JPH0384980A - 炭酸ガスレーザー用のガスを再生する方法および装置 - Google Patents
炭酸ガスレーザー用のガスを再生する方法および装置Info
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- JPH0384980A JPH0384980A JP22249389A JP22249389A JPH0384980A JP H0384980 A JPH0384980 A JP H0384980A JP 22249389 A JP22249389 A JP 22249389A JP 22249389 A JP22249389 A JP 22249389A JP H0384980 A JPH0384980 A JP H0384980A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/036—Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
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方法に関し、その再生方法
を実施する装置をも包含する。 ［従来の技術］ 高出力、高パルスの炭酸ガスレーザー装置のレーザーガ
スとしては、通常、目ｅ、Ｎ２およびＣＯ２を約８：１
：１の体積比で混合したガスを使用している。 ＣＯ２
の一部は、放電によりＣＯと０２に分解し、それらがガ
ス中に存在したままであると、レーザーの出力が低下す
る。 フレッシュガスを供給すれば常に高出力が保てるが、レ
ーザー用混合ガスの大部分を占める日ｅは高価なガスで
あり、必要な混合ガスの全量をフレッシュガスでレーザ
ー装置に供給するのでは、ランニングコストが膨大なも
のとなる。 このため、炭酸ガスレーザー装置で使用し
た混合ガス中のＣＯと０２とを再結合させてＣ０２に戻
し、そのガスを再使用することが試みられている。 こ
の反応を積極的に実施するためには、負金属触媒が有効
であることが知られている。 ＣＯと０２との反応は、０２リツチであれば、温度１０
０℃程度でも反応はよく進む。 しかし、レーザーで使
用したガスに含まれるＣＯと０２のモル比は２：１の当
量関係にあり、しかも濃度が低いから、ＣＯと０２との
反応は、ガスを２００°Ｃを超える温度に加熱してはじ
めて進行する。 再生したガスをレーザー装置で再使用するには、ＣＯお
よび０２の濃度をいずれも１１００ｐｐ以下にするとと
もに、その温度を２０〜３０’Ｃにしなければならない
。 ＣＯと０２を反応させるべき温度が高いということ
は、大容量のガス予熱器やガス冷却器を必要とし、エネ
ルギー消費が多くなって不利である。 このようなわけで、炭酸ガスレーザー装置で使用した混
合ガスを繰り返し使用できるように再生する工業的な手
段は、未だ実現していない。 ［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、炭酸ガスレーザー装置で使用し、その
結果ＣＯおよび０２を含有するに至った混合ガスを、で
きるだけ低い温度領域の再結合反応で再生させ、わずか
なエネルギー消費をもって再使用可能にする工業的方法
を提供することにある。 それを実施する装置を提供す
ることも、本発明の目的に含まれる。 ［課題を解決するための手段］ 本発明の炭酸ガスレーザー用ガスを再生する方法は、炭
酸ガスレーザー装置で使用した混合ガスを予熱したのち
触媒と接触させて混合ガス中のＣＯと０２とを反応させ
、その際に反応熱を未反応の混合ガスの予熱に利用し、
ついで反応後の混合ガスをレーザー発振に使用できる温
度まで冷却し、除塵してレーザー装置に循環させること
からなる。 本発明の再生方法を実施する好適な反応条件は、反応温
度８０〜２００℃、接触反応器における混合ガスの空塔
速度４，０００〜１４，０ＯＯＨｒ−１である。 加圧
下の実施は、反応温度を一層低くすることを可能にし、
また装置の小型化をも可能にするので、推奨される態様
である。 とくに、５に９／ｃｍ−０以上の圧力下で実
施すると、常温に近い予熱温度（約４０℃〉でも効率よ
く反応させることができる、予熱器や冷却器の負担が著
しく軽くなる。 上記の再生方法を実施する本発明の炭酸ガスレーザー用
ガスを再生する装置は、第１図に示すように、炭酸ガス
レーザー装置（７）で使用した混合ガスを予熱するガス
加熱器（２）、混合ガス中のＣＯと０２とを反応させる
ための触媒を充填した自己熱交換型反応器（３）、反応
後の混合ガスを冷却するガス冷却器（４）、および冷却
後の混合ガスから除塵をするフィルター（５）を順に接
続し、再生したガスをレーザー装置に循環させる手段た
とえばブロア（１）を設けてなる。 第１図において、
符＠（６）はガス分析装置である。 混合ガスの循環を加圧下に行なうには、ブロアに代えて
コンプレッサーを用いればよい。 このとき、再生した
混合ガスをレーザー装置に戻すに先立って、その圧力を
