JPH1041567A - Combustion type gas dynamic laser oscillator - Google Patents

Combustion type gas dynamic laser oscillator

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JPH1041567A
JPH1041567A JP20782296A JP20782296A JPH1041567A JP H1041567 A JPH1041567 A JP H1041567A JP 20782296 A JP20782296 A JP 20782296A JP 20782296 A JP20782296 A JP 20782296A JP H1041567 A JPH1041567 A JP H1041567A
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JP
Japan
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laser
combustor
gas
combustion
pressure
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Pending
Application number
JP20782296A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Chihomi Takami
千保美 高見
Masanobu Katani
昌信 架谷
Yoshinori Itaya
義紀 板谷
Atsuyuki Kobayashi
敬幸 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toho Gas Co Ltd
Original Assignee
Toho Gas Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toho Gas Co Ltd filed Critical Toho Gas Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive combustion type of gas dynamic laser oscillator which can oscillate a CO2 laser beam with high output, in spite of such a condition that the pressure inside a combustor is relatively low, using combustible gas as fuel. SOLUTION: This oscillator has a combustor 2 for generating high- temperature gas containing CO2 by combusting combustible gas, and also has a laser oscillator 10 comprising a supersonic nozzle 3 for discharging the high- temperature gas at supersonic speed, a laser cavity 4 for generating a CO2 laser by heat-insulatingly expanding the discharged high-temperature gas, and a diffuser 5 for smoothing the flow of high-temperature gas. Besides, the pressure inside the combustor 2 at laser oscillation is 0.1-1.5MPa, and also the input of combustible gas is 1-15kW.

Description

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

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は,可燃ガスを燃料として用いるタ
イプの燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustion type gas dynamic laser oscillation device using a combustible gas as fuel.

【0002】[0002]

【従来技術】従来より,レーザ光を発振する装置の一つ
として,燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装置があ
る。この燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装置は,燃
料を燃焼させることによって得られたCO2 を含有する
燃焼ガスを,断熱膨張させることによって燃焼ガス中の
CO2 からレーザ光を発振させるものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a combustion type gas dynamic laser oscillation device as one of devices for oscillating laser light. This combustion type gas dynamic laser oscillation device oscillates laser light from CO 2 in the combustion gas by adiabatically expanding the combustion gas containing CO 2 obtained by burning the fuel.

【0003】CO2 レーザ光の発振の原理は,従来より
知られるごとく,高エネルギー準位のCO2 を低エネル
ギー準位に急速に変化させることにより,そのエネルギ
ー準位の変化分をレーザ光として発振させるというもの
である。そして,燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装
置における上記エネルギー準位の変化は,上記燃焼ガス
の断熱膨張の過程において実現される。
[0003] The principle of the oscillation of a CO 2 laser beam is that, as is conventionally known, by rapidly changing a high energy level of CO 2 to a low energy level, a change in the energy level is converted into a laser beam. It oscillates. The change in the energy level in the combustion type gas dynamic laser oscillation device is realized in the process of adiabatic expansion of the combustion gas.

【0004】このような原理の下,従来は,高エネルギ
ー準位のCO2 を含有する燃焼ガスを発生させる燃料と
して固体燃料や液体燃料を使用し,これを種類に応じた
酸化剤と混合させることにより燃焼させていた。具体的
には,固体燃料としては例えばロケット推進薬があり,
液体燃料としては例えばベンゼンがある。また酸化剤と
しては,例えば過塩素酸アンモニウムや液化亜酸化窒素
がある。
Under such a principle, conventionally, a solid fuel or a liquid fuel is used as a fuel for generating a combustion gas containing high-energy level CO 2 , and this is mixed with an oxidizing agent according to the type. It was burning. Specifically, for example, there is a rocket propellant as a solid fuel,
As the liquid fuel, there is, for example, benzene. Examples of the oxidizing agent include ammonium perchlorate and liquefied nitrous oxide.

【0005】[0005]

【解決しようとする課題】しかしながら,上記固体燃料
や液体燃料,及びこれに用いる酸化剤は取扱いがあまり
容易ではない。また,これらを入手することも容易でな
いため,必要量を予め確保して備蓄しておくためのタン
クなどの設備が必要である。これに対し,取扱い等が容
易な燃料としては,都市ガス等の可燃ガスがある。
However, the above-mentioned solid fuel and liquid fuel and the oxidizing agent used therefor are not very easy to handle. In addition, since it is not easy to obtain them, equipment such as a tank for securing and storing a necessary amount in advance is required. In contrast, combustible gases such as city gas are examples of fuels that can be easily handled.

【0006】この可燃ガスは,一般的に燃焼熱を利用す
る形で広く用いられているが,燃焼型ガスダイナミック
レーザ発振装置の燃焼ガスを発生するための燃料として
は,実用化に達していないといえる。即ち,可燃ガスを
用いたガスダイナミックレーザ発振装置としては,これ
までもいくつかの提案がなされているものの,未だ,レ
ーザ光を高い出力で発振することができる高性能なもの
の開発には至っていない。
[0006] This combustible gas is generally widely used in a form utilizing combustion heat, but has not reached practical use as a fuel for generating combustion gas in a combustion type gas dynamic laser oscillation device. It can be said that. In other words, although several gas dynamic laser oscillators using flammable gas have been proposed so far, high-performance laser oscillators capable of oscillating laser light with high output have not yet been developed. .

