特許 5881271 気体発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5881271

(24)【登録日】2016年2月12日

(45)【発行日】2016年3月9日

(54)【発明の名称】気体発生装置

(51)【国際特許分類】

   C25B 15/08 20060101AFI20160225BHJP

   C25B 9/00 20060101ALI20160225BHJP

【ＦＩ】

   C25B15/08 302

   C25B9/00 F

【請求項の数】8

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2009-60849(P2009-60849)

(22)【出願日】2009年3月13日

(65)【公開番号】特開2010-215932(P2010-215932A)

(43)【公開日】2010年9月30日

【審査請求日】2011年10月6日

【審判番号】不服2014-23120(P2014-23120/J1)

【審判請求日】2014年11月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000222842

【氏名又は名称】東洋炭素株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(72)【発明者】

【氏名】本宮 誠

(72)【発明者】

【氏名】吉本 修

(72)【発明者】

【氏名】平岩 次郎

【合議体】

【審判長】 鈴木 正紀

【審判官】 宮澤 尚之

【審判官】 河本 充雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０５２１０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２５Ｄ１／００−９／０４

Ｃ２５Ｄ１３／００−１５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気分解により第１の気体および第２の気体を発生させる気体発生装置であって、
第１室および第２室に区画され、電気分解される化合物を含む電解浴を収容する電解槽と、
前記第１室において発生された第１の気体を排出する第１の排出経路と、
前記第２室において発生された第２の気体を排出する第２の排出経路と、
前記電解槽内に前記化合物を供給する供給経路と、
前記第１の排出経路を開閉する第１の開閉手段と、
前記第２の排出経路を開閉する第２の開閉手段と、
前記供給経路を開閉する第３の開閉手段と、
前記第１室内の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、
前記第２室内の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、
前記第１室内の液面である第１液面の高さが基準液面高さを挟んで上方の第１の許容範囲および下方の第２の許容範囲のいずれにあるかを検出する第１の液面検出手段と、
前記第２室内の液面である第２液面の高さが前記第１の許容範囲および前記第２の許容範囲のいずれにあるかを検出する第２の液面検出手段と、
前記第１の液面検出手段および前記第２の液面検出手段ならびに前記第１の圧力検出手段および前記第２の圧力検出手段のすべての検出結果に基づいて、前記電解槽内の圧力が設定圧に近づくようにかつ液面高さが基準液面高さに近づくように、前記第１、第２および第３の開閉手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする気体発生装置。

【請求項2】

前記第１室の容積は前記第２室の容積より大きく、
前記制御手段は、
前記第１の圧力検出手段により検出される圧力および前記第２の圧力検出手段により検出される圧力が設定圧以上であり、前記第１の液面検出手段により前記第１液面の高さが前記第２の許容範囲にあることが検出されかつ前記第２の液面検出手段により前記第２液面の高さが前記第２の許容範囲にあることが検出された場合に、前記第１の開閉手段が前記第１の排出経路を開き、前記第２の開閉手段が前記第２の排出経路を開き、前記第３の開閉手段が前記供給経路を開くように、前記第１、第２および第３の開閉手段を制御することを特徴とする請求項１記載の気体発生装置。

【請求項3】

前記第１室の容積は前記第２室の容積より大きく、
前記制御手段は、前記第１および第２の圧力検出手段により検出される圧力の少なくとも一方が設定圧よりも低く、前記第１の液面検出手段により前記第１液面の高さが前記第２の許容範囲にあることが検出されかつ前記第２の液面検出手段により前記第２液面の高さが前記第１の許容範囲にあることが検出された場合に、前記第１の開閉手段が前記第１の排出経路を閉じ、前記第２の開閉手段が前記第２の排出経路を閉じ、前記第３の開閉手段が前記供給経路を閉じるように、前記第１、第２および第３の開閉手段を制御することを特徴とする請求項１または２記載の気体発生装置。

【請求項4】

前記第１室の容積は前記第２室の容積より大きく、
前記制御手段は、前記第１および第２の圧力検出手段により検出される圧力の少なくとも一方が設定圧よりも低く、前記第１の液面検出手段により前記第１液面の高さが前記第１の許容範囲にあることが検出されかつ前記第２の液面検出手段により前記第２液面の高さが前記第２の許容範囲にあることが検出された場合に、前記第１の開閉手段が前記第１の排出経路を閉じ、前記第２の開閉手段が前記第２の排出経路を開き、前記第３の開閉手段が前記供給経路を閉じるように、前記第１、第２および第３の開閉手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気体発生装置。

【請求項5】

前記第１室の容積は前記第２室の容積より大きく、
前記制御手段は、前記第１および第２の圧力検出手段により検出される圧力の少なくとも一方が設定圧よりも低く、前記第１の液面検出手段により前記第１液面の高さが前記第１の許容範囲にあることが検出されかつ前記第２の液面検出手段により前記第２液面の高さが前記第１の許容範囲にあることが検出された場合に、前記第１の開閉手段が前記第１の排出経路を閉じ、前記第２の開閉手段が前記第２の排出経路を閉じ、前記第３の開閉手段が前記供給経路を閉じるように、前記第１、第２および第３の開閉手段を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の気体発生装置。

【請求項6】

前記制御手段は、前記第１の液面検出手段により前記第１液面が前記第２の許容範囲にあることが検出されかつ前記第２の液面検出手段により前記第２液面が前記第２の許容範囲にあることが検出された場合に、前記第３の開閉手段が前記供給経路を開くように、前記第３の開閉手段を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の気体発生装置。

【請求項7】

前記第１の液面検出手段は、前記第１室内で下端が前記基準液面高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第１のプローブと、前記第１室内で下端が前記第１の許容範囲の上限高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第２のプローブと、前記第１室内で下端が前記第２の許容範囲の下限高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第３のプローブとを含み、前記第１、第２および第３のプローブによる液体の検出の有無に基づいて前記第１液面が前記第１の許容範囲および前記第２の許容範囲のいずれにあるかを検出し、
前記第２の液面検出手段は、前記第２室内で下端が前記基準液面高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第４のプローブと、前記第２室内で下端が前記第１の許容範囲の上限高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第５のプローブと、前記第２室内で下端が前記第２の許容範囲の下限高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第６のプローブとを含み、前記第４、第５および第６のプローブによる液体の検出の有無に基づいて前記第２液面が前記第１の許容範囲および前記第２の許容範囲のいずれにあるかを検出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の気体発生装置。

【請求項8】

前記第１および第２の気体の一方は水素であり、前記第１および第２の気体の他方はフッ素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の気体発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気分解により気体を発生する気体発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体の製造工程等において、材料の洗浄および表面改質等の種々の用途でフッ素ガスが用いられている。その場合、フッ素ガス自体を用いる場合もあるが、フッ素ガスを基に合成されたＮＦ_３（三フッ化窒素）ガス、ＮｅＦ（フッ化ネオン）ガス、およびＡｒＦ（フッ化アルゴン）ガス等の種々のフッ素系ガスを用いる場合もある。

【0003】

このような現場において、フッ素ガスを安定に供給するために、例えばＨＦ（フッ化水素）を電気分解してフッ素ガスを発生するフッ素ガス発生装置が用いられる。

【0004】

特許文献１に示されるフッ素ガス発生装置は、電解槽を備える。電解槽内は、隔壁により陰極室および陽極室に区画されている。電解槽内にはＫＦ−ＨＦ系混合溶融塩からなる電解浴が形成されている。陰極室内に陰極が設けられ、陽極室内に陽極が設けられている。ＨＦ供給ラインを通して電解槽内の電解浴にＨＦが供給され、ＨＦの電気分解が行われる。それにより、電解槽の陰極から水素ガスが発生し、陽極からフッ素ガスが発生する。

【0005】

陰極室の上部には、水素ガスの出口が設けられている。陰極室内で発生した水素ガスは、出口から陰極側の水素ガスラインを通して排出される。水素ガスラインには、自動弁およびＨＦ吸着塔が介挿されている。また、陰極室には、パージガスがパージガスラインを通して供給される。

【0006】

陽極室の上部には、フッ素ガスの出口が設けられている。陽極室内で発生したフッ素ガスは、出口からフッ素ガスラインを通して排出される。フッ素ガスラインには、ＨＦ吸着塔および自動弁が介挿されている。また、陽極室には、パージガスがパージガスラインを通して供給される。

