(57)【要約】【課題】運搬が容易で、必要なときにすぐに所望の量だけフッ素を発生させるコンパクトな、運転操作の容易なフッ素電解装置を得る。【解決手段】フッ素電解装置は、フッ化水素含有溶融塩を収納し電気分解する円筒形で電解電極としての陰極である電解槽本体１０と、陽極３０とを有する。陽極３０は、陽極上部３１と陽極下部３２が一体的に炭素から形成され、陽極上部は、円筒状に形成され、その上端が電解槽から外部に突出して装着され、陽極下部は、円柱上又は円筒状に形成される。陽極を囲む円筒状の隔壁２０が設けられ、電解槽本体１０の外周には電気ヒーター１７と断熱材が巻き付けられ、フッ化水素含有溶融塩は常温で固体であり、電気ヒーターにより加熱されると液体となり、加熱されたフッ化水素含有溶融塩の液面を検出する液面センサー６１を設けることを特徴としたフッ素電解装置である。【選択図】図１
2009215578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化水素含有溶融塩を電気分解しフッ素を発生させるフッ素電解装置において、
上記フッ素電解装置は、フッ化水素含有溶融塩を収納し電気分解する円筒形で電解電極としての陰極である電解槽本体と、電解電極としての陽極とを有し、
該陽極は、陽極上部と陽極下部が一体的に炭素から形成され、上記陽極上部は、円筒状に形成され、その上端が上記電解槽の上部外壁から外部に突出して装着され、上記陽極下部は、円柱上又は円筒状に形成され、
上記陽極の周囲を囲む円筒状の隔壁が設けられ、該隔壁には多数の貫通孔が形成され、
上記電解槽本体の外周には電気ヒーターが装着され、該電気ヒーターの外側は断熱材が取付けられ、上記電解槽本体中の上記フッ化水素含有溶融塩は常温で固体であり、上記電気ヒーターにより加熱されると液体となることを特徴としたフッ素電解装置。
【請求項２】
上記電解槽本体に、加熱された上記フッ化水素含有溶融塩の液面を検出する液面センサーを設けた請求項１に記載のフッ素電解装置。
【請求項３】
上記電解槽本体は、上部が下部よりも直径が大きく形成され、直径が大きな電解槽本体上部に位置する範囲で、上記電解槽本体中のフッ化水素含有溶融塩の液面の上限と下限を上記液面センサーで検出し、制御して電気分解を行う請求項２に記載のフッ素電解装置。
【請求項４】
上記フッ化水素含有溶融塩は、フッ化カリウム（ＫＦ）とフッ化水素（ＨＦ）の混合物であり、そのモル比は、ＫＦ：ＨＦの比が１．００：２．１０〜１．００：１．７０の範囲で電気分解が行われる請求項１乃至請求項３に記載のフッ素電解装置。
【請求項５】
上記フッ素電解装置には、フッ素電解装置には、不活性ガス又は窒素ガスを供給する供給ラインとフッ素ガスと水素ガスを排出する排出ラインがそれぞれバルブを介して着脱自在に接続された請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のフッ素電解装置。
【請求項６】
上記陽極上部は、フッ素系高分子のＶパッキンで上記電解槽本体の上部を覆う蓋との間がシールされている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のフッ素電解装置。
【請求項７】
上記陽極上部は、少なくとも上記電解槽の上部外壁から外部に突出した部分が金属メッキされている請求項６に記載のフッ素電解装置。
【請求項８】
上記陽極の下部と上記隔壁の下部は、電気絶縁体で形成された保持台で保持された請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のフッ素電解装置。
【請求項９】
上記隔膜は、モネルで形成されるとともに、多数の貫通孔が形成され、該貫通孔の直径が２ｍｍ〜７ｍｍである請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のフッ素電解装置。
【請求項１０】
