WO2011083639A1 - フッ素ガス生成装置 - Google Patents

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WO2011083639A1
WO2011083639A1 PCT/JP2010/071338 JP2010071338W WO2011083639A1 WO 2011083639 A1 WO2011083639 A1 WO 2011083639A1 JP 2010071338 W JP2010071338 W JP 2010071338W WO 2011083639 A1 WO2011083639 A1 WO 2011083639A1
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fluorine gas
hydrogen fluoride
nitrogen
fluorine
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PCT/JP2010/071338
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亜紀応 菊池
章史 八尾
達夫 宮崎
敦之 徳永
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セントラル硝子株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fluorine gas generator.
  • JP2004-43885A is equipped with an electrolytic cell that electrolyzes hydrogen fluoride in an electrolytic bath made of a molten salt containing hydrogen fluoride, and generates a product gas containing fluorine gas as the main component in the first gas phase portion on the anode side.
  • a fluorine gas generation device that generates a by-product gas mainly containing hydrogen gas in a second gas phase portion on the cathode side is disclosed.
  • JP 2004-39740A discloses an apparatus that cools a fluorine gas component and a component other than the fluorine gas component and separates them using a difference in boiling points between the two.
  • liquid nitrogen used as a refrigerant is released into the atmosphere during the purification process and is not used effectively.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to effectively use a refrigerant used for purification of fluorine gas.
  • the present invention is a fluorine gas generation device that generates fluorine gas by electrolyzing hydrogen fluoride in a molten salt, the main component being fluorine gas generated at an anode immersed in the molten salt.
  • the first gas chamber into which the main gas is guided and the second gas chamber into which the by-product gas mainly composed of hydrogen gas generated at the cathode immersed in the molten salt is separated on the molten salt liquid surface.
  • the hydrogen fluoride gas vaporized from the molten salt of the electrolytic cell and mixed with the main gas generated from the anode is solidified using a refrigerant and collected to collect fluorine gas.
  • the refrigerant discharged and used for coagulation of hydrogen fluoride gas in the purifier is reused as a utility gas used in various parts of the fluorine gas generator .
  • the refrigerant discharged and used for the solidification of the hydrogen fluoride gas in the refining device is reused as the utility gas used in various parts of the fluorine gas generating device.
  • the refrigerant used can be used effectively.
  • FIG. 1 is a system diagram showing a fluorine gas generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a system diagram of the purification apparatus.
  • FIG. 3 is a graph showing changes in pressure and temperature in the inner tube of the refining device with time, a solid line indicates the pressure, and a one-dot chain line indicates the temperature.
  • FIG. 4 is a system diagram of the nitrogen recovery facility.
  • FIG. 1 a fluorine gas generation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described.
  • 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.
  • fluorine gas is used as a cleaning gas, for example, in 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. And a by-product gas processing system 3 for processing the generated by-product gas.
  • a molten salt containing hydrogen fluoride (HF) is stored.
  • a mixture (KF ⁇ 2HF) of hydrogen fluoride and potassium fluoride (KF) is used as the molten salt.
  • 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.
  • 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. Yes.
  • the electrolytic cell 1 is provided with a liquid level gauge 13 as a liquid level detector for detecting the liquid level of the stored molten salt.
  • the liquid level gauge 13 detects the back pressure when the nitrogen gas having a constant flow rate is purged into the molten salt through the insertion tube 13a inserted into the electrolytic cell 1, and the liquid level gauge 13 detects the liquid pressure from the back pressure and the liquid specific gravity of the molten salt. It is a back pressure type liquid level gauge that detects the surface level.
  • 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 purification device 16 that collects hydrogen fluoride gas mixed in the main raw gas and purifies the fluorine gas.
  • the refining device 16 is a device that separates and removes hydrogen fluoride gas from fluorine gas by utilizing the difference in boiling point between fluorine and hydrogen fluoride.
  • the purifier 16 includes two systems, a first purifier 16a and a second purifier 16b, provided in parallel, and is switched so that the fluorine gas passes through only one of the systems. That is, when one of the first refining device 16a and the second refining device 16b is in an operating state, the other is stopped or in a standby state.
  • the purification device 16 will be described in detail later.
  • 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 for detecting the flow rate of the fluorine gas supplied to the external device 4 is provided downstream of the first buffer tank 21.
  • the power source 9 controls the current value supplied between the anode 7 and the cathode 8 based on the detection result of the flow meter 26. Specifically, the amount of fluorine gas generated at the anode 7 is controlled so as to supplement the fluorine gas supplied to the external device 4.
  • the fluorine gas supplied to the external device 4 is controlled to be replenished, and the internal pressure of the first buffer tank 21 is maintained at a pressure higher than the atmospheric pressure.
  • the external device 4 side where fluorine gas is used is atmospheric pressure, if 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 pressure adjustment valve 23 controls the internal pressure of the first buffer tank 21 so as not to exceed a predetermined pressure based on the detection result of the pressure gauge 24. Specifically, when the internal pressure of the first buffer tank 21 exceeds 1.0 MPa, the valve is opened and the fluorine gas in the first buffer tank 21 is discharged.
  • 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 for controlling 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. Based on the detection result of the pressure gauge 52, the pressure adjustment valve 51 controls the internal pressure of the second buffer tank 50 to be a predetermined pressure.
  • the fluorine gas discharged from the second buffer tank 50 through the pressure regulating valve 51 is rendered harmless by the abatement part 53 and released.
  • a fluorine gas supply passage 54 for supplying fluorine gas to the purifier 16.
  • 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 abatement part 34 is provided downstream of the second pump 31 in the second main passage 30, and the hydrogen gas transported by the second pump 31 is rendered harmless by the abatement part 34 and released.
  • the fluorine gas generator 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. Below, the raw material supply system 5 is demonstrated.
  • the raw material supply system 5 includes a hydrogen fluoride supply source 40 in which hydrogen fluoride for replenishing the electrolytic cell 1 is stored.
  • the hydrogen fluoride supply source 40 and the electrolytic cell 1 are connected via a raw material supply passage 41.
  • Hydrogen fluoride stored in the hydrogen fluoride supply source 40 is supplied into the molten salt of the electrolytic cell 1 through the raw material supply passage 41.
  • the raw material supply passage 41 is provided with a flow rate control valve 42 for controlling the supply flow rate of hydrogen fluoride.
  • the flow rate control valve 42 controls the supply flow rate of hydrogen fluoride based on the detection result of the level gauge 13 so that the liquid level of the molten salt in the electrolytic cell 1 becomes a predetermined level. That is, the flow rate control valve 42 controls the supply flow rate of hydrogen fluoride so as to replenish hydrogen fluoride electrolyzed in the molten salt.
  • a carrier gas supply passage 46 that guides the carrier gas supplied from the carrier gas supply source 45 into the raw material supply passage 41 is connected to the raw material supply passage 41.
  • the carrier gas supply passage 46 is provided with a cutoff valve 47 for switching between supply and cutoff of the carrier gas.
  • the carrier gas is an accompanying gas for introducing hydrogen fluoride stored in the hydrogen fluoride supply source 40 into the molten salt of the electrolytic cell 1, and nitrogen gas which is an inert gas is used.
  • the shut-off valve 47 is basically open, and nitrogen gas is supplied into the molten salt in the cathode chamber 12 of the electrolytic cell 1. The nitrogen gas is hardly dissolved in the molten salt and is discharged from the second air chamber 12a through the byproduct gas processing system 3.
  • purifier 16b are the same structures, below, it demonstrates centering around the 1st refiner
  • the same reference numerals are assigned and description thereof is omitted.
  • the configuration of the first refining device 16a is distinguished by attaching “a” to the symbol, and the configuration of the second refining device 16b is appended with “b”.
  • the first refining device 16a has an inner tube 61a as a gas inflow portion into which fluorine gas containing hydrogen fluoride gas flows, and hydrogen fluoride gas mixed in the fluorine gas solidifies, while fluorine gas passes through the inner tube 61a.
  • a cooling device 70a that cools the inner tube 61a at a temperature not lower than the boiling point of fluorine and not higher than the melting point of hydrogen fluoride is provided.
  • the inner tube 61a is a bottomed cylindrical member, and the upper opening is sealed with a lid member 62a.
  • the lid member 62a of the inner tube 61a is connected to an inlet passage 63a that guides the fluorine gas generated by the anode 7 into the inner tube 61a.
  • the inlet passage 63a is one of the two branches of the first main passage 15, and the other inlet passage 63b is connected to the inner tube 61b of the second purification device 16b.
  • the inlet passage 63a is provided with an inlet valve 64a that allows or blocks the flow of fluorine gas into the inner tube 61a.
