JP5036378B2 - 二酸化炭素除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置におけるレーザ発振部とレーザ出射部とを結ぶ光路に流されるパージガスに含有される二酸化炭素を除去するための圧力変動吸着式の二酸化炭素除去装置に関する。

従来より、レーザを発振するためのレーザ発振部と、レーザ発振部で発振されたレーザを加工対象物に照射するためのレーザ照射部とを備えたレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１）。レーザ発振部から発せられたレーザは、ミラーによってレーザ照射部まで導かれ、レーザ照射部に設けたレンズで集光されてから加工対象物に照射されるようになっている。レーザ発振部とレーザ照射部とを結ぶ光路は、通常、遮光性材料で作られたチューブによって覆われており、レーザ発振部で発振されたレーザは、前記チューブの中を通ってレーザ照射部まで到達するようになっている。このため、レーザ発振部から発せられたレーザは、レーザ照射部以外の箇所から前記チューブの外部へと漏れることのないようになっている。

この種のレーザ加工装置は、切断加工や穴あけ加工を高い精度で行うことができるために、半導体デバイスなどの精密部品の加工を中心にその需要を着実に伸ばしてきている。しかし、この種のレーザ加工装置において、前記チューブの内部に塵などが混入してしまうと、レーザの強度が低下するばかりか、レーザ照射部から照射されるレーザの焦点がぼけてしまい、加工精度が低下するおそれもあった。このため、従来のレーザ加工装置では、前記チューブにパージガスを流し、前記チューブの内部圧力を外部圧力よりも高く保つようにすることが行われていた。

しかし、パージガスに二酸化炭素や水分が多く含まれていると、レーザによってパージガスの温度が上昇してしまい、前記チューブの内部に靄が発生するおそれがあった。このため、パージガスを流すタイプのレーザ加工装置でもやはり、レーザ照射部から照射されるレーザの強度が低下したり、レーザ照射部から照射されるレーザの焦点がぼけたりするおそれがあった。パージガスを流すタイプのレーザ加工装置において、レーザの強度低下を防ぎ、加工精度を高く維持するためには、パージガスに含まれる二酸化炭素や水分をいかに除去するかが重要となる。

原料ガスから二酸化炭素を除去又は回収する技術としては、
（ａ）二酸化炭素を選択的に吸着しうる吸着剤を収容した吸着筒の内部圧力を上昇させることにより、前記吸着剤に二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、
（ｂ）前記吸着筒を減圧することにより、前記吸着剤に吸着されていた二酸化炭素を脱着させ、前記吸着剤の二酸化炭素吸着能を再生させる再生工程と、
を交互に繰り返すことにより、原料ガスから二酸化炭素を除去するようにした圧力変動吸着法を利用したものが知られているが（例えば、特許文献２）、
レーザ加工装置のパージガスを生成するための二酸化炭素除去装置として好適に使用できるものは見当たらなかった。

というのも、二酸化炭素を吸着するための吸着剤としては、１３Ｘ型ゼオライトが一般的に用いられているが、この場合に、原料ガスの二酸化炭素濃度をレーザ加工装置のパージガスとして好適に使用できる１０ｐｐｍ以下にまで低下しようとすると、後述する再生ガスの流量を相当多くしなければならないことに加えて、吸着剤を収容する吸着筒の温度が低下して結露するおそれもあり、実用的ではなかったからである。

ところで、二酸化炭素を吸着するための吸着剤として、４Ａ型ゼオライト（Ｎａ−Ａ型ゼオライト）を使用することも既に知られている（例えば、特許文献３）。しかし、レーザ加工装置のパージガスを生成するための二酸化炭素除去装置に４Ａ型ゼオライトを用いたものは見当たらなかった。

特開平０９−２３４５８４号公報 特開平１０−１０１３１８号公報 特開平０７−０３９７５２号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、レーザ加工装置におけるレーザ発振部とレーザ照射部とを結ぶ光路に流されるパージガスに含有される二酸化炭素を除去するのに好適に用いることのできる圧力変動吸着式の二酸化炭素除去装置を提供するものである。また、レーザ照射部から照射されるレーザの強度が高く、かつその焦点がぼけず、加工精度の高いレーザ加工装置を提供することも本発明の目的である。