上記電解槽本体の底面には、上記陽極と隔壁を保持する保持台が取付けられている請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のフッ素電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ化水素含有溶融塩を電気分解し、フッ素を発生させるフッ素電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フッ素ガスは、半導体の製造分野において必要不可欠なガスであり、そのフッ素ガスは、フッ化水素含有溶融塩、即ち、フッ化カリウムとフッ化水素等の混合溶融塩を電解液として電気分解するフッ素電解装置を使用して製造されている。
このフッ素ガスの製造は、通常、大型のフッ素電解装置を使用して製造されているが、製造されたフッ素ガスは、例えば、ボンベ等に充填されて、半導体の製造工場に運搬されている。そして、半導体の製造工程において、半導体のエッチングに使用されるために、半導体の製造設備の付近に供給されている。
【０００３】
しかしながら、フッ素ガスは、反応性が高く、高い毒性と腐食性のため、不活性ガス雰囲気のボンベに充填して使用している。そして、使用状態においては高度に安全で腐食に耐える高価な供給ラインと減圧弁を使用してフッ素ガスの供給ラインを構築する必要があった。また、ボンベ中に、毒性のあるフッ素ガスを低圧、又は不活性ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２）で希釈して貯蔵するため、ボンベの１本あたりの貯蔵量を多くすることができなかった。一方、半導体の製造工程において、フッ素ガスの欠乏から製造が停止することを防止するため、多量のフッ素ガスボンベを保管しておく場合があった。
【０００４】
また、フッ素ガスは高価なため、多量のフッ素ガスを貯蔵しておくこともコストアップの要因となり、好ましくなかった。そして、フッ素ガスは、不純物の極めて少ない高純度のガスが必要とされているため、保管においてこの純度を維持することも必要とされている。
さらに、フッ素ガス製造のためのフッ素電解装置によるフッ素の製造には、非常に高い毒性及び腐食性を持つ無水フッ化水素（ＨＦ）が不可欠であり、この無水フッ化水素（ＨＦ）を取り扱う設備には、その安全性を確保するために高度の配慮が必要であり、頻繁で定期的な点検と維持管理が必要である。
そのため、危険なフッ素ガスを事業所に保管することなく、現場で必要な時に、必要な量だけを供給できる装置が要求されている。
【０００５】
そして、半導体の製造工程等の現場において、製造に必要な量だけ、フッ素ガスを適時供給することが望まれていた。これに応じて、それぞれの半導体の製造工程等の現場に近接してフッ素電解装置を設置するには、コンパクトな、操作が簡単で、保守の容易な装置が必要であった。
【０００６】
また、フッ素ガスの製造として、フッ化カリウムとフッ化水素の混合溶融塩を電解するためには、陽極として炭素が使用され、陰極は電解槽の金属が使用されている。
大型のフッ素電解装置においては、電極も大型となり、電極を保持する部材や、陽極の炭素板は、電解中に破損や破壊しないように強度が大きいものが必要とされ、また、いわゆる陽極効果の発生を防止する必要もあった。
【０００７】
従来のフッ化カリウムとフッ化水素の混合溶融塩を電解する電解槽１０１は、図８に示すように、電解槽本体１１０に上蓋１４５を取り付け、上蓋１４５にカーボン電極１３０を取り付け、そのカーボン電極１３０の周囲に隔壁１２０を取り付けている。さらに、上蓋１４５には、フッ素ガス取出し孔１４６と水素ガス取出し孔１４４が設けられると共に、フッ化カリウムとフッ化水素の混合溶融塩を供給する供給パイプ１４７が取り付けられている。
また、電解槽本体１１０の内部には陰極１１７設けられている。
【０００８】
さらに、電解槽本体１１０の周囲には、フッ化カリウムとフッ化水素の混合溶融塩を溶融状態に維持するために、温水パイプ１６２が巻きつけられて、この温水パイプ１６２に温水を供給する温水加熱装置１６３と温水送水管１６１が取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。
このため、電解槽１０１は全体としてコンパクトにすることが難しく、運転操作も簡単ではなかった。
