氣體產生裝置的製作方法

2023-05-21 08:45:36

專利名稱：氣體產生裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種產生氣體的氣體產生裝置。
背景技術：
以往，在半導體的製造エ序等中，在材料的清洗以及表面改質等的各種用途中使用氟氣。此時，有時使用氟氣自身，有時使用基於氟氣而合成的NF3 (三氟化氮)氣體、NeF(氟化氖)氣體、以及ArF (氟化氬)氣體等的各種氟類氣體。在這樣的エ地中，為了穩定地供給氟氣，使用例如將HF (氟化氫)電解而產生氟氣的氟氣產生裝置。專利文獻I所示的氟氣產生裝置具有電解槽。電解槽內藉助分隔壁被區劃為陰極 室以及陽極室。在電解槽內形成由KF — HF類混合熔融鹽構成的電解浴。在陰極室內設置陰極，在陽極室內設置陽扱。通過HF供給線向電解槽內的電解浴供給HF，進行HF的電解。由此，從電解槽的陰極產生氫氣，從陽極產生氟氣。在陰極室的上部設置有氫氣的出口。在陰極室內產生的氫氣從出ロ經由陰極側的氫氣線而被排出。在氫氣線中夾插自動閥以及HF吸附塔。在HF吸附塔中填充粒狀的NaF(氟化鈉)顆粒。由此，混入氫氣的HF在HF吸附塔中被NaF顆粒吸附，被從氫氣除去。在陽極室的上部設置有氟氣的出口。在陽極室內產生的氟氣從出口通過氟氣線而被排出。在氟氣線中夾插HF吸附塔以及自動閥。與氫氣線同樣地，混入在氟氣中的HF在HF吸附塔中被NaF顆粒吸附，被從氟氣除去。在氟氣線中，在HF吸附塔以及自動閥的下遊側設置有壓縮機単元。在陰極室以及陽極室中設置有測定各室內的壓カ的壓カ計。夾插在氫氣線以及氟氣線中的自動閥與由壓カ計測定的壓カ值連動而開閉。此外，在陽極室內的壓カ高於大氣壓時氟氣線的自動閥變為開狀態，陽極室內的氟氣通過氟氣線而被吸引向壓縮機単元。另ー方面，在陽極室內的壓カ低於大氣壓時氟氣線的自動閥變為閉狀態。專利文獻I日本特開2004- 52105號公報。發明所要解決的課題
如果向NaF顆粒過度地吸附HF，則NaF顆粒分解為粉末狀，進而該粉末凝結。此時，有時由於凝結後的NaF而HF吸附塔內或者與HF吸附塔連接的配管會堵塞。因此，需要定期地更換HF吸附塔內的NaF顆粒。從而需要複雜的作業以及成本。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠降低作業負擔以及成本的氣體產生裝置。用於解決課題的手段
(I)基於本發明的一方案的氣體產生裝置是藉助電解而產生第一氣體以及第ニ氣體的氣體產生裝置，具有電解槽，被區劃為第一室以及第ニ室，收納包含被電解的化合物的電解浴；第一排出路徑，將在第一室中產生的第一氣體排出；第二排出路徑，將在第二室中產生的第二氣體排出；第一以及第二吸附部，含有用於吸附混入到第一氣體中的第三氣體的吸附劑；第三以及第四吸附部，含有用於吸附混入到第二氣體中的第三氣體的吸附劑；連接部，構成為能夠切換為將第一以及第三吸附部分別與第一以及第二排出路徑連接並且將第二以及第四吸附部分別從第一以及第二排出路徑斷開的第一狀態、和將第二以及第四吸附部分別與第一以及第ニ排出路徑連接並且將第一以及第三吸附部分別從第一以及第二排出路徑斷開的第二狀態；第一加熱部，分別加熱第一以及第三吸附部的吸附劑；第二加熱部，分別加熱第二以及第四吸附部的吸附劑；控制部，控制連接部、第一加熱部以及第ニ加熱部，控制部為，將連接部切換為第一狀態以及第ニ狀態，並且在連接部為第一狀態時，控制第一以及第二加熱部而使得第一以及第三吸附部的吸附劑吸附第三氣體並且第三氣體從第二以及第四吸附部的吸附劑脫離，在連接部為第二狀態時，控制第一以及第二加熱部而使得第二以及第四吸附部的吸附劑吸附第三氣體並且第三氣體從第一以及第三吸附部的吸附劑脫離。
在該氣體產生裝置中，通過進行包含於電解浴的化合物的電解，在第一室中產生第一氣體，在第二室中產生第二氣體。在第一室中產生的第一氣體通過第一排出路徑被排出，在第二室中產生的第二氣體通過第二排出路徑被排出。在連接部為第一狀態時，第一以及第三吸附部分別與第一以及第二排出路徑連接，第二以及第四吸附部分別從第一以及第二排出路徑斷開。從而，在第一室中產生的第一氣體被導向第一吸附部，在第二室中產生的第二氣體被導向第三吸附部。此時，以第一以及第三吸附部的吸附劑吸附第三氣體，第三氣體從第二以及第四吸附部的吸附劑脫離的方式利用第一以及第二加熱部加熱第一 第四吸附部的吸附劑。在連接部為第二狀態時，第二以及第四吸附部分別與第一以及第二排出路徑連接，第一以及第三吸附部分別從第一以及第二排出路徑斷開。從而，在第一室中產生的第一氣體被導向第二吸附部，在第二室中產生的第二氣體被導向第四吸附部。