專利名稱：氟氣生成裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氟氣生成裝置。
背景技術：
作為現(xiàn)有的氟氣生成裝置，已知有通過使用電解槽電解而生成氟氣的裝置。JP2004-43885A中公開了一種氟氣生成裝置，其具備在由含有氟化氫的熔融鹽而成的電解浴中將氟化氫電解的電解槽，在陽極側的第I氣相部分中產生以氟氣為主成分的產品氣，并且，在陰極側的第2氣相部分中產生以氫氣為主成分的副產氣。在這種氟氣生成裝置中，從電解槽的陽極產生的氟氣中混入由熔融鹽氣化的氟化氫氣體。因此，需要從由陽極產生的氣體中分離出氟化氫而對氟氣進行精制。 JP2004-39740A中公開了一種裝置，其將氟氣成分與氟氣成分以外的成分冷卻，利用雙方的沸點不同而進行分離。

發(fā)明內容
如JP2004-39740A中所述的精制氟氣的裝置中，作為冷卻介質使用的液氮等在精制的過程中放出到大氣中而沒有被有效地利用。本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，其目的是有效利用用于精制氟氣的冷卻介質。本發(fā)明是通過將熔融鹽中的氟化氫電解，從而生成氟氣的氟氣生成裝置，其具備電解槽，其在熔融鹽液面上隔離、劃分為第I氣室和第2氣室，在浸潰于熔融鹽中的陽極處生成的以氟氣為主成分的主產氣體被導入該第I氣室，在浸潰于熔融鹽中的陰極處生成的以氫氣為主成分的副產氣體被導入該第2氣室；以及精制裝置，其使用冷卻介質，使從所述電解槽的熔融鹽中氣化而混入到由所述陽極生成的主產氣體中的氟化氫氣體凝固并捕集，從而精制氟氣；在所述精制裝置中為了凝固氟化氫氣體而被使用并被排出的所述冷卻介質作為氟氣生成裝置的各處中使用的公用氣體(utility gas)再利用。根據本發(fā)明，在精制裝置中為了凝固氟化氫氣體而被使用并被排出的冷卻介質作為氟氣生成裝置各處中使用的公用氣體再利用，因此可以有效地利用用于精制氟氣的冷卻介質。


圖I所示為本發(fā)明的實施方式的氟氣生成裝置的系統(tǒng)圖。圖2為精制裝置的系統(tǒng)圖。圖3所示為精制裝置內管內的壓力與溫度的時間變化圖，實線表示壓力，單點劃線表示溫度。圖4是氮氣回收設備的系統(tǒng)圖。
具體實施方式
以下參照

本發(fā)明的實施方式。參照圖I說明本發(fā)明的實施方式的氟氣生成裝置100。氟氣生成裝置100通過電解生成氟氣，將所生成的氟氣供給到外部裝置4。外部裝置4例如是半導體制造裝置，在該情況下，氟氣例如在半導體的制造工序中作為清洗氣使用。氟氣生成裝置100具備通過電解生成氟氣的電解槽I、將由電解槽I生成的氟氣供給到外部裝置4的氟氣供給系統(tǒng)2、以及對伴隨氟氣生成而生成的副產氣體進行處理的副產氣體處理系統(tǒng)3。 首先，說明電解槽I。在電解槽I中積存有含有氟化氫(HF)的熔融鹽。本實施方式中，作為熔融鹽，使用氟化氫與氟化鉀(KF)的混合物(KF · 2HF)。電解槽I的內部通過在熔融鹽中浸潰的隔墻(partition wall)6劃分為陽極室11與陰極室12。在陽極室11和陰極室12中的熔融鹽中分別浸潰有陽極7和陰極8。通過從電源9向陽極7與陰極8之間供給電流，在陽極7中生成以氟氣(F2)為主成分的主產氣體，在陰極8中生成以氫氣(H2)為主成分的副產氣體。陽極7使用碳電極，陰極8使用軟鐵、蒙乃爾合金(monel)或鎳。電解槽I內的熔融鹽液面上，導入在陽極7處生成的氟氣的第I氣室Ila與導入在陰極8處生成的氫氣的第2氣室12a通過隔墻6劃分成氣體不能相互往來。這樣，為了防止氟氣與氫氣的混合接觸導致的反應，第I氣室Ila與第2氣室12a通過隔墻6被完全隔離。與此相對，陽極室11與陰極室12的熔融鹽沒有通過隔墻6被隔離，而是通過隔墻6的下方連通。由于KF.2HF的熔點為71.7°C，因此，熔融鹽的溫度被調節(jié)至9(TlO(TC。由電解槽I的陽極7和陰極8處生成的氟氣和氫氣之中，分別以僅蒸氣壓程度的量混入由熔融鹽氣化的氟化氫。