【特許文献１】特許第３６３４８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、フッ素ガスを使用する場所の付近へ運搬が容易で、必要なときにすぐに所望の量だけフッ素を発生させるコンパクトな、運転操作の容易なフッ素電解装置が必要とされていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために請求項１の本発明は、フッ化水素含有溶融塩を電気分解しフッ素を発生させるフッ素電解装置において、
フッ素電解装置は、フッ化水素含有溶融塩を収納し電気分解する円筒形で電解電極としての陰極である電解槽本体と、電解電極としての陽極とを有し、
陽極は、陽極上部と陽極下部が一体的に炭素から形成され、陽極上部は、円筒状に形成され、その上端が電解槽の上部外壁から外部に突出して装着され、陽極下部は、円柱上又は円筒状に形成され、
陽極の周囲を囲む円筒状の隔壁が設けられ、隔壁には多数の貫通孔が形成され、
電解槽本体の外周には電気ヒーターが装着され、電気ヒーターの外側は断熱材が取付けられ、電解槽本体中のフッ化水素含有溶融塩は常温で固体であり、電気ヒーターにより加熱されると液体となり、加熱されたフッ化水素含有溶融塩の液面を検出する液面センサーを設けることを特徴としたフッ素電解装置である。
【００１１】
請求項１の本発明では、フッ素電解装置は、フッ化水素含有溶融塩を収納し電気分解する円筒形で電解電極としての陰極である電解槽本体と、電解電極としての陽極とを有しているため、収納されるフッ化水素含有溶融塩の量を少なくし、溶融塩が電極に接触する面積を大きくし、電解槽、陽極と陰極との全体の体積をコンパクトにすることができる。
【００１２】
陽極は、陽極上部と陽極下部が一体的に炭素から形成されるため、陽極は炭素のみで形成され、陽極において接合部分がないため、強度も強く、電解槽内に陽極とその保持部材との接触部分がなく、電気的接触抵抗が生ずることがない。
陽極上部は、円筒状に形成され、その上端が電解槽の上部外壁から外部に突出して装着されるため、電解槽の上部外壁と陽極上部との間のシールが容易である。電解槽の上部外壁から外部に突出した陽極上部で電解電流を受電することができるため、炭素電極の受電部分が電解槽内になく、フッ化水素等にさらされることなく、接触抵抗が増加することはない。
【００１３】
陽極下部は、円柱上又は円筒状に形成されるため、電解槽本体を円筒形に形成して、全体の体積をコンパクトにすることができると共に、フッ化水素含有溶融塩を液化したり固化したりすることを繰り返しても、炭素から形成された陽極にストレスがかかることが少なく、耐久性を向上させることができる。
【００１４】
陽極の周囲を囲む円筒状の隔壁が設けられ、隔壁には多数の貫通孔が形成される。このため、円筒形の陽極を完全に、コンパクトに囲むことができ、フッ素ガスは、不純物を少なくして取出すことができる。隔壁に形成された多数の貫通孔によりフッ化水素含有溶融塩とそのイオンを素早く陽極と陰極に周囲に移動させることができ、電解効率を向上させることができる。
【００１５】
電解槽本体の外周には電気ヒーターが装着され、電気ヒーターの外側は断熱材が取付けられるため、電解槽本体をコンパクトな装置で、簡単に加熱することができ、電流量を制御することにより容易に温度管理が可能であり、操作が容易である。また、断熱材で保温ができ、温度管理と取り扱いが容易である。
【００１６】
電解槽本体中のフッ化水素含有溶融塩は常温で固体であり、電気ヒーターにより加熱されると液体となるため、電解槽を使用しないときは、内部の溶融塩は固体であり、電解槽を運搬するときに、溶融塩が漏れ出すことがなく、取扱が容易である。電解槽を使用して電気分解をするときは、電気ヒーターにより加熱されて、素早く電解操作をすることができる。
【００１７】
請求項２の本発明は、加熱されたフッ化水素含有溶融塩の液面を検出する液面センサーを設けたフッ素電解装置である。
【００１８】
請求項２の本発明では、加熱されたフッ化水素含有溶融塩の液面を検出する液面センサーを設けたため、電解槽本体にフッ化水素含有溶融塩を充填する量を一定量にすることができると共に、電気分解したフッ化水素含有溶融塩の量を測定して、電気分解可能なフッ化水素含有溶融塩の量を知るとともに、フッ素電解装置の交換時期を検知することができる。
【００１９】
