WO2010113613A1 - フッ素ガス生成装置 - Google Patents

フッ素ガス生成装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2010113613A1
WO2010113613A1 PCT/JP2010/054067 JP2010054067W WO2010113613A1 WO 2010113613 A1 WO2010113613 A1 WO 2010113613A1 JP 2010054067 W JP2010054067 W JP 2010054067W WO 2010113613 A1 WO2010113613 A1 WO 2010113613A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
fluorine gas
buffer tank
molten salt
fluorine
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/054067
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
毛利勇
八尾章史
宮崎達夫
Original Assignee
セントラル硝子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by セントラル硝子株式会社 filed Critical セントラル硝子株式会社
Priority to EP10758389A priority Critical patent/EP2415907A4/en
Priority to KR1020117022087A priority patent/KR101223083B1/ko
Priority to CN201080014703.XA priority patent/CN102369314B/zh
Publication of WO2010113613A1 publication Critical patent/WO2010113613A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/24—Halogens or compounds thereof
    • C25B1/245—Fluorine; Compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/24—Halogens or compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes

Definitions

  • the present invention relates to a fluorine gas generator.
  • JP2004-43885A generates a product gas mainly composed of fluorine gas in the first gas phase portion on the anode side and a by-product gas mainly composed of hydrogen gas in the second gas phase portion on the cathode side.
  • a fluorine gas generation device including an electrolytic cell to be used and a raw material pipe for supplying hydrogen fluoride as a raw material into a molten salt of the electrolytic cell.
  • a carrier gas for introducing hydrogen fluoride into a molten salt of an electrolytic cell is supplied to a raw material pipe for supplying hydrogen fluoride.
  • nitrogen gas is used as a carrier gas.
  • the carrier gas needs to be constantly supplied into the molten salt in the electrolytic cell when the fluorine gas generator is operated, there is a problem that the amount of nitrogen gas used is large and the running cost is high.
  • the present invention relates to a fluorine gas generation device that generates fluorine gas by electrolyzing hydrogen fluoride in a molten salt, the fluorine generated at an anode in which the molten salt is stored and immersed in the molten salt.
  • a carrier gas supply passage for introducing a carrier gas for introduction into the raw material supply passage, and a fluorine gas generated at the anode of the electrolytic cell or a hydrogen gas generated at the cathode as the carrier gas Is used.
  • any one of fluorine gas generated at the anode of the electrolytic cell and hydrogen gas generated at the cathode is used as the carrier gas, it is necessary to provide a dedicated supply source as the carrier gas.
  • the equipment can be simply configured.
  • generated in the electrolytic vessel is used as carrier gas and it does not use a gas for exclusive use, a running cost can also be reduced.
  • FIG. 1 is a system diagram of a fluorine gas generator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a system diagram of a fluorine gas generation device according to the second embodiment of the present invention.
  • the fluorine gas generation device 100 generates fluorine gas by electrolysis and supplies the generated fluorine gas to the external device 4.
  • the external device 4 is, for example, a semiconductor manufacturing device.
  • the fluorine gas is used as a cleaning gas in, for example, a semiconductor manufacturing process.
  • the fluorine gas generation device 100 includes an electrolytic cell 1 that generates fluorine gas by electrolysis, a fluorine gas supply system 2 that supplies the fluorine gas generated from the electrolytic cell 1 to the external device 4, and the generation of fluorine gas.
  • the electrolytic bath 1 stores a molten salt containing hydrogen fluoride (HF).
  • HF hydrogen fluoride
  • KF potassium fluoride
  • the inside of the electrolytic cell 1 is partitioned into an anode chamber 11 and a cathode chamber 12 by a partition wall 6 immersed in the molten salt.
  • the anode 7 and the cathode 8 are immersed, respectively.
  • a main gas mainly composed of fluorine gas (F 2 ) is generated at the anode 7, and hydrogen gas (H 2 ) is generated at the cathode 8.
  • F 2 fluorine gas
  • H 2 hydrogen gas
  • By-product gas as a main component is generated.
  • a carbon electrode is used for the anode 7, and soft iron, monel, or nickel is used for the cathode 8.
  • a first gas chamber 11a into which fluorine gas generated at the anode 7 is guided, and a second gas chamber 12a into which hydrogen gas generated at the cathode 8 is guided. Are partitioned by the partition wall 6 so that the mutual gas cannot pass.
  • the first air chamber 11a and the second air chamber 12a are completely separated by the partition wall 6 in order to prevent a reaction due to the contact of fluorine gas and hydrogen gas.
  • the molten salt in the anode chamber 11 and the cathode chamber 12 is not separated by the partition wall 6 but communicates through the lower portion of the partition wall 6. Since the melting point of KF ⁇ 2HF is 71.7 ° C., the temperature of the molten salt is adjusted to 90 to 100 ° C. In each of the fluorine gas and the hydrogen gas generated from the anode 7 and the cathode 8 of the electrolytic cell 1, hydrogen fluoride is vaporized from the molten salt by the vapor pressure and mixed.
  • each of the fluorine gas generated at the anode 7 and guided to the first air chamber 11a and the hydrogen gas generated at the cathode 8 and guided to the second air chamber 12a includes hydrogen fluoride gas.
  • the electrolytic cell 1 is provided with a first pressure gauge 13 for detecting the pressure in the first air chamber 11a and a second pressure gauge 14 for detecting the pressure in the second air chamber 12a.
  • the detection results of the first pressure gauge 13 and the second pressure gauge 14 are output to the controllers 10a and 10b.
  • the fluorine gas supply system 2 will be described.
  • a first main passage 15 for supplying fluorine gas to the external device 4 is connected to the first air chamber 11a.
  • the first main passage 15 is provided with a first pump 17 for deriving and transporting fluorine gas from the first air chamber 11a.
  • a positive displacement pump such as a bellows pump or a diaphragm pump is used.
  • a first return passage 18 Connected to the first main passage 15 is a first return passage 18 that connects the discharge side and the suction side of the first pump 17.
  • the first reflux passage 18 is provided with a first pressure adjusting valve 19 for returning the fluorine gas discharged from the first pump 17 to the suction side of the first pump 17.
  • the opening degree of the first pressure regulating valve 19 is controlled by a signal output from the controller 10a.
  • the controller 10a controls the opening degree of the first pressure regulating valve 19 based on the detection result of the first pressure gauge 13 so that the pressure in the first air chamber 11a becomes a predetermined set value. Control.
  • the downstream end of the first return passage 18 is connected to the vicinity of the first pump 17 in the first main passage 15, but the downstream end of the first return passage 18 is connected to the first air chamber 11a. You may make it do. That is, you may make it return the fluorine gas discharged from the 1st pump 17 in the 1st air chamber 11a.
  • a purification device 16 is provided upstream of the first pump 17 in the first main passage 15 to collect the hydrogen fluoride gas mixed in the main raw gas and purify the fluorine gas.
  • the purification device 16 includes a cartridge 16a through which fluorine gas passes, and an adsorbent that adsorbs hydrogen fluoride is accommodated in the cartridge 16a.
  • a number of porous beads made of sodium fluoride (NaF) are used as the adsorbent. Since sodium fluoride has an adsorption capacity that varies with temperature, a heater 16b for adjusting the temperature in the cartridge 16a is provided around the cartridge 16a. Thus, since the purification device 16 is provided upstream of the first pump 17, the fluorine gas from which the hydrogen fluoride gas has been removed is guided to the first pump 17.
  • a refrigeration apparatus that separates and removes the hydrogen fluoride gas from the fluorine gas may be used as the purifier 16 by utilizing the difference in boiling point between fluorine and hydrogen fluoride.
  • a first buffer tank 21 for storing the fluorine gas transported by the first pump 17 is provided downstream of the first pump 17 in the first main passage 15.
  • the fluorine gas stored in the first buffer tank 21 is supplied to the external device 4.
  • a flow meter 26 that detects the flow rate of the fluorine gas supplied to the external device 4 is provided downstream of the first buffer tank 21. The detection result of the flow meter 26 is output to the controller 10c.
  • the controller 10 c controls the current value supplied between the anode 7 and the cathode 8 from the power source 9 based on the detection result of the flow meter 26. Specifically, the amount of fluorine gas generated in the anode 7 is controlled so that the amount of fluorine gas supplied from the first buffer tank 21 to the external device 4 is replenished to the first buffer tank 21. In this way, the amount of fluorine gas generated at the anode 7 is controlled so as to supplement the amount of fluorine gas supplied to the external device 4, so that the internal pressure of the first buffer tank 21 is higher than atmospheric pressure. Maintained.