  • the inner surface of the lid member 62a of the inner tube 61a is connected to a conduit 67a provided in the inner tube 61a.
  • the conduit 67a is formed in such a length that the lower end opening is located near the bottom of the inner tube 61a.
  • the upper end portion of the conduit 67a is connected to the lid member 62a and is connected to an outlet passage 65a for discharging the fluorine gas from the inner tube 61a. Therefore, the fluorine gas in the inner tube 61a flows out through the conduit 67a and the outlet passage 65a.
  • the outlet passage 65a is provided with an outlet valve 66a that allows or blocks the outflow of fluorine gas from the inner tube 61a.
  • the outlet passage 65a merges with the outlet passage 65b of the second refining device 16b and is connected to the first pump 17.
  • the fluorine gas generated at the anode 7 flows into the inner tube 61a through the inlet passage 63a, and flows out of the inner tube 61a through the conduit 67a and the outlet passage 65a.
  • the inlet valve 64a and the outlet valve 66a are in an open state, and when the first purification device 16a is in a stopped or standby state, the inlet valve 64a and the outlet valve 66a. Is closed.
  • the inner tube 61a is provided with a thermometer 68a that detects the internal temperature through the lid member 62a.
  • the inlet passage 63a is provided with a pressure gauge 69a that detects the internal pressure of the inner tube 61a.
  • the cooling device 70a can partially accommodate the inner tube 61a and can store liquid nitrogen as a refrigerant therein, and a liquid nitrogen supply / discharge system 72a that supplies and discharges liquid nitrogen to and from the jacket tube 71a.
  • a liquid nitrogen supply / discharge system 72a that supplies and discharges liquid nitrogen to and from the jacket tube 71a.
  • the jacket tube 71a is a bottomed cylindrical member, and the upper opening is sealed with a lid member 73a.
  • the inner tube 61a is accommodated coaxially in the jacket tube 71a with the upper side protruding from the lid member 73a. Specifically, about 80 to 90% of the inner tube 61a is accommodated in the jacket tube 71a.
  • a liquid nitrogen supply passage 77a for guiding liquid nitrogen supplied from the liquid nitrogen supply source 76 into the jacket tube 71a is connected to the lid member 73a of the jacket tube 71a.
  • the inner surface of the cover member 73a of the jacket tube 71a is connected to a conduit 82a provided in a manner hanging down in the jacket tube 71a, and the upper end of the conduit 82a is connected to the liquid nitrogen supply passage 77a. Accordingly, the liquid nitrogen supplied from the liquid nitrogen supply source 76 is guided into the jacket tube 71a through the liquid nitrogen supply passage 77a and the conduit 82a.
  • the conduit 82a is formed in such a length that the lower end opening is located near the bottom of the jacket tube 71a.
  • the liquid nitrogen supply passage 77a is provided with a flow rate control valve 78a for controlling the supply flow rate of liquid nitrogen.
  • a pressure gauge 80a for detecting the internal pressure of the jacket tube 71a is provided downstream of the flow rate control valve 78a in the liquid nitrogen supply passage 77a.
  • the inside of the jacket tube 71a consists of two layers of liquid nitrogen and vaporized nitrogen gas, and the liquid level of the liquid nitrogen is detected by a liquid level gauge 74a provided through the lid member 73a.
  • a nitrogen gas discharge passage 79a for discharging the nitrogen gas in the jacket tube 71a is connected to the lid member 73a of the jacket tube 71a.
  • the nitrogen gas discharge passage 79a is provided with a pressure adjustment valve 81a for controlling the internal pressure of the jacket tube 71a.
  • the pressure regulating valve 81a controls the internal pressure of the jacket tube 71a to be a predetermined pressure based on the detection result of the pressure gauge 80a.
  • the predetermined pressure is determined so that the temperature of the liquid nitrogen in the jacket tube 71a is not lower than the boiling point of fluorine ( ⁇ 188 ° C.) and not higher than the melting point of hydrogen fluoride ( ⁇ 84 ° C.).
  • the pressure is set to 0.4 MPa so that the temperature of the liquid nitrogen in the jacket tube 71a is about ⁇ 180 ° C.
  • the pressure regulating valve 81a controls the internal pressure of the jacket tube 71a to 0.4 MPa so that the temperature of liquid nitrogen in the jacket tube 71a is maintained at about ⁇ 180 ° C.
  • the nitrogen gas discharged through the pressure regulating valve 81a is guided to a nitrogen buffer tank 210 (see FIG. 4) described later.
  • the flow rate control valve 78a is supplied from the liquid nitrogen supply source 76 to the jacket tube 71a so that the liquid level of the liquid nitrogen in the jacket tube 71a is kept constant based on the detection result of the liquid level gauge 74a. Control the supply flow rate of liquid nitrogen.
  • a heat insulating material or a heat insulating layer for heat insulation may be provided outside the jacket tube 71a.
  • the inner tube 61a Since the inner tube 61a is cooled by the jacket tube 71a to a temperature not lower than the boiling point of fluorine and not higher than the melting point of hydrogen fluoride, only hydrogen fluoride mixed in the fluorine gas is solidified in the inner tube 61a. It passes through the inner tube 61a. Since fluorine gas is continuously guided from the electrolytic cell 1 into the inner tube 61a, the solidified hydrogen fluoride is accumulated in the inner tube 61a as time passes. When the accumulated amount of solidified hydrogen fluoride reaches a predetermined amount, the operation of the first purification device 16a is stopped, the second purification device 16b in the standby state is activated, and the operation of the purification device 16 is switched. . The operation switching will be described in detail later.
  • Whether or not the accumulated amount of solidified hydrogen fluoride has reached a predetermined amount is determined by the detection result of the differential pressure gauge 86a provided across the inlet passage 63a and the outlet passage 65a of the inner tube 61a, that is, the inner tube 61a. It is determined based on the differential pressure between the inlet and outlet. When the differential pressure between the inlet and outlet of the inner tube 61a reaches a predetermined value, it is determined that the accumulated amount of solidified hydrogen fluoride in the inner tube 61a has reached a predetermined amount, and the first refining device 16a Stop.
  • the differential pressure gauge 86a corresponds to an accumulation state detection unit that detects an accumulation state of hydrogen fluoride in the inner tube 61a. Instead of the differential pressure gauge, the accumulation state of hydrogen fluoride in the inner tube 61a may be detected by the pressure gauge 69a.
  • the first refining device 16a is stopped by closing the inlet valve 64a and the outlet valve 66a of the inner tube 61a. After the first purification device 16a is stopped, it is necessary to discharge the solidified hydrogen fluoride accumulated in the inner tube 61a and put the first purification device 16a in a standby state. That is, it is necessary to perform the regeneration process of the first purification device 16a.
  • a liquid nitrogen discharge passage 90a for discharging liquid nitrogen in the jacket tube 71a is connected to the bottom of the jacket tube 71a.
  • the liquid nitrogen discharge passage 90a is provided with a discharge valve 91a capable of discharging the liquid nitrogen in the jacket tube 71a by opening the valve.
  • the liquid nitrogen discharged through the discharge valve 91a is guided to the nitrogen buffer tank 210 (see FIG. 4).
  • a nitrogen gas supply passage 93a that guides nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply source 92 into the jacket tube 71a is connected downstream of the flow rate control valve 78a in the liquid nitrogen supply passage 77a.
  • the nitrogen gas supply passage 93a is provided with a shutoff valve 94a for switching between supply and shutoff of nitrogen gas to the jacket tube 71a.
  • the supply of nitrogen gas from the nitrogen gas supply source 92 to the jacket tube 71a is performed in a state where the discharge valve 91a is fully opened and the flow rate control valve 78a is fully closed.
  • Nitrogen gas is a normal temperature gas
  • the jacket tube 71a is supplied with normal temperature nitrogen gas while discharging liquid nitrogen. As a result, the temperature of the inner tube 61a rises and the solidified hydrogen fluoride is dissolved.
  • a discharge passage 95a for discharging the dissolved hydrogen fluoride to the outside is connected downstream of the inlet valve 64a in the inlet passage 63a.
  • the discharge passage 95a is provided with a discharge pump 96 for sucking and transporting the dissolved hydrogen fluoride in the jacket tube 71a.
  • a discharge valve 97a that opens when the hydrogen fluoride is discharged is provided upstream of the discharge pump 96.
  • an abatement part 98 is provided downstream of the discharge pump 96 in the discharge passage 95a, and the hydrogen fluoride transported by the discharge pump 96 is rendered harmless by the abatement part 98 and released.
  • a nitrogen gas supply passage 99a that guides nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply source 92 into the inner tube 61a is connected upstream of the outlet valve 66a in the outlet passage 65a.