請求項３の本発明は、電解槽本体は、上部が下部よりも直径が大きく形成され、直径が大きな電解槽本体上部に位置する範囲で、電解槽本体中のフッ化水素含有溶融塩の液面の上限と下限を液面センサーで検出し、制御して電気分解を行うフッ素電解装置である。
【００２０】
請求項３の本発明では、電解槽本体は、上部が下部よりも直径が大きく形成され、電解槽本体中のフッ化水素含有溶融塩の液面が、直径が大きな電解槽本体上部に位置する範囲で電気分解を行う。このため、電気分解をするフッ化水素含有溶融塩の量を多くすることができ、電気分解のために電極と接触するフッ化水素含有溶融塩の量を少なくして、電気分解の効率を上げることができ、フッ化水素含有溶融塩の全体の量を少なくすることができる。また、フッ化水素含有溶融塩の液面の制御を容易にすることができる。
【００２１】
直径が大きな電解槽本体上部に位置する範囲で、電解槽本体中のフッ化水素含有溶融塩の液面の上限と下限を液面センサーで検出し、電気分解を行うため、フッ化水素含有溶融塩の液面の上限と下限を管理することにより、電気分解中のフッ化水素含有溶融塩の組成をコントロールして、フッ化水素含有溶融塩の融点を制御して常温では固体で、加熱すると液体にすることができる。
【００２２】
請求項４の本発明は、フッ化水素含有溶融塩は、フッ化カリウム（ＫＦ）とフッ化水素（ＨＦ）の混合物であり、そのモル比は、ＫＦ：ＨＦの比が１．００：２．１０〜１．００：１．７０の範囲で電気分解が行われるフッ素電解装置である。
【００２３】
請求項４の本発明では、フッ化水素含有溶融塩は、フッ化カリウム（ＫＦ）とフッ化水素（ＨＦ）の混合物であり、そのモル比は、ＫＦ：ＨＦの比が１．００：２．１０〜１．００：１．７０の範囲で電気分解が行われる。このため、フッ化水素含有溶融塩の溶融状態の温度を７０℃〜１００℃程度にすることができ、温度管理が容易であると共に、フッ化水素の蒸気圧を低くすることができ、安全性が高い。また、電極や電解槽の腐食も最低限にすることができる。
【００２４】
請求項５の本発明は、フッ素電解装置には、不活性ガス又は窒素ガスを供給する供給ラインとフッ素ガスと水素ガスを排出する排出ラインがそれぞれバルブを介して着脱自在に接続されたフッ素電解装置である。
【００２５】
請求項５の本発明では、フッ素電解装置には、不活性ガス又は窒素ガスを供給する供給ラインとフッ素ガスと水素ガスを排出する排出ラインがそれぞれバルブを介して着脱自在に接続されたため、フッ素を使用する工場において、フッ素電解装置の交換が容易であり、コンパクトなフッ素電解装置を、フッ素を使用する半導体等の製造ラインのすぐ近くに置くことができる。
【００２６】
請求項６の本発明は、陽極上部は、フッ素系高分子のＶパッキンで電解槽本体の上部を覆う蓋との間がシールされているフッ素電解装置である。
【００２７】
請求項６の本発明では、陽極上部は、フッ素系高分子のＶパッキンで電解槽本体の上部を覆う蓋との間がシールされているため、電解槽と陽極との間のシールを確実にすることができ、安全性が高い。
【００２８】
請求項７の本発明は、陽極上部は、少なくとも電解槽の上部外壁から外部に突出した部分が金属メッキされているフッ素電解装置である。
【００２９】
請求項７の本発明では、陽極上部は、少なくとも電解槽の上部外壁から外部に突出した部分が金属メッキされているため、腐食しない金属の膜で、陽極の上部の炭素面を覆うことができ、腐食性の強いフッ素又はフッ化水素が炭素の陽極に侵入して、フッ素電解装置の外に流出することを防止することができる。
【００３０】
請求項８の本発明は、陽極の下部と隔壁の下部は、電気絶縁体で形成された保持台で保持されたフッ素電解装置である。
【００３１】
請求項８の本発明では、陽極の下部と隔壁の下部は、電気絶縁体で形成された保持台で保持されたため、フッ素電解装置を移動するときに、陽極と隔壁の振動を防止して、陽極と隔壁の破損を防止し、耐久性を向上させることができる。
【００３２】
請求項９の本発明は、隔膜は、モネルで形成されるとともに、多数の貫通孔が形成され、貫通孔の直径が２ｍｍ〜７ｍｍであるフッ素電解装置である。
【００３３】