  • the external device 4 side where fluorine gas is used is atmospheric pressure
  • the valve provided in the external device 4 is opened, the pressure difference between the first buffer tank 21 and the external device 4 As a result, the fluorine gas is supplied from the first buffer tank 21 to the external device 4.
  • a branch passage 22 is connected to the first buffer tank 21, and a pressure regulating valve 23 that controls the internal pressure of the first buffer tank 21 is provided in the branch passage 22.
  • the first buffer tank 21 is provided with a pressure gauge 24 that detects the internal pressure. The detection result of the pressure gauge 24 is output to the controller 10d.
  • the controller 10d opens the pressure adjustment valve 23, and the fluorine in the first buffer tank 21 Exhaust the gas.
  • the pressure adjustment valve 23 controls the internal pressure of the first buffer tank 21 so as not to exceed the predetermined pressure.
  • a second buffer tank 50 for storing the fluorine gas discharged from the first buffer tank 21 is provided downstream of the pressure regulating valve 23 in the branch passage 22. That is, when the internal pressure of the first buffer tank 21 exceeds a predetermined pressure, the fluorine gas in the first buffer tank 21 is discharged through the pressure adjustment valve 23, and the discharged fluorine gas is discharged to the second buffer tank 50. Led to.
  • the second buffer tank 50 has a smaller volume than the first buffer tank 21.
  • a pressure regulating valve 51 that controls the internal pressure of the second buffer tank 50 is provided downstream of the second buffer tank 50 in the branch passage 22.
  • the second buffer tank 50 is provided with a pressure gauge 52 that detects the internal pressure. The detection result of the pressure gauge 52 is output to the controller 10f.
  • the controller 10f controls the opening degree of the pressure adjustment valve 51 so that the internal pressure of the second buffer tank 50 becomes a predetermined set value.
  • the fluorine gas discharged from the second buffer tank 50 through the pressure adjustment valve 51 is rendered harmless and released.
  • the pressure adjustment valve 51 controls the internal pressure of the second buffer tank 50 to be the set value.
  • a carrier gas supply passage 46 described later is connected to the second buffer tank 50.
  • a second main passage 30 for discharging hydrogen gas to the outside is connected to the second air chamber 12a.
  • the second main passage 30 is provided with a second pump 31 for deriving and transporting hydrogen gas from the second air chamber 12a.
  • the second main passage 30 is connected to a second recirculation passage 32 that connects the discharge side and the suction side of the second pump 31.
  • the second reflux passage 32 is provided with a second pressure adjusting valve 33 for returning the hydrogen gas discharged from the second pump 31 to the suction side of the second pump 31.
  • the opening degree of the second pressure regulating valve 33 is controlled by a signal output from the controller 10b.
  • the controller 10b sets the opening of the second pressure regulating valve 33 based on the detection result of the second pressure gauge 14 so that the pressure in the second air chamber 12a becomes a predetermined set value. Control. In this manner, the pressures in the first air chamber 11a and the second air chamber 12a are controlled so as to have preset values by the first pressure adjusting valve 19 and the second pressure adjusting valve 33, respectively.
  • the set pressure of the first air chamber 11a and the second air chamber 12a is set so that a liquid level difference between the liquid level of the molten salt in the first air chamber 11a and the liquid level of the molten salt in the second air chamber 12a does not occur. It is desirable to control to an equivalent pressure.
  • the fluorine gas generation device 100 also includes a raw material supply system 5 that supplies hydrogen fluoride, which is a raw material of fluorine gas, into the molten salt of the electrolytic cell 1.
  • the raw material supply system 5 will be described.
  • a raw material supply passage 41 that guides hydrogen fluoride supplied from a hydrogen fluoride supply source 40 into the molten salt of the electrolytic cell 1 is connected to the electrolytic cell 1.
  • the raw material supply passage 41 is provided with a flow rate control valve 42 for controlling the supply flow rate of hydrogen fluoride.
  • a current integrator 43 that integrates the current supplied between the anode 7 and the cathode 8 is attached to the power source 9.
  • the current accumulated by the current accumulator 43 is output to the controller 10e.
  • the controller 10e controls the supply flow rate of hydrogen fluoride guided into the molten salt by opening and closing the flow rate control valve 42 based on the signal input from the current accumulator 43.
  • the supply flow rate of hydrogen fluoride is controlled so as to supply hydrogen fluoride electrolyzed in the molten salt. More specifically, the supply flow rate of hydrogen fluoride is controlled so that the concentration of hydrogen fluoride in the molten salt falls within a predetermined range.
  • a carrier gas supply passage 46 connected to the second buffer tank 50 is connected to the raw material supply passage 41.
  • the carrier gas supply passage 46 is a passage that guides the carrier gas stored in the second buffer tank 50 into the raw material supply passage 41.
  • the carrier gas is a gas for introducing hydrogen fluoride into the molten salt, and fluorine gas generated at the anode 7 of the electrolytic cell 1 and stored in the second buffer tank 50 is used.
  • the carrier gas supply passage 46 is provided with a cutoff valve 47 for switching between supply and cutoff of the carrier gas. During operation of the fluorine gas generator 100, the shut-off valve 47 is basically open, and the carrier gas is supplied into the raw material supply passage 41 through the carrier gas supply passage 46.
  • the fluorine gas of the carrier gas reacts with the hydrogen gas generated at the cathode 8. Accordingly, the raw material supply passage 41 is provided in the electrolytic cell 1 so as to introduce hydrogen fluoride into the molten salt of the anode chamber 11 so that the fluorine gas of the carrier gas and the hydrogen gas generated in the electrolytic cell 1 are not mixed. Connected. The fluorine gas as the carrier gas introduced into the molten salt in the anode chamber 11 is hardly dissolved in the molten salt and is led again to the first main passage 15 from the first air chamber 11a.
  • the molten salt liquid level of the electrolytic cell 1 may be pushed up by the fluorine gas. Therefore, after providing a level gauge for detecting the liquid level in the electrolytic cell 1, a variable width is set for the molten salt liquid level in the electrolytic cell 1, and the molten salt liquid level is within the variable range.
  • the shutoff valve 47 may be controlled to open and close. That is, when the molten salt liquid level in the electrolytic cell 1 reaches the upper limit of the variable range, the shutoff valve 47 may be closed.
  • a flow rate control valve capable of controlling the flow rate of the carrier gas may be provided, and the opening degree of the flow rate control valve may be controlled according to the liquid level of the electrolytic cell 1.
  • the flow rate of the fluorine gas used in the external device 4 is detected by a flow meter 26 provided between the first buffer tank 21 and the external device 4. Based on the detection result of the flow meter 26, the voltage applied between the anode 7 and the cathode 8 is controlled, and the amount of fluorine gas generated at the anode 7 is controlled.
  • the hydrogen fluoride in the molten salt reduced by electrolysis is supplied from the hydrogen fluoride supply source 40.
  • the liquid level of the molten salt usually changes greatly. There is no.
  • the amount of fluorine gas used in the external device 4 changes abruptly or when the pressure of hydrogen gas changes abruptly in the byproduct gas processing system 3, the first air chamber 11a and the second air chamber The pressure of 12a changes greatly, and the liquid level of the anode chamber 11 and the cathode chamber 12 changes greatly.
  • the liquid level in the anode chamber 11 and the cathode chamber 12 fluctuates greatly and the liquid level falls below the partition wall 6, the first air chamber 11a and the second air chamber 12a communicate with each other. .
  • the pressures in the first air chamber 11a and the second air chamber 12a are detected by the first pressure gauge 13 and the second pressure gauge 14, respectively. Based on the above, control is performed so that a predetermined set value is obtained. As described above, the liquid level in the anode chamber 11 and the cathode chamber 12 is controlled by keeping the pressure in the first air chamber 11a and the second air chamber 12a constant.
  • Hydrogen fluoride supplied from the hydrogen fluoride supply source 40 is contained in the molten salt in the anode chamber 11 of the electrolytic cell 1 by the fluorine gas supplied from the second buffer tank 50 into the raw material supply passage 41 through the carrier gas supply passage 46. Led to. Thus, hydrogen fluoride is replenished into the electrolytic cell 1 by the fluorine gas stored in the second buffer tank 50.