  • the nitrogen gas supply passage 99a is provided with a shutoff valve 87a for switching between supply and shutoff of nitrogen gas to the inner tube 61a.
  • the supply of nitrogen gas from the nitrogen gas supply source 92 to the inner tube 61a is performed with the discharge valve 97a fully opened and the discharge pump 96 activated.
  • the dissolved hydrogen fluoride is sucked in by the discharge pump 96 while supplying nitrogen gas at room temperature inside. Thereby, the hydrogen fluoride in the inner tube 61a is discharged.
  • the exhaust pump 96 exhausts the inner tube 61a until the internal pressure of the inner tube 61a detected by the pressure gauge 69a is equal to or lower than the atmospheric pressure.
  • the hydrogen fluoride in the inner tube 61a discharged by the discharge pump 96 may be returned to the hydrogen fluoride supply source 40 or the electrolytic cell 1 for most use.
  • the inner tube 61a After discharging the hydrogen fluoride in the inner tube 61a, the inner tube 61a is filled with fluorine gas. This is because when the second purifier 16b is in operation and the accumulated amount of solidified hydrogen fluoride in the inner tube 61b reaches a predetermined amount, the first purifier 16a is quickly switched to. This is to make it possible.
  • the filling of the fluorine gas into the inner tube 61a is performed through a fluorine gas supply passage 54 connected to the second buffer tank 50 and having a downstream end connected downstream of the inlet valve 64a in the inlet passage 63a.
  • the fluorine gas supply passage 54 is provided with a shut-off valve 88a that opens when the inner tube 61a is filled with fluorine gas.
  • the internal pressure of the second buffer tank 50 is controlled to a pressure higher than the atmospheric pressure by the pressure adjustment valve 51, the internal pressure is stored in the second buffer tank 50 by the differential pressure between the second buffer tank 50 and the inner tube 61a.
  • the fluorine gas thus supplied is supplied to the inner tube 61a.
  • the fluorine gas stored in the second buffer tank 50 is used for filling the inner tube 61a with the fluorine gas.
  • the controller controls the operation of each valve and each pump based on the detection results of the thermometer 68a, the pressure gauge 69a, the liquid level gauge 74a, the pressure gauge 80a, and the differential pressure gauge 86a.
  • the first purification device 16a is in an operating state and the second purification device 16b is in a standby state.
  • the inlet valve 64a and the outlet valve 66a of the inner tube 61a are an open state, and the fluorine gas is continuously guide
  • the second refining device 16b the inlet valve 64b and the outlet valve 66b of the inner tube 61b are closed, and the inner tube 61b is filled with fluorine gas.
  • generated in the electrolytic cell 1 is supplied only to the 1st refinement
  • Liquid nitrogen introduced through the liquid nitrogen supply passage 77a is stored in the jacket tube 71a of the first refining device 16a, and the inner tube 61a is cooled by the liquid nitrogen.
  • the internal pressure of the jacket tube 71a is controlled to 0.4 MPa by the pressure adjustment valve 81a.
  • the temperature of the liquid nitrogen in the jacket tube 71a is maintained at about ⁇ 180 ° C., which is not lower than the boiling point of fluorine and not higher than the melting point of hydrogen fluoride, so that only hydrogen fluoride solidifies in the inner tube 61a.
  • the fluorine gas passes through the inner tube 61 a and is conveyed to the first buffer tank 21 by the first pump 17.
  • the fluorine gas generated in the electrolytic cell 1 flows into the inner tube 61a through the inlet passage 63a, and flows out through the conduit 67a and the outlet passage 65a. Since the lower end opening of the conduit 67a is located near the bottom of the inner tube 61a, the fluorine gas flows in from the upper part of the inner tube 61a and flows out from the lower part of the inner tube 61a. Therefore, since the fluorine gas is sufficiently cooled while passing through the inner tube 61a, the hydrogen fluoride in the fluorine gas can be solidified reliably and the hydrogen fluoride can be completely removed.
  • the first refining device 16a Is stopped, the second refining device 16b in the standby state is activated, and the operation of the refining device 16 is switched.
  • regeneration process is performed after an operation stop.
  • FIG. 3 is a graph showing the temporal change in pressure and temperature in the inner tube 61a of the first refining device 16a, where the solid line indicates the pressure and the alternate long and short dash line indicates the temperature.
  • the pressure shown in FIG. 3 is detected by the pressure gauge 69a, and the temperature is detected by the thermometer 68a.
  • the first purification device 16a makes a second purification. Operation switching to the device 16b is performed (time t1). Specifically, after the inlet valve 64b and the outlet valve 66b of the inner tube 61b of the second purification device 16b are opened, the inlet valve 64a and the outlet valve 66a of the inner tube 61a of the first purification device 16a are closed. The Thereby, while the 2nd refiner
  • liquid nitrogen is discharged from the jacket tube 71a.
  • the discharge valve 91a is opened and the liquid nitrogen is discharged into the liquid nitrogen discharge passage. It is discharged into the nitrogen buffer tank 210 (see FIG. 4) through 90a.
  • the pressure regulating valve 81a is opened to allow the nitrogen gas in the nitrogen buffer tank 210 to flow into the jacket tube 71a through the nitrogen gas discharge passage 79a. The discharge of liquid nitrogen from the jacket tube 71a may be facilitated.
  • shut-off valve 94a of the nitrogen gas supply passage 93a is opened, and normal temperature nitrogen gas is supplied to the jacket tube 71a. Thereby, as shown in FIG. 3, the temperature in the inner tube 61a rises to about room temperature, and the hydrogen fluoride in the inner tube 61a is dissolved.
  • the discharge valve 97a of the discharge passage 95a is opened and the discharge pump 96 is started.
  • the dissolved hydrogen fluoride in the inner tube 61 b is sucked by the discharge pump 96 and conveyed to the abatement part 98.
  • the shutoff valve 87a of the nitrogen gas supply passage 99a is opened to supply room temperature nitrogen gas into the inner tube 61a.
  • the dissolved hydrogen fluoride is discharged while supplying nitrogen gas at room temperature.
  • liquid nitrogen is supplied into the jacket tube 71a and fluorine gas is supplied into the inner tube 61b in order to place the first purification device 16a in a standby state. Is done. Specifically, with the discharge valve 91a and the shutoff valve 94a of the nitrogen gas supply passage 93a fully closed, the flow rate control valve 78a of the liquid nitrogen supply passage 77a is opened again to supply liquid nitrogen into the jacket tube 71a. (Time t3). Thereby, the internal temperature of the inner tube 61a falls.
  • the internal pressure of the jacket tube 71a is controlled to 0.4 MPa by the pressure adjusting valve 81a, the internal temperature of the inner tube 61a is maintained at a level of about ⁇ 180 ° C.
  • the shutoff valve 88a of the fluorine gas supply passage 54 is opened, and the fluorine gas in the second buffer tank 50 is supplied into the inner tube 61a (time t4).
  • the supply of fluorine gas into the inner tube 61a increases the internal pressure of the inner tube 61a.
  • the shutoff valve 88a is closed and supply of fluorine gas is stopped. In this manner, the fluorine gas is filled into the inner tube 61a.
  • the regeneration process of the first purification device 16a is completed, and the first purification device enters a standby state (time t5).
  • the second buffer tank 50 is a tank that stores the fluorine gas discharged as the internal pressure of the first buffer tank 21 is controlled. That is, in the regeneration step, fluorine gas that has been conventionally released from the first buffer tank 21 to the outside is stored in the second buffer tank 50, and the stored fluorine gas is used.
  • a gas that has been conventionally released to the outside is used as the fluorine gas supplied into the inner tube 61a in the regeneration process.
  • the stopped first refining device 16a is in a standby state in which the inner tube 61a is cooled to ⁇ 180 ° C. and the inner tube 61a is filled with fluorine gas. Therefore, when the differential pressure between the inlet and the outlet of the inner tube 61b in the operating second purifier 16b reaches a predetermined value, the operation of the second purifier 16b is stopped and the first purifier 16a is quickly activated. And the operation of the refining device 16 can be switched.
  • the nitrogen recovery facility 200 recovers nitrogen gas and liquid nitrogen discharged and used for the solidification of hydrogen fluoride gas by the cooling devices 70 a and 70 b of the purification device 16, and uses the nitrogen gas for the fluorine gas generation device 100. It is supplied as utility gas used in various places.
  • the nitrogen recovery facility 200 includes a nitrogen buffer tank 210 that recovers and temporarily stores the exhausted nitrogen gas and liquid nitrogen used for the solidification of the hydrogen fluoride gas by the cooling devices 70a and 70b of the purification device 16. Prepare.