請求項９の本発明では、隔膜は、モネルで形成されたため、腐食に強く、フッ化水素浴中でも長時間使用することができ、引張強さも強く陽極の形状に応じた加工ができ、フッ素電解装置をコンパクトに形成することができる。多数の貫通孔が形成され、貫通孔の直径が２ｍｍ〜７ｍｍであるため、フッ化水素含有溶融塩が移動可能であるとともに、フッ素を純粋に取出すことができる。
【００３４】
請求項１０の本発明は、電解槽本体の底面には、陽極と隔壁を保持する保持台が取付けられているフッ素電解装置である。
【００３５】
請求項１０の本発明では、電解槽本体の底面には、陽極と隔壁を保持する保持台が取付けられているため、フッ素電解装置の組立てや、掃除の時に、容易に陽極（カーボン電極）、陰極（電解槽本体）、隔壁の間の間隔を正確に維持することができるとともに、フッ素電解装置を移動させる場合に、陽極（カーボン電極）と隔壁を固定することができ、この破損を防止することができる。
【発明の効果】
【００３６】
陽極下部は、円柱上又は円筒状に形成されるため、全体の体積をコンパクトにすることができると共に、炭素から形成された陽極にストレスがかかることが少なく、耐久性を向上させることができる。
電解槽本体の外周には電気ヒーターが巻き付けられるため、電解槽本体をコンパクトな装置で、簡単に加熱することができ、電流量を制御することにより容易に温度管理が可能であり、操作が容易である。
電解槽を使用しないときは、内部の溶融塩は固体であり、電解槽を運搬するときに、溶融塩が漏れ出すことがなく、取扱が容易である。電解槽を使用して電気分解をするときは、電気ヒーターにより加熱されて、素早く電解操作をすることができる。
加熱されたフッ化水素含有溶融塩の液面を検出する液面センサーを設けたため、電気分解可能なフッ化水素含有溶融塩の量を知るとともに、フッ素電解装置の交換時期を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の実施の形態を、図１〜図７に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態であるフッ素電解装置の模式図である。図２は、電解槽１の一部断面図であり、図３は、電解槽１の外周を構成する電解槽本体１０の断面図である。図４は、電解槽本体１０の内部に取り付けられる隔壁２０の断面図であり、図５は、隔壁２０の内部に取り付けられ陽極を構成するカーボン電極３０の正面図である。図６は、電解槽本体１０の上部を塞ぐ電解槽蓋４０の平面図であり、図７は電解槽蓋４０に取り付けられ陽極であるカーボン電極３０を取り付ける電極取付蓋５０の断面図である。
【００３８】
本発明の電解槽１は、上述のように、電解槽本体１０と、電解槽本体１０の内部に取り付けられる隔壁２０と、隔壁２０の内部に同心円状に取付けられるカーボン電極３０と、電解槽本体１０、隔壁２０の上面を塞ぐ電解槽蓋４０と、カーボン電極３０の上部を保持し電解槽蓋４０の中央部を塞ぐ電極取付蓋５０から構成されている。
まず、それぞれの構造を説明し、その後、電解槽１によるフッ素ガスの電気分解製造について説明する。
【００３９】
電解槽本体１０は、図３に示すように、略円筒形に形成され、電解槽本体１０の電解槽本体上部１１が電解槽本体下部１２よりも直径が大きく形成されている。電解槽本体上部１１の先端は横方向にフランジ部１３が形成され、フランジ部１３には取付孔１３ａが形成され、後述する電解槽蓋４０と電解槽本体１０をネジ止めしている。
【００４０】
電解槽本体下部１２は、底面１４が形成され、フッ化水素含有溶融塩を電解槽本体１０内部に保管することができる。電解槽本体下部１２の側壁１５には図１に示すように、電気ヒーター１７が巻きつくように取付けられている。電気ヒーター１７は、電解槽本体下部１２の側壁１５ばかりでなく、電解槽本体上部１１にも取り付けることが好ましい。電気ヒーター１７の外側は、断熱材で覆うことが好ましい。
【００４１】
隔壁２０は、図４に示すように、円筒状に側壁２１が形成され、側壁２１の略中央部よりも下の部分には貫通孔２３が多数形成されている。貫通孔２３の大きさは、直径が２ｍｍ〜７ｍｍ程度であるが、５ｍｍ程度が好ましい。隔壁の底面２４は、壁は形成されていなく、電解槽本体１０中のフッ化水素含有溶融塩は自由に出入できる。また、側壁２１の貫通孔２３を通ってもフッ化水素含有溶融塩は自由に出入できる。
