TWI422712B - Fluorine gas generating device - Google Patents

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TWI422712B
TWI422712B TW099141778A TW99141778A TWI422712B TW I422712 B TWI422712 B TW I422712B TW 099141778 A TW099141778 A TW 099141778A TW 99141778 A TW99141778 A TW 99141778A TW I422712 B TWI422712 B TW I422712B
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Tatsuo Miyazaki
Yosuke Nakamura
Keita Nakahara
Nobuyuki Tokunaga
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Description

氟氣體生成裝置
本發明係關於一種氟氣體生成裝置。
作為先前之氟氣體生成裝置，已知有使用電解槽，藉由電解而生成氟氣體之裝置。
於JP2004-43885A中揭示有下述氟氣體生成裝置：包含於含有氟化氫之熔鹽中對氟化氫進行電解之電解槽，於陽極側之第1氣相部分產生以氟氣體作為主成分之產物氣體，並且於陰極側之第2氣相部分產生以氫氣體作為主成分之副產氣體。
於此種氟氣體生成裝置中，自熔鹽氣化之氟化氫氣體混入至自電解槽之陽極產生之氟氣體中。因此，必須從自陽極產生之氣體中分離出氟化氫而將氟氣體純化。
於JP2004-39740A中，揭示有藉由使用液態氮等對氟氣體成分與氟氣體成分以外之成分進行冷卻，而利用雙方沸點之不同加以分離的裝置。
又，於JP2004-107761A中，揭示有使用填充有氟化鈉(NaF)等填充劑之氟化氫吸附塔，從自陽極產生之氟氣體中除去氟化氫的裝置。
先前，於如JP2004-39740A及JP2004-107761A中所記載之將氟氣體純化之裝置中，純化後被除去之除氟氣體以外之成分不加以利用而排出。
本發明係鑒於上述問題點開發而成者，其目的在於提供一種可有效利用在將氟氣體純化之過程中所捕獲之氟氣體以外之成分的氟氣體生成裝置。
本發明係一種氟氣體生成裝置，其係藉由對熔鹽中之氟化氫進行電解而生成氟氣體者，其包含：電解槽，其於熔鹽液面上分離而劃分有引導由浸漬於熔鹽中之陽極所生成之以氟氣體作為主成分之主產氣體的第1氣室、與引導由浸漬於熔鹽中之陰極所生成之以氫氣體作為主成分之副產氣體的第2氣室；氟化氫供給源，其儲存有用以補充至上述電解槽中之氟化氫；純化裝置，其捕獲自上述電解槽之熔鹽氣化而混入至自上述陽極生成之主產氣體中之氟化氫氣體以將氟氣體純化；及回收設備，其將由上述純化裝置所捕獲之氟化氫輸送並回收至上述電解槽或上述氟化氫供給源中。
根據本發明，由純化裝置所捕獲之氟化氫被回收至電解槽或氟化氫供給源中並進行再利用以生成氟氣體，因此可有效利用在將氟氣體純化之過程中所捕獲之氟氣體以外之成分即氟化氫。
以下，參照圖式對本發明之實施形態加以說明。
<第1實施形態>
參照圖1，對本發明之第1實施形態之氟氣體生成裝置100加以說明。
氟氣體生成裝置100係藉由電解而生成氟氣體，並將所生成之氟氣體供給至外部裝置4。作為外部裝置4，例如為半導體製造裝置，於此情形時，氟氣體例如於半導體之製造步驟中用作清洗氣體。
氟氣體生成裝置100包含：電解槽1，其藉由電解而生成氟氣體；氟氣體供給系統2，其將自電解槽1生成之氟氣體供給至外部裝置4；及副產氣體處理系統3，其處理伴隨著氟氣體之生成而生成之副產氣體。
首先，對電解槽1加以說明。
於電解槽1中，儲存有含有氟化氫(HF)之熔鹽。本實施形態中，作為熔鹽，使用氟化氫與氟化鉀(KF)之混合物(KF‧2HF)。
電解槽1之內部係藉由浸漬於熔鹽中之劃分壁6而劃分為陽極室11與陰極室12。於陽極室11及陰極室12各自中浸漬有陽極7及陰極8，自電源9將電流供給至陽極7與陰極8之間，藉此於陽極7生成以氟氣體(F2 )作為主成分之主產氣體，於陰極8生成以氫氣體(H2 )作為主成分之副產氣體。陽極7使用碳電極，陰極8使用軟鐵、蒙乃爾合金或鎳。
於電解槽1內之熔鹽液面上，藉由劃分壁6而將引導由陽極7所生成之氟氣體之第1氣室11a、與引導由陰極8所生成之氫氣體之第2氣室12a劃分為彼此之氣體無法往復。如上所述，第1氣室11a與第2氣室12a藉由劃分壁6而完全地分離，以防止由氟氣體與氫氣體之混合接觸所引起之反應。與此相對，陽極室11與陰極室12之熔鹽未藉由劃分壁6分離，而是通過劃分壁6之下方加以連通。
KF‧2HF之熔點為71.7℃，因此將熔鹽之溫度調節為90~100℃。氟化氫自熔鹽中以相當於蒸氣壓之量氣化而混入至自電解槽1之陽極7及陰極8生成之氟氣體及氫氣體各自中。如此，於由陽極7生成並引導至第1氣室11a中之氟氣體、及由陰極8生成並引導至第2氣室12a中之氫氣體各自中包含氟化氫氣體。
於電解槽1中設置有檢測第1氣室11a之壓力之第1壓力計13、與檢測第2氣室12a之壓力之第2壓力計14。將第1壓力計13及第2壓力計14之檢測結果輸出至控制器10a、10b。
其次，對氟氣體供給系統2加以說明。
於第1氣室11a上連接有用以將氟氣體供給至外部裝置4之第1主通路15。
於第1主通路15中設置有自第1氣室11a導出氟氣體並進行輸送之第1泵17。第1泵17使用伸縮泵或隔膜泵等容積型泵。於第1主通路15上連接有將第1泵17之噴出側與吸入側連接之第1回流通路18。於第1回流通路18中設置有用以使自第1泵17噴出之氟氣體返回至第1泵17之吸入側之第1壓力調整閥19。
第1壓力調整閥19係藉由自控制器10a輸出之信號而控制開度。具體而言，控制器10a根據第1壓力計13之檢測結果，控制第1壓力調整閥19之開度，以使第1氣室11a之壓力成為預先規定之設定值。
圖1中，第1回流通路18之下游端連接於第1主通路15中之第1泵17附近，但亦可將第1回流通路18之下游端連接於第1氣室11a。即，亦可使自第1泵17噴出之氟氣體返回至第1氣室11a內。
於第1主通路15中之第1泵17之上游，設置有捕獲混入至主產氣體中之氟化氫氣體以將氟氣體純化之純化裝置16。純化裝置16係利用氟與氟化氫之沸點之不同，自氟氣體中分離出氟化氫氣體而加以捕獲的裝置。之後，對純化裝置16進行詳述。
於第1主通路15中之第1泵17之下游，設置有用以儲存由第1泵17所輸送之氟氣體之第1緩衝槽21。將儲存於第1緩衝槽21中之氟氣體供給至外部裝置4。於第1緩衝槽21之下游，設置有檢測供給至外部裝置4之氟氣體之流量之流量計26。將流量計26之檢測結果輸出至控制器10c。控制器10c根據流量計26之檢測結果，控制自電源9供給至陽極7與陰極8之間之電流值。具體而言，控制陽極7中之氟氣體之生成量，以補充自第1緩衝槽21供給至外部裝置4之氟氣體。
如上所述，控制為補充供給至外部裝置4之氟氣體，因此第1緩衝槽21之內部壓力維持為高於大氣壓之壓力。與此相對，使用氟氣體之外部裝置4側為大氣壓，因此若打開設置於外部裝置4中之閥門，則藉由第1緩衝槽21與外部裝置4之間之壓力差，而自第1緩衝槽21向外部裝置4供給氟氣體。
於第1緩衝槽21上連接有分支通路22，於分支通路22中設置有控制第1緩衝槽21之內部壓力之壓力調整閥23。又，於第1緩衝槽21中設置有檢測內部壓力之壓力計24。將壓力計24之檢測結果輸出至控制器10d。控制器10d係於第1緩衝槽21之內部壓力超過預先規定之設定值、具體而言為1.0 MPa之情形時，打開壓力調整閥23，而排出第1緩衝槽21內之氟氣體。如上所述，壓力調整閥23係以第1緩衝槽21之內部壓力不超過特定壓力之方式進行控制。
