专利名称：氟气生成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氟气生成装置。
背景技术：
作为以往的氟气生成装置，公知使用电解槽并利用电解生成氟气的装置。在JP2004-43885A中公开了一种氟气生成装置，其包括用于在由包含氟化氢的熔融盐构成的电解池中电解氟化氢的电解槽，在阳极侧的第1气相部分中产生以氟气作为主成分的产品气体，并且在阴极侧的第2气相部分中产生以氢气作为主成分的副生成气体。在这种氟气生成装置中，从熔融盐气化了的氟化氢气体混入到从电解槽的阳极产生的氟气中。因此，需要从在阳极处产生的气体分离氟化氢而对氟气进行精制。在JP2004-39740A中公开了使用液氮等冷却氟气成分和氟气成分以外的成分，利用双方的沸点的不同而分离氟气的方法。发明要解决的问题如记载于JP2004-39740A的方法那样，在利用沸点的不同分离成氟气成分和氟气成分以外的成分的情况下，在由于冷却而凝固的氟气成分以外的成分的凝固量不小于规定量的情况下，为了除掉该凝固的成分而需要使氟气生成装置自身停止。在从氟气生成装置停止到使其再启动的过程中，需要用于除掉凝固的成分的时间及用于使氟气生成装置再启动的时间，因此，在与上述时间相当的时间内必须使氟气生成装置停止。在氟气生成装置停止的过程中不能向消耗氟气的外部装置供给氟气。如上所述，在使用利用沸点的不同分离成氟气成分和氟气成分以外的成分的装置的情况下，不能向外部装置稳定地供给氟气。
发明内容
本发明是鉴于以上问题而做成的，目的在于提供一种能够向外部装置稳定地供给氟气的氟气生成装置。用于解决问题的方案本发明提供一种通过电解熔融盐中的氟化氢来生成氟气的氟气生成装置，该氟气生成装置包括电解槽，其存储有熔融盐，在熔融盐液面上分离而区划有第1气室和第2气室，该第1气室用于引导在浸渍于熔融盐中的阳极处生成的以氟气作为主成分的主生成气体，该第2气室用于引导在浸渍于熔融盐中的阴极处生成的以氢气作为主成分的副生成气体；精制装置，其用于收集自上述电解槽的熔融盐气化而混入到在上述阳极处生成的主生成气体中的氟化氢气体，从而对氟气进行精制；控制装置，其用于控制上述精制装置的动作，上述精制装置并列配置至少两台以上，该精制装置包括气体流入部，其供包含氟化氢气体的主生成气体流入；冷却装置，其用于在氟气的沸点以上且氟化氢的熔点以下的温度冷却上述气体流入部，使得混入到主生成气体中的氟化氢气体凝固且使氟气通过上述气体流入部；累积状态检测器，其用于检测在上述气体流入部中的氟化氢的累积状态，上述控制装置基于上述累积状态检测器的检测结果进行上述精制装置的运转切换，以朝向待机状态的精制装置引导氟气，从由于上述运转切换而停止的精制装置的上述气体流入部排出氟化氢，并向该气体流入部供给氟气，从而使停止中的精制装置处于待机状态。发明的效果若采用本发明，则包括至少两台以上并列配置的精制装置，由于运转切换而停止的精制装置在从气体流入部排出氟化氢后，向气体流入部供给氟气而变为待机状态，因此， 本发明的精制装置处于任意时刻都能够运转的状态。因此，即使在运转中的精制装置中凝固的氟化氢的累积量增多而使精制装置停止的情况下，也能够使待机状态的精制装置启动。从而，能够不需要使氟气生成装置自身停止而向外部装置稳定地供给氟气。
图1是本发明的实施方式的氟气生成装置的系统图。图2是精制装置的系统图。图3是表示精制装置的内管内的压力和温度的时间变化的图表，实线表示压力， 单点划线表示温度。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。参照图1，说明本发明的实施方式的氟气生成装置100。氟气生成装置100是利用电解生成氟气且将生成的氟气向外部装置4供给的装置。作为外部装置4例如可以是半导体制造装置。在上述情况下，将氟气例如作为半导体的制造工序中的清洁气体使用。氟气生成装置100包括利用电解生成氟气的电解槽1、用于将自电解槽1生成的氟气向外部装置4供给的氟气供给系统2、用于处理伴随着氟气的生成而生成的副生成气体的副生成气体处理系统3。首先，对电解槽1进行说明。在电解槽1中存储有包含氟化氢(HF)的熔融盐。