側壁の上端にはフランジ部２２が形成されており、図２に示すように、後述する電解槽蓋４０と電極取付蓋５０により挟持されて保持される。
【００４２】
隔壁２０の上部には、貫通孔２３が形成されていないため、貫通孔２３はフッ化水素含有溶融塩の液面よりも上に出ることがなく、隔壁２０は、カーボン電極３０と陰極である電解槽本体１０からそれぞれ発生する電解ガスが混合しないように装着される。
隔膜は１２、モネルで形成されたため、腐食に強く、フッ化水素浴中でも長時間使用することができ、引張強さも強くカーボン電極３０の形状に応じた加工ができ、フッ素電解装置をコンパクトに形成することができる。
【００４３】
陽極であるカーボン電極３０は、図５に示すように、カーボン電極下部３１とカーボン電極上部３２が形成され、それぞれ円柱状に一体的に形成されている。カーボン電極３０は、カーボン電極上部３２とカーボン電極下部３１が一体的に炭素のみから形成されているため、カーボン電極３０において接合部分がなく、強度も強く、カーボン電極３０相互の接触部分がなく電気的接触抵抗が生ずることがない。カーボン電極上部３２と、後述するカーボン電極下部３１は、一体に形成されて、１個の炭素のブロックから削りだすことにより形成することができる。
【００４４】
カーボン電極３０の上部で電解用の電源が接続され、電解槽本体１０の内部で、金属製の端子でカーボン電極３０を保持する場合と比べて、カーボン電極３０と金属の接触部分が電解槽本体１０の内部に存在しなく、カーボン電極３０とその保持部分が腐食性の強いフッ化水素等にさらされることなく、接触抵抗が増加することはない。
【００４５】
カーボン電極上部３２は、少なくとも電解槽１の電極取付蓋５０から外部に突出した部分がニッケル等の金属により金属メッキされていることが好ましい。カーボン電極上部３２が金属メッキされると、腐食しない金属の膜で、カーボン電極上部３２の炭素面を覆うことができ、腐食性の強いフッ素が陽極のカーボン電極３０に侵入して、フッ素電解装置の外に流出することを防止することができる。
金属メッキは、カーボン電極３０がフッ化水素含有溶融塩の液面から出る部分、即ち、カーボン電極上部３２からカーボン電極下部３１の上の部分まで施してもよい。その場合は、一層フッ化水素が陽極のカーボン電極３０に侵入することを防止できる。
【００４６】
カーボン電極下部３１と隔壁２０の下部は、図２に示すように、テフロン（登録商標）等の電気絶縁体で形成された保持台２５で保持されている。このため、容易に、カーボン電極（陽極）３０、電解槽本体（陰極）１０、隔壁２０の間の間隔を正確に維持できるとともに、電解槽１を移動するときに、カーボン電極３０と隔壁２０の振動を防止して、カーボン電極３０と隔壁２０の破損を防止し、耐久性を向上させることができる。
【００４７】
次に、図６に基づき、電解槽蓋４０について説明する。電解槽蓋４０は円盤状に形成され、中央部には後述する電極取付蓋５０が取付けられるように孔が形成されている。電解槽蓋４０の外周付近のフランジ部４１には円周状に取付孔４２が多数形成されている。この取付孔４２と電解槽本体１０のフランジ部１３の取付孔１３ａとが一致するように形成され、図２に示すように、取付孔４２と取付孔１３ａを貫通して取付ネジ４６が挿入されて、電解槽蓋４０と電解槽本体１０が固着され、電解槽本体１０の上面を覆うことができる。
【００４８】
電解槽蓋４０の内側には、不活性ガス又は窒素ガス導入孔４３と不活性ガス又は窒素ガスと水素ガス混合ガス取出孔４４が形成されている。これは、陰極である電解槽本体１０から発生する水素を電解槽１から排出するために、不活性ガス又は窒素ガス導入孔４３から不活性ガス又は窒素ガスを電解槽１内に吹き込んで、発生した水素ガスを不活性ガス又は窒素ガスとの混合物として取出すためである。そのため、不活性ガス又は窒素ガス導入孔４３と不活性ガス又は窒素ガスと水素ガス混合ガス取出孔４４は、電解槽蓋４０を電解槽１に取付けたときに、隔壁２０と電解槽本体１０との間に位置するように設けられている。
電解槽蓋４０の内周側には円周状に電解槽蓋取付孔４５が多数形成されている。
【００４９】