這樣，在陽極7處生成并被導入到第I氣室Ila中的氟氣和在陰極8處生成并被導入到第2氣室12a中的氫氣之中分別含有氟化氫氣體。電解槽I中設有作為檢測所積存的熔融鹽的液面水平的液面水平檢測器的液面計13。液面計13是檢測通過插入到電解槽I內的插入管13a將一定流量的氮氣吹掃到熔融鹽中時的背壓，由該背壓與熔融鹽的液體比重檢測液面水平的背壓式液面計。接著，說明氣氣供給系統(tǒng)2。第I氣室Ila連接用于將氟氣供給到外部裝置4的第I主通路15。第I主通路15上設有將氟氣從第I氣室Ila導出并輸送的第I泵17。第I泵17使用風箱泵(bellows pump)、隔膜泵(diaphragm pump)等容積型泵。在第I主通路15中的第I泵17的上游設有捕集在主產氣體中混入的氟化氫氣體并精制氟氣的精制裝置16。精制裝置16是利用氟與氟化氫的沸點的不同，從氟氣中分離并除去氟化氫氣體的裝置。精制裝置16由并列設置的第I精制裝置16a與第2精制裝置16b兩個系統(tǒng)構成，并以氟氣僅通過任一個系統(tǒng)的方式進行切換。即，第I精制裝置16a和第2精制裝置16b中的一個處于運轉狀態(tài)時，另一個處于停止或待機狀態(tài)。精制裝置16將在下文詳述。在第I主通路15中的第I泵17的下游設有用于積存通過第I泵17輸送的氟氣的第I緩沖罐21。第I緩沖罐21中積存的氟氣供給到外部裝置4。在第I緩沖罐21的下游設有檢測供給到外部裝置4的氟氣的流量的流量計26。根據流量計26的檢測結果，電源9控制供給陽極7與陰極8之間的電流值。具體而言，控制陽極7中的氟氣的生成量，以便補充供給到外部裝置4的氟氣。這樣，以補充供給到外部裝置4的氟氣的方式進行控制，第I緩沖罐21的內部壓力被維持在比大氣壓高的壓力。與此相對，使用氟氣的外部裝置4側是大氣壓，因此，如果打開外部裝置4中設置的閥門，則通過第I緩沖罐21與外部裝置4之間的壓力差，氟氣從第I緩沖罐21供給到外部裝置4。第I緩沖罐21連接有分支通路22，分支通路22上設有控制第I緩沖罐21的內部壓力的壓力調節(jié)閥23。另外，第I緩沖罐21設有檢測內部壓力的壓力計24。根據壓力計 24的檢測結果，壓力調節(jié)閥23控制第I緩沖罐21的內部壓力使不超過預定的規(guī)定壓力。具體而言，第I緩沖罐21的內部壓力超過l.OMPa時打開閥門，排出第I緩沖罐21內的氟氣。在分支通路22中的壓力調節(jié)閥23的下游設有用于積存從第I緩沖罐21排出的氟氣的第2緩沖罐50。S卩，第I緩沖罐21的內部壓力超過規(guī)定壓力時，通過壓力調節(jié)閥23，排出第I緩沖罐21內的氟氣，該排出的氟氣被導入到第2緩沖罐50中。第2緩沖罐50的容積比第I緩沖罐21小。在分支通路22中的第2緩沖罐50的下游設有控制第2緩沖罐50的內部壓力的壓力調節(jié)閥51。另外，在第2緩沖罐50設有檢測內部壓力的壓力計52。根據壓力計52的檢測結果，壓力調節(jié)閥51控制第2緩沖罐50的內部壓力使其達到預定的規(guī)定壓力。通過壓力調節(jié)閥51從第2緩沖罐50排出的氟氣在除害部53中無害化后排出。第2緩沖罐50連接有用于將氟氣供給到精制裝置16的氟氣供給通路54。接著，說明副產氣體處理系統(tǒng)3。第2氣室12a連接有用于將氫氣排出到外部的第2主通路30。在第2主通路30上設有將氫氣從第2氣室12a導出并輸送的第2泵31。第2主通路30中的第2泵31的下游設有除害部34，通過第2泵31輸送的氫氣在除害部34中被無害化后排出。氟氣生成裝置100還具備用于向電解槽I的熔融鹽中供給作為氟氣原料的氟化氫的原料供給系統(tǒng)5。以下說明原料供給系統(tǒng)5。原料供給系統(tǒng)5具備積存用于補充到電解槽I中的氟化氫的氟化氫供給源40。氟化氫供給源40與電解槽I經由原料供給通路41連接。氟化氫供給源40中積存的氟化氫通過原料供給通路41供給到電解槽I的熔融鹽中。