此時，以第二以及第四吸附部的吸附劑吸附第三氣體，第三氣體從第一以及第三吸附部的吸附劑脫離的方式，利用第一以及第二加熱部加熱第一 第四吸附部的吸附劑。由此，在連接部為第二狀態時，吸附於第一以及第三吸附部的吸附劑的第三氣體從吸附劑脫離，在連接部為第一狀態時，在連接部為第二狀態時吸附於第一以及第三吸附部的吸附劑的第三氣體從吸附劑脫離。因而，通過將連接部交互地切換為第一以及第二狀態，無需更換第一 第四吸附部的吸附劑，就能夠防止向第一 第四吸附部的吸附劑過度地吸附第三氣體。其結果，能夠實現作業負擔以及成本的降低。此外，連接部為第一狀態時以及連接部為第二狀態時，都能夠通過第一以及第二排出路徑排出將第三氣體除去了的高純度的第一以及第二氣體。從而，能夠防止向第一 第四吸附部的吸附劑過度地吸附第三氣體，並且能夠持續地供給第一以及第二氣體。(2)氣體產生裝置也可以進而具有第一循環路徑，在連接部為第一狀態時將從第ニ吸附部的吸附劑脫離的第三氣體導向第一室，在連接部為第一狀態時將從第一吸附部的吸附劑脫離的第三氣體導向第一室；第二循環路徑，在連接部為第一狀態時將從第四吸附部的吸附劑脫離的第三氣體導向第二室，在連接部為第一狀態時將從第三吸附部的吸附劑脫離的第三氣體導向第二室。此時，從第一以及第二吸附部的吸附劑脫離的第三氣體被導向第一室，從第三以及第四吸附部的吸附劑脫離的第三氣體被導向第二室。因此，能夠將從吸附劑脫離的第三氣體作為電解的原料而再利用。其結果，能夠進一歩降低成本。(3)氣體產生裝置也可以進而具有第一氣體供給部，在連接部為第一狀態時向第ニ吸附部供給第四氣體，在連接部為第二狀態時向第一吸附部供給第四氣體；第二氣體供給部，在連接部為第一狀態時向第四吸附部供給第五氣體，在連接部為第二狀態時向第三吸附部供給第五氣體。此時，連接部為第一狀態時藉助第一以及第二氣體供給部向第二以及第四吸附部供給第四以及第五氣體，從而將從第二以及第四吸附部的吸附劑脫離的第三氣體從第二以及第四吸附部推出。此外，在連接部為第二狀態時藉助第一以及第二氣體供給部向第一以及第三吸附部供給第四以及第五氣體，從而將從第一以及第三吸附部的吸附劑脫離的第三氣體從第一以及第三吸附部推出。從而，能夠防止從吸附劑脫離的第三氣體再次吸附於第 ー以及第三吸附部。(4)第一氣體供給部也可以包含貯藏部，貯藏通過第一排出路徑而排出的第一氣體的一部分；氣體供給路徑，在連接部為第一狀態時將貯藏於貯藏部的第一氣體作為第四氣體導向第二吸附部，在連接部為第二狀態時將貯藏於貯藏部的第一氣體作為第四氣體導向第一吸附部。此時，通過將在第一室中產生的第一氣體的一部分供給 第一以及第二吸附部，無需使用其他的氣體，能夠將從第一以及第二吸附部的吸附劑脫離的第三氣體從第一以及第二吸附部推出。因此，無需成本的増大，能夠防止第三氣體再次吸附於第一以及第二吸附部的吸附劑。(5)也可以將通過第一排出路徑被排出的第一氣體中超過要求的量的剰餘部分貯藏於貯藏部。此時，將剩餘部分的第一氣體用於從第一以及第二吸附部推出第三氣體。因此，能夠確保要求的量的第一氣體並且防止第三氣體再次吸附於第一以及第二吸附部的吸附劑。(6)也可以第一氣體為氟氣，第二氣體為氫，第三氣體以及化合物為氟化氫，吸附劑為氟化鈉，第一室為陽極室，第二室為陰極室。此時，能夠利用氟化鈉可靠地吸附混入通過電解氟化氫而產生的氟氣以及氫的氟化氫。此外，能夠令吸附於氟化鈉的氟化氫容易地從氟化鈉脫離。發明的效果
無需更換第一 第四吸附部的吸附劑，能夠防止第三氣體過度地吸附於第一 第四吸附部的吸附劑。其結果，能夠實現作業負擔以及成本的降低。


圖I是表示本發明的ー實施方式的氟氣產生裝置的構成的示意圖。圖2是用於說明第一動作狀態的圖。圖3是用於說明第二動作狀態的圖。圖4是表示圖I的氟氣產生裝置中的控制系統的一部分的框圖。
圖5是表示本實施方式的氟氣產生裝置的控制裝置進行的氟氣等的供給路徑切換處理的一例的流程圖。圖6是表示本實施方式的氟氣產生裝置的控制裝置進行的氟氣等的供給路徑切換處理的一例的流程圖。
具體實施例方式以下參照

本發明的ー實施方式的氣體產生裝置以及氣體產生方法。另夕卜，在以下的實施方式中，作為氣體產生裝置的一例說明產生氟氣的氟氣產生裝置。(I)氟氣產生裝置的構成
