JPH06188485A - 炭酸ガスレーザのガス再生装置 - Google Patents
炭酸ガスレーザのガス再生装置Info
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- JPH06188485A JPH06188485A JP35663592A JP35663592A JPH06188485A JP H06188485 A JPH06188485 A JP H06188485A JP 35663592 A JP35663592 A JP 35663592A JP 35663592 A JP35663592 A JP 35663592A JP H06188485 A JPH06188485 A JP H06188485A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガス再生装置を小型にして炭酸ガスレーザ発
生装置全体をコンパクト化し、エネルギーの使用効果を
向上させる。 【構成】 Ｈｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスを循環し冷却する
循環ラインを有するレーザ本体１に分岐管２を上記循環
ラインと並列に接続する。循環ラインから分岐管２内に
上記混合ガスの一部をブロアで導入し、導入された混合
ガスをヒータで加熱して触媒で接触反応し、混合ガスに
含まれた分離ガスＣＯ＋Ｏ2を前記触媒によりＣＯ2ガス
に再結合し、更にＮＯxとＣＯを反応させてＮ2とＣＯ2
に再結合し、触媒の能力を低下させることなく再結合し
たＣＯ2及びＮ2を絶えず循環ラインに戻しレーザ出力の
低下を防ぐとともに、長時間封じ切り運転を可能とす
る。
生装置全体をコンパクト化し、エネルギーの使用効果を
向上させる。 【構成】 Ｈｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスを循環し冷却する
循環ラインを有するレーザ本体１に分岐管２を上記循環
ラインと並列に接続する。循環ラインから分岐管２内に
上記混合ガスの一部をブロアで導入し、導入された混合
ガスをヒータで加熱して触媒で接触反応し、混合ガスに
含まれた分離ガスＣＯ＋Ｏ2を前記触媒によりＣＯ2ガス
に再結合し、更にＮＯxとＣＯを反応させてＮ2とＣＯ2
に再結合し、触媒の能力を低下させることなく再結合し
たＣＯ2及びＮ2を絶えず循環ラインに戻しレーザ出力の
低下を防ぐとともに、長時間封じ切り運転を可能とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスレーザ装置、より
詳細には、炭酸ガスレーザ装置において放電励起により
レーザを発振する２酸化炭素、窒素及びヘリウムからな
る励起用混合気体がレーザ発振動作中に組成が変化した
ガスを実質的にもとの混合ガスの組成に再生するための
小形な再生装置に関する。
詳細には、炭酸ガスレーザ装置において放電励起により
レーザを発振する２酸化炭素、窒素及びヘリウムからな
る励起用混合気体がレーザ発振動作中に組成が変化した
ガスを実質的にもとの混合ガスの組成に再生するための
小形な再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】気体レーザはレーザ媒質としてガス状物
質を利用するものであるが、二酸化炭素分子の振動や回
転エネルギー準位を利用した炭酸ガスレーザは遠赤外域
で発振し、数１０％という高効率で高出力のレーザを連
続又は高パルスで発振するので、各種の物質を局所的に
加熱し、切断や溶接、燒入、及び表面処理等の加工用
や、原子力関係、例えば、ウラン同位体分離に利用する
ことが研究されている。
質を利用するものであるが、二酸化炭素分子の振動や回
転エネルギー準位を利用した炭酸ガスレーザは遠赤外域
で発振し、数１０％という高効率で高出力のレーザを連
続又は高パルスで発振するので、各種の物質を局所的に
加熱し、切断や溶接、燒入、及び表面処理等の加工用
や、原子力関係、例えば、ウラン同位体分離に利用する
ことが研究されている。
【０００３】炭酸ガスレーザ装置に使用されるレーザ媒
質はＣＯ2（二酸化炭素），Ｈｅ（ヘリウム）やＮ2（窒
素）の混合ガスが使用されている。しかし、これらの混
合ガスは、レーザの放電によりＣＯ2の一部はＣＯ（一
酸化炭素）とＯ2（酸素）とに分解する。特に、混合ガ
ス中にＯ2濃度が増加すると、レーザ出力を低下させた
り、アーク放電により電極を破損したりする。このた
め、新たな混合ガスを連続的に供給することにより、レ
ーザ出力の低下は防げるがランニングコストが高くな
る。特に、Ｈｅは高価であるから、新たな混合ガスを供
給することによるコストは膨大となる。この経済的な負
担を少くするためにＣＯとＯ2とを再結合してＣＯ2と
し、このＣＯ2を元の混合ガスに戻すガス再使用方法が
試みられている。
質はＣＯ2（二酸化炭素），Ｈｅ（ヘリウム）やＮ2（窒
素）の混合ガスが使用されている。しかし、これらの混
合ガスは、レーザの放電によりＣＯ2の一部はＣＯ（一
酸化炭素）とＯ2（酸素）とに分解する。特に、混合ガ
ス中にＯ2濃度が増加すると、レーザ出力を低下させた
り、アーク放電により電極を破損したりする。このた
め、新たな混合ガスを連続的に供給することにより、レ
ーザ出力の低下は防げるがランニングコストが高くな
る。特に、Ｈｅは高価であるから、新たな混合ガスを供
給することによるコストは膨大となる。この経済的な負
担を少くするためにＣＯとＯ2とを再結合してＣＯ2と