原料供給通路41中設有控制氟化氫的供給流量的流量控制閥42。根據液面計13的檢測結果，流量控制閥42控制氟化氫的供給流量，使得電解槽I的熔融鹽的液面水平達到預定的規(guī)定水平。即，流量控制閥42控制氟化氫的供給流量，以便補給熔融鹽中被電解的氟化氫。另外，原料供給通路41連接有將從載氣供給源45供給的載氣導入到原料供給通路41內的載氣供給通路46。在載氣供給通路46上設有切換載氣的供給和阻隔的阻隔閥47。載氣是用于將積存在氟化氫供給源40中的氟化氫導入到電解槽I的熔融鹽中的伴隨氣體，使用屬于非活性氣體的氮氣。在氟氣生成裝置100運轉時，阻隔閥47原則上為打開狀態(tài)，氮氣供給到電解槽I的陰極室12的熔融鹽中。氮氣在熔融鹽中幾乎不溶解，通過副產氣體處理系統(tǒng)3從第2氣室12a排出。接著，參照圖2說明精制裝置16。由于第I精制裝置16a和第2精制裝置16b具備相同構成，因此，以下以第I精制裝置16a為中心進行說明，關于第2精制裝置16b而言，在與第I精制裝置16a相同的構成中在附圖中給予相同的附圖標記并省略說明。在第I精制裝置16a的構成中在附圖標記中附上“a”、在第2精制裝置16b的構成中在附圖標記中附上“b”，從而進行區(qū)別。第I精制裝置16a具備內管61a，其作為流入含有氟化氫氣體的氟氣的氣體流入部；以及冷卻裝置70a，其以氟的沸點以上且氟化氫的熔點以下的溫度冷卻內管61a，使得氟氣中混入的氟化氫氣體凝固，另一方面，氟氣通過內管61a。 內管61a是有底筒狀部件，上部開口用蓋部件62a密封。內管61a的蓋部件62a連接入口通路63a，該入口通路63a將在陽極7處生成的氟氣導入到內管6Ia內。入口通路63a是第I主通路15的兩個分支中的一個，另一個入口通路63b連接第2精制裝置16b的內管61b。入口通路63a中設有容許或阻隔氟氣流入內管61a的入口閥64a。在內管61a的蓋部件62a的內面連接下垂在內管61a內而設置的導管67a。導管67a的下端開口部以位于內管61a的底部附近的長度形成。導管67a的上端部與出口通路65a連接，該出口通路65a與蓋部件62a連接并用于從內管61a排出氟氣。因此，內管61a內的氟氣通過導管67a和出口通路65a流出到外部。在出口通路65a中設有容許或阻隔氟氣從內管61a流出的出口閥66a。出口通路65a與第2精制裝置16b的出口通路65b合流，與第I泵17連接。這樣，陽極7處生成的氟氣通過入口通路63a流入到內管61a，通過導管67a和出口通路65a從內管61a流出。第I精制裝置16a為運轉狀態(tài)時，入口閥64a和出口閥66a為打開狀態(tài)，第I精制裝置16a為停止或待機狀態(tài)時，入口閥64a和出口閥66a為關閉狀態(tài)。內管61a中以插通蓋部件62a的方式設有檢測內部溫度的溫度計68a。另外，入口通路63a中設有檢測內管61a的內部壓力的壓力計69a。冷卻裝置70a具備可部分容納內管61a且在內部可積存作為冷卻介質的液氮的套管71a以及對套管71a供給和排出液氮的液氮供給排出系統(tǒng)72a。套管71a是有底筒狀部件，上部開口用蓋部件73a密封。內管61a以上部側從蓋部件73a突出的狀態(tài)，在套管71a內同軸地容納。具體而言，內管61a的8、成左右容納在套管71a內。接著說明液氮供給排出系統(tǒng)72a。套管71a的蓋部件73a連接有液氮供給通路77a，其將從液氮供給源76供給的液氮導入至套管71a內。在套管71a的蓋部件73a的內面連接有下垂在套管71a內而設置的導管82a，導管82a的上端部與液氮供給通路77a連接。因此，從液氮供給源76供給的液氮通過液氮供給通路77a和導管82a導入至套管71a內。導管82a的下端開口部以位于套管71a的底部附近的長度形成。液氮供給通路77a中設有控制液氮供給流量的流量控制閥78a。在液氮供給通路77a的流量控制閥78a的下游設有檢測套管71a的內部壓力的壓力計80a。