JP2550843B2 - 炭酸ガスレーザー装置におけるレーザー用ガスの再生 - Google Patents

炭酸ガスレーザー装置におけるレーザー用ガスの再生

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JP2550843B2
JP2550843B2 JP4296724A JP29672492A JP2550843B2 JP 2550843 B2 JP2550843 B2 JP 2550843B2 JP 4296724 A JP4296724 A JP 4296724A JP 29672492 A JP29672492 A JP 29672492A JP 2550843 B2 JP2550843 B2 JP 2550843B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガスレーザー装置
で使用した混合ガスを再使用できるように再生する技術
に関する。 本発明により、実用性の高いガス再生法お
よび再生装置が提供される。
【0002】
【従来の技術】炭酸ガスレーザーは、高出力、高パルス
のガスレーザーであって、高エネルギーのレーザー光を
小さい部分に集中できるため、切断や溶接のような分野
で実用化されている。 そのほか、ウランの同位体の分
離に利用する研究が進められている。
【0003】炭酸ガスレーザー装置のレーザーガスに
は、通常、He,N2およびCO2の混合ガスが使用され
ている。 放電によりCO2の一部はCOとO2に分解
し、また場合によってはNOxも発生し、レーザー発生
効率を下げる。
【0004】これを避けるためにはレーザーガスの一部
をパージしてフレッシュガスを補給すればよいが、He
は高価なので、使用後のガスを処理して再利用すること
が試みられている。 使用ずみのレーザー用混合ガスの
処理は、主としてその中のCOとO2を再結合させてC
2とすることであり、この目的には貴金属触媒や金属
酸化物触媒が有用であることが知られている。
【0005】出願人は、炭酸ガスレーザー装置のレーザ
ー用ガスを再生する方法および装置に関して研究を続
け、基本的な技術を開示したほか(特開平3−8498
0)、改良技術を提案している(特願平3−4965
7、同4−156505)。 他の出願人からも多数の
提案があるが、レーザー発生装置とガス再生装置との組
み合わせ方や、触媒の活性化方法、ガス再生に伴って発
生する廃棄物の処理など、ガス再利用の実際に関する技
術は、意外に確立されていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、炭酸
ガスレーザー技術における上記のような状況にかんが
み、ガス再生による再利用の実用技術を提供することに
ある。 実用技術とは、たとえば、ガス再生装置内で活
性化されている触媒を失活させることなくレーザー発生
装置と結合させることであり、ガス再生装置とレーザー
発生装置との結合に際してレーザー発生に悪影響を与え
る外気の混入を防ぐことであり、触媒の活性化に伴って
発生する好ましくないガスのレーザー用混合ガスへの混
入を防ぐことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、基本的に
は本発明の炭酸ガスレーザー装置によって達成され、ま
たその装置の変更態様、およびそれらの態様に応じた使
用法によって達成される。
【0008】本発明の炭酸ガスレーザー装置は、図1に
構成を示すように、レーザー発振部(1)、ガス流量調
節器(2)、ガス冷却器(3)およびガス循環ファン
(4)をそなえ、ガス再生装置との結合のためのガス出
口(9A)およびガス入口(10A)を設けたレーザー
発生装置(A)、ならびに、ガス加熱器(5)およびガ
ス再生反応のための触媒床(6)を備え、レーザー発生
装置との結合のためのガス入口(9B)およびガス出口
(10B)を設けたガス再生装置(B)を組み合わせ、
レーザー発生装置にガス注入口(7A)およびガス放出
口(8A)を設け、かつ(または)ガス再生装置のガス
注入口(7B)およびガス放出口(8B)を設けてな
る。
【0009】上記のガス再生装置の変更態様は、図2に
