。

首先，對電解槽1進行說明。

於電解槽1中蓄積有含有氟化氫(HF)之熔融鹽。本實施例之形態中，使用氟化氫與氟化鉀(KF)之混合物(KF‧2HF)作為熔融鹽。

於電解槽1內，藉由浸漬於熔融鹽之區劃壁102而區劃為陽極室101a與陰極室101b。陽極室101a及陰極室101b之各個中浸漬有陽極103a與陰極103b，且藉由自電源(未圖示)對陽極103a與陰極103b之間供給直流電壓，從而於陽極103a生成氟氣(F₂ )，於陰極103b生成氫氣(H₂ )作為副生氣體。陽極103a係使用碳電極，陰極103b係使用軟鐵、莫乃耳合金、或鎳。

因KF‧2HF之熔點為71.7℃，故而熔融鹽之溫度被調節為90~100℃。氟化氫自熔融鹽僅以蒸氣壓氣化而混入至由電解槽1之陽極103a及陰極103b所生成之氟氣及氫氣之各個中。如此，於藉由陽極103a而生成且被導引至陽極室101a之氟氣及藉由陰極103b而生成且被導引至陰極室101b之氫氣之各個中，含有氟化氫氣體。

於電解槽1中，在陽極室101a與陰極室101b中分別設置有壓力計(未圖示)。

其次，對氟氣供給系統2進行說明。

陽極室101a上連接有用於將氟氣向外部裝置供給之第1主通路15，第1主通路15上設置有將氟氣自陽極室101a導出並搬送之第1泵17。

於第1主通路15之第1泵17之上游，設置有將混入至氟氣中之氟化氫氣體去除以純化氟氣之純化線20。純化線20係利用氟化鈉之對氟化氫之吸附，將氟化氫自氟氣中分離並去除之裝置。

純化線20係包含用於將由陽極103a所產生之氟氣中之氟化氫粗略取得之第1純化部21，及用於將第1純化部21中未能全部回收之氟化氫去除之第2純化部22，第2純化部22係配置於第1純化部21之下游。

於第1主通路15之第1泵17之下游，設置有用於蓄積藉由第1泵17搬送之氟氣之第1緩衝槽50。第1緩衝槽50中所蓄積之氟氣係向外部裝置4供給。於第1緩衝槽50中設置有用於對氟氣中之氟化氫之濃度進行光學分析之氟化氫濃度檢測器62。關於所使用之檢測器，只要可分析氟化氫濃度則並無特別限定，例如，可列舉傅里葉變換紅外分光計(FT-IR，Fourier transform-infrared spectroscopy)等。

其次，對副生氣體處理系統3進行說明。

陰極室101b上連接有用於將氫氣向外部排出之第2主通路16，於排出路徑過程中，視需要而配置有泵、壓力及流量調整閥、壓力計、純化裝置等，從而將氫氣無害化釋放。

再者，氟氣產生裝置100亦包括向電解槽1之熔融鹽中供給作為氟氣之原料之氟化氫之原料供給系統5。

其次，對原料供給系統5進行說明。

電解槽1上連接有將由氟化氫供給源60所供給之氟化氫引導至電解槽1之熔融鹽中之原料供給通路81。於原料供給通路81上設置有用於控制氟化氫之供給流量之流量控制閥、載體氣體供給源、將載體氣體引導至原料供給通路之供給通路、及切換載體氣體之供給與遮斷之遮斷閥等(未圖示)，且控制氟化氫之供給量，以補充熔融鹽中經電性分解之氟化氫。

其次，參照圖1及圖2對純化線20進行說明。

將氟化氫氣體從由陽極103a所產生之氟氣中去除之純化線20，係包含第1純化部21及配置於第1純化部21之下游之第2純化部22。以下，依序對第1純化部21與第2純化部22進行說明。

因第1純化部21及第2純化部22中所使用之各個純化裝置為相同構成，故而以下係以第1純化部中之純化裝置21a為中心進行說明，而關於其他純化裝置中相同之部分，對與純化裝置21a相同之構成附上相同符號並省略說明。再者，對第1純化部21及第2純化部22中之各純化裝置附上「a」及「b」以加以區分。

首先，對第1純化部21進行說明。

第1純化部包含並列設置之純化裝置21a與純化裝置21b之兩個系統，且進行切換以使氟氣僅通過其中任一系統。即，當純化裝置21a及純化裝置21b中之一者為運轉狀態時，另一者成為停止或待機狀態。