套管71a內由液氮和氣化的氮氣的2層構成，液氮的液面水平通過以插通蓋部件73a的方式設置的液面計74a來檢測。套管71a的蓋部件73a與用于排出套管71a內的氮氣的氮氣排出通路79a連接。氮氣排出通路79a中設有控制套管71a 的內部壓力的壓力調節(jié)閥81a。壓力調節(jié)閥81a根據壓力計80a的檢測結果進行控制，使得套管71a的內部壓力達到預先規(guī)定的規(guī)定壓力。該規(guī)定壓力以使得套管71a內的液氮的溫度為氟的沸點(_188°C)以上且氟化氫的熔點(_84°C)以下的溫度的方式被確定。具體而言，設定為O. 4MPa，使得套管71a內的液氮溫度達到_180°C左右。這樣，壓力調節(jié)閥81a將套管71a的內部壓力控制為O. 4MPa，使得套管71a內的液氮的溫度維持在_180°C左右。通過壓力調節(jié)閥81a排出的氮氣被導入至下述氮氣緩沖罐210 (參照圖4)。由于套管71a內的液氮氣化而被排出，由此，套管71a內的液氮減少。因此，根據液面計74a的檢測結果，流量控制閥78a控制從液氮供給源76向套管71a供給液氮的供給流量，使得套管71a內的液氮的液面水平能維持恒定。為了抑制套管71a與外部的熱傳遞，可以在套管71a的外側設置保溫用的絕熱材料或真空絕熱層。內管61a通過套管71a冷卻至氟的沸點以上且氟化氫的熔點以下的溫度，因此，在內管61a內，僅有混入到氟氣中的氟化氫凝固，氟氣通過內管61a。由于氟氣從電解槽I連續(xù)地導入至內管61a內，因此隨著時間的經過，內管61a內凝固的氟化氫被蓄積。凝固的氟化氫的蓄積量達到規(guī)定量時，停止第I精制裝置16a的運轉，并且，起動處于待機狀態(tài)的第2精制裝置16b，進行精制裝置16的運轉切換。對于運轉切換將在后面詳述。對于凝固的氟化氫的蓄積量是否達到規(guī)定量而言，根據在內管61a的入口通路63a與出口通路65a之間設置的壓差計86a的檢測結果，即根據內管61a的入口與出口的壓差來判定。內管61a的入口與出口的壓差達到規(guī)定值時，判斷內管61a內凝固的氟化氫的蓄積量達到規(guī)定量，使第I精制裝置16a停止。壓差計86a相當于檢測內管61a中的氟化氫的蓄積狀態(tài)的蓄積狀態(tài)檢測手段。代替壓差計，可以用壓力計69a檢測內管61a中的氟化氫的蓄積狀態(tài)。通過關閉內管61a的入口閥64a和出口閥66a來進行第I精制裝置16a的停止。第I精制裝置16a停止之后，需要將在內管61a內蓄積的凝固氟化氫排出，使第I精制裝置16a處于待機狀態(tài)。即，需要進行第I精制裝置16a的再生工序。接下來說明進行第I精制裝置16a的再生工序的系統(tǒng)。在套管71a的底部連接用于排出套管71a內的液氮的液氮排出通路90a。液氮排出通路90a中設有可通過打開閥門而排出套管71a的液氮的排出閥91a。通過排出閥91a排出的液氮被導入至氮氣緩沖罐210(參照圖4)。另外，液氮供給通路77a中的流量控制閥78a的下游連接將由氮氣供給源92供給的氮氣導入至套管71a內的氮氣供給通路93a。在氮氣供給通路93a中設有切換氮氣向套管71a中供給和阻隔的阻隔閥94a。氮氣從氮氣供給源92向套管71a中的供給在排出閥91a全開且流量控制閥78a全閉的狀態(tài)下進行。氮氣使用常溫的氣體。這樣，在套管71a中，排出液氮并將常溫的氮氣供給到內部。由此，內管61a的溫度上升，與此相隨，凝固的氟化氫熔化。在入口通路63a中的入口閥64a的下游，連接用于將熔化的氟化氫排出到外部的排出通路95a。排出通路95a中設有用于吸入、輸送套管71a內熔化的氟化氫的排出泵96。在排出泵96的上游，設有在排出氟化氫時打開的排出閥97a。另外，在排出通路95a的排出泵96的下游設有除害部98，用排出泵96輸送的氟化氫在除害部98中無害化后被放出。出口通路65a中的出口閥66a的上游連接氮氣供給通路99a，該氮氣供給通路99a將由氮氣供給源92供給的氮氣導入至內管61a內。