示すように、ガスの循環流路中に、ガス加熱器(5)、
ガス再生反応のための触媒床(6)およびガス循環ファ
ン(4)をそなえ、レーザー発生装置との結合のための
ガス入口(9C)およびガス出口(10C)を設けると
ともに、ガス注入口(7C)およびガス放出口(8C)
を設けてなる。
【0010】この変更態様においては、図2に示したよ
うに、ガスの循環流路中に、不純ガスを除去するための
吸着剤床(11)を設けることが好ましい。
【0011】上記の好ましい態様を実施するに当って
は、図3に示すように、ガス再生装置において、ガス循
環路を二分し、一方(C1)にガス加熱器(5)、ガス
再生反応のための触媒床(6)、ならびにレーザー発生
装置との結合のためのガス入口(9C)およびガス出口
(10C)を置き、他方(C2)にガス循環ファン
(4)、吸着剤床(11)、ならびにガス注入口(7
C)およびガス放出口(8C)を置き、一方(C1)の
側に(C2)の間を、少なくとも一方(C1)の側に開
閉バルブをそなえたカップリング(14および15)に
より着脱可能にすることが、実用的である。
【0012】
【作用】図1に示した炭酸ガスレーザー装置を組み立て
るには、まず、ガス再生装置(B)のガス再生用触媒床
(6)の触媒を活性化した状態で充填し、ガス再生装置
内に不活性ガスを封入しておき、一方、レーザー発生装
置(A)にはレーザー用混合ガスまたは不活性ガスを封
入しておき、レーザー発生装置の前記ガス出口(9A)
およびガス入口(10A)と、ガス再生装置の前記ガス
入口(9B)およびガス入口(10B)とを結合したの
ち、前記ガス注入口(7A)または(7B)の一方また
は両方からレーザー用混合ガスを注入し、前記ガス放出
口(8A)または(8B)の一方または両方から不活性
ガスを放出して、ガス再生装置またはレーザー発生装置
およびガス再生装置内をレーザー用混合ガスで満たす。
【0013】このようにすれば、活性化された触媒を失
活させることなくガス再生装置をレーザー発生装置と組
み合わせることができる。
【0014】ガス再生装置に活性化されていない触媒が
充填されていて、これをレーザー発生装置と結合させて
から活性化しようとする場合には、つぎのいずれかの方
法をとればよい。 そのひとつは、レーザー発生装置
(A)とガス再生装置(B)とを結合し、ガスが前記ガ
ス出口(9A)およびガス入口(9B)を通ってレーザ
ー発生装置からガス再生装置に入り、前記ガス出口(1
0B)およびガス入口(10A)を通ってガス再生装置
からレーザー発生装置へ戻るように前記ガス流量調節器
(2)を調節しておき、前記ガス注入口(7A)または
(7B)の一方または両方から、不活性ガスにCOおよ
びH2 を添加した活性化ガスを注入し、前記ガス循環フ
ァン(4)により活性化ガスを上記流路に従って循環さ
せ、一部のガスをガス放出口(8A)および(8B)の
一方または両方から外部に放出しつつ、前記ガス加熱器
(5)により活性化ガスを加熱し、加熱された活性化ガ
スにより前記ガス再生用触媒を乾燥して活性化する。
【0015】このようにすれば、レーザー用混合ガス中
に外気はもちろん、活性化に伴って発生した好ましくな
いガスも、レーザー用混合ガス中に混入させることな
く、ガス再生用触媒の活性化ができる。
【0016】いまひとつの方法は、図2の装置におい
て、前記ガス注入口(7C)から不活性ガスにCOおよ
びH2を添加した活性化ガスを注入し、前記ガス循環フ
ァン(4)により活性化ガスを循環させ、一部のガスを
ガス放出口(8C)から外部に放出しつつ、前記ガス加
熱器(5)により活性化ガスを加熱し、加熱された活性
化ガスにより前記ガス再生用触媒を乾燥して活性化する
ことからなる。
【0017】
【実施例】下記2種の触媒を調製した。 触媒A: アルミナ担体に塩化白金酸水溶液を含浸さ
せ、液相で還元処理したもの。 Pt担持量 0.4% 触媒B: アルミナ担体に塩化白金酸水溶液を含浸さ
せ、還元処理することなく乾燥したもの。 Pt担持率
0.4% これらの触媒を熱天秤にかけ、窒素気流中で50℃/Hr
の速度で昇温し、600℃までの減量を測定したとこ
ろ、触媒Aは14%、Bは12%であった。 重量減