  • nitrogen gas is used as the carrier gas as in the conventional case, if the nitrogen gas contains moisture, the moisture is brought into the electrolytic cell 1.
  • the fluorine gas of the second buffer tank 50 is used as the carrier gas, the fluorine gas is dehydrated and electrolyzed in the electrolytic cell 1, so that moisture is brought into the electrolytic cell 1. There is no.
  • the hydrogen fluoride supplied from the hydrogen fluoride supply source 40 contains about 3000 to 400 ppm of water even in the case of anhydrous hydrogen fluoride.
  • the fluorine gas of the second buffer tank 50 is used as the carrier gas, the fluorine gas reacts with moisture in the hydrogen fluoride to generate hydrogen fluoride, oxygen, and oxygen difluoride (OF 2 ).
  • fluorine gas is used as the carrier gas, there is also an effect of dehydrating moisture in hydrogen fluoride.
  • the fluorine gas as the carrier gas introduced into the molten salt in the anode chamber 11 is led again from the first air chamber 11 a to the first main passage 15 together with the fluorine gas generated in the anode 7, and the first pump 17.
  • the internal pressure of the first buffer tank 21 is controlled by the pressure adjustment valve 23 so as not to exceed a predetermined pressure.
  • the fluorine gas in the first buffer tank 21 is changed to a pressure adjustment valve. 23 and discharged to the second buffer tank 50.
  • the fluorine gas thus led to the second buffer tank 50 is used as the carrier gas.
  • the internal pressure of the second buffer tank 50 is controlled to a set value by the pressure adjustment valve 51 so that the fluorine gas is stably supplied from the second buffer tank 50 to the raw material supply passage 41 through the carrier gas supply passage 46. .
  • This set value is determined in consideration of the pressure of hydrogen fluoride in the raw material supply passage 41, the piping resistance of the carrier gas supply passage 46, and the like.
  • the carrier gas is the fluorine gas that has been conventionally released from the first buffer tank 21 out of the fluorine gas generated at the anode 7 of the electrolytic cell 1. It is done. That is, the fluorine gas generation device 100 stores the fluorine gas that has been released from the first buffer tank 21 to the outside in the second buffer tank 50 and uses the stored fluorine gas as a carrier gas. is there. Then, the fluorine gas used as the carrier gas is guided again from the first air chamber 11 a of the electrolytic cell 1 to the first main passage 15 and circulates in the fluorine gas generation device 100. According to the above 1st Embodiment, there exists the effect shown below.
  • the fluorine gas generation device 100 since the fluorine gas generated at the anode 7 of the electrolytic cell 1 is used as the carrier gas, it is not necessary to provide a dedicated supply source as the carrier gas as in the conventional case, and the equipment is simply configured. Moreover, since the fluorine gas conventionally discharged from the first buffer tank 21 to the outside is used as the carrier gas, the running cost can be reduced.
  • another embodiment of the first embodiment will be described.
  • the first embodiment described above uses the fluorine gas stored in the second buffer tank 50 as the carrier gas. However, the fluorine gas stored in the first buffer tank 21 may be used as the carrier gas. In that case, the carrier gas supply passage 46 is configured to connect the first buffer tank 21 and the raw material supply passage 41.
  • the fluorine gas generation device 200 is different from the fluorine gas generation device 100 according to the first embodiment in that hydrogen gas generated at the cathode 8 of the electrolytic cell 1 is used as a carrier gas.
  • the byproduct gas processing system 3 will be described.
  • a pressure regulating valve 61 that controls the internal pressure of the buffer tank 60 is provided downstream of the buffer tank 60 in the second main passage 30.
  • the buffer tank 60 is provided with a pressure gauge 62 that detects the internal pressure. The detection result of the pressure gauge 62 is output to the controller 10g.
  • the controller 10g controls the opening degree of the pressure adjustment valve 61 so that the internal pressure of the buffer tank 60 becomes a predetermined set value. As described above, the pressure adjustment valve 61 controls the internal pressure of the buffer tank 60 to be the set value.
  • An abatement part 34 is provided downstream of the pressure regulating valve 61 in the second main passage 30. The hydrogen gas discharged from the buffer tank 60 through the pressure adjustment valve 61 is rendered harmless by the abatement part 34 and is released.
  • a carrier gas supply passage 46 whose downstream end is connected to the raw material supply passage 41 is connected to the buffer tank 60. The hydrogen gas stored in the buffer tank 60 is guided into the raw material supply passage 41 through the carrier gas supply passage 46.
  • the carrier gas supply passage 46 is provided with a cutoff valve 47 for switching between supply and cutoff of the carrier gas.
  • the shut-off valve 47 is basically open, and the carrier gas is supplied into the raw material supply passage 41 through the carrier gas supply passage 46.
  • the raw material supply passage 41 is connected to the electrolytic cell 1 so as to introduce hydrogen fluoride into the molten salt in the cathode chamber 12 so that the hydrogen gas of the carrier gas and the fluorine gas generated in the electrolytic cell 1 are not mixed. Connected.
  • the hydrogen gas as the carrier gas introduced into the molten salt in the cathode chamber 12 is hardly dissolved in the molten salt and is led again to the second main passage 30 from the second air chamber 12a.
  • the molten salt liquid level of the electrolytic cell 1 is pushed up by the hydrogen gas. Therefore, after providing a level gauge for detecting the liquid level in the electrolytic cell 1, a variable width is set for the molten salt liquid level in the electrolytic cell 1, and the molten salt liquid level is within the variable range.
  • the shutoff valve 47 may be controlled to open and close.
  • the shutoff valve 47 may be closed.
  • a flow rate control valve capable of controlling the flow rate of the carrier gas may be provided, and the opening degree of the flow rate control valve may be controlled according to the liquid level of the electrolytic cell 1.
  • the fluorine gas supply system 2 since the fluorine gas generator 200 does not use fluorine gas as a carrier gas, the second buffer tank 50 and the pressure regulating valve 51 described in the first embodiment are not necessary. . The fluorine gas discharged from the first buffer tank 21 through the pressure regulating valve 23 is rendered harmless and released. Next, the operation of the fluorine gas generator 200, particularly the carrier gas will be described.
  • Hydrogen fluoride supplied from the hydrogen fluoride supply source 40 is introduced into the molten salt in the cathode chamber 12 of the electrolytic cell 1 by hydrogen gas supplied from the buffer tank 60 to the raw material supply passage 41 through the carrier gas supply passage 46. It is burned. Thus, hydrogen fluoride is replenished into the electrolytic cell 1 by the hydrogen gas stored in the buffer tank 60. Since the hydrogen gas used as the carrier gas is dehydrated and electrolyzed in the electrolytic cell 1, moisture is not brought into the electrolytic cell 1 as in the first embodiment. The hydrogen gas as the carrier gas introduced into the molten salt in the cathode chamber 12 is led again from the second air chamber 12a to the second main passage 30 together with the hydrogen gas generated at the cathode 8, and the second pump 31.
  • the carrier gas is the hydrogen gas that has been generated at the cathode 8 of the electrolytic cell 1 and conventionally discharged to the outside.
  • the fluorine gas generation device 200 uses a by-product gas generated by electrolyzing hydrogen fluoride as a carrier gas. Then, the hydrogen gas used as the carrier gas is guided again from the second air chamber 12 a of the electrolytic cell 1 to the second main passage 30 and circulates in the fluorine gas generation device 200. According to the second embodiment described above, the following effects are obtained.
  • hydrogen gas generated at the cathode 8 of the electrolytic cell 1 is used as the carrier gas, so that it is not necessary to provide a dedicated supply source as the carrier gas as in the conventional case, and the equipment is simply configured. can do.
  • the second embodiment described above uses hydrogen gas stored in the buffer tank 60 as the carrier gas.
  • the carrier gas may be directly taken out from the second main passage 30.
  • the carrier gas supply passage 46 connects the downstream of the second pump in the second main passage 30 and the raw material supply passage 41, and controls the supply pressure of the carrier gas to the carrier gas supply passage 46. What is necessary is just to comprise so that it may provide.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
  • controllers 10a to 10g are provided separately, but all the control may be performed by one controller.
  • the contents of Japanese Patent Application No. 2009-89438 in Japan, filed on April 1, 2009, are incorporated herein by reference.
  • the present invention can be applied to an apparatus that generates fluorine gas.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

