DE3903879A1 - Heizung fuer einen, aus einem metallischen monolith und einem elektrisch leitenden gehaeuse bestehenden katalysator - Google Patents
Heizung fuer einen, aus einem metallischen monolith und einem elektrisch leitenden gehaeuse bestehenden katalysatorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Heizung für einen Katalysa
tor, der aus einem metallischen Monolith und einem
elektrisch leitenden Gehäuse besteht.
Bei der Materialbearbeitung mit einem Gaslaser werden
Lasergasgemische bestehend aus Helium, Stickstoff und
Kohlendioxid verwendet. Während des Laserbetriebes
werden aus diesen Gasgemischkomponenten in den
Entladungsstrecken teilweise zusätzliche Komponenten
gebildet, z. B. Sauerstoff und seine Radikale, Stick
oxide sowie Kohlenmonoxid, welche die Laserleistung in
geschlossenen Systemen spürbar reduzieren. Durch
Beimischen von Wasserstoff oder Wasserdampf oder
durch einen mehr oder weniger starken Austausch von
frischem Lasergas kann einer praktischen Minderung der
Laserleistung entgegengewirkt werden. Weiterhin ist es
bekannt, Katalysatoren einzusetzen, mittels denen
Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxide
in Kohlendioxid, Wasserdampf und Stickstoff umgewandelt
werden können.
Katalysatoren, die bei Umgebungstemperatur betrieben
werden, sind im Vergleich zu aufgeheizten Katalysatoren
wenig effizient, weil sie unterhalb der Anspringtem
pertaur arbeiten.
In der GB 12 56 398 wird das Gas für die katalytische
Reaktion aufgeheizt und strömt anschließend durch einen
Katalysator. Der Katalysator ist als wabenförmiger
Monolith ausgebildet. Im Band 17 von Ullmanns Enzyklo
pädie der Techn.Chemie, Seite 67 "Reinigung der Abgase
von Ottomotoren" sind die Prinzipien der katalytischen
Auto-Abgasreinigung dargestellt.
In der DE 31 48 570 A1 ist ein TEA-Laser mit einem
kombinierten Katalysator/Absorber offenbart, der
wenigstens kurzzeitig bei erhöhter Temperatur nahe der
Anode der elektrischen Stromzufuhr betrieben wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizung
für einen im geschlossenen Gaskreislauf eines Lasers
angeordneten Katalysator zu schaffen, mittels der die
ser direkt aufgeheizt werden kann und die eine einfache
vakuumdichte Anschlußmöglichkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Heizung
für einen aus einem metallischen Monolith und einem
elektrisch leitenden Gehäuse bestehenden Katalysator
gelöst, indem sie einen durch das Gehäuse in den
Monolithen geführten elektrisch leitenden und gegenüber
dem Gehäuse isolierten Hohlkörper aufweist, dessen in
dem Katalysator angeordnete Stirnseite gasdicht ver
schlossen ist und der an den einen elektrischen Pol
eines Netzgerätes angeschlossen ist, während der andere
elektrische Pol mit dem Gehäuse verbunden ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in
der direkten gleichförmigen und einfachen Aufheizung
der Aktivierungszone des Katalysators bei nur einer
einzigen elektrischen Vakuumdurchführung für drei
elektrische Leiter. Durch das Innere des Hohlkörpers
kann in einfacher Weise ein Temperatursensor geführt
werden, der direkt in der Aktivierungszone des Kata
lysators positioniert ist und mittels dem in Verbindung
mit einer elektronischen Regelschaltung die Anspring
temperatur der katalytischen Schicht auf den gerade
notwendigen Wert genau eingeregelt werden kann. Dabei
kann der Temperatursensor auch nachträglich ohne
Öffnung des Vakuums in dem Hohlkörper positioniert
werden.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Erfindung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 einen Katalysator mit der
Heizung nach der Erfindung in
Seitenansicht,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den metallischen
Monolithen der Heizung;
Fig. 3 eine Katalysator/Kühler-Baueinheit.
In der Fig. 1 ist ein Katalysator 10 dargestellt, der
aus einem elektrisch leitenden Gehäuse 11 und einem in
dem Gehäuse angeordneten metallischen Monolith 12 be
steht.
In dem Gehäuse ist ein Gaseinlaß 13 und ein Gasauslaß
14 vorgesehen. Mit dem Gaseinlaß 13 und dem Gasauslaß
14 ist der Katalysator in einem geschlossenen Gaskreis
lauf eines Gaslasers angeordnet. Ein derartiger ge
schlossener Gaskreislauf wird beispielsweise im Vakuum
betrieben und ist beispielsweise in der Fig. der DE
30 31 632 A1 dargestellt. Das Lasergas ist dabei bevorzugt
ein Helium-Stickstoff-Kohlendioxid-Gemisch. Die Anre
gung des Lasergases erfolgt hierbei vorzugsweise über
in die Lasergasentladungsstrecke eingekoppelte Mikro
wellen, wie dies in der DE 37 43 258 A1 beschrieben
ist.
Der metallische Monolith besteht aus einer Scheibe
definierter Form wie beispielsweise Kreis, Ellipse,
Quadrat mit einer Breite 19 durch den das zu regene
rierende Lasergas entsprechend Pfeilrichtung 15 strömt.