は、触媒粒子に吸着していた水分、ガスおよび触媒調製
時使用した薬品の脱着や分解によるものと考えられる。
触媒の活性化に当っては、還元生成ガスに加えて、こ
れら重量減の原因となる物質が発生することを考慮に入
れなければならない。
【0018】下記の組成(容量%)のレーザー混合ガス
の模擬ガスを用意した。 N2 10.0% O2 0.5% CO2 9.0% He 残部 CO 1.0% NOx 50ppm 前記の触媒AおよびBに対し、この模擬ガスを、温度1
80℃、圧力1気圧、SV=10,000/Hrで通過さ
せたところ、ガス中のCOのCO2 への転化率は、触媒
Aで95%以上、触媒Bでは65%であった。
【0019】模擬ガス中にはCOが含まれているので触
媒の還元が行なわれ、触媒Bも活性が生じたことがわか
った。 しかし、触媒の活性化をレーザーガスの循環に
よって行なえば、ガス中のCOが触媒上の酸素で酸化さ
れてCO2 となり、ガス中CO/O2比を崩して酸素過
剰条件を招いてしまうことが想像される。
【0020】つぎの組成(容量%)の活性化ガスを用意
した。 ガスI ガスII 2 − 50.0% CO 0.1% − CO2 10.0% − N2 10.0% 50.0% He 残部 − これらの活性化ガスを使用して、触媒Bを活性化した。
温度は300℃、圧力は1気圧、SV=10,000
/Hr、時間は3時間の条件である。 このようにして活
性化した触媒を用いて、前記のレーザー模擬ガスの再生
をやはり前記した条件(180℃、1気圧、SV=1
0,000/Hr)で実施したところ、触媒A,Bに関し
ガスI,IIのいずれの場合も、CO転化率は95%以上
であった。
【0021】
【発明の効果】本発明により、ガス再生装置を使用して
使用ずみのレーザー用混合ガスの再生を行なう技術にお
いて、下記の利益が得られる: o レーザー発生装置内への外気および有害ガスの侵入
を防いで、ガス再生装置をこれに結合できる。 o レーザー発生装置にガス再生装置を結合したのち、
前者に影響を与えることなく後者の触媒を活用化および
再活性化を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の炭酸ガスレーザー装置を構成する、
レーザー発生装置とガス再生装置との関連を示す概念的
な断面図。
【図2】 本発明のガス再生装置の変更態様を示す概念
的な断面図。
【図3】 本発明のガス再生装置の別の変更態様を示す
概念的な断面図。
【符号の説明】
A レーザー発生装置 B,C,C1,C2 ガス再生装置 1 レーザー発振部 2 ガス流量調節器 3 ガス冷却器 4 ガス循環ファン 5 ガス加熱器 6 ガス再生用触媒床 7A,7B,7C ガス注入口 8A,8B,8C ガス放出口 9A ガス出口 9B,9C ガス入口 10A ガス入口 10B,10C ガス出口 11 吸着剤床 12,13 バルブ 14,15 カップリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸井田 努 茨城県東茨城郡大洗町成田町2205 日揮 株式会社大洗原子力技術開発センター内 (56)参考文献 特開 昭57−176786(JP,A) 特開 平4−212483(JP,A) 特開 昭64−25585(JP,A)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー発振部(1)、ガス流量調節器
    (2)、ガス冷却器(3)およびガス循環ファン(4)
    をガスの循環流路中この順にそなえ、ガス再生装置との
    結合のためのガス出口(9A)およびガス入口(10
    A)を設けたレーザー発生装置(A)、ならびに、ガス
    加熱器(5)およびガス再生反応のための触媒床(6)
    をそなえ、レーザー発生装置との結合のためのガス入口
    (9B)およびガス出口(10B)を設けたガス再生装
    置(B)を組み合わせ、レーザー発生装置にガス注入口
    (7A)およびガス放出口(8A)を設け、かつ(また
    は)ガス再生装置にガス注入口(7B)およびガス放出