上記課題は、レーザ加工装置におけるレーザ発振部とレーザ出射部とを結ぶ光路に流されるパージガスに含有される二酸化炭素を除去するための圧力変動吸着式の二酸化炭素除去装置であって、二酸化炭素を吸着するための吸着筒の内部に４Ａ型ゼオライトを収容したことを特徴とする二酸化炭素除去装置を提供することによって解決される。

ここで、４Ａ型ゼオライトとは、Ｎａ−Ａ型ゼオライトとも呼ばれ、通常、下記の化学式で表される化学組成を有している。
４Ａ型 ： Ｎａ_１２［（ＡｌＯ_２）_１２（ＳｉＯ_２）_１２］・２７Ｈ_２Ｏ
また、３Ａ型ゼオライト、５Ａ型ゼオライト及び１３Ｘ型ゼオライトは、それぞれ、Ｋ−Ａ型、Ｃａ−Ａ型、Ｎａ−Ｘ型とも呼ばれ、通常、下記の化学式で表される化学組成を有している。
３Ａ型 ： Ｋ_９Ｎａ_３［（ＡｌＯ_２）_１２（ＳｉＯ_２）_１２］２７Ｈ_２Ｏ
５Ａ型 ： Ｃａ_４．５Ｎａ_３［（ＡｌＯ_２）_１２（ＳｉＯ_２）_１２］３０Ｈ_２Ｏ
１３Ｘ型 ： Ｎａ_８６［（ＡｌＯ_２）_８６（ＳｉＯ_２）_１０６］２７６Ｈ_２Ｏ

これにより、レーザ加工装置のパージガスに含有される二酸化炭素を除去するのに好適に用いることのできる圧力変動吸着式の二酸化炭素除去装置を提供することが可能になる。したがって、レーザ照射部から照射されるレーザの強度を高く維持し、かつその焦点がぼけるのを防止することも可能になる。また、パージガスとして市販されている窒素ガスを用いた場合と比較して、レーザ加工装置の運転コストを削減することも可能になる。

本発明の二酸化炭素除去装置において、吸着筒の内部に、４Ａ型ゼオライトとともに５Ａ型ゼオライト及び／又は１３Ｘ型ゼオライトを収容すると好ましい。これにより、パージガスに含まれる二酸化炭素だけでなく水分をも除去することが可能になり、レーザ加工装置の加工精度をより高めることができる。水分も、二酸化炭素と同様、光路から出射されるレーザの強度を弱めたり、焦点をぼけさせるおそれがあるからである。

このとき、５Ａ型ゼオライトや１３Ｘ型ゼオライトを吸着筒の内部におけるどの場所に収容するかはとくに限定されないが、吸着筒の内部における４Ａ型ゼオライトを収容した部分よりも上流側に５Ａ型ゼオライト及び／又は１３Ｘ型ゼオライトを収容すると好ましい。これにより、５Ａ型ゼオライトや１３Ｘ型ゼオライトで水分を吸着した後に、４Ａ型ゼオライトで二酸化炭素を吸着することが可能になる。したがって、水分によって４Ａ型ゼオライトの二酸化炭素吸着能が低下するのを防止することが可能になる。

吸着筒内部に収容したゼオライトの全体の重量Ｗ_０に対する４Ａ型ゼオライトの重量Ｗ_１の比Ｗ_１／Ｗ_０は、とくに限定されないが、小さくしすぎると、ゼオライトの全体の重量Ｗ_０が増大しすぎるおそれがある。このため、比Ｗ_１／Ｗ_０は、通常、０．３以上に設定される。

吸着筒から送出されたパージガスを一時的に貯留するためのバッファタンクと、バッファタンクから取り出されるパージガスの圧力を調整するための圧力調整手段とを備えることも好ましい。これにより、レーザ加工装置の光路に一定圧力のパージガスを流すことが可能になり、光路を伝送されるレーザの強度の低下や焦点のぼけをさらに抑えることが可能になる。

パージガスに含有される有機物を除去しうる活性炭を収容した活性炭槽を備えることも好ましい。これにより、光路を伝送されるレーザの強度の低下や焦点のぼけをさらに抑えることが可能になる。