In Strömungsrichtung des Gases (Pfeilrichtung 15) ist
ein elektrischer Anschluß in Gestalt eines Hohlkörpers
17 in die Mittelachse 16 des Monolithen geschoben und
elektrisch leitend dort mit ihm verbunden. Der Hohlkör
per 17 besteht vorzugsweise aus einem Metallrohr, welches
außerhalb des Monolithen 12 abgewinkelt und aus dem Ge
häuse 11 über eine Vakuumdurchführung 18 aus dem Kata
lysator herausgeführt ist. Die Vakuumdurchführung 18
ist gleichzeitig elektrisch isolierend ausgebildet. Der
Hohlkörper 17 ist vorzugsweise durch die Breite 19
des Monolithen 12 hindurchgeführt und tritt an der Gas
auslaßseite aus diesem aus. Die in der Gasauslaßseite
angeordnete Stirnseite 20 des Hohlkörpers 17 ist vakuum
dicht verschlossen, vorzugsweise zugeschweißt oder -ge
lötet. An dem aus dem Katalysator herausgeführten Ende
des Hohlkörpers 17 ist ein erster elektrischer Pol 21
eines geregelten Netzgerätes angeschlossen während der
andere elektrische Pol 22 mit dem Gehäuse verbunden ist.
In den Hohlkörper 17 ist ein Temperatursensor 23 einge
führt und innerhalb des Monolithen in der Aktivierungs
zone positioniert. Über die Anschlüsse 24, 25 ist der
Temperaturfühler mit einer Regelschaltung 28 verbunden.
Als Temperatursensor können beliebige an sich bekannte
temperaturfeste Sensoren verwendet werden.
Bei einer Ausbildung nach der Erfindung besteht der
Hohlkörper 17 aus einem Thermoelement-Material
beispielsweise Chrom-Nickel. Innerhalb des Abschnittes
des Hohlkörpers 17 der in dem metallischen Monolith
12 angeordnet ist, ist ein Komplementär-Element
beispielsweise Nickel an dem Hohlkörper 17 befestigt
und bildet mit diesem zusammen ein Thermoelement.
Hierdurch kann vorteilhaft ein seperater Temperatur
sensor entfallen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist in
Strömungsrichtung (Pfeilrichtung 15) des Lasergases
hinter dem metallischen Monolith 12 ein Kühler 26 in
dem Gehäuse 11 angeordnet (Fig. 3). Durch die Baueinheit
Monolith 12 und Kühler 26 in einem Gehäuse 11 entfallen
Strömungswiderstände aufgrund konischer Verjüngungen hinter
dem Katalysator 10 und anschließende konische Erweite
rungen, wie sie bei einem seperaten Kühler erforderlich
sind.
Beim Anschluß der Pole 21, 22 an einem nicht näher darge
stellten Netzgerät fließt Strom durch den metal
lischen Monolithen radial (Pfeilrichtungen 27) nach
außen und erwärmt ihn bis zur Anspringtemperatur. Der
Temperatursensor ist am Temperaturmeßpunkt in diesem
Hohlkörper 17 angeordnet und mißt die Temperatur in der
Aktivierungszone. Über die Regelschaltung 28 wird die
Temperatur des metallischen Monolithen 12 konstant und
gerade oberhalb der katalytischen Anspringtemperatur
gehalten.
Mit der oben beschriebenen Heizung für den Katalysator
mit metallischem Monolith kann vorteilhaft der bei der
Anregung des Lasergases durch Mikrowellen entstehende
hohe Gasverbrauch reduziert und gleichzeitig die
Laserleistung deutlich erhöht werden. Der Katalysator
10 mit Edelstahlmonolith hat einen geringen
Strömungswiderstand und kann über die Heizung direkt
aufgeheizt werden (Widerstandsheizung). Der eine
elektrische Anschluß in der axialen Mitte der
Monolithscheibe in der Ausführung eines metallischen
Hohlkörpers 17, welcher an diesem Ende vakuumdicht
verschlossen ist, enthält im Bereich der Aktivierungs
zone einen Temperatursensor, dessen beide Anschlüsse
durch diesen metallischen Hohlkörper und mit diesem
metallischen Hohlkörper durch eine einzige gegen das
Vakuum im Katalysator 10 abgedichtete vom Gehäuse des
Katalysators elektrisch isolierte Durchführung nach
außen geführt werden. Durch die temperaturüberwachte
Aktivierungszone kann vorteilhaft die Anspringtempera
tur des Katalysators konstant auf einem niedrigen Wert
eingestellt werden.
Claims (5)
1. Heizung für einen, aus einem metallischen Monolith
(12) und einem elektrisch leitenden Gehäuse (11)
bestehenden Katalysator (10), die einen durch das
Gehäuse (11) in den Monolith (12) geführten,
elektrisch leitenden und gegenüber dem Gehäuse (11)
isolierten Hohlkörper (17) aufweist, dessen in dem
Katalysator (10) angeordnete Stirnseite gasdicht
verschlossen ist und der an den einen elektrischen
Pol (21) eines Netzgerätes anschließbar ist, während
der andere elektrische Pol (22) mit dem Gehäuse (11)
verbindbar ist.
2. Heizung nach Anspruch 1 mit einem mindestens durch
die Breite (19) des Monolithen (12) geführten Hohlkör
per (17).
3. Heizung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem in dem
Hohlkörper (17) angeordneten und innerhalb des
Monolithen (12) positionierten Temperatursensor
(23).
4. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei der der
Hohlkörper (17) aus Thermoelement-Material besteht und
innerhalb des Hohlkörpers (17) ein Komplementär-
Element an der Stelle des Temperaturmeßpunktes mit
diesem verbunden ist.
5. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der
dem Monolith (12) ein innerhalb der Gehäuse (11)
angeordneter Kühler (26) nachgeschaltet ist.
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