(57)【要約】【課題】  短時間で十分な量の低蒸気圧物質（たとえば、ヨウ素ガス）を安定して発生し、高濃度でキャリアガスと均一に混合して供給できる混合ガス供給装置を提供する。【解決手段】  低蒸気圧物質をキャリアガスと混合した混合ガスを供給する混合ガス供給装置200であって、固体の低蒸気圧物質を貯蔵し、加熱することによって貯蔵している固体の低蒸気圧物質を液化させる低蒸気圧物質貯槽部（ヨウ素貯槽部26）と、該低蒸気圧物質貯槽部で液化し、その後、気化した低蒸気圧物質のガスの流量を制限する超音速ノズル28と、該超音速ノズル28で流量を制限された低蒸気圧物質ガスをキャリアガスと混合する混合ノズル22とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低蒸気圧物質をキャリアガスと混合した混合ガスを供給する混合ガス供給装置であって、
固体の低蒸気圧物質を貯蔵し、加熱することによって貯蔵している固体の低蒸気圧物質を液化させる低蒸気圧物質貯槽部と、
該低蒸気圧物質貯槽部で液化し、その後、気化した低蒸気圧物質のガスの流量を制限する超音速ノズルと、
該超音速ノズルで流量を制限された低蒸気圧物質ガスをキャリアガスと混合する混合ノズルと
を備えることを特徴とする混合ガス供給装置。
【請求項２】
前記低蒸気圧物質貯槽部は、ヨウ素を貯蔵し、約１１０℃以上まで加熱することを特徴とする請求項１記載の混合ガス供給装置。
【請求項３】
前記混合ノズルは、コアンダ効果を利用したノズルであることを特徴とする請求項１または２記載の混合ガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、低蒸気圧物質をキャリアガスと混合した混合ガスを供給する混合ガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の典型的な化学酸素ヨウ素レーザ発生方法においては、塩素と窒素との混合ガスである反応ガスを、ＢＨＰ（Basic Hydrogen Peroxide）と呼ばれる過酸化水素と水酸化カリウムの混合水溶液と混合し、式（１）で示される化学反応によって励起酸素O2*（1Δ）を生成し、この励起酸素O2*（1Δ）を含む第１ガス流中にヨウ素I2を含む第２ガス流を噴射し、式（２）、（３）および（４）の化学反応を発生させて光を取り出す。そして、共振器内での誘導放出によって光が増幅され、レーザ光が出力される（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
H2O2＋2KOH＋Cl2→O2*（1Δ）＋2KCl＋2H2O  …（１）
I2＋2O2*（1Δ）→2I＋2O2（3Σ）  …（２）
I（2P3/2）＋O2*（1Δ）→I*（2P1/2）＋O2（3Σ）  …（３）
I*（2P1/2）→I（2P3/2）＋hν（1.315μm）  …（４）
【特許文献１】特開２００４−３５６３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したように化学酸素ヨウ素レーザは、その燃料となるヨウ素ガスの量に応じた出力を得られることから、大出力のレーザを得るためには、大容量のヨウ素ガスを瞬時に安定して発生し、高濃度でキャリアガスと均一に混合して供給できる混合ガス供給装置を必要とする。
【０００５】
ヨウ素は、常温では固体であるが、昇華性があるので、たとえば、図４に示すように、６０℃から１００℃程度に加熱して、数１０Ｔｏｒｒのヨウ素ガスを得る。この固体と気体のヨウ素が共存する容器にキャリアガスと呼ばれる不活性ガスを流して、バルブなどで流量を制限しながら、ヨウ素ガスと共にレーザ発生装置に供給するように構成していた。
【０００６】
しかしながら、図５のグラフに示すように、この構成では、容器の加熱を開始してから（図５中「ＯＮ」）、容器内で昇華して溜まっていくヨウ素ガスがキャリアガスと共に安定した量でレーザ発生装置に供給されるまでには数分程度（図５中では１分程度）掛かっており、瞬時安定性が必要となる短時間照射の高出力レーザ照射システムには構造的に不向きであった。
【０００７】
本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、短時間で十分な量の低蒸気圧物質ガス（たとえば、ヨウ素ガス）を安定して発生し、高濃度でキャリアガスと均一に混合して供給できる混合ガス供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明に係る混合ガス供給装置は、低蒸気圧物質をキャリアガスと混合した混合ガスを供給する混合ガス供給装置であって、固体の低蒸気圧物質を貯蔵し、加熱することによって貯蔵している固体の低蒸気圧物質を液化させる低蒸気圧物質貯槽部と、該低蒸気圧物質貯槽部で液化し、その後、気化した低蒸気圧物質のガスの流量を制限する超音速ノズルと、該超音速ノズルで流量を制限された低蒸気圧物質ガスをキャリアガスと混合する混合ノズルとを備えることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、固体の低蒸気圧物質が加熱によって液化され、対流を起こし、したがって、短時間で十分な量のヨウ素ガスを安定して発生し、高濃度でキャリアガスと均一に混合して供給でき、全体として装置を小型軽量化することが可能である。
【００１０】
なお、上記低蒸気圧物質は、たとえばヨウ素であり、また、それ以外にも任意の適切な低蒸気圧の物質であってもよい。
【００１１】
また、上記キャリアガスとして任意の不活性ガスが使用される。なお、化学酸素ヨウ素レーザにおいては、キャリアガスと混合した混合ガスは、励起酸素O2*（1Δ）を含む第１ガスと反応させて、励起ヨウ素原子I*（2P1/2）の生成に使用される。
【００１２】
上記低蒸気圧物質貯槽部は、ヨウ素を貯蔵することが可能であり、この場合には、効率的な液化を促すために、約１１０℃以上まで加熱することが可能である。
