(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記精製装置は、キャリアガスとして主生ガスを用いて、捕集したフッ化水素を前記電解槽の陽極側に搬送して回収する回収設備を備える
ことを特徴とするフッ素ガス生成装置。
【請求項２】
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、
前記精製装置は、
キャリアガスとして副生ガスを用いて、捕集したフッ化水素を前記電解槽の陰極側に搬送して回収する回収設備を備える
ことを特徴とするフッ素ガス生成装置。
【請求項３】
前記精製装置は、
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冷却する冷却装置と、を備え、
前記ガス流入部にてフッ化水素ガスを凝固させて捕集し、
前記回収設備は、前記冷却装置による前記ガス流入部の冷却を解除しつつ、前記ガス流入部に前記キャリアガスを供給することによって、捕集したフッ化水素を前記電解槽に搬送することを特徴とする請求項１又は２に記載のフッ素ガス生成装置。
【請求項４】
前記電解槽の前記陽極にて生成された主生ガスが貯留されたバッファタンクをさらに備え、
前記キャリアガスとして用いられる主生ガスは、当該バッファタンクに貯留された主生ガスであることを特徴とする請求項１に記載のフッ素ガス生成装置。
【請求項５】
前記電解槽の前記陰極にて生成された副生ガスが貯留されたバッファタンクをさらに備え、
前記精製装置は、前記キャリアガスとして前記バッファタンクに貯留された副生ガスを用いることを特徴とする請求項２に記載のフッ素ガス生成装置。
【請求項６】
前記精製装置の動作を制御する制御手段をさらに備え、
前記精製装置は、少なくとも２基以上並列に配置され、
それぞれの前記精製装置は、前記ガス流入部のフッ化水素の蓄積状態を検出する蓄積状態検出器を備え、
前記制御手段は、
前記蓄積状態検出器の検出結果に基づいて、待機状態の精製装置へと主生ガスが導かれるように前記精製装置の運転切り換えを行い、
前記運転切り換えによって停止した精製装置の前記ガス流入部から前記回収設備を通じてフッ化水素を排出し、当該ガス流入部に主生ガスを充填することによって停止中の精製装置を待機状態とすることを特徴とする請求項３に記載のフッ素ガス生成装置。
【請求項７】
前記精製装置は、
主生ガスが流入するガス流入部と、
前記ガス流入部内に収容され、主生ガスに混入したフッ化水素ガスが吸着する吸着剤と、を備え、
前記吸着剤にフッ化水素ガスを吸着させて捕集し、
前記回収設備は、前記ガス流入部に主生ガスを前記キャリアガスとして供給することによって、前記吸着剤に吸着させて捕集したフッ化水素を前記電解槽の陽極側に搬送することを特徴とする請求項１に記載のフッ素ガス生成装置。
【請求項８】
前記電解槽の前記陽極にて生成された主生ガスが貯留されたバッファタンクをさらに備え、
前記キャリアガスとして用いられる主生ガスは、当該バッファタンクに貯留された主生ガスであることを特徴とする請求項７に記載のフッ素ガス生成装置。
【請求項９】
前記吸着剤は、フッ化ナトリウム製であり、
前記精製装置は、前記ガス流入部の温度を調節する温度調節器をさらに備え、
捕集したフッ化水素を前記電解槽に搬送する際に、前記ガス流入部の温度は１５０℃〜３００℃の範囲に調節されることを特徴とする請求項７又は８に記載のフッ素ガス生成装
置。
【請求項１０】
前記精製装置の動作を制御する制御手段をさらに備え、
前記精製装置は、少なくとも２基以上並列に配置され、
それぞれの前記精製装置は、前記ガス流入部を通過した主生ガス中のフッ化水素濃度を検出する濃度検出器を備え、
前記制御手段は、
前記濃度検出器の検出結果に基づいて、待機状態の精製装置へとフッ素ガスが導かれるように前記精製装置の運転切り換えを行い、
前記運転切り換えによって停止した精製装置の前記ガス流入部から前記回収設備を通じてフッ化水素を排出し、当該ガス流入部に主生ガスを充填することによって停止中の精製装置を待機状態とすることを特徴とする請求項７、８、又は９に記載のフッ素ガス生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ素ガス生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
特許文献１には、フッ化水素を含む溶融塩中でフッ化水素を電気分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。
【０００４】
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。
【０００５】
特許文献２には、フッ素ガス成分とフッ素ガス成分以外の成分とを液体窒素等を用いて冷却し、双方の沸点の違いを利用してフッ素ガスとフッ素ガス成分以外の成分とを分離する装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）等の充填剤を充填したフッ化水素吸着塔を用いて、陽極から発生するフッ素ガスからフッ化水素を除去する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−４３８８５号公報
【特許文献２】特開２００４−３９７４０号公報
【特許文献３】特開２００４−１０７７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、特許文献２及び３に記載のようなフッ素ガスを精製する装置においては、精製の結果除去されたフッ素ガス以外の成分は利用されずに排出されていた。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、フッ素ガスを精製する過程で捕集されたフッ素ガス以外の成分を有効に利用することが可能なフッ素ガス生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、溶融塩中のフッ化水素を電気分解することによって、フッ素ガスを生成するフッ素ガス生成装置であって、溶融塩が貯留され、溶融塩に浸漬された陽極にて生成されたフッ素ガスを主成分とする主生ガスが導かれる第１気室と、溶融塩に浸漬された陰極にて生成された水素ガスを主成分とする副生ガスが導かれる第２気室とが溶融塩液面上に分離して区画された電解槽と、前記電解槽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、前記精製装置は、捕集したフッ化水素を前記電解槽に搬送して回収する回収設備を備えることを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、精製装置にて捕集されたフッ化水素は電解槽に回収されてフッ素ガスを生成するために再利用されるため、フッ素ガスを精製する過程で捕集されたフッ素ガス以外の成分であるフッ化水素を有効に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置の系統図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置における精製装置の系統図である。
【図３】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】本発明の第１の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置の他の形態の系統図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置の系統図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置における精製装置の系統図である。
【図７】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８】本発明の第３の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置における精製装置の系統図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置の他の形態の系統図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置の他の形態の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置１００について説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
まず、電解槽１について説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
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のそれぞれには陽極７及び陰極８が浸漬され、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
