JPH053213Y2 - - Google Patents

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JPH053213Y2
JPH053213Y2 JP1987039965U JP3996587U JPH053213Y2 JP H053213 Y2 JPH053213 Y2 JP H053213Y2 JP 1987039965 U JP1987039965 U JP 1987039965U JP 3996587 U JP3996587 U JP 3996587U JP H053213 Y2 JPH053213 Y2 JP H053213Y2
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laser
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Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、レーザー光反応器に関するもので、
詳しくは、レーザー光によつて化学反応を起こさ
せる光化学反応器の改良に関するものである。
[Detailed description of the invention] Industrial application field This invention relates to a laser photoreactor.
Specifically, the present invention relates to improvements in photochemical reactors that cause chemical reactions using laser light.

従来の技術 従来のレーザー光反応器は、たとえば、第3図
に示すような構成からなつている。第3図におい
て、11は反応器本体、12はレーザー光によつ
て化学反応を起こす原料、13は攪拌機、14は
循環ポンプ、15は入射窓、16はグラフアイト
などの遮へい材、17はレーザー光である。すな
わち、反応器本体11の一側壁に設けられた入射
窓15からレーザー光17を照射して原料12を
透過させ、その透過したレーザー光17を他側壁
に設けられた遮へい材16で受ける構造となつて
いる。
BACKGROUND ART A conventional laser photoreactor has a configuration as shown in FIG. 3, for example. In Fig. 3, 11 is the reactor main body, 12 is the raw material that undergoes a chemical reaction with laser light, 13 is the stirrer, 14 is the circulation pump, 15 is the entrance window, 16 is the shielding material such as graphite, and 17 is the laser beam. It is light. That is, the laser beam 17 is irradiated from an entrance window 15 provided on one side wall of the reactor main body 11 and transmitted through the raw material 12, and the transmitted laser beam 17 is received by a shielding material 16 provided on the other side wall. It's summery.

考案が解決しようとする問題点 第3図に示した従来のレーザー光反応器におい
ては、第1に、レーザー光17の吸収が大きい液
状の原料12の場合では、レーザー光17が入口
付近で吸収されてしまい、照射体積が極めて小さ
くなり、反応率が小さいという問題点がある。第
2に、照射体積を大きくするために、レーザー光
17のビーム強度を上げると、入射窓15の損傷
が起きるだけでなく、入口付近の原料12には極
めて強いレーザー光17が照射されることにな
り、蒸発やイオン化など、目的とする反応以外の
副反応が起きるので好ましくなく、またそのよう
な極端な現象が起きない場合でも、反応に必要な
強度以上が照射され、効率的でないという問題点
がある。第3に、上記第1および第2の問題点を
解決するために、レーザー光17のビーム径を予
め拡大する方法があるが、入射窓15が大きくな
つて、コスト的に不利であり、かつ、加圧や減圧
をする場合には、大きな入射窓15を作れないと
いう問題点がある。第4に、照射が入口付近に限
られるため、攪拌と循環を入念に行なわなければ
ならなくなり、相対的に大型の装置が必要となつ
て、設備費および運転費が増大するという問題点
がある。第5に、前述の理由により、吸収率の大
きい原料、ビーム強度に対して小さい強度で反応
する原料には、効果的にレーザー光17を照射す
ることができないという問題点がある。本考案
は、これらの問題点を解決することを目的とする
ものである。
Problems to be Solved by the Invention In the conventional laser photoreactor shown in FIG. The problem is that the irradiation volume becomes extremely small and the reaction rate is low. Second, if the beam intensity of the laser beam 17 is increased in order to increase the irradiation volume, not only will the entrance window 15 be damaged, but the raw material 12 near the entrance will be irradiated with extremely strong laser beam 17. This is undesirable because side reactions other than the desired reaction, such as evaporation and ionization, occur, and even if such extreme phenomena do not occur, the problem is that the irradiation intensity is higher than that required for the reaction, making it inefficient. There is a point. Thirdly, in order to solve the first and second problems above, there is a method of expanding the beam diameter of the laser beam 17 in advance, but the entrance window 15 becomes large, which is disadvantageous in terms of cost. , when pressurizing or depressurizing, there is a problem that a large entrance window 15 cannot be created. Fourth, since irradiation is limited to the vicinity of the entrance, careful stirring and circulation are required, which requires relatively large equipment, increasing equipment and operating costs. . Fifth, for the reasons mentioned above, there is a problem in that the laser beam 17 cannot be effectively irradiated to raw materials that have a high absorption rate or to raw materials that react with low intensity relative to the beam intensity. The present invention aims to solve these problems.