圖I是表示本發明的ー實施方式的氟氣產生裝置的構成的示意圖。如圖I所示，氟氣產生裝置100具有電解槽I。電解槽I由例如Ni (鎳)、蒙乃爾合金、純鐵或者不鏽鋼等的金屬或者合金形成。電解槽I內被分隔壁2區劃為陰極室3以及陽極室4。分隔壁2例如 由Ni或者蒙乃爾合金構成。在電解槽I內形成有由KF — HF類混合熔融鹽構成的電解浴la。在陰極室3內設置有例如由Ni (鎳)構成的陰極5，在陽極室4內設置有例如由低極性碳構成的陽極6。通過在陰極5以及陽極6之間施加電壓，進行HF (氟化氫)的電解。從而，從電解槽I的陰極5主要產生氫氣，從陽極6主要產生氟氣。在陰極室3的上部設置有陰極出ロ 20a。配管20的一端(上遊端)連接於陰極出ロ 20a。配管21、22的一端與配管20的另一端連接。在配管21中從上遊側以開閉閥VI、V2的順序夾插開閉閥V1、V2。在配管22中從上遊側以開閉閥V3、V4的順序夾插開閉閥V3、V4。配管21的另一端與HF吸附塔60的氣體入ロ連接。配管22的另一端與HF吸附塔61的氣體入口連接。在HF吸附塔60、61內填充圓柱狀的NaF (氟化鈉)顆粒。配管23的一端連接於HF吸附塔60的氣體出ロ。在配管23中從上遊側以開閉閥V5、V6的順序夾插開閉閥V5、V6。配管24的一端連接於HF吸附塔61的氣體出ロ。在配管24上，從上遊側以開閉閥V7、V8的順序夾插開閉閥V7、V8。配管23的另一端以及配管24的另一端與配管25的一端連接。配管25的另一端與例如儲氣瓶或者エ場的製造線連接。配管21中的開閉閥VI、V2之間的部分與配管22中的開閉閥V3、V4之間的部分經由配管26連接。在配管26中從配管21側以開閉閥V9、V10的順序夾插開閉閥V9、V10。配管27的一端與在配管26中的開閉閥V9、VlO之間的部分連接。非活性氣體容器53與配管27的另一端連接。在非活性氣體容器53中以高壓貯藏例如N2 (氮)、Ar (氬)或者He(氦)等的非活性氣體。配管23中的開閉閥V5、V6之間的部分與配管24中的開閉閥V7、V8之間的部分經由配管28連接。在配管28中從配管23側以開閉閥V11、V12的順序夾插開閉閥V11、V12。配管29的一端與配管28中的開閉閥VII、V12之間的部分連接。在配管29中夾插開閉閥V13。配管29的另一端與配管30的一端以及配管31的一端連接。配管30的另一端設置為位於陰極室3內的電解浴Ia內。在配管31中夾插開閉閥V14。配管31的另一端與HF供給源51連接。電解浴Ia的液面的高度由例如液面檢測器(未圖示)檢測。如果檢測的液面的高度低於既定值，則令開閉閥V13變為閉狀態並且令開閉閥V14變為開狀態。從而，從HF供給源51通過配管31、30向電解浴Ia內供給HF。在陽極室4的上部設置有陽極出ロ 40a。陽極出ロ 40a與配管40的一端(上遊端)連接。配管40的另一端與配管41、42的一端連接。在配管41中從上遊側以開閉閥V15、V16的順序夾插開閉閥V15、V16。在配管42中從上遊側以開閉閥V17、V18的順序夾插開閉閥 V17、V18。配管41的另一端與HF吸附塔62的氣體入口連接。配管42的另一端與HF吸附塔63的氣體入口連接。在HF吸附塔62、63中填充圓柱狀的NaF顆粒。HF吸附塔62的氣體出ロ與配管43的一端連接。在配管43中從上遊側以開閉閥V19、V20的順序夾插開閉閥V19、V20。HF吸附塔63的氣體出口與配管44的一端連接。在 配管44中從上遊側以開閉閥V21、V22的順序夾插開閉閥V21、V22。配管43的另一端以及配管44的另一端與配管45的一端連接。在配管45中夾插壓縮機45a。配管41中的開閉閥V15、V16之間的部分與配管42中的開閉閥V17、V18之間的部分經由配管46連接。在配管46中從配管41側以開閉閥V24、V25的順序夾插開閉閥V24、V25。配管46中的開閉閥V24、V25之間的部分與配管47的一端連接。在配管47中夾插開閉閥V26。配管47的另一端與緩衝容器52連接。如後所述，在緩衝容器52中以高壓貯藏在陽極室4內產生的氟氣。緩衝容器5與配管50的一端連接。在配管50中夾插開閉閥V27。配管45的另一端以及配管50的另一端與配管46的一端連接。在配管46中夾插開閉閥V23。配管46的另一端與例如儲氣瓶或者エ場的製造線連接。配管43中的開閉閥V19、V20之間的部分與配管44中的開閉閥V21、V22之間的部分經由配管48連接。在配管48中從配管43側以開閉閥V28、V29的順序夾插開閉閥V28、V29。配管48中的開閉閥V28、V29之間的部分與配管49的一端連接。配管49的另一端設置為位於陽極室4內的上部空間內。在本實施方式的氟氣產生裝置100中，設置有用於對填充至HF吸附塔60 63的NaF顆粒進行加熱的加熱爐80、81。在加熱爐80內設置HF吸附塔60、62，在加熱爐81內設置HF吸附塔61、63。作為構成加熱爐80、81的部材的材料，能夠使用例如不鏽鋼(SUS316L)、鎳、蒙乃爾合金、銅、因科內爾鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金類合金或者因科羅伊鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金類合金。(2)動作