電解槽１には、第１気室１１ａの圧力を検出する第１圧力計１３と、第２気室１２ａの圧力を検出する第２圧力計１４とが設けられる。第１圧力計１３及び第２圧力計１４の検出結果はコントローラ１０ａ，１０ｂに出力される。
【００２３】
次に、フッ素ガス供給系統２について説明する。
【００２４】
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。
【００２５】
第１メイン通路１５には、第１気室１１ａからフッ素ガスを導出して搬送する第１ポンプ１７が設けられる。第１ポンプ１７には、ベローズポンプやダイアフラムポンプ等の容積型ポンプが用いられる。第１メイン通路１５には、第１ポンプ１７の吐出側と吸込側を接続する第１還流通路１８が接続される。第１還流通路１８には、第１ポンプ１７から吐出されたフッ素ガスを第１ポンプ１７の吸込側へと戻すための第１圧力調整弁１９が設けられる。
【００２６】
第１圧力調整弁１９は、コントローラ１０ａから出力される信号によって開度が制御される。具体的には、コントローラ１０ａは、第１圧力計１３の検出結果に基づいて、第１気室１１ａの圧力が予め定められた設定値となるように、第１圧力調整弁１９の開度を制御する。
【００２７】
なお、図１では、第１還流通路１８の下流端は、第１メイン通路１５における第１ポンプ１７近傍に接続されているが、第１還流通路１８の下流端を第１気室１１ａに接続するようにしてもよい。つまり、第１ポンプ１７から吐出されたフッ素ガスを第１気室１１ａ内へと戻すようにしてもよい。
【００２８】
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捕集する装置である。精製装置１６については、後に詳述する。
【００２９】
第１メイン通路１５における第１ポンプ１７の下流には、第１ポンプ１７によって搬送されたフッ素ガスを貯留するための第１バッファタンク２１が設けられる。第１バッファタンク２１に貯留されたフッ素ガスは外部装置４へと供給される。第１バッファタンク２１の下流には、外部装置４へと供給されるフッ素ガスの流量を検出する流量計２６が設けられる。流量計２６の検出結果はコントローラ１０ｃに出力される。コントローラ１０ｃは、流量計２６の検出結果に基づいて、電源９から陽極７と陰極８の間に供給される電流値を制御する。具体的には、第１バッファタンク２１から外部装置４へと供給されたフッ素ガスを補充するように、陽極７におけるフッ素ガスの生成量を制御する。
【００３０】
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るため、第１バッファタンク２１の内部圧力は大気圧よりも高い圧力に維持される。これに対して、フッ素ガスが使用される外部装置４側は大気圧であるため、外部装置４に設けられるバルブを開弁すれば、第１バッファタンク２１と外部装置４との間の圧力差によって、第１バッファタンク２１から外部装置４へとフッ素ガスが供給されることになる。
【００３１】
第１バッファタンク２１には分岐通路２２が接続され、分岐通路２２には第１バッファタンク２１の内部圧力を制御する圧力調整弁２３が設けられる。また、第１バッファタンク２１には、内部圧力を検出する圧力計２４が設けられる。圧力計２４の検出結果はコントローラ１０ｄに出力される。コントローラ１０ｄは、第１バッファタンク２１の内部圧力が予め定められた設定値、具体的には１．０ＭＰａを超えた場合には圧力調整弁２３を開弁し、第１バッファタンク２１内のフッ素ガスを排出する。このように、圧力調整弁２３は、第１バッファタンク２１の内部圧力が所定圧力を超えないように制御する。
【００３２】
分岐通路２２における圧力調整弁２３の下流には、第１バッファタンク２１から排出されたフッ素ガスを貯留するための第２バッファタンク５０が設けられる。つまり、第１バッファタンク２１の内部圧力が所定圧力を超えた場合には、圧力調整弁２３を通じて第１バッファタンク２１内のフッ素ガスが排出され、その排出されたフッ素ガスが第２バッファタンク５０に導かれる。第２バッファタンク５０は、第１バッファタンク２１と比較して容積が小さい。分岐通路２２における第２バッファタンク５０の下流には、第２バッファタンク５０の内部圧力を制御する圧力調整弁５１が設けられる。また、第２バッファタンク５０には、内部圧力を検出する圧力計５２が設けられる。圧力計５２の検出結果はコントローラ１０ｆに出力される。コントローラ１０ｆは、第２バッファタンク５０の内部圧力が予め定められた設定値となるように圧力調整弁５１の開度を制御する。設定値は大気圧よりも高い圧力に設定される。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。このように、圧力調整弁５１は、第２バッファタンク５０の内部圧力が設定値となるように制御する。第２バッファタンク５０には、フッ素ガスを精製装置１６へと供給するためのフッ素ガス供給通路５４が接続される。
【００３３】
次に、副生ガス処理系統３について説明する。
【００３４】
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。
【００３５】
第２メイン通路３０には、第２気室１２ａから水素ガスを導出して搬送する第２ポンプ３１が設けられる。また、第２メイン通路３０には、第２ポンプ３１の吐出側と吸込側を接続する第２還流通路３２が接続される。第２還流通路３２には、第２ポンプ３１から吐出された水素ガスを第２ポンプ３１の吸込側へと戻すための第２圧力調整弁３３が設けられる。
【００３６】
第２圧力調整弁３３は、コントローラ１０ｂから出力される信号によって開度が制御される。具体的には、コントローラ１０ｂは、第２圧力計１４の検出結果に基づいて、第２気室１２ａの圧力が予め定められた設定値となるように、第２圧力調整弁３３の開度を制御する。
【００３７】
このように、第１気室１１ａ及び第２気室１２ａの圧力は、それぞれ第１圧力調整弁１９及び第２圧力調整弁３３によって予め定められた設定値となるように制御される。第１気室１１ａ及び第２気室１２ａの設定圧力は、第１気室１１ａの溶融塩の液面と第２気室１２ａの溶融塩の液面との液面差が生じないように、同等の圧力に制御するのが望ましい。
【００３８】
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。
【００３９】
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して補充するための原料供給系統５も備える。以下では、原料供給系統５について説明する。
【００４０】
電解槽１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と原料供給通路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ための流量制御弁４２が設けられる。
【００４１】
電源９には、陽極７と陰極８の間に供給された電流を積算する電流積算計４３が取り付けられる。電流積算計４３にて積算された電流は、コントローラ１０ｅに出力される。コントローラ１０ｅは、電流積算計４３から入力された信号に基づいて、流量制御弁４２を開閉させて溶融塩中に導くフッ化水素の供給流量を制御する。具体的には、溶融塩中で電気分解されたフッ化水素を補充するように、フッ化水素の供給流量を制御する。さらに具体的には、溶融塩中のフッ化水素の濃度が所定の範囲内となるようにフッ化水素の供給流量を制御する。
【００４２】
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、フッ化水素を溶融塩中に導くためのガスであり、本実施の形態では、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、窒素ガスはフッ化水素と共に電解槽１の陰極室１２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。
【００４３】
このように、電解槽１の溶融塩中には窒素ガスが供給されるため、その窒素ガスによって電解槽１の溶融塩液面レベルが押し上げられるおそれがある。そこで、電解槽１に液面レベルを検出する液面計を設けた上で、電解槽１の溶融塩液面レベルに変動可能幅を設定し、溶融塩液面レベルが変動可能幅内に収まるように、遮断弁４７を開閉制御するようにしてもよい。つまり、電解槽１の溶融塩液面レベルが変動可能幅の上限に達した場合には、遮断弁４７を閉弁するようにしてもよい。
【００４４】
なお、遮断弁４７に代わり、窒素ガスの流量を制御可能な流量制御弁を設けるようにしてもよい。
【００４５】
次に、以上のように構成されるフッ素ガス生成装置１００の全体制御について説明する。
【００４６】
外部装置４にて使用されるフッ素ガスの流量は、第１バッファタンク２１と外部装置４との間に設けられる流量計２６によって検出される。その流量計２６の検出結果に基づいて、陽極７と陰極８の間に印加される電圧が制御され、陽極７におけるフッ素ガスの生成量が制御される。電気分解されることによって減少した溶融塩中のフッ化水素は、フッ化水素供給源４０から補充される。
