JP2001036167A - Gas cooling method and laser device using the same - Google Patents

Gas cooling method and laser device using the same

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JP2001036167A
JP2001036167A JP21035699A JP21035699A JP2001036167A JP 2001036167 A JP2001036167 A JP 2001036167A JP 21035699 A JP21035699 A JP 21035699A JP 21035699 A JP21035699 A JP 21035699A JP 2001036167 A JP2001036167 A JP 2001036167A
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gas
oxygen
hydrogen
conductor
water
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JP21035699A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Ito
寛 伊藤
Yoshifumi Minowa
芳文 美濃和
Shiro Yamauchi
四郎 山内
Shigeaki Fujita
茂明 藤田
Koichi Suzuki
弘一 鈴木
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a gas cooling method which undergoes little composition changes in cooling gas and can be easily applied to a large-sized laser device. SOLUTION: Water 6 in the main gas dissocitates into hydrogen 4 and oxygen 5 in a high temperature part. Energy for dissociation is taken away from the main gas, which is cooled. From the hydrogen 4 and the oxygen 5 which have dissocitated, water 6 is synthesized by an electrochemical device 7 or an ion electron mixing conductor (electrochemical element) 8, and sent to the high temperature part. This cooling cycle is repeated in this gas cooling method.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、数千℃に上昇した
高温ガス炉の特に中央部のガス温度を冷却するガス冷却
方法およびこのガス冷却方法を用いたレーザ装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas cooling method for cooling a gas temperature of a high-temperature gas furnace raised to several thousand degrees centigrade, particularly a gas temperature in a central portion thereof, and a laser apparatus using the gas cooling method.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、金属蒸気レーザ装置では金属蒸
気を作るために、金属や金属の接した壁を1500℃程
度に加熱する必要があるが、この時金属蒸気が浮遊する
空間のガス温度は数千℃にもなり、レーザ発振に支障を
きたし、ガス温度を適温に維持することが必要となっ
た。
2. Description of the Related Art For example, in a metal vapor laser apparatus, it is necessary to heat a metal or a wall in contact with a metal to about 1500 ° C. in order to produce a metal vapor. The temperature reached several thousand degrees Celsius, which hindered laser oscillation, and it became necessary to maintain the gas temperature at an appropriate temperature.

【0003】そこで、炉やレーザ装置で炉内のガスを冷
却する場合、容器を外部から冷やしたり、容器内に熱交
換器を配置しガス温度を低下させたものもあるが、外部
冷却や熱交換器ではガス温度に分布かできてしまうとい
う問題があった。
In order to cool the gas inside the furnace by using a furnace or a laser device, there are some methods in which the vessel is cooled from the outside or the temperature of the gas is lowered by disposing a heat exchanger in the vessel. In the exchanger, there is a problem that the gas temperature can be distributed.

【0004】図8は特開平2―93201号公報に示さ
れたアークプラズマ蒸気発生装置の説明図で、1は容
器、2は主ガスが封入された空間、6は水、20は一対
の電極、21はアークプラズマ、22は水供給ノズル、
23は水蒸気取り出し口で、水6を水供給ノズル22か
ら霧状にして容器1内に送り込み、一対の電極20の間
にアークプラズマ21を生成すると同時に水6を蒸気に
する装置で、副次的効果としてアークプラズマ21の温
度を下げることができるというものである。
FIG. 8 is an explanatory view of an arc plasma steam generator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-93201, wherein 1 is a container, 2 is a space in which a main gas is sealed, 6 is water, and 20 is a pair of electrodes. , 21 is an arc plasma, 22 is a water supply nozzle,
Reference numeral 23 denotes a water vapor outlet, which is a device for atomizing water 6 from a water supply nozzle 22 and sending it into the vessel 1 to generate an arc plasma 21 between a pair of electrodes 20 and at the same time turn the water 6 into steam. The effect of this is that the temperature of the arc plasma 21 can be lowered.

【0005】また、図9は特開平5―327081号公
報に示された金属蒸気レーザ装置の説明図で、4は水
素、5は酸素、6は水、24はレーザ内管、25、26
は電極、27、28はレーザ窓、29はガス導入口、3
0はガス排出口、31は金属粒、32はバッファーガ
ス、33は外筒である。即ち、金属蒸気レーザ装置では
金属蒸気を作るために、金属や金属の接した壁を150
0℃程度に加熱し電極25、26間で放電を発生させて
いるが、この時金属蒸気が浮遊する空間のガス温度は数
千℃にもなっている。この時、ガス導入口29からレー
ザ内管24に導入された水6はガスの熱で解離して、ガ
スの温度を下げ、レーザ発振に適当なガス温度に調整し
ようとするものである。
FIG. 9 is an explanatory view of a metal vapor laser apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-327081, wherein 4 is hydrogen, 5 is oxygen, 6 is water, 24 is a laser inner tube, and 25 and 26.
Is an electrode, 27 and 28 are laser windows, 29 is a gas inlet, 3
0 is a gas outlet, 31 is a metal particle, 32 is a buffer gas, and 33 is an outer cylinder. That is, in the metal vapor laser apparatus, in order to produce metal vapor, a metal or a wall in contact with the metal is cut by 150 mm.
The gas is heated to about 0 ° C. to generate a discharge between the electrodes 25 and 26. At this time, the gas temperature in the space in which the metal vapor floats has reached several thousand degrees Celsius. At this time, the water 6 introduced into the laser inner tube 24 from the gas inlet 29 is dissociated by the heat of the gas, thereby lowering the gas temperature and adjusting the gas temperature to an appropriate gas temperature for laser oscillation.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように水を用いる場合、プラズマ内部に常に水を供給し
続けなければならないので、放電ガス組成を変化させて
しまい、放電に支障を来すという課題がある。また、金
属蒸気レーザ装置が大きく長くなると、水を放電空間に
供給しても、装置の入り口だけで水は解離し、ガスの冷
却は入り口付近だけで起こり、装置の中程やガス排出口
では水の解離生成物が到達するため、ガスの冷却は困難
であるという課題があった。
However, when water is used as described above, the water must be continuously supplied into the plasma, so that the composition of the discharge gas is changed and the discharge is hindered. There are issues. In addition, if the metal vapor laser device is significantly long, even if water is supplied to the discharge space, water is dissociated only at the entrance of the device, gas cooling occurs only near the entrance, and in the middle of the device and at the gas outlet. Since the dissociation product of water arrives, there is a problem that it is difficult to cool the gas.