在本实施方式中，作为熔融盐使用氟化氢和氟化钾(KF)的混合物(KF · 2HF)。电解槽1的内部被浸渍在熔融盐中的区划壁6区划成阳极室11和阴极室12。在阳极室11及阴极室12的熔融盐中分别浸渍有阳极7及阴极8。通过从电源9向阳极7和阴极8之间供给电流，从而在阳极7处生成以氟气(F2)作为主成分的主生成气体，在阴极8 处生成以氢气(H2)作为主成分的副生成气体。在阳极7处使用碳电极，在阴极8处使用熟铁、蒙乃尔合金或者镍。在电解槽1内的熔融盐液面上，利用区划壁6以彼此的气体不能来往的方式区划有用于引导在阳极7处生成的氟气的第1气室Ila和用于引导在阴极8处生成的氢气的第 2气室12a。如上所述，为了防止由氟气和氢气的混合接触而产生的反应，利用区划壁6完全地分离第1气室Ila和第2气室12a。与此相对，阳极室11和阴极室12的熔融盐没有被区划壁6分离，经由区划壁6的下方相连通。KF · 2HF的熔点为71. 7°C，因此将熔融盐的温度调节到90°C 100°C。氟化氢自
4熔融盐气化与蒸气压量相当的量而分别混入到从电解槽1的阳极7生成的氟气及从电解槽 1的阴极8生成的氢气中。如上所述，在生成于阳极7且被引导到第1气室Ila的氟气、及生成于阴极8且被引导到第2气室12a的氢气中分别含有氟化氢气体。在电解槽1中，设有用于检测第1气室Ila的压力的第1压力计13和用于检测第 2气室12a的压力的第2压力计14。第1压力计13及第2压力计14的检测结果输出到控制器10a、控制器10b。接下来，对氟气供给系统2进行说明。在第1气室Ila中连接有用于向外部装置4供给氟气的第1主通路15。在第1主通路15上设有用于从第1气室Ila导出而输送氟气的第1泵17。第1 泵17使用波纹管泵、隔膜泵等容积式泵。在第1主通路15上连接有用于连接第1泵17的喷出侧和吸入侧的第1回流通路18。在第1回流通路18中设有用于使从第1泵17喷出的氟气返回到第1泵17的吸入侧的第1压力调整阀19。第1压力调整阀19利用从控制器IOa输出的信号控制开度。具体来说，控制器 IOa基于第1压力计13的检测结果，以使第1气室Ila的压力成为预先设定的设定值的方式控制第1压力调整阀19的开度。此外，虽然在图1中第1回流通路18的下游端与第1主通路15中的第1泵17附近相连接，但是也可以使第1回流通路18的下游端与第1气室Ila相连接。也就是说，也可以使从第1泵17喷出的氟气返回到第1气室Ila内。在第1主通路15中的第1泵17的上游处，设有用于收集混入到主生成气体中的氟化氢气体而对氟气进行精制的精制装置16。精制装置16是利用氟和氟化氢的沸点的不同而从氟气中分离并除掉氟化氢气体的深冷精制装置。精制装置16由并列设置的第1精制装置16a和第2精制装置16b两个系统构成，以使氟气只通过任意一个系统的方式进行切换。也就是说，在第1精制装置16a及第2精制装置16b中的一个精制装置处于运转状态的情况下，另一个精制装置处于停止或者待机状态。此外，虽然在本实施方式中精制装置 16是并列配置两台而由两个系统构成的，但是精制装置16也可以是并列配置三台以上而由三个以上系统构成。在第1主通路15中的第1泵17的下游处设有用于存储被第1泵17输送的氟气的第1缓冲罐21。将存储在第1缓冲罐21中的氟气向外部装置4供给。在第1缓冲罐21 的下游处设有用于检测向外部装置4供给的氟气的流量的流量计26。流量计沈的检测结果输出到控制器10c。控制器IOc基于流量器沈的检测结果对从电源9供给到阳极7和阴极8之间的电流值进行控制。具体来说，控制阳极7中的氟气的生成量，以向第1缓冲罐 21补充从第1缓冲罐21向外部装置4供给的氟气量。如上所述，阳极7中的氟气的生成量是以补充向外部装置4供给的氟气量的方式被控制的，因此，将第1缓冲罐21的内部压力维持在高于大气压的压力。与此相对，使用氟气的外部装置4侧的压力为大气压，因此，若打开设于外部装置4的阀，则利用第1缓冲罐 21和外部装置4之间的压力差，从第1缓冲罐21向外部装置4供给氟气。在第1缓冲罐21上连接有分支通路22，在分支通路22上设有用于控制第1缓冲罐21的内部压力的压力调整阀23。此外，在第1缓冲罐21上设有用于检测该第1缓冲罐 21的内部压力的压力计M。