し、このＣＯ2を元の混合ガスに戻すガス再使用方法が
試みられている。
【０００４】本出願人は、先に、炭酸ガスレーザ装置で
使用したＨｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガス中のＣＯやＯ2およ
びＮＯX（酸化窒素）を２００〜３５０℃までの温度に
加熱し、この温度で貴金属触媒と接触反応させることに
よりＮＯXの付着による触媒の効率を落すことなくＣＯ2
に還元する方法を提案した。この方法により触媒特性が
長時間変化することがないので、混合ガスを再生するこ
とができ、連続運転が可能となった。
使用したＨｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガス中のＣＯやＯ2およ
びＮＯX（酸化窒素）を２００〜３５０℃までの温度に
加熱し、この温度で貴金属触媒と接触反応させることに
よりＮＯXの付着による触媒の効率を落すことなくＣＯ2
に還元する方法を提案した。この方法により触媒特性が
長時間変化することがないので、混合ガスを再生するこ
とができ、連続運転が可能となった。
【０００５】図４は、従来の炭酸ガスレーザのガス再生
装置を説明するためのブロック図で、炭酸ガスレーザ装
置本体１１と、炭酸ガスレーザ本体１１内の混合ガスを
再生する再生装置本体２４と、混合ガスの再生前と再生
後の各々組成ガスの濃度を、測定するためのガス濃度測
定手段２５とから構成されている。
装置を説明するためのブロック図で、炭酸ガスレーザ装
置本体１１と、炭酸ガスレーザ本体１１内の混合ガスを
再生する再生装置本体２４と、混合ガスの再生前と再生
後の各々組成ガスの濃度を、測定するためのガス濃度測
定手段２５とから構成されている。
【０００６】炭酸ガスレーザ装置本体１１は、レーザ媒
質であるＨｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスを循環させる循環ラ
イン１２と、この循環ライン１２内で前記混合ガスを循
環するためのブロアや、混合ガスを冷却する冷却装置、
及び混合ガスを励起するための電極等を有する。なお、
前記循環ライン１２には、混合ガス源（図示せず）から
マスフローコントロールバルブ１３および弁手段１４を
介して混合ガスが供給される。また、循環ライン１２中
の混合ガスの一部は、フレキシブル管１５を介して導入
される流量計１７で流量を計測されてブロア１８で引き
込まれ、混合ガスを再生する再生装置本体２４に導入さ
れる。導入された混合ガスには、ＣＯやＯ2及びＮＯXが
含まれている。このときＣＯとＯ2はＣＯ＋Ｏ2→ＣＯ2
の酸化反応が行われる。この反応のように、単にＣＯ2
を再生するだけであれば、分離ガスを含む混合ガスを貴
金属からなる触媒に低温で通して反応させればよいが、
ＮＯXが含まれると、該ＮＯXは触媒面活性点に吸着され
触媒の能力を低下させるので、このような触媒の能力低
下を妨ぐため混合ガスを２００℃以上に加熱する必要が
ある。
質であるＨｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスを循環させる循環ラ
イン１２と、この循環ライン１２内で前記混合ガスを循
環するためのブロアや、混合ガスを冷却する冷却装置、
及び混合ガスを励起するための電極等を有する。なお、
前記循環ライン１２には、混合ガス源（図示せず）から
マスフローコントロールバルブ１３および弁手段１４を
介して混合ガスが供給される。また、循環ライン１２中
の混合ガスの一部は、フレキシブル管１５を介して導入
される流量計１７で流量を計測されてブロア１８で引き
込まれ、混合ガスを再生する再生装置本体２４に導入さ
れる。導入された混合ガスには、ＣＯやＯ2及びＮＯXが
含まれている。このときＣＯとＯ2はＣＯ＋Ｏ2→ＣＯ2
の酸化反応が行われる。この反応のように、単にＣＯ2
を再生するだけであれば、分離ガスを含む混合ガスを貴
金属からなる触媒に低温で通して反応させればよいが、
ＮＯXが含まれると、該ＮＯXは触媒面活性点に吸着され
触媒の能力を低下させるので、このような触媒の能力低
下を妨ぐため混合ガスを２００℃以上に加熱する必要が
ある。
【０００７】混合ガスは、熱交換器１９により予熱され
たあと、２００℃〜５００℃に加熱した触媒を充填した
反応器２１に導入され、該反応器２１でＣＯ2に再生さ
れる。反応器２１を通った再生ガスは、熱を有効利用す
るため、熱交換器１９に導入され、混合ガスを予熱する
熱源として熱交換してから、冷却器２２により作動ガス
温度３５℃程度に冷却され、フィルタ２３により除塵さ
れフレキシブル管１６を介して炭酸ガスレーザ本体１１
の循環ライン１２に戻される。
たあと、２００℃〜５００℃に加熱した触媒を充填した
反応器２１に導入され、該反応器２１でＣＯ2に再生さ
れる。反応器２１を通った再生ガスは、熱を有効利用す
るため、熱交換器１９に導入され、混合ガスを予熱する
熱源として熱交換してから、冷却器２２により作動ガス
温度３５℃程度に冷却され、フィルタ２３により除塵さ
れフレキシブル管１６を介して炭酸ガスレーザ本体１１
の循環ライン１２に戻される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
炭酸ガスレーザのガス再生装置では、炭酸ガスレーザ装
置本体と、再生装置本体とは別体となっている。炭酸ガ
スレーザを発振するための混合ガスの作動ガス温度は３
５℃程度に保つ必要があるが、触媒が長期間安定に作動