  • the nitrogen buffer tank 210 is connected to the downstream ends of the nitrogen gas discharge passages 79a and 79b and the downstream ends of the liquid nitrogen discharge passages 90a and 90b. Therefore, in the nitrogen buffer tank 210, the nitrogen gas discharged from the jacket tubes 71a and 71b is recovered through the nitrogen gas discharge passages 79a and 79b, and the liquid nitrogen discharged from the jacket tubes 71a and 71b is recovered as the liquid nitrogen discharge passage. It collects through 90a, 90b.
  • the nitrogen buffer tank 210 Since the nitrogen buffer tank 210 is disposed below the jacket tubes 71a and 71b, the liquid nitrogen in the jacket tubes 71a and 71b is opened by opening the discharge valves 91a and 91b of the liquid nitrogen discharge passages 90a and 90b. Is discharged to the nitrogen buffer tank 210 by gravity.
  • the nitrogen buffer tank 210 may be disposed at the same level as the jacket tubes 71a and 71b or above the jacket tubes 71a and 71b. In that case, in order to discharge the liquid nitrogen in the jacket tubes 71a and 71b to the nitrogen buffer tank 210, it is necessary to provide a pump in the liquid nitrogen discharge passages 90a and 90b. Further, instead of providing a pump, the liquid nitrogen in the jacket tubes 71a and 71b may be discharged to the nitrogen buffer tank 210 by pressurizing the gas phase portions in the jacket tubes 71a and 71b.
  • the downstream end of the branched liquid nitrogen supply passage 201 branched from the liquid nitrogen supply passage 77a (see FIG. 2) connected to the liquid nitrogen supply source 76 is also connected to the nitrogen buffer tank 210.
  • the liquid nitrogen supply flow rate from the liquid nitrogen supply source 76 to the nitrogen buffer tank 210 is controlled to set the liquid level of liquid nitrogen stored in the nitrogen buffer tank 210 to a predetermined value.
  • a flow control valve 202 is provided to control the level.
  • the inside of the nitrogen buffer tank 210 consists of two layers of liquid nitrogen and nitrogen gas, and the liquid level of liquid nitrogen is detected by a liquid level gauge 203 as a liquid level detector.
  • the flow rate control valve 202 controls the supply flow rate of liquid nitrogen so that the liquid level of liquid nitrogen in the nitrogen buffer tank 210 becomes a predetermined level based on the detection result of the liquid level gauge 203.
  • the nitrogen gas discharge passages 79a and 79b are arranged so that the downstream ends are inserted into the liquid of the nitrogen buffer tank 210, the nitrogen gas recovered through the nitrogen gas discharge passages 79a and 79b is in the liquid. Since it is introduced, the liquid nitrogen liquid level in the nitrogen buffer tank 210 is shaken. Therefore, it becomes difficult to accurately detect the liquid level of liquid nitrogen in the nitrogen buffer tank 210 by the liquid level gauge 203. Therefore, the nitrogen gas discharge passages 79a and 79b are preferably arranged so that the nitrogen gas is introduced into the gas phase portion of the nitrogen buffer tank 210 as shown in FIG.
  • the nitrogen buffer tank 210 is connected to a discharge passage 204 for releasing the internal nitrogen gas to the atmosphere.
  • the discharge passage 204 is provided with a pressure gauge 205 that detects the internal pressure of the nitrogen buffer tank 210 and a pressure control valve 206 that controls the internal pressure of the nitrogen buffer tank 210.
  • the pressure control valve 206 controls the internal pressure of the nitrogen buffer tank 210 to be a predetermined pressure based on the detection result of the pressure gauge 205.
  • the internal pressure of the nitrogen buffer tank 210 is controlled to be 0.4 MPa, and when the internal pressure is 0.4 MPa or more, the valve is opened and the internal nitrogen gas is released to the atmosphere through the discharge passage 204. To do.
  • the nitrogen buffer tank 210 collects and discharges nitrogen gas and liquid nitrogen discharged and used for the solidification of the hydrogen fluoride gas in the cooling devices 70a and 70b of the purification device 16. Gas and liquid nitrogen are stored in a state where the liquid level and internal pressure of the nitrogen buffer tank 210 are controlled.
  • the nitrogen buffer tank 210 is connected to a utility gas supply passage 207 for supplying internal nitrogen gas as utility gas used in various places of the fluorine gas generation device 100.
  • the utility gas supply passage 207 is formed to be branched into a plurality of parts on the way, and nitrogen gas is used in various places of the fluorine gas generator 100. The following is mentioned as a utilization place of nitrogen gas.
  • the gas is supplied to the second air chamber 12a and reused as a dilution gas for preventing explosion that reduces the concentration of hydrogen gas (see FIG. 1).
  • the supply destination of the dilution gas is not limited to the second air chamber 12a, and may be supplied to any by-product gas processing system 3.
  • the nitrogen gas and liquid nitrogen temporarily stored in the nitrogen buffer tank 210 are reused as utility gas at various places in the fluorine gas generation apparatus 100.
  • the exhausted nitrogen gas and liquid nitrogen used for the solidification of hydrogen fluoride gas in the purifier 16 are reused as utility gases used in various places of the fluorine gas generator 100 without being discharged to the outside. Is done. Therefore, liquid nitrogen used for purification of fluorine gas can be effectively used.
  • the nitrogen gas and liquid nitrogen discharged from the cooling devices 70a and 70b of the purification device 16 are recovered by the nitrogen buffer tank 210, and then the nitrogen gas is removed at various points of the fluorine gas generation device 100. It is for reuse.
  • the nitrogen gas and liquid nitrogen discharged from the cooling devices 70 a and 70 b may be directly reused at various points in the fluorine gas generation device 100. In that case, it is necessary to provide a heater on the downstream side of the liquid nitrogen discharge passages 90a and 90b and heat it to gasify the liquid nitrogen.
  • the method of recovering the nitrogen gas and liquid nitrogen discharged from the cooling devices 70a and 70b in the nitrogen buffer tank 210 can stably supply the nitrogen gas to various places, so that it is more than the method of directly reusing it. desirable.
  • liquid nitrogen is used as the refrigerant used in the purifier 16.
  • the refrigerant is not limited to liquid nitrogen, and liquid argon or the like may be used.
  • the gas stored in the second buffer tank 50 is used as the fluorine gas used in the regeneration process.
  • the fluorine gas stored in the first buffer tank 21 may be used as the fluorine gas used in the regeneration step.
  • the fluorine gas supply passage 54 is connected to the first buffer tank 21.
  • the pressure of the first buffer tank 21 is likely to fluctuate, and the pressure of the fluorine gas supplied to the external device 4 may fluctuate. Therefore, it is preferable to use the fluorine gas stored in the second buffer tank 50 as the fluorine gas used in the regeneration process as in the above embodiment.