減圧弁で調節することばいうまでもない。 ガス加熱器は既知のもので足り、加熱手段は、電気、ス
チームなど、ガスの処理量に応じて任意にえらべばよい
。 反応器は、前記したように自己熱交換型、すなわち反応
後のガスがもつ熱で反応前のガスを加熱する操作が反応
器自体の中で行なわれるタイプ、の反応器を使用する。 本発明の再生装置で使用するのに適した自己熱交換型
反応器の一例を挙げると、第２図ＡおよびＢに示すよう
に、ガス入口（３１）とガス出口（３２）とを備えた容
器であって、触媒（３３）を充填した反応ゾーンで未反
応の混合ガスの通路（３４）をとり囲んでなるものであ
る。 この反応器においては、入って来る未反応ガスが
通路を通るときに、反応ゾーンで発生する熱を受ける。 別の例は、第３図ＡおよびＢに示す構造のものであっ
て、触媒を充填した反応ゾーンに密接させてその周囲に
金網（３６）などを充填しである。 このタイプでは、
反応ゾーンからの熱が、金網を通して未反応ガスに伝え
られる。 いずれの場合も、符＠（３５）は断熱材であ
る。 本発明で使用する触媒は、ＣＯの酸化触媒として知られ
ているＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄなどの貴金属を、アルミナヤシ
リカなどの担体に担持させたものが適当である。 貴金
属の含有量は、０．３〜１゜０％、好ましくは約０．５
％である。 貴金属に加えてＣｕなどの０２吸着速度が
大きい金属を担持させたものは、本発明が対象とするよ
うな０２／Ｃｏが小ざいガスであっても、ＣＯと０２と
をより低温ですみやかに反応させることができて好まし
い。 ガス冷却器およびフィルターは、既知のものから反応条
件やガス量により適宜選択する。 本発明のガス再生装置を炭酸ガスレーザー装置に取り付
けて使用するとき、混合ガスの全量を循環させることも
可能であるが、再生装置の負荷を軽減して再生ガス中の
ＣＯおよび０２の蓄積を回避したい場合には、第１図に
示すように使用後のガスの一部を放出し、それに代る量
の新しい混合ガスをボンベ（８）などから補給する態様
をえらぶこともできる。
再使用できるように再生する方法に関し、その再生方法
を実施する装置をも包含する。 ［従来の技術］ 高出力、高パルスの炭酸ガスレーザー装置のレーザーガ
スとしては、通常、目ｅ、Ｎ２およびＣＯ２を約８：１
：１の体積比で混合したガスを使用している。 ＣＯ２
の一部は、放電によりＣＯと０２に分解し、それらがガ
ス中に存在したままであると、レーザーの出力が低下す
る。 フレッシュガスを供給すれば常に高出力が保てるが、レ
ーザー用混合ガスの大部分を占める日ｅは高価なガスで
あり、必要な混合ガスの全量をフレッシュガスでレーザ
ー装置に供給するのでは、ランニングコストが膨大なも
のとなる。 このため、炭酸ガスレーザー装置で使用し
た混合ガス中のＣＯと０２とを再結合させてＣ０２に戻
し、そのガスを再使用することが試みられている。 こ
の反応を積極的に実施するためには、負金属触媒が有効
であることが知られている。 ＣＯと０２との反応は、０２リツチであれば、温度１０
０℃程度でも反応はよく進む。 しかし、レーザーで使
用したガスに含まれるＣＯと０２のモル比は２：１の当
量関係にあり、しかも濃度が低いから、ＣＯと０２との
反応は、ガスを２００°Ｃを超える温度に加熱してはじ
めて進行する。 再生したガスをレーザー装置で再使用するには、ＣＯお
よび０２の濃度をいずれも１１００ｐｐ以下にするとと
もに、その温度を２０〜３０’Ｃにしなければならない
。 ＣＯと０２を反応させるべき温度が高いということ
は、大容量のガス予熱器やガス冷却器を必要とし、エネ
ルギー消費が多くなって不利である。 このようなわけで、炭酸ガスレーザー装置で使用した混
合ガスを繰り返し使用できるように再生する工業的な手
段は、未だ実現していない。 ［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、炭酸ガスレーザー装置で使用し、その
結果ＣＯおよび０２を含有するに至った混合ガスを、で
きるだけ低い温度領域の再結合反応で再生させ、わずか
なエネルギー消費をもって再使用可能にする工業的方法
を提供することにある。 それを実施する装置を提供す
ることも、本発明の目的に含まれる。 ［課題を解決するための手段］ 本発明の炭酸ガスレーザー用ガスを再生する方法は、炭
酸ガスレーザー装置で使用した混合ガスを予熱したのち
触媒と接触させて混合ガス中のＣＯと０２とを反応させ
、その際に反応熱を未反応の混合ガスの予熱に利用し、
ついで反応後の混合ガスをレーザー発振に使用できる温
度まで冷却し、除塵してレーザー装置に循環させること
からなる。 本発明の再生方法を実施する好適な反応条件は、反応温
度８０〜２００℃、接触反応器における混合ガスの空塔
速度４，０００〜１４，０ＯＯＨｒ−１である。 加圧
下の実施は、反応温度を一層低くすることを可能にし、