ガスを再生するために、反応器の温度を２００〜５００
℃に昇温する。冷却器は、作動ガス温度と反応器との温
度差に応じて大きくなるので、炭酸ガスレーザ装置に対
し再生装置本体が大きくなり、全体として大形となる。
この結果、設置するための場所をとるのでコンパクト化
するには問題があった。また、これを小型の装置に適用
すると、熱交換器，反広器，冷却器，フィルタ等は各々
独立しているので、処理ガス量が小さくなっても装置が
複雑で処理用に見合った小型化ができず、混合ガスを強
制送風するためにブロアを設置しなければならないが、
処理ガスが小量であると熱損失による温度降下が大きい
ので、装置が煩雑で小形化ができないと、熱損失の影響
が大きくなってしまう。更には、レーザ発生装置に較べ
て再生装置が大きくなり、全体として高価になってしま
う等の問題があった。
炭酸ガスレーザのガス再生装置では、炭酸ガスレーザ装
置本体と、再生装置本体とは別体となっている。炭酸ガ
スレーザを発振するための混合ガスの作動ガス温度は３
５℃程度に保つ必要があるが、触媒が長期間安定に作動
ガスを再生するために、反応器の温度を２００〜５００
℃に昇温する。冷却器は、作動ガス温度と反応器との温
度差に応じて大きくなるので、炭酸ガスレーザ装置に対
し再生装置本体が大きくなり、全体として大形となる。
この結果、設置するための場所をとるのでコンパクト化
するには問題があった。また、これを小型の装置に適用
すると、熱交換器，反広器，冷却器，フィルタ等は各々
独立しているので、処理ガス量が小さくなっても装置が
複雑で処理用に見合った小型化ができず、混合ガスを強
制送風するためにブロアを設置しなければならないが、
処理ガスが小量であると熱損失による温度降下が大きい
ので、装置が煩雑で小形化ができないと、熱損失の影響
が大きくなってしまう。更には、レーザ発生装置に較べ
て再生装置が大きくなり、全体として高価になってしま
う等の問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）二酸化炭素を含む混合ガスを循環
するためのブロアを有する循環ラインと、前記混合ガス
の循環流量を調節するための流量調整手段と、前記混合
ガスを冷却する冷却手段と、電極と、前記混合ガスを励
起する電源とからなり、前記電極に電源を印加してレー
ザを発振する炭酸ガスレーザ装置において、前記循環ラ
イン内を流れる混合ガスの一部を引き込むブロアと、前
記混合ガスを予熱するヒータと、前記混合ガスがレーザ
発振中に該混合ガスと異なるガス組成に変化した組成変
化ガスを、実質的にもとの混合ガス成分に再生するよう
に反応を促進する触媒とを、順次管路内一体に形成した
分岐管を、前記炭酸ガスレーザ装置の本体に着脱可能に
並列接続したこと、更には、（２）前記（１）におい
て、ヒータと、触媒とを一体に装着し、炭酸ガスレーザ
装置本体内に配設され混合ガスが循環する循環ラインに
並列で、該炭酸ガスレーザ装置本体に着脱可能に接続さ
れる分岐管と、前記循環ラインと分岐管とを流れる混合
ガスの流量比を所定値に調整する流量調整手段とを有す
ること、更には、（３）前記（１）または（２）におい
て、循環ラインと分岐管とを流れる混合ガス流量比を１
０〜０.０１、好ましくは、１〜０.０２としたことを特
徴とするものである。
決するために、（１）二酸化炭素を含む混合ガスを循環
するためのブロアを有する循環ラインと、前記混合ガス
の循環流量を調節するための流量調整手段と、前記混合
ガスを冷却する冷却手段と、電極と、前記混合ガスを励
起する電源とからなり、前記電極に電源を印加してレー
ザを発振する炭酸ガスレーザ装置において、前記循環ラ
イン内を流れる混合ガスの一部を引き込むブロアと、前
記混合ガスを予熱するヒータと、前記混合ガスがレーザ
発振中に該混合ガスと異なるガス組成に変化した組成変
化ガスを、実質的にもとの混合ガス成分に再生するよう
に反応を促進する触媒とを、順次管路内一体に形成した
分岐管を、前記炭酸ガスレーザ装置の本体に着脱可能に
並列接続したこと、更には、（２）前記（１）におい
て、ヒータと、触媒とを一体に装着し、炭酸ガスレーザ
装置本体内に配設され混合ガスが循環する循環ラインに
並列で、該炭酸ガスレーザ装置本体に着脱可能に接続さ
れる分岐管と、前記循環ラインと分岐管とを流れる混合
ガスの流量比を所定値に調整する流量調整手段とを有す
ること、更には、（３）前記（１）または（２）におい
て、循環ラインと分岐管とを流れる混合ガス流量比を１
０〜０.０１、好ましくは、１〜０.０２としたことを特
徴とするものである。
【００１０】
【作用】Ｈｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスをレーザ媒質とする
炭酸ガスレーザ装置では、前記混合ガスを循環する循環
ラインがあり、混合ガスは、ブロアにより循環して混合
ガスの作動ガス温度である３５℃に冷却器で維持され
る。レーザ発振動作中では、混合ガスの一部にＣＯ，Ｏ
2，ＮＯX等の組成変化を生じ、レーザ出力が低下するの
で、従来は別置された再生装置に混合ガスの一部を導入
して組成変化した混合ガスを再生しているが、本発明に
おいては、まず、前記混合ガスの循環ラインに並列一体
に混合ガスを再生する分岐管を取り付けて、該分岐管内
に循環ラインから混合ガスの一部をブロアにより導入さ
れ、次に、導入されたガスはＮＯXの付着により触媒効
率が低下するのを防ぐためヒータで加熱し、加熱後触媒
で混合ガスを再生して再生した混合ガスを循環ラインに