於分支通路22中之壓力調整閥23之下游，設置有用以儲存自第1緩衝槽21排出之氟氣體之第2緩衝槽50。即，於第1緩衝槽21之內部壓力超過特定壓力之情形時，通過壓力調整閥23排出第1緩衝槽21內之氟氣體，並將該排出之氟氣體引導至第2緩衝槽50。第2緩衝槽50之容積較第1緩衝槽21小。於分支通路22中之第2緩衝槽50之下游，設置有控制第2緩衝槽50之內部壓力之壓力調整閥51。又，於第2緩衝槽50中設置有檢測內部壓力之壓力計52。將壓力計52之檢測結果輸出至控制器10f。控制器10f控制壓力調整閥51之開度，以使第2緩衝槽50之內部壓力成為預先規定之設定值。將設定值設定為高於大氣壓之壓力。自第2緩衝槽50通過壓力調整閥51而排出之氟氣體係藉由除毒部53進行無毒化後放出。如上所述，壓力調整閥51係以第2緩衝槽50之內部壓力成為設定值之方式進行控制。於第2緩衝槽50上連接有用以將氟氣體供給至純化裝置16之氟氣體供給通路54。
其次，對副產氣體處理系統3加以說明。
於第2氣室12a上連接有用以將氫氣體排出至外部之第2主通路30。
於第2主通路30中設置有自第2氣室12a導出氫氣體並進行輸送之第2泵31。又，於第2主通路30上連接有將第2泵31之噴出側與吸入側連接之第2回流通路32。於第2回流通路32中設置有用以使自第2泵31噴出之氫氣體返回至第2泵31之吸入側之第2壓力調整閥33。
第2壓力調整閥33係藉由自控制器10b輸出之信號而控制開度。具體而言，控制器10b根據第2壓力計14之檢測結果，控制第2壓力調整閥33之開度，以使第2氣室12a之壓力成為預先規定之設定值。
如上所述，第1氣室11a及第2氣室12a之壓力係分別藉由第1壓力調整閥19及第2壓力調整閥33而控制為成為預先規定之設定值。理想的是將第1氣室11a及第2氣室12a之設定壓力控制為相同壓力，以使不產生第1氣室11a之熔鹽之液面與第2氣室12a之熔鹽之液面的液面差。
於第2主通路30中之第2泵31之下游設置有除毒部34，將由第2泵31所輸送之氫氣體藉由除毒部34進行無毒化後放出。
氟氣體生成裝置100亦包含用以向電解槽1之熔鹽中供給並補充作為氟氣體之原料之氟化氫的原料供給系統5。以下，對原料供給系統5加以說明。
原料供給系統5包含儲存用以補充至電解槽1中之氟化氫之氟化氫供給源40。氟化氫供給源40與電解槽1係經由原料供給通路41而連接。儲存於氟化氫供給源40中之氟化氫係通過原料供給通路41而供給至電解槽1之熔鹽中。於原料供給通路41中，設置有用以控制氟化氫之供給流量之流量控制閥42。
於電源9中安裝有累計供給至陽極7與陰極8之間之電流之累計電流計43。將由累計電流計43所累計之電流輸出至控制器10e。控制器10e根據自累計電流計43輸入之信號，使流量控制閥42進行開閉而控制引導至熔鹽中之氟化氫之供給流量。具體而言，控制氟化氫之供給流量，以補充於熔鹽中進行電解之氟化氫。更具體而言，控制氟化氫之供給流量，以使熔鹽中之氟化氫之濃度成為特定範圍內。
又，於原料供給通路41上連接有將自載氣供給源45供給之載氣引導至原料供給通路41內之載氣供給通路46。於載氣供給通路46中設置有於載氣之供給與阻斷之間進行切換之阻斷閥47。載氣係用以將儲存於氟化氫供給源40中之氟化氫引導至電解槽1之熔鹽中之氣體，本實施形態中，使用作為惰性氣體之氮氣。於氟氣體生成裝置100之運轉時，阻斷閥47原則上為打開狀態，將氮氣與氟化氫一併供給至電解槽1之陰極室12。氮氣幾乎不溶於熔鹽中，而自第2氣室12a通過副產氣體處理系統3排出。
如上所述，向電解槽1之熔鹽中供給氮氣，因此有藉由該氮氣而使電解槽1之熔鹽液面高度提昇之虞。因此，亦可於電解槽1中設置檢測液面高度之液面計後，對電解槽1之熔鹽液面高度設定可變動之幅度，且對阻斷閥47進行開閉控制以使熔鹽液面高度處於可變動之幅度內。即，亦可於電解槽1之熔鹽液面高度達到可變動之幅度之上限之情形時，關閉阻斷閥47。
亦可代替阻斷閥47，而設置可控制氮氣之流量之流量控制閥。
其次，對以上述方式構成之氟氣體生成裝置100之整體控制加以說明。
外部裝置4所使用之氟氣體之流量係藉由設置於第1緩衝槽21與外部裝置4之間之流量計26而進行檢測。根據該流量計26之檢測結果，控制對陽極7與陰極8之間所施加之電壓，而控制陽極7中之氟氣體之生成量。藉由電解而減少之熔鹽中之氟化氫係自氟化氫供給源40進行補充。
如上所述，將熔鹽中之氟化氫控制為視外部裝置4所使用之氟氣體量加以補充，因此通常熔鹽之液面高度無較大變化。然而，於外部裝置4中之氟氣體之使用量急遽變化之情形時，或於副產氣體處理系統3中氫氣體之壓力急遽變化之情形時，第1氣室11a及第2氣室12a之壓力大幅變化，而陽極室11及陰極室12之液面高度大幅變動。於陽極室11及陰極室12之液面高度大幅變動，而液面高度下降至較劃分壁6更下方之情形時，第1氣室11a與第2氣室12a連通。於此情形時，氟氣體與氫氣體混合接觸而引起反應。
因此，為抑制陽極室11及陰極室12之液面高度之變動，將第1氣室11a及第2氣室12a之壓力分別根據第1壓力計13及第2壓力計14之檢測結果而控制為成為預先規定之設定值。如上所述，陽極室11及陰極室12之液面高度係藉由將第1氣室11a及第2氣室12a之壓力保持固定而進行控制。
其次，參照圖2對純化裝置16加以說明。
純化裝置16包含並列設置之第1純化裝置16a與第2純化裝置16b之2個系統，且以氟氣體僅通過任一方之系統之方式進行切換。即，於第1純化裝置16a及第2純化裝置16b中之一方為運轉狀態之情形時，另一方為停止或待機狀態。本實施形態中，並列配置有2台純化裝置16，但亦可並列配置3台以上之純化裝置16。
第1純化裝置16a與第2純化裝置16b為相同構成，因此以下以第1純化裝置16a為中心進行說明，對於第2純化裝置16b之與第1純化裝置16a相同之構成，在圖中附上相同數字之符號而省略說明。對第1純化裝置16a之構成之符號附上「a」，對第2純化裝置16b之構成之符號附上「b」而加以區別。
第1純化裝置16a包含：作為氣體流入部之內管61a，其供含有氟化氫氣體之氟氣體流入；及冷卻裝置70a，其於氟之沸點以上且氟化氫之熔點以下之溫度下對內管61a進行冷卻，以使混入至氟氣體中之氟化氫氣體凝固，而氟氣體通過內管61a。
內管61a為有底筒狀構件，且上部開口藉由蓋構件62a密封。於內管61a之蓋構件62a上連接有將由陽極7所生成之氟氣體引導至內管61a內之入口通路63a。入口通路63a為第1主通路15分支為2條中之一方，另一方之入口通路63b連接於第2純化裝置16b之內管61b。於入口通路63a中設置有容許或阻斷氟氣體向內管61a內流入之入口閥64a。
於內管61a之蓋構件62a之內面，連結有在內管61a內下垂地設置之導管67a。導管67a形成為下端開口部位於內管61a之底部附近之長度。導管67a之上端部連接於用以自與蓋構件62a連接之內管61a排出氟氣體之出口通路65a。因此，內管61a內之氟氣體係通過導管67a及出口通路65a而流出至外部。於出口通路65a中設置有容許或阻斷氟氣體自內管61a流出之出口閥66a。出口通路65a與第2純化裝置16b之出口通路65b合流而連接於第1泵17。
如上所述，由陽極7所生成之氟氣體係通過入口通路63a而流入至內管61a，且通過導管67a及出口通路65a而自內管61a流出。
於第1純化裝置16a為運轉狀態之情形時，入口閥64a及出口閥66a為打開狀態，於第1純化裝置16a為停止或待機狀態之情形時，入口閥64a及出口閥66a為關閉狀態。
於內管61a中，檢測內部溫度之溫度計68a插通蓋構件62a而設置。又，於入口通路63a中設置有檢測內管61a之內部壓力之壓力計69a。
冷卻裝置70a包含：套管71a，其可收容內管61a之一部分且於內部可儲存作為冷卻介質之液態氮；及液態氮供排系統72a，其對套管71a供排液態氮。
套管71a為有底筒狀構件，且上部開口藉由蓋構件73a密封。內管61a係於上部側自蓋構件73a突出之狀態下同軸地收容於套管71a內。具體而言，內管61a之8~9成左右收容於套管71a內。
其次，對液態氮供排系統72a加以說明。
於套管71a之蓋構件73a上，連接有將自液態氮供給源76供給之液態氮引導至套管71a內之液態氮供給通路77a。於套管71a之蓋構件73a之內面，連結有於套管71a內下垂地設置之導管82a，導管82a之上端部連接於液態氮供給通路77a。因此，將自液態氮供給源76供給之液態氮通過液態氮供給通路77a及導管82a而引導至套管71a內。導管82a形成為下端開口部位於套管71a之底部附近之長度。
於液態氮供給通路77a中設置有用以控制液態氮之供給流量之流量控制閥78a。於液態氮供給通路77a中之流量控制閥78a之下游，設置有檢測套管71a之內部壓力之壓力計80a。