【0007】また,従来提案されていた燃焼型ガスダイ
ナミックレーザーでは,駆動直前の装置内の圧力を大気
圧程度とした場合には燃焼器内圧力を数10MPaとい
う高圧にするか,あるいは駆動直前の装置内圧力を減圧
にして燃焼器圧力を数MPaにしていた。即ち,従来に
おいては,駆動直前の装置内圧力にかかわらず,燃焼器
内圧力を数MPa以上という極めて高い圧力にする必要
があった。そのため,耐圧性の高い高価な燃焼器が必要
とされ,レーザ発振装置全体が非常に高価なものとなっ
ていた。
Further, in the conventional combustion type gas dynamic laser, when the pressure in the apparatus immediately before driving is set to about the atmospheric pressure, the pressure in the combustor is set to a high pressure of several tens MPa or the pressure immediately before driving is increased. The pressure in the apparatus was reduced to reduce the combustor pressure to several MPa. That is, in the related art, the internal pressure of the combustor needs to be set to an extremely high pressure of several MPa or more regardless of the internal pressure of the apparatus immediately before driving. Therefore, an expensive combustor with high pressure resistance was required, and the entire laser oscillation device was very expensive.

【0008】本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので,可燃ガスを燃料として用い,燃焼器内圧
力が比較的低圧な条件でありながら,CO2 レーザ光を
高出力で発振することができる,安価な燃焼型ガスダイ
ナミックレーザ発振装置を提供しようとするものであ
る。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and uses a combustible gas as a fuel and oscillates a CO 2 laser beam at a high output while the pressure in the combustor is relatively low. It is an object of the present invention to provide an inexpensive combustion-type gas dynamic laser oscillating device that can be used.

【0009】[0009]

【課題の解決手段】請求項1の発明は,可燃ガスを燃焼
させてCO2 を含有する高温ガスを発生させるための燃
焼器を有すると共に,上記高温ガスを超音速で放出する
ための超音速ノズルと,放出された高温ガスを断熱膨張
させてCO2 レーザを発生させるためのレーザキャビテ
ィと,高温ガスの流れをスムーズにするためのディフュ
ーザーとよりなるレーザ発振部とを有し,かつ,レーザ
発振時における上記燃焼器内の圧力は0.1〜1.5M
Paの範囲内であり,また上記可燃ガスのインプットは
1〜15kWの範囲内であることを特徴とする燃焼型ガ
スダイナミックレーザ発振装置ある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a combustor for burning a combustible gas to generate a high-temperature gas containing CO 2 , and a supersonic speed for discharging the high-temperature gas at a supersonic speed. A laser having a nozzle, a laser cavity for adiabatically expanding the emitted high-temperature gas to generate a CO 2 laser, and a laser oscillation unit including a diffuser for smoothing the flow of the high-temperature gas; The pressure in the combustor during oscillation is 0.1 to 1.5M
The combustion type gas dynamic laser oscillator is characterized in that the pressure is within the range of Pa and the input of the combustible gas is within the range of 1 to 15 kW.

【0010】本発明において最も注目すべきことは,駆
動直前の装置内の圧力が大気圧程度であっても,上記燃
焼器内における圧力は0.1〜1.5MPaであり,ま
た上記可燃ガスのインプットは1〜15kWであること
である。
It is most remarkable in the present invention that the pressure in the combustor is 0.1 to 1.5 MPa even if the pressure in the apparatus immediately before the driving is about atmospheric pressure, and the flammable gas Input is 1 to 15 kW.

【0011】上記燃焼器内における圧力が0.1MPa
未満の場合には,高出力のレーザ光を発振することがで
きず,また操作の便宜上においても大気圧程度(0.1
MPa)より低くすることは好ましくないという問題が
ある。そのため,さらに好ましくは0.2MPa以上が
よい。一方,上記燃焼器内圧力は高いほど高いレーザ出
力が得られるが,上記圧力が2.0MPaを超える場合
には,燃焼器の耐圧設計上問題がある。そのため,駆動
直前の装置内圧力を0.01MPa程度に減圧すること
により,上記燃焼器内圧力を0.9MPa以下にするこ
とがさらに好ましい。
The pressure in the combustor is 0.1 MPa
If the pressure is lower than the predetermined value, high-power laser light cannot be oscillated, and for convenience of operation, the pressure is about atmospheric pressure (0.1
There is a problem that it is not preferable to make the pressure lower than (MPa). Therefore, the pressure is more preferably 0.2 MPa or more. On the other hand, the higher the pressure in the combustor, the higher the laser output can be obtained. However, if the pressure exceeds 2.0 MPa, there is a problem in the pressure resistance design of the combustor. Therefore, it is further preferable to reduce the internal pressure of the combustor to 0.9 MPa or less by reducing the internal pressure of the apparatus immediately before driving to about 0.01 MPa.

【0012】また,上記可燃ガスのインプットが15k
Wを超える場合には,装置の耐熱性の点において問題が
ある。一方,1kW未満の場合には,高出力のレーザ光
を発振することができないという問題がある。ここで,
インプットとは,上記燃焼器に投入する可燃ガスの単位
時間当たりの発熱量をいう。
The input of the combustible gas is 15 k.
If it exceeds W, there is a problem in the heat resistance of the device. On the other hand, when the power is less than 1 kW, there is a problem that high-power laser light cannot be oscillated. here,
The input refers to the calorific value per unit time of the combustible gas supplied to the combustor.