【0007】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであり、水の連続的な供給が不要で、冷却ガ
スの組成変化が少なく、大型のレーザ装置にも容易に適
用できるガス冷却方法を得ることを目的とするものであ
る。また、規模が大きくなっても、容易に特性の安定化
が可能なレーザ装置を得ることを目的とするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and does not require continuous supply of water, has little change in the composition of a cooling gas, and can be easily applied to a large laser device. The purpose is to obtain a method. It is another object of the present invention to provide a laser device capable of easily stabilizing characteristics even when the scale is increased.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る第1のガス
冷却方法は、被冷却ガスの熱により水を水素と酸素に解
離し、この解離エネルギーにより上記ガスを冷却し、電
気化学素子を用いて上記解離した水素と酸素とから水を
生成する方法である。
In a first gas cooling method according to the present invention, water is dissociated into hydrogen and oxygen by the heat of the gas to be cooled, and the gas is cooled by the dissociation energy, whereby the electrochemical element is cooled. And producing water from the dissociated hydrogen and oxygen.

【0009】本発明に係る第2のガス冷却方法は、上記
第1のガス冷却方法において、イオン電子混合導電体、
または一対の電極とこの電極間に設けたイオン導電体と
上記電極間を導通させる導体とを備えた電気化学装置に
より、上記解離した水素と酸素とから水を生成する方法
である。
[0009] A second gas cooling method according to the present invention is the first gas cooling method, wherein the ion-electron mixed conductor,
Alternatively, water is generated from the dissociated hydrogen and oxygen by an electrochemical device including a pair of electrodes, an ion conductor provided between the electrodes, and a conductor that conducts between the electrodes.

【0010】本発明に係る第3のガス冷却方法は、上記
第2のガス冷却方法において、イオン電子混合導電体が
水素イオン電子混合導電体または酸素イオン電子混合導
電体の方法である。
A third gas cooling method according to the present invention is the method according to the second gas cooling method, wherein the ion-ion mixed conductor is a hydrogen ion mixed conductor or an oxygen ion mixed conductor.

【0011】本発明に係る第4のガス冷却方法は、上記
第2のガス冷却方法において、イオン導電体が水素イオ
ン導電体または酸素イオン導電体の方法である。
In a fourth gas cooling method according to the present invention, in the second gas cooling method, the ionic conductor is a hydrogen ion conductor or an oxygen ion conductor.

【0012】本発明に係る第5のガス冷却方法は、被冷
却ガスの熱により、水を水素と酸素に解離して上記ガス
を冷却し、貴金属により上記解離した水素と酸素とから
水を生成する方法である。
In a fifth gas cooling method according to the present invention, water is dissociated into hydrogen and oxygen by the heat of the gas to be cooled to cool the gas, and water is generated from the dissociated hydrogen and oxygen by a noble metal. How to

【0013】本発明に係る第1のレーザ装置は、放電
管、この放電管内に封入され水を含有した、この主ガス
を放電させて加熱し、電離させる一対の電極、および上
記放電管内に載置した電気化学素子または貴金属材料を
備え、上記第1ないし第5のいずれかのガス冷却方法に
より、上記主ガスを冷却するようにしたものである。
A first laser device according to the present invention comprises a discharge tube, a pair of electrodes for discharging, heating, and ionizing the main gas containing water sealed in the discharge tube, and mounted in the discharge tube. The main gas is cooled by any one of the above-described first to fifth gas cooling methods.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】実施の形態1.本発明の第1の実
施の形態のガス冷却方法は、(1)例えばレーザ装置に
おいて、励起または電離媒体として用いられるガス等、
被冷却ガスを封入した炉(容器)内の高温部で、上記ガ
スの熱により上記ガスに含まれる水を水素と酸素に解離
し、この解離熱により上記ガスを冷却し、(2)上記炉
内に載置した電気化学素子を用い、この電気化学素子の
表面で上記解離した水素と酸素とから水を生成し、
(3)この水を対流により高温部に送り込む、という冷
却サイクルにより炉内のガスを冷却する方法である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 The gas cooling method according to the first embodiment of the present invention is characterized in that (1) a gas used as an excitation or ionization medium in a laser device, for example,
In a high-temperature part in a furnace (vessel) in which the gas to be cooled is sealed, water contained in the gas is dissociated into hydrogen and oxygen by the heat of the gas, and the gas is cooled by the dissociation heat. Using the electrochemical element placed in, to generate water from the dissociated hydrogen and oxygen on the surface of this electrochemical element,
(3) In this method, the gas in the furnace is cooled by a cooling cycle of sending the water to a high-temperature portion by convection.