パージガスの酸素濃度を検知するための酸素濃度検知手段と、酸素濃度検知手段によって検知されたパージガスの酸素濃度に異常が認められた場合に警報を出力するための警報出力手段とを備えることも好ましい。これにより、パージガスの酸素濃度の異常を認識することが可能になる。

以上のように、本発明によって、レーザ加工装置におけるレーザ発振部とレーザ照射部とを結ぶ光路に流されるパージガスに含有される二酸化炭素を除去するのに好適に用いることのできる圧力変動吸着式の二酸化炭素除去装置が提供される。また、レーザ照射部から照射されるレーザの強度が高く、かつその焦点がぼけず、加工精度の高いレーザ加工装置を提供することも可能になる。

以下、本発明のレーザ加工装置１００の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図１は、本発明のレーザ加工装置１００の全体構成を示した模式図である。

１．レーザ加工装置の概要
本実施態様のレーザ加工装置１００は、図１に示すように、レーザを発振するためのレーザ発振部１０１と、レーザ発振部１０１で発振されたレーザを加工対象物２００に照射するためのレーザ照射部１０２とを備えたものとなっている。レーザ発振部１０１とレーザ照射部１０２とを結ぶ光路は、遮光性材料で作られたチューブ１０３によって覆われている。チューブ１０３における屈曲箇所には、ミラー１０４が配置されている。このため、レーザ発振部１０１で発振されたレーザは、チューブ１０３の中を通り、ミラー１０４によって反射されながらレーザ照射部１０２まで導かれるようになっている。レーザ照射部１０２は、図示省略の移動手段によって移動するようになっており、加工対象物２００へ所望の加工を施すことができるようになっている。チューブ１０３は、レーザ照射部１０２の動きに追従できるように、所定箇所で屈曲角度を変化させたり、所定箇所が伸縮したりすることのできる構造となっている。

チューブ１０３には、図１に示すように、チューブ１０３の内部にパージガスを導入するためのパージガス導入口１０５と、チューブ１０３の外部へパージガスを導出するためのパージガス導出口１０６が設けられている。パージガス導入口１０５とパージガス導出口１０６を設ける箇所は、とくに限定されない。しかし、チューブ１０３を長さ方向の略全体に亘ってパージするためには、一方をレーザ発振部１０１の近傍に配し、他方をレーザ照射部１０２の近傍に配すると好ましい。本実施態様のレーザ加工装置１００において、レーザ発振部１０１の近傍にパージガス導入口１０５を配しており、レーザ照射部１０２の近傍にパージガス導出口１０６を配している。

チューブ１０３におけるパージガス導入口１０５は、図１に示すように、二酸化炭素除去装置３００のパージガス導出口３０５に接続されている。このため、パージガスは、二酸化炭素除去装置３００で二酸化炭素濃度が低下されてからチューブ１０３の内部へ流されるようになっている。チューブ１０３の中を流れたパージガスは、パージガス導出口１０６からチューブ１０３の外部へと導出される。チューブ１０３が密閉された構造であると、パージガスの温度が上昇して、チューブ１０３の内部に靄が発生しやすくなるが、このように、パージガスを流すことによって、パージガスの温度を上昇しにくくすることができる。

２．二酸化炭素除去装置
続いて、図１のレーザ加工装置１００に使用した二酸化炭素除去装置３００について説明する。図２は、図１におけるレーザ加工装置１００に使用した圧力変動吸着式の二酸化炭素除去装置３００の全体構成を示したブロック図である。図３は、図２における吸着筒３０２の内部を示した断面図である。

本実施態様の二酸化炭素除去装置３００は、図２に示すように、原料ガスを導入するための原料ガス導入口３０１と、原料ガス導入口３０１から導入された原料ガスに含有される二酸化炭素を吸着するための４Ａ型ゼオライトを収容した吸着筒３０２と、吸着筒３０２の上流側に接続されるガス流路を切り替えるための吸着筒切替弁３０３と、パージガス（吸着筒３０２で二酸化炭素が吸着された原料ガス）を一時的に貯留するためのバッファタンク３０４と、バッファタンク３０４からパージガスを導出するためのパージガス導出口３０５と、バッファタンク３０４から吸着筒３０２へパージガスが逆流するのを防止するための逆止弁３０６と、４Ａ型ゼオライトに吸着された二酸化炭素を外部へ排出するための二酸化炭素排出口３０７とを備えたものとなっている。