【0007】

陰極室には、電解浴の液面高さを検知する第１の液面検知手段が設けられ、陽極室には、電解浴の液面高さを検知する第２の液面検知手段が設けられている。また、陰極室には、陰極室内の圧力を測定する圧力計が設けられ、陽極室には、陽極室内の圧力を測定する圧力計が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００４−５２１０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記のようなフッ素ガス発生装置では、電気分解（電解）が正常に行われている場合には、電解槽内は大気圧付近に維持されており、陰極室内の液面高さと陽極室内の液面高さとはほぼ同じになっている。

【0010】

電解中には、陽極室内がフッ素ガスの発生により加圧状態になると、例えば減圧器により陽極室内が排気され、または自動弁が開閉されることにより、陽極室内の圧力が大気圧付近に制御される。陰極室内が例えば水素ガスの発生と窒素ガスの導入とにより加圧状態になると、例えばエジェクタ等の減圧器と自動弁との組み合わせにより、陰極室内の圧力が陽極室内の圧力に追従するように大気圧付近に調整される。

【0011】

このようにして、従来のフッ素ガス発生装置では、電解槽内の圧力が大気圧付近を維持するように、陽極室内の圧力および陰極室内の圧力を細かく測定し、陽極室内の圧力および陰極室内の圧力を同程度に保つことにより陽極室の液面および陰極室の液面を調整していた。

【0012】

しかしながら、上記のような圧力追従型の制御を行うためには、圧力を高い精度で測定することが可能な高性能で高価な圧力センサを設ける必要があり、また微細な圧力制御を行うために、複雑な圧力調整系も必要となっていた。

【0013】

また、例えば電解槽が小型である場合には、液面の高さが制御可能な許容範囲も小さくなり、電解槽が小型であればあるほど、圧力制御に必要な圧力調整系は複雑になる傾向にある。

【0014】

本発明の目的は、簡便な構成で電解槽内の電解浴の液面を安定して一定の範囲内に制御することが可能な気体発生装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

［Ａ］本発明
（１）第１の発明に係る気体発生装置は、電気分解により第１の気体および第２の気体を発生させる気体発生装置であって、第１室および第２室に区画され、電気分解される化合物を含む電解浴を収容する電解槽と、第１室において発生された第１の気体を排出する第１の排出経路と、第２室において発生された第２の気体を排出する第２の排出経路と、電解槽内に化合物を供給する供給経路と、第１の排出経路を開閉する第１の開閉手段と、第２の排出経路を開閉する第２の開閉手段と、供給経路を開閉する第３の開閉手段と、第１室内の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、第２室内の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、第１室内の液面である第１液面の高さが基準液面高さを挟んで上方の第１の許容範囲および下方の第２の許容範囲のいずれにあるかを検出する第１の液面検出手段と、第２室内の液面である第２液面の高さが第１の許容範囲および第２の許容範囲のいずれにあるかを検出する第２の液面検出手段と、第１の液面検出手段および第２の液面検出手段ならびに第１の圧力検出手段および第２の圧力検出手段のすべての検出結果に基づいて、電解槽内の圧力が設定圧に近づくようにかつ液面高さが基準液面高さに近づくように、第１、第２および第３の開閉手段を制御する制御手段とを備えるものである。

【0016】

本発明に係る気体発生装置においては、電解槽内に収容された電解浴中の化合物が電気分解され、第１室において第１の気体が発生し、第２室において第２の気体が発生する。第１室において発生された第１の気体は第１の排出経路を通して排出され、第２室において発生された第２の気体は第２の排出経路を通して排出される。第１の液面検出手段および第２の液面検出手段ならびに第１の圧力検出手段および第２の圧力検出手段の検出結果に基づいて制御手段により第１、第２および第３の開閉手段が制御されることにより、第１の排出経路、第２の排出経路および供給経路が開閉される。それにより、電解槽の第１室内の液面である第１液面の高さおよび第２室内の液面である第２液面の高さが制御される。

【0017】

したがって、簡便な構成で電解槽内の電解浴の液面を安定して一定の範囲内に制御することが可能となる。

【0018】

（２）第１室の容積は第２室の容積より大きく、制御手段は、第１の圧力検出手段により検出される圧力および第２の圧力検出手段により検出される圧力が設定圧以上であり、第１の液面検出手段により第１液面の高さが第２の許容範囲にあることが検出されかつ第２の液面検出手段により第２液面の高さが第２の許容範囲にあることが検出された場合に、第１の開閉手段が第１の排出経路を開き、第２の開閉手段が第２の排出経路を開き、第３の開閉手段が供給経路を開くように、第１、第２および第３の開閉手段を制御してもよい。

【0019】

この場合、第１および第２の圧力検出手段は、第１室内および第２室内の圧力がおよそ設定圧以上であるか否かを検出するために用いられるので、第１および第２の圧力検出手段として高性能で高価な圧力計を設ける必要がない。

【0020】

第１室内の圧力および第２室内の圧力が設定圧以上であり、第１液面の高さが第２の許容範囲にあり、第２液面の高さが第２の許容範囲にある場合には、第１の開閉手段により第１の排出経路が開かれ、第２の開閉手段により第２の排出経路が開かれ、第３の開閉手段により供給経路が開かれる。

【0021】

それにより、供給経路により電解槽内に化合物が供給され、第１液面および第２液面が上昇する。その結果、第１液面および第２液面を基準液面高さに近づけることができる。

【0029】

（３）第１室の容積は第２室の容積より大きく、制御手段は、第１および第２の圧力検出手段により検出される圧力の少なくとも一方が設定圧よりも低く、第１の液面検出手段により第１液面の高さが第２の許容範囲にあることが検出されかつ第２の液面検出手段により第２液面の高さが第１の許容範囲にあることが検出された場合に、第１の開閉手段が第１の排出経路を閉じ、第２の開閉手段が第２の排出経路を閉じ、第３の開閉手段が供給経路を閉じるように、第１、第２および第３の開閉手段を制御してもよい。
この場合、第１および第２の圧力検出手段は、第１室内および第２室内の圧力がおよそ設定圧よりも低いか否かを検出するために用いられるので、第１および第２の圧力検出手段として高性能で高価な圧力計を設ける必要がない。
第１室内の圧力および第２室内の圧力の少なくとも一方が設定圧よりも低く、第１液面の高さが第２の許容範囲にあり、第２液面の高さが第１の許容範囲にある場合には、第１および第２の開閉手段により第１および第２の排出径路の両方が閉じられ、第３の開閉手段により供給経路が閉じられる。
それにより、第１室および第２室においてそれぞれ発生される第１の気体および第２の気体により第１室内および第２室内の圧力が上昇する。この場合、第２室の容積は第１室の容積よりも小さいため、第２室内の圧力と第１室内の圧力との圧力差が縮小される。それにより、第２液面が徐々に低下し、第１液面が徐々に上昇する。
したがって、第１室内と第２室内との圧力差を徐々に縮小させて、第１液面および第２液面を基準液面高さに近づけることができるとともに、電解槽内の圧力を設定圧に近づけることができる。このようにして、電解槽内の第１室内と第２室内との圧力差が拡大する方向に進むことを抑止して、電解槽内の圧力および液面を安定して一定の範囲内に制御することができる。
（４）第１室の容積は第２室の容積より大きく、制御手段は、第１および第２の圧力検出手段により検出される圧力の少なくとも一方が設定圧よりも低く、第１の液面検出手段により第１液面の高さが第１の許容範囲にあることが検出されかつ第２の液面検出手段により第２液面の高さが第２の許容範囲にあることが検出された場合に、第１の開閉手段が第１の排出経路を閉じ、第２の開閉手段が第２の排出経路を開き、第３の開閉手段が供給経路を閉じるように、第１、第２および第３の開閉手段を制御してもよい。

【0030】

この場合、第１および第２の圧力検出手段は、第１室内および第２室内の圧力がおよそ設定圧よりも低いか否かを検出するために用いられるので、第１および第２の圧力検出手段として高性能で高価な圧力計を設ける必要がない。

【0031】

第１室内の圧力および第２室内の圧力の少なくとも一方が設定圧よりも低く、第１液面の高さが第１の許容範囲にあり、第２液面の高さが第２の許容範囲にある場合に、第１の開閉手段により第１の排出経路が閉じられ、第２の開閉手段により第２の排出経路が開かれ、第３の開閉手段により供給経路が閉じられる。