【0015】なお、電気化学素子の表面で、上記解離し
た水素と酸素とから水を生成する時、電気化学素子が容
器の壁に接して置かれていると、上記生成された水の熱
が容器の壁に伝わり冷却されるので効率的に対流が生
じ、炉内のガスが冷却される。
[0015] When water is generated from the dissociated hydrogen and oxygen on the surface of the electrochemical element, if the electrochemical element is placed in contact with the wall of the container, the heat of the generated water is reduced. Since the heat is transmitted to the vessel wall and cooled, convection is generated efficiently, and the gas in the furnace is cooled.

【0016】実施の形態2.上記実施の形態1における
電気化学素子としては、イオン電子混合導電体、例えば
SrCeO3等の水素イオン電子混合導電体またはSr
ZrO3等の酸素イオン電子混合導電体が用いられる。
なお、上記電気化学素子を用いて冷却できるガスの温度
は、上記電気化学素子の使用温度即ち融点以下である。
Embodiment 2 As the electrochemical element in the first embodiment, an ion-electron mixed conductor, for example, a hydrogen ion-electron mixed conductor such as SrCeO 3 or Sr
An oxygen ion electron mixed conductor such as ZrO 3 is used.
The temperature of the gas that can be cooled using the electrochemical element is lower than the operating temperature of the electrochemical element, that is, the melting point.

【0017】図1は本発明の第2の実施の形態に関わる
水素イオン電子混合導電体の動作機構を説明する説明図
であり、図中、1は容器、2は被冷却ガスである主ガス
が封入された空間、4は水素、5は酸素、10は水素4
および酸素5に接することができる水素イオン電子混合
導電体、h+は空孔である。即ち、容器1内に水素イオ
ン電子混合導電体10を配置し、主ガス中に水素4と酸
素5を混ぜ、まず水素4が水素イオン電子混合導電体1
0の表面に接すると水素イオン電子混合導電体10内部
にH+の形で取り込まれ、水素イオン電子混合導電体1
0の他の面で、水素イオン電子混合導電体10内部から
供給される電子(e-)とH+と容器1内の酸素5により
下記化学反応式(1)のようにして水を合成する。
FIG. 1 is an explanatory view for explaining an operation mechanism of a hydrogen ion / electron mixed conductor according to a second embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a container, and 2 denotes a main gas which is a gas to be cooled. , 4 is hydrogen, 5 is oxygen, 10 is hydrogen 4
And a hydrogen ion electron mixed conductor capable of contacting oxygen 5 and h + is a vacancy. That is, the hydrogen ion / electron mixed conductor 10 is placed in the container 1 and hydrogen 4 and oxygen 5 are mixed in the main gas.
0, the H-electron-mixed conductor 1 is taken into the hydrogen-ion-electron mixed conductor 10 in the form of H +.
0, water is synthesized from the electrons (e ) supplied from the inside of the hydrogen ion electron mixed conductor 10, H + and oxygen 5 in the container 1 according to the following chemical reaction formula (1). .

【0018】[0018]

【化1】 Embedded image

【0019】その結果、水6は主ガスが封入された空間
2の中央へ運ばれ、主ガスの中央で解離することによ
り、主ガスの温度を下げ、解離して加熱された水素4や
酸素5は容器1の壁面で冷却される。
As a result, the water 6 is transported to the center of the space 2 in which the main gas is sealed, and dissociated at the center of the main gas, thereby lowering the temperature of the main gas, dissociating and heating the heated hydrogen 4 and oxygen 5 is cooled on the wall surface of the container 1.

【0020】実施の形態3.図2は本発明の第3の実施
の形態に関わる酸素イオン電子混合導電体の動作機構を
説明する説明図であり、図中、11は水素4および酸素
5に接することができる酸素イオン電子混合導電体であ
る。即ち、容器1内に酸素イオン電子混合導電体11を
配置し、酸素イオン電子混合導電体11のある一面に主
ガス中に混ぜられた酸素5が接すると、酸素5は酸素イ
オン電子混合導電体11から電子(e-)をもらい、酸
素イオン電子混合導電体11中でO2-になり、O2-は酸
素イオン電子混合導電体11の他の面に輸送され、今度
は酸素イオン電子混合導電体11にe-を奪われ、主ガ
ス中の水素4と結合し水6を下記化学反応式(2)に示
すように合成する。
Embodiment 3 FIG. 2 is an explanatory view for explaining the operation mechanism of the oxygen ion electron mixed conductor according to the third embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes an oxygen ion electron mixed conductor which can come into contact with hydrogen 4 and oxygen 5. It is a conductor. That is, when the oxygen ion / electron mixed conductor 11 is disposed in the container 1 and the oxygen 5 mixed in the main gas contacts one surface of the oxygen ion / electron mixed conductor 11, the oxygen 5 becomes the oxygen ion / electron mixed conductor. (e -) 11 electrons from received a, becomes O 2- in an oxygen mixed ionic electronic conductor 11, O 2- is transported to another aspect of the oxygen mixed ionic electronic conductor 11, in turn, oxygen mixed ionic electronic The conductor 11 is deprived of e and combines with hydrogen 4 in the main gas to synthesize water 6 as shown in the following chemical reaction formula (2).

