JPH06120590A - ガスレーザー用のガスを再生する方法および装置 - Google Patents

ガスレーザー用のガスを再生する方法および装置

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JPH06120590A
JPH06120590A JP15650592A JP15650592A JPH06120590A JP H06120590 A JPH06120590 A JP H06120590A JP 15650592 A JP15650592 A JP 15650592A JP 15650592 A JP15650592 A JP 15650592A JP H06120590 A JPH06120590 A JP H06120590A
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heater
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Tsutomu Toida
努 戸井田
Setsuo Shibata
節夫 柴田
Harumi Kawamutou
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    • B01J19/1812Tubular reactors
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭酸ガスレーザー装置に使用する混合ガスを
再生して再使用するための方法および装置であって、再
生処理能力が長時間持続し、触媒の再活性化が容易なも
のを提供する。 【構成】 ガスの再生反応に用いる触媒と加熱のための
ヒーターとを一体化したヒーター兼触媒を使用し、使用
後のレーザー用ガスを貴金属触媒に接触させ、放電によ
り生成したCOとO2とを反応させてCO2を再生する。
触媒自体の温度が高いため、混合ガスの温度が低くて
も触媒のNOxによる被毒が抑えられる。 活性が低下
したときは触媒温度を高めて被毒を解消することによ
り、その活性を回復させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスレーザー装置、と
くに炭酸ガスレーザー装置で使用した混合ガスを再使用
できるように触媒を用いて再生する方法と、その再生方
法を実施する装置に関する。 本発明はさらに、この触
媒の被毒を解消して再活性化する方法をも包含する。
【0002】
【従来の技術】高出力、高パルスのガスレーザー装置と
して、炭酸ガスレーザー装置が知られている。 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、それら、とくにO
2がガス中に存在したままであると、レーザーの出力が
低下し、アーク放電の原因となる。
【0003】フレッシュガスを常時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H
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
ー装置で混合ガス中に生成したCOとO2 とを再結合さ
せてCO2 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、貴
金属触媒が有効であることが知られている。
【0004】出願人は、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
方法であって、触媒活性が長時間持続するような再生方
法、および活性が低下した触媒を再活性化する方法、な
らびにそのような方法を実施する装置を開発して、すで
に提案した(特願平3−49657号)。
【0005】その方法は、炭酸ガスレーザー装置で使用
したHe−N2−CO2混合ガス中のCOとO2 およびN
Oxを、200℃を超え350℃までの温度で貴金属触
媒と接触反応させ、発生した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。
【0006】この方法は一応の成功をおさめたが、反応
に先立つ混合ガスの予熱、および反応後の混合ガスの冷
却に、多大なエネルギーを必要とすることが経験され
た。
【0007】触媒の再活性化方法は、上記の混合ガス再
生方法を実施し、レーザー放電後の混合ガスに含まれて
いたNOxに被毒して活性が低下した触媒を再活性化す
るため、温度400〜500℃において、0.2〜0.8
%のCOおよび0.1〜0.4%のO2 を含有し残部がH
eからなる再活性化用ガスを触媒層に通過させることか
らなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、レー
ザー装置で使用した混合ガスを、レーザー出力を低下さ
せることなく繰り返し使用できるように再生する工業的
方法であって、エネルギー消費が少なくてすむような再
生方法を提供すること、および活性が低下した触媒を簡
単に再活性化する方法を提供することにある。 そのよ
うな方法を実施する装置を提供することもまた、本発明
の目的に含まれる。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のガスレーザー用
のガスを再生する方法は、レーザー用の混合ガス、たと
えば炭酸ガスレーザー用のHe−N2−CO2混合ガスを
再使用するために再生する方法であって、レーザー発振
に使用して変質したレーザー用の混合ガスを加熱下の触
媒反応により再生して、再使用に向けるための方法であ