問題点を解決するための手段 反応器本体の頂壁に、レーザー光を拡大するレ
ンズを設置して、その拡大したレーザー光を該反
応器本体の内部の原料の自由表面に上方から照射
するようにした。また該頂壁にレンズパージガス
導入管を設けて前記レンズの下面(内面)にパー
ジガスを吹きつけるようにした。
Means for solving the problem: A lens that magnifies the laser beam is installed on the top wall of the reactor body, and the expanded laser beam is irradiated from above onto the free surface of the raw material inside the reactor body. I made it. Further, a lens purge gas introduction pipe was provided on the top wall to blow purge gas onto the lower surface (inner surface) of the lens.

作 用 レーザー光を拡大するレンズを反応器本体の頂
壁に設置したことにより、入射窓部を最小にする
ことができ、かつ、レーザー光の入射損失が小さ
くなり、しかも、最適強度の照射が可能となる。
またレンズパージガス導入管から前記レンズの下
面(内面)にパージガスを吹きつけて該レンズの
鮮明度を保てるようにする。
Function: By installing a lens that magnifies the laser beam on the top wall of the reactor body, the entrance window can be minimized, the incidence loss of the laser beam is reduced, and the optimum intensity of irradiation is achieved. It becomes possible.
In addition, purge gas is blown onto the lower surface (inner surface) of the lens from the lens purge gas introduction tube to maintain the sharpness of the lens.

実施例 第1図は本考案の第1実施例を示している。第
1図において、1は反応器本体で、頂壁1aを備
えた有底筒状のものからなり、水平断面の形状
は、基本的には円形または矩形で、拡げたレーザ
ービーム断面形状と相似形に近いほうがよい。2
は該頂壁1aに取付けられたレンズパージガス導
入管である。3は該頂壁1aの中央部に設置され
たレンズで、この実施例では凹レンズからなり、
後述するレーザー光を拡大するものであり、その
焦点距離は支障のない範囲で小さいほうが反応器
本体1の高さを低くおさえることができる。4は
後述するレーザー光の方向変換器で、この実施例
ではミラーからなり、通常はレーザー光が水平に
射出されるので、それを鉛直方向に変換する。5
は攪拌機で、後述する原料を攪拌する。6は気体
導入パイプで、気液反応時に原料ガスを導入す
る。7は原料で、液状またはスラリー状のもので
ある。8はレーザー光で、連続式またはパルス式
のいずれでもよい。9は該頂壁1aに取付けられ
たガス抜き管で、レンズパージガス、気体導入、
ガス状反応物がある場合に、そのガスまたは気体
を抜く。10は気体で、反応に対して不活性なガ
スまたは気液反応を行なう場合は原料ガスであ
る。
Embodiment FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In Fig. 1, 1 is the reactor main body, which is cylindrical with a bottom and a top wall 1a, and its horizontal cross section is basically circular or rectangular, similar to the cross-sectional shape of the expanded laser beam. The closer to the shape the better. 2
is a lens purge gas introduction pipe attached to the top wall 1a. 3 is a lens installed in the center of the top wall 1a, which in this embodiment is a concave lens;
It magnifies a laser beam, which will be described later, and the shorter the focal length is within a comfortable range, the lower the height of the reactor body 1 can be. Reference numeral 4 denotes a laser beam direction converter, which will be described later, and in this embodiment, it consists of a mirror, and since the laser beam is normally emitted horizontally, it converts it into a vertical direction. 5
is a stirrer to stir the raw materials described below. Reference numeral 6 denotes a gas introduction pipe through which raw material gas is introduced during gas-liquid reaction. 7 is a raw material, which is in the form of liquid or slurry. 8 is a laser beam, which may be either continuous or pulsed. Reference numeral 9 denotes a gas venting pipe attached to the top wall 1a, which is used for lens purge gas, gas introduction,
Venting the gas or gases of gaseous reactants, if any. 10 is a gas, which is an inert gas for the reaction or a raw material gas when performing a gas-liquid reaction.