次に、電極取付蓋５０について、図７に基づき説明する。電極取付蓋５０も略円盤状に形成され、中央部にはカーボン電極上部３２を保持する円筒状の電極保持部５１が取付けられている。電極保持部５１の内部には、カーボン電極保持孔５３が形成され、カーボン電極保持孔５３の内面にはＶパッキン保持溝５４が形成されている。
【００５０】
カーボン電極上部３２をカーボン電極保持孔５３に挿入するときに、図２に示すように、テフロン（登録商標）製のＶパッキン５５がＶパッキン保持溝５４に取付けられて、カーボン電極上部３２が電極保持部５１にねじ込まれて、Ｖパッキン５５を押圧して、カーボン電極３０と電極取付蓋５０との間をシールする。カーボン電極上部３２は、Ｖパッキン５５で電解槽本体１０の上部を覆う電極取付蓋５０との間がシールされているため、電解槽１とカーボン電極３０との間のシールを確実にすることができ、安全性が高く、絶縁性も高い。
【００５１】
電極取付蓋５０の中央部に円周状にフッ素ガス取出孔５２が形成されている。フッ素ガス取出孔５２はカーボン電極３０と隔壁２０との間に位置するように形成される。フッ素ガス取出孔５２にはフッ素ガス供給ライン７１が取付けられる。
電極取付蓋５０の外周付近には円周状に取付孔５７が多数形成されている。この取付孔５７と電解槽蓋４０の内周に形成された電解槽蓋取付孔４５とが一致するように形成され、図２に示すように、取付孔５７と電解槽蓋取付孔４５を貫通して取付ネジ５８が挿入されて、電解槽蓋４０と電極取付蓋５０が固着され、電解槽本体１０の上面を覆うことができる。
【００５２】
次に、電解槽１におけるフッ化水素含有溶融塩の電解によるフッ素発生について説明する。
図１に示すように、電解槽本体１０内にフッ化水素含有溶融塩１６を電解槽本体１０の電解槽本体上部１１に形成した上限線１８まで入れる。このとき上限線１８には液面センサー６１が設けられているため、確実にフッ化水素含有溶融塩１６を所定量だけ電解槽１内に充填することができる。
なお、電解槽本体上部１１には、下限線１９も形成されており、液面センサー６１により液面が検出される。また、フッ化水素含有溶融塩の温度を測定するために温度センサー６２が取付けられている。
【００５３】
電解槽本体１０中のフッ化水素含有溶融塩の液面が、直径が大きな電解槽本体上部１１に位置する範囲で電気分解を行う。このため、電気分解をするフッ化水素含有溶融塩の量を多くすることができる。そして、電解槽本体下部１２の電気分解のために電極と接触するフッ化水素含有溶融塩の量を少なくして、電気分解の効率を上げることができ、フッ化水素含有溶融塩の全体の量を少なくすることができる。また、フッ化水素含有溶融塩の液面の制御を容易にすることができる。
【００５４】
電解に当たってはまず、電解槽本体１０の側壁１５に取付けられた電気ヒーター１７でフッ化水素含有溶融塩を加熱して、固体から液体に変える。電気ヒーター１７で加熱できるため、電解槽本体１０をコンパクトな装置で、簡単に加熱することができ、電流量を制御することにより容易に温度管理が可能であり、操作が容易である。電気ヒーター１７の外側を断熱材で覆っているため、加熱と温度管理が容易である。
【００５５】
電気分解前の電解槽本体１０中のフッ化水素含有溶融塩は常温で固体であり、電気ヒーター１７により加熱されると液体となるため、電解槽１を使用しないときは、内部の溶融塩は固体である。このため、電解槽１を運搬するときに、溶融塩が漏れ出すことがなく、取扱が容易である。電解槽１を使用して電気分解をするときは、電気ヒーター１７により加熱されて、溶融し素早く電解操作をすることができる。
【００５６】
フッ化水素含有溶融塩の電気分解がはじまると、フッ素ガスがカーボン電極３０の周囲から発生し、電極取付蓋５０のフッ素ガス取出孔５２からフッ素ガス供給ライン７１に排出される。フッ素ガス供給ライン７１の先端には、電解槽１のフッ素ガス取出孔５２から延設されたパイプと接続するフッ素ガスバルブ７３が取付けられている。
【００５７】
また、電解槽本体１０が陰極として作用するため、電解槽本体１０の内面付近から水素ガスが発生し、電解槽蓋４０の不活性ガス又は窒素ガスと水素ガス混合ガス取出孔４４から水素ガス供給ライン７２に排出される。水素ガス供給ライン７２の先端には、電解槽１の不活性ガス又は窒素ガスと水素ガス混合ガス取出孔４４から延設されたパイプと接続する水素ガスバルブ７４が取付けられている。