【００４７】
このように、溶融塩中のフッ化水素は、外部装置４にて使用されるフッ素ガス量に応じて補充されるように制御されるため、通常、溶融塩の液面レベルが大きく変化することはない。しかし、外部装置４におけるフッ素ガスの使用量が急激に変化した場合や、副生ガス処理系統３にて水素ガスの圧力が急激に変化した場合には、第１気室１１ａ及び第２気室１２ａの圧力が大きく変化し、陽極室１１及び陰極室１２の液面レベルが大きく変動してしまう。陽極室１１及び陰極室１２の液面レベルが大きく変動し、液面レベルが区画壁６よりも下方に下がった場合には、第１気室１１ａと第２気室１２ａとが連通してしまう。その場合には、フッ素ガスと水素ガスが混触し反応を起こす。
【００４８】
そこで、陽極室１１及び陰極室１２の液面レベルの変動を抑制するため、第１気室１１ａ及び第２気室１２ａの圧力は、それぞれ第１圧力計１３及び第２圧力計１４の検出結果に基づいて、予め定められた設定値となるように制御される。このように、陽極室１１及び陰極室１２の液面レベルは、第１気室１１ａ及び第２気室１２ａの圧力を一定に保つことによって制御される。
【００４９】
次に、図２を参照して、精製装置１６について説明する。
【００５０】
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。なお、本実施の形態では、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。
【００５１】
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と同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。なお、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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に接続される。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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却媒体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。
【００５９】
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。
【００６０】
次に、液体窒素給排系統７２ａについて説明する。
【００６１】
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。
【００６２】
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ための流量制御弁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。
【００６３】
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。
【００６４】
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ための圧力調整弁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、外部へと放出される。
【００６５】
ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素が気化して外部へ放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。
【００６６】
なお、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。
【００６７】
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。このように、インナーチューブ６１ａにてフッ化水素ガスを捕集することができる。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、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。
【００６８】
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器に該当する。なお、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。
【００６９】
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にて捕集されたフッ化水素は電解槽１に搬送回収され、かつ第１精製装置１６ａは再生されて待機状態となる。このように、第１精製装置１６ａは、インナーチューブ６１ａにて捕集したフッ化水素を電解槽１に搬送して回収する回収設備、及び第１精製装置１６ａを再生する再生設備も備える。以下では、回収設備及び再生設備について説明する。
【００７０】
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の液体窒素を外部のタンク９０ａへと排出可能な排出弁９１ａが設けられる。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。
【００７１】
このように、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素を排出しつつ、内部に常温の窒素ガスを供給することによって、インナーチューブ６１ａの冷却が解除される。これに伴い、インナーチューブ６１ａ内に凝固した状態で蓄積されていたフッ化水素は溶解する。
【００７２】
出口通路６５ａにおける出口弁６６ａの上流には、第２バッファタンク５０（図１参照）に接続されたフッ素ガス供給通路５４の下流端が接続される。フッ素ガス供給通路５４には、インナーチューブ６１ａへのフッ素ガスの供給と遮断を切り換える遮断弁８８ａが設けられる。
【００７３】
第２バッファタンク５０の内部圧力は圧力調整弁５１（図１参照）によって大気圧よりも高い圧力に制御される。したがって、遮断弁８８ａを開弁することによって、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。
【００７４】
入口通路６３ａにおける入口弁６４ａの下流には、インナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素を排出し搬送するための搬送通路９５ａが接続される。搬送通路９５ａと第２精製装置１６ｂの搬送通路９５ｂとは合流して合流搬送通路９５となり、合流搬送通路９５の下流端は電解槽１に接続される。搬送通路９５ａ，９５ｂのそれぞれには、フッ化水素の排出時に開弁する排出弁９７ａ，９７ｂが設けられる。また、合流搬送通路９５には、インナーチューブ６１ａから電解槽１へフッ化水素を搬送する際に開弁する遮断弁８３が設けられる。
【００７５】
合流搬送通路９５における遮断弁８３の上流には分岐通路９９が接続され、分岐通路９９にはジャケットチューブ７１ａ内を脱気するための真空ポンプ９６が設けられる。分岐通路９９における真空ポンプ９６の上流には、ジャケットチューブ７１ａ内を脱気する際に開弁する遮断弁８４が設けられる。また、分岐通路９９の下流端には除害部９８が設けられる。
【００７６】
インナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素は、フッ素ガス供給通路５４を通じてインナーチューブ６１ａ内にフッ素ガスを供給することによって、搬送通路９５ａ及び合流搬送通路９５を通じて搬送されて電解槽１に回収される。このように、インナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素は、インナーチューブ６１ａ内にフッ素ガスをキャリアガスとして供給することによって、フッ素ガスに同伴されて電解槽１に回収される。キャリアガスとしてフッ素ガスを用いることから、合流搬送通路９５を通じて搬送されるフッ化水素は、電解槽１の陽極室１１へと回収される。
【００７７】
インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素を排出した後は、インナーチューブ６１ａ内へのフッ素ガスの充填を行い、第１精製装置１６ａを再生する必要がある。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。
【００７８】
ここで、キャリアガスとしてフッ素ガスを用いる場合には、インナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素の排出が完了するのと同時に、インナーチューブ６１ａ内へのフッ素ガスの充填、つまり第１精製装置１６ａの再生も完了することになる。
【００７９】