本実施態様の二酸化炭素除去装置３００は、圧力変動吸着式のものとなっており、
（ａ）４Ａ型ゼオライトを収容した吸着筒３０２の内部へ原料ガスを供給することにより、吸着筒３０２の内部圧力を上昇させ、原料ガスに含有される二酸化炭素を４Ａ型ゼオライトに吸着させる吸着工程と、
（ｂ）吸着筒３０２を外気へ開放することにより、吸着筒３０２の内部圧力を下降させ、４Ａ型ゼオライトに吸着されていた二酸化炭素を脱着して吸着筒３０２の外部へ排出し、４Ａ型ゼオライトの二酸化炭素吸着能を再生する再生工程と、
を異なる吸着筒３０２で交互に行うことにより、二酸化炭素濃度の低下したパージガスを連続的に生成することができるものとなっている。吸着工程と再生工程の切り替えは、吸着筒切替弁３０３を切り替えることによって行うようになっている。

原料ガス導入口３０１には、図示省略の空気圧縮機が接続されており、原料ガスは、前記空気圧縮機によって圧縮された状態で原料ガス導入口３０１から導入されるようになっている。本実施態様の二酸化炭素除去装置３００において、原料ガス導入口３０１から導入される原料ガスの圧力は０．７５ＭＰａ以上となっている。

原料ガス導入口３０１から導入される原料ガスの流量（Ｑ_１とする）は、とくに限定されない。しかし、流量Ｑ_１を少なくしすぎると、パージガス導出口３０５から導出されるパージガスの流量（Ｑ_２とする）を多くすることができなくなり、レーザ加工装置１００に必要な流量のパージガスを供給できなくなるおそれがある。加えて、後述する再生ガスの流量（Ｑ_３とする。Ｑ_３の値は、Ｑ_１−Ｑ_２の値に略一致する。）を多くすることもできなくなり、吸着筒３０２に収容した４Ａ型ゼオライトの二酸化炭素吸着能が再生しにくくなるおそれもある。この場合には、パージガスの二酸化炭素濃度が低下しにくくなり、レーザ加工装置１００の加工精度を高く維持できなくなってしまう。このため、流量Ｑ_１は、通常、１５０リットル／分以上とされる。流量Ｑ_１は、１６０リットル／分以上であると好ましく、１６５リットル／分以上であるとより好ましい。

一方、原料ガス導入口３０１から導入する原料ガスの流量Ｑ_１を多くしすぎると、二酸化炭素除去装置３００が大掛かりになり、レーザ加工装置１００に組み込むものとして実用的でなくなる。このため、流量Ｑ_１は、通常、２５０リットル／分以下とされる。流量Ｑ_１は、２３０リットル／分以下であると好ましく、２００リットル／分以下であるとより好ましい。本実施態様の二酸化炭素除去装置３００において、流量Ｑ_１は、１８０リットル／分となっている。

また、原料ガス導入口３０１から導入する原料ガスの流量Ｑ_１に対する再生ガスの流量Ｑ_３の比Ｑ_３／Ｑ_１も、とくに限定されない。しかし、比Ｑ_３／Ｑ_１を小さくしすぎると、吸着筒３０２に収容した吸着剤（４Ａ型ゼオライト）の二酸化炭素吸着能が再生しにくくなって、パージガスの二酸化炭素濃度が低下しにくくなるおそれがある。このため、比Ｑ_３／Ｑ_１は、通常、１／４以上とされる。比Ｑ_３／Ｑ_１は、１／３以上であると好ましい。

