JPH0714094B2 - 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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- JPH0714094B2 JPH0714094B2 JP22249389A JP22249389A JPH0714094B2 JP H0714094 B2 JPH0714094 B2 JP H0714094B2 JP 22249389 A JP22249389 A JP 22249389A JP 22249389 A JP22249389 A JP 22249389A JP H0714094 B2 JPH0714094 B2 JP H0714094B2
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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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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。
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。
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、He、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O2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He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。 COとO2との反応は、O2リッチであれば、温度100℃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O2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O2との反応は、ガスを200℃
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O2の濃度をいずれも100ppm以下にするとともに、その
温度を20〜30℃にしなければならない。COとO2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。
スとしては、通常、He、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O2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He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。 COとO2との反応は、O2リッチであれば、温度100℃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O2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O2との反応は、ガスを200℃
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O2の濃度をいずれも100ppm以下にするとともに、その
温度を20〜30℃にしなければならない。COとO2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。
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O2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。
結果COおよびO2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。
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O2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
4,000〜14,000Hr-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、5kg/
cm・Ｇ以上の加圧下で実施すると、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O2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、符号
（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はいうまでもない。 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敵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
どを充填してある。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、符号（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、アルミナやシリカなどの
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O2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O2/COが小さいガスで
あっても、COとO2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O2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。
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O2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
4,000〜14,000Hr-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、5kg/
cm・Ｇ以上の加圧下で実施すると、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O2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、符号
（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はいうまでもない。 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敵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
どを充填してある。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、符号（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、アルミナやシリカなどの
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O2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O2/COが小さいガスで
あっても、COとO2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O2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％、O2:0.301
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O2濃
度が40ppm以下または10ppm以下となるような空塔速度を
調べた。結果を第４図に示す。
媒を用意した。 この触媒を充填した容器に、CO:0.618容積％、O2:0.301
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O2濃
度が40ppm以下または10ppm以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％、O2:0.2936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、5,
000Hr-1または10,000H-1の空塔速度で種々の圧力下に供
給し、O2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5kg/cm2・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、O2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。
％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、5,
000Hr-1または10,000H-1の空塔速度で種々の圧力下に供
給し、O2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5kg/cm2・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、O2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ー装置に、CO2・N2・He＝1:1:
8（容積比）の混合ガスを毎分0.5l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。
8（容積比）の混合ガスを毎分0.5l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O2反応率の関係を示すグラ
フ、そして第６図は反応温度とO2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。 １…ブロア、２…ガス加熱器 ３…自己熱交換型反応器、４…冷却器 ５…フィルター、６…分析装置 ７…レーザー装置、８…ボンベ
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O2反応率の関係を示すグラ
フ、そして第６図は反応温度とO2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。 １…ブロア、２…ガス加熱器 ３…自己熱交換型反応器、４…冷却器 ５…フィルター、６…分析装置 ７…レーザー装置、８…ボンベ
Claims (4)
- 【請求項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って、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
O2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。 - 【請求項２】混合ガス中のCOとO2との反応を、温度80〜
200℃の範囲、混合ガスの空塔速度4,000〜14,000Hr-1の
条件下に行なう請求項１の再生方法。 - 【請求項３】混合ガス中のCOとO2との反応を、5kg/cm2
・Ｇ以上の加圧下に常温で行なう請求項１の再生方法。 - 【請求項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O2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 JPH0384980A (ja) | 1991-04-10 |
| JPH0714094B2 true 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) |
Families Citing this family (2)
| 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 |
| FR2730589B1 (fr) * | 1995-02-10 | 1997-03-21 | Air Liquide | Dispositif d'alimentation d'un appareil laser a melange gazeux, et appareil laser muni d'un tel dispositif |
-
1989
- 1989-08-29 JP JP22249389A patent/JPH0714094B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0384980A (ja) | 1991-04-10 |
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