压力计M的检测结果输出到控制器10d。控制器IOd在第1缓冲罐21的内部压力超过预先确定的设定值、具体来说超过1. OMPa的情况下使压力调整阀23开阀，排出第1缓冲罐21内的氟气。如上所述，压力调整阀23以不使第1缓冲罐21 内的内部压力超过规定压力的方式控制该第1缓冲罐21内的内部压力。在分支通路22中的压力调整阀23的下游处设有用于存储自第1缓冲罐21排出的氟气的第2缓冲罐50。也就是说，在第1缓冲罐21的内部压力超过规定压力的情况下， 经由压力调整阀23排出第1缓冲罐21内的氟气，将该排出的氟气引导到第2缓冲罐50。 第2缓冲罐50与第1缓冲罐21相比容积较小。在分支通路22中的第2缓冲罐50的下游处设有用于控制第2缓冲罐50的内部压力的压力调整阀51。此外，在第2缓冲罐50上设有用于检测内部压力的压力计52。压力计52的检测结果输出到控制器10f。控制器IOf 以使第2缓冲罐50的内部压力成为预先确定的设定值的方式控制压力调整阀51的开度。 从第2缓冲罐50经由压力调整阀51排出的氟气在除害部53处进行无害化处理后被放出。 如上所述，压力调整阀5以使第2缓冲罐50的内部压力成为设定值的方式控制第2缓冲罐 50的内部压力。在第2缓冲罐50上连接有用于向精制装置16供给氟气的氟气供给通路 54。接下来，对副生成气体处理系统3进行说明。在第2气室12a上连接有用于向外部排出氢气的第2主通路30。在第2主通路30上设有用于从第2气室1 导出而输送氢气的第2泵31。此外， 在第2主通路30中连接有用于连接第2泵31的喷出侧和吸入侧的第2回流通路32。在第 2回流通路32上设有用于使从第2泵31喷出的氢气返回到第2泵31的吸入侧的第2压力调整阀33。第2压力调整阀33利用从控制器IOb输出的信号控制开度。具体来说，控制器 IOb基于第2压力计14的检测结果，以使第2气室12a的压力成为预先确定的设定值的方式控制第2压力调整阀33的开度。如上所述，第1气室Ila及第2气室12a的压力分别被第1压力调整阀19及第2 压力调整阀33所控制，使得第1气室Ila及第2气室12a的压力成为预先确定的设定值。 为了不在第1气室Ila的熔融盐的液面和第2气室12a的熔融盐的液面之间产生液面差， 优选将第1气室Ila及第2气室12a的设定压力控制为相等的压力。在第2主通路30中的第2泵31的下游处设有除害部34，被第2泵31输送的氢气在除害部34处进行无害化处理而被放出。氟气生成装置100也包括用于向电解槽1的熔融盐中供给作为氟气的原料的氟化氢的原料供给系统5。接下来对原料供给系统5进行说明。在电解槽1中连接有用于将从氟化氢供给源40供给的氟化氢引导到电解槽1的熔融盐中的原料供给通路41。在原料供给通路41上设有用于控制氟化氢的供给流量的流量控制阀42。在电源9上安装有用于累积供给到阳极7和阴极8之间的电流的安培小时计43。 在安培小时计43处累积的电流输出到控制器10e。控制器IOe基于从电流累积器43输入的信号使流量控制阀42开闭而控制被引导到熔融盐中的氟化氢的供给流量。具体来说，控制氟化氢的供给流量，以补给在熔融盐中被电解的氟化氢。进一步具体来说，控制氟化氢的供给流量，使得熔融盐中的氟化氢的浓度处于规定的范围内。
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此外，在原料供给通路41上连接有用于将从载气供给源45供给的载气引导到原料供给通路41内的载气供给通路46。在载气供给通路46上设有用于切换载气的供给状态及阻断状态的阻断阀47。载气是用于将氟化氢引导到熔融盐中的气体，可以使用作为非活性气体的氮气。在氟气生成装置100运转时，阻断阀47原则上处于开阀状态，将氮气供给到电解槽1的阴极室12的熔融盐中。氮气基本上不溶于熔融盐，上述氮气从第2气室1 经由副生成气体处理系统3排出。如上所述，向电解槽1的熔融盐中供给氮气，因此，可能会由于该氮气而提升电解槽1的熔融盐液面高度。因此，也可以在电解槽1中设置用于检测液面高度的液面计，在此基础上对电解槽1的熔融盐液面高度设定可变动幅度，以使熔融盐液面高度处于可变动幅度内的方式对阻断阀47进行开闭控制。也就是说，也可以在电解槽1的熔融盐液面高度达到了可变动幅度的上限的情况下关闭阻断阀47。此外，也可以代替阻断阀47而设置能够控制氮气的流量的流量控制阀。接下来，说明上述结构的氟气生成装置100的整体控制。在外部装置4处被使用的氟气的流量被设在第1缓冲罐21和外部装置4之间的流量计沈检测。基于该流量计沈的检测结果，控制施加到阳极7和阴极8之间的电压，控制阳极7中的氟气的生成量。从氟化氢供给源40补给由于电解而减少的熔融盐中的氟化