【0021】[0021]

【化2】 Embedded image

【0022】その結果、水6は主ガスが封入された空間
2の中央へ運ばれ、主ガスの中央で解離することによ
り、主ガスの温度を下げ、解離して加熱された水素4や
酸素5は容器1の壁面で冷却される。
As a result, the water 6 is carried to the center of the space 2 in which the main gas is sealed, and dissociated at the center of the main gas, thereby lowering the temperature of the main gas, dissociating and heating the heated hydrogen 4 and oxygen 5 is cooled on the wall surface of the container 1.

【0023】実施の形態4.上記実施の形態1における
電気化学素子としてイオン導電体を用いた場合であり、
イオン導電体を用いる場合は、このイオン導電体を一対
の電極間に設けこの電極間を導体により導通させた電気
化学装置として用いる。イオン導電体としては、例えば
NH4 +β″Al23等非結晶アルミナの水素イオン導電
体またはZrO2―CaO等の酸素イオン導電体が用い
られる。なお、上記電気化学素子を用いて冷却できるガ
スの温度は、上記電気化学素子の使用温度即ち融点以下
である。
Embodiment 4 This is a case where an ionic conductor is used as the electrochemical element in the first embodiment,
When an ionic conductor is used, the ionic conductor is provided between a pair of electrodes and used as an electrochemical device in which the electrodes are electrically connected by a conductor. As the ion conductor, for example, a hydrogen ion conductor of amorphous alumina such as NH 4 + β ″ Al 2 O 3 or an oxygen ion conductor such as ZrO 2 —CaO is used. The temperature of the gas that can be formed is equal to or lower than the operating temperature of the electrochemical device, that is, the melting point.

【0024】図3は本発明の第4の実施の形態に関わる
水素イオン導電体の動作機構を説明する説明図であり、
図中、12は水素イオン導電体、13は電子を水素イオ
ン導電体12のある面とその他の面へ電子を移動するた
めの導体、14、15はそれぞれ水素イオン導電体12
の表面に配置した第1の開孔電極、第2の開孔電極であ
る。即ち、容器1内に水素イオン導電体12の両面に第
1の開孔電極14と第2の開孔電極15を設け、導体1
3により第1の開孔電極と第2の開孔電極を導通した電
気化学装置を配置する。第1の開孔電極14の開孔に水
素4が接すると、水素4は電子(e-)を奪われ、2H+
の形で水素イオン導電体12内を反対の面へ移動し、奪
われた電子は第1の開孔電極14から導体13を通り、
第2の開孔電極15へ移動する。ここで他の面から移動
してきた2H+と酸素5と電子が結合して下記化学反応
式(3)のようにして水を合成する。
FIG. 3 is an explanatory view for explaining the operation mechanism of the hydrogen ion conductor according to the fourth embodiment of the present invention.
In the drawing, 12 is a hydrogen ion conductor, 13 is a conductor for transferring electrons to one surface of the hydrogen ion conductor 12 and the other surface, and 14 and 15 are hydrogen ion conductors 12, respectively.
A first apertured electrode and a second apertured electrode arranged on the surface. That is, the first apertured electrode 14 and the second apertured electrode 15 are provided on both surfaces of the hydrogen ion conductor 12 in the container 1 and the conductor 1
The electrochemical device in which the first hole electrode and the second hole electrode are electrically connected according to 3 is arranged. When hydrogen 4 comes into contact with the opening of the first opening electrode 14, the hydrogen 4 is deprived of electrons (e ) and 2H +
Move to the opposite surface in the hydrogen ion conductor 12 in the form of, and the deprived electrons pass through the conductor 13 from the first apertured electrode 14,
Move to the second apertured electrode 15. Here, the 2H + , oxygen 5 and the electrons that have moved from the other surface are combined with each other to synthesize water according to the following chemical reaction formula (3).

【0025】[0025]

【化3】 Embedded image

【0026】その結果、水6は主ガスが封入された空間
2の中央へ運ばれ、主ガスの中央で解離することによ
り、主ガスの温度を下げ、解離して加熱された水素4や
酸素5は容器1の壁面で冷却される。
As a result, the water 6 is carried to the center of the space 2 in which the main gas is sealed, and dissociated at the center of the main gas, thereby lowering the temperature of the main gas, dissociating and heating the hydrogen 4 and oxygen 5 is cooled on the wall surface of the container 1.