【0013】また,上記可燃ガスとしては,例えば,メ
タンガスを主成分とする都市ガスやプロパンガス,ブタ
ンエアガス等,種々の燃焼用ガスを使用することができ
る。また,上記燃焼器としては,従来から知られている
ガスタービンに用いられているタイプの燃焼器や,後述
する火炎伝播燃焼器等を用いることができる。
As the combustible gas, for example, various combustion gases such as city gas containing methane gas as a main component, propane gas, butane air gas and the like can be used. Further, as the above-mentioned combustor, a combustor of a type used in a conventionally known gas turbine, a flame propagation combustor described later, or the like can be used.

【0014】また,上記レーザ発振部は,上記のごと
く,超音速ノズルとレーザキャビティとディフューザー
とを順次有しており,超音速ノズル側を上記燃焼器に接
続してある。この超音速ノズルは,燃焼器から供給され
る燃焼ガスの通過断面積を狭く絞ったいわゆるノズルで
あって,その通過断面積の変化によって燃焼ガスを超音
速に加速してレーザキャビティ内に放出する役割を果た
す。
Further, as described above, the laser oscillation section has a supersonic nozzle, a laser cavity, and a diffuser sequentially, and the supersonic nozzle side is connected to the combustor. This supersonic nozzle is a so-called nozzle in which the cross-sectional area of the combustion gas supplied from the combustor is narrowed narrowly, and the combustion gas is accelerated to supersonic speed by the change of the cross-sectional area and is emitted into the laser cavity. Play a role.

【0015】また,上記レーザキャビティは,上記超音
速ノズルの開口面積よりも十分に大きい開口断面積を有
し,大気圧以下の低圧状態に維持されている。また,上
記ディフューザーは,レーザキャビティの出口付近にお
いてその開口断面積を若干狭く絞った部分であって,上
記レーザキャビティに放出された燃焼ガスの流れをスム
ーズにするためのものである。
The laser cavity has an opening cross-sectional area sufficiently larger than the opening area of the supersonic nozzle, and is maintained in a low pressure state below the atmospheric pressure. The diffuser is a portion where the cross-sectional area of the opening is slightly narrowed near the exit of the laser cavity, and is for smoothing the flow of the combustion gas discharged into the laser cavity.

【0016】次に,本発明における作用につき説明す
る。本発明の燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装置に
おいては,上記燃焼器内における圧力を0.1〜1.5
MPaの範囲内にすると共に,可燃ガスのインプットを
1〜15kWの範囲内とする。そのため,実用化に適し
た高出力のレーザ光を安価な装置によって発振させるこ
とができる。
Next, the operation of the present invention will be described. In the combustion type gas dynamic laser oscillation device of the present invention, the pressure in the combustor is set to 0.1 to 1.5.
MPa and the input of combustible gas is within a range of 1 to 15 kW. Therefore, high-power laser light suitable for practical use can be oscillated by an inexpensive device.

【0017】即ち,上記燃焼器内における圧力は比較的
低圧の0.1〜1.5MPaであるが,このとき投入さ
れる可燃ガスのインプットは1〜15kWであって高い
エネルギーである。そのため,上記超音速ノズル通過直
前の燃焼ガス中のCO2 は,比較的容易に高い比率で高
エネルギー準位となる。
That is, the pressure in the combustor is 0.1 to 1.5 MPa, which is a relatively low pressure, and the input of the combustible gas supplied at this time is 1 to 15 kW, which is high energy. Therefore, the CO 2 in the combustion gas immediately before passing through the supersonic nozzle becomes a high energy level relatively easily at a high ratio.

【0018】また高エネルギー準位となったCO2 を含
んだ燃焼ガスは,上記超音速ノズルから高速でレーザキ
ャビティ内に放出される。このときの放出速度は,上記
超音速ノズルの作用によって超音速となる。そのため,
低圧状態にあるレーザキャビティ内に放出された燃焼ガ
スは極めて短時間に断熱膨張され,極めて短時間にエネ
ルギー準位が高位から低位に変化する。
The combustion gas containing CO 2 at a high energy level is discharged from the supersonic nozzle into the laser cavity at high speed. The discharge speed at this time becomes supersonic due to the action of the supersonic nozzle. for that reason,
The combustion gas released into the laser cavity in the low pressure state is adiabatically expanded in a very short time, and the energy level changes from high to low in a very short time.

【0019】そのため,上記急速なエネルギー準位の変
化によってレーザ光の発振が確実に行われ,高出力のC
2 レーザ光が得られる。それ故,本発明においては,
可燃ガスを用いたタイプの燃焼型ガスダイナミックレー
ザ発振装置の実用化に大きく寄与することができる。こ
れに対し,上記燃焼器内の圧力が0.1MPa未満の場
合,或いは上記可燃ガスのインプットが1kW未満の場
合には,いずれも,あまり高い出力のレーザ光が得られ
ず,実用化が困難である。
Therefore, the laser light is reliably oscillated by the rapid change of the energy level, and the high output C
O 2 laser light is obtained. Therefore, in the present invention,
This can greatly contribute to the practical use of a combustion type gas dynamic laser oscillator using a combustible gas. On the other hand, when the pressure in the combustor is less than 0.1 MPa, or when the input of the combustible gas is less than 1 kW, a laser beam having a very high output cannot be obtained, and practical application is difficult. It is.