【0032】

それにより、第１室において発生される第１の気体が第１室内に留められ、第２室において発生される第２の気体は第２の排出経路を通して排出されることにより、第１室と第２室との圧力差が縮小され、第１液面が低下し、第２液面が上昇する。したがって、第１液面および第２液面を基準液面高さに近づけることができるとともに、電解槽内の圧力を設定圧に近づけることができる。

【0033】

（５）第１室の容積は第２室の容積より大きく、制御手段は、第１および第２の圧力検出手段により検出される圧力の少なくとも一方が設定圧よりも低く、第１の液面検出手段により第１液面の高さが第１の許容範囲にあることが検出されかつ第２の液面検出手段により第２液面の高さが第１の許容範囲にあることが検出された場合に、第１の開閉手段が第１の排出経路を閉じ、第２の開閉手段が第２の排出経路を閉じ、第３の開閉手段が供給経路を閉じるように、第１、第２および第３の開閉手段を制御してもよい。

【0034】

この場合、第１および第２の圧力検出手段は、第１室内および第２室内の圧力がおよそ設定圧よりも低いか否かを検出するために用いられるので、第１および第２の圧力検出手段として高性能で高価な圧力計を設ける必要がない。

【0035】

第１室内の圧力および第２室内の圧力の少なくとも一方が設定圧よりも低く、第１液面の高さが第１の許容範囲にあり、第２液面の高さが第１の許容範囲にある場合には、第１および第２の開閉手段により第１および第２の排出経路の両方が閉じられ、第３の開閉手段により供給経路が閉じられる。

【0036】

それにより、第１室および第２室においてそれぞれ発生される第１の気体および第２の気体により第１室内および第２室内の圧力が上昇する。したがって、電解槽内の圧力を設定圧に近づけることができる。

【0042】

（６）制御手段は、第１の液面検出手段により第１液面が第２の許容範囲にあることが検出されかつ第２の液面検出手段により第２液面が第２の許容範囲にあることが検出された場合に、第３の開閉手段が供給経路を開くように、第３の開閉手段を制御してもよい。

【0043】

第１液面が第２の許容範囲にあり、第２液面が第２の許容範囲にある場合には、供給経路により電解槽内に化合物が供給される。それにより、第１液面および第２液面が上昇する。その結果、第１液面および第２液面を基準液面高さに近づけることができる。

【0044】

（７）第１の液面検出手段は、第１室内で下端が基準液面高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第１のプローブと、第１室内で下端が第１の許容範囲の上限高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第２のプローブと、第１室内で下端が第２の許容範囲の下限高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第３のプローブとを含み、第１、第２および第３のプローブによる液体の検出の有無に基づいて第１液面が第１の許容範囲および第２の許容範囲のいずれにあるかを検出し、第２の液面検出手段は、第２室内で下端が基準液面高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第４のプローブと、第２室内で下端が第１の許容範囲の上限高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第５のプローブと、第２室内で下端が第２の許容範囲の下限高さに位置するように設けられて液体の有無を検出する第６のプローブとを含み、第４、第５および第６のプローブによる液体の検出の有無に基づいて第２液面が第１の許容範囲および第２の許容範囲のいずれにあるかを検出してもよい。

【0045】

この場合、第１、第２および第３のプローブにより第１液面が第１の許容範囲にあるか第２の許容範囲にあるかを検出することができ、第４、第５および第６のプローブにより第２液面が第１の許容範囲にあるか第２許容範囲にあるかを検出することができる。したがって、第１および第２の液面検出手段の構成が簡単になる。

【0046】

（８）第１および第２の気体の一方は水素であり、第１および第２の気体の他方はフッ素であってもよい。

【0047】

この場合、簡便な構成で水素およびフッ素を発生する電解槽内の電解浴の液面を安定して一定の範囲内に制御することが可能となる。
［Ｂ］参考形態
本参考形態に係る気体発生装置は、電気分解により第１の気体および第２の気体を発生させる気体発生装置であって、第１室および第２室に区画され、電気分解される化合物を含む電解浴を収容する電解槽と、第１室において発生された第１の気体を排出する第１の排出経路と、第２室において発生された第２の気体を排出する第２の排出経路と、第１の排出経路を開閉する第１の開閉手段と、第２の排出経路を開閉する第２の開閉手段と、第１室内の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、第２室内の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、第１室内の液面である第１液面の高さが基準液面高さを挟んで上方の第１の許容範囲および下方の第２の許容範囲のいずれにあるかを検出する第１の液面検出手段と、第２室内の液面である第２液面の高さが第１の許容範囲および第２の許容範囲のいずれにあるかを検出する第２の液面検出手段と、第１の液面検出手段および第２の液面検出手段ならびに第１の圧力検出手段および第２の圧力検出手段の検出結果に基づいて第１および第２の開閉手段を制御する制御手段とを備えるものである。
本参考形態に係る気体発生装置においては、電解槽内に収容された電解浴中の化合物が電気分解され、第１室において第１の気体が発生し、第２室において第２の気体が発生する。第１室において発生された第１の気体は第１の排出経路を通して排出され、第２室において発生された第２の気体は第２の排出経路を通して排出される。第１の液面検出手段および第２の液面検出手段ならびに第１の圧力検出手段および第２の圧力検出手段の検出結果に基づいて制御手段により第１および第２の開閉手段が制御されることにより、第１の排出経路および第２の排出経路が開閉される。それにより、電解槽の第１室内の液面である第１液面の高さおよび第２室内の液面である第２液面の高さが制御される。

【発明の効果】

【0048】

本発明よれば、簡便な構成で電解槽内の電解浴の液面を安定して一定の範囲内に制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0049】

【図1】フッ素ガス発生装置の構成を示す模式図である。

【図2】（ａ）は減圧器の一例を示す模式図である。（ｂ）は減圧器の他の例を示す模式図である。（ｃ）は水素ガス排気装置の構成を示す模式図である。

【図3】（ａ）は減圧器の一例を示す模式図である。（ｂ）は減圧器の他の例を示す模式図である。（ｃ）は減圧器のさらに他の例を示す模式図である。

【図4】陰極室内の容積が陽極室内の容積よりも大きい場合における正圧運転状態での液面制御動作を説明するための模式図である。

【図5】陰極室内の容積が陽極室内の容積よりも大きい場合における負圧運転状態での液面制御動作を説明するための模式図である。

【図6】負圧運転状態で陰極室内の液面がＬレベルとなりかつ陽極室内の液面がＨレベルになったときに一方の自動弁を開きかつ他方の自動弁を閉じた場合に発生する現象を説明するための模式図である。

【図7】制御装置による制御動作を示すフローチャートである。

【図8】制御装置による正圧運転制御を示すフローチャートである。

【図9】制御装置による負圧運転制御を示すフローチャートである。

【図10】陰極室内の容積が陽極室内の容積よりも小さい場合における正圧運転状態での液面制御動作を説明するための模式図である。

【図11】陰極室内の容積が陽極室内の容積より小さい場合における負圧運転状態での液面制御動作を説明するための模式図である。

【図12】負圧運転状態での液面制御動作の要約を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0050】

以下、本発明の一実施の形態に係る気体発生装置について図面を参照しながら説明する。本実施の形態においては、気体発生装置の一例としてフッ素ガスを発生するフッ素ガス発生装置について説明する。

【0051】

（１）フッ素ガス発生装置の全体の構成
図１は本実施の形態に係るフッ素ガス発生装置の構成を示す模式図である。

【0052】

図１に示すように、フッ素ガス発生装置は、電解槽１を備える。電解槽１は、例えばＮｉ（ニッケル）、モネル、純鉄もしくはステンレス鋼等の金属または合金により形成されている。電解槽１内は、隔壁２により陰極室３および陽極室４に区画されている。隔壁２は、例えばＮｉ、モネル、純鉄もしくはステンレス鋼等の金属または合金により形成されている。

【0053】

電解槽１内にはＫＦ−ＨＦ系混合溶融塩からなる電解浴３０が形成されている。陰極室３内に例えばＮｉ（ニッケル）からなる陰極５が設けられ、陽極室４内に例えば低分極性炭素からなる陽極６が設けられている。ＨＦ供給管２０を通して電解槽１内の電解浴３０にＨＦが供給され、ＨＦの電気分解が行われる。それにより、電解槽１の陰極５から主として水素ガスが発生し、陽極６から主としてフッ素ガスが発生する。