套管71a內包含液態氮與氣化之氮氣之2層，液態氮之液面高度係藉由插通蓋構件73a而設置之液面計74a而進行檢測。
於套管71a之蓋構件73a上連接有用以排出套管71a內之氮氣之氮氣排出通路79a。於氮氣排出通路79a中設置有用以控制套管71a之內部壓力之壓力調整閥81a。壓力調整閥81a根據壓力計80a之檢測結果，以套管71a之內部壓力成為預先規定之特定壓力之方式進行控制。該特定壓力係以套管71a內之液態氮之溫度成為氟之沸點(-188℃)以上且氟化氫之熔點(-84℃)以下之溫度的方式加以決定。具體而言，設定為0.4 MPa，以使套管71a內之液態氮之溫度成為-180℃左右。如上所述，壓力調整閥81a係以將套管71a內之液態氮之溫度維持為-180℃左右之方式將套管71a之內部壓力控制為0.4 MPa。將通過壓力調整閥81a而排出之氮氣放出至外部。
由於套管71a內之液態氮氣化並放出至外部，而套管71a內之液態氮減少。因此，流量控制閥78a根據液面計74a之檢測結果，控制自液態氮供給源76向套管71a之液態氮之供給流量，以使套管71a內之液態氮之液面高度維持固定。
為抑制套管71a與外部之熱傳遞，亦可於套管71a之外側設置保溫用之隔熱材或真空隔熱層。
內管61a係藉由套管71a而冷卻至氟之沸點以上且氟化氫之熔點以下之溫度，因此於內管61a內，僅混入至氟氣體中之氟化氫凝固，而氟氣體通過內管61a。如此，可藉由內管61a而捕獲氟化氫氣體。自電解槽1將氟氣體連續地引導至內管61a內，因此於內管61a內，蓄積隨著時間之經過而凝固之氟化氫。於凝固之氟化氫之蓄積量達到特定量之情形時，停止第1純化裝置16a之運轉，並且啟動待機狀態之第2純化裝置16b，而進行純化裝置16之運轉切換。之後，對運轉切換進行詳述。
根據橫跨內管61a之入口通路63a與出口通路65a而設置之差壓計86a之檢測結果，即內管61a之入口與出口之差壓，判定凝固之氟化氫之蓄積量是否達到特定量。於內管61a之入口與出口之差壓達到特定值之情形時，判斷為內管61a內之已凝固之氟化氫之蓄積量達到特定量，而使第1純化裝置16a停止。差壓計86a相當於檢測內管61a內之氟化氫之蓄積狀態之蓄積狀態檢測器。亦可代替差壓計，而藉由壓力計69a檢測內管61a內之氟化氫之蓄積狀態。
第1純化裝置16a之停止係藉由關閉內管61a之入口閥64a與出口閥66a而進行。於第1純化裝置16a停止後，將由內管61a所捕獲之氟化氫輸送回收至電解槽1中，且第1純化裝置16a進行再生而成為待機狀態。如上所述，第1純化裝置16a亦包含將由內管61a所捕獲之氟化氫輸送並回收至電解槽1中之回收設備、及再生第1純化裝置16a之再生設備中。以下，對回收設備及再生設備加以說明。
於套管71a之底部，設置有可將套管71a之液態氮排出至外部之貯槽90a之排出閥91a。又，於液態氮供給通路77a中之流量控制閥78a之下游，連接有將自氮氣供給源92供給之氮氣引導至套管71a內之氮氣供給通路93a。於氮氣供給通路93a中，設置有於向套管71a之氮氣之供給與阻斷之間進行切換的阻斷閥94a。自氮氣供給源92向套管71a之氮氣之供給係於排出閥91a為完全打開且流量控制閥78a為完全關閉之狀態下進行。氮氣使用常溫之氣體。
如上所述，排出套管71a內之液態氮，並向內部供給常溫之氮氣，藉此解除內管61a之冷卻。伴隨於此，以凝固之狀態蓄積於內管61a內之氟化氫溶解。
於出口通路65a中之出口閥66a之上游，連接有與第2緩衝槽50(參照圖1)連接之氟氣體供給通路54之下游端。於氟氣體供給通路54中設置有於向內管61a之氟氣體之供給與阻斷之間進行切換的阻斷閥88a。
第2緩衝槽50之內部壓力係藉由壓力調整閥51(參照圖1)而控制為高於大氣壓之壓力。因此，藉由打開阻斷閥88a，而利用第2緩衝槽50與內管61a之差壓，將儲存於第2緩衝槽50中之氟氣體供給至內管61a。
於入口通路63a中之入口閥64a之下游，連接有用以排出內管61a內之已溶解之氟化氫並進行輸送之輸送通路95a。輸送通路95a與第2純化裝置16b之輸送通路95b合流而成為合流輸送通路95，合流輸送通路95之下游端連接於電解槽1。於輸送通路95a、95b各自中，設置有於排出氟化氫時打開之排出閥97a、97b。又，於合流輸送通路95中，設置有於自內管61a向電解槽1輸送氟化氫時打開之阻斷閥83。
於合流輸送通路95中之阻斷閥83之上游連接有分支通路99，於分支通路99中設置有用以對套管71a內進行脫氣之真空泵96。於分支通路99中之真空泵96之上游，設置有於對套管71a內進行脫氣時打開之阻斷閥84。又，於分支通路99之下游端設置有除毒部98。
內管61a內之已溶解之氟化氫係藉由通過氟氣體供給通路54向內管61a內供給氟氣體，而通過輸送通路95a及合流輸送通路95加以輸送並回收至電解槽1中。如上所述，內管61a內之已溶解之氟化氫係藉由將氟氣體作為載氣供給至內管61a內，而與氟氣體一併回收至電解槽1中。因使用氟氣體作為載氣，故將通過合流輸送通路95進行輸送之氟化氫回收至電解槽1之陽極室11中。
於排出內管61a內之氟化氫之後，必須進行向內管61a內之氟氣體之填充，而再生第1純化裝置16a。其原因在於，於第2純化裝置16b正在運轉中之情形時，當內管61b內之已凝固之氟化氫之蓄積量達到特定量時，可快速地切換為第1純化裝置16a。
此處，於使用氟氣體作為載氣之情形時，在內管61a內之已溶解之氟化氫之排出結束的同時，向內管61a內之氟氣體之填充、即第1純化裝置16a之再生亦結束。
如上所述，內管61a內之已溶解之氟化氫之排出、朝電解槽1之輸送、及向內管61a內之氟氣體之填充係使用儲存於第2緩衝槽50中之氟氣體。亦可代替使用儲存於第2緩衝槽50中之氟氣體，而使用儲存於第1緩衝槽21中之氟氣體。於此情形時，氟氣體供給通路54連接於第1緩衝槽21。然而，於此情形時，第1緩衝槽21之壓力容易變動，有供給至外部裝置4之氟氣體之壓力變動之虞。因此，理想的是如本實施形態般，使用儲存於第2緩衝槽50中之氟氣體。
其次，對以上述方式構成之純化裝置16之動作加以說明。以下所示之純化裝置16之動作係藉由作為氟氣體生成裝置100中所搭載之控制裝置之控制器20(參照圖1)而進行控制。控制器20係根據溫度計68a、68b、壓力計69a、69b、液面計74a、74b、壓力計80a、80b、及差壓計86a、86b之檢測結果，控制各閥及各泵之動作。
對第1純化裝置16a為運轉狀態，第2純化裝置16b為待機狀態之情形加以說明。第1純化裝置16a中為如下狀態：內管61a之入口閥64a及出口閥66a為打開狀態，自電解槽1將氟氣體連續地引導至內管61a內。與此相對，第2純化裝置16b中為如下狀態：內管61b之入口閥64b及出口閥66b為關閉狀態，於內管61b內填充有氟氣體。如上所述，由電解槽1所生成之氟氣體僅通過第1純化裝置16a。
以下，對作為運轉狀態之第1純化裝置16a加以說明。
第1純化裝置16a之套管71a中儲存有通過液態氮供給通路77a進行引導之液態氮，藉由該液態氮對內管61a進行冷卻。套管71a之內部壓力係藉由壓力調整閥81a而控制為0.4 MPa。藉此，將套管71a內之液態氮之溫度維持為氟之沸點以上且氟化氫之熔點以下之溫度即-180℃左右，因此於內管61a內，僅氟化氫凝固，而氟氣體通過內管61a且藉由第1泵17輸送至第1緩衝槽21。
此處，由電解槽1所生成之氟氣體係通過入口通路63a而流入至內管61a，且通過導管67a及出口通路65a而自內管61a流出。導管67a之下端開口部位於內管61a之底部附近，因此氟氣體係自內管61a之上部流入，且自內管61a之下部流出。因此，氟氣體於通過內管61a內之間充分地受到冷卻，因此可使氟氣體中之氟化氫確實地凝固而捕獲。
自電解槽1將氟氣體連續地引導至內管61a內，因此冷卻該氟氣體之套管71a內之液態氮亦連續地氣化。將氣化之氮氣通過壓力調整閥81a而放出至外部。
於內管61a內已凝固之氟化氫之蓄積量增加，而藉由差壓計86a所檢測出之內管61a之入口與出口之差壓達到特定值的情形時，停止第1純化裝置16a之運轉，並且啟動待機狀態之第2純化裝置16b，而進行純化裝置16之運轉切換。於第1純化裝置16a中，在運轉停止後，進行已捕獲之氟化氫之回收步驟及再生步驟。