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Abstract

　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、電解槽の溶融塩から気化して陽極から生成された主生ガスに混入したフッ化水素ガスを冷媒を使用して凝固させて捕集してフッ素ガスを精製する精製装置とを備え、精製装置にてフッ化水素ガスの凝固のために使用され排出された冷媒は、フッ素ガス生成装置の各所で使用されるユーティリティガスとして再利用される。

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、フッ化水素を含む溶融塩からなる電解浴中でフッ化水素を電解する電解槽を備え、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フッ素ガス生成装置が開示されている。
　この種のフッ素ガス生成装置では、電解槽の陽極から発生するフッ素ガスに溶融塩から気化したフッ化水素ガスが混入する。そのため、陽極から発生するガスからフッ化水素を分離してフッ素ガスを精製する必要がある。
　ＪＰ２００４－３９７４０Ａには、フッ素ガス成分とフッ素ガス成分以外の成分とを冷却し、双方の沸点の違いを利用して分離する装置が開示されている。
　ＪＰ２００４－３９７４０Ａに記載のようなフッ素ガスを精製する装置においては、冷媒として使用される液体窒素等は、精製の過程で大気中に放出され有効に利用されていない。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、フッ素ガスの精製に使用される冷媒を有効利用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、前記電解槽の溶融塩から気化して前記陽極から生成された主生ガスに混入したフッ化水素ガスを冷媒を使用して凝固させて捕集してフッ素ガスを精製する精製装置と、を備え、前記精製装置にてフッ化水素ガスの凝固のために使用され排出された前記冷媒は、フッ素ガス生成装置の各所で使用されるユーティリティガスとして再利用される。
　本発明によれば、精製装置にてフッ化水素ガスの凝固のために使用され排出された冷媒はフッ素ガス生成装置の各所で使用されるユーティリティガスとして再利用されるため、フッ素ガスの精製に使用される冷媒を有効利用することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置を示す系統図である。 図２は、精製装置の系統図である。 図３は、精製装置のインナーチューブ内の圧力と温度の時間変化を示すグラフ図であり、実線が圧力を示し、一点鎖線が温度を示す。 図４は、窒素回収設備の系統図である。
　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。
　図１を参照して、本発明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り、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、貯留された溶融塩の液面レベルを検出する液面レベル検出器としての液面計１３が設けられる。液面計１３は、電解槽１内に挿入された挿入管１３ａを通じて一定流量の窒素ガスを溶融塩中にパージした際の背圧を検知し、その背圧と溶融塩の液比重とから液面レベルを検出する背圧式液面計である。
　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装置である。精製装置１６は、並列に設けられた第１精製装置１６ａと第２精製装置１６ｂの２つの系統からなり、いずれか一方の系統のみをフッ素ガスが通過するように切り換えられる。つまり、第１精製装置１６ａ及び第２精製装置１６ｂのうち一方が運転状態である場合には、他方は停止又は待機状態となる。精製装置１６については、後に詳述する。
　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。電源９は、流量計２６の検出結果に基づいて、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、外部装置４へと供給されたフッ素ガスを補充するように、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、外部装置４へと供給されたフッ素ガスは補充されるように制御され、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。圧力調整弁２３は、圧力計２４の検出結果に基づいて、第１バッファタンク２１の内部圧力が予め定められた所定圧力を超えないように制御する。具体的には、第１バッファタンク２１の内部圧力が１．０ＭＰａを超えた場合には開弁し、第１バッファタンク２１内のフッ素ガスを排出する。
　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。圧力調整弁５１は、圧力計５２の検出結果に基づいて、第２バッファタンク５０の内部圧力が予め定められた所定圧力となるように制御する。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、除害部５３にて無害化されて放出される。第２バッファタンク５０には、フッ素ガスを精製装置１６へと供給するフッ素ガス供給通路５４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。
　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。以下では、原料供給系統５について説明する。
　原料供給系統５は、電解槽１に補充するためのフッ化水素が貯留されたフッ化水素供給源４０を備える。フッ化水素供給源４０と電解槽１は、原料供給通路４１を介して接続される。フッ化水素供給源４０に貯留されたフッ化水素は、原料供給通路４１を通じて電解槽１の溶融塩中に供給される。
　原料供給通路４１には、フッ化水素の供給流量を制御する流量制御弁４２が設けられる。流量制御弁４２は、液面計１３の検出結果に基づいて、電解槽１の溶融塩の液面レベルが予め定められた所定レベルとなるように、フッ化水素の供給流量を制御する。つまり、流量制御弁４２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。
　また、原料供給通路４１には、キャリアガス供給源４５から供給されるキャリアガスを原料供給通路４１内に導く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。キャリアガスは、フッ化水素供給源４０に貯留されたフッ化水素を電解槽１の溶融塩中に導くための同伴ガスであり、不活性ガスである窒素ガスが用いられる。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、窒素ガスは電解槽１の陰極室１２の溶融塩中に供給される。窒素ガスは、溶融塩中にはほとんど溶けず、第２気室１２ａから副生ガス処理系統３を通じて排出される。
　次に、図２を参照して、精製装置１６について説明する。
　第１精製装置１６ａと第２精製装置１６ｂは同じ構成であるため、以下では、第１精製装置１６ａを中心に説明し、第２精製装置１６ｂについては第１精製装置１６ａと同一の構成には図中に同じ数字の符号を付して説明を省略する。第１精製装置１６ａの構成には符号に「ａ」を付し、第２精製装置１６ｂの構成には符号に「ｂ」を付して区別する。
　第１精製装置１６ａは、フッ化水素ガスを含むフッ素ガスが流入するガス流入部としてのインナーチューブ６１ａと、フッ素ガスに混入したフッ化水素ガスが凝固する一方、フッ素ガスはインナーチューブ６１ａを通過するように、フッ素の沸点以上かつフッ化水素の融点以下の温度でインナーチューブ６１ａを冷却する冷却装置７０ａとを備える。
　インナーチューブ６１ａは、有底筒状部材であり、上部開口は蓋部材６２ａにて封止される。インナーチューブ６１ａの蓋部材６２ａには、インナーチューブ６１ａ内に陽極７にて生成されたフッ素ガスを導く入口通路６３ａが接続される。入口通路６３ａは、第１メイン通路１５が２つに枝分かれしたうちの一方であり、他方の入口通路６３ｂは、第２精製装置１６ｂのインナーチューブ６１ｂに接続される。入口通路６３ａには、インナーチューブ６１ａへのフッ素ガスの流入を許容又は遮断する入口弁６４ａが設けられる。
　インナーチューブ６１ａの蓋部材６２ａの内面には、インナーチューブ６１ａ内に下垂して設けられた導管６７ａが連結される。導管６７ａは、下端開口部がインナーチューブ６１ａの底部近傍に位置する長さに形成される。導管６７ａの上端部は、蓋部材６２ａに接続されインナーチューブ６１ａからフッ素ガスを排出するための出口通路６５ａに接続される。したがって、インナーチューブ６１ａ内のフッ素ガスは、導管６７ａ及び出口通路６５ａを通じて外部へと流出する。出口通路６５ａには、インナーチューブ６１ａからのフッ素ガスの流出を許容又は遮断する出口弁６６ａが設けられる。出口通路６５ａは、第２精製装置１６ｂの出口通路６５ｂと合流して第１ポンプ１７につながっている。
　このように、陽極７にて生成されたフッ素ガスは、入口通路６３ａを通じてインナーチューブ６１ａに流入し、導管６７ａ及び出口通路６５ａを通じてインナーチューブ６１ａから流出する。
　第１精製装置１６ａが運転状態である場合には、入口弁６４ａ及び出口弁６６ａは開状態であり、第１精製装置１６ａが停止又は待機状態である場合には、入口弁６４ａ及び出口弁６６ａは閉状態となる。
