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圖5、氫氣水電解房2F Layout(電解房)
3.2 水電解理論及系統製程架構
水電解理論基礎依據法拉第第一定率，電解時在電極上
析出物質的數量與通過溶液的電流強度和通電時間成正比，
也就是與通過溶液的電量成正比，即G(生成量)=Ke(電化當
量)I(電流)t(通電時間)。法拉第第二定律定義，用相同的電量
通過不同的電解質溶液時，各種溶液在兩極上析出物質的量
與它的電化當量成正比，而析出一克當量的任何物質都需要
96500庫倫(C)的電量，以法拉第(F)表示。(1法拉第=96500
庫倫=26.8A*小時) ; 電化當量的數值應等於化學當量e被法
拉第常數除所得的商 : Ke=e/F ; 故G=KeIt=(e/F)It。氫離子
是一價的，所以需要2mole的電子才能產生1mole的氫，因
此要產生1mole的氫氣需要2法拉第的電量。1Nm 的氫氣是
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(22.4*2)=44.8mole，所以產生所需的電量是(44.8*2)=89.6
法拉第，等於所需電量為 : 89.6*26.8=2401A*h。
本案採鹼性電解法系統設置，製程流程示意如(圖6)，設
備卡通圖及F18P4現場設備照片分別為(圖7、圖8) ; 製程原料
來源為台積電廠務水課提供的純水(UPW)補充進純水槽，在
純水槽加入氧氣曝氣純水，降低水中的含氮量 ; 曝氣過後的
純水再到除氣器處理，利用電加熱器加熱純水至約100℃，氣
圖6、水電解製程流程
化後經過蒸餾塔去除水中的雜質(N , Ar) ; 電解質為KOH與除
氣後的純水維持30%比例後就開始做電解槽循環，於電解槽
陽極出口產出氧氣/KOH液，陰極產出氫氣/KOH液 ; 並各自
到氫氣/氧氣的氣液分離器，利用重力將氣體與液體初級分離
出，氣體往上繼續到純化器，液體則回流到電解槽繼續循環
製程 ; 純化器內會先經過除氫(氧)器，其利用金屬鈀觸媒催化
劑將氫/氧氣中的微量氧/氫合成為水，最後再經過分子篩，吸
附氫/氧氣中的水分，常溫吸附，高溫脫附，去除的水由冷卻
器除水排出，並得到最終成品的氫/氧氣。
3.3 KOH管路設計工法規範
純水幾乎不導電，所以在電解時必須加入其他的強電解
質來增加導電能力，強酸(H 2 SO 4 )、強鹼(NaOH、KOH)都可以
選用，考量鹼液的電導率較好且對鍍鎳電極穩定性好，故目前
工業上都採用鹼性電解液 ; 而KOH在導電性能比NaOH好，又
可以節約電能，但缺點是有較容易腐蝕的風險。在亞東安南廠
也有發生管路腐蝕洩漏案例，特此委外專家進行分析及改善。
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研究洩漏管路分析主因有兩項(管路材料及銲接手法) ，
在本廠針對其改善手法如(表4)。選用高鎳成分管材有助於提
升抗應力腐蝕破裂(stress corrosion cracking, SCC) ; 此外銲接
一定會造成成份偏析，材料微觀組織也會改變，導致有縫管
材銲縫的耐蝕力會較差。除非要求管材在銲接成型後，得經
至少35%斷面縮率的冷加工處理後，才進行完全退火水淬處
理，否則難以確保材料退火後的耐蝕度均勻一致 ; 故分析後
需在材料規格上選用無縫管且是日本JIS 316L規格(因美規含鎳
量低)，另外也不能做額外噴砂處理(噴砂後也會有殘留應力，
易造成鏽蝕)。銲接施工上為避免KOH管路產生「熱裂、應力
腐蝕與均勻腐蝕」等問題，都需著重「降低銲道殘留應力」
與「避免因析出而影響材料耐蝕力」兩項大原則 ; 故規定試
銲必須確認全滲透銲及寬度要求，另額外新增銲道退火熱處
理程序 : 工法為焊道加熱約至1100度後保持兩小時然後自然降
溫(圖9)，最後再做PT銲道探傷檢測(圖10)。
FACILITY JOURNAL 12 2022 7