また装置の小型化をも可能にするので、推奨される態様
である。 とくに、５に９／ｃｍ−０以上の圧力下で実
施すると、常温に近い予熱温度（約４０℃〉でも効率よ
く反応させることができる、予熱器や冷却器の負担が著
しく軽くなる。 上記の再生方法を実施する本発明の炭酸ガスレーザー用
ガスを再生する装置は、第１図に示すように、炭酸ガス
レーザー装置（７）で使用した混合ガスを予熱するガス
加熱器（２）、混合ガス中のＣＯと０２とを反応させる
ための触媒を充填した自己熱交換型反応器（３）、反応
後の混合ガスを冷却するガス冷却器（４）、および冷却
後の混合ガスから除塵をするフィルター（５）を順に接
続し、再生したガスをレーザー装置に循環させる手段た
とえばブロア（１）を設けてなる。 第１図において、
符＠（６）はガス分析装置である。 混合ガスの循環を加圧下に行なうには、ブロアに代えて
コンプレッサーを用いればよい。 このとき、再生した
混合ガスをレーザー装置に戻すに先立って、その圧力を
減圧弁で調節することばいうまでもない。 ガス加熱器は既知のもので足り、加熱手段は、電気、ス
チームなど、ガスの処理量に応じて任意にえらべばよい
。 反応器は、前記したように自己熱交換型、すなわち反応
後のガスがもつ熱で反応前のガスを加熱する操作が反応
器自体の中で行なわれるタイプ、の反応器を使用する。 本発明の再生装置で使用するのに適した自己熱交換型
反応器の一例を挙げると、第２図ＡおよびＢに示すよう
に、ガス入口（３１）とガス出口（３２）とを備えた容
器であって、触媒（３３）を充填した反応ゾーンで未反
応の混合ガスの通路（３４）をとり囲んでなるものであ
る。 この反応器においては、入って来る未反応ガスが
通路を通るときに、反応ゾーンで発生する熱を受ける。 別の例は、第３図ＡおよびＢに示す構造のものであっ
て、触媒を充填した反応ゾーンに密接させてその周囲に
金網（３６）などを充填しである。 このタイプでは、
反応ゾーンからの熱が、金網を通して未反応ガスに伝え
られる。 いずれの場合も、符＠（３５）は断熱材であ
る。 本発明で使用する触媒は、ＣＯの酸化触媒として知られ
ているＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄなどの貴金属を、アルミナヤシ
リカなどの担体に担持させたものが適当である。 貴金
属の含有量は、０．３〜１゜０％、好ましくは約０．５
％である。 貴金属に加えてＣｕなどの０２吸着速度が
大きい金属を担持させたものは、本発明が対象とするよ
うな０２／Ｃｏが小ざいガスであっても、ＣＯと０２と
をより低温ですみやかに反応させることができて好まし
い。 ガス冷却器およびフィルターは、既知のものから反応条
件やガス量により適宜選択する。 本発明のガス再生装置を炭酸ガスレーザー装置に取り付
けて使用するとき、混合ガスの全量を循環させることも
可能であるが、再生装置の負荷を軽減して再生ガス中の
ＣＯおよび０２の蓄積を回避したい場合には、第１図に
示すように使用後のガスの一部を放出し、それに代る量
の新しい混合ガスをボンベ（８）などから補給する態様
をえらぶこともできる。
本発明の再生方法および装置は、低温触媒反応を利用す
ることにより、炭酸ガスレーザーの排ガスを低温で再生
し、レーザーガスとして再利用できるようにした。 ま
た、反応熱を未反応物の予加熱に利用して運転費と設備
費の軽減を図っている。
ることにより、炭酸ガスレーザーの排ガスを低温で再生
し、レーザーガスとして再利用できるようにした。 ま
た、反応熱を未反応物の予加熱に利用して運転費と設備
費の軽減を図っている。
【実験例１】
アルミナ粒子に０．５重量％のＰｔを含浸法で担持させ
た触媒を用意した。 この触媒を充填した容器に、ＣＯ：０．６１８容積％、
０２ ：０．３０１容積％およびｃｏ２ ：１０容積％
を含有し、残部がＨｅである混合ガスを、種々の反応温
度で供給し、出口ガス中の０２濃度が４０ｐｐｍ以下ま
たは１０ｐ１）ＩＩＩＪＸ下となるような空塔速度を調
べた。 結果を第４図に示す。
た触媒を用意した。 この触媒を充填した容器に、ＣＯ：０．６１８容積％、
０２ ：０．３０１容積％およびｃｏ２ ：１０容積％
を含有し、残部がＨｅである混合ガスを、種々の反応温
度で供給し、出口ガス中の０２濃度が４０ｐｐｍ以下ま
たは１０ｐ１）ＩＩＩＪＸ下となるような空塔速度を調
べた。 結果を第４図に示す。
【実験例２】
ＣＯ：０．６４１容積％、ｏ２：Ｑ、２９３６容積％、
およびＮ２：９．５容積％を含有し残部がＨｅである混
合ガスを６５℃に加熱し、実験例１で使用した触媒と同
じものを充填した容器に、１ ５，０００Ｈｒ または１０，０ＯＯＨ−’の空塔速
度で種々の圧力下に供給し、０２の反応率を調べた。
その結果を第５図に示す。 また、容器内の圧力を５に９／ｃｔｉ−Ｇに固定し、他
の条件は同じにしておいて反応温度を変動させ、０２の
反応率を調べた。 その結果は第６図に示すとおりであ
る。