【0020】また,本発明においては,上記のごとく,
燃焼器内圧力を従来のような高圧状態にしなくても高出
力レーザの発振を行うことができる。そのため燃焼器,
ひいては装置全体を安価にすることができる。それ故,
可燃ガスを用いた燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装
置の実用化に大きく寄与することができる。
In the present invention, as described above,
A high-power laser can be oscillated without setting the internal pressure of the combustor to a high pressure as in the related art. So the combustor,
Consequently, the entire apparatus can be made inexpensive. Therefore,
This can greatly contribute to the practical use of a combustion type gas dynamic laser oscillation device using combustible gas.

【0021】次に,請求項2の発明のように,上記超音
速ノズルの開口面積Nに対するレーザキャビティの断面
積Cの開口比(C/N)は19〜60であることが好ま
しい。上記開口比(C/N)が19未満の場合には,燃
焼ガスのレーザキャビティ内への放出速度をあまり高く
できないという問題があり,一方60を超える場合には
燃焼器内圧力のレーザーキャビティ内圧力に対する比を
大きくする必要があり,ひいては燃焼器内の圧力を数M
Pa以上の高圧にしなければレーザ発振が行われないと
いう問題がある。
Next, the opening ratio (C / N) of the cross-sectional area C of the laser cavity to the opening area N of the supersonic nozzle is preferably 19 to 60. If the aperture ratio (C / N) is less than 19, there is a problem that the emission speed of the combustion gas into the laser cavity cannot be increased so much. It is necessary to increase the ratio to the pressure, and the pressure in the combustor must be several M
There is a problem that laser oscillation is not performed unless the pressure is set to a pressure higher than Pa.

【0022】また,請求項3の発明のように,上記ディ
フューザーの断面積Dに対する上記レーザキャビティの
断面積Cの絞り比(C/D)は1〜2であることが好ま
しい。上記絞り比(C/D)が1未満の場合には,燃焼
ガスの流れをスムーズにするという効果が少ないという
問題があり,一方2を超える場合には,逆に燃焼ガス流
れの抵抗になってしまうという問題がある。
Also, as in the third aspect of the present invention, it is preferable that the aperture ratio (C / D) of the sectional area C of the laser cavity to the sectional area D of the diffuser is 1-2. If the throttling ratio (C / D) is less than 1, there is a problem that the effect of smoothing the flow of the combustion gas is small. Problem.

【0023】また,請求項4の発明のように,上記超音
速ノズル,レーザキャビティ及びディフューザーの開口
断面形状は,全て長方形であり,これらは平滑な内壁に
より連続して形成されていることが好ましい。これによ
り,燃焼ガスの流れをさらにスムーズにすることがで
き,レーザ光の確実な発振に寄与することができる。ま
た,開口断面形状を長方形にすることにより,レーザ発
振部の作製を容易に行うことができる。
Further, as in the fourth aspect of the present invention, the supersonic nozzle, the laser cavity, and the diffuser are all rectangular in cross section, and are preferably formed continuously by a smooth inner wall. . As a result, the flow of the combustion gas can be further smoothed, which can contribute to the reliable oscillation of the laser beam. Further, by making the cross-sectional shape of the opening rectangular, it is possible to easily manufacture the laser oscillation section.

【0024】また,請求項5の発明のように,上記燃焼
器は,火炎伝播燃焼器であることが好ましい。この火炎
伝播燃焼器は,火炎位置を常に移動させながら燃料を燃
焼するタイプの燃焼器である(実施形態例参照)。その
ため,燃焼器自体の温度上昇を極力抑えることができ,
あまり高い耐熱性を必要としない。それ故,例えば,高
耐熱性と高耐圧性との両方を備えたガスタービン用の燃
焼器等に比べてさらに安価にすることができる。
Further, as in the invention of claim 5, it is preferable that the combustor is a flame propagation combustor. This flame-propagating combustor is of a type that burns fuel while constantly moving the flame position (see the embodiment). Therefore, the temperature rise of the combustor itself can be suppressed as much as possible.
Does not require very high heat resistance. Therefore, for example, the cost can be further reduced as compared to a gas turbine combustor having both high heat resistance and high pressure resistance.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施形態例1 本発明の実施形態例にかかる燃焼型ガスダイナミックレ
ーザ発振装置につき,図1〜図3を用いて説明する。本
例の燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装置1は,図1
に示すごとく,メタンガスを主成分とする都市ガスを可
燃ガスとして用いたものである。
Embodiment 1 A combustion-type gas dynamic laser oscillation device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The combustion type gas dynamic laser oscillating device 1 of the present embodiment is shown in FIG.
As shown in Fig. 1, city gas containing methane gas as a main component was used as combustible gas.

【0026】即ち,燃焼型ガスダイナミックレーザ発振
装置1は,都市ガスFを燃焼させてCO2 を含有する高
温ガスを発生させるための燃焼器2を有すると共に,高
温ガスを超音速で放出するための超音速ノズル3と,放
出された高温ガスを断熱膨張させてCO2 レーザを発生
させるためのレーザキャビティ4と,高温ガスの流れを
スムーズにするためのディフューザー5とよりなるレー
ザ発振部10とを有する。かつ,上記燃焼器2内におけ
る圧力は約1.15MPaであり,また上記可燃ガスの
インプットは約15kWである。以下,これを詳説す
る。
That is, the combustion type gas dynamic laser oscillation device 1 has a combustor 2 for burning the city gas F to generate a high temperature gas containing CO 2 and for discharging the high temperature gas at a supersonic speed. A laser cavity 4 including a supersonic nozzle 3, a laser cavity 4 for adiabatically expanding the emitted high-temperature gas to generate a CO 2 laser, and a diffuser 5 for smoothing the flow of the high-temperature gas. Having. The pressure in the combustor 2 is about 1.15 MPa, and the input of the combustible gas is about 15 kW. The details are described below.