以上のように、インナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素の排出、電解槽１への搬送、及びインナーチューブ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。なお、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代わりに、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、本実施の形態のように、第２バッファタンク５０に貯留されたフッ素ガスを用いる方が望ましい。
【００８０】
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。以下に示す精製装置１６の動作はフッ素ガス生成装置１００に搭載される制御手段としてのコントローラ（図示せず）によって制御される。コントローラは、温度計６８ａ，６８ｂ，圧力計６９ａ，６９ｂ，液面計７４ａ，７４ｂ，圧力計８０ａ，８０ｂ，及び差圧計８６ａ，８６ｂ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。
【００８１】
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のみを通過する。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
ここで、電解槽１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。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て捕集することができる。
【００８５】
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、圧力調整弁８１ａを通じて外部へと放出される。
【００８６】
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、捕集したフッ化水素の回収工程、及び再生工程が行われる。
【００８７】
以下では、図２及び図３を参照して、第１精製装置１６ａから第２精製装置１６ｂへの運転切り換え工程、第１精製装置１６ａにて捕集したフッ化水素の回収工程、及び第１精製装置１６ａ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。
【００８８】
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。
【００８９】
停止した第１精製装置１６ａでは、捕集したフッ化水素の回収工程が以下の手順にて行われる。
【００９０】
まず、搬送通路９５ａの排出弁９７ａ及び分岐通路９９の遮断弁８４が開弁され、インナーチューブ６１ａ内のフッ素ガスは、真空ポンプ９６にて吸引され、除害部９８にて無害化されて放出される。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（１００Ｐａ以下）まで低下した時点で（時間ｔ２）、遮断弁８４が閉弁してインナーチューブ６１ａ内の脱気が完了する。なお、インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素は凝固した状態であるため、真空ポンプ９６にて吸引されることはない。
【００９１】
インナーチューブ６１ａ内の脱気が完了すると、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が全開されて液体窒素が排出される。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内の温度は上昇し、インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素が溶解する。
【００９２】
また、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素の排出と同時に、フッ素ガス供給通路５４の遮断弁８８ａが開弁してインナーチューブ６１ａ内にキャリアガスとしてフッ素ガスが供給される。これにより、インナーチューブ６１ａの内部圧力は上昇する。
【００９３】
インナーチューブ６１ａの内部圧力が電解槽１と同じ圧力である大気圧に達した時点で（時間ｔ３）、合流搬送通路９５の遮断弁８３が開弁してインナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素がフッ素ガスに同伴されて電解槽１の陽極室１１へと搬送される。このようにして、インナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素は電解槽１に回収される。
【００９４】
インナーチューブ６１ａ内の温度が常温（ＲＴ）に達した時点で（時間ｔ４）、遮断弁８３及び遮断弁８８ａが閉弁して電解槽１へのフッ化水素の搬送、及びインナーチューブ６１ａ内へのキャリアガスとしてのフッ素ガスの供給が停止される。
【００９５】
以上にて、捕集したフッ化水素の回収工程が完了する。なお、以上の回収工程では、キャリアガスがフッ素ガスであるため、回収工程の最初に行われる真空ポンプ９６によるインナーチューブ６１ａ内の脱気は必ずしも行う必要がない。つまり、インナーチューブ６１ａ内の脱気を行わずに、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素の排出と同時に、インナーチューブ６１ａ内にキャリアガスとしてフッ素ガスを供給して溶解したフッ化水素を電解槽１へと搬送するようにしてもよい。ただ、回収工程の最初にインナーチューブ６１ａ内の脱気を行わない場合には、インナーチューブ６１ａ内のフッ素ガス中の他の微量成分も電解槽１へと回収されることになり、そのような他の微量成分が濃縮されるおそれがある。したがって、そのような事態を回避するためにはインナーチューブ６１ａ内の脱気を行うことが望ましい。
【００９６】
次に、第１精製装置１６ａの再生工程が以下の手順にて行われる。
【００９７】
まず、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ｔ５）。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。
【００９８】
回収工程が完了した時点で、インナーチューブ６１ａには、キャリアガスとして供給されたフッ素ガスが既に充填された状態であるが、ジャケットチューブ７１ａへの液体窒素の供給によって、インナーチューブ６１ａのフッ素ガスの体積が縮小する。そのため、インナーチューブ６１ａの内部圧力が大気圧を下回る場合がある。その場合には、フッ素ガス供給通路５４の遮断弁８８ａを開弁してフッ素ガスをインナーチューブ６１ａの内に充填する。なお、回収工程の終了時（時間ｔ４）にて遮断弁８８ａを閉弁せず、再生工程中は常時遮断弁８８ａを開状態とし、インナーチューブ６１ａの内部温度が−１８０℃に達した時点で閉弁とするようにしてもよい。
【００９９】
以上にて、第１精製装置１６ａの再生工程が完了し、第１精製装置は待機状態となる。
【０１００】
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となる。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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
精製装置１６にて捕集されたフッ化水素は電解槽１に回収されてフッ素ガスを生成するために再利用されるため、フッ素ガスを精製する過程で捕集されたフッ素ガス以外の成分であるフッ化水素を有効に利用することが可能となる。
【０１０３】
また、精製装置１６にて捕集されたフッ化水素を電解槽１へと搬送するためのキャリアガスには、電解槽１にて生成されたフッ素ガスが用いられる。したがって、キャリアガスとして専用のガスが不要となり、かつそのガス設備も不要となるため、フッ素ガス生成装置１００自体をコンパクトにすることができ、コストも低減することができる。また、キャリアガスとして用いられるフッ素ガスは、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。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ためのタンクである。つまり、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キャリアガスとして用いられる。したがって、フッ素ガスを有効に利用することができ、かつ外部へのフッ素ガスの放出量が減り、除害部５３にて処理するフッ素ガス量が減るため、除害部５３の負荷を低減することができる。
【０１０４】