第1図に示すように構成されたレーザー光反応
器においては、レーザー光8をレンズ3により拡
大し、原料7の自由表面である液面に上方から照
射(放射)する。これにより、原料7は所定の化
学反応を起こす。なお反応に必要な光強度ないし
は余裕をみて、それより若干高めになるように拡
大する。またレンズ3の内面に付着物が生じる場
合には、レンズパージガス導入管2を通じて窒素
ガスなどの不活性ガスをレンズ3に吹きつけるな
どして、その付着を防止する。
In the laser light reactor configured as shown in FIG. 1, laser light 8 is magnified by a lens 3 and irradiated (radiated) onto the liquid surface, which is the free surface of the raw material 7, from above. This causes the raw material 7 to undergo a predetermined chemical reaction. Note that the light intensity required for the reaction or the margin should be considered, and the light intensity should be expanded to be slightly higher than that. In addition, if any deposits occur on the inner surface of the lens 3, such deposits are prevented by blowing an inert gas such as nitrogen gas onto the lens 3 through the lens purge gas introduction pipe 2.

つぎに設計例を述べる。ある薬液は、波長
308nmのレーザー光により、入射強度10mW/cm2
で効果的に反応を起こすが、その時、1cm深でそ
の光は殆んど吸収(0.01mW/cm2)される。い
ま、20W(ビーム径1×2cm)のXeclエキシマレ
ーザ(波長308nm)で、第1図に示したレーザー
光反応器により効率よく反応を起こさせる場合を
考える。レンズ3に、透過率90%、焦点距離60mm
の合成石英製の凹レンズを用いる。
Next, a design example will be described. A certain chemical solution has a wavelength
With 308nm laser light, the incident intensity is 10mW/cm 2
The reaction occurs effectively, but at that time, most of the light is absorbed (0.01mW/cm 2 ) at a depth of 1cm. Now, let us consider the case where a 20W (beam diameter 1 x 2 cm) Xecl excimer laser (wavelength 308 nm) is used to efficiently cause a reaction in the laser photoreactor shown in Figure 1. Lens 3, transmittance 90%, focal length 60mm
A concave lens made of synthetic quartz is used.

照射面積=20×0.9÷0.01=30×60(cm2)、これ
よりレンズ3の液面からの高さ 60mm×60cm/2cm−60mm=1740mmにて照射する。照 射体積=30×60×1=18000(cm3)となる。
Irradiation area = 20 x 0.9 ÷ 0.01 = 30 x 60 (cm 2 ), from which the height of the lens 3 from the liquid surface is 60 mm x 60 cm/2 cm - 60 mm = 1740 mm. Irradiation volume = 30 x 60 x 1 = 18000 (cm 3 ).

そこで、従来の方法では入射強度が 10000mW/cm2となり、強度が強すぎるのみな
らず、透過長が 1cm×(loge10000/0.01)/(loge10/0.01)=2c
m より、照射体積が2×2=4(cm3) となり、したがつて、照射体積が第1図のレーザ
ー光反応器を使用した場合は18000cm3であるのに
対し、従来の方法では4cm3であるから、 4/18000=1/4500 というように、比較にならないほどの相違があ
る。
Therefore, in the conventional method, the incident intensity is 10000 mW/cm 2 , which is not only too strong but also reduces the transmission length to 1 cm x (loge10000/0.01)/(loge10/0.01) = 2c
m, the irradiation volume is 2 x 2 = 4 (cm 3 ), so the irradiation volume is 18000cm 3 when using the laser photoreactor shown in Figure 1, whereas it is 4cm 3 using the conventional method. 3 , so there is an incomparable difference, 4/18000 = 1/4500.

第2図は本考案の第2実施例を示している。こ
の第2実施例では、レンズ3に凸レンズを使用
し、レーザー光8の方向変換器4に二等辺直角三
角形のプリズムを使用している点で、前記第1実
施例と相違するだけで、他は同様であるので、詳
細についての図示は省略している。
FIG. 2 shows a second embodiment of the invention. This second embodiment differs from the first embodiment only in that a convex lens is used for the lens 3, and an isosceles right triangular prism is used for the direction changer 4 of the laser beam 8. are the same, so detailed illustrations are omitted.

