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 katalysator

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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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