【0027】実施の形態5.図4は本発明の第5の実施
の形態に関わる酸素イオン導電体の動作機構を説明する
説明図であり、図中、16は酸素イオン導電体、13は
電子を酸素イオン導電体16のある面とその他面へ電子
を移動するための導体、14、15はそれぞれ酸素イオ
ン導電体16の両面に配置した第1の開孔電極、第2の
開孔電極である。即ち、容器1内に酸素イオン導電体1
6の両面に第1の開孔電極14と第2の開孔電極15を
設け、導体13により第1の開孔電極、第2の開孔電極
を導通した電気化学装置を配置する。第1の開孔電極1
4と酸素イオン導電体16の接する点に酸素5が接触す
ると、酸素5に第1の開孔電極14から電子(e-)が
供給され酸素5はO2-になり、酸素イオン導電体16の
内部を通り、第2の開孔電極15側に移動し、第2の開
孔電極15と酸素イオン導電体16の接点に接触した水
素4は第2の開孔電極15へ電子を流し、第1の開孔電
極14側からきたO2-と結合して下記化学反応式(4)
のようにして水を合成する。
Embodiment 5 FIG. FIG. 4 is an explanatory view for explaining an operation mechanism of the oxygen ion conductor according to the fifth embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 16 denotes an oxygen ion conductor, and 13 denotes an electron with the oxygen ion conductor 16. Conductors 14 and 15 for transferring electrons to the surface and the other surface are a first aperture electrode and a second aperture electrode disposed on both surfaces of the oxygen ion conductor 16, respectively. That is, the oxygen ion conductor 1
6, a first hole electrode 14 and a second hole electrode 15 are provided on both surfaces, and an electrochemical device in which the first hole electrode and the second hole electrode are conducted by the conductor 13 is arranged. First apertured electrode 1
When oxygen 5 comes into contact with the contact point between oxygen ion conductor 4 and oxygen ion conductor 16, electrons (e ) are supplied to oxygen 5 from first apertured electrode 14, and oxygen 5 becomes O 2− , and oxygen ion conductor 16 Pass through the inside, move to the second apertured electrode 15 side, the hydrogen 4 contacting the contact between the second apertured electrode 15 and the oxygen ion conductor 16 flows electrons to the second apertured electrode 15, Combined with O 2− coming from the first apertured electrode 14 side, the following chemical reaction formula (4)
Synthesize water as in

【0028】[0028]

【化4】 Embedded image

【0029】その結果、水6は主ガスが封入された空間
2の中央へ運ばれ、主ガスの中央で解離することによ
り、主ガスの温度を下げ、解離して加熱された水素4や
酸素5は容器1の壁面で冷却される。
As a result, the water 6 is carried to the center of the space 2 in which the main gas is sealed, and dissociated at the center of the main gas, thereby lowering the temperature of the main gas, dissociating and heating the heated hydrogen 4 and oxygen 5 is cooled on the wall surface of the container 1.

【0030】実施の形態6.図5は上記第1〜5の実施
の形態のガス冷却方法を用いて容器内の主ガスを冷却す
る機構を説明するための構成図で、3は主ガスを加熱す
る加熱源で、放電でもよい。4は主ガス中に混ぜる水
素、5は主ガス中に混ぜる酸素、6は主ガス中にある
水、7は一対の電極間にイオン導電体を設け、上記電極
間を導通させる導体を備え、水素4と酸素5より水6を
作りだす電気化学装置である。8は水素4と酸素5より
水6を作りだす電気化学素子であるイオン電子混合導電
体、9は加熱源に電力を供給する加熱用電源である。
Embodiment 6 FIG. FIG. 5 is a configuration diagram for explaining a mechanism for cooling a main gas in a container by using the gas cooling method of the first to fifth embodiments. Reference numeral 3 denotes a heating source for heating the main gas, Good. 4 is hydrogen mixed in the main gas, 5 is oxygen mixed in the main gas, 6 is water in the main gas, 7 is an ionic conductor provided between a pair of electrodes, and a conductor for conducting between the electrodes is provided. This is an electrochemical device that produces water 6 from hydrogen 4 and oxygen 5. Reference numeral 8 denotes an ion-electron mixed conductor, which is an electrochemical element for producing water 6 from hydrogen 4 and oxygen 5, and reference numeral 9 denotes a heating power supply for supplying power to a heating source.

【0031】即ち、容器1の内部の主ガスは加熱用電源
9より電力を供給された加熱源3により加熱される。主
ガスは容器1の壁から離れた位置で高温になり、この主
ガスを必要以上の高温状態にする。容器1の中の主ガス
内に水素4と酸素5を混ぜるとイオン導電体を用いた電
気化学装置7かイオン電子混合導電体(電気化学素子)
8またはその両方の表面で水6が合成され、主ガスが封
入された空間2の高温部に送り込まれ、水6は高温部で
は解離し、水素4(または水素原子)と酸素5(または
酸素原子)に分かれる。この解離するためエネルギーを
主ガスから奪うため、主ガスの高温部の温度は下がり、
エネルギーを持ち加熱された水素4と酸素5は冷却した
容器1、イオン導電体を用いた電気化学装置7またはイ
オン電子混合導電体8に接することで冷却され、電気化
学装置7かイオン電子混合導電体8で再度水6を合成し
て主ガスを冷却する。
That is, the main gas inside the container 1 is heated by the heating source 3 supplied with power from the heating power source 9. The main gas becomes hot at a position distant from the wall of the container 1 and brings the main gas to an unnecessarily high temperature state. When hydrogen 4 and oxygen 5 are mixed in the main gas in the container 1, an electrochemical device 7 using an ion conductor or an ion-electron mixed conductor (electrochemical element)
Water 6 is synthesized on the surface 8 or both surfaces thereof, and is sent to the high-temperature portion of the space 2 in which the main gas is sealed. The water 6 dissociates in the high-temperature portion, and hydrogen 4 (or a hydrogen atom) and oxygen 5 (or oxygen Atom). In order to dissociate this energy from the main gas, the temperature of the high temperature part of the main gas drops,
The heated hydrogen 4 and oxygen 5 having energy are cooled by coming into contact with the cooled container 1, the electrochemical device 7 using the ionic conductor or the ion-electron mixed conductor 8, and the electrochemical device 7 or the ion-electron mixed conductor Water 6 is synthesized again by the body 8 to cool the main gas.