戻す。このため、循環ライン内を流れる組成が変化した
組成変化ガスは徐々に再生され小形で熱消費の少ない長
期安定した発振が可能となる。
炭酸ガスレーザ装置では、前記混合ガスを循環する循環
ラインがあり、混合ガスは、ブロアにより循環して混合
ガスの作動ガス温度である３５℃に冷却器で維持され
る。レーザ発振動作中では、混合ガスの一部にＣＯ，Ｏ
2，ＮＯX等の組成変化を生じ、レーザ出力が低下するの
で、従来は別置された再生装置に混合ガスの一部を導入
して組成変化した混合ガスを再生しているが、本発明に
おいては、まず、前記混合ガスの循環ラインに並列一体
に混合ガスを再生する分岐管を取り付けて、該分岐管内
に循環ラインから混合ガスの一部をブロアにより導入さ
れ、次に、導入されたガスはＮＯXの付着により触媒効
率が低下するのを防ぐためヒータで加熱し、加熱後触媒
で混合ガスを再生して再生した混合ガスを循環ラインに
戻す。このため、循環ライン内を流れる組成が変化した
組成変化ガスは徐々に再生され小形で熱消費の少ない長
期安定した発振が可能となる。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明における炭酸ガスレーザのガ
ス再生装置を適用した炭酸ガスレーザ発振装置の１例を
説明するための図で、図中、１はレーザ本体、２は分岐
管、３は管路、１０は炭酸ガスレーザ装置である。
ス再生装置を適用した炭酸ガスレーザ発振装置の１例を
説明するための図で、図中、１はレーザ本体、２は分岐
管、３は管路、１０は炭酸ガスレーザ装置である。
【００１２】炭酸ガスレーザ装置本体１０は、レーザ本
体１と分岐管（ガス再生装置）とを管路３で一体に接続
したもので、レーザ本体１は、Ｈｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガ
スを循環する循環路（図示せず）と該循環路内を混合ガ
スを循環させるためのブロア（図示せず）と循環中の混
合ガスを冷却する冷却器（図示せず）及び混合ガスを励
起するための電源を印加する電極等を有し、励起された
混合ガスの誘導放射された光を光増幅するための反射鏡
（図示せず）等を有している。レーザ本体１の循環路に
は分岐管２が着脱可能に装着されている。すなわち、分
岐管２は管路３の取付フランジに直列に接続された弁手
段（図示せず）により、分岐管２に循環路から分岐され
る混合ガスを遮断してガス漏れすることなく取外しが可
能となっている。
体１と分岐管（ガス再生装置）とを管路３で一体に接続
したもので、レーザ本体１は、Ｈｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガ
スを循環する循環路（図示せず）と該循環路内を混合ガ
スを循環させるためのブロア（図示せず）と循環中の混
合ガスを冷却する冷却器（図示せず）及び混合ガスを励
起するための電源を印加する電極等を有し、励起された
混合ガスの誘導放射された光を光増幅するための反射鏡
（図示せず）等を有している。レーザ本体１の循環路に
は分岐管２が着脱可能に装着されている。すなわち、分
岐管２は管路３の取付フランジに直列に接続された弁手
段（図示せず）により、分岐管２に循環路から分岐され
る混合ガスを遮断してガス漏れすることなく取外しが可
能となっている。
【００１３】図２（ａ）,（ｂ）は、本発明における炭
酸ガスレーザのガス再生装置の分岐管の詳細を説明する
ための図で、（ａ）図はガスの流れ方向の構成図、
（ｂ）図は（ａ）図の矢視Ｂ−Ｂ線断面図であり、図
中、４はブロア、５はヒータ部、６は解媒充填層、７は
セラミックスヒータ、８はステンレスメツシュである。
酸ガスレーザのガス再生装置の分岐管の詳細を説明する
ための図で、（ａ）図はガスの流れ方向の構成図、
（ｂ）図は（ａ）図の矢視Ｂ−Ｂ線断面図であり、図
中、４はブロア、５はヒータ部、６は解媒充填層、７は
セラミックスヒータ、８はステンレスメツシュである。
【００１４】分岐管２の中には、レーザ本体１から混合
ガスを分岐管２に引き込むためのブロア４と、混合ガス
を加熱するヒータ５と、加熱された混合ガスをもとの混
合ガス成分に変換するための触媒充填層６とが一体に収
納されている。
ガスを分岐管２に引き込むためのブロア４と、混合ガス
を加熱するヒータ５と、加熱された混合ガスをもとの混
合ガス成分に変換するための触媒充填層６とが一体に収
納されている。
【００１５】前述のように、炭酸ガスレーザのガス再生
装置は、分岐管２内にヒータ部５と触媒６と、このヒー
タ部５と触媒６とにレーザ本体１から混合ガスを分岐管
２内に引き込むブロア４とを一体に収納し、ヒータ部５
は分岐管２の軸に平行に離間して配設された板状のセラ
ミックスヒータ７と、各々のセラミックスヒータ７の間
に充填されたステンレスメッシュ８とからなっている。
セラミックスヒータ７はＡｌ2Ｏ3（アルミナ）やＡｌＮ
（窒化アルミニウム）等の基板に導電性のペースト、例
えば、Ｐｔ−Ｐｄ（白金−パラジューム）ペーストをパ
ターン印刷後、燒付ることにより抵抗体を配設し、その
上をガラスなどの電気絶縁体で被覆して、さらに多孔質
のセラミックスをコーティングしたものである。また、
ステンレスメッシュは混合ガスが流通できるようにステ
ンレスを網状１００メッシュに形成したもので、セラミ
ックスヒータ７の熱を効率よく混合ガスに熱拡散する機
能を有する。
装置は、分岐管２内にヒータ部５と触媒６と、このヒー
タ部５と触媒６とにレーザ本体１から混合ガスを分岐管