溶融塩中のフッ化水素を電気分解することによって、フッ素ガスを生成するフッ素ガス生成装置であって、溶融塩に浸漬された陽極にて生成されたフッ素ガスを主成分とする主生ガスが導かれる第１気室と、溶融塩に浸漬された陰極にて生成された水素ガスを主成分とする副生ガスが導かれる第２気室とが溶融塩液面上に分離して区画された電解槽と、電解槽に接続され、溶融塩中にフッ化水素を導く原料供給通路と、原料供給通路に接続され、フッ化水素を溶融塩中に導くためのキャリアガスを原料供給通路に導くキャリアガス供給通路とを備え、キャリアガスとして、電解槽の陽極にて生成されるフッ素ガス又は陰極にて生成される水素ガスが用いられる。

Description

フッ素ガス生成装置
　本発明は、フッ素ガス生成装置に関するものである。
　従来のフッ素ガス生成装置として、電解槽を使用し、電気分解によってフッ素ガスを生成する装置が知られている。
　ＪＰ２００４−４３８８５Ａには、陽極側の第１気相部分にフッ素ガスを主成分とするプロダクトガスを発生させると共に、陰極側の第２気相部分に水素ガスを主成分とする副生ガスを発生させる電解槽と、電解槽の溶融塩中に原料となるフッ化水素を供給する原料配管とを備えるフッ素ガス生成装置が開示されている。
　ＪＰ２００４−４３８８５Ａに記載のフッ素ガス生成装置においては、フッ化水素を供給する原料配管に、フッ化水素を電解槽の溶融塩中に導くためのキャリアガスが供給される。
　ＪＰ２００４−４３８８５Ａに記載のフッ素ガス生成装置では、キャリアガスとして窒素ガスが用いられる。そのため、原料のフッ化水素の供給源の他に、窒素ガスの供給源が必要であり、設備が大掛かりとなる。
　また、キャリアガスは、フッ素ガス生成装置の運転時には、電解槽の溶融塩中に常時供給する必要があるため、窒素ガスの使用量が多く、ランニングコストが高いという問題がある。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な設備で、かつランニングコストが低減できるフッ素ガス生成装置を提供することを目的とする。
　本発明は、溶融塩中のフッ化水素を電気分解することによって、フッ素ガスを生成するフッ素ガス生成装置であって、溶融塩が貯留され、溶融塩に浸漬された陽極にて生成されたフッ素ガスを主成分とする主生ガスが導かれる第１気室と、溶融塩に浸漬された陰極にて生成された水素ガスを主成分とする副生ガスが導かれる第２気室とが溶融塩液面上に分離して区画された電解槽と、前記電解槽に接続され、溶融塩中にフッ化水素を導く原料供給通路と、前記原料供給通路に接続され、フッ化水素を溶融塩中に導くためのキャリアガスを前記原料供給通路に導くキャリアガス供給通路と、を備え、キャリアガスとして、前記電解槽の前記陽極にて生成されるフッ素ガス又は前記陰極にて生成される水素ガスが用いられる。
　本発明によれば、キャリアガスとして、電解槽の陽極にて生成されるフッ素ガス及び陰極にて生成される水素ガスのいずれか一方が用いられるため、キャリアガスとして専用の供給源を設ける必要がなく設備を簡便に構成することができる。また、キャリアガスとして、電解槽にて生成されたガスが用いられ、専用のガスを用いるものでないため、ランニングコストも低減できる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置の系統図である。
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置の系統図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
　（第１の実施の形態）
　図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置１００について説明する。
　フッ素ガス生成装置１００は、電気分解によってフッ素ガスを生成し、生成されたフッ素ガスを外部装置４へと供給するものである。外部装置４としては、例えば半導体製造装置である。その場合、フッ素ガスは、例えば半導体の製造工程においてクリーニングガスとして使用される。
　フッ素ガス生成装置１００は、電気分解によってフッ素ガスを生成する電解槽１と、電解槽１から生成したフッ素ガスを外部装置４へと供給するフッ素ガス供給系統２と、フッ素ガスの生成に伴って生成された副生ガスを処理する副生ガス処理系統３とを備える。
　まず、電解槽１について説明する。
　電解槽１には、フッ化水素（ＨＦ）を含む溶融塩が貯留される。本実施の形態では、溶融塩として、フッ化水素とフッ化カリウム（ＫＦ）の混合物（ＫＦ・２ＨＦ）が用いられる。
　電解槽１の内部は、溶融塩中に浸漬された区画壁６によって陽極室１１と陰極室１２とに区画される。陽極室１１及び陰極室１２の溶融塩中には、それぞれ陽極７及び陰極８が浸漬される。陽極７と陰極８の間に電源９から電流が供給されることによって、陽極７ではフッ素ガス（Ｆ２）を主成分とする主生ガスが生成され、陰極８では水素ガス（Ｈ２）を主成分とする副生ガスが生成される。陽極７には炭素電極が用いられ、陰極８には軟鉄、モネル、又はニッケルが用いられる。
　電解槽１内の溶融塩液面上には、陽極７にて生成されたフッ素ガスが導かれる第１気室１１ａと、陰極８にて生成された水素ガスが導かれる第２気室１２ａとが互いのガスが行き来不能に区画壁６によって区画される。このように、第１気室１１ａと第２気室１２ａは、フッ素ガスと水素ガスとの混触による反応を防ぐため、区画壁６によって完全に分離される。これに対して、陽極室１１と陰極室１２の溶融塩は、区画壁６によって分離されず区画壁６の下方を通じて連通している。
　ＫＦ・２ＨＦの融点は７１．７℃であるため、溶融塩の温度は９０~１００℃に調節される。電解槽１の陽極７及び陰極８から生成したフッ素ガス及び水素ガスのそれぞれには、溶融塩からフッ化水素が蒸気圧分だけ気化して混入する。このように、陽極７にて生成され第１気室１１ａに導かれるフッ素ガス及び陰極８にて生成され第２気室１２ａに導かれる水素ガスのそれぞれには、フッ化水素ガスが含まれている。
　電解槽１には、第１気室１１ａの圧力を検出する第１圧力計１３と、第２気室１２ａの圧力を検出する第２圧力計１４とが設けられる。第１圧力計１３及び第２圧力計１４の検出結果はコントローラ１０ａ，１０ｂに出力される。
　次に、フッ素ガス供給系統２について説明する。
　第１気室１１ａには、フッ素ガスを外部装置４へと供給するための第１メイン通路１５が接続される。
　第１メイン通路１５には、第１気室１１ａからフッ素ガスを導出して搬送する第１ポンプ１７が設けられる。第１ポンプ１７には、ベローズポンプやダイアフラムポンプ等の容積型ポンプが用いられる。第１メイン通路１５には、第１ポンプ１７の吐出側と吸込側を接続する第１還流通路１８が接続される。第１還流通路１８には、第１ポンプ１７から吐出されたフッ素ガスを第１ポンプ１７の吸込側へと戻すための第１圧力調整弁１９が設けられる。
　第１圧力調整弁１９は、コントローラ１０ａから出力される信号によって開度が制御される。具体的には、コントローラ１０ａは、第１圧力計１３の検出結果に基づいて、第１気室１１ａの圧力が予め定められた設定値となるように、第１圧力調整弁１９の開度を制御する。