【0027】上記可燃ガスを発生させるための燃焼器2
としては,図1に示すごとく,火炎伝播燃焼器を用い
る。この火炎伝播燃焼器は,都市ガスFと空気Aとを混
合しながら供給する燃料供給部21と,燃焼時の火炎を
移動させる燃焼管22と,混合気に着火するための着火
部23とよりなる。そして,着火部23の後端には上記
レーザ発振部10の超音速ノズル3の先端部を配設して
ある。尚,符号221は温度計測用の熱電対,符号23
2は圧力センサである。
Combustor 2 for generating the above combustible gas
As shown in FIG. 1, a flame spread combustor is used. The flame-propagating combustor includes a fuel supply unit 21 for supplying city gas F and air A while mixing them, a combustion tube 22 for moving a flame during combustion, and an ignition unit 23 for igniting the air-fuel mixture. Become. The tip of the supersonic nozzle 3 of the laser oscillation unit 10 is disposed at the rear end of the ignition unit 23. Reference numeral 221 denotes a thermocouple for measuring temperature, and reference numeral 23 denotes a thermocouple.
2 is a pressure sensor.

【0028】次に,火炎伝播燃焼器の燃焼特性を簡単に
説明する。まず上記燃焼管22内に燃料供給部21より
都市ガスFと空気Aとの混合気を供給し続ける。燃焼管
22内においては,上記着火部23に設けたイグナイタ
231によって混合気に着火し,火炎を発生させる。こ
の火炎は,混合気の流れに逆らって上流側に向かって移
動し,上記燃料供給部21に到達した際に混合気の吹き
出し圧力によって消火される。
Next, the combustion characteristics of the flame spread combustor will be briefly described. First, a mixture of city gas F and air A is continuously supplied from the fuel supply unit 21 into the combustion pipe 22. In the combustion tube 22, the air-fuel mixture is ignited by an igniter 231 provided in the ignition section 23, and a flame is generated. This flame moves toward the upstream side against the flow of the air-fuel mixture and is extinguished when reaching the fuel supply unit 21 by the blowing pressure of the air-fuel mixture.

【0029】次いで,再び燃焼管22に充填された混合
気に対し上記イグナイタ231により再度着火する。こ
れにより,上記一連の燃焼が再び進行する。このように
着火,火炎の移動,消火のサイクルを繰り返しながら燃
焼ガスを発生することが火炎伝播燃焼器の最大の特徴で
ある。
Next, the igniter 231 re-ignites the air-fuel mixture filled in the combustion tube 22 again. As a result, the above-described series of combustion proceeds again. The most characteristic feature of the flame-propagating combustor is that the combustion gas is generated while repeating the ignition, flame movement, and fire extinguishing cycle.

【0030】また,本例においては,上記都市ガスFと
空気Aとは,混合比1.0の割合で,そのインプットが
約15kWに達するように供給する。これにより,上記
火炎伝播燃焼器は,圧力が約1.15MPaの燃焼ガス
を発生させることができる。
In this embodiment, the city gas F and the air A are supplied at a mixing ratio of 1.0 so that the input reaches about 15 kW. Thereby, the flame propagation combustor can generate a combustion gas having a pressure of about 1.15 MPa.

【0031】次に,上記レーザ発振部10は,図1,図
2に示すごとく,上記超音速ノズル3,レーザキャビテ
ィ4,ディフューザー5を順次設けてなり,その開口断
面形状は,全て長方形であり,これらは平滑な内壁18
により連続して形成してある。そして,レーザキャビテ
ィ4の燃焼ガス最大膨張部分には,レーザ光を透過させ
ることができる透過窓15を左右に設けてある。
Next, as shown in FIGS. 1 and 2, the laser oscillating section 10 is provided with the supersonic nozzle 3, laser cavity 4, and diffuser 5 in this order. , These are smooth inner walls 18
Are formed continuously. In the maximum expansion portion of the combustion gas in the laser cavity 4, transmission windows 15 through which laser light can pass are provided on the left and right.

【0032】また,図2,図3に示すごとく,上記超音
速ノズル3の開口面積Nに対するレーザキャビティ4の
断面積Cの開口比(C/N)は20に設定してある。ま
た,ディフューザー5の断面積Dに対するレーザキャビ
ティ4の断面積Cの絞り比(C/D)は1.5に設定し
てある。
As shown in FIGS. 2 and 3, the opening ratio (C / N) of the sectional area C of the laser cavity 4 to the opening area N of the supersonic nozzle 3 is set to 20. The aperture ratio (C / D) of the sectional area C of the laser cavity 4 to the sectional area D of the diffuser 5 is set to 1.5.