以下，參照圖2及圖3，對自第1純化裝置16a向第2純化裝置16b之運轉切換步驟、藉由第1純化裝置16a所捕獲之氟化氫之回收步驟、及第1純化裝置16a之再生步驟進行說明。圖3係表示第1純化裝置16a之內管61a內之壓力與溫度之時間變化之圖表，實線表示壓力，單點劃線表示溫度。
圖3所示之壓力係藉由壓力計69a而進行檢測，溫度係藉由溫度計68a而進行檢測。
如圖3所示，若內管61a內已凝固之氟化氫之蓄積量增加，則內管61a之內部壓力上升。繼而，若內管61a之內部壓力達到特定壓力(Ph)，藉由差壓計86a所檢測出之內管61a之入口與出口之差壓達到特定值，則進行自第1純化裝置16a向第2純化裝置16b之運轉切換(時間t1)。具體而言，於第2純化裝置16b之內管61b之入口閥64b及出口閥66b打開後，將第1純化裝置16a之內管61a之入口閥64a及出口閥66a關閉。藉此，第2純化裝置16b啟動，並且第1純化裝置16a停止，而將來自電解槽1之氟氣體引導至第2純化裝置16b。
於已停止之第1純化裝置16a中，以下述順序進行已捕獲之氟化氫之回收步驟。
首先，打開輸送通路95a之排出閥97a及分支通路99之阻斷閥84，將內管61a內之氟氣體藉由真空泵96抽吸，並藉由除毒部98進行無毒化後放出。於內管61a之內部壓力下降至大氣壓以下之特定壓力P1(100 Pa以下)之時間點(時間t2)，關閉阻斷閥84而內管61a內之脫氣結束。內管61a內之氟化氫為凝固之狀態，因此不會由真空泵96抽吸。
若內管61a內之脫氣結束，則將液態氮供給通路77a之流量控制閥78a完全關閉，停止向套管71a內供給液態氮之後，將排出閥91a完全打開而排出液態氮。之後，打開氮氣供給通路93a之阻斷閥94a，向套管71a供給常溫之氮氣。藉此，如圖3所示，內管61a內之溫度上升，內管61a內之氟化氫溶解。
又，於排出套管71a內之液態氮之同時，打開氟氣體供給通路54之阻斷閥88a而將氟氣體作為載氣供給至內管61a內。藉此，內管61a之內部壓力上升。
於內管61a之內部壓力達到與電解槽1為相同之壓力即大氣壓之時間點(時間t3)，打開合流輸送通路95之阻斷閥83，將內管61a內之已溶解之氟化氫與氟氣體一併輸送至電解槽1之陽極室11中。如此，將內管61a內之已溶解之氟化氫回收至電解槽1中。
於內管61a內之溫度達到常溫(RT)之時間點(時間t4)，關閉阻斷閥83及阻斷閥88a，停止朝電解槽1輸送氟化氫、及向內管61a內供給作為載氣之氟氣體。
藉由以上，已捕獲之氟化氫之回收步驟結束。以上之回收步驟中，載氣為氟氣體，因此於回收步驟之最初所進行的利用真空泵96對內管61a內進行之脫氣並非必須進行。即，亦可不進行內管61a內之脫氣，於排出套管71a內之液態氮之同時，將氟氣體作為載氣供給至內管61a內，而將已溶解之氟化氫輸送至電解槽1。然而，於回收步驟之最初不進行內管61a內之脫氣之情形時，有內管61a內之氟氣體中之其他微量成分亦回收至電解槽1中，而濃縮此種其他微量成分之虞。因此，為避免此種情況，理想的是進行內管61a內之脫氣。
其次，第1純化裝置16a之再生步驟係以下述順序進行。
首先，於排出閥91a及氮氣供給通路93a之阻斷閥94a為完全關閉之狀態下，打開液態氮供給通路77a之流量控制閥78a，向套管71a內供給液態氮(時間t5)。藉此，內管61a之內部溫度下降。套管71a之內部壓力係藉由壓力調整閥81a而控制為0.4 MPa，因此內管61a之內部溫度下降至-180℃左右為止並加以維持。
於回收步驟結束之時間點，內管61a內為已填充有作為載氣而供給之氟氣體之狀態，且藉由向套管71a內供給液態氮，而內管61a之氟氣體之體積縮小。因此，有時內管61a之內部壓力低於大氣壓。於此情形時，打開氟氣體供給通路54之阻斷閥88a，將氟氣體填充於內管61a內。亦可於回收步驟結束時(時間t4)不關閉阻斷閥88a，而於再生步驟中使阻斷閥88a一直為打開狀態，且於內管61a之內部溫度達到-180℃之時間點關閉。
藉由以上，第1純化裝置16a之再生步驟結束，第1純化裝置16a成為待機狀態。
如上所述，停止中之第1純化裝置16a成為內管61a冷卻至-180℃，並且於內管61a內已填充有氟氣體之待機狀態。因此，於運轉中之第2純化裝置16b中之內管61b之入口與出口之差壓達到特定值的情形時，可停止第2純化裝置16b之運轉，並且快速啟動第1純化裝置16a，而進行純化裝置16之運轉切換。
根據以上之實施形態，發揮以下所示之作用效果。
將由純化裝置16所捕獲之氟化氫回收至電解槽1中並進行再利用以生成氟氣體，因此可有效利用在將氟氣體純化之過程中所捕獲之氟氣體以外之成分即氟化氫。
又，用以將由純化裝置16所捕獲之氟化氫輸送至電解槽1中之載氣係使用由電解槽1所生成之氟氣體。因此，作為載氣無需專用之氣體，且亦無需該氣體設備，因此可使氟氣體生成裝置100本身變得小型，亦可降低成本。又，用作載氣之氟氣體使用儲存於第2緩衝槽50中之氟氣體。第2緩衝槽50係用以儲存伴隨著控制第1緩衝槽21之內部壓力而排出之氟氣體的貯槽。即，藉由第2緩衝槽50儲存先前自第1緩衝槽21放出至外部之氟氣體，並將該儲存之氟氣體用作載氣。因此，可有效利用氟氣體，且向外部之氟氣體之放出量減少，而藉由除毒部53進行處理之氟氣體量減少，因此可減少除毒部53之負載。
又，純化裝置16係由至少2個系統所構成，藉由運轉切換而停止之系統之純化裝置16係於自內管61a、61b排出氟化氫後進行再生而成為待機狀態，因此成為可於任意時間進行運轉之狀態。因此，於運轉中之系統之純化裝置16中已凝固之氟化氫之蓄積量變多之情形時，可使待機狀態之系統之純化裝置16快速地啟動。因此，無需使氟氣體生成裝置100本身停止，而可穩定地向外部裝置4供給氟氣體。以下，對本第1實施形態之其他形態加以說明。
以上之第1實施形態中，作為將由內管61a、61b所捕獲之氟化氫輸送並回收至電解槽1中之回收設備，對使用氟氣體作為載氣之態樣進行了說明。
作為回收設備之其他構成，亦可如圖4所示，於合流輸送通路95中之阻斷閥83之下游設置作為抽吸裝置之輸送泵60，不使用載氣而藉由輸送泵60對內管61a、61b內進行抽吸，將氟化氫輸送並回收至電解槽1之陽極室11中。
作為回收步驟之順序，於下述方面與上述第1實施形態所示之順序不同，即，於排出套管71a內之液態氮之同時，打開阻斷閥83並且驅動輸送泵60，藉此將內管61a內之已溶解之氟化氫輸送至電解槽1。即，解除內管61a、61b之冷卻，並藉由輸送泵60對內管61a、61b之內部進行抽吸，藉此將已捕獲之氟化氫輸送至電解槽1。
於該構成之情形時，通過氟氣體供給通路54供給氟氣體係僅於再生步驟中向內管61a、61b內填充氟氣體時進行。
於不使用載氣而使用輸送泵60回收氟化氫之情形時，若在進行內管61a、61b之冷卻之解除之前，進行利用真空泵96之內管61a內之氟氣體之脫氣，則回收者僅為氟化氫。
因此，亦可將氟化氫之回收目的地設為氟化氫供給源40而非電解槽1。即，亦可將由內管61a、61b所捕獲之氟化氫輸送並回收至氟化氫供給源40中。
<第2實施形態>
參照圖5及圖6，對本發明之第2實施形態之氟氣體生成裝置200加以說明。
以下，以與上述第1實施形態不同之方面為中心進行說明，對與第1實施形態相同之構成附上相同符號而省略說明。
氟氣體生成裝置200之副產氣體處理系統3之構成的一部分與上述第1實施形態不同。以下，參照圖5進行說明。
如圖5所示，於第2主通路30中，設置有儲存由電解槽1之陰極8生成並藉由第2泵31進行輸送之氫氣體的緩衝槽55。於緩衝槽55之下游，設置有控制緩衝槽55之內部壓力之壓力調整閥56。又，於緩衝槽55中設置有檢測內部壓力之壓力計57。將壓力計57之檢測結果輸出至控制器10g。控制器10g係以緩衝槽55之內部壓力成為預先規定之設定值之方式控制壓力調整閥56之開度。將設定值設定為高於大氣壓之壓力。自緩衝槽55通過壓力調整閥56而排出之氫氣體係藉由除毒部34進行無毒化後放出。如上所述，壓力調整閥56係以緩衝槽55之內部壓力成為設定值之方式進行控制。於緩衝槽55上連接有用以將氫氣體供給至純化裝置16之氫氣體供給通路58。
又，氟氣體生成裝置200之純化裝置16之構成之一部分與上述第1實施形態不同。以下，參照圖6進行說明。
於出口通路65a中之出口閥66a之上游，連接有與緩衝槽55連接之氫氣體供給通路58之下游端。於氫氣體供給通路58中設置有於向內管61a內之氫氣體之供給與阻斷之間進行切換的阻斷閥59a。