【0054】

陰極室３の上部には、陰極出口７ａが設けられている。陰極室３内で発生した水素ガスは、陰極出口７ａから水素ガス排出管７を通して排出される。水素ガス排出管７には、ＨＦ吸着塔９、流量調整弁１０および自動弁１１が介挿されている。水素ガス排出管７の先端には、コンプレッサ等の減圧手段１２が接続されている。ＨＦ吸着塔９には、ＮａＦ等が充填される。このＨＦ吸着塔９は、陰極室３から排出された水素ガスおよびＨＦの混合ガス中からＨＦを吸着する。

【0055】

陽極室４の上部には、陽極出口８ａが設けられている。陽極室４内で発生したフッ素ガスは、陽極出口８ａからフッ素ガス排出管８を通して排出される。フッ素ガス排出管８には、ＨＦ吸着塔１３、流量調整弁１４および自動弁１５が介挿されている。本実施の形態では、フッ素ガス排出管８の先端には、コンプレッサ等の減圧手段１６が接続されている。ＨＦ吸着塔１３には、ＮａＦ等が充填される。このＨＦ吸着塔１３は、陽極室４から排出されたフッ素ガスおよびＨＦの混合ガス中からＨＦを吸着する。

【0056】

陰極室３には、陰極室３内の圧力を測定する圧力計２５が設けられ、陽極室４には、陽極室４内の圧力を測定する圧力計２６が設けられている。

【0057】

ＨＦ供給管２０には、自動弁２１およびオリフィス２２が介挿されている。電解浴３０がＨＦ供給管２０に吸い込まれることを防止するために、オリフィス２２の下流のＨＦ供給管２０と水素ガス排出管７との間にバイパス弁２３が接続されている。ＨＦ供給管２０には圧力計２７が設けられている。

【0058】

また、陰極室３には、電解浴３０の液面高さを検知する第１の液面検知装置５０Ａが設けられ、陽極室４には、電解浴３０の液面高さを検知する第２の液面検知装置５０Ｂが設けられている。

【0059】

第１の液面検知装置５０Ａは、３本の液面センサ（プローブ）５１，５２，５３を有する。液面センサ５２は、その先端が陰極室３内の基準液面高さに位置するように配置される。液面センサ５１は、その先端が陰極室３内の基準液面高さよりも低い下限高さに位置にするように配置される。液面センサ５３は、その先端が陰極室３内の基準液面高さよりも高い上限高さに位置するように配置される。

【0060】

同様に、第２の液面検知装置５０Ｂは、３本の液面センサ（プローブ）５４，５５，５６を有する。液面センサ５５は、その先端が陽極室４内の基準液面高さに位置するように配置される。液面センサ５４は、その先端が陽極室４内の基準液面高さよりも低い下限高さに位置にするように配置される。液面センサ５６は、その先端が陽極室４内の基準液面高さよりも高い上限高さに位置するように配置される。

【0061】

上限高さは、電解浴３０中のＨＦの濃度が上限に達する場合の高さであり、下限高さは、電解浴３０中のＨＦの濃度が下限に達する場合の高さである。

【0062】

以下、基準液面高さと上限高さとの間の領域をＨレベルと呼び、基準液面高さと下限高さとの間の領域をＬレベルと呼ぶ。また、上限高さよりも高い領域をＨＨレベルと呼び、下限高さよりも低い領域をＬＬレベルと呼ぶ。ＨレベルおよびＬレベルの範囲が許容範囲（正常な範囲）である。電解浴３０の液面高さがＨＨレベルまたはＬＬレベルになると、自動的にフッ素ガス発生装置の運転（電気分解）が停止される。

【0063】

液面センサ５１〜５６の対極５０は、その先端が電解浴３０内に浸漬するように配置されている。対極５０としては、本実施の形態のように独立した対極５０を設けることが好ましいが、対極５０は電解浴３０と接触していればよく、例えば陰極５が対極５０を兼ねるようにしてもよい。

【0064】

制御装置１００は、陰極５と陽極６との間に電気分解のための電圧を印加する。また、圧力計２５，２６，２７の出力信号、第１の液面検知装置５０Ａの出力信号および第２の液面検知装置５０Ｂの出力信号は、制御装置１００に与えられる。制御装置１００は、圧力計２５，２６，２７の出力信号、第１の液面検知装置５０Ａの出力信号および第２の液面検知装置５０Ｂの出力信号に基づいて、自動弁１１，１５，２１およびバイパス弁２３の開閉を制御する。フッ素ガス発生装置は、緊急停止用のボタンを有する。

【0065】

本実施の形態では、Ｎｉからなる陰極５と炭素からなる陽極６との間に電位差があるため、陰極５および陽極６を電解浴３０中に並存させた場合に陰極５のＮｉが電解浴３０中に溶出する。そこで、電気分解停止後に電解浴３０中に陰極５が溶出することを防止するために、電気分解停止中に上記の電位差分以上の電圧（１．８Ｖ程度）を陰極５と陽極６との間に印加する。

【0066】

なお、流量調整弁１０，１４としては、手動のニードルバルブを用いる。これらの流量調整弁１０，１４は、任意の一定の開度に設定して用いられる。ニードルバルブの他にダイヤフラムバルブ等も用いることができ、またこれらの代わりにオリフィスを用いてもよく、さらにまたこれらの代わりにマスフローコントローラ（ＭＦＣ：質量流量制御装置）を用いるとともに、マスフローコントローラを制御装置１００により制御することにより流量調整を可能としてもよい。

【0067】

図２（ａ）は減圧手段１２の一例を示す模式図であり、図２（ｂ）は減圧手段１２の他の例を示す模式図である。また、図２（ｃ）は水素ガス排気装置の構成を示す模式図である。

【0068】

陰極室３において発生される水素ガスをガスボンベに貯蔵する場合または工場の製造ライン等に供給する場合には、図２（ａ）に示すように、図１の自動弁１１の下流の水素ガス排出管７に減圧手段１２として加圧ポンプ１２１を接続する。この場合、自動弁１１が開かれると、加圧ポンプ１２１の作動により陰極室３内で発生される水素ガスが吸引され、陰極室３内が減圧される。

【0069】

また、図２（ｂ）に示すように、図１の自動弁１１の下流の水素ガス排出管７に減圧手段１２としてバキュームジェネレータ１２２を接続してもよい。この場合、自動弁１１が開かれると、駆動用Ｎ_２ガスによるエジェクタ効果により陰極室３内で発生される水素ガスが吸引され、陰極室３内が減圧される。

【0070】

陰極室３において発生される水素ガスを大気中に排気する場合には、図２（ｃ）に示すように、図１の自動弁１１の下流の水素ガス排出管７に水素ガス排気装置１３０を接続する。それにより、自動弁１１が開かれると、水素ガス排気装置１３０において希釈用Ｎ_２ガスで水素ガスが希釈され、大気中に排気される。この場合、陰極室３内は大気圧に開放される。なお、上記の図２（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合であっても、水素ガス排出管７のＨＦ吸着塔９の下流側に、さらにソーダライム粒等により水素ガスに含まれる微量のフッ化水素ガスを除去する除害塔（図示せず）を設けておくことが好ましい。さらに、水素ガス濃度の問題がない環境下の場合は、フッ化水素ガスを除去した水素ガスをそのまま大気中に放出するようにしてもよい。

【0071】

図３（ａ）は減圧手段１６の一例を示す模式図であり、図３（ｂ）は減圧手段１６の他の例を示す模式図であり、図３（ｃ）は減圧手段１６のさらに他の例を示す模式図である。

【0072】

陽極室４において発生されるフッ素ガスをガスボンベに貯蔵する場合または工場の製造ライン等に供給する場合には、図３（ａ）に示すように、図１の自動弁１５の下流のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６として加圧ポンプ１６１を接続する。この場合、自動弁１５が開かれると、加圧ポンプ１６１の作動により陽極室４内で発生されるフッ素ガスが吸引され、陽極室４内が減圧される。

【0073】

また、図３（ｂ）に示すように、図１の自動弁１５の下流のフッ素ガス排出管８に容器（反応器等）１６２および開閉弁１６３を介して真空ポンプ１６４を接続してもよい。この場合、例えば、容器１６２内にフッ素ガスと反応させる対象物（図示せず）を入れておき、開閉弁１６３を開いて真空ポンプ１６４を動作させることにより容器１６２内を真空状態にする。ここで、開閉弁１６３を閉じて自動弁１５を開くと、陽極室４内で発生されるフッ素ガスが真空状態にある容器１６２内に吸引され、陽極室４内が減圧される。それにより、容器１６２内にフッ素ガスが導入され、導入されたフッ素ガスと対象物とが反応する。また、真空ポンプ１６４の作動により容器１６２内を真空状態にすることにより容器１６２内に導入された高純度のフッ素ガスをガスボンベまたは工場の製造ライン等に供給するようにしてもよい。なお、使用が複数回に亘る場合、フッ素ガス排出管８または容器１６２内に残存するフッ素ガスまたはフッ化水素ガスを真空ポンプ１６４が吸引することによる故障の防止および安全の確保のため、真空ポンプ１６４の上流側近傍にアルミナ粒またはソーダライム粒等を充填した除害塔（図示せず）を設けることが好ましい。