【0033】また,このレーザ発振部10を作製するに
当たっては,これを上下に分割した部分をそれぞれステ
ンレス鋼角材を切削加工により作製し,次いで,これら
を突き合わせて溶接してある。これにより,上記平滑な
内壁18を有すると共に耐圧性の高いレーザ発振部10
を容易に作製することができる。
In producing the laser oscillation section 10, the upper and lower portions are formed by cutting stainless steel square bars, and then butted and welded. Thereby, the laser oscillation unit 10 having the smooth inner wall 18 and having high pressure resistance is provided.
Can be easily produced.

【0034】次に,本例においては,レーザ発振部10
の上記透過窓15の外方に,CO2レーザ光の出力(ゲ
イン)を測定するためのゲイン測定装置6を配設してあ
る。このゲイン測定装置6は,図1に示すごとく,CO
2 プローブレーザを上記透過窓15からレーザキャビテ
ィ4内に投射するための外部レーザ装置61を有する。
また,上記2つの透過窓15を介して上記CO2 レーザ
装置61と反対側には,上記CO2 プローブレーザと共
にレーザキャビティ4から発振されたCO2 レーザ光を
受ける反射ミラー62を設けてある。
Next, in this embodiment, the laser oscillation unit 10
A gain measuring device 6 for measuring the output (gain) of the CO 2 laser light is provided outside the transmission window 15. As shown in FIG.
It has an external laser device 61 for projecting the two probe laser from the transmission window 15 into the laser cavity 4.
On the side opposite to the CO 2 laser device 61 via the two transmission windows 15, there is provided a reflection mirror 62 for receiving CO 2 laser light oscillated from the laser cavity 4 together with the CO 2 probe laser.

【0035】この反射ミラー62の反射方向には,反射
されたCO2 レーザ光の光強度を測定するためのMCT
検知器63と,測定結果を表示するためのオシロスコー
プ64を配設してある。また,符号65は,上記CO2
プローブレーザの光路設定用の可視レーザ光を発するH
e−Neレーザであり,符号66は,可視レーザ光をレ
ーザキャビティ4内に反射する反射ミラーである。
An MCT for measuring the light intensity of the reflected CO 2 laser light is provided in the reflection direction of the reflection mirror 62.
A detector 63 and an oscilloscope 64 for displaying a measurement result are provided. Reference numeral 65 denotes the above CO 2
H emitting visible laser light for setting the optical path of the probe laser
An e-Ne laser 66 is a reflection mirror that reflects visible laser light into the laser cavity 4.

【0036】次に,本例における作用につき説明する。
本例の燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装置1におい
ては,燃焼器2内に上記のごとく約15kWの都市ガス
をインプットし,約1.15MPa高圧の燃焼ガスを発
生させる。即ち,燃焼ガスは従来よりも比較的低圧では
あるが,十分に高いエネルギーを持っている。そのた
め,上記超音速ノズル3通か直前の燃焼ガスは非常に高
エネルギー状態となり,その中のCO2 は高い比率で高
エネルギー準位となる。
Next, the operation of this embodiment will be described.
In the combustion type gas dynamic laser oscillation device 1 of this embodiment, the city gas of about 15 kW is input into the combustor 2 as described above, and the combustion gas of about 1.15 MPa high pressure is generated. In other words, the combustion gas has a relatively low pressure, but has a sufficiently high energy. Therefore, the combustion gas immediately before passing through the supersonic nozzle 3 is in a very high energy state, and the CO 2 therein has a high energy level at a high ratio.

【0037】次いで,高エネルギー準位となったCO2
を含んだ燃焼ガスは,超音速ノズル3から高速でレーザ
キャビティ4内に放出される。このときの放出速度は,
超音速ノズル3の作用によってマッハ数が5程度の超音
速となる。そのため,低圧状態にあるレーザキャビティ
4内に放出された燃焼ガスは極めて短時間に断熱膨張さ
れ,極めて短時間にエネルギー準位が高位から低位に変
化する。そのため,上記急速なエネルギー準位の変化に
よってレーザ光の発振が確実に行われ,高出力のCO2
レーザ光が得られる。
Next, the CO 2 having a high energy level
Is discharged from the supersonic nozzle 3 into the laser cavity 4 at high speed. The release rate at this time is
The supersonic speed of the Mach number is about 5 by the action of the supersonic nozzle 3. Therefore, the combustion gas discharged into the laser cavity 4 in the low pressure state is adiabatically expanded in a very short time, and the energy level changes from a high level to a low level in a very short time. Therefore, the laser beam is reliably oscillated by the rapid change of the energy level, and the high output CO 2
Laser light is obtained.

【0038】次に,本例においては,発振されたCO2
レーザ光の強度をゲイン測定装置6によって測定した。
測定結果は,上記外部レーザ装置61より発したCO2
プローブレーザの透過窓15への入射強度をI0 とし,
透過窓15からCO2 プローブレーザと共に発振された
CO2 レーザ光の強度をIとして次の計算式により算出
したゲインGにより評価する。 G=(1/L)×ln(I/I0 ) 〔m-1〕 ここで,Lはプローブレーザの光路長であり,本試験装
置の場合10mmである。
Next, in this example, the oscillated CO 2
The intensity of the laser light was measured by the gain measuring device 6.
The measurement results were obtained from the CO 2 emitted from the external laser device 61.
The incident intensity of the probe laser on the transmission window 15 is defined as I 0 ,
The intensity of the CO 2 laser light oscillated together with the CO 2 probe laser from the transmission window 15 is evaluated as I and the gain G calculated by the following formula. G = (1 / L) × ln (I / I 0 ) [m −1 ] Here, L is the optical path length of the probe laser, and is 10 mm in the case of the present test apparatus.