在氮氣供給通路99a中設有切換氮氣在內管61a中的供給和阻隔的阻隔閥87a。氮氣從氮氣供給源92向內管61a的供給在排出閥97a全開且排出泵96起動狀態(tài)下進行。這樣，在內管61a中，將常溫的氮氣供給到內部，并且熔化的氟化氫通過排出泵96 被吸入。由此，內管61a內的氟化氫被排出。利用排出泵96的內管61a內的排氣進行至利用壓力計69a檢測到的內管61a的內部壓力為大氣壓以下為止。通過排出泵96排出的內管61a內的氟化氫可以返回到氟化氫供給源40或電解槽I中，進行再利用。排出內管61a內的氟化氫之后，向內管61a內填充氟氣。這是因為，在第2精制裝置16b處于運轉中的情況下，內管61b內凝固的氟化氫的蓄積量達到規(guī)定量時，要迅速切換到第I精制裝置16a。氟氣在內管61a內的填充通過與第2緩沖罐50連接、且下游端部與入口通路63a中的入口閥64a的下游連接的氟氣供給通路54進行。氟氣供給通路54中設有氟氣向內管61a內填充時打開的阻隔閥88a。第2緩沖罐50的內部壓力通過壓力調節(jié)閥51控制在比大氣壓更高的壓力下，因此，由第2緩沖罐50與內管61a的壓差，在第2緩沖罐50中積存的氟氣供給到內管61a。這樣，使用第2緩沖罐50中積存的氟氣進行氟氣在內管61a內的填充。接著，說明如上構成的精制裝置16的操作。以下示出的精制裝置16的操作通過安裝在氟氣生成裝置100中的控制器(未圖示)來控制?？刂破鞲鶕囟扔?8a、壓力計69a、液面計74a、壓力計80a以及壓差計86a的檢測結果控制各閥和各泵的操作。說明第I精制裝置16a為運轉狀態(tài)、第2精制裝置16b為待機狀態(tài)的情況。在第I精制裝置16a中，內管61a的入口閥64a和出口閥66a為打開狀態(tài)，是氟氣從電解槽I連續(xù)地導入至內管61a內的狀態(tài)。與此相對，在第2精制裝置16b中，內管61b的入口閥64b和出口閥66b為關閉狀態(tài)，是氟氣填充到內管61b內的狀態(tài)。這樣，電解槽I中生成的氟氣僅供給到第I精制裝置16a。以下說明處于運轉狀態(tài)的第I精制裝置16a。通過液氮供給通路77a導入的液氮在第I精制裝置16a的套管71a中積存，內管61a被該液氮冷卻。套管71a的內部壓力通過壓力調節(jié)閥81a控制在O. 4MPa。由此，套管71a內的液氮的溫度被維持在氟的沸點以上且氟化氫的熔點以下的溫度即_180°C左右，因此，僅氟化氫在內管61a中凝固，氟氣通過內管61a，通過第I泵17被輸送到第I緩沖罐21中。在此處，電解槽I中生成的氟氣通過入口通路63a，流入到內管61a中，通過導管67a和出口通路65a流出。由于導管67a的下端開口部位于內管61a的底部附近，因此，氟氣從內管61a的上部流入，從內管61a的下部流出。因此，氟氣通過內管61a內的過程中被充分冷卻，使氟氣中的氟化氫可靠地凝固而能夠完全除去氟化氫。由于氟氣從電解槽I中連續(xù)地導入至內管61a內，因此，冷卻該氟氣的套管71a內的液氮也連續(xù)地氣化。氣化的氮氣通過氮氣排出通路79a排出到氮氣緩沖罐210中(參照圖4)。內管61a內凝固的氟化氫的蓄積量增加，通過壓差計86a檢測到的內管61a的入口和出口的壓差達到規(guī)定值時，停止第I精制裝置16a的運轉，并且，起動待機狀態(tài)的第2精制裝置16b，進行精制裝置16的運轉切換。在第I精制裝置16a中，運轉停止之后，進行