Μ,ο如上所述，熔融盐中的氟化氢是以根据在外部装置4处使用的氟气量进行补给的方式被控制的，因此，通常熔融盐的液面高度不发生较大变化。然而，在外部装置4中的氟气的使用量急剧变化的情况、在副生成气体处理系统3处的氢气的压力急剧变化的情况下，第1气室Ila及第2气室12a的压力发生较大变化，阳极室11及阴极室12的液面高度发生较大变动。在阳极室11及阴极室12的液面高度发生较大变动且在液面高度下降到比区划壁6靠近下方的位置的情况下，导致第1气室Ila和第2气室1 相连通。在该情况下，氟气和氢气混合接触而发生反应。因此，为了抑制阳极室11及阴极室12的液面高度的变动，分别基于第1压力计13 及第2压力计14的检测结果，以使第1气室Ila及第2气室12a的压力成为预先确定的设定值的方式控制第1气室Ila及第2气室12a的压力。如上所述，通过使第1气室Ila及第2气室12a的压力保持恒定，从而控制阳极室11及阴极室12的液面高度。接下来，参照图2对精制装置16进行说明。第1精制装置16a和第2精制装置16b具有相同结构，因此，在以下说明中以第1 精制装置16a为中心进行说明，对第2精制装置16b与第1精制装置16a相同的结构标注相同的附图标记而省略说明。此外，对第1精制装置16a的结构标注附图标记“a”，对第2 精制装置16b的结构标注附图标记“b”，从而进行区别。第1精制装置16a包括内管61a，其作为供包含氟化氢气体的主生成气体流入的气体流入部；冷却装置70a，其用于在氟的沸点以上且氟化氢的熔点以下的温度冷却内管 61a,以使混入到主生成气体中的氟化氢气体凝固且使氟气通过内管61a。内管61a是有底筒状构件，上部开口被盖构件6 密封。在内管61a的盖构件62a 上连接有用于向内管61a内引导在阳极7处生成的主生成气体的入口通路63a。入口通路 63a是第1主通路15分支而形成的两个通路中的一入口通路，另一入口通路63b与第2精制装置16b的内管61b相连接。在入口通路63a上设有用于容许或者阻断朝向内管61a的主生成气体的流入的入口阀64a。在内管61a的盖构件62a的内表面上连结有以下垂到内管61a内的方式设置的导管67a。导管67a的长度形成为下端开口部位于内管61a的底部附近。导管67a的上端部连接于出口通路65a，该出口通路6 与盖构件6 相连接并用于从内管61a排出氟气。 从而，内管61a内的氟气经由导管67a及出口通路65a向外部流出。在出口通路6 上设有用于容许或者阻断从内管61a流出的氟气的出口阀66a。出口通路65a与第2精制装置 16b的出口通路65b合并而与第1泵17相连接。如上所述，在阳极7处生成的主生成气体经由入口通路63a流入到内管61a，且经由导管67a及出口通路6 从内管61a流出。在第1精制装置16a处于运转状态的情况下，入口阀6 及出口阀66a处于开阀状态，在第1精制装置16a处于停止或者待机状态的情况下，入口阀6 及出口阀66a处于闭阀状态。在内管61a中以穿通盖构件62a的方式设有用于检测内部温度的温度计68a。此外，在入口通路63a上设有用于检测内管61a的内部压力的压力计69a。冷却装置70a能够局部容纳内管61a，该冷却装置70a包括能够在内部存储作为冷却介质的液氮的夹套管71a和对夹套管71a供排液氮的液氮供排系统72a。夹套管71a是有底筒状构件，其上部开口被盖构件73a密封。内管61a以上部侧从盖构件73a突出的状态同轴地容纳在夹套管71a内。具体来说，内管61a的八成 九成左右容纳在夹套管71a内。接下来，对液氮供排系统7 进行说明。在夹套管71a的盖构件73a上连接有用于将从液氮供给源76供给的液氮引导到夹套管71a内的液氮供给通路77a。