純化裝置21a包括：對藉由陽極103a所生成之氟氣進行處理之系統，將純化裝置21a內吸附之氟化氫排氣回收之系統，進行純化裝置21a內之氟氣之排氣之系統，進行處於待機狀態之純化裝置21a內之壓力調整之系統，及對通過純化裝置21a內之筒狀構件31a(吸附劑收納機構)之氟氣中之氟化氫之濃度進行檢測之檢測系統。

純化裝置21a包括氟氣通過之筒狀構件31a，筒狀構件31a中收容有吸附氟化氫之吸附劑。

此處所提及之筒狀構件，係表示於內部收容有吸附氟化氫之吸附劑，使自電解槽1產生之氟氣通過，並用於吸附氟氣中之氟化氫氣體之容器，關於形狀等則並無特別限制。作為筒狀構件之材質，較好的是相對於氟氣及氟化氫氣體具有耐性，例如，列舉不鏽鋼、莫乃耳合金、鎳等之合金、金屬等。

吸附劑係使用包含氟化鈉(NaF)之多個多孔質珠粒。因氟化鈉之吸附能力根據溫度而變化，故而於筒狀構件31a之周圍設置加熱器41a來作為用於調整筒狀構件31a內之溫度之溫度調節器。

溫度調節器只要可調整筒狀構件內之溫度則並無特別限定，例如，亦可使用加熱器、蒸氣加熱、使用有加熱介質或冷卻介質之加熱冷卻裝置。

作為用於吸附劑之藥劑，亦可使用NaF、KF、RbF、CsF等鹼金屬氟化物，其中特別好的是NaF。

純化裝置21a上連接有導引藉由陽極103a所生成之氟氣之入口通路51a。入口通路51a係第1主通路15分支為2個中之其中一個通路，另一入口通路51b連接於純化裝置21b。於入口通路51a上設置有容許朝向純化裝置21a之氟氣之流入或將該流入遮斷之入口閥11a。

純化裝置21a之下游連接有用於將氟氣自純化裝置21a排出之出口通路52a。於出口通路52a上設置有容許自純化裝置21a之氟氣之流出或將該流出遮斷之出口閥12a。

純化裝置21a之出口通路52a上設置有對已通過筒狀構件31a之氟氣中之氟化氫濃度進行光學分析之檢測器61a。關於所使用之檢測器，只要可分析氟化氫濃度則並無特別限定，例如，列舉傅里葉變換紅外分光計(FT-IR)等。

當純化裝置21a為運轉狀態時，入口閥11a及出口閥12a為開放，當純化裝置21a為停止或待機狀態時，入口閥11a及出口閥12a為關閉狀態。

於純化裝置21a中設置有用於將吸附於筒狀構件31a內之氟化氫排出之出口通路71a，出口通路71a係連接於將氟化氫排出之通路80。

於排出通路80之下游，設置有用於抽吸純化裝置中所吸附之氟化氫之第2泵18，該第2泵18連接於氟化氫供給源60。藉由將經回收之氟化氫供給至氟化氫供給源60，能夠補充原料。又，於排出路徑80上設置蓄積氟化氫之緩衝槽，從而可視需要將蓄積於緩衝槽中之氟化氫供給至氟化氫供給源60。

如上述般，經回收之氟化氫可暫時蓄積於緩衝槽或氟化氫供給源60後供給至電解槽1，亦可不經由緩衝槽或氟化氫供給源60而直接供給至電解槽1，藉此補充原料。

純化裝置21a上連接有將用於進行純化裝置21a之再生之氟氣排出之通路701a，通路701a上設置有用於將氟氣排出之排出閥10a。進而，通路701a上設置有排出泵90a。

純化裝置21a上連接有進行純化裝置21a之再生，且為了使其成為待機狀態而調整純化裝置21a之筒狀構件31a內之壓力之通路73a，通路73a進而連接於通路82。通路82上設置有壓力調整閥16a。進而，通路82係連接於蓄積所生成之氟氣之第1緩衝槽50。

其次，對第2純化部22進行說明。

第2純化部係與第1純化部相同，包含並列設置之純化裝置22a與純化裝置22b之兩個系統，且進行切換以使氟氣僅通過其中任一系統。

第1純化部之純化裝置21a之下游連接有用於將氟氣自純化裝置21a排出之出口通路52a，出口通路52a於下游分支成兩個通路，且設置有分支通路53。較好的是，視需要於分支通路53上設置容許或折斷氟氣之流入之閥14。即，較好的是構成為藉由將遮斷閥14開閉，而能夠將已通過純化裝置21a之氟氣導引至第2純化部之純化裝置22a或純化裝置22b中之任一者。