接著說明氟氣產生裝置100的動作。氟氣產生裝置100交互地進行以下所示的第一動作狀態以及第ニ動作狀態。圖2是用於說明第一動作狀態的圖，圖3是用於說明第二動作狀態的圖。圖2 所示的第一動作狀態中，開閉閥 VI、V2、V4、V5、V6、V7、V10, V12、V13、V15、V16、V18、V19、V20、V21、V23、V25、V26、V29 為開狀態，並且開閉閥 V3、V8、V9、V11、V14、V17、V22、V24、V27、V28為閉狀態。在該狀態下，驅動壓縮機45a，藉助電壓施加部70 (參照後述的圖4)在陰極5和陽極6之間施加電壓。此外，利用加熱爐80以第一溫度加熱HF吸附塔60、62，利用加熱爐81以第二溫度加熱HF吸附塔61、63。在此，第二溫度高於第一溫度。第一溫度例如為80°C 90°C，第二溫度為例如300°C。此時，在陰極室3內產生的氫氣通過配管20、21、HF吸附塔60以及配管23、25而供給至儲氣瓶或者エ場的製造線。在HF吸附塔60中，利用NaF顆粒吸附混入到氫氣中的HF從而將其從氫氣除去。此外，在陽極室4內產生的氟氣通過配管40、41、HF吸附塔62、配管43、45、46而供給至儲氣瓶或者エ場的製造線。在HF吸附塔62中，利用NaF顆粒吸附混入到氟氣中的HF從而將其從氟氣除去。此外，以高壓貯藏於非活性氣體容器53的非活性氣體通過配管27、26、22被送至HF吸附塔61，以高壓貯藏於緩衝容器52的氟氣通過配管47、46、42被送至HF吸附塔63。另外，在第一動作狀態以及後述的第二動作狀態中，通過暫時地令開閉閥V23為閉狀態並且令開閉閥V27為開狀態，將在陽極室4中產生的氟氣導向緩衝容器52並貯藏於緩衝容器52。此時，在陽極室4中產生的氟氣中超過要求的量(例如エ場的製造線中使用的 量)的剰餘部分被貯藏於緩衝容器52。通過以高溫(第二溫度)加熱HF吸附塔61、63，在HF吸附塔61、63中，吸附於NaF顆粒的HF從NaF顆粒脫離。在HF吸附塔61內脫離的HF藉助從非活性氣體容器53送來的非活性氣體而被從HF吸附塔61推出，通過配管24、28、29、30而返回電解浴Ia內。在HF吸附塔63內脫離的HF藉助從緩衝容器52送來的氟氣而被從HF吸附塔63推出，通過配管44、48、49而返回陽極室4的上部空間。另外，在從作為第一動作狀態的動作開始後經過了一定時間後，停止基於加熱爐81的HF吸附塔61、63的加熱。此外，通過令開閉閥V4、V7、V10、V12、V13為閉狀態而停止從非活性氣體容器53向HF吸附塔61的非活性氣體的供給，通過令開閉閥V18、V21、V25、V26、V29為閉狀態而停止從緩衝容器52向HF吸附塔63的氟氣的供給。以下，將開閉閥V4、V7、V10, V12、V13、V18、V21、V25、V26、V29 稱作第一閥組。在圖3所示的第二動作狀態下，令開閉閥V2、V3、V4、V5、V7、V8、V9、V11、V13、V16、V17、V18、V19、V21、V22、V23、V24、V26、V28 為開狀態，並且令開閉閥 VI、V6、V10、V12、V14、V15、V20、V25、V27、V29為閉狀態。在該狀態下，驅動壓縮機45a，利用電壓施加部70 (參照後述的圖4)在陰極5與陽極6之間施加電壓。此外，利用加熱爐81以第一溫度加熱HF吸附塔61、63，利用加熱爐80以第二溫度加熱HF吸附塔60、62。此時，在陰極室3內產生的氫氣通過配管20、22、HF吸附塔61以及配管24、25被供給至儲氣瓶或者エ場的製造線。在HF吸附塔61中，利用NaF顆粒吸附混入到氫氣中的HF從而將其從氫氣除去。此外，在陽極室4內產生的氟氣通過配管40、42、HF吸附塔63以及配管44、45、46被供給至儲氣瓶或者エ場的製造線。在HF吸附塔63中，利用NaF顆粒吸附混入到氟氣中的HF從而將其從氟氣除去。此外，以高壓狀態貯藏於非活性氣體容器53的非活性氣體通過配管27、26、21被送至HF吸附塔60，以高壓狀態貯藏於緩衝容器52的氟氣通過配管47、46、41被送至HF吸附塔62。