    口(8B)を設けてなる炭酸ガスレーザー装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の炭酸ガスレーザー装置
    を組み立てる方法であって、ガス再生装置(B)のガス
    再生用触媒床(6)の触媒を活性化した状態で充填し、
    ガス再生装置内に不活性ガスを封入しておき、一方、レ
    ーザー発生装置(A)にはレーザー用混合ガスまたは不
    活性ガスを封入しておき、レーザー発生装置の前記ガス
    出口(9A)およびガス入口(10A)と、ガス再生装
    置の前記ガス入口(9B)およびガス入口(10B)と
    を結合したのち、前記ガス注入口(7A)または(7
    B)の一方または両方からレーザー用混合ガスを注入
    し、前記ガス放出口(8A)または(8B)の一方また
    は両方から不活性ガスを放出して、ガス再生装置または
    レーザー発生装置およびガス再生装置内をレーザー用混
    合ガスで満たすことからなる方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の炭酸ガスレーザー装置
    においてガス再生装置を使用可能にする方法であって、
    レーザー発生装置(A)とガス再生装置(B)とを結合
    し、ガスが前記ガス出口(9A)およびガス入口(9
    B)を通ってレーザー発生装置からガス再生装置に入
    り、前記ガス出口(10B)およびガス入口(10A)
    を通ってガス再生装置からレーザー発生装置へ戻るよう
    に前記ガス流量調節器(2)を調節しておき、前記ガス
    注入口(7A)または(7B)の一方または両方から、
    不活性ガスにCOおよびH2 を添加した活性化ガスを注
    入し、前記ガス循環ファン(4)により活性化ガスを上
    記流路に従って循環させ、一部のガスをガス放出口(8
    A)および(8B)の一方または両方から外部に放出し
    つつ、前記ガス加熱器(5)により活性化ガスを加熱
    し、加熱された活性化ガスにより前記ガス再生用触媒を
    乾燥して活性化することからなる方法。
  4. 【請求項4】 ガスの循環流路中に、ガス加熱器
    (5)、ガス再生反応のための触媒床(6)およびガス
    循環ファン(4)をこの順でそなえ、レーザー発生装置
    との結合のためのガス入口(9C)およびガス出口(1
    0C)を設けるとともに、ガス注入口(7C)およびガ
    ス放出口(8C)を設けてなる炭酸ガスレーザー用ガス
    の再生装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載のガス再生装置を使用可
    能にする方法であって、前記ガス注入口(7C)から不
    活性ガスにCOおよびH2 を添加した活性化ガスを注入
    し、前記ガス循環ファン(4)により活性化ガスを循環
    させ、一部のガスをガス放出口(8C)から外部に放出し
    つつ、前記ガス加熱器(5)により活性化ガスを加熱
    し、加熱された活性化ガスにより前記ガス再生用触媒を
    乾燥して活性化することからなる方法。
  6. 【請求項6】 ガスの循環流路中に、不純ガスを除去す
    るための吸着剤床(11)を設けた請求項4のガス再生
    装置。
  7. 【請求項7】 請求項6のガス再生装置において、ガス
    循環路を二分し、一方(C1)にガス加熱器(5)、ガ
    ス再生反応のための触媒床(6)、ならびにレーザー発
    生装置との結合のためのガス入口(9C)およびガス出
    口(10C)を置き、他方(C2)にガス循環ファン
    (4)、吸着剤床(11)、ならびにガス注入口(7
    C)およびガス放出口(8C)を置き、一方(C1)と
    他方(C2)の間を、少なくとも一方(C1)の側に開
    閉バルブ(12および13)をそなえたカップリング
    (14および15)により着脱可能にしてなるガス再生
    装置。
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