緩衝槽55之內部壓力係藉由壓力調整閥56而控制為高於大氣壓之壓力。因此，藉由打開阻斷閥59a，而利用緩衝槽55與內管61a之差壓，將儲存於緩衝槽55中之氫氣體供給至內管61a。
如上所述，氟氣體生成裝置200中，作為用於內管61a內之已溶解之氟化氫之排出及朝電解槽1之輸送的載氣，使用由電解槽1之陰極室12生成並儲存於緩衝槽55中之氫氣體。因使用氫氣體作為載氣，故將通過合流輸送通路95進行輸送之氟化氫回收至電解槽1之陰極室12中。
於入口通路63a中之入口閥64a之下游，連接有與第2緩衝槽50(參照圖5)連接之氟氣體供給通路54之下游端。於氟氣體供給通路54中設置有於向內管61a內之氟氣體之供給與阻斷之間進行切換的阻斷閥88a。
第2緩衝槽50之內部壓力係藉由壓力調整閥51(參照圖5)而控制為高於大氣壓之壓力。因此，藉由打開阻斷閥88a，而利用第2緩衝槽50與內管61a之差壓，將儲存於第2緩衝槽50中之氟氣體供給至內管61a。將儲存於第2緩衝槽50中之氟氣體用作再生純化裝置16時之填充氣體。
其次，參照圖6及圖7，對純化裝置16之動作進行說明，因僅回收步驟及再生步驟與上述第1實施形態不同，故僅對回收步驟及再生步驟進行說明。圖7係表示第1純化裝置16a之內管61a內之壓力與溫度之時間變化的圖表，實線表示壓力，單點劃線表示溫度。圖7所示之壓力係藉由壓力計69a而進行檢測，溫度係藉由溫度計68a而進行檢測。
若於內管61a內已凝固之氟化氫之蓄積量增加，內管61a之內部壓力上升，而內管61a之入口與出口之差壓達到特定值，則打開第2純化裝置16b之內管61b之入口閥64b及出口閥66b之後，關閉第1純化裝置16a之內管61a之入口閥64a及出口閥66a，而進行自第1純化裝置16a向第2純化裝置16b之運轉切換(時間t1)。
於停止之第1純化裝置16a中，已捕獲之氟化氫之回收步驟係以下述順序進行。
首先，打開輸送通路95a之排出閥97a及分支通路99之阻斷閥84，將內管61a內之氟氣體藉由真空泵96抽吸，並藉由除毒部98進行無毒化後放出。於內管61a之內部壓力下降至大氣壓以下之特定壓力P1(10 Pa以下)之時間點(時間t2)，關閉阻斷閥84而內管61a內之脫氣結束。內管61a內之氟化氫為凝固之狀態，因此不會由真空泵96抽吸。又，上述第1實施形態中，說明為並非必須進行內管61a內之脫氣。然而，於使用氫氣體作為載氣之氟氣體生成裝置200中，為防止內管61a內之氟氣體與氫氣體之混合接觸，必須進行內管61a內之脫氣。
若內管61a內之脫氣結束，則將液態氮供給通路77a之流量控制閥78a完全關閉，停止向套管71a供給液態氮之後，將排出閥91a完全打開而排出液態氮。之後，打開氮氣供給通路93a之阻斷閥94a，向套管71a供給常溫之氮氣。藉此，如圖7所示，內管61a內之溫度上升，內管61a內之氟化氫溶解。
又，於排出套管71a內之液態氮之同時，打開氫氣體供給通路58之阻斷閥59a，向內管61a內供給氫氣體作為載氣。藉此，內管61a之內部壓力上升。
於內管61a之內部壓力達到與電解槽1為相同之壓力即大氣壓之時間點(時間t3)，打開合流輸送通路95之阻斷閥83，將內管61a內之已溶解之氟化氫與氫氣體一併輸送至電解槽1之陰極室12。如此，將內管61a內之已溶解之氟化氫回收至電解槽1中。
於內管61a內之溫度達到常溫(RT)之時間點(時間t4)，關閉阻斷閥83及阻斷閥59a，停止朝電解槽1輸送氟化氫、及向內管61a內供給作為載氣之氫氣體。藉由以上，已捕獲之氟化氫之回收步驟結束。
其次，第1純化裝置16a之再生步驟係以下述順序進行。
首先，打開分支通路99之阻斷閥84(時間t5)，將內管61a內之氫氣體藉由真空泵96抽吸，並藉由除毒部98進行無毒化後放出。於內管61a之內部壓力下降至大氣壓以下之特定壓力P1(10 Pa以下)之時間點(時間t6)，關閉阻斷閥84而內管61a內之脫氣結束。
其次，於排出閥91a及氮氣供給通路93a之阻斷閥94a完全關閉之狀態下，打開液態氮供給通路77a之流量控制閥78a，將液態氮供給至套管71a內。藉此，內管61a之內部溫度下降。套管71a之內部壓力係藉由壓力調整閥81a而控制為0.4 MPa，因此內管61a之內部溫度下降至-180℃左右並加以維持。
其次，打開氟氣體供給通路54之阻斷閥88a，向內管61a內供給氟氣體(時間t7)。藉此，內管61a之內部壓力上升，於內管61a之內部壓力成為大氣壓以上之時間點，關閉阻斷閥88a而氟氣體之填充結束(時間t8)。
藉由以上，第1純化裝置16a之再生步驟結束，停止中之第1純化裝置16a成為內管61a冷卻至-180℃，並且於內管61a內填充有氟氣體之待機狀態。因此，於運轉中之第2純化裝置16b中之內管61b之入口與出口之差壓達到特定值的情形時，可停止第2純化裝置16b之運轉，並且快速啟動第1純化裝置16a，而進行純化裝置16之運轉切換。
如上所述，氟氣體生成裝置200中，內管61a內之已溶解之氟化氫之排出及朝電解槽1之輸送係使用儲存於緩衝槽55中之氫氣體，向內管61a內之氟氣體之填充係使用儲存於第2緩衝槽50中之氟氣體。
根據以上之實施形態，發揮以下所示之作用效果。
用以將由純化裝置16所捕獲之氟化氫輸送至電解槽1之載氣係使用由電解槽1所生成之氫氣體。因此，作為載氣無需專用之氣體，且亦無需該氣體設備，因此可使氟氣體生成裝置200本身變得小型，亦可降低成本。
又，用作載氣之氫氣體為由電解槽1之陰極8生成並儲存於緩衝槽55中之氫氣體，且為先前放出至外部之副產氣體。如上所述，將先前放出至外部之氫氣體用作載氣，因此可有效利用氫氣體，且朝外部之氫氣體之放出量減少，而藉由除毒部34進行處理之氫氣體量減少，因此可減少除毒部34之負載。
以下，對本第2實施形態之其他形態加以說明。
本第2實施形態中，作為將內管61a、61b內之氟化氫輸送至電解槽1之載氣，使用氫氣體。
亦可代替此，使用氮氣或氬氣等惰性氣體作為載氣。於此情形時，圖6中，將氫氣體供給通路58替換為供給惰性氣體之惰性氣體供給通路58，並且於惰性氣體供給通路58之上游端設置儲存惰性氣體之貯槽(未圖示)即可。如上所述，於使用惰性氣體作為載氣之情形時，與使用氫氣體之情形同樣地，將一併輸送之氟化氫回收至電解槽1之陰極室12。
使用惰性氣體作為載氣之情形時之回收步驟及再生步驟之順序與使用氫氣體之情形之上述順序相同。
於使用惰性氣體作為載氣之情形時，副產氣體處理系統3中無需用以儲存氫氣體之緩衝槽55。又，於使用氮氣作為載氣之情形時，使用引導至套管71a內之氮氣之供給源即氮氣供給源92之氮氣即可，從而可使設備簡化。
<第3實施形態>
參照圖1及圖8，對本發明之第3實施形態之氟氣體生成裝置300加以說明。
以下，以與上述第1實施形態不同之方面為中心進行說明，對與第1實施形態相同之構成附上相同符號而省略說明。
氟氣體生成裝置300係僅捕獲混入至氟氣體中之氟化氫氣體以將氟氣體純化之純化裝置之構成與上述第1實施形態不同。以下，參照圖8，對氟氣體生成裝置300中之純化裝置301加以說明。
純化裝置301係使氟氣體中之氟化氫氣體吸附於吸附劑上，從氟氣體中分離出氟化氫氣體而捕獲的裝置。純化裝置301包含並列設置之第1純化裝置301a與第2純化裝置301b之2個系統，且以氟氣體僅通過任一方之系統之方式進行切換。即，於第1純化裝置301a及第2純化裝置301b中之一方為運轉狀態之情形時，另一方為停止或待機狀態。本實施形態中，並列配置有2台純化裝置301，但亦可並列配置3台以上之純化裝置301。
第1純化裝置301a與第2純化裝置301b為相同構成，因此以下以第1純化裝置301a為中心進行說明，對於第2純化裝置301b之與第1純化裝置301a相同之構成附上相同符號而省略說明。對第1純化裝置301a之構成之符號附上「a」，對第2純化裝置301b之構成之符號附上「b」而加以區別。
第1純化裝置301a係串列配置有用以粗加工混入至由電解槽1所生成之氟氣體中之氟化氫的上游純化塔302a、及用以除去上游純化塔302a中未完全回收之氟化氫之下游純化塔303a。
首先，對上游純化塔302a加以說明。
上游純化塔302a包含：作為氣體流入部之盒305a，其供含有氟化氫氣體之氟氣體流入；吸附劑307，其收容於盒305a內，且供混入至氟氣體中之氟化氫氣體吸附；及作為溫度調節器之加熱器306a，其調節盒305a之溫度。