　インナーチューブ６１ａには、内部温度を検出する温度計６８ａが蓋部材６２ａを挿通して設けられる。また、入口通路６３ａには、インナーチューブ６１ａの内部圧力を検出する圧力計６９ａが設けられる。
　冷却装置７０ａは、インナーチューブ６１ａを部分的に収容可能であり内部に冷媒としての液体窒素を貯留可能なジャケットチューブ７１ａと、ジャケットチューブ７１ａに対して液体窒素を給排する液体窒素給排系統７２ａとを備える。
　ジャケットチューブ７１ａは、有底筒状部材であり、上部開口は蓋部材７３ａにて封止される。インナーチューブ６１ａは、上部側が蓋部材７３ａから突出した状態で、ジャケットチューブ７１ａ内に同軸的に収容される。具体的には、インナーチューブ６１ａの８～９割程度がジャケットチューブ７１ａ内に収容される。
　次に、液体窒素給排系統７２ａについて説明する。
　ジャケットチューブ７１ａの蓋部材７３ａには、液体窒素供給源７６から供給される液体窒素をジャケットチューブ７１ａ内に導く液体窒素供給通路７７ａが接続される。ジャケットチューブ７１ａの蓋部材７３ａの内面には、ジャケットチューブ７１ａ内に下垂して設けられた導管８２ａが連結され、導管８２ａの上端部は液体窒素供給通路７７ａに接続される。したがって、液体窒素供給源７６から供給される液体窒素は、液体窒素供給通路７７ａ及び導管８２ａを通じてジャケットチューブ７１ａ内に導かれる。導管８２ａは、下端開口部がジャケットチューブ７１ａの底部近傍に位置する長さに形成される。
　液体窒素供給通路７７ａには、液体窒素の供給流量を制御する流量制御弁７８ａが設けられる。液体窒素供給通路７７ａにおける流量制御弁７８ａの下流には、ジャケットチューブ７１ａの内部圧力を検出する圧力計８０ａが設けられる。
　ジャケットチューブ７１ａ内は、液体窒素と気化した窒素ガスとの２層からなり、液体窒素の液面レベルは、蓋部材７３ａを挿通して設けられた液面計７４ａによって検出される。
　ジャケットチューブ７１ａの蓋部材７３ａには、ジャケットチューブ７１ａ内の窒素ガスを排出するための窒素ガス排出通路７９ａが接続される。窒素ガス排出通路７９ａには、ジャケットチューブ７１ａの内部圧力を制御する圧力調整弁８１ａが設けられる。圧力調整弁８１ａは、圧力計８０ａの検出結果に基づいて、ジャケットチューブ７１ａの内部圧力が予め定められた所定圧力となるように制御する。この所定圧力は、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素の温度がフッ素の沸点（－１８８℃）以上かつフッ化水素の融点（－８４℃）以下の温度となるように決定される。具体的には、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素の温度が－１８０℃程度となるように、０．４ＭＰａに設定される。このように、圧力調整弁８１ａは、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素の温度が－１８０℃程度に維持されるように、ジャケットチューブ７１ａの内部圧力を０．４ＭＰａに制御する。圧力調整弁８１ａを通じて排出された窒素ガスは、後述する窒素バッファタンク２１０（図４参照）に導かれる。
　ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素が気化して排出されることによって、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素は減少する。そこで、流量制御弁７８ａは、液面計７４ａの検出結果に基づいて、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素の液面レベルが一定に維持されるように、液体窒素供給源７６からジャケットチューブ７１ａへの液体窒素の供給流量を制御する。
　ジャケットチューブ７１ａと外部との熱伝達を抑制するために、ジャケットチューブ７１ａの外側に、保温用の断熱材や真空断熱層を設けるようにしてもよい。
　インナーチューブ６１ａは、ジャケットチューブ７１ａによって、フッ素の沸点以上かつフッ化水素の融点以下の温度に冷却されるため、インナーチューブ６１ａ内ではフッ素ガスに混入したフッ化水素のみが凝固し、フッ素ガスはインナーチューブ６１ａを通過する。インナーチューブ６１ａ内には電解槽１からフッ素ガスが連続的に導かれるため、インナーチューブ６１ａ内では、時間の経過と共に凝固したフッ化水素が蓄積されていく。凝固したフッ化水素の蓄積量が所定量に達した場合には、第１精製装置１６ａの運転を停止すると共に、待機状態の第２精製装置１６ｂを起動し、精製装置１６の運転切り換えを行う。運転切り換えについては、後に詳述する。
　凝固したフッ化水素の蓄積量が所定量に達したか否かは、インナーチューブ６１ａの入口通路６３ａと出口通路６５ａとに渡って設けられた差圧計８６ａの検出結果、つまり、インナーチューブ６１ａの入口と出口の差圧に基づいて判定される。インナーチューブ６１ａの入口と出口の差圧が所定値に達した場合には、インナーチューブ６１ａ内での凝固したフッ化水素の蓄積量が所定量に達したと判断して、第１精製装置１６ａを停止させる。差圧計８６ａは、インナーチューブ６１ａでのフッ化水素の蓄積状態を検出する蓄積状態検出手段に該当する。差圧計に代わり、圧力計６９ａにてインナーチューブ６１ａでのフッ化水素の蓄積状態を検出するようにしてもよい。
　第１精製装置１６ａの停止は、インナーチューブ６１ａの入口弁６４ａと出口弁６６ａとを閉弁することによって行う。第１精製装置１６ａの停止後は、インナーチューブ６１ａ内に蓄積された凝固したフッ化水素を排出して、第１精製装置１６ａを待機状態にする必要がある。つまり、第１精製装置１６ａの再生工程を行う必要がある。
　次に、第１精製装置１６ａの再生工程を行う系統について説明する。
　ジャケットチューブ７１ａの底部には、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素を排出するための液体窒素排出通路９０ａが接続される。液体窒素排出通路９０ａには、開弁することによってジャケットチューブ７１ａの液体窒素を排出可能な排出弁９１ａが設けられる。排出弁９１ａを通じて排出された液体窒素は、窒素バッファタンク２１０（図４参照）に導かれる。また、液体窒素供給通路７７ａにおける流量制御弁７８ａの下流には、窒素ガス供給源９２から供給される窒素ガスをジャケットチューブ７１ａ内に導く窒素ガス供給通路９３ａが接続される。窒素ガス供給通路９３ａには、ジャケットチューブ７１ａへの窒素ガスの供給と遮断を切り換える遮断弁９４ａが設けられる。窒素ガス供給源９２からジャケットチューブ７１ａへの窒素ガスの供給は、排出弁９１ａが全開かつ流量制御弁７８ａが全閉の状態で行われる。窒素ガスは常温のガスが用いられる。
　このように、ジャケットチューブ７１ａでは、液体窒素を排出しつつ、内部に常温の窒素ガスが供給される。これにより、インナーチューブ６１ａの温度が上昇し、これに伴い凝固していたフッ化水素は溶解する。
　入口通路６３ａにおける入口弁６４ａの下流には、溶解したフッ化水素を外部へと排出するための排出通路９５ａが接続される。排出通路９５ａには、ジャケットチューブ７１ａ内の溶解したフッ化水素を吸い込み搬送するための排出ポンプ９６が設けられ、排出ポンプ９６の上流には、フッ化水素の排出時に開弁する排出弁９７ａが設けられる。また、排出通路９５ａにおける排出ポンプ９６の下流には除害部９８が設けられ、排出ポンプ９６にて搬送されたフッ化水素は除害部９８にて無害化されて放出される。
　出口通路６５ａにおける出口弁６６ａの上流には、窒素ガス供給源９２から供給される窒素ガスをインナーチューブ６１ａ内に導く窒素ガス供給通路９９ａが接続される。窒素ガス供給通路９９ａには、インナーチューブ６１ａへの窒素ガスの供給と遮断を切り換える遮断弁８７ａが設けられる。窒素ガス供給源９２からインナーチューブ６１ａへの窒素ガスの供給は、排出弁９７ａが全開かつ排出ポンプ９６が起動状態で行われる。
　このように、インナーチューブ６１ａでは、内部に常温の窒素ガスを供給しつつ、溶解したフッ化水素が排出ポンプ９６によって吸い込まれる。これにより、インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素が排出される。排出ポンプ９６によるインナーチューブ６１ａ内の排気は、圧力計６９ａによって検出されるインナーチューブ６１ａの内部圧力が大気圧以下となるまで行われる。
　排出ポンプ９６によって排出されたインナーチューブ６１ａ内のフッ化水素は、フッ化水素供給源４０又は電解槽１に戻して最利用するようにしてもよい。
　インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素を排出した後、インナーチューブ６１ａ内へのフッ素ガスの充填が行われる。これは、第２精製装置１６ｂが運転中である場合において、インナーチューブ６１ｂ内での凝固したフッ化水素の蓄積量が所定量に達した場合には、速やかに第１精製装置１６ａへと切り換えられるようにするためである。
　インナーチューブ６１ａ内へのフッ素ガスの充填は、第２バッファタンク５０に接続され下流端部が入口通路６３ａにおける入口弁６４ａの下流に接続されたフッ素ガス供給通路５４を通じて行われる。フッ素ガス供給通路５４には、インナーチューブ６１ａ内へのフッ素ガスの充填時に開弁する遮断弁８８ａが設けられる。