再生工序。以下參照圖3說明從第I精制裝置16a運轉切換到第2精制裝置16b的工序以及第I精制裝置16a中的再生工序。圖3所示為第I精制裝置16a的內管61a內的壓力與溫度的時間變化的曲線圖，實線表示壓力，單點劃線表示溫度。圖3所示的壓力通過壓力計69a來檢測，溫度通過溫度計68a來檢測。如圖3所示，內管61a內凝固的氟化氫的蓄積量增加時，內管61a的內部壓力上升。然后，內管61a的內部壓力達到規(guī)定壓力(Ph)，通過壓差計86a檢測的內管61a的入口與出口的壓差達到規(guī)定值時，從第I精制裝置16a運轉切換到第2精制裝置16b (時間tI)。具體而言，第2精制裝置16b的內管61b的入口閥64b和出口閥66b打開之后，第I精制裝置16a的內管61a的入口閥64a和出口閥66a關閉。由此，第2精制裝置16b起動，并且第I精制裝置16a停止，來自電解槽I的氟氣被導入至第2精制裝置16b中。在停止的第I精制裝置16a中，液氮從套管71a中排出。具體而言，液氮供給通路77a的流量控制閥78a全閉，停止向套管71a供給液氮之后，排出閥91a打開，液氮通過液氮排出通路90a排出到氮氣緩沖罐210 (參照圖4)。在此處，氮氣緩沖罐210的壓力比套管71a的壓力更高時，可以打開壓力調節(jié)閥81a，通過氮氣排出通路79a將氮氣緩沖罐210內的氮氣導入至套管71a中，促進套管71a的液氮的排出。此后，氮氣供給通路93a的阻隔閥94a打開，常溫的氮氣供給到套管71a中。由此，如圖3所示，內管61a內的溫度上升到常溫左右，內管61a內的氟化氫熔化。在內管61a內的溫度上升過程中，排出通路95a的排出閥97a打開，排出泵96起 動。由此，內管61b內熔化的氟化氫通過排出泵96被吸入，輸送到除害部98。另外，與此同時，氮氣供給通路99a的阻隔閥87a打開，常溫的氮氣供給到內管61a內。這樣，在內管61a中，將常溫的氮氣供給到內部，并且排出熔化的氟化氫。內管61a的內部壓力降低到大氣壓以下的規(guī)定壓力(Pl)時(時間t2)，判斷內管61a內的氟化氫的排出結束，排出通路95a的排出閥97a和氮氣供給通路99a的阻隔閥87a全閉。以上完成了內管61a內的氟化氫的排出。內管61a內的氟化氫的排出結束之后，第I精制裝置16a應設為待機狀態(tài)，將液氮供給到套管71a內，并且將氟氣供給到內管61b內。具體而言，在排出閥91a和氮氣供給通路93a的阻隔閥94a全閉的狀態(tài)下，液氮供給通路77a的流量控制閥78a再次打開，液氮供給套管71a內(時間t5)。由此，內管61a的內部溫度降低。套管71a的內部壓力通過壓力調節(jié)閥81a被控制在O. 4MPa，因此，內管61a的內部溫度能降低并維持至_180°C左右。另夕卜，在內管61a的內部溫度降低的過程中，氟氣供給通路54的阻隔閥88a打開，將第2緩沖罐50的氟氣供給到內管61a內(時間t4)。通過將氟氣供給到內管61a內，內管61a的內部壓力上升，上升到大氣壓時，阻隔閥88a關閉，停止氟氣供給。這樣，將氟氣填充到內管61a內。以上完成了第I精制裝置16a的再生工序，第I精制裝置處于待機狀態(tài)(時間t5)。這樣，在再生工序中供給到內管61a內的氟氣使用第2緩沖罐50的氟氣。第2緩沖罐50是積存伴隨第I緩沖罐21的內部壓力的控制而排出的氟氣的罐。即，以往將從第 I緩沖罐21放出到外部的氟氣積存在第2緩沖罐50中，該積存的氟氣在再生工序中使用。這樣，在再生工序中供給到內管61a內的氟氣使用以往被放出到外部的氣體。如上所述，停止中的第I精制裝置16a是將內管61a冷卻至_180°C，并且將氟氣填充到內管61a內的待機狀態(tài)。因此，運轉中的第2精制裝置16b的內管61b的入口與出口的壓差達到規(guī)定值時，停止第2精制裝置16b的運轉，并且迅速起動第I精制裝置16a，可以進行精制裝置16的運轉切換。接著，參照圖4對在精制裝置16中附帶設置的氮氣回收設備200進行說明。氮氣回收設備200回收在精制裝置16的冷卻裝置70a、70b中為了凝固氟化氫氣體而被使用并被排出的氮氣和液氮，將氮氣作為在氟氣生成裝置100的各處中使用氮氣的公用氣體供給。氮氣回收設備200具備將在精制裝置16的冷卻裝置70a、70b中為了凝固氟化氫氣體而被使用并被排出的氮氣和液氮回收并暫時保存的氮氣緩沖罐210。氮氣緩沖罐210連接氮氣排出通路79a、79b的下游端和液氮排出通路90a、90b的下游端。