【0039】評価の結果,本例におけるゲインGは,
0.6m-1に達し,非常に高出力のCO2 レーザ光が発
振されていることが分かった。これはレーザー出力に換
算すると85W程度に相当する。すでに商品化されてい
る電気的に励起を行うCO2 レーザのうち切断や加工に
使われるものは出力が500Wから1,500W程度で
あり,本試験器にて光路長を0.17m程度にすること
によりこれと同等の1,500Wという高い出力が得ら
れることを意味しており,実用化することができる。
As a result of the evaluation, the gain G in this example is
It reached 0.6 m -1 , indicating that a very high output CO 2 laser beam was oscillated. This corresponds to about 85 W in terms of laser output. Of the commercially available CO 2 lasers that are already commercially available, the ones used for cutting and processing have an output of about 500 W to 1,500 W, and the optical path length is set to about 0.17 m with this tester. This means that the same high output of 1,500 W can be obtained, which can be put to practical use.

【0040】実施形態例2 本例においては,実施形態例1における燃焼型ガスダイ
ナミックレーザ発振装置1を用い,燃焼器内における燃
焼ガスの圧力とゲインGとの関係を調査した。燃焼ガス
の圧力は約0.9〜1.2MPaの範囲で変化させた。
尚,ゲイン測定装置6の構成及びゲインGの算出方法等
については,実施形態例1と同様である。
Embodiment 2 In this embodiment, the relationship between the pressure of the combustion gas in the combustor and the gain G was investigated using the combustion type gas dynamic laser oscillation device 1 of the embodiment 1. The pressure of the combustion gas was changed in the range of about 0.9 to 1.2 MPa.
The configuration of the gain measuring device 6 and the method of calculating the gain G are the same as those in the first embodiment.

【0041】ゲインの測定結果を図4に示す。図4は,
横軸に燃焼ガスの圧力を,縦軸にゲインGを取った。図
4により知られるごとく,測定した燃焼ガス圧力の全域
において,ゲインGは0.2〜0.7m-1に達し,非常
に高い出力が得られた。また,上記測定範囲において
は,燃焼ガスの圧力が高いほど高いゲインが得られるこ
とが分かった。
FIG. 4 shows the measurement results of the gain. FIG.
The horizontal axis indicates the pressure of the combustion gas, and the vertical axis indicates the gain G. As can be seen from FIG. 4, the gain G reached 0.2 to 0.7 m -1 over the entire range of the measured combustion gas pressure, and a very high output was obtained. It was also found that in the above measurement range, a higher gain was obtained as the pressure of the combustion gas was higher.

【0042】実施形態例3 本例においては,実施形態例1の燃焼型ガスダイナミッ
クレーザ発振装置1を実用化した例を示す。即ち,図
5,図6に示すごとく,レーザ発振部10の透過窓15
の両側にCO2 レーザ光取り出し用の共振器7を配設す
ると共に,レーザ光移送用の光ファイバー73を配設し
た。
Embodiment 3 In this embodiment, an example in which the combustion type gas dynamic laser oscillation device 1 of Embodiment 1 is put to practical use will be described. That is, as shown in FIGS. 5 and 6, the transmission window 15 of the laser oscillation unit 10 is provided.
The resonator 7 for extracting the CO 2 laser light is disposed on both sides of the optical fiber, and the optical fiber 73 for transferring the laser light is disposed.

【0043】共振器7は,図5,図6に示すごとく,レ
ーザ光を全反射する反射板71と,レーザ光を半分反射
し,半分透過させる性質の半反射板72とよりなる。ま
た,半反射板72の外方には,上記光ファイバー73を
配設してある。このような構成の共振器7によって,レ
ーザキャビティ4内において発振したCO2 レーザ光
は,上記反射板71と半反射板72との間において反射
を繰り返しながら増幅して光ファイバー73へと送られ
る。
As shown in FIGS. 5 and 6, the resonator 7 includes a reflector 71 that totally reflects the laser beam and a semi-reflector 72 that reflects half the laser beam and transmits half the laser beam. The optical fiber 73 is disposed outside the semi-reflective plate 72. The CO 2 laser light oscillated in the laser cavity 4 by the resonator 7 having such a configuration is amplified while being repeatedly reflected between the reflection plate 71 and the semi-reflection plate 72 and sent to the optical fiber 73.

【0044】したがって,本例の共振器7を有する燃焼
型ガスダイナミックレーザ発振装置においては,光ファ
イバー73から送り出したレーザ光を用いて,例えば,
切断,加工等に利用することができる。また,このとき
得られるレーザ光は,前記実施形態例に示すごとく,高
出力であるため,非常に有効に利用することができる。
Therefore, in the combustion type gas dynamic laser oscillation device having the resonator 7 of the present embodiment, for example, the laser beam sent out from the optical fiber 73 is used.
It can be used for cutting, processing, etc. Further, the laser light obtained at this time has a high output as shown in the above embodiment, so that it can be used very effectively.

【0045】[0045]

【発明の効果】上述のごとく,本例においては,可燃ガ
スを燃料として用い,燃焼器内圧力が比較的低圧な条件
でありながら,CO2 レーザ光を高出力で発振すること
ができる,安価な燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装
置を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, a combustible gas is used as fuel, and a CO 2 laser beam can be oscillated at a high output while the pressure in the combustor is relatively low. It is possible to provide a simple combustion type gas dynamic laser oscillation device.