【0074】

さらに、図３（ｃ）に示すように、図１の自動弁１５の下流のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６としてバキュームジェネレータ１６５を接続してもよい。この場合、自動弁１５が開かれると、駆動用Ｎ_２ガスによるエジェクタ効果により陽極室４内で発生されるフッ素ガスが吸引され、陽極室４内が減圧される。

【0075】

（２）フッ素ガス発生装置の動作
次に、図１のフッ素ガス発生装置の電解槽１内の電解浴３０の液面制御動作について説明する。図１のフッ素ガス発生装置では、電解槽１内の圧力が予め設定された圧力（設定圧）になるように制御が行われる。本実施の形態では、設定圧は大気圧である。

【0076】

以下、電解槽１内の陰極室３および陽極室４の両方の圧力が大気圧以上となる状態を正圧運転状態と呼び、電解槽１内の陰極室３および陽極室４の少なくとも一方の圧力が大気圧よりも低い状態を負圧運転状態と呼ぶ。

【0077】

図１のフッ素ガス発生装置では、陰極室３内の容積と陽極室４内の容積との大小関係、陰極出口７ａ側および陽極出口側８ａにおける減圧器の有無、および運転状態により液面制御動作が異なる。なお、陰極室３内の容積とは、実質的には陰極室３から自動弁１１までの全ての空間の容積を示し、陽極室４内の容積とは、実質的には陽極室４から自動弁１５までの全ての空間の容積を示すものである。

【0078】

まず、図４〜図９を用いて陰極室３内の容積が陽極室４内の容積よりも大きい場合の液面制御動作を説明し、図１０および図１１を用いて陰極室３内の容積が陽極室４内の容積よりも小さい場合の液面制御動作を説明する。図１２に負圧運転状態での液面制御動作を要約する。

【0079】

図４〜図６および図１０〜図１２において、自動弁１１，１５，２１が開いている状態を白丸印で表し、閉じている状態を黒丸印で表す。また、図１２において、「陰Ｈ」、「陰Ｌ」、「陽Ｈ」および「陽Ｌ」は、それぞれ陰極室３内の液面がＨレベルにある場合、陰極室３内の液面がＬレベルにある場合、陽極室４内の液面がＨレベルにある場合、および陽極室４内の液面がＬレベルにある場合を示す。また、自動弁１１，１５が開いている状態を「○」で表し、閉じている状態を「×」で表す。なお、「△」は、自動弁１１，１５を開いても閉じても正常な制御が困難であることを示す。

【0080】

（２−１）陰極室３内の容積＞陽極室４内の容積
まず、陰極室３内の容積が陽極室４内の容積よりも大きい液面制御動作を説明する。

【0081】

図４は陰極室３内の容積が陽極室４内の容積よりも大きい場合における正圧運転状態での液面制御動作を説明するための模式図である。また、図５は陰極室３内の容積が陽極室４内の容積よりも大きい場合における負圧運転状態での液面制御動作を説明するための模式図である。図４および図５の例では、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続され、陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されている。

【0082】

（ａ）正圧運転状態での動作
まず、図４を参照しながら正圧運転状態での液面制御動作を説明する。

【0083】

図４（ａ）に示すように、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面がＨレベルになると、自動弁１１および自動弁１５の両方が開かれる。また、自動弁２１が閉じられる。それにより、陰極室３内で発生される水素ガスが陰極室３から水素ガス排出管７を通して排出され、陽極室４内で発生されるフッ素ガスが陽極室４からフッ素ガス排出管８を通して排出される。また、減圧手段１２，１６により陰極室３内および陽極室４内がそれぞれ減圧される。この場合、電解槽１内に新たなＨＦは供給されない。したがって、電解槽１内の圧力が低下するとともに、電解槽１内の圧力が大気圧に近づく。

【0084】

図４（ｂ）に示すように、陰極室３内の液面がＨレベルになり、陽極室４内の液面がＬレベルになると、自動弁１１が閉じられ、自動弁１５が開かれる。また、自動弁２１が閉じられる。それにより、陰極室３内で発生される水素ガスが陰極室３内に留められる。一方、陽極室４内で発生されるフッ素ガスは陽極室４からフッ素ガス排出管８を通して排出される。また、減圧手段１６により陽極室４内が減圧される。したがって、陰極室３内の液面が低下するとともに、陰極室３内の圧力が低下する。また、陽極室４内の圧力が低下し、陽極室４内の液面が上昇する。

【0085】

図４（ｃ）に示すように、陰極室３内の液面がＬレベルになり、陽極室４内の液面がＨレベルになると、自動弁１１が開かれ、自動弁１５が閉じられる。また、自動弁２１が閉じられる。それにより、陽極室４内で発生されるフッ素ガスが陽極室４内に留められる。一方、陰極室３内で発生される水素ガスは陰極室３から水素ガス排出管７を通して排出される。また、減圧手段１２により陰極室３内が減圧される。したがって、陽極室４内の液面が低下するとともに、陽極室４内の圧力が低下する。また、陰極室３内の圧力が低下し、陰極室３内の液面が上昇する。

【0086】

この場合、電解槽１が正圧運転状態であるため、減圧手段１２により陰極室３内の水素ガスが吸引されることにより陰極室３内が大気圧付近まで戻るだけである。

【0087】

図４（ｄ）に示すように、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面がＬレベルになると、自動弁１１および自動弁１５の両方が開かれる。また、自動弁２１が開かれる。それにより、陰極室３内で発生される水素ガスが陰極室３から水素ガス排出管７を通して排出され、陽極室４内で発生されるフッ素ガスが陽極室４からフッ素ガス排出管８を通して排出される。また、減圧手段１２，１６により陰極室３内および陽極室４内がそれぞれ減圧される。さらに、電解槽１内にＨＦ供給管２０を通してＨＦが供給される。したがって、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面が上昇するとともに、電解槽１内の圧力が低下する。その結果、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面が基準液面高さに近づくとともに、電解槽１内の圧力が大気圧に近づく。

【0088】

なお、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されていない場合に、正圧運転状態で陰極室３内の液面がＬレベルとなりかつ陽極室４内の液面がＨレベルとなったときには、陰極室３内の水素ガスが水素ガス排出管７を通して大気中に放出されることにより陰極室３内が大気圧に戻るだけである。

【0089】

（ｂ）負圧運転状態での動作
次に、図５を参照しながら、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されかつ陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されている場合における負圧運転状態での液面制御動作を説明する（図１２の制御パターンＰ１参照）。

【0090】

図５（ａ）に示すように、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面がＨレベルになると、自動弁１１および自動弁１５の両方が閉じられる。また、自動弁２１が閉じられる。それにより、陰極室３内および陽極室４内でそれぞれ発生される水素ガスおよびフッ素ガスにより陰極室３内および陽極室４内の圧力が上昇する。この場合、電解槽１内に新たなＨＦは供給されない。したがって、電解槽１内の圧力が上昇するとともに、電解槽１内の圧力が大気圧に近づく。

【0091】

図５（ｂ）に示すように、陰極室３内の液面がＨレベルになり、陽極室４内の液面がＬレベルになると、自動弁１１が閉じられ、自動弁１５が開かれる。また、自動弁２１が閉じられる。それにより、陰極室３内で発生される水素ガスが陰極室３内に留められる。一方、陽極室４内で発生されるフッ素ガスは減圧手段１２により吸引され、フッ素ガス排出管８を通して排出される。それにより、陰極室３内の液面が低下し、陽極室４内の液面が上昇する。

【0092】

この場合、陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されているので、フッ素ガス排出管８を通して陽極室４内にフッ素ガスまたはその他のガスが逆流することはない。