盒305a為用以收容多個吸附劑307之容器，作為盒之材質，宜為對於氟氣體及氟化氫氣體具有耐性者，例如可列舉不鏽鋼、蒙乃爾合金、鎳等金屬。
吸附劑307為包含氟化鈉(NaF)之多孔質珠粒。氟化鈉之吸附能力隨溫度變化，因此於盒305a之周圍設置加熱器306a，藉由加熱器306a而調節盒305a內之溫度。作為用於吸附劑307之藥劑，除氟化鈉以外，亦可使用KF、RbF、CsF等鹼金屬氟化物，其中尤佳為氟化鈉。
作為溫度調節器，只要可調節盒305a內之溫度，則並無特別限定，除加熱器306a以外，例如亦可採用使用蒸氣加熱、熱媒、或冷媒之加熱冷卻裝置。
於盒305a上連接有將由陽極7所生成之氟氣體引導至內部之入口通路310a。入口通路310a為第1主通路15分支為2條中之一方，另一方之入口通路310b連接於第2純化裝置301b之盒305b。於入口通路310a中設置有容許或阻斷氟氣體向盒305a內流入之入口閥311a。
又，於盒305a上連接有用以排出氟氣體之出口通路312a。於出口通路312a中設置有容許或阻斷氟氣體自盒305a流出之出口閥313a。
如上所述，由陽極7所生成之氟氣體通過入口通路310a而流入至盒305a內，且通過出口通路312a而自盒305a流出。於第1純化裝置301a為運轉狀態之情形時，入口閥311a及出口閥313a為打開狀態，而氟氣體通過盒305a，於第1純化裝置301a為停止或待機狀態之情形時，入口閥311a及出口閥313a為關閉狀態。
於出口通路312a中之出口閥313a之上游，設置有對通過盒305a之氟氣體中之氟化氫濃度進行光學分析而進行檢測之濃度檢測器315a。作為濃度檢測器，只要可分析氟化氫濃度，則並無特別限定，例如可列舉傅立葉轉換紅外線光譜儀(FT-IR，Fourier Transform Infrared Spectroscopy)等。
上游純化塔302a亦包含將由盒305a所捕獲之氟化氫輸送並回收至電解槽1中之回收設備、及再生上游純化塔302a之再生設備。以下，對回收設備及再生設備加以說明。
於盒305a上連接有與第2緩衝槽50(參照圖1)連接之氟氣體供給通路54之下游端。於氟氣體供給通路54中設置有於向盒305a內之氟氣體之供給與阻斷之間進行切換的阻斷閥88a。
第2緩衝槽50之內部壓力係藉由壓力調整閥51(參照圖1)而控制為高於大氣壓之壓力。因此，藉由打開阻斷閥88a，而利用第2緩衝槽50與盒305a之差壓，將儲存於第2緩衝槽50中之氟氣體供給至盒305a。
又，於盒305a上連接有用以將吸附於盒305a內之吸附劑307上之氟化氫排出並進行輸送之輸送通路95a。輸送通路95a與第2純化裝置301b之輸送通路95b合流而成為合流輸送通路95，合流輸送通路95之下游端連接於電解槽1。於輸送通路95a、95b各自中設置有於排出氟化氫時打開之排出閥97a、97b。
由盒305a內之吸附劑307所捕獲之氟化氫係藉由通過氟氣體供給通路54向盒305a內供給氟氣體，而通過輸送通路95a及合流輸送通路95輸送並回收至電解槽1。如上所述，盒305a內之氟化氫係藉由向盒305a內供給氟氣體作為載氣，而與氟氣體一併回收至電解槽1中。因使用氟氣體作為載氣，故將通過合流輸送通路95進行輸送之氟化氫回收至電解槽1之陽極室11中。
於排出盒305a內之氟化氫之後，必須進行向盒305a內之氟氣體之填充，而再生第1純化裝置301a。其原因在於，於第2純化裝置301b正在運轉中之情形時，當通過盒305b之氟氣體中之氟化氫濃度達到特定濃度時，可快速切換為第1純化裝置301a。
此處，於使用氟氣體作為載氣之情形時，於盒305a內之氟化氫之排出結束之同時，向盒305a內之氟氣體之填充、即第1純化裝置301a之再生亦結束。
如上所述，盒305a內之氟化氫之排出、朝電解槽1之輸送、及向盒305a內之氟氣體之填充係使用儲存於第2緩衝槽50中之氟氣體。
下游純化塔303a與上游純化塔302a之構成相同，因此對與上游純化塔302a相同之構成附上相同符號而省略說明。
與下游純化塔303a之盒305a連接之出口通路312a係與下游純化塔303b之盒305b連接之出口通路312b合流而連接於第1泵17。
第1純化裝置301a中之下游純化塔303a之入口閥311a之上游、與第2純化裝置301b中之下游純化塔303b之入口閥311b之上游係藉由旁路通路320而連通。於旁路通路320中設置有用以將氟氣體選擇性地引導至下游純化塔303a或下游純化塔303b中之切換閥321。如上所述，第1純化裝置301a與第2純化裝置301b藉由旁路通路320而連通，因此藉由對切換閥321進行開閉，可將通過上游純化塔302a或上游純化塔302b之氟氣體選擇性地引導至下游純化塔303a或下游純化塔303b中。
上游純化塔302a及下游純化塔303a之盒305a之溫度係分別藉由加熱器306a而控制。氟化鈉係於室溫程度之範圍內氟化氫之吸附能力較高，因此吸附量變多，容易劣化。因此，宜將上游純化塔302a之盒305a之溫度設定為使氟化氫之大部分吸附於吸附劑307上，且不會對吸附劑307造成較大負載之程度之溫度。如上所述，上游純化塔302a係作為除去氟氣體中之氟化氫之大部分的粗加工步驟而發揮功能。
宜考慮所要求之氟氣體中之氟化氫濃度及吸附劑307之負載，將上游純化塔302a之盒305a之溫度調節為70℃~120℃之範圍。又，為降低填充於盒305a內之氟化鈉之劣化，且使上游純化塔302a之出口之氟氣體中之氟化氫濃度未達1000 ppm，尤佳為調節為70℃~100℃之範圍。
通過上游純化塔302a之氟氣體中之氟化氫之大部分被除去。因此，宜將下游純化塔303a之盒305a之溫度設定為氟化鈉之吸附能力提高之室溫程度，以使藉由上游純化塔302a而未完全除去之氟化氫吸附於吸附劑307上。如上所述，下游純化塔303a係作為除去藉由上游純化塔302a而未完全除去之氟化氫之精加工步驟而發揮功能。
為使下游純化塔303a之出口之氟氣體中之氟化氫濃度未達100 ppm，宜將下游純化塔303a之盒305a之溫度調節為0℃~50℃之範圍。
如上所述，藉由將上游純化塔302a之盒305a之溫度設定為高於下游純化塔303a之盒305a之溫度，而能夠以藉由上游純化塔302a進行粗加工，並藉由下游純化塔303a進行精加工之2個階段捕獲氟化氫，且可防止上游純化塔302a及下游純化塔303a之吸附劑307之劣化。
其次，對以上述方式構成之純化裝置301之動作加以說明。以下所示之純化裝置301之動作係藉由作為搭載於氟氣體生成裝置300中之控制裝置之控制器20(參照圖1)而控制。控制器20根據濃度檢測器315a、315b等之檢測結果，控制各閥及各泵之動作。
對第1純化裝置301a為運轉狀態，第2純化裝置301b為待機狀態之情形進行說明。第1純化裝置301a中為如下狀態：上游純化塔302a之入口閥311a及出口閥313a為打開狀態，且下游純化塔303a之入口閥311a及出口閥313a亦為打開狀態，自電解槽1將氟氣體連續地引導至上游純化塔302a及下游純化塔303a各自之盒305a內。與此相對，第2純化裝置301b中為如下待機狀態：上游純化塔302b之入口閥311b及出口閥313b為關閉狀態，且下游純化塔303b之入口閥311b及出口閥313b亦為關閉狀態，於上游純化塔302b及下游純化塔303b各自之盒305b內填充有氟氣體。如上所述，由電解槽1所生成之氟氣體僅通過第1純化裝置301a。
以下，對作為運轉狀態之第1純化裝置301a進行說明。
由電解槽1所生成之氟氣體通過上游純化塔302a之盒305a之後，通過下游純化塔303a之盒305a。於此過程中，氟氣體中之氟化氫吸附於上游純化塔302a之吸附劑307上進行粗加工，且吸附於下游純化塔303a之吸附劑307上進行精加工而捕獲。
於上游純化塔302a之盒305a內吸附於吸附劑307上之氟化氫之吸附量增加，而藉由設置於出口通路312a中之濃度檢測器315a所檢測出之氟化氫之濃度達到特定值的情形時，停止上游純化塔302a之運轉，並且啟動待機狀態之上游純化塔302b，而進行上游純化塔302之運轉切換。具體而言，打開上游純化塔302b之入口閥311b及出口閥313b，且打開切換閥321之後，關閉上游純化塔302a之入口閥311a及出口閥313a。藉此，上游純化塔302b啟動並且上游純化塔302a停止，而將來自電解槽1之氟氣體引導至上游純化塔302b，且通過旁路通路320而引導至下游純化塔303a。