通過以高溫(第二溫度)加熱HF吸附塔60、62，在HF吸附塔60、62內，吸附於NaF顆粒的HF從NaF顆粒脫離。在HF吸附塔60內脫離的HF藉助從非活性氣體容器53送來的非活性氣體被從HF吸附塔60推出，通過配管23、28、29、30而返回電解浴Ia內。在HF吸附塔62內脫離的HF藉助從緩衝容器52送來的氟氣而被從HF吸附塔62推出，通過配管43、48、49而返回陽極室4內的上部空間。另外，在作為第二動作狀態的動作開始後經過了一定時間後，停止基於加熱爐80的HF吸附塔60、62的加熱。此外，通過令開閉閥V2、V5、V9、V11、V13為閉狀態，停止從非活性氣體容器53向HF吸附塔60的非活性氣體的供給，通過令開閉閥V16、V19、V24、V26、V28為閉狀態，停止從緩衝容器52向HF吸附塔62的氟氣的供給。以下，將開閉閥V2、V5、V9、VII、V13、V16、V19、V24、V26、V28 稱作第二閥組。(3) HF的吸附以及脫離
如上所述，在第一動作狀態下，混入到氫氣以及氟氣中的HF被HF吸附塔60、62內的NaF顆粒吸附，被從氫氣以及氟氣中除去。此外，在第二動作狀態下，混入到氫氣以及氟氣中的HF被HF吸附塔61、63內的NaF顆粒吸附而被從氫氣以及氟氣中除去。此時，通過從氟氣以及氫氣除去HF，能夠向エ場的製造線等供給高純度的氫氣以及氟氣。此外，通過除去腐蝕性高的HF，能夠防止位於氫氣以及氟氣的供給路徑的配管等發生腐蝕。但是，如果在HF吸附塔60 63中HF過度地吸附於NaF顆粒，則NaF顆粒分解為粉末狀，進而該粉末凝結。此時，HF吸附塔60 63內或者與HF吸附塔60 63連接的配管21 24、41 44會由於凝結的NaF而堵塞。因此，在本實施方式中，在第一動作狀態中，以第二溫度加熱HF吸附塔61、63，從而令HF從HF吸附塔61、63內的NaF顆粒脫離。此外，在第二動作狀態中，以第二溫度加熱HF吸附塔60、62，從而令HF從HF吸附塔61、63內的NaF顆粒脫離。氟氣產生裝置100以第一動作狀態以及第ニ動作狀態交互地進行動作，從而在第ー動作狀態中吸附於HF吸附塔60、62內的NaF顆粒的HF在第二動作狀態中從NaF顆粒脫離。此外，在第二動作狀態中吸附於HF吸附塔61、63內的NaF顆粒的HF在第一動作狀態中從NaF顆粒脫離。從而，能夠防止HF過度地吸附於HF吸附塔60 63內的NaF顆粒。在此，為了高效地可靠地防止HF過度地吸附於NaF顆粒，優選適當地控制第一動作狀態的持續時間以及第ニ動作狀態的持續時間。以下，將第一動作狀態的持續時間以及第ニ動作狀態的持續時間分別稱為持續時間TI。此外，當令HF從NaF顆粒脫離時的NaF顆粒的加熱溫度以及加熱時間不合適時，與HF過度地吸附於NaF顆粒時相同，NaF顆粒分解為粉末狀，該粉末會凝結。因此，優選適當地控制第二溫度、第一動作狀態中的HF吸附塔61、63的加熱時間、以及第ニ動作狀態中的HF吸附塔60、62的加熱時間。以下，分別將第一動作狀態中的HF吸附塔61、63的加熱時間以及第ニ動作狀態中的HF吸附塔60、62的加熱時間稱為加熱時間T2。吸附HF的NaF顆粒的組成用NaF -nHF (η > O)表示。本發明者根據後述的實驗以及驗證發現，當上述η為O. 01以上O. 5以下的範圍吋，NaF顆粒維持一定的形狀。在本實施方式中，根據實驗以及仿真計算等預先設定持續時間Tl、第二溫度以及加熱時間Τ2而使得HF吸附塔60 63內的NaF顆粒的組成為NaF · nHF (O. 01彡η彡O. 5)。(4) HF的吸附量與NaF顆粒的形狀的關係
為了調查HF向NaF顆粒的的吸附量與NaF顆粒的形狀的關係，進行了以下的實驗。向填充了多個圓柱狀的NaF顆粒的HF吸附塔60 63中供給混入了 HF的氟氣。另外，供給氟氣前的NaF顆粒的總重量為15kg，供給了氟氣後的NaF顆粒的總重量為15. 31kg。S卩，HF向NaF顆粒的吸附量為O. 31kg。在氟氣的供給後，在HF吸附塔60 63內的多個部位採集NaF顆粒。此時，在HF吸附塔60 63內，越是上遊側(接近氣體入口側)HF向NaF顆粒的吸附量變得越多。具體而言，採集的NaF顆粒的組成按照從上遊側的順序為NaF · I. 15HF、NaF ·0. 78HF、NaF ·0. 24HF、NaF · O. 19HF、NaF · O. 15HF、NaF · O. 14HF、NaF · O. 18HF、NaF · O. 18HF 以及 NaF · O. 22HF。具有NaF · I. 15HF以及NaF · O. 78HF的組成的NaF顆粒會分解為粉末狀並凝結而 無法保持圓柱形。另ー方面，具有 NaF · O. 24HF、NaF · O. 19HF、NaF · O. 15HF、NaF · O. 14HF、NaF · O. 18HF以及NaF · O. 22HF的組成的NaF顆粒不會分解為粉末狀或者凝結而保持為圓柱形。由上所述，可知NaF顆粒的組成為NaF · nHF (O. 01彡η彡O. 5)時，NaF顆粒能夠保持圓柱形。(5)氟氣產生裝置的控制系統