【0093】

図５（ｃ）に示すように、陰極室３内の液面がＬレベルになり、陽極室４内の液面がＨレベルになると、自動弁１１および自動弁１５の両方が閉じられる。また、自動弁２１が閉じられる。それにより、陰極室３内および陽極室４内でそれぞれ発生される水素ガスおよびフッ素ガスにより陰極室３内および陽極室４内の圧力が上昇する。この場合、陽極室４の容積が陰極室３の容積よりも小さい。そのため、陽極室４内の圧力と陰極室３内の圧力との圧力差が縮小される。それにより、陽極室４内の液面が低下し、陰極室３内の液面が上昇する。このとき、陽極室４内の液面が瞬時にＬＬレベルまで低下することはない。詳細については後述する。

【0094】

図５（ｄ）に示すように、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面がＬレベルになると、自動弁１１および自動弁１５の両方が閉じられる。また、自動弁２１が開かれる。それにより、陰極室３内および陽極室４内でそれぞれ発生される水素ガスおよびフッ素ガスにより陰極室３内および陽極室４内の圧力が上昇する。また、電解槽１内にＨＦ供給管２０を通してＨＦが供給される。それにより、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面が上昇する。

【0095】

このようにして、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面が基準液面高さ付近に制御されるとともに、電解槽１内の圧力が大気圧付近に制御される。

【0096】

なお、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されておらずかつ陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されている場合の液面制御動作は、図５の液面制御動作と同様である（図１２の制御パターンＰ４参照）。

【0097】

（ｃ）図５（ｃ）の液面制御動作の理由
ここで、図５（ｃ）に示したように、負圧運転状態で陰極室３内の液面がＬレベルとなりかつ陽極室４内の液面がＨレベルになったときに自動弁１１，１５の両方を閉じる理由について説明する。

【0098】

図６は負圧運転状態で陰極室３内の液面がＬレベルとなりかつ陽極室４内の液面がＨレベルになったときに自動弁１１を開きかつ自動弁１５を閉じた場合に発生する現象を説明するための模式図である。図６（ａ）は陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されている場合を示し、図６（ｂ）は陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されていない場合を示す。

【0099】

図６（ａ）の場合、自動弁１１が開かれると、陰極室３内で発生される水素ガスが、減圧手段１２により吸引されることにより水素ガス排出管７を通して排出される。また、自動弁１５が閉じられると、陽極室４内で発生されるフッ素ガスが陽極室４内に留められる。それにより、陰極室３内の液面が上昇し、陽極室４内の液面が低下する。この場合、陽極室４の容積が陰極室３の容積よりも小さいので、陽極室４内の液面が急激に低下する。それにより、陽極室４内の液面が瞬時にＬＬレベルまで低下する可能性がある。また、減圧運転状態は好ましくなく、加圧運転状態に戻すことが望まれる。

【0100】

また、図６（ｂ）の場合、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が設けられておらず、かつ陰極室３内が負圧状態であるので、自動弁１１が開かれると、水素ガスおよび大気が陰極室３内に水素ガス排出管７を通して逆流する。それにより、陰極室３内の圧力が大気圧まで上昇するとともに、水素ガスおよび大気が陰極室３内に逆流して電解槽１内部の腐食等を招くおそれがある。一方、自動弁１５が閉じられると、陽極室４内の圧力はフッ素ガスの発生により上昇する。この場合、陽極室４の容積が陰極室３の容積よりも小さいので、陽極室４内の液面が上昇する。それにより、陽極室４内の液面がＨＨレベルまで上昇する可能性がある。また、減圧運転状態は好ましくなく、加圧運転状態に戻すことが望まれる。

【0101】

そこで、本実施の形態では、負圧運転状態で陰極室３内の液面がＬレベルとなりかつ陽極室４内の液面がＨレベルになったときには、図５（ｃ）に示したように、自動弁１１および自動弁１５の両方が閉じられる。それにより、容積の小さな陽極室４内の液面が急激に変化することを防止しつつ、加圧運転状態に近づけることができる。

【0102】

このように、陰極室３の容積が陽極室４の容積よりも大きい場合には、図５に示したように、陰極室３側の自動弁１１は常に閉じられる。

【0103】

なお、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されかつ陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されていない場合には、図１２の制御パターンＰ７のようになる。この場合、陰極室３内の液面がＨレベルになりかつ陽極室４内の液面のレベルがＬレベルとなったときに、正常な液面制御動作が難しい。すなわち、陽極室４側の自動弁１５を閉じると、図６（ａ）の場合と同様に、陽極室４内の液面がＬＬレベルまで低下する可能性がある。一方、陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が設けられていない場合に、陽極室４側の自動弁１５を開くと、フッ素ガスまたはその他のガスが陽極室４内にフッ素ガス排出管８を通して逆流する。この場合、逆流したフッ素ガスまたはその他のガスにより電解浴５およびフッ素ガスの汚染が生じるおそれがある。

【0104】

したがって、少なくとも陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６を接続し、制御パターンＰ１，Ｐ４の動作を行うことが望ましい。

【0105】

（ｄ）制御装置１００による制御動作
次に、図１の制御装置１００による制御動作を説明する。図７は図１の制御装置１００による制御動作を示すフローチャートである。

【0106】

ここで、正圧運転状態における制御装置１００による自動弁１１，１５，２１の開閉制御を正圧運転制御と呼び、負圧運転状態における制御装置１００による自動弁１１，１５，２１の開閉制御を負圧運転制御と呼ぶ。

【0107】

図７に示すように、まず、制御装置１００は、圧力計２５，２６の出力信号に基づいて電解槽１の陰極室３内の圧力および陽極室４内の圧力の両方が大気圧よりも高いか否かを判別する（ステップＳ１）。

【0108】

電解槽１の陰極室３内の圧力および陽極室４内の圧力の両方が大気圧以上の場合には、制御装置１００は、図４に示した正圧運転制御を行う（ステップＳ２）。その後、制御装置１００は、ステップＳ１の処理に戻る。

【0109】

一方、電解槽１の陰極室３内の圧力および陽極室４内の圧力の少なくとも一方が大気圧よりも低い場合には、制御装置１００は、図５に示した負圧運転制御を行う（ステップＳ３）。その後、制御装置１００は、ステップＳ１の処理に戻る。

【0110】

図８は図１の制御装置１００による正圧運転制御を示すフローチャートである。ここで、図４（ａ）に示した自動弁１１，１５，２１の開閉制御を開閉制御４ａと呼び、図４（ｂ）に示した自動弁１１，１５，２１の開閉制御を開閉制御４ｂと呼び、図４（ｃ）に示した自動弁１１，１５，２１の開閉制御を開閉制御４ｃと呼び、図４（ｄ）に示した自動弁１１，１５，２１の開閉制御を開閉制御４ｄと呼ぶ。

【0111】

制御装置１００は、第１の液面検知装置５０Ａの出力信号に基づいて陰極室３内の液面高さがＨレベルにあるかＬレベルにあるかを判別し、第２の液面検知装置５０Ｂの出力信号に基づいて陽極室４内の液面高さがＨレベルにあるかＬレベルにあるかを判別する。

【0112】

まず、制御装置１００は、陰極室３内および陽極室４内の液面の両方がＨレベルにあるか否かを判別する（ステップＳ１１）。陰極室３内および陽極室４内の液面の両方がＨレベルにある場合には、制御装置１００は、開閉制御４ａ（図４（ａ）の制御）を行う（ステップＳ１２）。陰極室３内および陽極室４内の液面の少なくとも一方がＨレベルにない場合には、制御装置１００はステップＳ１３の処理に進む。

【0113】

次に、制御装置１００は、陰極室３内の液面がＨレベルにありかつ陽極室４内の液面がＬレベルにあるか否かを判別する（ステップＳ１３）。陰極室３内の液面がＨレベルにありかつ陽極室４内の液面がＬレベルにある場合には、制御装置１００は、開閉制御４ｂ（図４（ｂ）の制御）を行う（ステップＳ１４）。陰極室３内の液面がＨレベルにないかまたは陽極室４内の液面高さがＬレベルにない場合には、制御装置１００はステップＳ１５の処理に進む。

【0114】

次に、制御装置１００は、陰極室３内の液面がＬレベルにありかつ陽極室４内の液面がＨレベルにあるか否かを判別する（ステップＳ１５）。陰極室３内の液面がＬレベルにありかつ陽極室４内の液面がＨレベルにある場合には、制御装置１００は、開閉制御４ｃ（図４（ｃ）の制御）を行う（ステップＳ１６）。陰極室３内の液面がＬレベルにないかまたは陽極室４内の液面高さがＨレベルにない場合には、制御装置１００はステップＳ１７の処理に進む。