又，於下游純化塔303a中，亦於盒305a內吸附於吸附劑307上之氟化氫之吸附量增加，而藉由設置於出口通路312a中之濃度檢測器315a所檢測出之氟化氫之濃度達到特定值的情形時，停止下游純化塔303a之運轉，並且啟動待機狀態之下游純化塔303b，而進行下游純化塔303之運轉切換。具體而言，打開下游純化塔303b之入口閥311b及出口閥313b之後，關閉下游純化塔303a之入口閥311a及出口閥313a，且關閉切換閥321。藉此，下游純化塔303b啟動並且下游純化塔303a停止，而將來自電解槽1之氟氣體自上游純化塔302b引導至下游純化塔303b。
於已停止之上游純化塔302a及下游純化塔303a中，已捕獲之氟化氫之回收步驟及再生步驟係以下述順序進行。上游純化塔302a及下游純化塔303a之回收步驟及再生步驟之順序相同，因此僅對上游純化塔302a進行說明。
首先，打開氟氣體供給通路54之阻斷閥88a，向盒305a內供給氟氣體作為載氣，並且打開輸送通路95a之排出閥97a。藉此，將吸附於盒305a內之吸附劑307上而捕獲之氟化氫與氟氣體一併輸送至電解槽1之陽極室11。
當將所捕獲之氟化氫輸送至電解槽1時，藉由加熱器306a而將盒305a之溫度調節為150℃~300℃之範圍。藉此，吸附於盒305a內之吸附劑307上之氟化氫脫離，因此容易與氟氣體一併輸送至電解槽1。
藉由保持該狀態特定時間，而將盒305a內之氟化氫全部回收至電解槽1後，關閉阻斷閥88a及排出閥97a，已捕獲之氟化氫之回收步驟結束。
其次，為使上游純化塔302a成為待機狀態，將盒305a之溫度設定自150℃~300℃變更為70℃~120℃之常用溫度。此處，於盒305a內成為已填充有作為載氣而供給之氟氣體之狀態，因此藉由變更盒305a之設定溫度而再生步驟亦結束，上游純化塔302a成為待機狀態。
如此，停止中之上游純化塔302a成為待機狀態，因此於運轉中之上游純化塔302b之出口之氟化氫之濃度達到特定值的情形時，可停止上游純化塔302b之運轉，並且快速啟動上游純化塔302a，而進行上游純化塔302之運轉切換。
亦可於濃度檢測器315a、315b中設置控制器，藉由該控制器而控制純化裝置301之動作。
根據以上之實施形態，發揮以下所示之作用效果。
將藉由純化裝置301所捕獲之氟化氫回收至電解槽1中並進行再利用以生成氟氣體，因此可有效利用在將氟氣體純化之過程中所捕獲之氟氣體以外之成分即氟化氫。
又，用以將由純化裝置301所捕獲之氟化氫輸送至電解槽1之載氣係使用由電解槽1所生成之氟氣體。因此，作為載氣無需專用之氣體，且亦無需該氣體設備，因此可使氟氣體生成裝置300本身變得小型，亦可降低成本。
又，純化裝置301係由至少2個系統所構成，藉由運轉切換而停止之系統之純化裝置301係於自盒305a、305b排出氟化氫後進行再生而成為待機狀態，因此成為可於任意時間進行運轉之狀態。因此，於運轉中之系統之純化裝置301之盒305a、305b內吸附於吸附劑307上之氟化氫之吸附量變多的情形時，可使待機狀態之系統之純化裝置301快速啟動。因此，無需使氟氣體生成裝置300本身停止，而可穩定地向外部裝置4供給氟氣體。
以下，對本第3實施形態之其他形態加以說明。
(1)以上之第3實施形態中，作為將由盒305a、305b所捕獲之氟化氫輸送並回收至電解槽1中之回收設備，對使用氟氣體作為載氣之態樣進行了說明。
作為回收設備之其他構成，亦可如圖9所示，於合流輸送通路95中設置作為抽吸裝置之輸送泵60，不使用載氣而藉由輸送泵60對盒305a、305b內進行抽吸，將氟化氫輸送並回收至電解槽1之陽極室11中。
作為回收步驟之順序，於下述方面與上述第3實施形態所示之順序不同，即，代替向盒305a內供給氟氣體作為載氣，而驅動輸送泵60並打開排出閥97a，將盒305a內之氟化氫輸送至電解槽1。即，藉由利用輸送泵60對盒305a、305b之內部進行抽吸，而將所捕獲之氟化氫輸送至電解槽1。
於該構成之情形時，通過氟氣體供給通路54供給氟氣體係僅於再生步驟中向盒305a、305b內填充氟氣體時進行。
(2)於不使用載氣而使用輸送泵60回收氟化氫之情形時，若在利用輸送泵60輸送氟化氫之前，進行盒305a、05b內之氟氣體之脫氣，則回收者僅為氟化氫。因此，亦可如圖10所示，將氟化氫之回收目的地設為氟化氫供給源40而非電解槽1。即，亦可將由盒305a、305b所捕獲之氟化氫輸送並回收至氟化氫供給源40中。
作為進行盒305a、305b內之氟氣體之脫氣的設備，如圖10所示，於盒305a、305b上連接用以對內部進行脫氣之排出通路330a、330b，且於排出通路330a、330b中設置真空泵331a、331b與阻斷閥332a、332b，藉由真空泵331進行脫氣即可。
以上，對本發明之實施形態進行了說明，但上述實施形態僅表示本發明之適用例之一部分，並非是將本發明之技術範圍限定為上述實施形態之具體構成。
本申請案主張基於2009年12月2日向日本專利廳申請之日本專利特願2009-274676之優先權，並將該申請之全部內容作為參照而併入本說明書中。
1．．．電解槽
2．．．氟氣體供給系統
3．．．副產氣體處理系統
4．．．外部裝置
5．．．原料供給系統
6．．．劃分壁
7．．．陽極
8．．．陰極
9．．．電源
10a、10b、10c、10d、 ．．．控制器
10e、10f、10g
11．．．陽極室
11a．．．第1氣室
12．．．陰極室
12a．．．第2氣室
13．．．第1壓力計
14．．．第2壓力計
15．．．第1主通路
16．．．純化裝置
16a．．．第1純化裝置
16b．．．第2純化裝置
17．．．第1泵
18．．．第1回流通路
19．．．第1壓力調整閥
20．．．控制器
21．．．第1緩衝槽
22．．．分支通路
23．．．壓力調整閥
24．．．壓力計
26．．．流量計
30．．．第2主通路
31．．．第2泵
32．．．第2回流通路
33．．．第2壓力調整閥
34．．．除毒部
40．．．氟化氫供給源
41．．．原料供給通路
42．．．流量控制閥
43．．．累計電流計
45．．．載氣供給源
46．．．載氣供給通路
47．．．阻斷閥
50．．．第2緩衝槽
51．．．壓力調整閥
52．．．壓力計
53．．．除毒部
54．．．氟氣體供給通路
55．．．緩衝槽
56．．．壓力調整閥
57．．．壓力計
58．．．氫氣體供給通路
59a．．．阻斷閥
60．．．輸送泵
61a、61b．．．內管
62a．．．蓋構件
63a、63b．．．入口通路
64a、64b．．．入口閥
65a、65b．．．出口通路
66a、66b．．．出口閥
67a．．．導管
68a、68b．．．溫度計
69a、69b．．．壓力計
70a．．．冷卻裝置
71a．．．套管
72a．．．液態氮供排系統
73a．．．蓋構件
74a、74b．．．液面計
76．．．液態氮供給源
77a．．．液態氮供給通路
78a．．．流量控制閥
79a．．．氮氣排出通路
80a、80b．．．壓力計
81a．．．壓力調整閥
82a．．．導管
83．．．阻斷閥
84．．．阻斷閥
86a、86b．．．差壓計
88a．．．阻斷閥
90a．．．貯槽
91a．．．排出閥
92．．．氮氣供給源
93a．．．氮氣供給通路
94a．．．阻斷閥
95．．．合流輸送通路
95a、95b．．．輸送通路
96．．．真空泵
97a、97b．．．排出閥
98．．．除毒部
99．．．分支通路
100、200、300．．．氟氣體生成裝置
301．．．純化裝置
301a．．．第1純化裝置
301b．．．第2純化裝置
302a、302b．．．上游純化塔
303a、303b．．．下游純化塔
305a、305b．．．盒
306a．．．加熱器
307．．．吸附劑
310a、310b．．．入口通路
311a、311b．．．入口閥
312a、312b．．．出口通路
313a、313b．．．出口閥
315a、315b．．．濃度檢測器
320．．．旁路通路
321．．．切換閥
330a、330b．．．排出通路
331a、331b．．．真空泵
332a、332b．．．阻斷閥
Ph．．．特定壓力
P1．．．特定壓力
RT．．．常溫
t1~t8．．．時間
圖1係本發明之第1實施形態之氟氣體生成裝置之系統圖。
圖2係本發明之第1實施形態之氟氣體生成裝置中之純化裝置的系統圖。