【0032】実施の形態7.図6は上記第1〜5の実施
の形態のガス冷却方法を用いたレーザ装置において、上
記装置内のガスを冷却する機構を説明するためのレーザ
装置の構成図で、24は酸素5や水6や水素4を中に浮
遊させると共に内側に放電が発生しているレーザ内管、
25、26はレーザ内管の両端部にある電極、32はレ
ーザ内管24内部で放電を発生させるためのバッファー
ガス(主ガス)、31はレーザ源である金属蒸気源とな
る金属粒、29はバッファーがガスを導入するガス導入
口、30はバッファーガスを外部へ排出するガス排出
口、27、28はレーザ光を取り出すためのレーザ窓、
33はレーザ内管24、電極27、28などを収納する
外筒である。
Embodiment 7 FIG. 6 is a configuration diagram of a laser device using the gas cooling method of the first to fifth embodiments for explaining a mechanism for cooling gas in the device. Reference numeral 24 denotes oxygen 5 or water. 6 and hydrogen 4 floating inside and a discharge inside the laser tube,
Reference numerals 25 and 26 denote electrodes at both ends of the inner laser tube, 32 a buffer gas (main gas) for generating a discharge inside the inner laser tube 24, 31 metal particles serving as a metal vapor source as a laser source, 29 Is a gas inlet for the buffer to introduce gas, 30 is a gas outlet for discharging the buffer gas to the outside, 27 and 28 are laser windows for extracting laser light,
33 is an outer cylinder that houses the laser inner tube 24, the electrodes 27 and 28, and the like.

【0033】即ち、ガス導入口29からバッファーガス32
と共に水6を供給するか、バッファーガス32と伴に水素4
と酸素5を供給することで、水6はレーザ内管24内で
解離して水素4と酸素5に別れ、その解離エネルギーで
レーザ内管24内の主ガスを冷却する。また、上記解離
した水素4と酸素5がイオン導電体を用いた電気化学装
置7やイオン電子混合導電体8に到達するとそこで水6
になる。その水6は管内対流によりレーザ内管24の軸
中心部のガス温度が高い所へ移動して再び解離してガス
温度を下げるのである。以上のようにして、レーザ内管
の高温ガス部を冷却することができ安定した出力が得ら
れた。なお、上記生成された水の熱が容器の壁に伝わり
冷却されると、上記対流がさらに効率的に起こり、炉内
のガスが冷却される。水素4と酸素5をバッファーガス32
と一緒に送った場合も同様にレーザ内管の高温ガス部を
冷却できる。
That is, the buffer gas 32
With water 6 or hydrogen 4 with buffer gas 32
By supplying hydrogen and oxygen 5, the water 6 is dissociated in the laser inner tube 24 and separated into hydrogen 4 and oxygen 5, and the dissociation energy cools the main gas in the laser inner tube 24. When the dissociated hydrogen 4 and oxygen 5 reach the electrochemical device 7 using the ionic conductor or the ion-electron mixed conductor 8, the water 4 and oxygen 5
become. The water 6 moves to a place where the gas temperature is high at the center of the axis of the laser inner tube 24 due to the convection inside the tube and dissociates again to lower the gas temperature. As described above, the high-temperature gas portion of the laser inner tube was cooled, and a stable output was obtained. When the heat of the generated water is transferred to the wall of the container and cooled, the convection occurs more efficiently, and the gas in the furnace is cooled. Hydrogen 4 and oxygen 5 buffer gas 32
Similarly, the high-temperature gas portion of the inner tube of the laser can be cooled.

【0034】実施の形態8.本発明の第8の実施の形態
のガス冷却方法は、上記第1の実施の形態のガス冷却方
法において、電気化学素子の代わりに白金、ルテニウム
またはイリジウム等の貴金属材料を用いた方法であり、
上記貴金属材料は電気化学素子と同様に作用し、解離し
た水素と酸素とから水を再生することにより炉内のガス
を冷却する。
Embodiment 8 FIG. The gas cooling method of the eighth embodiment of the present invention is a method of using the noble metal material such as platinum, ruthenium or iridium instead of the electrochemical element in the gas cooling method of the first embodiment,
The noble metal material acts similarly to the electrochemical element, and cools the gas in the furnace by regenerating water from dissociated hydrogen and oxygen.

【0035】図7は本実施の形態のガス冷却方法を用い
て容器内の主ガスを冷却する機構を説明するための構成
図で、17は容器1内に配置して主ガスや水素4や酸素
5と接するように配置した貴金属材料であり例えば白
金、ルテニウムまたはイリジウムである。
FIG. 7 is a block diagram for explaining a mechanism for cooling the main gas in the container by using the gas cooling method of the present embodiment. A noble metal material arranged in contact with oxygen 5, for example, platinum, ruthenium or iridium.