２内に引き込むブロア４とを一体に収納し、ヒータ部５
は分岐管２の軸に平行に離間して配設された板状のセラ
ミックスヒータ７と、各々のセラミックスヒータ７の間
に充填されたステンレスメッシュ８とからなっている。
セラミックスヒータ７はＡｌ2Ｏ3（アルミナ）やＡｌＮ
（窒化アルミニウム）等の基板に導電性のペースト、例
えば、Ｐｔ−Ｐｄ（白金−パラジューム）ペーストをパ
ターン印刷後、燒付ることにより抵抗体を配設し、その
上をガラスなどの電気絶縁体で被覆して、さらに多孔質
のセラミックスをコーティングしたものである。また、
ステンレスメッシュは混合ガスが流通できるようにステ
ンレスを網状１００メッシュに形成したもので、セラミ
ックスヒータ７の熱を効率よく混合ガスに熱拡散する機
能を有する。
【００１６】Ｈｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスの再生用とし
て、触媒充填層６には、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの貴金属
が有効で、触媒充填層１２は、例えば、通気可能な多孔
質のハニカムγ−Ａｌ2Ｏ3セラミックスまたはコージラ
イトにＨ2ＰｔＣｌ6の水溶液を含浸させた後、引き上げ
て１００〜３００℃の温度で乾燥させ、更に、４００〜
６５０℃の温度で燒成することにより調整される。
て、触媒充填層６には、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの貴金属
が有効で、触媒充填層１２は、例えば、通気可能な多孔
質のハニカムγ−Ａｌ2Ｏ3セラミックスまたはコージラ
イトにＨ2ＰｔＣｌ6の水溶液を含浸させた後、引き上げ
て１００〜３００℃の温度で乾燥させ、更に、４００〜
６５０℃の温度で燒成することにより調整される。
【００１７】次に、上述のように形成された炭酸ガスレ
ーザのガス再生装置である分岐管２の動作を説明する。
まず、レーザ本体１の循環ラインを循環している混合ガ
スの一部をブロア４で分岐管２に導入する。導入された
混合ガスは、レーサ本体１内で放電によりＣＯ2は一部
ＣＯとＯ2に分離され、更に、Ｎ2は先に分離されたＯ2
と反応し、一部ＮＯXを形成する。これらの混合ガスは
ヒータ部５で加熱されたステンレスメッシュ８を通過す
るとき熱交換されて２００℃程度に加熱される。加熱さ
れた混合ガスのＣＯとＯ2とは、ＣＯ＋Ｏ2→ＣＯ2の酸
化反応によりＣＯ2に再結合される。一方、生成したＮ
ＯXは、混合ガス温度が低いときは触媒６の活性点に強
吸着され、ＣＯとＯ2の反応率が低下するが、触媒６が
２００℃以上の温度に加熱すると、反応率を低下させる
ことがなく、上記の反応のように分離ガスの再結合が行
われる。
ーザのガス再生装置である分岐管２の動作を説明する。
まず、レーザ本体１の循環ラインを循環している混合ガ
スの一部をブロア４で分岐管２に導入する。導入された
混合ガスは、レーサ本体１内で放電によりＣＯ2は一部
ＣＯとＯ2に分離され、更に、Ｎ2は先に分離されたＯ2
と反応し、一部ＮＯXを形成する。これらの混合ガスは
ヒータ部５で加熱されたステンレスメッシュ８を通過す
るとき熱交換されて２００℃程度に加熱される。加熱さ
れた混合ガスのＣＯとＯ2とは、ＣＯ＋Ｏ2→ＣＯ2の酸
化反応によりＣＯ2に再結合される。一方、生成したＮ
ＯXは、混合ガス温度が低いときは触媒６の活性点に強
吸着され、ＣＯとＯ2の反応率が低下するが、触媒６が
２００℃以上の温度に加熱すると、反応率を低下させる
ことがなく、上記の反応のように分離ガスの再結合が行
われる。
【００１８】なお、本発明の炭酸ガスレーザのガス再生
装置では、上述においては分岐管２内に混合ガスを導入
するためにブロア４を用いたが、特別にブロア４のよう
な混合ガス吸引手段を用いずに混合ガスの循環ラインと
並列に接続された分岐管２との間の圧力差を付加し、こ
の圧力差に基いて混合ガスが分岐管２内を流れるように
してもよい。このために、圧力調整板等の差圧発生手段
を循環ラインに配設する。
装置では、上述においては分岐管２内に混合ガスを導入
するためにブロア４を用いたが、特別にブロア４のよう
な混合ガス吸引手段を用いずに混合ガスの循環ラインと
並列に接続された分岐管２との間の圧力差を付加し、こ
の圧力差に基いて混合ガスが分岐管２内を流れるように
してもよい。このために、圧力調整板等の差圧発生手段
を循環ラインに配設する。
【００１９】上述のように、本発明の炭酸ガスレーザの
ガス再生装置によると、混合ガスの循環ラインの中から
一部の混合ガスを導入し、触媒６により、ＣＯ2に再結
合する反応を絶えず繰返しているが、長時間安定に再結
合を行うための分岐管２に流れる分流と、循環流である
主流との比、分流／主流の値を１０／１〜１／１００、
即ち、１０〜０.０１とし、好ましくは１／１〜１／５
０、即ち、１〜０.０２を選べばよいことが実験により
確かめられている。
ガス再生装置によると、混合ガスの循環ラインの中から
一部の混合ガスを導入し、触媒６により、ＣＯ2に再結
合する反応を絶えず繰返しているが、長時間安定に再結
合を行うための分岐管２に流れる分流と、循環流である
主流との比、分流／主流の値を１０／１〜１／１００、
即ち、１０〜０.０１とし、好ましくは１／１〜１／５
０、即ち、１〜０.０２を選べばよいことが実験により
確かめられている。
【００２０】以下、実験に基いて、本発明の炭酸ガスレ
ーザのガス再生装置を用いた実施例と、本発明によらな
い従来の方法による比較例との効果を比較してみる。