圖3係表示純化裝置之內管內之壓力與溫度之時間變化之圖表，實線表示壓力，單點劃線表示溫度。
圖4係本發明之第1實施形態之氟氣體生成裝置之其他形態之系統圖。
圖5係本發明之第2實施形態之氟氣體生成裝置之系統圖。
圖6係本發明之第2實施形態之氟氣體生成裝置中之純化裝置的系統圖。
圖7係表示純化裝置之內管內之壓力與溫度之時間變化之圖表，實線表示壓力，單點劃線表示溫度。
圖8係本發明之第3實施形態之氟氣體生成裝置中之純化裝置的系統圖。
圖9係本發明之第3實施形態之氟氣體生成裝置之其他形態之系統圖。
圖10係本發明之第3實施形態之氟氣體生成裝置之其他形態之系統圖。
1．．．電解槽
2．．．氟氣體供給系統
3．．．副產氣體處理系統
4．．．外部裝置
5．．．原料供給系統
6．．．劃分壁
7．．．陽極
8．．．陰極
9．．．電源
10a、10b、10c、10d、10e、10f．．．控制器
11．．．陽極室
11a．．．第1氣室
12．．．陰極室
12a．．．第2氣室
13．．．第1壓力計
14．．．第2壓力計
15．．．第1主通路
16．．．純化裝置
17．．．第1泵
18．．．第1回流通路
19．．．第1壓力調整閥
20．．．控制器
21．．．第1緩衝槽
22．．．分支通路
23．．．壓力調整閥
24．．．壓力計
26．．．流量計
30．．．第2主通路
31．．．第2泵
32．．．第2回流通路
33．．．第2壓力調整閥
34．．．除毒部
40．．．氟化氫供給源
41．．．原料供給通路
42．．．流量控制閥
43．．．累計電流計
45．．．載氣供給源
46．．．載氣供給通路
47．．．阻斷閥
50．．．第2緩衝槽
51．．．壓力調整閥
52．．．壓力計
53．．．除毒部
54．．．氟氣體供給通路
100．．．氟氣體生成裝置
301．．．純化裝置

Claims (12)

  1. 一種氟氣體生成裝置，其係藉由對熔鹽中之氟化氫進行電解而生成氟氣體者，其包含：電解槽，其係於熔鹽液面上分離而劃分有引導由浸漬於熔鹽中之陽極所生成之以氟氣體作為主成分之主產氣體的第1氣室、與引導由浸漬於熔鹽中之陰極所生成之以氫氣體作為主成分之副產氣體的第2氣室；氟化氫供給源，其係儲存有用以補充至上述電解槽中之氟化氫；純化裝置，其係捕獲自上述電解槽之熔鹽氣化而混入至自上述陽極生成之主產氣體中的氟化氫氣體以將氟氣體純化；及回收設備，其係將由上述純化裝置所捕獲之氟化氫輸送並回收至上述電解槽或上述氟化氫供給源中；上述純化裝置包含：氣體流入部，其係供主產氣體流入；及冷卻裝置，其係於氟之沸點以上且氟化氫之熔點以下之溫度下對上述氣體流入部進行冷卻，以使混入至主產氣體中之氟化氫氣體凝固，另一方面使氟氣體通過上述氣體流入部；且藉由上述氣體流入部使氟化氫氣體凝固而加以捕獲；上述回收設備係解除上述冷卻裝置對上述氣體流入部之冷卻，並將主產氣體、副產氣體及惰性氣體之任一者作為載氣供給至上述氣體流入部，藉此將所捕獲之氟化 氫輸送至上述電解槽。
  2. 如請求項1之氟氣體生成裝置，其中上述回收設備係於使用主產氣體作為上述載氣之情形時，將所捕獲之氟化氫輸送至上述電解槽之陽極側。
  3. 如請求項2之氟氣體生成裝置，其更包含儲存有由上述電解槽之上述陽極所生成之主產氣體之緩衝槽；用作上述載氣之主產氣體為儲存於該緩衝槽中之主產氣體。
  4. 如請求項1之氟氣體生成裝置，其中上述回收設備係於使用副產氣體或惰性氣體作為上述載氣之情形時，將所捕獲之氟化氫輸送至上述電解槽之陰極側。
  5. 如請求項4之氟氣體生成裝置，其更包含儲存有由上述電解槽之上述陰極所生成之副產氣體之緩衝槽；用作上述載氣之副產氣體為儲存於該緩衝槽中之副產氣體。
  6. 一種氟氣體生成裝置，其係藉由對熔鹽中之氟化氫進行電解而生成氟氣體者，其包含：電解槽，其係於熔鹽液面上分離而劃分有引導由浸漬於熔鹽中之陽極所生成之以氟氣體作為主成分之主產氣體的第1氣室、與引導由浸漬於熔鹽中之陰極所生成之以氫氣體作為主成分之副產氣體的第2氣室；氟化氫供給源，其係儲存有用以補充至上述電解槽中之氟化氫； 純化裝置，其係捕獲自上述電解槽之熔鹽氣化而混入至自上述陽極生成之主產氣體中的氟化氫氣體以將氟氣體純化；及回收設備，其係將由上述純化裝置所捕獲之氟化氫輸送並回收至上述電解槽或上述氟化氫供給源中；上述純化裝置包含：氣體流入部，其係供主產氣體流入；及冷卻裝置，其係於氟之沸點以上且氟化氫之熔點以下之溫度下對上述氣體流入部進行冷卻，以使混入至主產氣體中之氟化氫氣體凝固，另一方面使氟氣體通過上述氣體流入部；且藉由上述氣體流入部使氟化氫氣體凝固而加以捕獲；上述回收設備係解除上述冷卻裝置對上述氣體流入部之冷卻，並利用抽吸裝置對上述氣體流入部之內部進行抽吸，藉此將所捕獲之氟化氫輸送至上述電解槽或上述氟化氫供給源。
  7. 如請求項1或6之氟氣體生成裝置，其更包含控制上述純化裝置之動作之控制裝置；上述純化裝置並列配置至少2台以上；各個上述純化裝置包含檢測上述氣體流入部之氟化氫之蓄積狀態的蓄積狀態檢測器；上述控制裝置係根據上述蓄積狀態檢測器之檢測結果，以將主產氣體 引導至待機狀態之純化裝置之方式進行上述純化裝置之運轉切換；自藉由上述運轉切換而停止之純化裝置之上述氣體流入部，通過上述回收設備而排出氟化氫，並對該氣體流入部填充主產氣體，藉此使停止中之純化裝置成為待機狀態。
  8. 一種氟氣體生成裝置，其係藉由對熔鹽中之氟化氫進行電解而生成氟氣體者，其包含：電解槽，其係於熔鹽液面上分離而劃分有引導由浸漬於熔鹽中之陽極所生成之以氟氣體作為主成分之主產氣體的第1氣室、與引導由浸漬於熔鹽中之陰極所生成之以氫氣體作為主成分之副產氣體的第2氣室；氟化氫供給源，其係儲存有用以補充至上述電解槽中之氟化氫；純化裝置，其係捕獲自上述電解槽之熔鹽氣化而混入至自上述陽極生成之主產氣體中的氟化氫氣體以將氟氣體純化；及回收設備，其係將由上述純化裝置所捕獲之氟化氫輸送並回收至上述電解槽或上述氟化氫供給源中；上述純化裝置包含：氣體流入部，其係供主產氣體流入；及吸附劑，其係收容於上述氣體流入部內，且供混入至主產氣體中之氟化氫氣體吸附；且使氟化氫氣體吸附於上述吸附劑而加以捕獲； 上述回收設備係將主產氣體作為載氣供給至上述氣體流入部，藉此將吸附於上述吸附劑而捕獲之氟化氫輸送至上述電解槽之陽極側。
  9. 如請求項8之氟氣體生成裝置，其更包含儲存有由上述電解槽之上述陽極所生成之主產氣體之緩衝槽；用作上述載氣之主產氣體為儲存於該緩衝槽中之主產氣體。
  10. 一種氟氣體生成裝置，其係藉由對熔鹽中之氟化氫進行電解而生成氟氣體者，其包含：電解槽，其係於熔鹽液面上分離而劃分有引導由浸漬於熔鹽中之陽極所生成之以氟氣體作為主成分之主產氣體的第1氣室、與引導由浸漬於熔鹽中之陰極所生成之以氫氣體作為主成分之副產氣體的第2氣室；氟化氫供給源，其係儲存有用以補充至上述電解槽中之氟化氫；純化裝置，其係捕獲自上述電解槽之熔鹽氣化而混入至自上述陽極生成之主產氣體中的氟化氫氣體以將氟氣體純化；及回收設備，其係將由上述純化裝置所捕獲之氟化氫輸送並回收至上述電解槽或上述氟化氫供給源中；上述純化裝置包含：氣體流入部，其係供主產氣體流入；及吸附劑，其係收容於上述氣體流入部內，且供混入至主產氣體中之氟化氫氣體吸附；且 使氟化氫氣體吸附於上述吸附劑而加以捕獲；上述回收設備係利用抽吸裝置對上述氣體流入部之內部進行抽吸，藉此將吸附於上述吸附劑而捕獲之氟化氫輸送至上述電解槽或上述氟化氫供給源。
  11. 如請求項8或10之氟氣體生成裝置，其中上述吸附劑為氟化鈉製；上述純化裝置更包含調節上述氣體流入部之溫度之溫度調節器；於將所捕獲之氟化氫輸送至上述電解槽時，將上述氣體流入部之溫度調節為150℃~300℃之範圍。
  12. 如請求項8或10之氟氣體生成裝置，其更包含控制上述純化裝置之動作之控制裝置；上述純化裝置並列配置至少2台以上；各個上述純化裝置包含檢測通過上述氣體流入部之主產氣體中之氟化氫濃度的濃度檢測器；上述控制裝置係：根據上述濃度檢測器之檢測結果，以將氟氣體引導至待機狀態之純化裝置之方式進行上述純化裝置之運轉切換；自藉由上述運轉切換而停止之純化裝置之上述氣體流入部，通過上述回收設備而排出氟化氫，並對該氣體流入部填充主產氣體，藉此使停止中之純化裝置成為待機狀態。
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