在夹套管71a的盖构件73a的内表面上连结有以下垂到夹套管71a内的方式设置的导管82a，导管8 的上端部与液氮供给通路77a相连接。从而，将从液氮供给源76供给的液氮经由液氮供给通路77a及导管8 引导到夹套管71a内。 导管82a的长度形成为下端开口部位于夹套管71a的底部附近。在液氮供给通路77a上设有用于控制液氮的供给流量的流量控制阀78a。在液氮供给通路77a中的流量控制阀78a的下游侧设有用于检测夹套管71a的内部压力的压力计 80a。在夹套管71a内包括液氮和气化的氮气这两层，液氮的液面高度被以穿通盖构件 73a的方式设置的液面计7 检测。在夹套管71a的盖构件73a上连接有用于排出夹套管71a内的氮气的氮气排出通路79a。在氮气排出通路79a上设有用于控制夹套管71a的内部压力的压力调整阀81a。 压力调整阀81a基于压力计80a的检测结果，以使夹套管71a的内部压力成为预先确定的规定压力的方式进行控制。上述规定压力是以使夹套管71a内的液氮的温度处于氟的沸点 ("188°C)以上且氟化氢的熔点(_84°C)以下的温度的方式决定的。具体来说，将上述压力设定为0. 4MPa,以使夹套管71a内的液氮的温度为-180°C左右。如上所述，压力控制阀81a 将夹套管71a的内部压力控制为0. 4MPa,以将夹套管71a内的液氮的温度维持在_180°C左右。经由压力调整阀81a排出的氮气被朝向外部放出。
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通过使夹套管71a内的液氮气化而朝向外部放出，从而减少夹套管71a内的液氮。 因此，流量控制阀78a基于液面计7 的检测结果控制从液氮供给源76朝向夹套管71a流入的液氮的供给流量，以使夹套管71a内的液氮的液面高度维持恒定。此外，为了抑制夹套管71a和外部的热传递，也可以在夹套管71a的外侧设置保温用的隔热材料、真空隔热层。利用夹套管71a将内管61a冷却到氟的沸点以上且氟化氢的熔点以下的温度，因此，在内管61a内只使混入到主生成气体的氟化氢气体凝固且使氟气通过内管61a。由于从电解槽1向内管61a内连续地导入主生成气体，因此，在内管61a内随着时间的流逝而逐渐累积凝固的氟化氢。在凝固的氟化氢的累积量达到了规定量的情况下，停止第1精制装置 16a的运转，并且使待机状态的第2精制装置16b起动，从而进行精制装置16的运转切换。 在后述内容中对运转切换进行详细说明。基于架设在内管61a的入口通路63a和出口通路6 之间的压差计86a的检测结果，也就是说基于内管61a的入口和出口的压差判断凝固的氟化氢的累积量是否达到了规定量。在内管61a的入口和出口的压差达到了规定值的情况下，作出内管61a内的凝固的氟化氢的累积量达到了规定值的判断，使第1精制装置16a停止。压差计86a相当于用于检测在内管61a中的氟化氢的累积状态的累积状态检测器。此外，也可以代替压差计，用压力计69a检测在内管61a内的氟化氢的累积状态。第1精制装置16a的停止是通过使内管61a的入口阀6 和出口阀66a闭阀而进行的。第1精制装置16a停止后，需要排出累积在内管61a内的凝固的氟化氢，使第1精制装置16a处于待机状态。也就是说，需要进行第1精制装置16a的再生工序。接下来，说明进行第1精制装置16a的再生工序的系统。在夹套管71a的底部设有能够将夹套管71a的液氮朝向外部的罐体90a排出的排出阀91a。此外，在液氮供给通路77a中的流量控制阀78a的下游侧连接有用于将从氮气供给源92供给的氮气引导到夹套管71a内的氮气供给通路93a。在氮气供给通路93a中设有用于切换朝向夹套管71a的氮气的供给状态和阻断状态的阻断阀94a。从氮气供给源92 朝向夹套管71a的氮气的供给过程是在排出阀91a全开并且流量控制阀78a全闭的状态下进行的。氮气使用常温的气体。如上所述，在夹套管71a处排出液氮并且向夹套管71a内部供给常温的氮气。由此，使内管61a的温度上升，凝固的氟化氢伴随着上述情况溶解。在入口通路63a中的入口阀6 的下游侧连接有用于将溶解的氟化氢排出到外部的排出通路95a。