る。 この方法は、混合ガスをレーザー発振部とガス再
生部との間で循環させ、ガス再生部に混合ガスを加熱す
るヒーターの表面に触媒を担持させてなるヒーター兼触
媒を配置し、これにレーザー発振部からの混合ガスを接
触させて触媒反応を行ない、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てレーザー発振部に
戻すことからなる。
【0010】本発明の触媒の再活性化方法は、上記の混
合ガス再生方法を実施し、レーザー放電後の混合ガスに
含まれていた副生ガス、たとえばNOxに被毒して活性
が低下した触媒を再活性化する方法であって、触媒の温
度を、ガス再生反応の温度よりも高くして被毒を解消す
ることからなる。 触媒の温度上昇は、担体に備えた発
熱体の発熱量を増加させるか、触媒層に供給する混合ガ
スの量を減少させることによって行なうことができる。
炭酸ガスレーザの場合、レーザーガスに過剰のCOを
添加するとCO+NOxの還元反応が起こり、触媒の再
活性化が促進される。
【0011】本発明のガスレーザー用ガスを再生する装
置は、レーザー発振に使用して変質したレーザー用混合
ガスを加熱下の触媒反応により再生して再使用に向ける
ための装置であって、図1に示すように、レーザー発振
装置(1)とガス再生装置(2)とをもってガスの循環
路を形成し、使用後の混合ガス中の副生ガスを反応させ
るための、混合ガスを加熱するヒーターの表面に触媒を
担持させてなるヒーター兼触媒(3)をガスの再生装置
中に設け、反応後の混合ガスを冷却するガス冷却器
(4)と、レーザー装置から混合ガスを取り出して再生
されたガスをレーザー発振装置に戻すためのガスの循環
手段、たとえばブロア(5)とから成り、ヒーターへの
加熱源(6)をそなえる。
【0012】使用後の混合ガスの再生は、循環している
ガスの全量を対象にする必要がなく、一部だけ行なえば
よい場合もある。 その場合は、図2に示すような装置
の構成を採用し、再生反応をさせるガスの割合を、ガス
流量調節手段(7)で調節する。ガス再生部を通すガス
の割合は、レーザー出力が低下しない程度に混合ガス中
のO2濃度が抑えられるようにえらぶ。
【0013】ヒーター兼触媒(3)のひとつの代表的な
態様は、図3および図4に示すように、セラミックス製
の基板(31)上に導電性のペーストたとえばPt−P
dペーストをパターン印刷し、焼付けるなどして抵抗体
(32)を設け、その上をガラスなどの電気絶縁体(33)
で被覆して、さらに多孔質のセラミックスのコーティン
グ(34)を行なって、そこへ触媒を担持させたもので
ある。 基板として使用するセラミックスは、Al23
やAlNが適当である。
【0014】触媒は、He−N2−CO2混合ガスの再生
の場合は、Pt,Pd,Rh,Ruなどの貴金属が有効
である。
【0015】これらの貴金属触媒の担持は、既知の方法
に従って、たとえばH2 PtCl6の水溶液に担体を浸
漬して担体にPtを含浸させた後、引き上げて100〜
300℃の温度で乾燥させ、さらに400〜650℃の
温度で焼成することによって行なう。
【0016】このようにして得たヒーター兼触媒は、た
とえば図1に示すように、再生すべき混合ガスの流路
に、ガスの流通を妨げないが、触媒への接触は確保する
よう注意して配置する。
【0017】ヒーター兼触媒は、上記の構成に限らず、
電熱線の周囲に電気絶縁層を設け、その外側に多孔質セ
ラミックスのコーティングを行ない、そこへ触媒を担持
させたものであってもよい。 あるいはまた、発熱体と
して、電気抵抗により発熱するものではなく、電磁誘導
により発熱するものを用いてもよい。 鉄など電磁誘導
により発熱する金属の線、板、網の表面に多孔質セラミ
ックスのコーティングを行なって、そこへ触媒を担持さ
せたものを、反応器の外部からの電磁誘導により発熱す
るように構成する。 電磁誘導による加熱は、発熱体に
通電のためのリード線を接続する必要がなく、腐食性の
ガスを含有する混合ガスの再生に有利である。
【0018】このタイプのヒーター兼触媒の反応器にお
ける配置も、その形状に応じ、上記した注意を守って行
なうことができよう。
【0019】
【作用】炭酸ガス用のHe−N2−CO2混合ガスを例に
とって説明すると、放電により生じたCOとO2とを触
媒を用いて反応させて再結合することにより、CO2
再生する。
【0020】従来のガス再生装置においては、レーザー
装置からのガスを加熱器で加熱してから触媒床に導く手
法をとっていたが、本発明においては触媒床それ自体が
このヒーターを兼ねているので、ガス温度の上昇が最も
望まれる触媒表面で、最高のガス温度が与えられる。
【0021】このことは、上記の結合反応を促進するだ
けでなく、NOxによる触媒の被毒を軽減する利益をも
たらす。 もし被毒により触媒の活性が低下したら、触
媒表面の温度を再生反応の温度より高めて、NOxを脱
着させることにより、被毒を解消できる。 これには、
たとえばヒーターに投入する電力量を増大させるとか、
反応器中のガスの流量を一時的に低くしてヒーターが奪
われる熱量を少なくするとかの方法が採用できる。
【0022】本発明の再生装置は、エネルギー消費の大
部分を占めるガス予熱器が不要であり、またガス冷却器
が小さなものですむから、省エネルギーの要求にこたえ
られるうえ、装置全体がコンパクトに構成できる。
【0023】
【実施例】幅65mm×長さ120mm×厚さ1.2mmのA
lN板の表面に、容量1kWの電熱体を印刷−焼付けに
より設け、ガラスの絶縁層の上に、γ−Al23にPt
を5%担持させた触媒を用意した。 このヒーター兼触
媒を4枚、反応器中に配置した。