　第２バッファタンク５０の内部圧力は、圧力調整弁５１によって大気圧よりも高い圧力に制御されるため、第２バッファタンク５０とインナーチューブ６１ａとの差圧によって、第２バッファタンク５０に貯留されたフッ素ガスはインナーチューブ６１ａへと供給されることになる。このように、インナーチューブ６１ａ内へのフッ素ガスの充填は、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。
　次に、以上のように構成される精製装置１６の動作について説明する。以下の精製装置１６の動作はフッ素ガス生成装置１００に搭載されるコントローラ（図示せず）によって制御される。コントローラは、温度計６８ａ，圧力計６９ａ，液面計７４ａ，圧力計８０ａ，及び差圧計８６ａの検出結果に基づいて、各弁及び各ポンプの動作を制御する。
　第１精製装置１６ａが運転状態、第２精製装置１６ｂが待機状態である場合について説明する。第１精製装置１６ａでは、インナーチューブ６１ａの入口弁６４ａ及び出口弁６６ａが開状態であり、インナーチューブ６１ａ内には電解槽１からフッ素ガスが連続的に導かれた状態である。これに対して、第２精製装置１６ｂでは、インナーチューブ６１ｂの入口弁６４ｂ及び出口弁６６ｂが閉状態であり、インナーチューブ６１ｂ内にはフッ素ガスが充填された状態である。このように、電解槽１にて生成されたフッ素ガスは第１精製装置１６ａのみに供給される。
　以下では、運転状態である第１精製装置１６ａについて説明する。
　第１精製装置１６ａのジャケットチューブ７１ａには液体窒素供給通路７７ａを通じて導かれた液体窒素が貯留され、その液体窒素によってインナーチューブ６１ａが冷却される。ジャケットチューブ７１ａの内部圧力は圧力調整弁８１ａによって０．４ＭＰａに制御される。これにより、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素の温度は、フッ素の沸点以上かつフッ化水素の融点以下の温度である－１８０℃程度に維持されるため、インナーチューブ６１ａではフッ化水素のみが凝固し、フッ素ガスはインナーチューブ６１ａを通過して第１ポンプ１７にて第１バッファタンク２１へと搬送される。
　ここで、電解槽１にて生成されたフッ素ガスは、インナーチューブ６１ａに入口通路６３ａを通じて流入し、導管６７ａ及び出口通路６５ａを通じて流出する。導管６７ａの下端開口部はインナーチューブ６１ａの底部近傍に位置するため、フッ素ガスは、インナーチューブ６１ａの上部から流入し、インナーチューブ６１ａの下部から流出することになる。したがって、フッ素ガスは、インナーチューブ６１ａ内を通過する間に十分に冷却されるため、フッ素ガス中のフッ化水素を確実に凝固させ、フッ化水素を完全に取り除くことができる。
　インナーチューブ６１ａ内には電解槽１からフッ素ガスが連続的に導かれるため、そのフッ素ガスを冷却するジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素も連続的に気化する。気化した窒素ガスは、窒素ガス排出通路７９ａを通じて窒素バッファタンク２１０（図４参照）に排出される。
　インナーチューブ６１ａ内にて凝固したフッ化水素の蓄積量が増加し、差圧計８６ａによって検出されたインナーチューブ６１ａの入口と出口の差圧が所定値に達した場合には、第１精製装置１６ａの運転を停止すると共に、待機状態の第２精製装置１６ｂを起動し、精製装置１６の運転切り換えが行われる。第１精製装置１６ａでは、運転停止後、再生工程が行われる。
　以下では、図３も参照して、第１精製装置１６ａから第２精製装置１６ｂへの運転切り換えと、第１精製装置１６ａでの再生工程について説明する。図３は、第１精製装置１６ａのインナーチューブ６１ａ内の圧力と温度の時間変化を示すグラフ図であり、実線が圧力を示し、一点鎖線が温度を示す。図３に示す圧力は圧力計６９ａによって検出されたものであり、温度は温度計６８ａによって検出されたものである。
　図３に示すように、インナーチューブ６１ａ内にて凝固したフッ化水素の蓄積量が増加すると、インナーチューブ６１ａの内部圧力が上昇する。そして、インナーチューブ６１ａの内部圧力が所定圧力（Ｐｈ）に達し、差圧計８６ａによって検出されたインナーチューブ６１ａの入口と出口の差圧が所定値に達すると、第１精製装置１６ａから第２精製装置１６ｂへの運転切り換えが行われる（時間ｔ１）。具体的には、第２精製装置１６ｂのインナーチューブ６１ｂの入口弁６４ｂ及び出口弁６６ｂが開弁された後、第１精製装置１６ａのインナーチューブ６１ａの入口弁６４ａ及び出口弁６６ａが閉弁される。これにより、第２精製装置１６ｂが起動すると共に、第１精製装置１６ａは停止し、電解槽１からのフッ素ガスは第２精製装置１６ｂへと導かれる。
　停止した第１精製装置１６ａでは、ジャケットチューブ７１ａからの液体窒素の排出が行われる。具体的には、液体窒素供給通路７７ａの流量制御弁７８ａが全閉されてジャケットチューブ７１ａへの液体窒素の供給が停止された後に、排出弁９１ａが開弁されて液体窒素が液体窒素排出通路９０ａを通じて窒素バッファタンク２１０（図４参照）へ排出される。ここで、窒素バッファタンク２１０の圧力がジャケットチューブ７１ａの圧力よりも高い場合には、圧力調整弁８１ａを開弁して窒素バッファタンク２１０内の窒素ガスを窒素ガス排出通路７９ａを通じてジャケットチューブ７１ａに導き、ジャケットチューブ７１ａの液体窒素の排出を促進するようにしてもよい。その後、窒素ガス供給通路９３ａの遮断弁９４ａが開弁されてジャケットチューブ７１ａへ常温の窒素ガスが供給される。これにより、図３に示すように、インナーチューブ６１ａ内の温度は、常温程度まで上昇し、インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素が溶解する。
　インナーチューブ６１ａ内の温度が上昇する過程で、排出通路９５ａの排出弁９７ａが開弁されて排出ポンプ９６が起動する。これにより、インナーチューブ６１ｂ内の溶解したフッ化水素は排出ポンプ９６によって吸い込まれて除害部９８へと搬送される。また、これと同時に、窒素ガス供給通路９９ａの遮断弁８７ａが開弁されてインナーチューブ６１ａ内に常温の窒素ガスが供給される。このように、インナーチューブ６１ａでは、内部に常温の窒素ガスを供給しつつ、溶解したフッ化水素の排出が行われる。インナーチューブ６１ａの内部圧力が大気圧以下の所定圧力（Ｐｌ）まで低下した場合には（時間ｔ２）、インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素の排出が完了したと判断され、排出通路９５ａの排出弁９７ａ及び窒素ガス供給通路９９ａの遮断弁８７ａが全閉となる。以上にて、インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素の排出が完了する。
　インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素の排出が完了した後は、第１精製装置１６ａを待機状態とすべく、ジャケットチューブ７１ａ内に液体窒素が供給されると共に、インナーチューブ６１ｂ内にフッ素ガスが供給される。具体的には、排出弁９１ａ及び窒素ガス供給通路９３ａの遮断弁９４ａが全閉の状態で、液体窒素供給通路７７ａの流量制御弁７８ａが再び開弁されてジャケットチューブ７１ａ内に液体窒素が供給される（時間ｔ３）。これにより、インナーチューブ６１ａの内部温度は低下する。ジャケットチューブ７１ａの内部圧力は圧力調整弁８１ａによって０．４ＭＰａに制御されるため、インナーチューブ６１ａの内部温度は－１８０℃程度まで低下して維持される。また、インナーチューブ６１ａの内部温度の低下の過程で、フッ素ガス供給通路５４の遮断弁８８ａが開弁されてインナーチューブ６１ａ内に第２バッファタンク５０のフッ素ガスが供給される（時間ｔ４）。インナーチューブ６１ａ内へのフッ素ガスの供給によってインナーチューブ６１ａの内部圧力は上昇し、大気圧まで上昇した時点で遮断弁８８ａが閉弁されてフッ素ガスの供給が停止する。このようにしてインナーチューブ６１ａ内へのフッ素ガスの充填が行われる。以上にて、第１精製装置１６ａの再生工程が終了し、第１精製装置は待機状態となる（時間ｔ５）。
　このように、再生工程においてインナーチューブ６１ａ内に供給されるフッ素ガスは、第２バッファタンク５０のフッ素ガスが用いられる。第２バッファタンク５０は、第１バッファタンク２１の内部圧力を制御するのに伴って排出されたフッ素ガスを貯留するタンクである。つまり、再生工程では、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、その貯留したフッ素ガスが用いられる。このように、再生工程においてインナーチューブ６１ａ内に供給されるフッ素ガスは、従来は外部へと放出されていたガスが用いられる。
　以上のように、停止中の第１精製装置１６ａは、インナーチューブ６１ａが－１８０℃に冷却されると共に、インナーチューブ６１ａ内にフッ素ガスが充填された待機状態である。したがって、運転中の第２精製装置１６ｂにおけるインナーチューブ６１ｂの入口と出口の差圧が所定値に達した場合には、第２精製装置１６ｂの運転を停止すると共に、第１精製装置１６ａを速やかに起動し、精製装置１６の運転切り換えを行うことができる。
　次に、図４を参照して、精製装置１６に付帯して設けられる窒素回収設備２００について説明する。
　窒素回収設備２００は、精製装置１６の冷却装置７０ａ，７０ｂにてフッ化水素ガスの凝固のために使用され排出された窒素ガス及び液体窒素を回収して、窒素ガスをフッ素ガス生成装置１００の各所で使用されるユーティリティガスとして供給するものである。
　窒素回収設備２００は、精製装置１６の冷却装置７０ａ，７０ｂにてフッ化水素ガスの凝固のために使用され排出された窒素ガス及び液体窒素を回収して一時的に保存する窒素バッファタンク２１０を備える。
