(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ装置と、
特定の励起対象物質の波長となるように校正する波長校正装置と、
該校正されたレーザ光を増幅する増幅器と、
前記励起対象物質が内部に導入されると共に内面に反射ミラーを設けられて軸方向に亙ってレーザ光が複屈折するフレキシブルな管からなる反応チューブと
を備え、
前記励起対象物質がＯ2 、ＣＨ4 、Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 、ＮＨ3 のいずれかであり、
前記励起対象物質が内部に導入された前記反応チューブ内に前記励起対象物質の波長となった増幅した前記レーザ光を導入して、当該反応チューブ内の反応を制御する
ことを特徴とする反応制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記反応チューブの軸方向に沿って所定間隔を有して前記レーザ光を供給できるように前記半導体レーザ装置を二台設けて、反応効率を向上させる
ことを特徴とする反応制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記波長校正装置が、
前記励起対象物質を封入されると共に、前記半導体レーザ装置からのレーザ光を内部に照射される容器と、
前記容器内に照射された前記レーザ光の透過光強度を測定する光検出器と
を備え、
前記光検出器で測定された透過光強度のピークが設定波長となるように温度及び電流を調整して波長を校正する
ことを特徴とする反応制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種反応をレーザ光により制御する反応制御装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来においては、例えば化学反応を制御するには温度、圧力等の各種パラメータを変更して効率的な反応を行うようにしている。
また、化学反応を促進するには触媒等を添加することも提案されている。
【０００３】
また、燃焼器においては、例えば燃料ノズルから噴霧される燃料に着火して安定した火炎とすることが求められているが、低ＮＯｘ化に伴い、希薄燃焼する場合、例えば燃焼が不安定となるという問題がある。
【０００４】
よって、燃焼が不安定となった場合に、未利用のＯ2 分を補助的に着火できることが求められている。
【０００５】
また、各種反応においても、反応の自由度の高い装置が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑み、各種反応をレーザ光により制御する反応制御装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、半導体レーザ装置と、特定の励起対象物質の波長となるように校正する波長校正装置と、該校正されたレーザ光を増幅する増幅器と、前記励起対象物質が内部に導入されると共に内面に反射ミラーを設けられて軸方向に亙ってレーザ光が複屈折するフレキシブルな管からなる反応チューブとを備え、前記励起対象物質がＯ2 、ＣＨ4 、Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 、ＮＨ3 のいずれかであり、前記励起対象物質が内部に導入された前記反応チューブ内に前記励起対象物質の波長となった増幅した前記レーザ光を導入して、当該反応チューブ内の反応を制御することを特徴とする反応制御装置にある。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記反応チューブの軸方向に沿って所定間隔を有して前記レーザ光を供給できるように前記半導体レーザ装置を二台設けて、反応効率を向上させることを特徴とする反応制御装置にある。
【００１５】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記波長校正装置が、前記励起対象物質を封入されると共に、前記半導体レーザ装置からのレーザ光を内部に照射される容器と、前記容器内に照射された前記レーザ光の透過光強度を測定する光検出器とを備え、前記光検出器で測定された透過光強度のピークが設定波長となるように温度及び電流を調整して波長を校正することを特徴とする反応制御装置にある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明による反応制御装置の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
［第１の実施の形態］
本発明の反応制御装置は、増幅した半導体レーザ光を用い、気体中のＯ2 、ＣＨ4 、Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 、ＮＨ3 等の励起対象物質を励起し、エネルギー状態の高い分子を生成し、例えば燃焼等の反応制御を行うようにしたものである。
【００１９】
図１に本実施の形態の反応制御を適用して実施の形態を示す。
図１に示すように、本実施の形態の反応制御装置１０は、シングルモード半導体レーザ発振装置１１と、特定の励起対象物質の波長となるように校正する波長校正装置１２と、該校正されたレーザ光１１を増幅する光増幅用半導体レーザ１３を各々備えた第１及び第２の増幅器１４，１５と、特定の励起対象物質（Ｏ2 ）の波長となって増幅したレーザ光１６を反応場１７に導入する導入手段（光ファイバ）１８とからなり、反応場１７の反応を制御するようにしたものである。
【００２０】
上記反応場１７における励起対象物質としては、例えばＯ2 、ＣＨ4 、Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 、ＮＨ3 等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
図８乃至図１２は上記励起対象物質の相対光吸収強度と波長との関係を示すグラフである。
このグラフから求めた励起対象物質の特定の光強度が高い波長を選定し、該光強度が高い波長のレーザ光を供給することで、反応場において当該対象物質を励起させることができる。
【００２２】
上記波長の校正を行う波長校正装置１２の概略を図２に示す。
図２（Ａ）に示すように、波長校正装置１２は励起させたい対象物（例えばＯ2 ）２１を容器２２に封入し、光ファイバからのレーザ光１１を光検出器２３によりその透過光強度を測定するものである。そして、図２（Ｂ）に示すように、この透過光強度のピークが設定波長となるように波長を校正するようにしている。なお、この波長の校正は温度と電流とにより調整することができる。
【００２３】