また、精製装置１６は、少なくとも２つの系統から構成され、運転切り換えによって停止した系統の精製装置１６は、インナーチューブ６１ａ，６１ｂからフッ化水素が排出された後、再生されて待機状態となるため、いつでも運転できる状態となる。このため、運転中の系統の精製装置１６において凝固したフッ化水素の蓄積量が多くなった場合には、待機状態の系統の精製装置１６を速やかに起動させることができる。したがって、フッ素ガス生成装置１００自体を停止させる必要がなく、外部装置４へと安定してフッ素ガスを供給することができる。
【０１０５】
以下に、本第１の実施の形態の他の形態について説明する。
【０１０６】
以上の第１の実施の形態では、インナーチューブ６１ａ，６１ｂにて捕集したフッ化水素を電解槽１に搬送して回収する回収設備として、フッ素ガスをキャリアガスとして用いる態様について説明した。
【０１０７】
回収設備の他の構成として、図４に示すように、合流搬送通路９５における遮断弁８３の下流に吸引装置としての搬送ポンプ６０を設け、キャリアガスを用いずに搬送ポンプ６０にてインナーチューブ６１ａ，６１ｂ内を吸引してフッ化水素を電解槽１の陽極室１１へと搬送して回収するようにしてもよい。
【０１０８】
回収工程の手順としては、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素の排出と同時に、遮断弁８３が開弁すると共に搬送ポンプ６０が駆動することによって、インナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素が電解槽１へと搬送される点で、上記第１の実施の形態にて示した手順と異なる。つまり、インナーチューブ６１ａ，６１ｂの冷却を解除しつつ、インナーチューブ６１ａ，６１ｂの内部を搬送ポンプ６０にて吸引することによって、捕集したフッ化水素は電解槽１に搬送される。
【０１０９】
この構成の場合、フッ素ガス供給通路５４を通じてのフッ素ガスの供給は、再生工程においてインナーチューブ６１ａ，６１ｂ内にフッ素ガスを充填する際にのみ行われることになる。
【０１１０】
キャリアガスを用いずに搬送ポンプ６０を用いてフッ化水素を回収する場合には、インナーチューブ６１ａ，６１ｂの冷却の解除を行う前に、真空ポンプ９６によるインナーチューブ６１ａ内のフッ素ガスの脱気を行えば、回収されるのはフッ化水素のみとなる。したがって、フッ化水素の回収先を電解槽１ではなくフッ化水素供給源４０としてもよい。つまり、インナーチューブ６１ａ，６１ｂにて捕集したフッ化水素をフッ化水素供給源４０に搬送して回収するようにしてもよい。
【０１１１】
＜第２の実施の形態＞
図５及び図６を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置２００について説明する。
【０１１２】
以下では、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施の形態と同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。
【０１１３】
フッ素ガス生成装置２００は、副生ガス処理系統３の構成が上記第１の実施の形態と一部異なる。以下、図５を参照して説明する。
【０１１４】
図５に示すように、第２メイン通路３０には、電解槽１の陰極８にて生成され第２ポンプ３１にて搬送された水素ガスが貯留されるバッファタンク５５が設けられる。バッファタンク５５の下流には、バッファタンク５５の内部圧力を制御する圧力調整弁５６が設けられる。また、バッファタンク５５には、内部圧力を検出する圧力計５７が設けられる。圧力計５７の検出結果はコントローラ１０ｇに出力される。コントローラ１０ｇは、バッファタンク５５の内部圧力が予め定められた設定値となるように圧力調整弁５６の開度を制御する。設定値は大気圧よりも高い圧力に設定される。バッファタンク５５から圧力調整弁５６を通じて排出された水素ガスは、除害部３４にて無害化されて放出される。このように、圧力調整弁５６は、バッファタンク５５の内部圧力が設定値となるように制御する。バッファタンク５５には、水素ガスを精製装置１６へと供給するための水素ガス供給通路５８が接続される。
【０１１５】
また、フッ素ガス生成装置２００は、精製装置１６の構成が上記第１の実施の形態と一部異なる。以下、図６を参照して説明する。
【０１１６】
出口通路６５ａにおける出口弁６６ａの上流には、バッファタンク５５に接続された水素ガス供給通路５８の下流端が接続される。水素ガス供給通路５８には、インナーチューブ６１ａへの水素ガスの供給と遮断を切り換える遮断弁５９ａが設けられる。
【０１１７】
バッファタンク５５の内部圧力は圧力調整弁５６によって大気圧よりも高い圧力に制御される。したがって、遮断弁５９ａを開弁することによって、バッファタンク５５とインナーチューブ６１ａとの差圧によって、バッファタンク５５に貯留された水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。
【０１１８】
このように、フッ素ガス生成装置２００では、インナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素の排出、及び電解槽１への搬送のために用いられるキャリアガスとして、電解槽１の陰極室１２にて生成されバッファタンク５５に貯留された水素ガスが用いられる。キャリアガスとして水素ガスを用いることから、合流搬送通路９５を通じて搬送されるフッ化水素は、電解槽１の陰極室１２へと回収される。
【０１１９】
入口通路６３ａにおける入口弁６４ａの下流には、第２バッファタンク５０（図５参照）に接続されたフッ素ガス供給通路５４の下流端が接続される。フッ素ガス供給通路５４には、インナーチューブ６１ａへのフッ素ガスの供給と遮断を切り換える遮断弁８８ａが設けられる。
【０１２０】
第２バッファタンク５０の内部圧力は圧力調整弁５１（図５参照）によって大気圧よりも高い圧力に制御される。したがって、遮断弁８８ａを開弁することによって、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。第２バッファタンク５０に貯留されたフッ素ガスは、精製装置１６を再生する際の充填ガスとして用いられる。
【０１２１】
次に、図６及び図７を参照して、精製装置１６の動作について説明するが、回収工程及び再生工程のみが上記第１の実施の形態と異なるため、回収工程及び再生工程についてのみ説明する。図７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７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。
【０１２２】
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てインナーチューブ６１ａの内部圧力が上昇し、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への運転切り換えが行われる（時間ｔ１）。
【０１２３】
停止した第１精製装置１６ａでは、捕集したフッ化水素の回収工程が以下の手順にて行われる。
【０１２４】
まず、搬送通路９５ａの排出弁９７ａ及び分岐通路９９の遮断弁８４が開弁され、インナーチューブ６１ａ内のフッ素ガスは、真空ポンプ９６にて吸引され、除害部９８にて無害化されて放出される。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（１０Ｐａ以下）まで低下した時点で（時間ｔ２）、遮断弁８４が閉弁してインナーチューブ６１ａ内の脱気が完了する。なお、インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素は凝固した状態であるため、真空ポンプ９６にて吸引されることはない。また、上記第１の実施の形態では、インナーチューブ６１ａ内の脱気は必ずしも行う必要がないと説明した。しかし、キャリアガスとして水素ガスが用いられるフッ素ガス生成装置２００では、インナーチューブ６１ａ内でのフッ素ガスと水素ガスの混触を防ぐため、インナーチューブ６１ａ内の脱気は必須である。
【０１２５】
インナーチューブ６１ａ内の脱気が完了すると、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が全開されて液体窒素が排出される。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７に示すように、インナーチューブ６１ａ内の温度は上昇し、インナーチューブ６１ａ内のフッ化水素が溶解する。
【０１２６】
また、ジャケットチューブ７１ａ内の液体窒素の排出と同時に、水素ガス供給通路５８の遮断弁５９ａが開弁してインナーチューブ６１ａ内にキャリアガスとして水素ガスが供給される。これにより、インナーチューブ６１ａの内部圧力は上昇する。
【０１２７】
インナーチューブ６１ａの内部圧力が電解槽１と同じ圧力である大気圧に達した時点で（時間ｔ３）、合流搬送通路９５の遮断弁８３が開弁してインナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素が水素ガスに同伴されて電解槽１の陰極室１２へと搬送される。このようにして、インナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素は電解槽１に回収される。