因此，氮氣緩沖罐210通過氮氣排出通路79a、79b回收從套管71a、71b排出的氮氣，并且通過液氮排出通路90a、90b回收從套管7la、7Ib排出的液氮。氮氣緩沖罐210配置在套管71a、71b的下方，因此，通過打開液氮排出通路90a、90b的排出閥91a、91b，套管71a、71b內的液氮由于重力排出到氮氣緩沖罐210中。然而，氮氣緩沖罐210可以配置在與套管71a、71b相同的水平或配置在套管71a、71b的上方。在該情況下，為了將套管71a、71b內的液氮排出到氮氣緩沖罐210中，需要在液氮排出通路90a、90b中設置泵。另外，代替設置泵，可以通過對套管71a、71b內的氣相部分加壓，將套管71a、71b內的液氮排出到氮氣緩沖罐210中。氮氣緩沖罐210還連接分支液氮供給通路201的下游端，該分支液氮供給通路201從與液氮供給源76連接的液氮供給通路77a (參照圖2)分支出來。在分支液氮供給通路201上設有流量控制閥202，其控制液氮從液氮供給源76到氮氣緩沖罐210中的供給流量，從而將氮氣緩沖罐210中積存的液氮的液面水平控制在預定的規(guī)定水平。氮氣緩沖罐210內由液氮與氮氣兩層構成，液氮的液面水平通過作為液面水平檢測器的液面計203檢測。流量控制閥202根據液面計203的檢測結果控制液氮的供給流量，使得氮氣緩沖罐210的液氮的液面水平達到預定的規(guī)定水平。在此處，氮氣排出通路79a、79b以下游端在氮氣緩沖罐210的液體中插入的方式配置時，由于通過氮氣排出通路79a、79b回收的氮氣導入到液體中，因此氮氣緩沖罐210內的液氮的液面發(fā)生動蕩。因此，難以通過液面計203以良好的精度檢測氮氣緩沖罐210內的液氮的液面水平。因此，理想的是，氮氣排出通路79a、79b如圖4所示以氮氣導入到氮氣緩沖罐210的氣相部分中的方式配置。氮氣緩沖罐210連接用于將內部的氮氣放出到大氣中的放出通路204。另外，放出通路204上設有檢測氮氣緩沖罐210的內部壓力的壓力計205以及控制氮氣緩沖罐210的內部壓力的壓力控制閥206。壓力控制閥206根據壓力計205的檢測結果控制氮氣緩沖罐210的內部壓力使其達到預定的規(guī)定壓力。具體而言，控制氮氣緩沖罐210的內部壓力為O. 4MPa，內部壓力為O. 4MPa以上時，打開閥門，通過放出通路204將內部的氮氣放出到大氣中。如上所述，氮氣緩沖罐210中回收在精制裝置16的冷卻裝置70a、70b中為了凝固氟化氫氣體而被使用并被排出的氮氣和液氮，回收的氮氣和液氮在氮氣緩沖罐210的液面水平和內部壓力被控制的狀態(tài)下保存。氮氣緩沖罐210連接公用氣體供給通路207，其用于將內部的氮氣作為氟氣生成裝置100各處使用的公用氣體供給。公用氣體供給通路207以在途中分支為多個的方式形成，氮氣在氟氣生成裝置100的各處中被利用。以下列舉了氮氣的利用去處。(I)供給到載氣供給通路46中的阻隔閥47的上游，作為用于將氟化氫導入至熔融鹽中的伴隨氣體再利用(參照圖I)。(2)通過液面計13的插入管13a，作為電解槽I的熔融鹽中吹掃的氮氣再利用(參照圖I)。(3)供給到第2氣室12a，作為使氫氣濃度降低的防爆用的稀釋氣體再利用(參照圖I)。稀釋氣體的供給去處不限于第2氣室12a，可以供給到副產氣體處理系統(tǒng)3的任何地方。(4)供給到氮氣供給通路93a、93b中的阻隔閥94a、94b的上游，作為用于將液氮從套管71a、71b內排出的氣體再利用(參照圖2)。另外，同樣地，供給到氮氣供給通路99a、99b中的阻隔閥87a、87b的上游，作為用于排出內管61a、61b內的氟化氫的氣體再利用(參照圖2)。(5)供給到第I主通路15中的流量計26的下游，作為氟氣的稀釋氣體再利用(參照圖I)。(6)作為用于驅動排出泵96的工作氣體再利用，該排出泵96用于吸入套管71a內熔化的氟化氫(參照圖2 )。如上所述，氮氣緩沖罐210中暫時保存的氮氣和液氮在氟氣生成裝置100的各處中作為公用氣體再利用。根據以上實施方式發(fā)揮了以下所示的作用效果。