ーザのガス再生装置を用いた実施例と、本発明によらな
い従来の方法による比較例との効果を比較してみる。
【００２１】（１）実施例−１ 炭酸ガスレーザ発生機本体にＣＯ2：Ｎ2：Ｈｅ＝１：
１：８の混合ガスを封入し循環して１００ｐｐｓ，５Ｋ
Ｗの出力を得るような運転をしながら、循環する混合ガ
スの一部を分岐して分岐ライン２に導き、２５０℃，Ｓ
Ｖ（Space Velocity）＝１００００ １／Ｈｒで再生し
た後、再生ガスを循環ラインに戻す運転を行った。この
ときのレーザ内部循環ガス流量は、１２０Ｎｍ3／Ｈ
ｒ、分岐ガス流量は、１０ｍ3／Ｈｒで、触媒６はＰｔ
＝０.５ｗｔ％担持のハニカム触媒を用いた。この結
果、運転開始数分の間、ＣＯ，Ｏ2の増加が認められた
が、５分以降は、ＣＯ＜３０００ｐｐｍ，０2＜１５０
０ｐｐｍでほぼ一定の濃度が維持された。レーザ出力も
初期レーザ出力に対して約９８％でその後、一定になり
出力の低下は見られなかった。
１：８の混合ガスを封入し循環して１００ｐｐｓ，５Ｋ
Ｗの出力を得るような運転をしながら、循環する混合ガ
スの一部を分岐して分岐ライン２に導き、２５０℃，Ｓ
Ｖ（Space Velocity）＝１００００ １／Ｈｒで再生し
た後、再生ガスを循環ラインに戻す運転を行った。この
ときのレーザ内部循環ガス流量は、１２０Ｎｍ3／Ｈ
ｒ、分岐ガス流量は、１０ｍ3／Ｈｒで、触媒６はＰｔ
＝０.５ｗｔ％担持のハニカム触媒を用いた。この結
果、運転開始数分の間、ＣＯ，Ｏ2の増加が認められた
が、５分以降は、ＣＯ＜３０００ｐｐｍ，０2＜１５０
０ｐｐｍでほぼ一定の濃度が維持された。レーザ出力も
初期レーザ出力に対して約９８％でその後、一定になり
出力の低下は見られなかった。
【００２２】これに対して、 （２）比較例−１ 分岐管２を有しない従来の炭酸ガスレーザ装置に実施例
−１と同一組成の混合ガスを用いて、同一の運転条件で
封じ切り、運転しながらガス組成を分析したところ、数
分でＣＯ，Ｏ2がそれぞれ１％，０.５％ＮＯXが１５０p
pmを越えてしまい、出力の低下が大きくなった。ガスの
レーザ内部循環流量は１２０Ｎｍ3／Ｈｒであった。
−１と同一組成の混合ガスを用いて、同一の運転条件で
封じ切り、運転しながらガス組成を分析したところ、数
分でＣＯ，Ｏ2がそれぞれ１％，０.５％ＮＯXが１５０p
pmを越えてしまい、出力の低下が大きくなった。ガスの
レーザ内部循環流量は１２０Ｎｍ3／Ｈｒであった。
【００２３】（３）比較例−２ 比較例−１のガス循環ラインに、実施例−１で使用した
触媒６と同じ触媒（１リッタ）を分岐管２内に設置し
た。レーザは封じ切り運転、ガス再生の条件は ＳＶ＝10,000 １／ｈ 触媒層入口温度＝２００℃ の組合せで試験した。この結果、ガス不純物濃度は以下
の表１に示すごとくなった。
触媒６と同じ触媒（１リッタ）を分岐管２内に設置し
た。レーザは封じ切り運転、ガス再生の条件は ＳＶ＝10,000 １／ｈ 触媒層入口温度＝２００℃ の組合せで試験した。この結果、ガス不純物濃度は以下
の表１に示すごとくなった。
【００２４】
【表１】
【００２５】もし、ガスは再生しないと、チャンバー内
のＯ2濃度は、 ３００pps 8000＜ppm／min １００pps 3000＜ppm／min となり、封じ切りでは短時間で運転不能となる。しか
し、上記表１でも判るように、分岐管２でガス再生する
ことにより、レーザチャンバー内のＯ2濃度は低く抑え
ることができ、フレッシュガスを入れ換えることなく、
長時間の運転を可能にした。
のＯ2濃度は、 ３００pps 8000＜ppm／min １００pps 3000＜ppm／min となり、封じ切りでは短時間で運転不能となる。しか
し、上記表１でも判るように、分岐管２でガス再生する
ことにより、レーザチャンバー内のＯ2濃度は低く抑え
ることができ、フレッシュガスを入れ換えることなく、
長時間の運転を可能にした。
【００２６】図３は、本発明のガス再生装置がある場合
とガス再生装置がない場合の出力の出力の時間経過を示
す図で、縦軸に出力、横軸に時間（分）を示している。
図示の如く、分岐管２でガス再生する場合は、時間が経
過しても出力低下はないが、分岐管２がない場合は急激
に出力が低下する。特に、大出力の場合の出力低下速度
は大きくなる。
とガス再生装置がない場合の出力の出力の時間経過を示
す図で、縦軸に出力、横軸に時間（分）を示している。
図示の如く、分岐管２でガス再生する場合は、時間が経
過しても出力低下はないが、分岐管２がない場合は急激
に出力が低下する。特に、大出力の場合の出力低下速度
は大きくなる。
【００２７】（４）比較例−３ 再生装置の大きさの比較を表２に示す。
【００２８】
【表２】
【００２９】表２に示すように、レーザと再生装置を一
体型にすることにより、装置の形状のコンパクト化が向
上するのみならず、レーザの効率化やユーティリティー
コストの低減化が実現できた。
体型にすることにより、装置の形状のコンパクト化が向
上するのみならず、レーザの効率化やユーティリティー
コストの低減化が実現できた。
【００３０】上述の実験結果によると、 （１）混合ガスの全量をガス再生装置にかけなくとも、
循環ライン中の混合ガス中のＯ2，ＣＯの濃度を低減で
き、循環ガスの一部を分岐して、再生して循環ラインに
戻して不純ガスを一定濃度以下に抑え得る。 （２）炭酸ガスレーザの混合ガスの中の一部は運転中に
分解してレーザ出力を低下させる。 （３）再生反応は、レーザ運転温度よりある程度高くし