在排出通路95a中设有用于吸入并输送在夹套管71a内溶解的氟化氢的排出泵96，在排出泵96的上游侧设有在排出氟化氢时开阀的排出阀97a。此外，在排出通路中的排出泵96的下游侧设有除害部98，被排出泵96输送的氟化氢在除害部98处进行无害化处理而被放出。在出口通路65a中的出口阀66a的上游侧连接有用于将从氮气供给源92供给的氮气引导到内管6Ia内的氮气供给通路99a。在氮气供给通路99a中，设有用于切换朝向内管61a的氮气的供给状态和阻断状态的阻断阀87a。从氮气供给源92朝向内管61a的氮气的供给是在排出阀97a全开且排出泵96处于起动状态下进行的。如上所述，在内管61a中，一边向内管61a的内部供给常温的氮气，一边利用排出泵96吸入溶解的氟化氢。由此，排出内管61a内的氟化氢。利用排出泵96进行的内管61a 内的排气一直进行到利用压力计69a检测出的内管61a的内部压力不大于大气压为止。利用排出泵96排出的内管61a内的氟化氢可以返回到氟化氢供给源40而进行再利用，或者，也可以返回到电解槽1而进行再利用。在排出内管61a内的氟化氢后，进行朝向内管61a内的氟气的填充。这样做是因为下述原因为了在第2精制装置16b处于运转状态时内管61b内的凝固的氟化氢的累积量达到了规定量的情况下，能够迅速地切换到第1精制装置16a。朝向内管61a内的氟气的填充过程是经由与第2缓冲罐50相连接的、下游端部与入口通路63a中的入口阀6 的下游相连接的氟气供给通路M进行的。在氟气供给通路 54中设有在朝向内管61a内填充氟气时开阀的阻断阀88a。利用压力调整阀51将第2缓冲罐50的内部压力控制为高于大气压的压力，因此， 利用第2缓冲罐50和内管61a的压差将存储在第2缓冲罐50中的氟气供给到内管61a。 如上所述，朝向内管61a内的氟气的填充过程使用存储在第2缓冲罐50中的氟气。接下来，对以上述方式构成的精制装置16的动作进行说明。利用搭载在氟气生成装置100上的作为控制装置的控制器(未图示)控制以下的精制装置16的动作。控制器基于温度计68a、压力计69a、液面计74a、压力计80a及压差计86a的检测结果，控制各个阀及各个泵的动作。对第1精制装置16a处于运转状态、第2精制装置16b处于待机状态的情况进行说明。在第1精制装置16a中，内管61a的入口阀6 及出口阀66a处于打开状态，处于连续地从电解槽1向内管61a内导入主生成气体的状态。与此相对，在第2精制装置16b中， 内管61b的入口阀64b及出口阀66b处于关闭状态，处于在内管61b内填充有氟气的状态。 如上所述，在电解槽1处生成的氟气只供给到第1精制装置16a。以下，对运转状态的第1精制装置16a进行说明。在第1精制装置16a的夹套管71a中存储有经由液氮供给通路77a导入的液氮，利用上述液氮冷却内管61a。利用压力调整阀81a将夹套管71a的内部压力控制为0. 4MPa。 由此，将夹套管71a内的液氮的温度维持在作为氟的沸点以上且氟化氢的熔点以下的温度的-180°C左右，因此在内管61中仅氟化氢凝固，氟气经由内管61a而被第1泵17输送到第 1缓冲罐21。这里，在电解槽1处生成的主生成气体经由入口通路63a流入到内管61a，经由导管67a及出口通路6 从内管61a流出。导管67a的下端开口部位于内管61a的底部附近， 因此，主生成气体从内管61a的上部流入，从内管61a的下部流出。从而，主生成气体在通过内管61a内的期间充分地被冷却，因此，能够使主生成气体中的氟化氢气体可靠地凝固， 从而完全除掉氟化氢气体。从电解槽1向内管61a内连续地导入主生成气体，因此，夹套管71a内的用于冷却主生成气体的液氮也连续地气化。气化的氮气经由压力调整阀81a向外部放出。在内管61a内凝固的氟化氢的累积量增加且利用压差计86a检测到的内管61a的入口和出口的压差达到规定值的情况下，停止第1精制装置16a的运转，并且起动待机状态的第2精制装置16b，从而进行精制装置16的运转切换。在第1精制装置16a中，在停止运转后进行再生工序。