【0115】

さらに、制御装置１００は、陰極室３内および陽極室４内の液面の両方がＬレベルにあるか否かを判別する（ステップＳ１７）。陰極室３内および陽極室４内の液面の両方がＬレベルにある場合には、制御装置１００は、開閉制御４ｄ（図４（ｄ）の制御）を行う（ステップＳ１８）。陰極室３内および陽極室４内の液面の少なくとも一方がＬレベルにない場合には、制御装置１００は図７のステップＳ１の処理に戻る。

【0116】

図９は図１の制御装置１００による負圧運転制御を示すフローチャートである。ここで、図５（ａ）に示した自動弁１１，１５，２１の開閉制御を開閉制御５ａと呼び、図５（ｂ）に示した自動弁１１，１５，２１の開閉制御を開閉制御５ｂと呼び、図５（ｃ）に示した自動弁１１，１５，２１の開閉制御を開閉制御５ｃと呼び、図５（ｄ）に示した自動弁１１，１５，２１の開閉制御を開閉制御５ｄと呼ぶ。

【0117】

制御装置１００は、第１の液面検知装置５０Ａの出力信号に基づいて陰極室３内の液面がＨレベルにあるかＬレベルにあるかを判別し、第２の液面検知装置５０Ｂの出力信号に基づいて陽極室４内の液面がＨレベルにあるかＬレベルにあるかを判別する。

【0118】

まず、制御装置１００は、陰極室３内および陽極室４内の液面の両方がＨレベルにあるか否かを判別する（ステップＳ２１）。陰極室３内および陽極室４内の液面の両方がＨレベルにある場合には、制御装置１００は、開閉制御５ａ（図５（ａ）の制御）を行う（ステップＳ２２）。陰極室３内および陽極室４内の液面の少なくとも一方がＨレベルにない場合には、制御装置１００はステップＳ２３の処理に進む。

【0119】

次に、制御装置１００は、陰極室３内の液面がＨレベルにありかつ陽極室４内の液面がＬレベルにあるか否かを判別する（ステップＳ２３）。陰極室３内の液面がＨレベルにありかつ陽極室４内の液面がＬレベルにある場合には、制御装置１００は、開閉制御５ｂ（図５（ｂ）の制御）を行う（ステップＳ２４）。陰極室３内の液面がＨレベルにないかまたは陽極室４内の液面がＬレベルにない場合には、制御装置１００はステップＳ２５の処理に進む。

【0120】

次に、制御装置１００は、陰極室３内の液面がＬレベルにありかつ陽極室４内の液面がＨレベルにあるか否かを判別する（ステップＳ２５）。陰極室３内の液面がＬレベルにありかつ陽極室４内の液面がＨレベルにある場合には、制御装置１００は、開閉制御５ｃ（図５（ｃ）の制御）を行う（ステップＳ２６）。陰極室３内の液面がＬレベルにないかまたは陽極室４内の液面がＨレベルにない場合には、制御装置１００はステップＳ２７の処理に進む。

【0121】

さらに、制御装置１００は、陰極室３内および陽極室４内の液面の両方がＬレベルにあるか否かを判別する（ステップＳ２７）。陰極室３内および陽極室４内の液面の両方がＬレベルにある場合には、制御装置１００は、開閉制御５ｄ（図５（ｄ）の制御）を行う（ステップＳ２８）。陰極室３内および陽極室４内の液面の少なくとも一方がＬレベルにない場合には、制御装置１００は図７のステップＳ１の処理に戻る。

【0122】

（ｅ）上記の液面制御動作の効果
図５（ｃ）に示したように、容積の大きい陰極室３内の液面がＬレベルにありかつ容積の小さい陽極室４内の液面がＨレベルにある場合には、陰極室３側の自動弁１１および陽極室４側の自動弁１５の両方を閉じることにより、陽極室４内の液面が急激に低下することを防止しつつ、陰極室３内および陽極室４内の液面を基準液面高さに近づけることができるとともに、電解槽１内の圧力を大気圧に近づけることができる。

【0123】

また、図５（ｂ）に示したように、容積の大きい陰極室３内の液面がＨレベルにありかつ容積の小さい陽極室４内の液面がＬレベルにある場合には、陰極室３側の自動弁１１を閉じかつ陽極室４側の自動弁１５を開くことにより、フッ素ガスまたはその他のガスがフッ素ガス排出管８を通して陽極室４内に逆流することなく、陰極室３内および陽極室４内の液面を基準液面高さに近づけることができる。

【0124】

（２−２）陰極室３内の容積＜陽極室４内の容積
次に、陰極室３内の容積が陽極室４内の容積より小さい場合の液面制御動作を説明する。

【0125】

図１０は陰極室３内の容積が陽極室４内の容積よりも小さい場合における正圧運転状態での液面制御動作を説明するための模式図である。また、図１１は陰極室３内の容積が陽極室４内の容積より小さい場合における負圧運転状態での液面制御動作を説明するための模式図である。図１０および図１１の例では、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続され、陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されている。

【0126】

（ａ）正圧運転状態での動作
図１０に示すように、陰極室３内の容積が陽極室４内の容積よりも小さい場合における正圧運転状態での液面制御動作は、図４に示したように、陰極室３内の容積が陽極室４内の容積よりも大きい場合における正圧運転状態での液面制御動作と同様である。

【0127】

（ｂ）負圧運転状態での動作
次に、図１１を参照しながら、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されかつ陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されている場合における負圧運転状態での液面制御動作を説明する（図１２の制御パターンＰ３参照）。

【0128】

図１１（ａ）に示すように、負圧運転状態で陰極室３内の液面および陽極室４内の液面がＨレベルになったときの液面制御動作は、図５（ａ）に示した液面制御動作と同様である。

【0129】

図１１（ｂ）に示すように、陰極室３内の液面がＨレベルになり、陽極室４内の液面がＬレベルになると、自動弁１１および自動弁１５の両方が閉じられる。また、自動弁２１が閉じられる。それにより、陰極室３内および陽極室４内でそれぞれ発生される水素ガスおよびフッ素ガスにより陰極室３内および陽極室４内の圧力が上昇する。この場合、陰極室３の容積が陽極室４の容積よりも小さい。そのため、陰極室３内の圧力と陽極室４内の圧力との圧力差が縮小される。それにより、陰極室３内の液面が低下し、陽極室４内の液面が上昇する。このとき、図５（ｃ）の場合と同様の理由により、陰極室３内の液面がＬＬレベルまで低下することはない。

【0130】

図１１（ｃ）に示すように、陰極室３内の液面がＬレベルになり、陽極室４内の液面がＨレベルになると、自動弁１１が開かれ、自動弁１５が閉じられる。また、自動弁２１が閉じられる。それにより、陽極室４内で発生されるフッ素ガスが陽極室４内に留められる。一方、陰極室３内で発生される水素ガスは減圧手段１２により吸引され、水素ガス排出管７を通して排出される。それにより、陰極室３内の液面が上昇し、陽極室４内の液面が低下する。

【0131】

この場合、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されているので、水素ガス排出管７を通して陰極室３内に水素ガスまたはその他のガスが逆流することはない。

【0132】

図１１（ｄ）に示すように、負圧運転状態で陰極室３内の液面および陽極室４内の液面がＬレベルになったときの液面制御動作は、図５（ｄ）に示した液面制御動作と同様である。

【0133】

このようにして、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面が基準液面高さ付近に制御されるとともに、電解槽１内の圧力が大気圧付近に制御される。

【0134】

なお、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されておりかつ陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されていない場合の液面制御動作は、図１１の液面制御動作と同様である（図１２の制御パターンＰ９参照）。

【0135】

なお、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されておらずかつ陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されている場合には、図１２の制御パターンＰ６のようになる。この場合、陰極室３内の液面がＬレベルになりかつ陽極室４内の液面のレベルがＨレベルとなったときに、正常な液面制御動作が難しい。すなわち、陰極室３側の自動弁１１を閉じると、陰極室３内の液面がＬＬレベルまで低下する可能性がある。一方、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が設けられていない場合、陰極室３側の自動弁１１を開くと、水素ガスおよび大気が陰極室３内に水素ガス排出管７を通して逆流する。この場合、逆流した大気中の水分により電解槽１の内部の腐食が促進される。また、水分が電解浴５中に溶解し、発生されるフッ素ガスの純度が低下する。