第2純化部之純化裝置22a及純化裝置22b之下游連接有用於將氟氣排出之出口通路53a及出口通路53b，出口通路53a係與出口通路53b合流而連接於第1泵17。

以上，係以純化裝置21a為中心進行了說明，而關於其他純化裝置即純化裝置21b、22a、22b亦同樣地包括：對藉由陽極103a所生成之氟氣進行處理之系統，將純化裝置內吸附之氟化氫排氣回收之系統，進行純化裝置內之氟氣之排氣之系統，進行處於待機狀態之純化裝置內之壓力調整之系統，及對通過純化裝置內之筒狀構件之氟氣中之氟化氫之濃度進行檢測之檢測系統。

以上，對純化線20之第1純化部21與第2純化部22之構成進行了說明，但本發明中，關於將吸附劑填充於各純化裝置之筒狀構件之方法並無特別限制，可適用於各種形態之純化裝置。

例如，關於純化裝置之形態，可為將吸附劑填充於縱向配置之筒狀構件，並於上下方向上流動氣體之方法，又，亦可為將吸附劑填充於橫向配置之筒狀構件，並於筒狀構件之左右方向上流動氣體之方法。

又，關於通過純化裝置之氣體之流動方向，於圖1、2中表示在各純化裝置內流動之氣體之方向係自筒狀構件之上部朝向下部流動之情形，於圖3中為了進行說明，而表示各純化裝置內流動之氣體之方向係自筒狀構件之下部朝向上部流動之情形，關於通過各純化裝置之氣體之流動方向並無特別限制，可為自筒狀構件之下部朝向上部流動，或者自上部朝向下部流動。

如上述般，即便為將吸附氟化氫之吸附劑直接填充於純化裝置之筒狀構件內之方法，本發明亦可實施，但於直接填充吸附劑之方法中，會出現如下情形：尤其於純化裝置之氣體入口附近，來自電解槽之熔融鹽之霧氣或由熔融鹽氣化所得之氟化氫會被吸附劑所吸收，從而因吸附劑之膨脹、熔接引起堵塞從而閉塞。

因此，亦可將吸附劑保持具於純化裝置之筒狀構件內以具有用於確保氣體流路之空隙之方式而配置，從而可防止純化裝置之閉塞。

此處所提及之吸附劑保持具係設置於純化裝置之筒狀構件內，且於筒狀構件內之空間內保持特定量之吸附劑者，亦可隔開某固定之間隔而設置有複數個。吸附劑保持具係於筒狀構件內之空間內以具有用於確保氣體流路之空隙之方式而配置，從而於未填充有吸附劑之空隙內確保氣體流路，以防止純化裝置之閉塞。

進而，為了增大與筒狀構件內流通之氣體接觸之吸附劑之表面積之比例，較好的是於吸附劑保持具設置氣體可通過之貫通孔。此處所提及之貫通孔只要為可保持吸附劑，且氣體可通過之孔之大小，則並無特別限制，可為適當設計者。又，若考慮與氣體接觸之吸附劑之表面積之比例，則較好的是吸附劑保持具成為多孔質狀或網狀。

關於吸附劑保持具之具體形狀，只要可確保筒狀構件內之氣體流路，且可保持吸附劑，則並無特別限制，例如，列舉將吸附劑填充於由金屬絲網(網狀)製作之球狀或圓筒狀之籠型容器之形態，將吸附劑填充於盆狀之容器(稱作盆狀構件)之形態，將吸附劑夾入片狀之金屬(包含網狀)等之形態等。

關於將吸附劑保持具設置於純化裝置之筒狀構件內之方法，只要於筒狀構件內以具有用於確保氣體流路之空隙之方式配置即可，並無特別限制，例如，列舉將上述說明般之形態之吸附劑保持具懸掛於筒狀構件內之空間內之方法，固定地設置於筒狀構件之側面之方法等。

如上述般，藉由使用於筒狀構件內以具有用於確保氣體流路之空隙之方式而配置之吸附劑保持具，從而即便於吸附劑引起堵塞之情形時，亦可於筒狀構件內一直確保氣體流路，從而能夠防止閉塞，且有效地進行氣體之純化。