ないと実用的な速度にならない。 ことが判明した。
循環ライン中の混合ガス中のＯ2，ＣＯの濃度を低減で
き、循環ガスの一部を分岐して、再生して循環ラインに
戻して不純ガスを一定濃度以下に抑え得る。 （２）炭酸ガスレーザの混合ガスの中の一部は運転中に
分解してレーザ出力を低下させる。 （３）再生反応は、レーザ運転温度よりある程度高くし
ないと実用的な速度にならない。 ことが判明した。
【００３１】
【効果】以上の説明から明らかなように、従来、ブロア
と加熱器および触媒層が別置きとなり、装置が大型にな
ったが、本発明によれば、ブロアとヒータおよび触媒の
一体型ガス再生装置に混合ガスの一部を流し、昇温し、
触媒で再結合させることにより混合ガスに含まれる混合
ガス中のＣＯ2から分解したＯ2とＣＯが再結合し、一
方、ＮＯxはＣＯと還元反応が起こり、Ｎ2とＣＯ2に再
生されるので、装置が小型化できるという効果がある。
更に、循環ライン中の圧力損失も小さく、熱効率もよい
ため、エネルギーの使用効果が向上する。
と加熱器および触媒層が別置きとなり、装置が大型にな
ったが、本発明によれば、ブロアとヒータおよび触媒の
一体型ガス再生装置に混合ガスの一部を流し、昇温し、
触媒で再結合させることにより混合ガスに含まれる混合
ガス中のＣＯ2から分解したＯ2とＣＯが再結合し、一
方、ＮＯxはＣＯと還元反応が起こり、Ｎ2とＣＯ2に再
生されるので、装置が小型化できるという効果がある。
更に、循環ライン中の圧力損失も小さく、熱効率もよい
ため、エネルギーの使用効果が向上する。
【図１】 本発明における炭酸ガスレーザのガス再生装
置を適用した炭酸ガスレーザ発振装置の１例を説明する
ための図である。
置を適用した炭酸ガスレーザ発振装置の１例を説明する
ための図である。
【図２】 本発明における炭酸ガスレーザのガス再生装
置の詳細を説明するための図である。
置の詳細を説明するための図である。
【図３】 従来の炭酸ガスレーザのガス再生装置を説明
するためのブロック図である。
するためのブロック図である。
【図４】 従来の炭酸ガスレーザのガス再生装置を説明
するためのブロック図である。
するためのブロック図である。
１…レーザ本体、２…分岐管、３…管路、４…ブロア、
５…ヒータ部、６…解媒充填層、７…セラミックスヒー
タ、８…ステンレスメツシュ、１０…炭酸ガスレーザ装
置。
５…ヒータ部、６…解媒充填層、７…セラミックスヒー
タ、８…ステンレスメツシュ、１０…炭酸ガスレーザ装
置。
───────────────────────────────────────────────────── 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 揮株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 二酸化炭素を含む混合ガスを循環するた
めのブロアを有する循環ラインと、前記混合ガスの循環
流量を調節するための流量調整手段と、前記混合ガスを
冷却する冷却手段と、電極と、前記混合ガスを励起する
電源とからなり、前記電極に電源を印加してレーザを発
振する炭酸ガスレーザ装置において、前記循環ライン内
を流れる混合ガスの一部を引き込むブロアと、前記混合
ガスを予熱するヒータと、前記混合ガスがレーザ発振中
に該混合ガスと異なるガス組成に変化した組成変化ガス
を、実質的にもとの混合ガス成分に再生するように反応
を促進する触媒とを、順次管路内一体に形成した分岐管
を、前記炭酸ガスレーザ装置の本体に着脱可能に並列接
続したことを特徴とする炭酸ガスレーザのガス再生装
置。 - 【請求項２】 ヒータと、触媒とを一体に装着し、炭酸
ガスレーザ装置本体内に配設され混合ガスが循環する循
環ラインに並列で、該炭酸ガスレーザ装置本体に着脱可
能に接続される分岐管と、前記循環ラインと分岐管とを
流れる混合ガスの流量比を所定値に調整する流量調整手
段とを有することを特徴とする請求項１記載の炭酸ガス
レーザのガス再生装置。 - 【請求項３】 循環ラインと分岐管とを流れる混合ガス
流量比を１０〜０.０１、好ましくは、１〜０.０２とし
たことを特徴とする請求項１又は２に記載の炭酸ガスレ
ーザのガス再生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35663592A JPH06188485A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 炭酸ガスレーザのガス再生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35663592A JPH06188485A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 炭酸ガスレーザのガス再生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188485A true JPH06188485A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18450015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35663592A Pending JPH06188485A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 