一方、原料ガス導入口３０１から導入する原料ガスの流量Ｑ_１に対する再生ガスの流量Ｑ_３の比Ｑ_３／Ｑ_１を多くしすぎると、吸着筒３０２が冷却されやすくなって結露するおそれがある。このため、比Ｑ_３／Ｑ_１は、通常、３／４以下とされる。比Ｑ_３／Ｑ_１は、２／３以下であると好ましい。本実施態様の二酸化炭素除去装置３００において、オリフィス３０８の開口断面積は約１．０ｍｍ^２に設定され、切替時間（一方の吸着筒３０２が吸着工程を終えてから他方の吸着筒３０２が吸着工程を開始するまでの時間）は９０秒に設定されており、比Ｑ_３／Ｑ_１は、約１／２となるようになっている。

吸着筒３０２の数は、とくに限定されないが、複数であると好ましい。これにより、パージガスを連続的かつ効率的に生成することが可能になり、レーザ加工装置１００におけるチューブ１０３に大流量のパージガスを流すことが可能になる。本実施態様の二酸化炭素除去装置３００においては、２本の吸着筒３０２を使用している。吸着筒３０２の寸法や形状も、とくに限定されないが、本実施態様の二酸化炭素除去装置３００においては、直径が８９ｍｍで高さ５５０ｍの円筒状のものとなっており、吸着筒３０２の１本当たりの容量は約３．４リットルとなっている。

吸着筒３０２の内部には、４Ａ型ゼオライトのみを収容してもよいが、本実施態様の二酸化炭素除去装置３００においては、図３に示すように、通気性を有する仕切材によって吸着筒３０２の内部を原料ガス供給側（一次側）の空間とパージガス送出側（二次側）の空間との２箇所に仕切っており、それぞれの空間に異なる種類のゼオライトを収容している。本実施態様の二酸化炭素除去装置３００においては、吸着筒３０２の一次側の空間に、原料ガスに含有される水分を吸着しうる１３Ｘ型ゼオライトを収容しており、吸着筒３０２の二次側の空間に、原料ガスに含有される二酸化炭素を吸着しうる４Ａ型ゼオライトを収容している。これにより、４Ａ型ゼオライトの二酸化炭素吸着能が原料ガスに含有される水分によって低下するのを防止することが可能になる。

吸着筒３０２の内部に収容する４Ａ型ゼオライトの量は、とくに限定されないが、少なくしすぎると、レーザ加工装置１００のパージガスとして好適に使用できるレベルまでパージガスの二酸化炭素濃度を低下させることができなくなるおそれがある。このため、４Ａ型ゼオライトは、通常、吸着筒１本当たり３００ｇ以上収容される。４Ａ型ゼオライトは、吸着筒１本当たり５００ｇ以上収容すると好ましく、吸着筒１本当たり７００ｇ以上収容するとより好ましい。

一方、吸着筒３０２の内部に収容する４Ａ型ゼオライトの量を多くしすぎると、４Ａ型ゼオライトを無駄に消費するようになり、二酸化炭素除去装置３００のランニングコストが高くなるおそれがある。このため、４Ａ型ゼオライトの重量は、通常、吸着筒１本当たり２０００ｇ以下とされる。４Ａ型ゼオライトの重量は、吸着筒１本当たり１５００ｇ以下であると好ましく、吸着筒１本当たり１０００ｇ以下であるとより好ましい。本実施態様の二酸化炭素除去装置３００において、４Ａ型ゼオライトの重量は、吸着筒１本当たり９００ｇとしている。

このとき、吸着筒３０２に収容されたゼオライトの全体の重量Ｗ_０（本実施態様の二酸化炭素除去装置３００においては、４Ａ型ゼオライトの重量と１３Ｘ型ゼオライトの重量との和）に対する４Ａ型ゼオライトの重量Ｗ_１の比Ｗ_１／Ｗ_０は、とくに限定されない。しかし、比Ｗ_１／Ｗ_０を小さくしすぎると、ゼオライトの全体の重量Ｗ_０が重くなりすぎるおそれがある。このため、比Ｗ_１／Ｗ_０は、通常、０．３以上に設定される。比Ｗ_１／Ｗ_０は、０．４以上に設定すると好ましい。