　なお、図１では、第１還流通路１８の下流端は、第１メイン通路１５における第１ポンプ１７近傍に接続されているが、第１還流通路１８の下流端を第１気室１１ａに接続するようにしてもよい。つまり、第１ポンプ１７から吐出されたフッ素ガスを第１気室１１ａ内へと戻すようにしてもよい。
　第１メイン通路１５における第１ポンプ１７の上流には、主生ガスに混入したフッ化水素ガスを捕集してフッ素ガスを精製する精製装置１６が設けられる。精製装置１６はフッ素ガスが通過するカートリッジ１６ａを備え、カートリッジ１６ａにはフッ化水素を吸着する吸着剤が収容される。吸着剤には、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）からなる多数の多孔質ビーズが用いられる。フッ化ナトリウムは、吸着能力が温度により変化するため、カートリッジ１６ａの周囲には、カートリッジ１６ａ内の温度を調整するためのヒータ１６ｂが設けられる。このように、精製装置１６は第１ポンプ１７の上流に設けられているため、第１ポンプ１７にはフッ化水素ガスが除去されたフッ素ガスが導かれる。なお、精製装置１６として、フッ素とフッ化水素との沸点の違いを利用して、フッ素ガスからフッ化水素ガスを分離して取り除く深冷精製装置を用いるようにしてもよい。
　第１メイン通路１５における第１ポンプ１７の下流には、第１ポンプ１７によって搬送されたフッ素ガスを貯留するための第１バッファタンク２１が設けられる。第１バッファタンク２１に貯留されたフッ素ガスは外部装置４へと供給される。第１バッファタンク２１の下流には、外部装置４へと供給されるフッ素ガスの流量を検出する流量計２６が設けられる。流量計２６の検出結果はコントローラ１０ｃに出力される。コントローラ１０ｃは、流量計２６の検出結果に基づいて、電源９から陽極７と陰極８の間に供給される電流値を制御する。具体的には、第１バッファタンク２１から外部装置４へと供給されたフッ素ガス量が第１バッファタンク２１に補充されるように、陽極７におけるフッ素ガスの生成量を制御する。
　このように、陽極７におけるフッ素ガスの生成量は、外部装置４へと供給されたフッ素ガス量を補充するように制御されるため、第１バッファタンク２１の内部圧力は大気圧よりも高い圧力に維持される。これに対して、フッ素ガスが使用される外部装置４側は大気圧であるため、外部装置４に設けられるバルブを開弁すれば、第１バッファタンク２１と外部装置４との間の圧力差によって、第１バッファタンク２１から外部装置４へとフッ素ガスが供給されることになる。
　第１バッファタンク２１には分岐通路２２が接続され、分岐通路２２には第１バッファタンク２１の内部圧力を制御する圧力調整弁２３が設けられる。また、第１バッファタンク２１には、内部圧力を検出する圧力計２４が設けられる。圧力計２４の検出結果はコントローラ１０ｄに出力される。コントローラ１０ｄは、第１バッファタンク２１の内部圧力が予め定められた設定値、具体的には０．９ＭＰａを超えた場合には圧力調整弁２３を開弁し、第１バッファタンク２１内のフッ素ガスを排出する。このように、圧力調整弁２３は、第１バッファタンク２１の内部圧力が所定圧力を超えないように制御する。
　分岐通路２２における圧力調整弁２３の下流には、第１バッファタンク２１から排出されたフッ素ガスを貯留するための第２バッファタンク５０が設けられる。つまり、第１バッファタンク２１の内部圧力が所定圧力を超えた場合には、圧力調整弁２３を通じて第１バッファタンク２１内のフッ素ガスが排出され、その排出されたフッ素ガスが第２バッファタンク５０に導かれる。第２バッファタンク５０は、第１バッファタンク２１と比較して容積が小さい。分岐通路２２における第２バッファタンク５０の下流には、第２バッファタンク５０の内部圧力を制御する圧力調整弁５１が設けられる。また、第２バッファタンク５０には、内部圧力を検出する圧力計５２が設けられる。圧力計５２の検出結果はコントローラ１０ｆに出力される。コントローラ１０ｆは、第２バッファタンク５０の内部圧力が予め定められた設定値となるように圧力調整弁５１の開度を制御する。第２バッファタンク５０から圧力調整弁５１を通じて排出されたフッ素ガスは、無害化されて放出される。このように、圧力調整弁５１は、第２バッファタンク５０の内部圧力が設定値となるように制御する。第２バッファタンク５０には、後述するキャリアガス供給通路４６が接続される。
　次に、副生ガス処理系統３について説明する。
　第２気室１２ａには、水素ガスを外部へと排出するための第２メイン通路３０が接続される。
　第２メイン通路３０には、第２気室１２ａから水素ガスを導出して搬送する第２ポンプ３１が設けられる。また、第２メイン通路３０には、第２ポンプ３１の吐出側と吸込側を接続する第２還流通路３２が接続される。第２還流通路３２には、第２ポンプ３１から吐出された水素ガスを第２ポンプ３１の吸込側へと戻すための第２圧力調整弁３３が設けられる。
　第２圧力調整弁３３は、コントローラ１０ｂから出力される信号によって開度が制御される。具体的には、コントローラ１０ｂは、第２圧力計１４の検出結果に基づいて、第２気室１２ａの圧力が予め定められた設定値となるように、第２圧力調整弁３３の開度を制御する。
　このように、第１気室１１ａ及び第２気室１２ａの圧力は、それぞれ第１圧力調整弁１９及び第２圧力調整弁３３によって予め定められた設定値となるように制御される。第１気室１１ａ及び第２気室１２ａの設定圧力は、第１気室１１ａの溶融塩の液面と第２気室１２ａの溶融塩の液面との液面差が生じないように、同等の圧力に制御するのが望ましい。
　第２メイン通路３０における第２ポンプ３１の下流には除害部３４が設けられ、第２ポンプ３１にて搬送された水素ガスは除害部３４にて無害化されて放出される。
　フッ素ガス生成装置１００は、電解槽１の溶融塩中にフッ素ガスの原料であるフッ化水素を供給する原料供給系統５も備える。原料供給系統５について説明する。
　電解槽１には、フッ化水素供給源４０から供給されるフッ化水素を電解槽１の溶融塩中に導く原料供給通路４１が接続される。原料供給通路４１には、フッ化水素の供給流量を制御するための流量制御弁４２が設けられる。
　電源９には、陽極７と陰極８の間に供給された電流を積算する電流積算計４３が取り付けられる。電流積算計４３にて積算された電流は、コントローラ１０ｅに出力される。コントローラ１０ｅは、電流積算計４３から入力された信号に基づいて、流量制御弁４２を開閉させて溶融塩中に導くフッ化水素の供給流量を制御する。具体的には、溶融塩中で電気分解されたフッ化水素を補給するように、フッ化水素の供給流量を制御する。さらに具体的には、溶融塩中のフッ化水素の濃度が所定の範囲内となるようにフッ化水素の供給流量を制御する。
　原料供給通路４１には、第２バッファタンク５０に接続されたキャリアガス供給通路４６が接続される。キャリアガス供給通路４６は、第２バッファタンク５０に貯留されたキャリアガスを原料供給通路４１内に導く通路である。キャリアガスは、フッ化水素を溶融塩中に導くためのガスであり、電解槽１の陽極７にて生成され第２バッファタンク５０に貯留されたフッ素ガスが用いられる。キャリアガス供給通路４６には、キャリアガスの供給と遮断を切り換える遮断弁４７が設けられる。