【００１３】
上記混合ノズルは、コアンダ効果を利用したノズルであることが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
上記発明によれば、短時間で十分な量の低蒸気圧物質（たとえば、ヨウ素）を安定して発生し、高濃度でキャリアガスと均一に混合して供給できる混合ガス供給装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本願発明に係る混合ガス供給装置について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態にかかる混合ガス供給装置200は、一例として化学酸素ヨウ素レーザ発生装置に混合ガスを供給するものとして示してあり、低蒸気圧物質の一例としてヨウ素を取り扱う。混合ガス供給装置200は、容器あるいは低蒸気圧貯槽部としてのヨウ素貯槽部26、および混合ノズル22のほか、超音速ノズル部28を備えている。
【００１７】
ヨウ素貯槽部26は、加熱装置を具備しており、内部に貯蔵した固体ヨウ素を１１０℃以上（好ましくは、１１３℃以上）に加熱し、液化させる。液化させるとヨウ素は、ヨウ素貯槽部26内で対流を生じ、伝熱効率が高まり、より短時間で圧力が上昇する。このように、ヨウ素貯槽部26は、ヨウ素を固体で貯蔵し、使用する際に液化させるので、従来と同様のサイズの容器であっても、より短時間で圧力を上昇させることができる。
【００１８】
上記加熱装置としては、取り扱う低蒸気圧物質の気化熱以上の熱源を持つことが好ましく、低蒸気圧物質としてヨウ素を取り扱う場合、ヨウ素の気化熱が46.7kJ/mol（184kJ/kg）であるので、ヨウ素貯槽部26からのヨウ素ガス供給量を0.01kg/secとすれば、1.84kWの加熱量が必要となる。これによって、ヨウ素の供給量と蒸発量（気化量）とがつり合うので長時間の安定供給が可能である。
【００１９】
本実施の形態にかかるヨウ素貯槽部26によれば、図２の試験結果に示すように、加熱を開始してから（図２中「ＯＮ」）から１秒程度でヨウ素ガス発生量を安定化させることが判る。
【００２０】
ヨウ素貯槽部26内で液化し、その後、気化したヨウ素ガスは、所定のガス経路を通じて超音速ノズル部28に送られる。超音速ノズル部28は、ラバールノズルなどのＩＳＯ９３００に準拠したトレーサビリティ用のノズルあるいは臨界ノズルであって、ヨウ素貯槽部26から送られてきたヨウ素ガスの流量を制限し、早期に流量を安定化させるためのものである。
【００２１】
この超音速ノズル部28を通過して、一定の流量でヨウ素ガスを流すためには、その入口にて所定圧力以上のヨウ素ガス圧力が必要である。上記したヨウ素貯槽部26では、この必要圧力に極めて短時間で到達させることができ、したがって、極めて短時間で超音速ノズル部28から一定流量のヨウ素ガスを出力することができる。
【００２２】
この流量制限手段としての超音速ノズル部28は、オリフィスなどでも代用することが可能であるが、オリフィスでは圧力損失が比較的大きいため、このような用途においては超音速ノズルの方が適している。
【００２３】
流量一定とされたヨウ素ガスは、所定のガス経路を通じて混合ノズル22に送られる。混合ノズル22は、キャリアガス（励起酸素O2*（1Δ）を含む第１ガス流）とヨウ素ガスI2とを混合し、励起ヨウ素原子I*（2P1/2）を発生させるものである。本実施の形態においては、混合ノズル22は、コアンダ効果を利用したノズル（「コアンダノズル」とも呼ばれる）真空発生器であり、「キャリアガス圧力P2＞＞ヨウ素ガス圧力P1」の状態を生成し、より多くのヨウ素ガスをキャリアガスと混合させるように構成されている。
【００２４】
混合されて生じた混合ガス、つまり、ここでは、励起ヨウ素原子I*（2P1/2）は、所定のガス経路を通じて化学酸素ヨウ素レーザ発生装置に送られる。
【００２５】
図３は、混合ノズル22の構成およびその試験結果を示す図である。図３に示すように、高速なキャリアガスに対して、超音速ノズル28から送られてくるヨウ素ガスが効率良く大量に、しかも均一に混合し、極めてヨウ素濃度の高い混合ガスが生成されて、化学酸素ヨウ素レーザ発生装置に送られることが判る。また、キャリアガスとの混合によりヨウ素の再結合が抑制されることになる。
【００２６】
なお、以上の実施の形態においては、低蒸気圧物質の一例としてヨウ素を示したが、これに限定されず、任意の他の適切な低蒸気圧物質に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本願発明に係る混合ガス供給装置によれば、短時間で十分な量の低蒸気圧物質ガス（たとえば、ヨウ素ガス）を安定して発生し、高濃度でキャリアガスと均一に混合して供給できる混合ガス供給装置を提供することが要求される用途に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】化学酸素ヨウ素レーザ発生装置に低蒸気圧物質の一例としてのヨウ素ガスを供給する本願発明の実施の形態にかかる混合ガス供給装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した混合ガス供給装置の試験結果を示すグラフである。
【図３】図１に示した混合ノズルの構成およびその試験結果を示す図である。
【図４】従来の混合ガス供給装置の構成を示す図である。
【図５】図４に示した従来の混合ガス供給装置の試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
22  混合ノズル
26  ヨウ素貯槽部
28  超音速ノズル
200  混合ガス供給装置
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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