【０１２８】
インナーチューブ６１ａ内の温度が常温（ＲＴ）に達した時点で（時間ｔ４）、遮断弁８３及び遮断弁５９ａが閉弁して電解槽１へのフッ化水素の搬送、及びインナーチューブ６１ａ内へのキャリアガスとしての水素ガスの供給が停止される。以上にて、捕集したフッ化水素の回収工程が完了する。
【０１２９】
次に、第１精製装置１６ａの再生工程が以下の手順にて行われる。
【０１３０】
まず、分岐通路９９の遮断弁８４が開弁され（時間ｔ５）、インナーチューブ６１ａ内の水素ガスは、真空ポンプ９６にて吸引され、除害部９８にて無害化されて放出される。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（１０Ｐａ以下）まで低下した時点で（時間ｔ６）、遮断弁８４が閉弁してインナーチューブ６１ａ内の脱気が完了する。
【０１３１】
次に、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。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。
【０１３２】
次に、フッ素ガス供給通路５４の遮断弁８８ａが開弁してインナーチューブ６１ａ内にフッ素ガスが供給される（時間ｔ７）。これにより、インナーチューブ６１ａの内部圧力は上昇し、インナーチューブ６１ａの内部圧力が大気圧以上となった時点で遮断弁８８ａは閉弁されてフッ素ガスの充填が完了する（時間ｔ８）。
【０１３３】
以上にて、第１精製装置１６ａの再生工程が完了し、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となる。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。
【０１３４】
以上のように、フッ素ガス生成装置２００では、インナーチューブ６１ａ内の溶解したフッ化水素の排出、及び電解槽１への搬送は、バッファタンク５５に貯留された水素ガスが用いられ、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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
精製装置１６にて捕集されたフッ化水素を電解槽１へと搬送するためのキャリアガスには、電解槽１にて生成された水素ガスが用いられる。したがって、キャリアガスとして専用のガスが不要となり、かつそのガス設備も不要となるため、フッ素ガス生成装置２００自体をコンパクトにすることができ、コストも低減することができる。
【０１３７】
また、キャリアガスとして用いられる水素ガスは、電解槽１の陰極８にて生成されバッファタンク５５に貯留された水素ガスであり、従来は外部へと放出されていた副生ガスである。このように、従来は外部へと放出していた水素ガスをキャリアガスとして利用するものであるため、水素ガスを有効に利用することができ、かつ外部への水素ガスの放出量が減り、除害部３４にて処理する水素ガス量が減るため、除害部３４の負荷を低減することができる。
【０１３８】
以下に、本第２の実施の形態の他の形態について説明する。
【０１３９】
本第２の実施の形態では、インナーチューブ６１ａ，６１ｂ内のフッ化水素を電解槽１へ搬送するキャリアガスとして水素ガスを用いた。
【０１４０】
これに代わり、キャリアガスとして、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを用いるようにしてもよい。その場合、図６において、水素ガス供給通路５８を不活性ガスを供給する不活性ガス供給通路５８に代えると共に、不活性ガス供給通路５８の上流端に不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）を設けるようにすればよい。このように、キャリアガスとして不活性ガスを用いる場合には、水素ガスを用いる場合と同様に、同伴して搬送されるフッ化水素は電解槽１の陰極室１２へと回収される。
【０１４１】
キャリアガスとして不活性ガスを用いる場合の回収工程及び再生工程の手順は、水素ガスを用いる場合の上記手順と同じである。
【０１４２】
キャリアガスとして不活性ガスを用いる場合には、副生ガス処理系統３に水素ガスを貯留するためのバッファタンク５５が不要となる。また、キャリアガスとして窒素ガスを用いる場合には、ジャケットチューブ７１ａ内に導かれる窒素ガスの供給源である窒素ガス供給源９２の窒素ガスを用いるようにすれば、設備を簡素化することできる。
【０１４３】
＜第３の実施の形態＞
図１及び図８を参照して、本発明の第３の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置３００について説明する。
【０１４４】
以下では、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明し、第１の実施の形態と同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。
【０１４５】
フッ素ガス生成装置３００は、フッ素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の構成のみが上記第１の実施の形態と異なる。以下では、図８を参照して、フッ素ガス生成装置３００における精製装置３０１について説明する。
【０１４６】
精製装置３０１は、フッ素ガス中のフッ化水素ガスを吸着剤に吸着させてフッ素ガスからフッ化水素ガスを分離して捕集する装置である。精製装置３０１は、並列に設けられた第１精製装置３０１ａと第２精製装置３０１ｂ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３０１ａ及び第２精製装置３０１ｂ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。なお、本実施の形態では、精製装置３０１を２基並列に配置して２系統にて構成したが、精製装置３０１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。
【０１４７】
第１精製装置３０１ａと第２精製装置３０１ｂは同じ構成であるため、以下では、第１精製装置３０１ａを中心に説明し、第２精製装置３０１ｂについては第１精製装置３０１ａと同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。なお、第１精製装置３０１ａの構成には符号に「ａ」を付し、第２精製装置３０１ｂの構成には符号に「ｂ」を付して区別する。
【０１４８】
第１精製装置３０１ａは、電解槽１にて生成されたフッ素ガスに混入したフッ化水素を粗取りするための上流精製塔３０２ａと、上流精製塔３０２ａでは回収しきれないフッ化水素を除去するための下流精製塔３０３ａとが直列に配置される。
【０１４９】
まず、上流精製塔３０２ａについて説明する。
【０１５０】
上流精製塔３０２ａ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カートリッジ３０５ａと、カートリッジ３０５ａ内に収容され、フッ素ガスに混入したフッ化水素ガスが吸着する吸着剤（図示せず）と、カートリッジ３０５ａの温度を調節する温度調節器としてのヒーター３０６ａとを備える。
【０１５１】
カートリッジ３０５ａは、多数の吸着剤を収容するための容器であり、カートリッジの材質としては、フッ素ガス及びフッ化水素ガスに対して耐性を有するものであることが好ましく、例えば、ステンレス鋼、モネル、ニッケルなどの金属が挙げられる。
【０１５２】
吸着剤は、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）からなる多孔質ビーズである。フッ化ナトリウムは吸着能力が温度により変化するため、カートリッジ３０５ａの周囲にはヒーター３０６ａが設けられ、ヒーター３０６ａによってカートリッジ３０５ａ内の温度が調節される。吸着剤に用いる薬剤としては、フッ化ナトリウムの他、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ等のアルカリ金属フッ化物を使用することもできるが、その中でもフッ化ナトリウムが特に好ましい。
【０１５３】
温度調節器としては、カートリッジ３０５ａ内の温度を調節できるものであれば特に限定されないが、ヒーター３０６ａの他、例えば、蒸気加熱、熱媒、又は冷媒を使用した加熱冷却装置を用いるようにしてもよい。
【０１５４】
カートリッジ３０５ａには、内部に陽極７にて生成されたフッ素ガスを導く入口通路３１０ａが接続される。入口通路３１０ａ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３１０ｂは、第２精製装置３０１ｂのカートリッジ３０５ｂに接続される。入口通路３１０ａには、カートリッジ３０５ａへのフッ素ガスの流入を許容又は遮断する入口弁３１１ａが設けられる。