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

【図1】実施形態例1の燃焼型ガスダイナミックレーザ
発振装置の構成を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a combustion-type gas dynamic laser oscillation device according to a first embodiment.

【図2】実施形態例1におけるレーザ発振部の,(a)
縦断面図,(b)横断面図。
FIG. 2A illustrates a laser oscillation unit according to the first embodiment.
A longitudinal section, (b) a transverse section.

【図3】実施形態例1における,(a)超音速ノズル
(図2B−B線矢視),(b)レーザキャビティ(図2
E−E線矢視),(c)ディフューザー(図2H−H線
矢視),の断面形状を示す説明図。
FIGS. 3A and 3B show a supersonic nozzle (in the direction of arrows in FIG. 2B-B) and a laser cavity in FIG.
Explanatory drawing which shows the cross-sectional shape of EE (as seen from the arrow of line E) and (c) the diffuser (as seen from the arrow of line HH in FIG. 2).

【図4】実施形態例2における,燃焼器内圧力とゲイン
との関係を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a combustor internal pressure and a gain in a second embodiment.

【図5】実施形態例3の燃焼型ガスダイナミックレーザ
発振装置の構成を示す説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a combustion-type gas dynamic laser oscillation device according to a third embodiment.

【図6】実施形態例3における,共振器の構成を示す説
明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a resonator according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1...燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装置, 10...レーザ発振部, 15...透過窓, 2...燃焼器, 3...超音速ノズル, 4...レーザキャビティ, 5...ディフューザー, 6...ゲイン測定装置, 7...共振器, 1. . . 9. Combustion type gas dynamic laser oscillation device, . . Laser oscillation section, 15. . . 1. transmission window; . . 2. combustor, . . 3. supersonic nozzle, . . Laser cavity, 5. . . Diffuser, 6. . . 6. Gain measuring device, . . Resonator,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 敬幸 愛知県名古屋市守山区大字大森字八龍2367 番地の483 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takayuki Kobayashi 2367 No. 483 Hachiryu, Omori Omori, Moriyama-ku, Nagoya-shi, Aichi

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可燃ガスを燃焼させてCO2 を含有する
高温ガスを発生させるための燃焼器を有すると共に,上
記高温ガスを超音速で放出するための超音速ノズルと,
放出された高温ガスを断熱膨張させてCO2 レーザを発
生させるためのレーザキャビティと,高温ガスの流れを
スムーズにするためのディフューザーとよりなるレーザ
発振部とを有し,かつ,レーザ発振時における上記燃焼
器内の圧力は0.1〜1.5MPaの範囲内であり,ま
た上記可燃ガスのインプットは1〜15kWの範囲内で
あることを特徴とする燃焼型ガスダイナミックレーザ発
振装置。
1. A supersonic nozzle having a combustor for burning a combustible gas to generate a hot gas containing CO 2 , and a supersonic nozzle for discharging the hot gas at a supersonic speed.
It has a laser cavity for adiabatic expansion of the released high-temperature gas to generate a CO 2 laser, and a laser oscillating unit consisting of a diffuser for smoothing the flow of the high-temperature gas. A combustion type gas dynamic laser oscillation device, wherein a pressure in the combustor is in a range of 0.1 to 1.5 MPa, and an input of the combustible gas is in a range of 1 to 15 kW.
【請求項2】 請求項1において,上記超音速ノズルの
開口面積Nに対するレーザキャビティの断面積Cの開口
比(C/N)は19〜60であることを特徴とする燃焼
型ガスダイナミックレーザ発振装置。
2. The combustion type gas dynamic laser oscillation according to claim 1, wherein an opening ratio (C / N) of a sectional area C of the laser cavity to an opening area N of the supersonic nozzle is 19 to 60. apparatus.
【請求項3】 請求項1又は2において,上記ディフュ
ーザーの断面積Dに対する上記レーザキャビティの断面
積Cの絞り比(C/D)は1〜2であることを特徴とす
る燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装置。
3. A combustion-type gas dynamic laser according to claim 1, wherein the aperture ratio (C / D) of the sectional area C of the laser cavity to the sectional area D of the diffuser is 1 to 2. Oscillator.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項において,
上記超音速ノズル,レーザキャビティ及びディフューザ
ーの開口断面形状は全て長方形であり,これらは平滑な
内壁により連続して形成されていることを特徴とする燃
焼型ガスダイナミックレーザ発振装置。
4. The method according to claim 1, wherein:
The combustion type gas dynamic laser oscillation device, wherein the supersonic nozzle, the laser cavity, and the diffuser are all rectangular in cross-sectional shape, and are continuously formed by smooth inner walls.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項において,
上記燃焼器は,火炎伝播燃焼器であることを特徴とする
燃焼型ガスダイナミックレーザ発振装置。
5. The method according to claim 1, wherein:
The combustion type gas dynamic laser oscillation device, wherein the combustor is a flame propagation combustor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0638661A (en) * 1991-07-15 1994-02-15 Kanebo Ltd Inverting device for arranging randomly supplied face of noodle ball in one direction
JP2015142916A (en) * 2008-09-30 2015-08-06 フォースト・フィジックス・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーForced Physics LLC Method and apparatus for control of fluid temperature and flow

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