若考慮對吸附劑保持具設置貫通孔時之加工性、對筒狀構件之設置、吸附劑之填充容易度等實際使用方面之操作，則特別好的是吸附劑保持具為盆狀構件。

又，此處所提及之盆狀構件係表示可收容物體之平坦容器，只要可收容吸附劑，則並不特別限於圓狀或四角狀等形狀，可為根據筒狀構件之形狀而適當設計者。

以下，作為吸附劑保持具之較佳一例，列舉盆狀構件，且將設置有盆狀構件之純化裝置(以下，稱作第2實施形態之純化裝置)作為本發明之第2實施形態進行說明。再者，以下，以作為吸附劑保持具之盆狀構件為例進行說明，但本發明之吸附劑保持具並不限定於盆狀構件。

參照圖3、4、5，對本發明之第2實施形態之設置有盆狀構件之純化裝置210進行詳細說明。又，圖4係表示純化裝置210之A-A剖面圖。又，圖5係表示用作吸附劑保持具之盆狀構件之結構之一例之圖。

首先，參照圖3，基於適用於第1純化部之純化裝置21a之例，對設置有盆狀構件之純化裝置210之概要進行說明。

如圖3、4所示，盆狀構件211係設置於包含在第1純化部之純化裝置21a內之筒狀構件31a之側面。具體而言，為了增加填充之吸附劑之量，盆狀構件211可設置成內接於筒狀構件31a內之側面。又，吸附劑70成為填充於盆狀構件211之結構。

又，該盆狀構件211之特徵在於：藉由於盆狀構件211之端部設置切口部212，從而於筒狀構件31a之內部設置空隙，利用切口部212使氣體流通，從而成為不會完全閉塞之結構。此處所提及之切口部只要成為於筒狀構件31a之空間內可確保氣體之流動之形狀，則並無特別限制，可為適當設計者。

關於盆狀構件211中設置有切口部之位置，只要可確保氣體之流動則並無特別限制，但為了使氣體與吸附劑容易充分接觸，特別好的是如圖3所示，以使氣體之流動成為蜿蜒狀之方式，且以自氣體之入口朝向出口方向而切口部成為左右交替之方式，將盆狀構件211設置於筒狀構件之側面。

關於盆狀構件211之數目(段數)，為了完全防止純化裝置之閉塞以提高氟化氫之吸附能力，較好的是設置複數段(參照後述實施例1-1)，且較好的是根據所吸附之氟化氫之量或所使用之純化裝置之大小等裝置之狀況而適當設定。

又，關於盆狀構件211之大小、配置狀況，只要不妨礙氣體之流動則並無特別限制，較好的是根據設置盆狀構件之筒狀構件之大小等狀況而適當設定。

其次，參照圖5對本發明之盆狀構件之結構之一例進行說明。

本發明之盆狀構件211係包含底板部211a、側壁部211b、切口側壁部211c、及上端開口部211d，如圖5所示，盆狀構件211之端部成為切口部212。該盆狀構件211之特徵在於：藉由設置切口部212使氣體流通，從而成為不會完全閉塞之結構。

又，為了增大與氣體接觸之吸附劑之表面積以提高吸附之效率，亦可於構成盆狀構件211之構件上設置貫通孔。

雖然構成盆狀構件211之構件之各部均可設置貫通孔，但為了增大與氣體接觸之吸附劑之表面積，特別好的是於底板部211a設置貫通孔。於盆狀構件211設置貫通孔之方法並無特別限制，例如，列舉打孔加工等。

進而，為了進一步增大氣體與吸附劑之表面積，特別好的是於構成盆狀構件211之構件中，將底板部211a設為網狀。(參照實施例1-1)當然亦可將盆狀構件211之各部均設為網狀。

又，當將底板部211a設為網狀時，即便網目之部分發生堵塞，亦可於切口部確保氣體流路，因而可防止完全閉塞。

作為盆狀構件211之材質，較好的是對氟氣及氟化氫氣體具有耐性者，例如，列舉不鏽鋼、莫乃耳合金、鎳等之合金、金屬等。又，即便對於將底板部211a設為網狀時之網目之材質而言，較好的是亦可設為與上述相同之材質。

上述已對設置有吸附劑保持具之第2實施形態之純化裝置進行了說明，但設置有吸附劑保持構件之純化裝置亦可適用於本發明中之所有純化裝置，尤其如圖6所示，特別好的是適用於第一純化部之純化裝置。其理由在於，第一純化部中，係進行將氟氣中之大部分之氟化氫去除之粗略取得步驟，於第一純化部中對吸附劑造成負擔而容易產生閉塞。