【０１５５】
また、カートリッジ３０５ａには、フッ素ガスを排出するための出口通路３１２ａが接続される。出口通路３１２ａには、カートリッジ３０５ａからフッ素ガスの流出を許容又は遮断する出口弁３１３ａが設けられる。
【０１５６】
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３１０ａを通じてカートリッジ３０５ａに流入し、出口通路３１２ａを通じてカートリッジ３０５ａから流出する。第１精製装置３０１ａが運転状態である場合には、入口弁３１１ａ及び出口弁３１３ａは開状態でありフッ素ガスはカートリッジ３０５ａを通過し、第１精製装置３０１ａが停止又は待機状態である場合には、入口弁３１１ａ及び出口弁３１３ａは閉状態となる。
【０１５７】
出口通路３１２ａにおける出口弁３１３ａの上流には、カートリッジ３０５ａを通過したフッ素ガス中のフッ化水素濃度を光学的に分析して検出する濃度検出器３１５ａが設けられる。濃度検出器としては、フッ化水素濃度を分析できれば特に限定されないが、例えば、フーリエ変換赤外分光計（ＦＴ−ＩＲ）などが挙げられる。
【０１５８】
上流精製塔３０２ａは、カートリッジ３０５ａにて捕集したフッ化水素を電解槽１に搬送して回収する回収設備、及び上流精製塔３０２ａを再生する再生設備も備える。以下では、回収設備及び再生設備について説明する。
【０１５９】
カートリッジ３０５ａには、第２バッファタンク５０（図１参照）に接続されたフッ素ガス供給通路５４の下流端が接続される。フッ素ガス供給通路５４には、カートリッジ３０５ａへのフッ素ガスの供給と遮断を切り換える遮断弁８８ａが設けられる。
【０１６０】
第２バッファタンク５０の内部圧力は圧力調整弁５１（図１参照）によって大気圧よりも高い圧力に制御される。したがって、遮断弁８８ａを開弁することによって、第２バッファタンク５０とカートリッジ３０５ａ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カートリッジ３０５ａへと供給されることになる。
【０１６１】
また、カートリッジ３０５ａには、カートリッジ３０５ａ内の吸着剤に吸着されたフッ化水素を排出し搬送するための搬送通路９５ａが接続される。搬送通路９５ａと第２精製装置３０１ｂの搬送通路９５ｂとは合流して合流搬送通路９５となり、合流搬送通路９５の下流端は電解槽１に接続される。搬送通路９５ａ，９５ｂのそれぞれには、フッ化水素の排出時に開弁する排出弁９７ａ，９７ｂが設けられる。
【０１６２】
カートリッジ３０５ａ内の吸着剤にて捕集されたフッ化水素は、フッ素ガス供給通路５４を通じてカートリッジ３０５ａ内にフッ素ガスを供給することによって、搬送通路９５ａ及び合流搬送通路９５を通じて搬送されて電解槽１に回収される。このように、カートリッジ３０５ａ内のフッ化水素は、カートリッジ３０５ａ内にキャリアガスとしてフッ素ガスを供給することによって、フッ素ガスに同伴されて電解槽１に回収される。キャリアガスとしてフッ素ガスを用いることから、合流搬送通路９５を通じて搬送されるフッ化水素は、電解槽１の陽極室１１へと回収される。
【０１６３】
カートリッジ３０５ａ内のフッ化水素を排出した後は、カートリッジ３０５ａ内へのフッ素ガスの充填を行い、第１精製装置３０１ａを再生する必要がある。これは、第２精製装置３０１ｂが運転中である場合において、カートリッジ３０５ｂを通過したフッ素ガス中のフッ化水素濃度が所定濃度に達した場合には、速やかに第１精製装置３０１ａへと切り換えられるようにするためである。
【０１６４】
ここで、キャリアガスとしてフッ素ガスを用いる場合には、カートリッジ３０５ａ内のフッ化水素の排出が完了するのと同時に、カートリッジ３０５ａ内へのフッ素ガスの充填、つまり第１精製装置３０１ａの再生も完了することになる。
【０１６５】
以上のように、カートリッジ３０５ａ内のフッ化水素の排出、電解槽１への搬送、及びカートリッジ３０５ａ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。
【０１６６】
下流精製塔３０３ａは、上流精製塔３０２ａの構成と同様であるため、上流精製塔３０２ａと同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。
【０１６７】
下流精製塔３０３ａのカートリッジ３０５ａに接続された出口通路３１２ａは、下流精製塔３０３ｂのカートリッジ３０５ｂに接続された出口通路３１２ｂと合流して第１ポンプ１７に接続される。
【０１６８】
第１精製装置３０１ａにおける下流精製塔３０３ａの入口弁３１１ａの上流と、第２精製装置３０１ｂにおける下流精製塔３０３ｂの入口弁３１１ｂの上流とは、バイパス通路３２０によって連通される。バイパス通路３２０には、下流精製塔３０３ａ又は下流精製塔３０３ｂに選択的にフッ素ガスを導くための切換弁３２１が設けられる。このように、第１精製装置３０１ａと第２精製装置３０１ｂとがバイパス通路３２０にて連通しているため、切換弁３２１を開閉することによって、上流精製塔３０２ａ又は上流精製塔３０２ｂを通過したフッ素ガスを、下流精製塔３０３ａ又は下流精製塔３０３ｂに選択的に導くことが可能となる。
【０１６９】
上流精製塔３０２ａ及び下流精製塔３０３ａのカートリッジ３０５ａの温度は、それぞれヒーター３０６ａによって制御される。フッ化ナトリウムは、室温程度の範囲ではフッ化水素の吸着能力が高いため、吸着量が多くなり劣化し易くなる。そこで、上流精製塔３０２ａのカートリッジ３０５ａの温度は、フッ化水素の大部分を吸着剤に吸着させつつ、吸着剤に大きな負荷がかからない程度の温度に設定することが好ましい。このように、上流精製塔３０２ａは、フッ素ガス中におけるフッ化水素の大部分を除去する粗取り工程として機能する。
【０１７０】
上流精製塔３０２ａのカートリッジ３０５ａの温度は、要求されるフッ素ガス中のフッ化水素濃度及び吸着剤の負荷を考慮し、７０℃〜１２０℃の範囲に調節するのが好ましい。カートリッジ３０５ａ内に充填されたフッ化ナトリウムの劣化を低減させ、かつ上流精製塔３０２ａの出口におけるフッ素ガス中のフッ化水素濃度を１０００ｐｐｍ未満にするため、７０℃〜１００℃の範囲に調節するのが特に好ましい。
【０１７１】
上流精製塔３０２ａを通過するフッ素ガス中のフッ化水素は大部分が除去されている。そのため、下流精製塔３０３ａのカートリッジ３０５ａの温度は、上流精製塔３０２ａにて除去しきれなかったフッ化水素が吸着剤に吸着されるように、フッ化ナトリウムの吸着能力が高まる室温程度に設定するのが好ましい。このように、下流精製塔３０３ａは、上流精製塔３０２ａにて除去しきれなかったフッ化水素を除去する仕上取り工程として機能する。
【０１７２】
下流精製塔３０３ａのカートリッジ３０５ａの温度は、下流精製塔３０３ａの出口におけるフッ素ガス中のフッ化水素濃度を１００ｐｐｍ未満にするため、０℃〜５０℃の範囲に調節するのが好ましい。
【０１７３】
このように、上流精製塔３０２ａのカートリッジ３０５ａの温度を下流精製塔３０３ａのカートリッジ３０５ａの温度よりも高く設定することによって、フッ化水素を上流精製塔３０２ａにて粗取り、下流精製塔３０３ａにて仕上取りと２段階で捕集することができるため、上流精製塔３０２ａ及び下流精製塔３０３ａの吸着剤の劣化を防止することができる。
【０１７４】
次に、以上のように構成される精製装置３０１の動作について説明する。以下に示す精製装置３０１の動作はフッ素ガス生成装置３００に搭載される制御手段としてのコントローラ（図示せず）によって制御される。コントローラは、濃度検出器３１５ａ，３１５ｂ等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。
【０１７５】
第１精製装置３０１ａが運転状態、第２精製装置３０１ｂが待機状態である場合について説明する。第１精製装置３０１ａでは、上流精製塔３０２ａの入口弁３１１ａ及び出口弁３１３ａが開状態で、かつ下流精製塔３０３ａの入口弁３１１ａ及び出口弁３１３ａも開状態であり、上流精製塔３０２ａ及び下流精製塔３０３ａのそれぞれのカートリッジ３０５ａ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３０１ｂでは、上流精製塔３０２ｂの入口弁３１１ｂ及び出口弁３１３ｂは閉状態で、かつ下流精製塔３０３ｂの入口弁３１１ｂ及び出口弁３１３ｂも閉状態であり、上流精製塔３０２ｂ及び下流精製塔３０３ｂはそれぞれのカートリッジ３０５ｂ内にフッ素ガスが充填された待機状態である。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３０１ａのみを通過する。
【０１７６】
以下では、運転状態である第１精製装置３０１ａについて説明する。
【０１７７】
電解槽１にて生成されたフッ素ガスは、上流精製塔３０２ａのカートリッジ３０５ａを通過した後、下流精製塔３０３ａのカートリッジ３０５ａを通過する。この過程で、フッ素ガス中のフッ化水素は、上流精製塔３０２ａの吸着剤に吸着して粗取りされ、下流精製塔３０３ａの吸着剤に吸着して仕上取りされて捕集される。