およびＮ２：９．５容積％を含有し残部がＨｅである混
合ガスを６５℃に加熱し、実験例１で使用した触媒と同
じものを充填した容器に、１ ５，０００Ｈｒ または１０，０ＯＯＨ−’の空塔速
度で種々の圧力下に供給し、０２の反応率を調べた。
その結果を第５図に示す。 また、容器内の圧力を５に９／ｃｔｉ−Ｇに固定し、他
の条件は同じにしておいて反応温度を変動させ、０２の
反応率を調べた。 その結果は第６図に示すとおりであ
る。
ＴＥＡ炭酸ガスパルスレーザ−装置に、ｃｏ２ ：Ｎ２
：Ｈｅ＝１ ：１ ：８ （容積比〉の混合ガスを毎
分０．５ｆｌの速度で流し、充電電圧を３５ｋＶ、出力
エネルギーを３．４Ｊ／ｐとし、１０パルス／秒で放電
させることにより、レーザー発振を行なった。 レーザ
ー装置に本発明のガス再生装置を取り付け、使用後のガ
スを下記の条件で再生したリサイクルガスだけをレーザ
ーガスとして使用した場合と、ボンベからのフレッシュ
ガスだけを使用した場合とを比較した。 反応温度 １２０℃ 圧 力 大気圧 空塔速度 ５，０００Ｈｒ−１ 第７図に示した結果から明らかなように、レーザーガス
のちがいで相対出力が異なるということは認められなか
った。
：Ｈｅ＝１ ：１ ：８ （容積比〉の混合ガスを毎
分０．５ｆｌの速度で流し、充電電圧を３５ｋＶ、出力
エネルギーを３．４Ｊ／ｐとし、１０パルス／秒で放電
させることにより、レーザー発振を行なった。 レーザ
ー装置に本発明のガス再生装置を取り付け、使用後のガ
スを下記の条件で再生したリサイクルガスだけをレーザ
ーガスとして使用した場合と、ボンベからのフレッシュ
ガスだけを使用した場合とを比較した。 反応温度 １２０℃ 圧 力 大気圧 空塔速度 ５，０００Ｈｒ−１ 第７図に示した結果から明らかなように、レーザーガス
のちがいで相対出力が異なるということは認められなか
った。
本発明の再生方法および装置によれば、炭酸ガスレーザ
ー装置において使用後のレーザー用ガスを繰り返して使
用できるので、レーザー操作のランニングコストの低下
がはかれる。 ガスの予熱や冷却に要するエネルギーは
わずかであって、レーザーガス再生のための設備費およ
び運転費とも低廉で足り、装置の設置スペースも小さい
。
ー装置において使用後のレーザー用ガスを繰り返して使
用できるので、レーザー操作のランニングコストの低下
がはかれる。 ガスの予熱や冷却に要するエネルギーは
わずかであって、レーザーガス再生のための設備費およ
び運転費とも低廉で足り、装置の設置スペースも小さい
。
第１図は、本発明のレーザー用ガス再生装置の構成を説
明するためのフローチャートである。 第２図ＡおよびＢならびに第３図ＡおよびＢは、いずれ
も本発明のレーザー用ガス再生装置に使用する自己熱交
換型反応器の構造を説明するための図であって、第２図
Ａおよび第３図Ａはともに縦断面図、第２図Ｂおよび第
３図Ｂはともに横断面図である。 第４図ないし第５図はいずれも本発明の実験データを示
すものであって、第４図は反応温度と空塔速度の関係を
示すグラフ、第５図は圧力と０２反応率の関係を示すグ
ラフ、そして第６図は反応温度と０２反応率の関係を示
すグラフである。 第７図は、レーザーガスとしてフレッシュガスを用いた
場合と再生ガスを用いた場合の、レーザーの相対出力の
経時変化を示すグラフである。
明するためのフローチャートである。 第２図ＡおよびＢならびに第３図ＡおよびＢは、いずれ
も本発明のレーザー用ガス再生装置に使用する自己熱交
換型反応器の構造を説明するための図であって、第２図
Ａおよび第３図Ａはともに縦断面図、第２図Ｂおよび第
３図Ｂはともに横断面図である。 第４図ないし第５図はいずれも本発明の実験データを示
すものであって、第４図は反応温度と空塔速度の関係を
示すグラフ、第５図は圧力と０２反応率の関係を示すグ
ラフ、そして第６図は反応温度と０２反応率の関係を示
すグラフである。 第７図は、レーザーガスとしてフレッシュガスを用いた
場合と再生ガスを用いた場合の、レーザーの相対出力の
経時変化を示すグラフである。
Claims (4)
- （１）炭酸ガスレーザー用のガスを再使用のために再生
する方法であつて、レーザー装置で使用した混合ガスを
予熱したのち触媒と接触させて混合ガス中のＣＯとＯ＿
２とを反応させ、その際に反応熱を未反応の混合ガスの
予熱に利用し、ついで反応後の混合ガスをレーザー発振
に使用できる温度まで冷却し、除塵してレーザー装置に
循環させることからなる再生方法。 - （２）混合ガス中のＣＯとＯ＿２との反応を、温度８０
〜２００℃の範囲、混合ガスの空塔速度４，０００〜１
４，０００Ｈｒ＾−＾１の条件下に行なう請求項１の再
生方法。 - （３）混合ガス中のＣＯとＯ＿２との反応を、５ｋｇ／
ｃｍ＾２・Ｇ以上の加圧下に常温で行なう請求項１の再
生方法。 - （４）炭酸ガスレーザー用のガスを再使用のために再生
する装置であって、レーザー装置で使用した混合ガスを
予熱するガス加熱器、予熱された混合ガス中のＣＯとＯ