圖4是表示氟氣產生裝置100的控制系統的框圖。圖I的氟氣產生裝置100具有圖4的控制裝置90。控制裝置90包含CPU (中央演算處理裝置)以及存儲器、或者微型計算機。此外，控制裝置90具有計時器90a。控制裝置90對電壓施加部70、加熱爐80、81、開閉閥Vl V29以及壓縮機45a的動作進行控制，對向陰極5與陽極6之間施加電壓的時機、HF吸附塔60 63的加熱時間以及加熱溫度、開閉閥Vl V29的開閉以及壓縮機45a的驅動以及停止進行控制。( 6 )供給路徑切換處理
在本實施方式中，在氟氣產生裝置100的動作時，利用控制裝置90進行如下所示的供給路徑切換處理。圖5以及圖6是表示基於控制裝置90的供給路徑切換處理的一例的流程圖。另外，在初期狀態下，開閉閥Vl V19全為閉狀態。此外，在本例中，氟氣產生裝置100最初以第一動作狀態動作。首先，若藉助未圖示的輸入裝置等發出開始HF的電解的指令，則控制裝置90令前次的氟氣產生裝置100的運轉時測量的經過時間復位，開始利用內置的計時器90a測量經過時間的動作(步驟SI)。然後，控制裝置90控制電壓施加部70、加熱爐80、81、開閉閥Vl V29以及壓縮機45a而使得氟氣產生裝置100以圖2的第一動作狀態進行動作(步驟S2)。即，控制裝置90 令開閉閥 V1、V2、V4、V5、V6、V7、V10、V12、V13、V15、V16、V18、V19、V20、V21、V23、V25、V26、V29 為開狀態，並且令開閉閥 V3、V8、V9、VII、V14、V17、V22、V24、V27、V28為閉狀態。此外，控制裝置90驅動壓縮機45a，利用電壓施加部70向陰極5以及陽極6之間施加電壓。進而，控制裝置90利用加熱爐80以第一溫度加熱HF吸附塔60、62，利用加熱爐81以第二溫度加熱HF吸附塔61、63。接著，控制裝置90利用內置的計時器90a檢測從步驟SI中開始測量後的經過時間(步驟S3)。接著，控制裝置90判定檢測到的基於計時器90a的自測量開始的經過時間是否到達預先設定的加熱時間T2 (步驟S4)。在基於計時器90a的自測量開始的經過時間沒有到達加熱時間T2時，控制裝置90在自測量開始的經過時間到達加熱時間T2之前反覆進行步驟S3、S4的處理。在基於計時器90a的自測量開始的經過時間到達加熱時間T2時，控制裝置90停止加熱爐81 (步驟S5)，並且令上述的第一閥組為閉狀態(步驟S6)。從而，HF吸附塔61、63內的NaF顆粒的加熱停止，並且向HF吸附塔61、63的非活性氣體以及氟氣的供給停止。接著，控制裝置90利用內置的計時器90a檢測在步驟SI中開始測量後的經過時間(步驟S7)。接著，控制裝置90判定檢測到的基於計時器90a的自測量開始的經過時間是否到達預先設定的持續時間Tl (步驟S8)。在基於計時器90a的自測量開始的經過時間沒有到達持續時間Tl時，控制裝置90 在自測量開始的經過時間到達持續時間Tl之前反覆進行步驟S7、S8的處理。在基於計時器90a的自測量開始的經過時間到達了持續時間Tl時，控制裝置90令計時器90a的經過時間暫時復位(步驟S9)，開始經過時間的測量動作(步驟S10)。然後，控制裝置90控制電壓施加部70、加熱爐80、81、開閉閥Vl V29以及壓縮機45a而使得氟氣產生裝置100以圖3的第二動作狀態進行動作(步驟SI I)。即，控制裝置90 令開閉閥 V2、V3、V4、V5、V7、V8、V9、V11、V13、V16、V17、V18、V19、V21、V22、V23、V24、V26、V28 為開狀態，並且令開閉閥 VI、V6、V10、V12、V14、V15、V20、V25、V27、V29為閉狀態。此外，控制裝置90驅動壓縮機45a，利用電壓施加部70向陰極5以及陽極6之間施加電壓。進而，控制裝置90利用加熱爐81以第一溫度加熱HF吸附塔61、63，利用加熱爐80以第二溫度加熱HF吸附塔60、62。接著，控制裝置90藉助內置的計時器90a檢測在步驟SlO中開始測量後的經過時間(步驟S12)。接著，控制裝置90判定檢測到的基於計時器90a的自測量開始的經過時間是否到達預先設定的加熱時間T2 (步驟S13)。在基於計時器90a的自測量開始的經過時間沒有到達加熱時間T2時，控制裝置90在自測量開始的經過時間到達加熱時間T2之前反覆進行步驟S12、S13的處理。在基於計時器90a的自測量開始的經過時間到達了加熱時間T2時，控制裝置90停止加熱爐80 (步驟S14)，並且令上述的第二閥組為閉狀態(步驟S15)。從而，HF吸附塔60,62內的NaF顆粒的加熱停止，並且向HF吸附塔60、62的非活性氣體以及氟氣的供給停止。