再者，圖6係表示純化線之概略圖，僅記載主要部分之圖式或符號等，而省略其他詳細部分。

其次，對如上述般構成之純化線20之動作進行說明。

以下，以純化裝置21a為運轉狀態、純化裝置21b為待機狀態、純化裝置22a為運轉狀態、純化裝置22b為待機狀態之情形為例進行說明。

純化裝置21a中，入口閥11a及出口閥12a為打開狀態，且為筒狀構件31a內自電解槽1連續地導引有氟氣之狀態。與此相對，純化裝置21b中，入口閥11b及出口閥12b為關閉狀態。如此，電解槽1中所生成之氟氣僅被供給至純化裝置21a。

已於純化裝置21a中純化之氟氣自設置於純化裝置21a之出口路徑52a流出，且被供給至純化裝置22a。與純化裝置21a相同地，於純化裝置22a中，入口閥13a及出口閥15a為打開狀態，且為筒狀構件32a內自電解槽1經由純化裝置21a而連續地導引有氟氣之狀態。與此相對，於純化裝置22b中，入口閥13b及出口閥15b為關閉狀態。又，於純化裝置21a之出口路徑52a之下游分支之分支通路53，即遮斷閥14亦為關閉狀態。

以下對運轉狀態之第1純化部21之純化裝置21a及第2純化部22之純化裝置22a進行說明。

純化裝置21a包括氟氣通過之筒狀構件31a，且於其周圍設置有加熱器41a，從而對筒狀構件31a內之溫度進行控制。對於氟化鈉而言，於室溫程度之溫度範圍內，氟化氫之吸附量增多，從而氟化鈉容易劣化。對此，第1純化部之純化裝置21a之筒狀構件31a之溫度較好的是設定為能夠於吸附氟化氫之大部分之同時不會對吸附劑造成負擔之程度。即，第1純化部21中，為將氟氣中之大部分之氟化氫去除之粗略取得步驟。

關於筒狀構件31a內之溫度條件，考慮到所要求之氟氣中之氟化氫濃度及吸附劑之負擔，較好的是設為70℃~120℃之溫度範圍。為了減少填充於筒狀構件31a內之氟化鈉之劣化，且，為了將自電解槽1導引之氟氣中之氟化氫濃度設為未滿1000 ppm，特別好的是將筒狀構件31a內之溫度設為70℃~100℃之範圍。

與純化裝置21a相同地，純化裝置22a包括氟氣通過之筒狀構件32a，且於其周圍設置有加熱器42a，從而對筒狀構件32a內之溫度進行控制。通過純化裝置22a之氟氣係大部分之氟化氫已於純化裝置21a中被去除。對此，於純化裝置22a中，較好的是藉由將筒狀構件32b之溫度設為室溫附近程度，而能夠提高氟化鈉之吸附能力，且吸附未能於純化裝置21a中被去除之氟化氫。

為了將經由純化裝置21a而導引之氟氣中之氟化氫濃度設為未滿100 ppm，較好的是將筒狀構件32a內之溫度設為0℃~50℃之範圍。此時，因大部分之氟化氫已於純化裝置21a中被去除，故而對吸附劑之負擔變得非常少。

如此，較好的是將第1純化部中導引氟氣之純化裝置內之溫度設定得比第2純化部中導引氟氣之純化裝置內之溫度高，從而於第1純化部中，不會對純化裝置內之吸附劑造成較大之負擔而將大部分之氟化氫去除，且於第2純化部中，將第1純化部中未能被吸附之氟化氫去除，且可根據期望之氟氣之純度(氟化氫濃度)之狀況適當設定溫度條件。

即，藉由控制各純化裝置中之氟化氫之吸附量，不會使填充於各個純化裝置內之吸附劑劣化，且可將氟氣中之氟化氫去除並回收。

當吸附於純化裝置21a之筒狀構件31a內之氟化氫之蓄積量增加，從而藉由設置於出口通路52a之氟化氫濃度檢測器61a所檢測到的氟化氫濃度達到特定值時，停止純化裝置21a之運轉，同時啟動待機狀態之純化裝置21b，而進行純化裝置之運轉切換。純化裝置21a中於運轉停止後，進行再生步驟。