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以下，也参照图3，对从第1精制状态16a到第2精制装置16b的运转切换和在第 1精制装置16a中的再生工序进行说明。图3是表示第1精制装置16a的内管61a内的压力和温度的时间变化的图表，实线表示压力，单点划线表示温度。图3所示的压力是被压力计69a检测出的，温度是被温度计68a检测出的。如图3所示，当在内管61a内凝固的氟化氢的累积量增加时，内管61a的内部压力上升。然后，当内管61a的内部压力达到规定压力(Ph)且利用压差计86a检测到的内管61a 的入口和出口的压差到达规定值时，进行从第1精制装置16a向第2精制装置16b的运转切换(时间tl)。具体来说，使第2精制装置16b的内管61b的入口阀64b及出口阀66b开阀后，使第1精制装置16a的内管61a的入口阀6 及出口阀66a闭阀。由此，使第2精制装置16b起动并且使第1精制装置16a停止，将来自电解槽1的主生成气体引导到第2精制装置16b。在停止的第1精制装置16a中，进行从夹套管71a排出液氮的操作。具体来说，在液氮供给通路77a的流量控制阀78a全闭而停止朝向夹套管71a供给液氮后，使排出阀91a 全开而排出液氮。之后，使氮气供给通路93a的阻断阀9 开阀而向夹套管71a供给常温的氮气。由此，如图3所示，内管61a内的温度升高到常温程度，内管61a内的氟化氢溶解。在内管61a内的温度上升的过程中，使排出通路95a的排出阀97a开阀而起动排出泵96。由此，利用排出泵96吸入内管61a内的溶解的氟化氢，将其输送到除害部98。此外，与此同时，使氮气供给通路99a的阻断阀87a开阀而向内管61a内供给常温的氮气。如上所述，在内管61a中，向其内部供给常温的氮气，并且排出溶解的氟化氢。在内管61a的内部压力下降到大气压力以下的规定压力(Pl)的情况下(时间t2)，作出完成了内管61a 内的氟化氢的排出的判断，使排出通路％a的排出阀97a及氮气供给通路99a的阻断阀87a 全闭。如上，完成了内管61a内的氟化氢的排出。在完成内管61a内的氟化氢的排出后，为了使第1精制装置16a处于待机状态，向夹套管71a内供给液氮，并且向内管61a内供给氟气。具体来说，在使排出阀91a及氮气供给通路93a的阻断阀9 全闭的状态下，使液氮供给通路77a的流量控制阀78a再次开阀， 从而向夹套管71a内供给液氮(时间t3)。由此，降低内管61a的内部温度。利用压力调整阀81a将夹套管71a的内部压力控制在0. 4MPa,因此，内管61a的内部温度降低到_180°C 左右而维持该温度。此外，在内管61a的内部温度的降低过程中，使氟气供给通路M的阻断阀88a开阀而向内管61a内供给来自第2缓冲罐50的氟气(时间t4)。通过向内管61a 内供给氟气，从而使内管61a的内部压力升高，在上述内部压力升高到大气压的时刻使阻断阀88a闭阀而停止氟气的供给。如上所述，进行朝向内管61a内的氟气的填充。如上，完成第1精制装置16a的再生工序，第1精制装置处于待机状态(时间t5)。如上所述，使用第2缓冲罐50的氟气作为在再生工序中供给到内管61a内的氟气。第2缓冲罐50是用于存储伴随着控制第1缓冲罐21的内部压力而排出的氟气的罐体。也就是说，在再生工序中，将以往从第1缓冲罐21向外部放出的氟气存储在第2缓冲罐50中，使用该存储的氟气。如上所述，使用以往向外部放出的气体作为在再生工序中向内管61a内供给的氟气。如上所述，停止中的第1精制装置16a处于内管61a被冷却到_180°C且在内管61a 中填充有氟气的待机状态。从而，能够在运转中的第2精制装置16b中的内管61b的入口
11和出口的压差达到规定值的情况下，停止第2精制装置16b的运转且迅速地起动第1精制装置16a，从而进行精制装置16的运转切换。若采用以上的实施方式，则能够实现以下所示的作用效果。精制装置16是并列配置至少两台以上的，由于运转切换而停止的系统的精制装置16在从内管61排出氟化氢后，被供给氟气而变为待机状态，因此，该停止的系统处于任意时刻都能够运转的状态。因此，即使在运转中的系统的精制装置16中凝固的氟化氢的累积量增多从而需要使精制装置16停止的情况下，也能够使待机状态的系统的精制装置16 迅速地启动。从而，能够不需要使氟气生成装置100自身停止而向外部装置4稳定地供给風气。