接著，控制裝置90藉助內置的計時器90a檢測在步驟SlO中開始測量後的經過時間(步驟S16)。接著，控制裝置90判定檢測到的基於計時器90a的自測量開始的經過時間是否到達預先設定的持續時間Tl (步驟S17)。在基於計時器90a的自測量開始的經過時間沒有到達持續時間Tl時，控制裝置90在自測量開始的經過時間到達持續時間Tl之前反覆進行步驟S16、S17的處理。在基於計時器90a的自測量開始的經過時間到達了持續時間Tl時，控制裝置90令計時器90a的經過時間暫時復位(步驟S18)，開始經過時間的測量動作(步驟S19)。此後，控制裝置90反覆進行步驟S2 步驟S19的處理。(7)效果在本實施方式的氟氣產生裝置100中，在第一動作狀態中被吸附於HF吸附塔60、62內的NaF顆粒的HF在第二動作狀態中從NaF顆粒脫離。此外，在第二動作狀態中被吸附於HF吸附塔61、63內的NaF顆粒的HF在第一動作狀態中從NaF顆粒脫離。從而，無需更換HF吸附塔60 63內的NaF顆粒，能夠防止HF過度地吸附於HF吸附塔60 63內的NaF顆粒。其結果，能夠實現作業員的作業負擔的降低以及成本的降低。此外，在本實施方式的氟氣產生裝置100中，在第一動作狀態以及第ニ動作狀態中，都能夠供給除去了 HF的高純度的氫氣以及氟氣。從而，能夠防止HF過度地吸附於HF吸附塔60 63內的NaF顆粒，並且能夠持續地供給氫氣以及氟氣。此外，在本實施方式的氟氣產生裝置100中，從HF吸附塔60 63內的NaF顆粒脫離的HF返回電解槽I內。從而，能夠對從NaF顆粒脫離的HF作為電解的原料而再利用。其結果，能夠進ー步實現成本的降低。 此外，在本實施方式的氟氣產生裝置100中，以HF吸附塔60 63內的NaF顆粒的組成為NaF · nHF (O. 01彡η彡O. 5)的方式設定持續時間Tl、第二溫度以及加熱時間Τ2。由此，能夠可靠地防止NaF顆粒分解以及凝結，能夠可靠地防止吸附塔60 63內被堵塞以及與HF吸附塔60 63連接的配管21 24、41 44被堵塞。此外，在本實施方式的氟氣產生裝置100中，即便HF吸附塔60 63的尺寸小，也無需更換HF吸附塔60 63內的NaF顆粒，能夠持續地使用HF吸附塔60 63。因此，能夠降低裝置成本以及輸送成本。另外，HF吸附塔60 63的體積例如設定為O. 5L 2し(8)其他的實施方式
在上述實施方式中，基於由計時器90a測定的測量時間控制第一動作狀態與第二動作狀態的切換時機，但是不限定於此，也能夠利用其他的方法控制第一動作狀態與第二動作狀態的切換時機。例如，也可以基於陰極室3以及陽極室4中的氫氣以及氟氣產生量而控制第一動作狀態與第二動作狀態的切換時機。此時，例如在電解槽I中設置用於檢測氟氣或者氫氣的產生量的傳感器。此外，預先設定使得HF吸附塔60 63內的NaF顆粒的組成為NaF -nHF(O. 01 n ^ O. 5)的氟氣以及氫氣的產生量。在由傳感器檢測到的氟氣或者氫氣的產生量到達預先設定的值的時刻，切換第一動作狀態和第二動作狀態。由此，能夠有效地、可靠地防止HF過度地吸附於HF吸附塔60 63內的NaF顆粒。此外,在上述實施方式中,在陽極室4中產生氟氣,在陰極室3中產生氫氣,但是也可以在陽極室4以及陰極室3的各自中產生氧等的其他的氣體。此外，在上述實施方式中，通過將貯藏於緩衝容器52的氟氣送至HF吸附塔62、63而將從吸附劑脫離的HF從HF吸附塔62、63推出，但是也可以利用其他的方法將從吸附劑脫離的HF從HF吸附塔62、63推出。例如，也可以另外地設置貯藏氮、氬或者氦等的非活性氣體的氣體容器，從該氣體容器向HF吸附塔62、63送出非活性氣體，從而將從吸附劑脫離的HF從HF吸附塔62、63推出。此外，在上述實施方式中，第一動作狀態與第二動作狀態的切換、第一動作狀態下的加熱爐81的停止、以及第二動作狀態下的加熱爐80的停止由控制部90自動地進行，但也可以由操作員進行第一動作狀態與第二動作狀態的切換、第一動作狀態下的加熱爐81的停止、以及第二動作狀態下的加熱爐80的停止。
(9)權利要求的各構成部件與實施方式的各部件的對應關係