【０１７８】
上流精製塔３０２ａのカートリッジ３０５ａ内にて吸着剤に吸着したフッ化水素の吸着量が増加し、出口通路３１２ａに設けられた濃度検出器３１５ａによって検出されたフッ化水素の濃度が所定値に達した場合には、上流精製塔３０２ａの運転を停止すると共に、待機状態の上流精製塔３０２ｂを起動し、上流精製塔３０２の運転切り換えが行われる。具体的には、上流精製塔３０２ｂの入口弁３１１ｂ及び出口弁３１３ｂが開弁され、かつ切換弁３２１が開弁された後、上流精製塔３０２ａの入口弁３１１ａ及び出口弁３１３ａが閉弁される。これにより、上流精製塔３０２ｂが起動すると共に上流精製塔３０２ａは停止し、電解槽１からのフッ素ガスは上流精製塔３０２ｂへと導かれ、バイパス通路３２０を通じて下流精製塔３０３ａへと導かれる。
【０１７９】
また、下流精製塔３０３ａにおいても、カートリッジ３０５ａ内にて吸着剤に吸着したフッ化水素の吸着量が増加し、出口通路３１２ａに設けられた濃度検出器３１５ａによって検出されたフッ化水素の濃度が所定値に達した場合には、下流精製塔３０３ａの運転を停止すると共に、待機状態の下流精製塔３０３ｂを起動し、下流精製塔３０３の運転切り換えが行われる。具体的には、下流精製塔３０３ｂの入口弁３１１ｂ及び出口弁３１３ｂが開弁された後、下流精製塔３０３ａの入口弁３１１ａ及び出口弁３１３ａが閉弁され、かつ切換弁３２１が閉弁される。これにより、下流精製塔３０３ｂが起動すると共に、下流精製塔３０３ａは停止し、電解槽１からのフッ素ガスは上流精製塔３０２ｂから下流精製塔３０３ｂへと導かれる。
【０１８０】
停止した上流精製塔３０２ａ及び下流精製塔３０３ａでは、捕集したフッ化水素の回収工程及び再生工程が以下の手順にて行われる。上流精製塔３０２ａ及び下流精製塔３０３ａの回収工程及び再生工程の手順は同じであるため、上流精製塔３０２ａについてのみ説明する。
【０１８１】
まず、フッ素ガス供給通路５４の遮断弁８８ａが開弁してカートリッジ３０５ａ内にキャリアガスとしてフッ素ガスが供給されると共に、搬送通路９５ａの排出弁９７ａが開弁する。これにより、カートリッジ３０５ａ内の吸着剤に吸着して捕集されたフッ化水素はフッ素ガスに同伴されて電解槽１の陽極室１１へと搬送される。
【０１８２】
捕集したフッ化水素を電解槽１に搬送する際には、ヒーター３０６ａによってカートリッジ３０５ａの温度は１５０℃〜３００℃の範囲に調節される。これにより、カートリッジ３０５ａ内の吸着剤に吸着したフッ化水素は離脱するため、フッ素ガスに同伴されて電解槽１へと搬送され易くなる。
【０１８３】
この状態を所定時間保持することによって、カートリッジ３０５ａ内のフッ化水素は全て電解槽１へと回収され、遮断弁８８ａ及び排出弁９７ａが閉弁されて、捕集したフッ化水素の回収工程が完了する。
【０１８４】
次に、上流精製塔３０２ａを待機状態とすべく、カートリッジ３０５ａの温度設定を１５０℃〜３００℃から７０℃〜１２０℃の常用温度に変更する。ここで、カートリッジ３０５ａには、キャリアガスとして供給されたフッ素ガスが既に充填された状態であるため、カートリッジ３０５ａの設定温度の変更によって再生工程も完了となり、上流精製塔３０２ａは待機状態となる。
【０１８５】
以上のように、停止中の上流精製塔３０２ａは待機状態となるため、運転中の上流精製塔３０２ｂの出口におけるフッ化水素の濃度が所定値に達した場合には、上流精製塔３０２ｂの運転を停止すると共に、上流精製塔３０２ａを速やかに起動し、上流精製塔３０２の運転切り換えを行うことができる。
【０１８６】
なお、各精製塔の出口に設けられる濃度検出器３１５ａ，３１５ｂにコントローラを設け、そのコントローラによって精製装置３０１の動作を制御するようにしてもよい。
【０１８７】
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。
【０１８８】
精製装置３０１にて捕集されたフッ化水素は電解槽１に回収されてフッ素ガスを生成するために再利用されるため、フッ素ガスを精製する過程で捕集されたフッ素ガス以外の成分であるフッ化水素を有効に利用することが可能となる。
【０１８９】
また、精製装置３０１にて捕集されたフッ化水素を電解槽１へと搬送するためのキャリアガスには、電解槽１にて生成されたフッ素ガスが用いられる。したがって、キャリアガスとして専用のガスが不要となり、かつそのガス設備も不要となるため、フッ素ガス生成装置３００自体をコンパクトにすることができ、コストも低減することができる。
【０１９０】
また、精製装置３０１は、少なくとも２つの系統から構成され、運転切り換えによって停止した系統の精製装置３０１は、カートリッジ３０５ａ，３０５ｂからフッ化水素が排出された後、再生されて待機状態となるため、いつでも運転できる状態となる。このため、運転中の系統の精製装置３０１のカートリッジ３０５ａ，３０５ｂ内にて吸着剤に吸着したフッ化水素の吸着量が多くなった場合には、待機状態の系統の精製装置３０１を速やかに起動させることができる。したがって、フッ素ガス生成装置３００自体を停止させる必要がなく、外部装置４へと安定してフッ素ガスを供給することができる。
【０１９１】
以下に、本第３の実施の形態の他の形態について説明する。
【０１９２】
（１）以上の第３の実施の形態では、カートリッジ３０５ａ，３０５ｂにて捕集したフッ化水素を電解槽１に搬送して回収する回収設備として、フッ素ガスをキャリアガスとして用いる態様について説明した。
【０１９３】
回収設備の他の構成として、図９に示すように、合流搬送通路９５に吸引装置としての搬送ポンプ６０を設け、キャリアガスを用いずに搬送ポンプ６０にてカートリッジ３０５ａ，３０５ｂ内を吸引してフッ化水素を電解槽１の陽極室１１へと搬送して回収するようにしてもよい。
【０１９４】
回収工程の手順としては、カートリッジ３０５ａ内にキャリアガスとしてフッ素ガスを供給する代わりに、搬送ポンプ６０を駆動すると共に排出弁９７ａを開弁して、カートリッジ３０５ａ内のフッ化水素を電解槽１へと搬送する点で、上記第３の実施の形態にて示した手順と異なる。つまり、カートリッジ３０５ａ，３０５ｂの内部を搬送ポンプ６０にて吸引することによって、捕集したフッ化水素は電解槽１に搬送される。
【０１９５】
この構成の場合、フッ素ガス供給通路５４を通じてのフッ素ガスの供給は、再生工程においてカートリッジ３０５ａ，３０５ｂ内にフッ素ガスを充填する際にのみ行われることになる。
【０１９６】
（２）キャリアガスを用いずに搬送ポンプ６０を用いてフッ化水素を回収する場合には、搬送ポンプ６０によるフッ化水素の搬送の前に、カートリッジ３０５ａ，３０５ｂ内のフッ素ガスの脱気を行えば、回収されるのはフッ化水素のみとなる。したがって、図１０に示すように、フッ化水素の回収先を電解槽１ではなくフッ化水素供給源４０としてもよい。つまり、カートリッジ３０５ａ，３０５ｂにて捕集したフッ化水素をフッ化水素供給源４０に搬送して回収するようにしてもよい。
【０１９７】
カートリッジ３０５ａ，３０５ｂ内のフッ素ガスの脱気を行う設備としては、図１０に示すように、カートリッジ３０５ａ，３０５ｂに内部を脱気するための排出通路３３０ａ，３３０ｂを接続し、排出通路３３０ａ，３３０ｂに真空ポンプ３３１ａ，３３１ｂと遮断弁３３２ａ，３３２ｂを設けるようにし、真空ポンプ３３１によって脱気を行うようにすればよい。
【０１９８】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【０１９９】
本発明は、フッ素ガスを生成する装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０２００】
１００，２００，３００  フッ素ガス生成装置
１      電解槽
２      フッ素ガス供給系統
３      副生ガス処理系統
４      外部装置
５      原料供給系統
７      陽極
８      陰極
１１ａ  第１気室
１２ａ  第２気室
１５    第１メイン通路
１６    精製装置
１６ａ  第１精製装置
１６ｂ  第２精製装置
２１    第１バッファタンク
５０    第２バッファタンク
５５    バッファタンク
６０    搬送ポンプ
６１ａ，６１ｂ    インナーチューブ
７０ａ，７０ｂ    冷却装置
７１ａ，７１ｂ    ジャケットチューブ
７２ａ，７２ｂ    液体窒素給排系統
７６    液体窒素供給源
８６ａ，８６ｂ    差圧計
９２    窒素ガス供給源
９６    真空ポンプ
３０１  精製装置
３０１ａ    第１精製装置
３０１ｂ    第２精製装置
３０２ａ，３０２ｂ    上流精製塔
３０３ａ，３０３ｂ    下流精製塔
３０５ａ，３０３ｂ    カートリッジ
３０６ａ，３０６ｂ    ヒーター
３１５ａ，３１５ｂ    濃度検出器
３３１    真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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