＿２とを反応させるための触媒を充填した自己熱交換型
反応器、反応後の混合ガスを冷却するガス冷却器、およ
び冷却後の混合ガスから除塵をするフィルターを順に接
続し、再生したガスをレーザー装置に循環させる手段を
設けてなる再生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22249389A JPH0714094B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 炭酸ガスレーザー用のガスを再生する方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22249389A JPH0714094B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 炭酸ガスレーザー用のガスを再生する方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0384980A true JPH0384980A (ja) | 1991-04-10 |
| JPH0714094B2 JPH0714094B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=16783297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22249389A Expired - Lifetime JPH0714094B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 炭酸ガスレーザー用のガスを再生する方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0714094B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0726626A1 (fr) * | 1995-02-10 | 1996-08-14 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Dispositif d'alimentation d'un appareil laser à mélange gazeux et appareil laser muni d'un tel dispositif |
| US5841804A (en) * | 1991-03-14 | 1998-11-24 | Jgc Corporation | Method and apparatus for regenerating gas used in carbon dioxide laser generator |
-
1989
- 1989-08-29 JP JP22249389A patent/JPH0714094B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5841804A (en) * | 1991-03-14 | 1998-11-24 | Jgc Corporation | Method and apparatus for regenerating gas used in carbon dioxide laser generator |
| EP0726626A1 (fr) * | 1995-02-10 | 1996-08-14 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Dispositif d'alimentation d'un appareil laser à mélange gazeux et appareil laser muni d'un tel dispositif |
| FR2730589A1 (fr) * | 1995-02-10 | 1996-08-14 | Air Liquide | Dispositif d'alimentation d'un appareil laser a melange gazeux, et appareil laser muni d'un tel dispositif |
| US5799031A (en) * | 1995-02-10 | 1998-08-25 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Device for feeding a gas-mixture laser apparatus, and laser apparatus equipped with such a device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0714094B2 (ja) | 1995-02-15 |
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