在精制裝置16中為了凝固氟化氫氣體而被使用并被排出的氮氣和液氮不放出到外部，而作為氟氣生成裝置100各處中使用的公用氣體再利用。因此，可以有效利用用于氟氣精制的液氮。以下說明上述實施方式的其他方式。(I)上述實施方式中，從精制裝置16的冷卻裝置70a、70b排出的氮氣和液氮在氮氣緩沖罐210中回收之后，氮氣在氟氣生成裝置100的各處再利用。取而代之，從冷卻裝置70a、70b排出的氮氣和液氮可以在氟氣生成裝置100的各處中直接再利用。在該情況下，需要在液氮排出通路90a、90b的下游側設置加熱器進行加熱，使液氮氣化。然而，從冷卻裝置70a、70b排出的氮氣和液氮在氮氣緩沖罐210中回收的方法能夠將氮氣穩(wěn)定地供給到各處，因此比直接再利用的方法更理想。(2)在上述實施方式中，使用液氮作為精制裝置16中使用的冷卻介質。然而，冷卻介質不限于液氮，還可以使用液體氬等。(3)在上述實施方式中，將精制裝置16并列配置2臺，由2個系統(tǒng)構成，然而，也可以將3臺以上的精制裝置16并列配置，由3個系統(tǒng)以上構成。(4)上述實施方式中，作為再生工序中使用的氟氣，使用第2緩沖罐50中積存的氣體。取而代之，作為再生工序中使用的氟氣，可以使用第I緩沖罐21中積存的氟氣。在該情況下，氟氣供給通路54與第I緩沖罐21連接。然而，在該情況下，第I緩沖罐21的壓力容易變動，供給到外部裝置4的氟氣的壓力有可能變動。因此，如上述實施方式那樣，作為再生工序中使用的氟氣，理想的是使用第2緩沖罐50中積存的氟氣。
以上說明了本發(fā)明的實施方式，但上述實施方式不過示出了一部分本發(fā)明應用例，本發(fā)明的技術范圍不限于上述實施方式的具體構成。本申請要求基于2010年I月5日向日本特許廳提交的日本特愿2010-532的優(yōu)先權，該申請的全部內容作為參照并入到本說明書中。
權利要求
1.一種氟氣生成裝置，其通過將熔融鹽中的氟化氫電解，從而生成氟氣，該裝置具備 電解槽，其中貯存熔融鹽，并在熔融鹽液面上隔離、劃分為第I氣室和第2氣室，在浸潰于熔融鹽中的陽極處生成的以氟氣為主成分的主產氣體被導入所述第I氣室，在浸潰于熔融鹽中的陰極處生成的以氫氣為主成分的副產氣體被導入所述第2氣室；和 精制裝置，其使用冷卻介質使從所述電解槽的熔融鹽中氣化而混入到由所述陽極生成的主產氣體中的氟化氫氣體凝固并捕集，從而精制氟氣， 在所述精制裝置中為了凝固氟化氫氣體而被使用并被排出的冷卻介質作為在氟氣生成裝置的各處中使用的公用氣體再利用。
2.根據權利要求I所述的氟氣生成裝置，其中，所述精制裝置具備緩沖罐，其回收并暫時保存為了凝固氟化氫氣體而被使用并被排出的冷卻介質。
3.根據權利要求I所述的氟氣生成裝置，其中，所述精制裝置具備 氣體流入部,其中流入包含氟化氫氣體的主產氣體；和 冷卻裝置，其使用所述冷卻介質，以氟的沸點以上且氟化氫的熔點以下的溫度冷卻所述氣體流入部，使得主產氣體中混入的氟化氫氣體凝固，另一方面，氟氣通過所述氣體流入部，從所述冷卻裝置排出的所述冷卻介質作為公用氣體再利用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氟氣生成裝置，其具備電解槽，其在熔融鹽液面上隔離、劃分為第1氣室和第2氣室，在浸漬于熔融鹽中的陽極處生成的以氟氣為主成分的主產氣體被導入該第1氣室，在浸漬于熔融鹽中的陰極處生成的以氫氣為主成分的副產氣體被導入該第2氣室；以及精制裝置，其使用冷卻介質，使從電解槽的熔融鹽中氣化而混入到由陽極生成的主產氣體中的氟化氫氣體凝固并捕集，從而精制氟氣；在精制裝置中為了凝固氟化氫氣體而被使用并被排出的冷卻介質作為氟氣生成裝置的各處中使用的公用氣體再利用。
文檔編號C25B1/24GK102713009SQ20108006075
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權日2010年1月5日
發(fā)明者八尾章史, 宮崎達夫, 德永敦之, 菊池亞紀應 申請人:中央硝子株式會社