進而，同樣地，當藉由設置於純化裝置22a之出口通路53a之氟化氫濃度檢測器(未圖示)所檢測到的氟化氫濃度達到特定值時，亦能夠自純化裝置22a切換為純化裝置22b。

於第1純化部21及第2純化部22中，各純化裝置之運轉切換與純化裝置之再生步驟係相同，因此以下以自純化裝置21a向純化裝置21b之運轉切換、及純化裝置21a中之再生步驟為例進行說明。

首先，對純化裝置之運轉切換進行說明。

若吸附於純化裝置21a之筒狀構件31a內之氟化氫之蓄積量增加，則由設置於出口通路52a之氟化氫濃度檢測器61a所檢測到的氟化氫濃度會增高。當經檢測之氟化氫濃度達到特定流量時，進行自純化裝置21a向純化裝置21b之運轉切換。

具體而言，當純化裝置21b之入口閥11b、出口閥12b及遮斷閥14開閥後，純化裝置21a之入口閥11a及出口閥12a閉閥。藉此，純化裝置21b啟動，同時，純化裝置21a停止，從而將來自電解槽1之氟氣向純化裝置21b導引。

又，自純化裝置21a向純化裝置21b之運轉切換，亦可藉由設置於蓄積氟氣之第1緩衝槽50內之用於檢測氟化氫濃度的檢測器62，來測定氟化氫濃度，並根據其檢測結果而進行。

其次，對純化裝置之再生步驟進行說明。

於已停止之純化裝置21a中，自設置於筒狀構件31a之用於將氟氣排出之通路701a進行氟氣之排出。具體而言，將設置於通路701a之排出閥10a完全打開，並藉由排出泵90a進行抽吸，藉此將氟氣排出。

當純化裝置21a之筒狀構件31a內之氟氣之排出進行後，設置於筒狀構件31a之周圍之加熱器41a之溫度被設定為150℃~300℃之範圍。藉此，吸附於筒狀構件31a內之氟化鈉之氟化氫脫離。進而，設置於排出通路71a之排出閥17a完全打開，脫離之氟化氫藉由第2泵18抽吸而被搬送至氟化氫供給源60。當筒狀構件31a內之氟化氫之排出結束後，設置於排出通路71a之排出閥17a完全關閉。以上，筒狀構件31a之氟化氫之排出結束。

當筒狀構件31a之氟化氫之排出結束後，應將純化裝置21a設為待機狀態，設置於筒狀構件31a之周圍之加熱器41a之溫度被設定為70℃~100℃之溫度範圍。進而，藉由設置於用於調整純化裝置21a內之壓力之通路之壓力調整閥16a，而將筒狀構件31a之壓力調整為與電解槽1之壓力同等。藉由自蓄積氟氣之第1緩衝槽50向筒狀構件31a內之氟氣之供給，筒狀構件31a之內部壓力上升，並於上升至與電解槽1之壓力同等為止之時間點，氟氣之供給停止。以上，純化裝置21a之再生步驟結束，純化裝置21a成為待機狀態。

如上述般，停止中之純化裝置21a係將筒狀構件31a內之溫度設定為特定溫度(70℃~100℃)之範圍，同時向筒狀構件31a內填充氟氣，從而成為被調整為與電解槽同等之壓力之待機狀態。因此，當運轉中之純化裝置21b之筒狀構件31b之氟化氫蓄積量達到特定值時，停止純化裝置21b之運轉，同時快速啟動純化裝置21a，可進行純化裝置之運轉切換。

關於以上之純化線20之動作，亦可於各純化裝置之下游或第1緩衝槽50中之用於檢測氟化氫濃度之濃度檢測器設置控制器，並根據檢測結果控制各閥及各泵之動作。

根據以上之實施形態，實現以下所示之作用效果。

純化線20包括用於粗略取得氟氣中之氟化氫之第1純化部21，及用於將第1純化部中未能全部回收之氟化氫去除之第2純化部22。藉由調整第1純化部21與第2純化部中之純化裝置之溫度，可控制氟化氫之吸附量，且可使純化裝置中所使用之吸附劑之劣化減少。因此，回收、更換吸附劑之維護變得容易。

又，於純化線20中之各純化裝置中，將所吸附之氟化氫供給至電解槽之原料源中並進行再利用，藉此可高效地生成氟氣。

再者，關於使用設置有吸附劑保持具之純化裝置(第2實施形態之純化裝置)時之純化線20的吸附步驟及脫附步驟(再生步驟)，能夠於上述說明之相同之操作中進行操作，從而省略說明。