【0136】

したがって、少なくとも陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２を接続し、制御パターンＰ３，Ｐ９の動作を行うことが望ましい。

【0137】

（ｃ）上記の液面制御動作の効果
図１１（ｂ）に示したように、容積の小さい陰極室３内の液面がＨレベルにありかつ容積の大きい陽極室４内の液面がＬレベルにある場合には、陰極室３側の自動弁１１および陽極室４側の自動弁１５の両方を閉じることにより、陰極室３内の液面が急激に低下することを防止しつつ、陰極室３内および陽極室４内の液面を基準液面高さに近づけることができるとともに、電解槽１内の圧力を大気圧に近づけることができる。

【0138】

また、図１１（ｃ）に示したように、容積の小さい陰極室３内の液面がＬレベルにありかつ容積の大きい陽極室４内の液面がＨレベルにある場合には、陰極室３側の自動弁１１を開きかつ陽極室４側の自動弁１５を閉じることにより、水素ガスまたはその他のガスが水素ガス排出管７を通して陰極室３内に逆流することなく、陰極室３内および陽極室４内の液面を基準液面高さに近づけることができるとともに、電解槽１内の圧力を大気圧に近づけることができる。

【0139】

（２−３）陰極室３内の容積＝陽極室４内の容積
次に、陰極室３内の容積と陽極室４内の容積とが等しい場合の液面制御動作を説明する。

【0140】

（ａ）正圧運転状態での動作
正圧運転状態での液面制御動作は、図４に示した正圧運転状態での液面制御動作と同様である。

【0141】

（ｂ）負圧運転状態での動作
次に、図１２を参照しながら、負圧運転状態での液面制御動作を説明する。

【0142】

図１２に示すように、陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されかつ陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されている場合には、制御パターンＰ２−１の液面制御動作または制御パターンＰ２−２の液面制御動作が行われる。

【0143】

制御パターンＰ２−１の液面制御動作では、陰極室３内の液面がＨレベルにありかつ陽極室４内の液面がＬレベルにある場合に、制御パターンＰ１と同様に、自動弁１１，１５が開閉される。また、陰極室３内の液面がＬレベルにありかつ陽極室４内の液面がＨレベルにある場合に、制御パターンＰ３と同様に、自動弁１１，１５が開閉される。

【0144】

制御パターンＰ２−２の液面制御動作では、全ての場合に両方の自動弁１１，１５が閉じられる。この場合には、陰極室３内および陽極室４内の液面は変化しない。したがって、水素ガスおよびフッ素ガスの発生により陰極室３内および陽極室４内の圧力が上昇し、正圧運転状態に移行する。それにより、図４で説明した正圧運転状態での動作が行われる。

【0145】

陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されておらずかつ陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されている場合には、制御パターンＰ５−１の液面制御動作または制御パターンＰ５−２の液面制御動作が行われる。制御パターンＰ５−１の液面制御動作は、制御パターンＰ４内の液面制御動作と同様である。また、制御パターンＰ５−２の液面制御動作は、制御パターンＰ２−２の制御動作と同様である。

【0146】

陰極室３側の水素ガス排出管７に減圧手段１２が接続されておりかつ陽極室４側のフッ素ガス排出管８に減圧手段１６が接続されていない場合には、制御パターンＰ８−１の液面制御動作または制御パターンＰ８−２の液面制御動作が行われる。制御パターンＰ８−１の液面制御動作は、制御パターンＰ９の液面制御動作と同様である。また、制御パターンＰ８−２の液面制御動作は、制御パターンＰ２−２の制御動作と同様である。

【0147】

このようにして、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面が基準液面高さ付近に制御されるとともに、電解槽１内の圧力が大気圧付近に制御される。

【0148】

（３）実施の形態の効果
本実施の形態に係るフッ素ガス発生装置においては、圧力計２５，２６により陰極室３内の圧力および陽極室４内の圧力が大気圧以上であるか否かが検出されるとともに、第１の液面検知装置５０Ａにより陰極室３内の液面がＨレベルおよびＬレベルのいずれにあるかが検出され、第２の液面検知装置５０Ｂにより陽極室４内の液面がＨレベルおよびＬレベルのいずれにあるかが検出される。そして、これらの検出結果に基づいて自動弁１１，１５，２１の開閉が制御される。それにより、陰極室３内の液面および陽極室４内の液面が基準液面高さ付近に制御されるとともに、電解槽１内の圧力が大気圧付近に制御される。

【0149】

この場合、圧力計２５，２６はそれぞれ陰極室３内の圧力および陽極室４内の圧力がおよそ大気圧以上であるか否かを検出するために用いられるので、圧力計２５，２６として高い精度で圧力を検出することが可能な高性能で高価な圧力計を設ける必要はない。また、複雑な圧力制御系も不要となる。

【0150】

さらに、第１の液面検知装置５０Ａは３本の液面センサ５１，５２，５３からなる簡単な構成を有し、第２の液面検知装置５０Ｂは３本の液面センサ５４，５５，５６からなる簡単な構成を有する。

【0151】

これらの結果、簡便な構成で陰極室３内の液面および陽極室４内の液面を基準液面高さに近づけることができるとともに、電解槽１内の圧力を大気圧に近づけることができる。

【0152】

（４）他の実施の形態
上記実施の形態では、設定圧が大気圧であるが、これに限らず、設定圧が他の圧力であってもよい。なお、設定圧が大気圧であることが好ましい。

【0153】

上記実施の形態では、気体発生装置の例としてフッ素ガス発生装置について説明したが、本発明は酸素ガス、三フッ化窒素ガス、四フッ化炭素ガス等の他の気体を発生する気体発生装置にも同様に適用することができる。

【0154】

（５）請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

【0155】

上記実施の形態では、陰極室３および陽極室４の一方が第１室の例であり、陰極室３および陽極室４の他方が第２室の例であり、電解槽１が電解槽の例であり、水素ガス排出管７およびフッ素ガス排出管８の一方が第１の排出経路の例であり、水素ガス排出管７およびフッ素ガス排出管８の他方が第２の排出経路の例であり、ＨＦ供給管２０が供給経路の例であり、自動弁１１および自動弁１５の一方が第１の開閉手段の例であり、自動弁１１および自動弁１５の他方が第２の開閉手段の例であり、自動弁２１が第３の開閉手段の例である。

【0156】

また、圧力計２５および圧力計２６の一方が第１の圧力検出手段の例であり、圧力計２５および圧力計２６の他方が第２の圧力検出手段の例であり、第１の液面検知装置５０Ａおよび第２の液面検知装置５０Ｂの一方が第１の液面検出手段の例であり、第１の液面検知装置５０Ａおよび第２の液面検知装置５０Ｂの他方が第２の液面検出手段の例であり、制御装置１００が制御手段の例である。

【0157】

さらに、大気圧が設定圧の例であり、水素ガスおよびフッ素ガスの一方が第１の気体の例であり、水素ガスおよびフッ素ガスの他方が第２の気体の例であり、
液面センサ５２，５５の一方が第１のプローブの例であり、液面センサ５２，５５の他方が第４のプローブの例であり、液面センサ５３，５６の一方が第２のプローブの例であり、液面センサ５３，５６の他方が第５のプローブの例であり、液面センサ５１，５４の一方が第３のプローブの例であり、液面センサ５１，５４の他方が第６のプローブの例である。

【産業上の利用可能性】

【0158】

本発明は、電気分解によりフッ素ガス、水素ガス等の気体を発生するために利用することができる。

【符号の説明】

【0159】

１ 電解槽
２ 隔壁
３ 陰極室
４ 陽極室
５ 陰極
６ 陽極
７ 水素ガス排出管
８ フッ素ガス排出管
７ａ 陰極出口
８ａ 陽極出口
９ ＨＦ吸着塔
１０，１４ 流量調整弁
１１，１５，２１ 自動弁
１２ 減圧手段
１３ ＨＦ吸着塔
１６ 減圧手段
２０ ＨＦ供給管
２２ オリフィス
２３ バイパス弁
２５，２６，２７ 圧力計
３０ 電解浴
５０ 対極
５０Ａ，５０Ｂ 液面検知装置
５１，５２，５３ 液面センサ（プローブ）
５４，５５，５６ 液面センサ（プローブ）
１００ 制御装置
１２１，１６１ 加圧ポンプ
１２２，１６５ バキュームジェネレータ
１３０ 水素ガス排気装置
１６２ 容器（バッファタンク）
１６３ 開閉弁
１６４ 真空ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】