一方、吸着筒３０２の内部に収容されたゼオライトの全体の重量Ｗ_０に対する４Ａ型ゼオライトの重量Ｗ_１の比Ｗ_１／Ｗ_０を大きくしすぎると、原料ガスの露点を必要なレベルまで低下させることができなくなり、原料ガスに含まれる水分によって、４Ａ型ゼオライトの二酸化炭素吸着能や、レーザ加工装置１００の加工精度が低下するおそれがある。このため、比Ｗ_１／Ｗ_０は、通常、０．７以下に設定される。比Ｗ_１／Ｗ_０は、０．６以下に設定すると好ましい。本実施態様の二酸化炭素除去装置３００においては、４Ａ型ゼオライトと１３Ｘ型ゼオライトをそれぞれ９００ｇずつ収容しており、比Ｗ_１／Ｗ_０は０．５となっている。

ところで、それぞれの吸着筒３０２の下流側の端部は、図２に示すように、オリフィス３０８を介して互いに接続されており、一方の吸着筒３０２が吸着工程から再生工程へと切り替わり、他方の吸着筒３０２が再生工程から吸着工程へと切り替わる際に、前記一方の吸着筒３０２の内部に残っていた二酸化炭素濃度の低いガスを前記他方の吸着筒３０２の内部に流し、前記他方の吸着筒３０２の内部に残っていた二酸化炭素濃度の高いガスを二酸化炭素濃度の低いガスで置換することができるようになっている。これにより、前記他方の吸着筒に収容されている４Ａ型ゼオライトの二酸化炭素吸着能や１３Ｘ型ゼオライトの除湿能をさらに十分に再生することができるようになっている。以下においては、「一方の吸着筒３０２が吸着工程から再生工程へと切り替わり、他方の吸着筒３０２が再生工程から吸着工程へと切り替わる際に、オリフィス３０８を通じて一方の吸着筒３０２から他方の吸着筒３０２へと移送される、二酸化炭素濃度の低いガス」を、「再生ガス」と呼ぶことがある。

また、本実施態様の二酸化炭素除去装置３００においては、活性炭を収容した活性炭槽３０９を設けている。活性炭槽３０９は、パージガス導出口３０５の近傍に配してもよいが、本実施態様の二酸化炭素除去装置３００においては、原料ガス導入口３０１の近傍（原料ガス導入口３０１と吸着筒切替弁３０３とを結ぶガス流路）に配している。このため、原料ガス導入口３０１から導入された原料ガスからレーザ照射で発生した分解ガスなどの有機物を除去することができるようになっている。活性炭槽３０９と吸着筒切替弁３０３とを結ぶガス流路には、フィルタ３１０を設けており、原料ガス導入口３０１から導入された原料ガスから塵や埃などを除去することができるようになっている。このため、吸着筒３０２に供給される原料ガスをより清浄な状態に保つことができるようになっている。

さらに、本実施態様の二酸化炭素除去装置３００において、バッファタンク３０４の上流側には、吸着筒３０２から送出されたパージガスの酸素濃度を検知するための酸素濃度検知手段３１１を、二方向電磁弁３１２とオリフィス３１３とを介して設けている。酸素濃度検知手段３１１が検知した酸素濃度は、図示省略の制御手段に送られるようになっている。この制御手段は、パージガスの酸素濃度に異常が認められた際に、図示省略の警報手段を通じて警報を出力し、二酸化炭素除去装置３００に異常が生じたことを外部へ知らせることができるように設定されている。

パージガスの酸素濃度に異常が発生したことを判定するアルゴリズムは、とくに限定されない。例えば、一方の吸着筒３０２が吸着工程から再生工程へと切り替わり、再び吸着工程へと切り替わるまでの１サイクル（通常、１８０秒程度）で、吸着筒３０２から送出されたパージガスの酸素濃度が１度も所定値（例えば、２３％）を超えなかった場合や、それが複数サイクル続いた場合などに、パージガスの酸素濃度に異常が発生したと判断することができる。二酸化炭素除去装置３００が正常に動作している場合には、吸着筒３０２から送出されたパージガスの酸素濃度は、ある下限値（例えば２０％）とある上限値（例えば２５％）との間を周期的に変動するのが通常であるからである。