　フッ素ガス生成装置１００の運転時には、遮断弁４７は原則開状態であり、キャリアガスはキャリアガス供給通路４６を通じて原料供給通路４１中に供給される。ここで、キャリアガスが電解槽１の陰極室１２の溶融塩中に供給される場合には、キャリアガスのフッ素ガスと陰極８にて生成される水素ガスとが反応してしまう。したがって、原料供給通路４１は、キャリアガスのフッ素ガスと電解槽１にて生成される水素ガスとが混触しないように、陽極室１１の溶融塩中にフッ化水素を導くように電解槽１に接続される。陽極室１１の溶融塩中に導かれたキャリアガスとしてのフッ素ガスは、溶融塩中にはほとんど溶けず、第１気室１１ａから再び第１メイン通路１５へと導かれる。
　このように、電解槽１の溶融塩中にはフッ素ガスが供給されるため、そのフッ素ガスによって電解槽１の溶融塩液面レベルが押し上げられるおそれがある。そこで、電解槽１に液面レベルを検出する液面計を設けた上で、電解槽１の溶融塩液面レベルに変動可能幅を設定し、溶融塩液面レベルが変動可能幅内に収まるように、遮断弁４７を開閉制御するようにしてもよい。つまり、電解槽１の溶融塩液面レベルが変動可能幅の上限に達した場合には、遮断弁４７を閉弁するようにしてもよい。なお、遮断弁４７に代わり、キャリアガスの流量を制御可能な流量制御弁を設け、電解槽１の液面レベルに応じて流量制御弁の開度を制御するようにしてもよい。
　次に、以上のように構成されるフッ素ガス生成装置１００の動作について説明する。
　外部装置４にて使用されるフッ素ガスの流量は、第１バッファタンク２１と外部装置４との間に設けられる流量計２６によって検出される。その流量計２６の検出結果に基づいて、陽極７と陰極８の間に印加される電圧が制御され、陽極７におけるフッ素ガスの生成量が制御される。電気分解されることによって減少した溶融塩中のフッ化水素は、フッ化水素供給源４０から補給される。
　このように、溶融塩中のフッ化水素は、外部装置４にて使用されるフッ素ガス量に応じて補給されるように制御されるため、通常、溶融塩の液面レベルが大きく変化することはない。しかし、外部装置４におけるフッ素ガスの使用量が急激に変化した場合や、副生ガス処理系統３にて水素ガスの圧力が急激に変化した場合には、第１気室１１ａ及び第２気室１２ａの圧力が大きく変化し、陽極室１１及び陰極室１２の液面レベルが大きく変動してしまう。陽極室１１及び陰極室１２の液面レベルが大きく変動し、液面レベルが区画壁６よりも下方に下がった場合には、第１気室１１ａと第２気室１２ａとが連通してしまう。その場合には、フッ素ガスと水素ガスが混触し反応を起こす。
　そこで、陽極室１１及び陰極室１２の液面レベルの変動を抑制するため、第１気室１１ａ及び第２気室１２ａの圧力は、それぞれ第１圧力計１３及び第２圧力計１４の検出結果に基づいて、予め定められた設定値となるように制御される。このように、陽極室１１及び陰極室１２の液面レベルは、第１気室１１ａ及び第２気室１２ａの圧力を一定に保つことによって制御される。
　フッ化水素供給源４０から供給されるフッ化水素は、第２バッファタンク５０からキャリアガス供給通路４６を通じて原料供給通路４１中に供給されるフッ素ガスによって電解槽１の陽極室１１の溶融塩中に導かれる。このように、フッ化水素は、第２バッファタンク５０に貯留されたフッ素ガスによって電解槽１内に補給される。
　ここで、従来のように、キャリアガスとして窒素ガスを用いる場合において、窒素ガスに水分が含有している場合には、水分を電解槽１内に持ち込んでしまうことになる。これに対して、キャリアガスとして第２バッファタンク５０のフッ素ガスを用いる場合には、フッ素ガスは電解槽１にて脱水電解されたものであるため、水分を電解槽１内に持ち込んでしまうことがない。
　また、フッ化水素供給源４０から供給されるフッ化水素には、無水フッ化水素である場合でも、３０００~４００ｐｐｍ程度の水分が含まれている。キャリアガスとして第２バッファタンク５０のフッ素ガスを用いる場合には、フッ素ガスがフッ化水素中の水分と反応して、フッ化水素、酸素、及び二フッ化酸素（ＯＦ２）が生成される。このように、キャリアガスとしてフッ素ガスを用いる場合は、フッ化水素中の水分を脱水する効果もある。
　陽極室１１の溶融塩中に導かれたキャリアガスとしてのフッ素ガスは、陽極７にて生成されたフッ素ガスと共に第１気室１１ａから再び第１メイン通路１５へと導かれ、第１ポンプ１７にて第１バッファタンク２１へと導かれる。第１バッファタンク２１の内部圧力は、圧力調整弁２３によって所定圧力を超えないように制御されており、所定圧力を超えた場合には、第１バッファタンク２１内のフッ素ガスは、圧力調整弁２３を通じて第２バッファタンク５０へと排出される。このようして第２バッファタンク５０へと導かれたフッ素ガスがキャリアガスとして用いられる。フッ素ガスが第２バッファタンク５０からキャリアガス供給通路４６を通じて原料供給通路４１中に安定して供給されるように、第２バッファタンク５０の内部圧力は圧力調整弁５１によって設定値に制御される。この設定値は、原料供給通路４１中のフッ化水素の圧力、及びキャリアガス供給通路４６の配管抵抗等を考慮して決定される。
　以上のように、フッ素ガス生成装置１００において、キャリアガスは、電解槽１の陽極７にて生成されたフッ素ガスのうち従来は第１バッファタンク２１から外部へと放出されていたフッ素ガスが用いられる。つまり、フッ素ガス生成装置１００は、従来は第１バッファタンク２１から外部へと放出されていたフッ素ガスを第２バッファタンク５０にて貯留して、その貯留したフッ素ガスをキャリアガスとして用いるものである。そして、キャリアガスとして用いられたフッ素ガスは、電解槽１の第１気室１１ａから再び第１メイン通路１５に導かれ、フッ素ガス生成装置１００内を循環する。
　以上の第１の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
　フッ素ガス生成装置１００では、キャリアガスとして、電解槽１の陽極７にて生成されるフッ素ガスが用いられるため、従来のようにキャリアガスとして専用の供給源を設ける必要がなく設備を簡便に構成することができ、また、キャリアガスとして、従来は第１バッファタンク２１から外部へと放出されていたフッ素ガスが用いられるため、ランニングコストも低減できる。
　以下に、上記第１の実施の形態の他の形態について説明する。
　以上の第１の実施の形態は、キャリアガスとして第２バッファタンク５０に貯留されたフッ素ガスを用いるものである。しかし、キャリアガスとして、第１バッファタンク２１に貯留されたフッ素ガスを用いるようにしてもよい。その場合には、キャリアガス供給通路４６は、第１バッファタンク２１と原料供給通路４１とを接続するように構成される。ただ、このように構成した場合、第１バッファタンク２１の圧力が変動し易くなり、外部装置４へと供給されるフッ素ガスの圧力が変動するおそれがある。したがって、上記第１の実施の形態のように、第２バッファタンク５０に貯留されたフッ素ガスをキャリアガスとして用いる方が望ましい。