【0036】即ち、容器1の内部の主ガスは加熱用電源
9により電力を供給された加熱源3により加熱される。
主ガスは容器1の壁から離れた位置で高温になり、この
主ガスを必要以上の高温状態にする。容器1の中の主ガ
ス内に水素4と酸素5を混ぜると貴金属材料17が触媒
となり貴金属材料17の表面で水素4と酸素5が結合し
て水6が合成され、上記実施の形態と同様に主ガスの高
温部に送り込まれ、水6は高温部では解離し、水素4と
酸素5に分かれる。この解離するためエネルギーを主ガ
スから奪うため、主ガスの高温部の温度は下がり、エネ
ルギーを持ち加熱された水素4と酸素5は冷却した容器
1または貴金属材料17に接することで冷却されて、対
流により高温部に送り込まれ、再度貴金属材料17の表
面で水6を合成して主ガスを冷却するのである。
That is, the main gas inside the container 1 is heated by the heating source 3 supplied with electric power by the heating power supply 9.
The main gas becomes hot at a position distant from the wall of the container 1 and brings the main gas to an unnecessarily high temperature state. When hydrogen 4 and oxygen 5 are mixed in the main gas in the container 1, the noble metal material 17 becomes a catalyst, and hydrogen 4 and oxygen 5 are combined on the surface of the noble metal material 17 to synthesize water 6, which is the same as in the above embodiment. The water 6 is sent to the high temperature part of the main gas, and the water 6 is dissociated in the high temperature part and is separated into hydrogen 4 and oxygen 5. Since the energy is removed from the main gas for the dissociation, the temperature of the high temperature part of the main gas is lowered, and the heated hydrogen 4 and oxygen 5 having the energy are cooled by coming into contact with the cooled container 1 or the noble metal material 17, It is sent to the high temperature part by convection, and water 6 is synthesized again on the surface of the noble metal material 17 to cool the main gas.

【0037】なお、上記実施の形態6における電気化学
素子の代わりに貴金属材料を用いた本実施の形態のガス
冷却方法を用いたレーザ装置においても、同様にレーザ
内管の高温ガス部を冷却することができ安定した出力が
得られた。
In the laser apparatus using the gas cooling method according to the present embodiment using a noble metal material instead of the electrochemical element according to the sixth embodiment, the high-temperature gas portion of the laser inner tube is similarly cooled. And a stable output was obtained.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明の第1のガス冷却装置は、被冷却
ガスの熱により水を水素と酸素に解離し、この解離エネ
ルギーにより上記ガスを冷却し、電気化学素子を用いて
上記解離した水素と酸素とから水を生成する方法で、冷
却ガスの組成変化が少なく、大型のレーザ装置にも容易
に適用できるという効果がある。
According to the first gas cooling apparatus of the present invention, water is dissociated into hydrogen and oxygen by the heat of the gas to be cooled, the gas is cooled by the dissociation energy, and the gas is dissociated using an electrochemical element. The method of generating water from hydrogen and oxygen has an effect that the composition of the cooling gas is less changed and can be easily applied to a large laser device.

【0039】本発明の第2のガス冷却方法は、上記第1
のガス冷却方法において、イオン電子混合導電体、また
は一対の電極とこの電極間に設けたイオン導電体と上記
電極間を導通させる導体とを備えた電気化学装置によ
り、上記解離した水素と酸素とから水を生成する方法
で、冷却ガスの組成変化が少なく、大型のレーザ装置に
も容易に適用できるという効果がある。
The second gas cooling method of the present invention includes the first gas cooling method described above.
In the gas cooling method, the dissociated hydrogen and oxygen are separated by an electrochemical device including an ion / electron mixed conductor, or a pair of electrodes and an ion conductor provided between the electrodes and a conductor that conducts between the electrodes. In this method, the composition change of the cooling gas is small and the method can be easily applied to a large-sized laser device.

【0040】本発明の第3のガス冷却方法は、上記第2
のガス冷却方法において、イオン電子混合導電体が水素
イオン電子混合導電体または酸素イオン電子混合導電体
の方法で、冷却ガスの組成変化が少なく、大型のレーザ
装置にも容易に適用できるという効果がある。
According to the third gas cooling method of the present invention,
In the gas cooling method of the above, the ion-electron mixed conductor is a hydrogen ion-electron mixed conductor or an oxygen ion-electron mixed conductor, and there is little change in the composition of the cooling gas and the effect that it can be easily applied to a large laser device. is there.

【0041】本発明の第4のガス冷却方法は、上記第2
のガス冷却方法において、イオン導電体が水素イオン導
電体または酸素イオン導電体の方法で、冷却ガスの組成
変化が少なく、大型のレーザ装置にも容易に適用できる
という効果がある。
According to the fourth gas cooling method of the present invention,
In the gas cooling method described above, the ion conductor is a hydrogen ion conductor or an oxygen ion conductor, and there is an effect that the composition of the cooling gas is small and can be easily applied to a large laser device.

【0042】本発明の第5のガス冷却方法は、被冷却ガ
スの熱により、水を水素と酸素に解離して上記ガスを冷
却し、貴金属により上記解離した水素と酸素とから水を
生成する方法で、冷却ガスの組成変化が少なく、大型の
レーザ装置にも容易に適用できるという効果がある。
According to the fifth gas cooling method of the present invention, the gas is cooled by dissociating water into hydrogen and oxygen by the heat of the gas to be cooled, and water is generated from the hydrogen and oxygen dissociated by the noble metal. With this method, there is an effect that the composition of the cooling gas is small and the method can be easily applied to a large-sized laser device.