さらにまた、本実施態様の二酸化炭素除去装置３００において、パージガス導出口３０５の上流側には、パージガス導出口３０５から取り出されるパージガスの圧力を検知するための圧力検知手段３１４を設けている。圧力検知手段３１４が検知した圧力は、図示省略の制御手段に送られるようになっている。この制御手段は、パージガスの圧力に異常が認められた際に、図示省略の警報手段を通じて警報を出力し、二酸化炭素除去装置３００に異常が生じたことを外部へ知らせることができるように設定されている。

パージガスの圧力に異常が発生したことを判定するアルゴリズムは、とくに限定されない。本実施態様の二酸化炭素除去装置３００において、パージガス導出口３０５から取り出されるパージガスの圧力は、バッファタンク３０４の下流側に設けた圧力調整手段３１７（減圧弁）によって０．５ＭＰａ程度に調整されるようになっているので、例えば、パージガス導出口３０５から取り出されるパージガスの圧力が所定上限値（例えば０．９７１ＭＰａ）を超えた場合や、所定下限値（例えば０．５ＭＰａ）に満たなかった場合などに、パージガスの圧力に異常が発生したと判断することができる。

本発明の二酸化炭素除去装置の性能を調べるために、以下の実験を行った。すなわち、それぞれの吸着筒３０２の内部に４Ａ型ゼオライトを収容した本発明の二酸化炭素除去装置（以下においては、「実施例１の二酸化炭素除去装置」と呼ぶ）と、４Ａ型ゼオライトの代わりに５Ａ型ゼオライトを収容した以外は実施例１と同様の二酸化炭素除去装置（以下においては、「比較例１の二酸化炭素除去装置」と呼ぶ）と、４Ａ型ゼオライトの代わりに１３Ｘ型ゼオライトを収容した以外は実施例１と同様の二酸化炭素除去装置（以下においては、「比較例２の二酸化炭素除去装置」と呼ぶ）とを用意し、それぞれの二酸化炭素除去装置で生成されるパージガスの二酸化炭素濃度と露点に、運転開始からの経過時間に応じてどのような変化が生じるのかを調べた。

実施例１及び比較例１，２の二酸化炭素除去装置において、吸着筒３０２に収容するゼオライトの重量は、吸着筒１本当たり１８００ｇで統一した。また、原料ガス導入口３０１から導入する原料ガスの流量Ｑ_１はいずれも１６５リットル／分で統一し、パージガス導出口３０５から取り出すパージガスの流量Ｑ_２はいずれも８０リットル／分で統一した。

その結果、比較例１と比較例２の二酸化炭素除去装置では、運転開始から２０時間経過した頃から、パージガスの二酸化炭素濃度が下がらなくなり、８０〜１００ｐｐｍと高いレベル（レーザ加工装置の光路に流すパージガスとして好適に使用できないレベル）で安定してしまった。これは、５Ａ型ゼオライトや１３Ｘ型ゼオライトが、原料ガスの大部分を占める窒素を吸着してしまい、吸着熱と脱着熱との均衡が大きく崩れて（吸着熱が吸着筒３０２の外部へ放出されて）過冷却されたことが、影響したためと考えられる。なお、パージガスの露点は、運転開始から２０時間経過しても、−９０℃以下を維持しており、とくに問題は認められなかった。

これに対し、実施例１の二酸化炭素除去装置では、運転開始から１００時間以上が経過しても、パージガスの二酸化炭素濃度は５ｐｐｍ以下で安定していた。また、パージガスの露点は、−７０℃以下となっていた。すなわち、実施例１の二酸化炭素除去装置で生成されたパージガスは、二酸化炭素濃度と露点との双方で、レーザ加工装置の光路に流すパージガスとして好適に使用できるレベルを維持していた。これは、４Ａ型ゼオライトが、５Ａ型ゼオライトや１３Ｘ型ゼオライトと比較して、窒素を極端に吸着しなかったためと考えられる。

以上の結果から、本発明の二酸化炭素除去装置は、レーザ加工装置のパージガスを生成するものとして非常に好適であることが分かった。

本発明のレーザ加工装置の全体構成を示した模式図である。 図１におけるレーザ加工装置に使用した圧力変動吸着式の二酸化炭素除去装置の全体構成を示したブロック図である。 図２における吸着筒の内部を示した断面図である。