　窒素バッファタンク２１０には、窒素ガス排出通路７９ａ，７９ｂの下流端と、液体窒素排出通路９０ａ，９０ｂの下流端とが接続される。したがって、窒素バッファタンク２１０には、ジャケットチューブ７１ａ，７１ｂから排出された窒素ガスが窒素ガス排出通路７９ａ，７９ｂを通じて回収されると共に、ジャケットチューブ７１ａ，７１ｂから排出された液体窒素が液体窒素排出通路９０ａ，９０ｂを通じて回収される。
　窒素バッファタンク２１０は、ジャケットチューブ７１ａ，７１ｂよりも下方に配置されるため、液体窒素排出通路９０ａ，９０ｂの排出弁９１ａ，９１ｂが開弁されることによって、ジャケットチューブ７１ａ，７１ｂ内の液体窒素は重力によって窒素バッファタンク２１０に排出される。しかし、窒素バッファタンク２１０は、ジャケットチューブ７１ａ，７１ｂと同レベル又はジャケットチューブ７１ａ，７１ｂよりも上方に配置するようにしてもよい。その場合には、ジャケットチューブ７１ａ，７１ｂ内の液体窒素を窒素バッファタンク２１０に排出するために、液体窒素排出通路９０ａ，９０ｂにポンプを設ける必要がある。また、ポンプを設ける代わりに、ジャケットチューブ７１ａ，７１ｂ内の気相部を加圧することによって、ジャケットチューブ７１ａ，７１ｂ内の液体窒素を窒素バッファタンク２１０に排出するようにしてもよい。
　窒素バッファタンク２１０には、液体窒素供給源７６に接続された液体窒素供給通路７７ａ（図２参照）から分岐する分岐液体窒素供給通路２０１の下流端も接続される。分岐液体窒素供給通路２０１には、液体窒素供給源７６から窒素バッファタンク２１０への液体窒素の供給流量を制御して窒素バッファタンク２１０に貯留された液体窒素の液面レベルを予め定められた所定レベルに制御する流量制御弁２０２が設けられる。
　窒素バッファタンク２１０内は、液体窒素と窒素ガスとの２層からなり、液体窒素の液面レベルは液面レベル検出器としての液面計２０３によって検出される。流量制御弁２０２は、液面計２０３の検出結果に基づいて、窒素バッファタンク２１０の液体窒素の液面レベルが予め定められた所定レベルとなるように、液体窒素の供給流量を制御する。
　ここで、窒素ガス排出通路７９ａ，７９ｂを下流端が窒素バッファタンク２１０の液中に挿入されるように配置した場合には、窒素ガス排出通路７９ａ，７９ｂを通じて回収される窒素ガスは液中に導入されるため、窒素バッファタンク２１０内の液体窒素の液面が揺れてしまう。そのため、窒素バッファタンク２１０内の液体窒素の液面レベルを液面計２０３によって精度良く検出することが困難となる。したがって、窒素ガス排出通路７９ａ，７９ｂは、図４に示すように、窒素ガスが窒素バッファタンク２１０の気相部に導入されるように配置するのが望ましい。
　窒素バッファタンク２１０には、内部の窒素ガスを大気に放出するための放出通路２０４が接続される。また、放出通路２０４には、窒素バッファタンク２１０の内部圧力を検出する圧力計２０５、及び窒素バッファタンク２１０の内部圧力を制御する圧力制御弁２０６が設けられる。圧力制御弁２０６は、圧力計２０５の検出結果に基づいて、窒素バッファタンク２１０の内部圧力が予め定められた所定圧力となるように制御する。具体的には、窒素バッファタンク２１０の内部圧力が０．４ＭＰａとなるように制御し、内部圧力が０．４ＭＰａ以上の場合には開弁して放出通路２０４を通じて内部の窒素ガスを大気に放出する。
　以上のように、窒素バッファタンク２１０には、精製装置１６の冷却装置７０ａ，７０ｂにてフッ化水素ガスの凝固のために使用され排出された窒素ガス及び液体窒素が回収され、回収された窒素ガス及び液体窒素は窒素バッファタンク２１０の液面レベル及び内部圧力が制御された状態で保存される。
　窒素バッファタンク２１０には、内部の窒素ガスをフッ素ガス生成装置１００の各所で使用されるユーティリティガスとして供給するためのユーティリティガス供給通路２０７が接続される。
　ユーティリティガス供給通路２０７は途中で複数に分岐して形成され、窒素ガスはフッ素ガス生成装置１００の各所にて利用される。窒素ガスの利用先としては、以下が挙げられる。
　（１）キャリアガス供給通路４６における遮断弁４７の上流に供給され、フッ化水素を溶融塩中に導くための同伴ガスとして再利用される（図１参照）。
　（２）液面計１３の挿入管１３ａを通じて電解槽１の溶融塩中にパージされる窒素ガスとして再利用される（図１参照）。
　（３）第２気室１２ａに供給され、水素ガスの濃度を低下させる爆発防止用の希釈ガスとして再利用される（図１参照）。希釈ガスの供給先は、第２気室１２ａに限られず、副生ガス処理系統３であればどこへ供給するようにしてもよい。
　（４）窒素ガス供給通路９３ａ，９３ｂにおける遮断弁９４ａ，９４ｂの上流に供給され、ジャケットチューブ７１ａ，７１ｂ内から液体窒素を抜き出すためのガスとして再利用される（図２参照）。また、同様に、窒素ガス供給通路９９ａ，９９ｂにおける遮断弁８７ａ，８７ｂの上流に供給され、インナーチューブ６１ａ，６１ｂ内のフッ化水素を抜き出すためのガスとして再利用される（図２参照）。
　（５）第１メイン通路１５における流量計２６の下流に供給され、フッ素ガスの希釈ガスとして再利用される（図１参照）。
　（６）ジャケットチューブ７１ａ内の溶解したフッ化水素を吸い込むための排出ポンプ９６を駆動するための作動ガスとして再利用される（図２参照）。
　以上のように、窒素バッファタンク２１０に一時的に保存された窒素ガス及び液体窒素は、フッ素ガス生成装置１００の各所にてユーティリティガスとして再利用される。
　以上の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
　精製装置１６にてフッ化水素ガスの凝固のために使用され排出された窒素ガス及び液体窒素は、外部へと放出されずに、フッ素ガス生成装置１００の各所で使用されるユーティリティガスとして再利用される。したがって、フッ素ガスの精製に使用される液体窒素を有効利用することができる。
　以下に、上記実施の形態の他の形態について説明する。
　（１）上記実施の形態は、精製装置１６の冷却装置７０ａ，７０ｂから排出された窒素ガス及び液体窒素を窒素バッファタンク２１０にて回収した後、窒素ガスをフッ素ガス生成装置１００の各所にて再利用するものである。これに代えて、冷却装置７０ａ，７０ｂから排出された窒素ガス及び液体窒素をフッ素ガス生成装置１００の各所にて直接再利用するようにしてもよい。その場合、液体窒素排出通路９０ａ，９０ｂの下流側にヒータを設けて加熱して液体窒素をガス化させる必要がある。ただ、冷却装置７０ａ，７０ｂから排出された窒素ガス及び液体窒素を窒素バッファタンク２１０にて回収する方法は、窒素ガスを安定して各所に供給することができるため、直接再利用する方法よりも望ましい。
　（２）上記実施の形態では、精製装置１６に使用される冷媒として液体窒素を用いた。しかし、冷媒は液体窒素に限られるものではなく、液体アルゴン等を用いるようにしてもよい。
　（３）上記実施の形態では、精製装置１６を２基並列に配置して２系統にて構成したが、精製装置１６を３基以上並列に配置して３系統以上にて構成するようにしてもよい。
　（４）上記実施の形態は、再生工程で使用するフッ素ガスとして第２バッファタンク５０に貯留されたガスを用いるものである。これに代わり、再生工程で使用するフッ素ガスとして、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、フッ素ガス供給通路５４は、第１バッファタンク２１に接続される。ただ、この場合、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、上記実施の形態のように、再生工程で使用するフッ素ガスとして第２バッファタンク５０に貯留されたフッ素ガスを用いる方が望ましい。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は２０１０年１月５日に日本国特許庁に出願された特願２０１０－５３２に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

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、
    　前記電解槽の溶融塩から気化して前記陽極から生成された主生ガスに混入したフッ化水素ガスを冷媒を使用して凝固させて捕集してフッ素ガスを精製する精製装置と、を備え、
    　前記精製装置にてフッ化水素ガスの凝固のために使用され排出された前記冷媒は、フッ素ガス生成装置の各所で使用されるユーティリティガスとして再利用さ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であって、
    　前記精製装置は、フッ化水素ガスの凝固のために使用され排出された前記冷媒を回収して一時的に保存するバッファタンクを備え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であって、
    　前記精製装置は、
    　フッ化水素ガスを含む主生ガスが流入するガス流入部と、
    　主生ガスに混入したフッ化水素ガスが凝固する一方、フッ素ガスは前記ガス流入部を通過するように、フッ素の沸点以上かつフッ化水素の融点以下の温度で前記ガス流入部を前記冷媒を用いて冷却する冷却装置と、を備え、
    　前記冷却装置から排出された前記冷媒がユーティリティガスとして再利用されるフッ素ガス生成装置。
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