【００５８】
フッ化水素含有溶融塩は、フッ化カリウム（ＫＦ）とフッ化水素（ＨＦ）の混合物であり、そのモル比は、ＫＦ：ＨＦの比が１．００：２．１０〜１．００：１．７０の範囲で電気分解が行われる。このため、フッ化水素含有溶融塩の溶融状態の温度を７０℃〜１００℃程度にすることができ、温度管理が容易であると共に、フッ化水素の蒸気圧を低くすることができ、安全性が高い。また、電極や電解槽の腐食も最低限にすることができる。
【００５９】
フッ化カリウム（ＫＦ）とフッ化水素（ＨＦ）のモル比は、電気分解の開始時は、ＫＦ：ＨＦの比が１．００：２．１０程度であるが、フッ化水素含有溶融塩の電気分解が進むとフッ化水素（ＨＦ）が分解して、そのモル比は、ＫＦ：ＨＦの比が１．００：１．７０に低下する。モル比がこれ以上低下すると電気分解の効率が低下するため、好ましくない。
【００６０】
フッ化水素含有溶融塩を上記の上限線１８まで入れた場合に、フッ化水素含有溶融塩の液面が下限線１９まで低下すると、ＫＦ：ＨＦのモル比が１．００：１．７０にまで低下することとなる。そこで、液面センサー６１がフッ化水素含有溶融塩の液面下限値を検出して、電気分解を停止する。
【００６１】
そして、フッ素ガスバルブ７３と水素ガスバルブ７４を止め、センサーの配線や、電気分解の電源配線を外して、新しい電解槽１と交換する。電解槽１はコンパクトであり、容易にフッ素ガスバルブ７３と水素ガスバルブ７４の接続や、センサーの配線と電気分解の電源配線を接続することができる。
【００６２】
電解槽本体１０中のフッ化水素含有溶融塩の液面を、直径が大きな電解槽本体上部１１に位置する範囲で、フッ化水素含有溶融塩の上限と下限を液面センサー６１で検出し、電気分解を行うため、フッ化水素含有溶融塩の液面の上限と下限を管理することにより、電気分解中のフッ化水素含有溶融塩の組成をコントロールして、フッ化水素含有溶融塩の融点を制御して常温では固体で、加熱すると液体にすることができる。
【００６３】
本発明の電解槽１における電気分解は、カーボン電極３０と電解槽本体１０の間に、５〜１５Ｖの電圧で、カーボン電極３０の表面積あたり０．１〜１０Ａ／ｄｍ２の電流を流して行うことができる。これによって、フッ素ガスを１〜２００ｃｍ３／分程度発生させることができる。したがって、例えば半導体の製造工程で、個々の工程ごとにフッ素電解装置を設置して、製造工程に合わせてフッ素ガスを発生させることができ、製造工程において多量のボンベを保管する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態であるフッ素電解装置の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態である電解槽の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態である電解槽本体の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態である隔壁の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態である陽極の正面図である。
【図６】本発明の実施の形態である電解槽蓋の平面図である。
【図７】本発明の実施の形態である電極取付蓋の断面図である。
【図８】従来の電解槽の断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  電解槽
１０  電解槽本体
１１  電解槽本体上部
１２  電解槽本体下部
１７  電気ヒーター
２０  隔壁
３０  カーボン電極
４０  電解槽蓋
５０  電極取付蓋
５５  Ｖパッキン
６１  液面センサー
【図１】
2009215578.tif 000003
【図２】
2009215578.tif 000004
【図３】
2009215578.tif 000005
【図４】
2009215578.tif 000006
【図５】
2009215578.tif 000007
【図６】
2009215578.tif 000008
【図７】
2009215578.tif 000009
【図８】
2009215578.tif 000010