符号の説明

１００ レーザ加工装置
１０１ レーザ発振部
１０２ レーザ照射部
１０３ チューブ
１０４ ミラー
１０５ パージガス導入口
１０６ パージガス導出口
２００ 加工対象物
３００ 二酸化炭素除去装置
３０１ 原料ガス導入口
３０２ 吸着筒
３０３ 吸着筒切替弁
３０４ バッファタンク
３０５ パージガス導出口
３０６ 逆止弁
３０７ 二酸化炭素排出口（サイレンサ）
３０８ オリフィス
３０９ 活性炭槽
３１０ フィルタ
３１１ 酸素濃度検知手段
３１２ 二方向電磁弁
３１３ オリフィス
３１４ 圧力検知手段
３１５ フィルタ
３１６ 二方向電磁弁
３１７ 圧力調整手段（減圧弁）

Claims (7)

1. レーザ加工装置におけるレーザ発振部とレーザ出射部とを結ぶ光路に流されるパージガスに含有される二酸化炭素を除去するために、
   ４Ａ型ゼオライトを収容した吸着筒の内部へ原料ガスを供給することにより、吸着筒の内部圧力を上昇させ、原料ガスに含有される二酸化炭素を４Ａ型ゼオライトに吸着させる吸着工程と、
   吸着筒を外気へ開放することにより、吸着筒の内部圧力を下降させ、４Ａ型ゼオライトに吸着されていた二酸化炭素を脱着して吸着筒の外部へ排出し、４Ａ型ゼオライトの二酸化炭素吸着能を再生する再生工程と、
   を異なる吸着筒で交互に行うことにより、二酸化炭素濃度の低下したパージガスを生成する
   圧力変動吸着式の二酸化炭素除去装置であって、
   吸着筒の内部における４Ａ型ゼオライトを収容した部分よりも上流側に１３Ｘ型ゼオライトを収容し、
   吸着筒の内部に収容したゼオライトの全体の重量Ｗ _０ に対する４Ａ型ゼオライトの重量Ｗ _１ の比Ｗ _１ ／Ｗ _０ を０．３〜０．７とするとともに、
   吸着筒から送出されたパージガスを一時的に貯留するためのバッファタンクと、
   バッファタンクから取り出されるパージガスの圧力を調整するための圧力調整手段と、
   パージガスの酸素濃度を検知するための酸素濃度検知手段と、
   酸素濃度検知手段によって検知されたパージガスの酸素濃度に異常が認められた場合に警報を出力するための警報出力手段と、
   を備えたことを特徴とする二酸化炭素除去装置。
2. 通気性を有する仕切材によって吸着筒の内部が上流側の空間と下流側の空間とに仕切られ、該仕切材によって仕切られた上流側の空間に１３Ｘ型ゼオライトが収容され、下流側の空間に４Ａ型ゼオライトが収容された請求項１記載の二酸化炭素除去装置。
3. 吸着筒１本当たりの４Ａ型ゼオライトの収容量が３００〜２０００ｇとされた請求項１又は２記載の二酸化炭素除去装置。
4. 一の吸着筒が吸着工程から再生工程へと切り替わり、該一の吸着筒が再び吸着工程へと切り替わるまでの１サイクルで、吸着筒から送出されたパージガスの酸素濃度が１度も所定値を超えなかった場合に、警報出力手段が警報を出力する請求項１〜３いずれか記載の二酸化炭素除去装置。
5. 一の吸着筒が吸着工程から再生工程へと切り替わり、該一の吸着筒が再び吸着工程へと切り替わるまでの１サイクルで、吸着筒から送出されたパージガスの酸素濃度が１度も所定値を超えないサイクルが複数回続いた場合に、警報出力手段が警報を出力する請求項１〜３いずれか記載の二酸化炭素除去装置。
6. 取り出されるパージガスの圧力を検知するための圧力検知手段を備え、
   圧力検知手段によって検知されたパージガスの圧力に異常が認められた場合に警報を出力する請求項１〜５いずれか記載の二酸化炭素除去装置。
7. パージガスに含有される有機物を除去しうる活性炭を収容した活性炭槽を備えた請求項１〜６いずれか記載の二酸化炭素除去装置。
   

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