考案の効果 本考案は、反応器本体の頂壁に、レーザー光を
拡大するレンズを設置して、その拡大したレーザ
ー光を該反応器本体の内部の原料の自由表面に上
方から照射するようにしたので、光の吸収が大き
い原料に対して照射体積を極めて大きくとること
ができて、反応率を高めることができ、また反応
に必要なレーザー光強度がビーム強度に比較して
小さい原料に対し、必要以上に強い強度を照射す
ることがなく、光を効率的に大きな照射体積に照
射できる。しかも、反応器本体への光入射部のレ
ンズ系は小さくとも、大きな照射面積を得ること
ができ、したがつて、レンズ系が小さいことから
して、加圧および減圧に対しても、条件をより広
い範囲で設定できる。また原料が液状またはスラ
リー状の場合には、その原料にレンズが直接接触
しないので、光化学反応器にありがちな生成物の
付着を極めて少ないものとすることができ、しか
も、付着が問題となる場合には、レンズパージガ
ス導入管を利用して窒素ガスなどの不活性ガスで
パージすればよい。さらに、気液反応を行なう場
合は、気相を原料ガスとすることで容易に反応を
行なわせることができ、かつ、気体導入パイプを
設けることで、気体を入れることもできる。また
構造が簡単で、大型の動力装置を必要としないの
で、設備費および運転費の低減を図ることが可能
となる。
Effects of the invention The present invention installs a lens that magnifies the laser beam on the top wall of the reactor body, and irradiates the expanded laser beam onto the free surface of the raw material inside the reactor body from above. As a result, the irradiation volume can be extremely large for materials with high light absorption, increasing the reaction rate, and the laser light intensity required for reaction is small compared to the beam intensity. , it is possible to efficiently irradiate a large irradiation volume with light without irradiating with a stronger intensity than necessary. Moreover, even though the lens system at the light incidence part of the reactor body is small, it is possible to obtain a large irradiation area. Therefore, since the lens system is small, it is possible to meet the conditions for pressurization and depressurization. Can be set in a wider range. In addition, when the raw material is in liquid or slurry form, the lens does not come into direct contact with the raw material, so it is possible to minimize the adhesion of products that often occur in photochemical reactors. For this purpose, purge with an inert gas such as nitrogen gas using a lens purge gas inlet tube. Furthermore, when performing a gas-liquid reaction, the reaction can be easily carried out by using the gas phase as a raw material gas, and gas can also be introduced by providing a gas introduction pipe. Furthermore, since the structure is simple and a large power unit is not required, equipment costs and operating costs can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の第1実施例を示した断面正面
図、第2図は本考案の第2実施例を示した一部切
欠断面正面図、第3図は従来の技術の一例を示し
た正面図である。 1……反応器本体、1a……頂壁、2……レン
ズパージガス導入管、3……レンズ、7……原
料、8……レーザー光。
Fig. 1 is a sectional front view showing a first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a partially cutaway sectional front view showing a second embodiment of the invention, and Fig. 3 is an example of a conventional technique. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Reactor main body, 1a... Top wall, 2... Lens purge gas introduction pipe, 3... Lens, 7... Raw material, 8... Laser light.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] レーザー光によつて化学反応を起こす原料を収
容する反応器本体と、この反応器本体の頂壁に設
置されてレーザー光を下向きに拡大して前記反応
器本体の内部の該原料の自由表面に上方から照射
させるレンズと、該頂壁に設置されて前記レンズ
の下面に不活性ガスを吹きつけるレンズパージガ
ス導入管とからなることを特徴とする、レーザー
光反応器。
A reactor body containing raw materials to undergo a chemical reaction by laser light, and a reactor body installed on the top wall of the reactor body to expand the laser light downward to reach the free surface of the raw materials inside the reactor body. A laser photoreactor comprising: a lens for irradiating light from above; and a lens purge gas introduction tube installed on the top wall for blowing an inert gas onto the lower surface of the lens.
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