此外，在精制工序16的再生工序中向内管61内供给的氟气是以往向外部放出的氟气，因此，能够有效地利用氟气。此外，在再生工序中，通过使用以往向外部放出的氟气， 从而减少了向外部放出的氟气的放出量，减少了在除害部53处处理的氟气量，因此能够降低除害部53的负荷。以下，对上述实施方式的其它的实施方式进行说明。以上的实施方式是使用存储在第2缓冲罐50中的气体作为用于再生工序的氟气的实施方式。代替上述方式，也可以使用存储在第1缓冲罐21中的氟气作为用于再生工序的氟气。在该情况下，氟气供给通路M与第1缓冲罐21相连接。但是，在该情况下，第1 缓冲罐21的压力容易变动，可能会使朝向外部装置4供给的氟气的压力发生变动。从而， 优选如上述实施方式那样，使用存储在第2缓冲罐50中的氟气作为用于再生工序的氟气。本发明并不限定于上述的实施方式，应该理解本发明还包括在其技术方案的范围内能够进行的种种变更。关于以上的说明，在此以引用方式将申请日为2009年4月1日的日本特愿 2009-89444的内容纳入本说明书。工业实用性本发明能够适用于生成氟气的装置。
权利要求
1.一种氟气生成装置，其通过电解熔融盐中的氟化氢来生成氟气，其中， 该氟气生成装置包括电解槽，其存储有熔融盐，在熔融盐液面上分离而区划有第1气室和第2气室，该第1 气室用于引导在浸渍于熔融盐中的阳极处生成的以氟气作为主成分的主生成气体，该第2 气室用于引导在浸渍于熔融盐中的阴极处生成的以氢气作为主成分的副生成气体；精制装置，其用于收集自上述电解槽的熔融盐气化而混入到在上述阳极处生成的主生成气体中的氟化氢气体，从而对氟气进行精制； 控制装置，其用于控制上述精制装置的动作， 上述精制装置并列配置至少两台以上， 该精制装置包括气体流入部，其供包含氟化氢气体的主生成气体流入；冷却装置，其用于在氟气的沸点以上且氟化氢的熔点以下的温度冷却上述气体流入部，使得混入到主生成气体中的氟化氢气体凝固且使氟气通过上述气体流入部； 累积状态检测器，其用于检测在上述气体流入部中的氟化氢的累积状态， 上述控制装置基于上述累积状态检测器的检测结果进行上述精制装置的运转切换，以朝向待机状态的精制装置引导氟气，从由于上述运转切换而停止的精制装置的上述气体流入部排出氟化氢，并向该气体流入部供给氟气，从而使停止中的精制装置处于待机状态。
2.根据权利要求1所述的氟气生成装置，其中， 该氟气生成装置包括第1主通路，其与上述第1气室相连接，且用于向外部装置供给在上述电解槽的上述阳极处生成的氟气；第1缓冲罐，其设在上述第1主通路上，且用于存储氟气； 分支通路，其连接于上述第1缓冲罐；压力调整阀，其设在上述分支通路上，且用于控制上述第1缓冲罐的内部压力； 第2缓冲罐，其用于存储经由上述压力调整阀而从上述第1缓冲罐排出的氟气， 在停止中的精制装置处于待机状态的情况下，向上述气体流入部供给存储在上述第1 缓冲罐或者上述第2缓冲罐中的氟气。
3.根据权利要求1所述的氟气生成装置，其中，在运转切换时从上述气体流入部排出的氟化氢返回到上述电解槽中。
4.根据权利要求1所述的氟气生成装置，其中，该氟气生成装置还包括存储有用于补充到上述电解槽中的氟化氢的氟化氢供给源， 在运转切换时从上述气体流入部排出的氟化氢返回到上述氟化氢供给源中。
全文摘要
本发明提供一种氟气生成装置，其包括用于除去自熔融盐气化而混入到在阳极(7)处生成的主生成气体的氟化氢气体的精制装置，精制装置是并列配置至少两台以上的，其包括供包含氟化氢气体的主生成气体流入的气体流入部和用于冷却流入部的冷却装置，该冷却装置使混入到主生成气体的氟化氢气体凝固并且使氟气通过气体流入部，控制装置基于用于检测在气体流入部处的氟化氢的累积状态的累积状态检测器的检测结果进行精制装置的运转切换，以向待机状态的精制装置引导氟气，通过从由于运转切换而停止的精制装置的气体流入部排出氟化氢并向气体流入部供给氟气，从而使停止中的精制装置处于待机状态。
文档编号C25B1/24GK102369311SQ20108001470
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月4日 优先权日2009年4月1日
发明者八尾章史, 宫崎达夫, 毛利勇 申请人:中央硝子株式会社