以下，說明權利要求的各構成部件與實施方式的各部的對應關係的例子，但本發明不限定於下述的例子。在上述實施方式中，氟氣產生裝置100是氣體產生裝置的例子，陽極室4是第一室的例子，陰極室3是第二室的例子，氟氣是第一氣體的例子，氫氣是第二氣體的例子，配管40是第一排出路徑的例子，氟化氫是第三氣體的例子，配管20是第二排出路徑的例子，HF吸附塔62是第一吸附部的例子，HF吸附塔63是第二吸附部的例子，HF吸附塔60是第三吸附部的例子，HF吸附塔61是第四吸附部的例子。此外，開閉閥Vl V4、V15 V18是連接部的例子，圖2所示的第一動作狀態下 的開閉閥Vl V4、V15 V18的狀態是第一狀態的例子，圖3所示的第二動作狀態下的開 閉閥Vl V4、V15 V18的狀態是第二狀態的例子，加熱爐80是第一加熱部的例子，加熱爐81是第二加熱部的例子，控制裝置90是控制部的例子，配管49是第一循環路徑的例子，配管29、30是第二循環路徑的例子，氟氣是第四氣體的例子，緩衝容器52以及配管47是第一氣體供給部的例子，氮、氬或者氦等的非活性氣體是第五氣體的例子，非活性氣體容器53以及配管27是第二氣體供給部的例子，緩衝容器52是貯藏部的例子，配管47是氣體供給路徑的例。作為權利要求的各構成部件，能夠使用具有權利要求所記載的構成或者功能的其他的各種部件。產業上的利用可能性
本發明能夠用於向各種處理裝置的氣體的供給。
權利要求
1.一種氣體產生裝置，是藉助電解而產生第一氣體以及第二氣體的氣體產生裝置， 具有: 電解槽，被區劃為第一室以及第二室，收納包含被電解的化合物的電解浴； 第一排出路徑，將在上述第一室中產生的第一氣體排出； 第二排出路徑，將在上述第二室中產生的第二氣體排出； 第一以及第二吸附部，含有用於吸附混入到第一氣體中的第三氣體的吸附劑； 第三以及第四吸附部，含有用於吸附混入到第二氣體中的第三氣體的吸附劑； 連接部，構成為能夠切換為將上述第一以及第三吸附部分別與上述第一以及第二排出路徑連接並且將上述第二以及第四吸附部分別從上述第一以及第二排出路徑斷開的第一狀態、和將上述第二以及第四吸附部分別與上述第一以及第二排出路徑連接並且將上述第一以及第三吸附部分別從上述第一以及第二排出路徑斷開的第二狀態； 第一加熱部，分別加熱上述第一以及第三吸附部的吸附劑； 第二加熱部，分別加熱上述第二以及第四吸附部的吸附劑； 控制部，控制上述連接部、上述第一加熱部以及上述第二加熱部， 上述控制部為，將上述連接部切換為上述第一狀態以及上述第二狀態，並且在上述連接部為第一狀態時，控制上述第一以及第二加熱部而使得上述第一以及第三吸附部的吸附劑吸附第三氣體並且第三氣體從上述第二以及第四吸附部的吸附劑脫離，在上述連接部為上述第二狀態時，控制上述第一以及上述第二加熱部，使得上述第二以及第四吸附部的吸附劑吸附第三氣體並且第三氣體從上述第一以及第三吸附部的吸附劑脫離。
2.根據權利要求I所述的氣體產生裝置，其特徵在於， 進而具有 第一循環路徑，在上述連接部為上述第一狀態時將從上述第二吸附部的吸附劑脫離的第三氣體導向上述第一室，在上述連接部為上述第二狀態時將從上述第一吸附部的吸附劑脫離的第三氣體導向上述第一室； 第二循環路徑，在上述連接部為上述第一狀態時將從上述第四吸附部的吸附劑脫離的第三氣體導向上述第二室，在上述連接部為上述第二狀態時將從上述第三吸附部的吸附劑脫離的第三氣體導向上述第二室。
3.根據權利要求I所述的氣體產生裝置，其特徵在於， 進而具有 第一氣體供給部，在上述連接部為上述第一狀態時向上述第二吸附部供給第四氣體，在上述連接部為上述第二狀態時向上述第一吸附部供給上述第四氣體； 第二氣體供給部，在上述連接部為上述第一狀態時向上述第四吸附部供給第五氣體，在上述連接部為上述第二狀態時向上述第三吸附部供給上述第五氣體。
4.根據權利要求3所述的氣體產生裝置，其特徵在於， 上述第一氣體供給部包含 貯藏部，貯藏通過上述第一排出路徑而排出的第一氣體的一部分； 氣體供給路徑，在上述連接部為上述第一狀態時將貯藏於上述貯藏部的第一氣體作為上述第四氣體導向上述第二吸附部，在上述連接部為上述第二狀態時將貯藏於上述貯藏部的第一氣體作為上述第四氣體導向上述第一吸附部。
5.根據權利要求4所述的氣體產生裝置，其特徵在於， 將通過上述第一排出路徑被排出的第一氣體中超過要求的量的剩餘部分貯藏於上述貯藏部。
6.根據權利要求I所述的氣體產生裝置，其特徵在於， 上述第一氣體為氟氣，上述第二氣體為氫，上述第三氣體以及化合物為氟化氫，上述吸附劑為氟化鈉，上述第一室為陽極室，上述第二室為陰極室。
全文摘要
一種氟氣產生裝置，具有電解槽。在電解槽內形成電解浴。在陰極室內設置陰極，在陽極室內設置陽極。通過向陰極以及陽極之間施加電壓而進行HF(氟化氫)的電解。從電解槽的陰極主要產生氫氣，從陽極主要產生氟氣。設置有兩個用於加熱填充於HF吸附塔的NaF顆粒的加熱爐。在各加熱爐內設置兩個HF吸附塔。
文檔編號C25B1/24GK102812161SQ20118001669
公開日2012年12月5日 申請日期2011年3月18日 優先權日2010年3月29日
發明者初代善夫, 兒玉昌士, 真鍋信孝, 田中則之 申請人:東洋炭素株式會社