また、増幅したレーザ光を光ファイバにおいて転送する場合において、最大光強度に制限がある場合には、図３に示すように、第２の半導体レーザ光増幅器１５からの増幅されたレーザ光を第３の半導体レーザ光増幅器１９へ光ファイバで転送し、この増幅器１９において光増幅用の半導体レーザ１３で増幅して反応場１７へ導くようにすればよい。
【００２４】
上記反応場としては、例えば燃焼器や、各種合成器を挙げることができる。
【００２５】
［燃焼器に適用した具体例］
図４に燃焼器に本発明の反応制御を適用した実施の形態を示す。
図４に示すように、本実施の形態の燃焼器は、上述した図１に示すような反応制御装置１０Ａ、１０Ｂと、上記励起対象物質がＯ2 とすると共に、上記反応場１７が燃料ノズル３１と火炎筒３２からなる燃焼器３３であり、上記筒３２内にレーザ光を多重反射する多重反射ミラー３４が設けられている。
【００２６】
上記火炎筒３２内に導入されるレーザ装置は上述した第１のレーザ装置１０Ａと、第２のレーザ装置１０Ｂであり、内部にはレーザ光１６Ａとレーザ光１６Ｂとを異なる場所から導入し、図４（Ｂ）に示すように、燃焼部分の中心部にレーザ光を集光するようにしている。
【００２７】
また、火炎筒３２内に設けられた多重反射ミラー３４により着火点近傍に増幅されたレーザ光１６が無数に交差することで火炎内のＯ2 分子を励起し、火炎３５の未燃焼部分における着火を安定化することができる。
本実施の形態では反応制御装置として二台の第１及び第２の反応制御装置１０Ａ、１０Ｂを設けているが、さらに複数の反応制御装置を設けてレーザ光１６の強度を向上させることもできる。
【００２８】
これにより、燃焼器の着火の安定性を確保し、低ＮＯｘ化のための希薄燃焼の場合であっても、燃焼効率が向上することができる。
【００２９】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、燃焼器に適用した他の具体例である。
図５に示すように、本実施の形態の燃焼器は、上述した図１に示すような反応制御装置１０Ａ、１０Ｂを備え、火炎筒３２内の軸方向に亙って移動するようにして多重反射するように反射面を構成した反射ミラー３４を設けたものである。
図４に示すものでは、レーザ光は同一平面に集中するが、本実施の形態では、軸方向に亙ってレーザ光を複数回に亙って交差させるようにしているので、燃焼効率が向上することになる。
【００３０】
［第３の実施の形態］
図６に他の反応装置について説明する。
図６に示すように、励起対象物質がＯ2 、ＣＨ4 、Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 のいずれかであると共に、上記反応場１７が反応容器４１内の軸方向の両端部に反射ミラー４２、４３が設けられてなり、レーザ装置４４からの光ファイバ４５を介してレーザ光４６が反応容器４１内に供給されている。そして供給されたレーザ光４６は軸端部に設けられて反射ミラー４２、４３により軸方向に亙って何重にもレーザ光４６が交差するようにしている。
【００３１】
そして、上記反応容器場４１内に触媒（白金等）を充填し、両端部近傍の一方から例えばメタン（ＣＨ4 ）を供給することで、他方からメタノール（ＣＨ3 ＯＨ）を合成することができる。
【００３２】
［第４の実施の形態］
図７に他の反応装置について説明する。
上記励起対象物質がＯ2 、ＣＨ4 、Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 のいずれかであると共に、上記反応場が内面に反射ミラー５１が設けられた反応チューブ５２であり、軸方向に亙ってレーザ装置５３からのレーザ光４６が複屈折するようにさせて、内部に導入した例えばメタンを励起させ、メタノールを合成することができる。
【００３３】
よって、本実施の形態によれば、フレキシブルな管を用いることができ、省スペース化を図ることができる。
【００３４】
本実施の形態では第１及び第２のレーザ装置５３、５４を二台設け、反応場であるチューブ５２の所定間隔を設けてレーザ光４６を供給し、反応効率を向上させるようにしている。
【００３５】
本実施の形態においては、上記反応場としては、例えば燃焼器や、各種合成器を例示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、例えばガスの高エネルギーＨ2 Ｏ、Ｏ2 等によりＮＯｘを分解する脱硝処理や、高エネルギーＨ2 Ｏ、Ｏ2 等によりＣＯをＣＯ2 に改質する燃料電池や燃料ガス改質処理等に広く適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明によれば、半導体レーザ装置と、特定の励起対象物質の波長となるように校正する波長校正装置と、該校正されたレーザ光を増幅する増幅器とからなり、特定の励起対象物質の波長となった増幅したレーザ光を反応場に導入して、反応場の反応を制御するので、導入されたレーザ光により反応場における対象物質を励起させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる反応制御装置の概略図である。
【図２】波長校正装置の概略図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる反応制御装置の概略図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる反応制御装置の概略図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる反応制御装置の概略図である。
【図６】第４の実施の形態にかかる反応制御装置の概略図である。
【図７】第５の実施の形態にかかる反応制御装置の概略図である。
【図８】Ｏ2 の相対光吸収強度と波長との関係を示すグラフである。
【図９】ＣＨ4 の相対光吸収強度と波長との関係を示すグラフである。
【図１０】Ｈ2 Ｏの相対光吸収強度と波長との関係を示すグラフである。
【図１１】ＣＯ2 の相対光吸収強度と波長との関係を示すグラフである。
【図１２】ＮＨ3 の相対光吸収強度と波長との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  反応制御装置
１１  半導体レーザ発振装置
１２  波長校正装置
１３  光増幅用半導体レーザ
１４，１５  増幅器
１６  レーザ光
１７  反応場
１８  導入手段（光ファイバ）
【図１】
0003632009.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003632009.tif 000008
【図８】
0003632009.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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