【0024】ヒーターで加熱して触媒の表面温度を25
0℃に保ち、表1に示す組成の模擬ガスを、温度40
℃、流量5,000l/hrの条件で反応器を通過させ
た。
【0025】反応器出口においてガス組成を分析した。
その結果を表1に示すとともに、O2 とNOxの反応
率の経時変化を図4のグラフに示した。
【0026】比較のため、上記と同じ電熱体をそなえる
が、触媒を担持させてないヒーターを反応器の入口側に
配置し、ヒーターと同じ形状であってAl23の担体に
Ptを5%担持させた触媒を、反応器の出口側に配置し
た。 上記と同様な模擬ガスを通過させ、そのとき、反
応器入口のヒーターにより、模擬ガスが温度220℃に
加熱されてから触媒と接触するようにした。
【0027】この比較例において、反応器の出口におけ
るガスの温度は250℃であった。ガス組成は、表1に
あわせて示すとおりであった。 表 1 模擬ガス 実施例 比較例 CO2 13.4% 14% 14% CO 0.6% 4ppm 8ppm O2 0.3% 2ppm 4ppm NO2 80ppm 4ppm 8ppm NO 80ppm 1ppm 2ppm He 72% 72% 72% N2 14% 14% 14% 本発明によるときは、いずれの副生ガスも半減してい
る。
【0028】
【発明の効果】本発明の再生方法は、循環ガスを加熱す
る必要がないので、それに伴うエネルギーを節約でき、
かつガスをレーザー発振に使用できる温度に冷却するた
めのエネルギーを軽減できる。 触媒兼ヒーターとして
板状のものを使用し、それをガスの流れを妨げないよう
に配置すれば、ガスの循環のための動力もごくわずかで
足りる。 運転の開始および停止に必要な時間も短くて
すむ。 もちろん触媒の被毒は起こりにくく、被毒して
もその解消は容易である。
【0029】本発明の再生装置は、従来の再生装置に比
べてガス加熱器や熱交換器が不要であり、冷却器が小さ
なもので足りるから、それに応じて設置スペースを小さ
くすることができる。 そのため、レーザー装置に再生
装置を内装することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のレーザー用ガス再生装置をとり入れ
たレーザー発振装置について、その構成を説明するため
のフローチャート。
【図2】 図1の装置の変更態様を示す同様なフローチ
ャート。
【図3】 本発明の再生装置に使用するヒーター兼触媒
の一例を説明するための断面図。
【図4】 図3のヒーター兼触媒の平面図。
【図5】 本発明の実施例のデータであって、O2 の反
応率およびNOxの反応率の経時変化を示すグラフ。
【符号の説明】
1 レーザー発振装置 2 ガス再生装置 3 ヒーター兼触媒 4 ガス冷却器 5 ブロア 6 加熱源 7 ガス流量調節手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川武当 晴美 東京都千代田区大手町二丁目2番1号 日 揮株式会社本社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー発振に使用して変質したレーザ
    ー用の混合ガスを加熱下の触媒反応により再生して再使
    用に向けるための方法であって、混合ガスをレーザー発
    振部とガス再生部との間で循環させ、ガス再生部に混合
    ガスを加熱するヒーターの表面に触媒を担持させてなる
    ヒーター兼触媒を配置し、これにレーザー発振部からの
    混合ガスを接触させて触媒反応を行ない、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てレー
    ザー発振部に戻すことからなる再生方法。
  2. 【請求項2】 レーザー用混合ガスが、炭酸ガスレーザ
    ー用のHe−N2−CO2混合ガスであり、触媒として貴
    金属触媒を使用する請求項1の再生方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の再生方法を実
    施し、触媒が被毒して活性が低下した場合に、触媒の温
    度を再生反応の温度よりも高くすることにより被毒を解
    消することからなる触媒の再活性化方法。
  4. 【請求項4】 レーザー発振に使用して変質したレーザ
    ー用混合ガスを加熱下の触媒反応により再生して再使用
    に向けるための装置であって、レーザー発振装置とガス
    再生装置とをもってガスの循環路を形成し、混合ガスを
    加熱するヒーターの表面に触媒を担持させてなるヒータ
    ー兼触媒をガス再生装置中に設け、反応後の混合ガスを
    冷却するガス冷却器と、再生されたガスをレーザー発振
    装置に戻すためのガスの循環手段とから成り、ヒーター
    への加熱源をそなえた再生装置。
  5. 【請求項5】 ヒーター兼触媒が、セラミックス製の基
    板の上に抵抗体を設け、さらに多孔質のセラミックスの
    コーティングを行なってそこへ触媒を坦持させたもので
    ある請求項4の再生装置。
  6. 【請求項6】 ヒーター兼触媒が、電熱線の周囲に多孔
    質セラミックスのコーティングを行ない、そこへ触媒を
    担持させたものである請求項4の再生装置。
  7. 【請求項7】 ヒーター兼触媒が、導電性材料の表面に
    多孔質セラミックスのコーティングを行なってそこへ触
    媒を担持させたものを、反応器の外部からの電磁誘導に
    より発熱させるように構成した請求項4の再生装置。
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