本發明並不限定於上述實施形態，應當明白在其技術性思想之範圍內可進行各種變更。

例如，於純化線20中之各純化部中，純化裝置亦可設為三個以上。

產業上之可利用性

本發明可適用於生成氟氣之裝置。

能力試驗例

使用如圖7所示之裝置概略圖，進行可適用於本發明之第2實施形態之純化裝置之純化能力試驗。關於純化能力試驗，係進行重複使用之純化裝置氣體入口A與出口B處之差壓測定及出口氣體中之氟化氫濃度測定。以下，關於吸附劑保持具即盆狀構件之一例，將使用托盤型容器之純化裝置稱作托盤型純化裝置而進行說明。

具體而言，重複進行使氟化氫吸附於吸附劑之吸附步驟及氟化氫之脫附步驟，且每次重複時，將對純化裝置氣體入口A與氣體出口B之差壓及氣體出口B之氟化氫濃度進行測定之結果表示於表1中。再者，於相同之實驗條件下，將使用縱型填充純化裝置之情形作為參考例而表示。此處所提及之縱型填充純化裝置係表示將筒狀構件縱向配置，且將吸附劑直接填充於筒狀構件之內部。

[實施例1-1]

使用托盤型容器作為盆狀構件，托盤型容器係使用端部設置有切口部，對底板部進行穿孔加工，且插入有網狀金屬片材者。再者，托盤型容器之材質係使用不鏽鋼製。

如圖7所示，以氣體之流動成為蜿蜒狀之方式，且以自氣體之入口朝向出口方向而切口部成為左右交替之方式，於純化裝置之筒狀構件內之側面設置有8段。將作為吸附劑之氟化鈉分別以80 g填充於托盤型容器中(8段總量為640 g)。又，藉由設置於筒狀構件外周之加熱器將筒狀構件內之溫度調整為100℃。

作為試樣氣體，使藉由氮氣稀釋所得之9%之氟化氫氣體以0.7 cm/sec之流速流通15小時，並藉由壓力計對純化裝置之氣體入口A與氣體出口B之差壓進行測定，同時，藉由傅里葉變換紅外分光計(FT-IR)對15小時流通後之氣體出口B之氟化氫濃度進行分析。

繼而，藉由設置於筒狀構件外周之加熱器將筒狀構件內之溫度調整為250℃，使氮氣以2.1 cm/sec之流速流通，並進行吸附於吸附劑(氟化鈉)之氟化氫之脫附操作。

進而，將相同之使氟化氫吸附於吸附劑之吸附步驟及氟化氫之脫附步驟進行15次，並於每一次進行差壓測定及氟化氫濃度之測定。如表1所示，即便於重複進行15次之情形時，托盤型純化裝置中，純化裝置之氣體入口A與氣體出口B中未產生較大之差壓。又，全部15次中之氣體出口B之氟化氫濃度均為1000 ppm以下。

根據該結果可知，藉由使用托盤型純化裝置，能夠於純化裝置中不會閉塞地有效吸附氟化氫。

[參考例1-1]

作為純化裝置，使用筒狀構件內部設置有吸附劑保持具之縱型填充純化裝置(直接填充作為吸附劑之氟化鈉640 g)，除此以外，在與實施例1-1相同之實驗條件下進行純化能力試驗。

其結果為，於縱型填充純化裝置中，在全部15次中，氣體出口B之氟化氫濃度均為1000 ppm以下，當重複次數為第6次時，差壓成為10000 Pa以上，從而完全閉塞。