炭酸ガスレーザのガス再生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188485A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202009014259U1 (de) | 2008-10-21 | 2010-02-25 | Zander Aufbereitungstechnik Gmbh | Vorrichtung zur katalytischen Oxidation von in CO2-Laserschweiß- und Schneidanlagen verwendeten Lasergasen |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5731186A (en) * | 1980-08-01 | 1982-02-19 | Nec Corp | Gas regenerating circulator for co2 laser |
| JPS58201385A (ja) * | 1982-05-19 | 1983-11-24 | Mochida Pharmaceut Co Ltd | 封じ切り型ｃｏ↓２レ−ザ−発振管 |
| JPS5931089A (ja) * | 1982-02-25 | 1984-02-18 | Mochida Pharmaceut Co Ltd | レ−ザ−発振管におけるｃｏ酸化装置 |
| JPS5936990A (ja) * | 1982-08-25 | 1984-02-29 | Hitachi Ltd | 集塵装置付炭酸ガスレ−ザ装置 |
| JPS63316492A (ja) * | 1987-06-19 | 1988-12-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 炭酸ガスレ−ザ発振装置 |
| JPS6415991A (en) * | 1987-07-10 | 1989-01-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Catalyst for purification of oscillation medium of carbon dioxide laser |
| JPH03183177A (ja) * | 1989-12-12 | 1991-08-09 | Toshiba Corp | ガスレーザ発振装置 |
-
1992
- 1992-12-21 JP JP35663592A patent/JPH06188485A/ja active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5731186A (en) * | 1980-08-01 | 1982-02-19 | Nec Corp | Gas regenerating circulator for co2 laser |
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| JPS63316492A (ja) * | 1987-06-19 | 1988-12-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 炭酸ガスレ−ザ発振装置 |
| JPS6415991A (en) * | 1987-07-10 | 1989-01-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Catalyst for purification of oscillation medium of carbon dioxide laser |
| JPH03183177A (ja) * | 1989-12-12 | 1991-08-09 | Toshiba Corp | ガスレーザ発振装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202009014259U1 (de) | 2008-10-21 | 2010-02-25 | Zander Aufbereitungstechnik Gmbh | Vorrichtung zur katalytischen Oxidation von in CO2-Laserschweiß- und Schneidanlagen verwendeten Lasergasen |
| EP2179778A1 (de) | 2008-10-21 | 2010-04-28 | Zander Aufbereitungstechnik GmbH | Vorrichtung und Verfahren zur katalytischen Oxidation von in CO2-Laserschweiß- und schneidanlagen verwendeten Lasergasen |
| DE102008052617A1 (de) | 2008-10-21 | 2010-04-29 | Zander Aufbereitungstechnik Gmbh | Vorrichtung zur katalytischen Oxidation von in CO2-Laserschweiß- und schneidanlagen verwendeten Lasergasen |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980331 |