　（第２の実施の形態）
　図２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置２００について説明する。以下では、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施の形態と同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。
　フッ素ガス生成装置２００は、キャリアガスとして電解槽１の陰極８にて生成された水素ガスが用いられる点で上記第１の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置１００と相違する。
　副生ガス処理系統３について説明する。
　第２メイン通路３０における第２ポンプ３１の下流には、電解槽１の陰極８にて生成され第２ポンプ３１にて搬送された水素ガスが貯留されるバッファタンク６０が設けられる。第２メイン通路３０におけるバッファタンク６０の下流には、バッファタンク６０の内部圧力を制御する圧力調整弁６１が設けられる。また、バッファタンク６０には、内部圧力を検出する圧力計６２が設けられる。圧力計６２の検出結果はコントローラ１０ｇに出力される。コントローラ１０ｇは、バッファタンク６０の内部圧力が予め定められた設定値となるように圧力調整弁６１の開度を制御する。このように、圧力調整弁６１は、バッファタンク６０の内部圧力が設定値となるように制御する。
　第２メイン通路３０における圧力調整弁６１の下流には除害部３４が設けられる。バッファタンク６０から圧力調整弁６１を通じて排出された水素ガスは、除害部３４にて無害化されて放出される。
　バッファタンク６０には、下流端が原料供給通路４１に接続されたキャリアガス供給通路４６が接続される。バッファタンク６０に貯留された水素ガスは、キャリアガス供給通路４６を通じて原料供給通路４１内に導かれる。キャリアガス供給通路４６には、キャリアガスの供給と遮断を切り換える遮断弁４７が設けられる。
　フッ素ガス生成装置２００の運転時には、遮断弁４７は原則開状態であり、キャリアガスはキャリアガス供給通路４６を通じて原料供給通路４１中に供給される。ここで、キャリアガスが電解槽１の陽極室１１の溶融塩中に供給される場合には、キャリアガスの水素ガスと陽極７にて生成されるフッ素ガスとが反応してしまう。したがって、原料供給通路４１は、キャリアガスの水素ガスと電解槽１にて生成されるフッ素ガスとが混触しないように、陰極室１２の溶融塩中にフッ化水素を導くように電解槽１に接続される。陰極室１２の溶融塩中に導かれたキャリアガスとしての水素ガスは、溶融塩中にはほとんど溶けず、第２気室１２ａから再び第２メイン通路３０へと導かれる。
　このように、電解槽１の溶融塩中には水素ガスが供給されるため、その水素ガスによって電解槽１の溶融塩液面レベルが押し上げられるおそれがある。そこで、電解槽１に液面レベルを検出する液面計を設けた上で、電解槽１の溶融塩液面レベルに変動可能幅を設定し、溶融塩液面レベルが変動可能幅内に収まるように、遮断弁４７を開閉制御するようにしてもよい。つまり、電解槽１の溶融塩液面レベルが変動可能幅の上限に達した場合には、遮断弁４７を閉弁するようにしてもよい。なお、遮断弁４７に代わり、キャリアガスの流量を制御可能な流量制御弁を設け、電解槽１の液面レベルに応じて流量制御弁の開度を制御するようにしてもよい。
　フッ素ガス供給系統２については、フッ素ガス生成装置２００ではフッ素ガスはキャリアガスとして用いられないため、上記第１の実施の形態にて示した第２バッファタンク５０及び圧力調整弁５１は不要となる。第１バッファタンク２１から圧力調整弁２３を通じて排出されたフッ素ガスは、無害化されて放出される。
　次に、フッ素ガス生成装置２００の動作、特に、キャリアガスについて説明する。
　フッ化水素供給源４０から供給されるフッ化水素は、バッファタンク６０からキャリアガス供給通路４６を通じて原料供給通路４１中に供給される水素ガスによって電解槽１の陰極室１２の溶融塩中に導かれる。このように、フッ化水素は、バッファタンク６０に貯留された水素ガスによって電解槽１内に補給される。
　キャリアガスとして用いられる水素ガスは電解槽１にて脱水電解されたものであるため、上記第１の実施の形態と同様に、水分を電解槽１内に持ち込んでしまうことがない。
　陰極室１２の溶融塩中に導かれたキャリアガスとしての水素ガスは、陰極８にて生成された水素ガスと共に第２気室１２ａから再び第２メイン通路３０へと導かれ、第２ポンプ３１にてバッファタンク６０へと導かれる。このようしてバッファタンク６０へと導かれた水素ガスがキャリアガスとして用いられる。水素ガスがバッファタンク６０からキャリアガス供給通路４６を通じて原料供給通路４１中に安定して供給されるように、バッファタンク６０の内部圧力は圧力調整弁６１によって設定値に制御される。この設定値は、原料供給通路４１中のフッ化水素の圧力、及びキャリアガス供給通路４６の配管抵抗等を考慮して決定される。
　以上のように、フッ素ガス生成装置２００において、キャリアガスは、電解槽１の陰極８にて生成され従来は外部へと放出されていた水素ガスが用いられる。つまり、フッ素ガス生成装置２００は、フッ化水素を電気分解することによって生成される副生ガスをキャリアガスとして用いるものである。そして、キャリアガスとして用いられた水素ガスは、電解槽１の第２気室１２ａから再び第２メイン通路３０に導かれ、フッ素ガス生成装置２００内を循環する。
　以上の第２の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
　フッ素ガス生成装置２００では、キャリアガスとして、電解槽１の陰極８にて生成される水素ガスが用いられるため、従来のようにキャリアガスとして専用の供給源を設ける必要がなく設備を簡便に構成することができる。また、キャリアガスとして、従来は外部へと放出されていた副生ガスが用いられるため、ランニングコストも低減できる。
　以下に、上記第２の実施の形態の他の形態について説明する。
　以上の第２の実施の形態は、キャリアガスとしてバッファタンク６０に貯留された水素ガスを用いるものである。しかし、キャリアガスを、第２メイン通路３０から直接取り出すようにしてもよい。その場合には、キャリアガス供給通路４６は、第２メイン通路３０における第２ポンプの下流と原料供給通路４１とを接続し、キャリアガス供給通路４６にキャリアガスの供給圧力を制御する圧力調整弁を設けるように構成すればよい。
　本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
　例えば、上記実施の形態では、コントローラ１０ａ~１０ｇは、別々に設けるようにしたが、一つのコントローラにて全ての制御を行うようにしてもよい。
　以上の説明に関して２００９年４月１日を出願日とする日本国における特願２００９−８９４３８の内容をここに引用により組み込む。
　本発明は、フッ素ガスを生成する装置に適用することができる。