根據[實施例1-1]及[參考例1-1]可知，托盤型純化裝置具有與縱型填充純化裝置同等之純化能力，且，不易閉塞。

1．．．電解槽

2．．．氟氣供給系統

3．．．副生氣體供給系統

4．．．外部裝置

5．．．原料供給系統

15．．．第1主通路

16．．．第2主通路

17．．．第1泵

18．．．第2泵

20．．．純化線

21．．．第1純化部

21a、21b、22a、22b．．．純化裝置

22．．．第2純化部

31a、31b、32a、32b．．．筒狀構件

41a、41b、42a、42b．．．加熱器

50．．．第1緩衝槽

60．．．氟化氫供給源

61a、61b、62a、62b、62．．．氟化氫濃度檢測器

70．．．吸附劑

90a、90b、91a、91b．．．排出泵

100．．．氟氣生成裝置

101a．．．陽極室

101b．．．陰極室

103a．．．陽極

103b．．．陰極

210．．．第2實施形態之純化裝置

211．．．盆狀構件

圖1係本發明之實施形態之氟氣生成裝置之系統圖。

圖2係本發明之實施形態之純化線之詳細圖。

圖3係本發明之第2實施形態之純化裝置之概略圖。

圖4係圖3之A-A之剖面圖。

圖5係本發明之第2實施形態之盆狀構件之一例。

圖6係本發明之第2實施形態之較佳形態之一例。

圖7係進行可適用於本發明之第2實施形態之純化裝置之純化能力試驗之實驗裝置之概略圖。

1．．．電解槽

2．．．氟氣供給系統

3．．．副生氣體供給系統

4．．．外部裝置

5．．．原料供給系統

15．．．第1主通路

16．．．第2主通路

16a．．．壓力調整閥

17．．．第1泵

18．．．第2泵

20．．．純化線

21．．．第1純化部

21a、21b、22a、22b．．．純化裝置

22．．．第2純化部

50．．．第1緩衝槽

51a、51b．．．入口通路

52a、53a、53b、71a．．．出口通路

53．．．分支通路

60．．．氟化氫供給源

62．．．氟化氫濃度檢測器

73a、80、82．．．通路

81．．．原料供給通路

100．．．氟氣生成裝置

101a．．．陽極室

101b．．．陰極室

102．．．區劃壁

103a．．．陽極

103b．．．陰極

Claims (9)

1. 一種氟氣生成裝置，其特徵在於其係藉由將含有氟化氫之熔融鹽中之氟化氫電性分解而生成氟氣者；且包括：電解槽，其係於包含含有氟化氫之熔融鹽之電解浴中電解氟化氫，藉此於陽極側產生以氟氣作為主成分之主生氣體，同時於陰極側產生以氫氣作為主成分之副生氣體；以及純化線，其係包含藉由吸附劑將氟化氫氣體去除之純化裝置，該氟化氫氣體係由上述電解槽之熔融鹽氣化而混入至由上述陽極所生成之氟氣者；且上述純化線係包括：第1純化部，其係並列配置有至少2台以上之純化裝置；以及第2純化部，其係並列配置有至少2台以上之純化裝置，且配置於上述第1純化部之下游；已通過上述第1純化部之任一純化裝置之氟氣被導引至上述第2純化部之任一純化裝置。
2. 如請求項1之氟氣生成裝置，其中上述純化裝置係包括：吸附劑收納機構，其係內置有吸附劑，該吸附劑吸附上述電解槽中所產生之氟氣中之氟化氫，且其吸附能力根據溫度而變化；溫度調節器，其係調節上述吸附劑收納機構內之溫度；以及濃度檢測器，其係對通過上述吸附劑收納機構內之上述氟氣中之氟化氫濃度進行檢測；且根據上述濃度檢測器之檢測結果，於上述第1純化部或上述第2純化部中，以將氟氣向待機狀態之純化裝置導引之方式進行運轉切換，並自藉由上述運轉切換而停止之純化裝置之上述吸附劑收納機構內排出氟化氫，藉由上述溫度調節器調整上述純化裝置內之溫度，將停止中之純化裝置設為待機狀態。
3. 如請求項1之氟氣生成裝置，其中於上述第1純化部及上述第2純化部中，將導引氟氣之吸附劑收納機構內之溫度設定於0℃~120℃之範圍，且，上述1純化部中之該吸附劑收納機構內之溫度比上述2純化部中之該吸附劑收納機構內之溫度高。
4. 如請求項1之氟氣生成裝置，其中於上述吸附劑收納機構內，設置具有用於確保氣體流路之空隙而配置之吸附劑保持具。
5. 如請求項1之氟氣生成裝置，其中於上述吸附劑保持具設置有貫通孔。
6. 如請求項1之氟氣生成裝置，其中上述吸附劑保持具為盆狀構件。
7. 如請求項4之氟氣生成裝置，其中以上述吸附劑收納機構內之氣體之流動成為蜿蜒狀之方式設置上述吸附劑保持具。
8. 如請求項1之氟氣生成裝置，其中於上述第1純化部及上述第2純化部中之純化裝置中，包含將所吸附之氟化氫排出之導出路徑，回收該純化裝置所吸附之氟化氫，並於上述電解槽中再利用氟化氫。
9. 如請求項1之氟氣生成裝置，其中上述吸附劑為氟化鈉。