【0043】本発明の第1のレーザ装置は、放電管、こ
の放電管内に封入され水を含有した主ガス、この主ガス
を放電させて加熱し電離させる一対の電極、および上記
放電管内に載置した電気化学素子または貴金属材料を備
え、上記第1ないし第5のいずれかのガス冷却方法によ
り、上記主ガスを冷却するようにしたもので、規模が大
きくなっても、容易に特性の安定化が可能であるという
効果がある。
The first laser device of the present invention comprises a discharge tube, a main gas sealed in the discharge tube and containing water, a pair of electrodes for discharging the main gas to heat and ionize the discharge tube, and a laser mounted in the discharge tube. The main gas is cooled by any one of the first to fifth gas cooling methods, and the characteristics can be easily stabilized even if the scale becomes large. There is an effect that conversion can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第2の実施の形態に関わる水素イオ
ン電子混合導電体の動作機構を説明する説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an operation mechanism of a hydrogen ion / electron mixed conductor according to a second embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第3の実施の形態に関わる水素イオ
ン電子混合導電体の動作機構を説明する説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an operation mechanism of a hydrogen ion / electron mixed conductor according to a third embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第4の実施の形態に関わる水素イオ
ン導電体の動作機構を説明する説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an operation mechanism of a hydrogen ion conductor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第5の実施の形態に関わる水素イオ
ン導電体の動作機構を説明する説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an operation mechanism of a hydrogen ion conductor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第6の実施の形態の容器内の主ガス
を冷却する機構を説明するための構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram for explaining a mechanism for cooling a main gas in a container according to a sixth embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第7の実施の形態のレーザ装置の構
成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a laser device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第8の実施の形態の容器内の主ガス
を冷却する機構を説明するための構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram for explaining a mechanism for cooling a main gas in a container according to an eighth embodiment of the present invention.

【図8】 従来のアークプラズマ蒸気発生装置の説明図
である。
FIG. 8 is an explanatory view of a conventional arc plasma steam generator.

【図9】 従来の金属蒸気レーザ装置の説明図である。FIG. 9 is an explanatory view of a conventional metal vapor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 容器、2 主ガスが封入された空間、3 加熱源、
4 水素、5 酸素、7電気化学装置、8 イオン電子
混合導電体(電気化学素子)、10 水素イオン電子混
合導電体、11 酸素イオン電子混合導電体、12 水
素イオン導電体、13 導体、14 第1の開孔電極、
15 第2の開孔電極、16は酸素イオン導電体、17
貴金属材料。
1 container, 2 space filled with main gas, 3 heating source,
Reference Signs List 4 hydrogen, 5 oxygen, 7 electrochemical devices, 8 ion / electron mixed conductor (electrochemical element), 10 hydrogen / ion mixed electron conductor, 11 oxygen / ion mixed electron conductor, 12 hydrogen / ion conductor, 13 conductor, 14th 1 open electrode,
15 A second apertured electrode, 16 is an oxygen ion conductor, 17
Precious metal materials.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山内 四郎 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 藤田 茂明 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 鈴木 弘一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5F072 AA03 JJ05 TT22 TT30  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shiro Yamauchi 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Within Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Shigeaki Fujita 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo 2-3 (72) Inventor Koichi Suzuki 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term (reference) 5F072 AA03 JJ05 TT22 TT30

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被冷却ガスの熱により水を水素と酸素に
解離し、この解離エネルギーにより上記ガスを冷却し、
電気化学素子を用いて上記解離した水素と酸素とから水
を生成するガス冷却方法。
1. Dissociation of water into hydrogen and oxygen by heat of a gas to be cooled, and cooling the gas by the dissociation energy.
A gas cooling method for producing water from the dissociated hydrogen and oxygen using an electrochemical element.
【請求項2】 イオン電子混合導電体、または一対の電
極とこの電極間に設けたイオン導電体と上記電極間を導
通させる導体とを備えた電気化学装置により、上記解離
した水素と酸素とから水を生成することを特徴とする請
求項1に記載のガス冷却方法。
2. An electrochemical device comprising an ion / electron mixed conductor or a pair of electrodes and an ion conductor provided between the electrodes and a conductor for conducting between the electrodes, dissociates the hydrogen and oxygen from the dissociated hydrogen and oxygen. The method according to claim 1, wherein water is generated.
【請求項3】 イオン電子混合導電体が水素イオン電子
混合導電体または酸素イオン電子混合導電体であること
を特徴とする請求項2に記載のガス冷却方法。
3. The gas cooling method according to claim 2, wherein the ion-electron mixed conductor is a hydrogen-ion mixed electron conductor or an oxygen-ion mixed electron conductor.
【請求項4】 イオン導電体が水素イオン導電体または
酸素イオン導電体であることを特徴とする請求項2に記
載のガス冷却方法。
4. The gas cooling method according to claim 2, wherein the ion conductor is a hydrogen ion conductor or an oxygen ion conductor.
【請求項5】 被冷却ガスの熱により、水を水素と酸素
に解離して上記ガスを冷却し、貴金属により上記解離し
た水素と酸素とから水を生成するガス冷却方法。
5. A gas cooling method in which water is dissociated into hydrogen and oxygen by the heat of the gas to be cooled to cool the gas, and water is generated from the dissociated hydrogen and oxygen by a noble metal.
【請求項6】 放電管、この放電管内に封入され水を含
有した主ガス、この主ガスを放電させて加熱し電離させ
る一対の電極、および上記放電管内に載置した電気化学
素子または貴金属材料を備え、請求項1ないし請求項5
のいずれかに記載のガス冷却方法により、上記主ガスを
冷却するようにしたレーザ装置。
6. A discharge tube, a main gas sealed in the discharge tube and containing water, a pair of electrodes for discharging and heating and ionizing the main gas, and an electrochemical element or a noble metal material placed in the discharge tube. Claim 1 to Claim 5
A laser device configured to cool the main gas by the gas cooling method according to any one of the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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