Claims (3)

  1. 　溶融塩中のフッ化水素を電気分解することによって、フッ素ガスを生成するフッ素ガス生成装置であって、
    　溶融塩が貯留され、溶融塩に浸漬された陽極にて生成されたフッ素ガスを主成分とする主生ガスが導かれる第１気室と、溶融塩に浸漬された陰極にて生成された水素ガスを主成分とする副生ガスが導かれる第２気室とが溶融塩液面上に分離して区画された電解槽と、
    　前記電解槽に接続され、溶融塩中にフッ化水素を導く原料供給通路と、
    　前記原料供給通路に接続され、フッ化水素を溶融塩中に導くためのキャリアガスを前記原料供給通路に導くキャリアガス供給通路と、を備え、
    　キャリアガスとして、前記電解槽の前記陽極にて生成されるフッ素ガス又は前記陰極にて生成される水素ガスが用いられるフッ素ガス生成装置。
  2. 　請求項１に記載のフッ素ガス生成装置において、
    　前記第１気室に接続され、前記電解槽の前記陽極にて生成されたフッ素ガスを外部装置へと供給するための第１メイン通路と、
    　前記第１メイン通路に設けられ、フッ素ガスを貯留するための第１バッファタンクと、
    　前記第１バッファタンクに接続された分岐通路と、
    　前記分岐通路に設けられ、前記第１バッファタンクの内部圧力を制御する圧力調整弁と、
    　前記圧力調整弁を通じて前記第１バッファタンクから排出されたフッ素ガスを貯留するための第２バッファタンクと、を備え、
    　キャリアガスとしてフッ素ガスを用いる場合には、前記第１バッファタンク又は前記第２バッファタンクに貯留されたフッ素ガスが用いられるフッ素ガス生成装置。
  3. 　請求項１に記載のフッ素ガス生成装置において、
    　前記第２気室に接続され、前記電解槽の前記陰極にて生成された水素ガスが導かれる第２メイン通路と、
    　前記第２メイン通路に設けられ、水素ガスを貯留するためのバッファタンクと、を備え、
    　キャリアガスとして水素ガスを用いる場合には、前記バッファタンクに貯留された水素ガスが用いられるフッ素ガス生成装置。
PCT/JP2010/054067 2009-04-01 2010-03-04 フッ素ガス生成装置 WO2010113613A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10758389A EP2415907A4 (en) 2009-04-01 2010-03-04 DEVICE FOR GENERATING FLUORINE GAS
KR1020117022087A KR101223083B1 (ko) 2009-04-01 2010-03-04 불소 가스 생성 장치
CN201080014703.XA CN102369314B (zh) 2009-04-01 2010-03-04 氟气生成装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009089438A JP5332829B2 (ja) 2009-04-01 2009-04-01 フッ素ガス生成装置
JP2009-089438 2009-04-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010113613A1 true WO2010113613A1 (ja) 2010-10-07

Family

ID=42827913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/054067 WO2010113613A1 (ja) 2009-04-01 2010-03-04 フッ素ガス生成装置

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2415907A4 (ja)
JP (1) JP5332829B2 (ja)
KR (1) KR101223083B1 (ja)
CN (1) CN102369314B (ja)
WO (1) WO2010113613A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004043885A (ja) 2002-07-11 2004-02-12 L'air Liquide Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procedes Georges Claude フッ素ガス生成装置
JP2009024222A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Toyo Tanso Kk フッ素系ガス及び水素ガス発生装置
JP2009089438A (ja) 1997-03-26 2009-04-23 Sony Corp 認証装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1932949A4 (en) * 2005-08-25 2011-08-03 Toyo Tanso Co FLUORINATED GAS GENERATOR

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009089438A (ja) 1997-03-26 2009-04-23 Sony Corp 認証装置
JP2004043885A (ja) 2002-07-11 2004-02-12 L'air Liquide Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procedes Georges Claude フッ素ガス生成装置
JP2009024222A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Toyo Tanso Kk フッ素系ガス及び水素ガス発生装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2415907A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN102369314B (zh) 2014-03-12
KR101223083B1 (ko) 2013-01-17
JP2010242126A (ja) 2010-10-28
EP2415907A1 (en) 2012-02-08
CN102369314A (zh) 2012-03-07
EP2415907A4 (en) 2012-08-22
JP5332829B2 (ja) 2013-11-06
KR20110132390A (ko) 2011-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5569116B2 (ja) フッ素ガス生成装置
US20120100491A1 (en) Semiconductor Production Equipment Including Fluorine Gas Generator
JP2004043885A (ja) フッ素ガス生成装置
WO2020085434A1 (ja) 水素及び酸素生成システム並びに水素及び酸素生成方法
US20130008781A1 (en) Fluorine gas generating apparatus
WO2010113613A1 (ja) フッ素ガス生成装置
JP5375673B2 (ja) フッ素ガス生成装置
JP2005097667A (ja) フッ素ガス生成装置
WO2011090014A1 (ja) フッ素ガス生成装置
WO2010113611A1 (ja) フッ素ガス生成装置
JP5906742B2 (ja) フッ素ガス生成装置
JP3432136B2 (ja) オゾン、水素発生方法及び発生装置
US20120241313A1 (en) Fluorine gas generating apparatus
WO2010113612A1 (ja) フッ素ガス生成装置
JP4228144B2 (ja) 固体高分子型水電解水素製造装置
JP5716288B2 (ja) フッ素ガス生成装置
JP5431223B2 (ja) 気体発生装置
WO2015162868A1 (ja) 反応装置
CN117987848A (zh) 电解合成系统
JP2010215968A (ja) 気体発生装置
JP2011127194A (ja) フッ素ガス生成装置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080014703.X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10758389

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010758389

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117022087

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE