DE19521688C2 - Sauerstoff-Jod-Laser - Google Patents
Sauerstoff-Jod-LaserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Sauerstoff-Jod-Laser, umfassend:
eine Reaktionseinheit zur Erzeugung eines angeregten Sauerstoff umfassenden Gasstroms durch chemische Reaktion zwischen einer Reaktionsflüssigkeit und einem Reaktionsgas in einem Reaktionsraum (74) einer Reaktionseinheit (18), eine Wasser dampffalle mit einem Kondensationsraum, in welchem von dem Gasstrom mitgeführter Wasserdampf an kalten Oberflächen aus kondensiert, einen Jodinjektor, welcher zur Erzeugung eines laseraktiven Gasgemisches Jod in den Gasstrom injiziert und einen vom laseraktiven Gasgemisch durchströmten Laserresonator.
eine Reaktionseinheit zur Erzeugung eines angeregten Sauerstoff umfassenden Gasstroms durch chemische Reaktion zwischen einer Reaktionsflüssigkeit und einem Reaktionsgas in einem Reaktionsraum (74) einer Reaktionseinheit (18), eine Wasser dampffalle mit einem Kondensationsraum, in welchem von dem Gasstrom mitgeführter Wasserdampf an kalten Oberflächen aus kondensiert, einen Jodinjektor, welcher zur Erzeugung eines laseraktiven Gasgemisches Jod in den Gasstrom injiziert und einen vom laseraktiven Gasgemisch durchströmten Laserresonator.
Ein derartiger Sauerstoff-Jod-Laser ist aus dem Artikel von
Hiroo Fujii, Masahiro Iizuka, Mikio Muro, Hirotsuna Kuchiki und
Toshio Atsuta mit dem Titel "Development of Chemical Oxygen-Iodine
Laser for Industrial Application" in SPIE Vol. 1397
Eight Int. Symp. on Gas Flow and Chemical Lasers (1990),
S. 213-220, J.M. Orza, C. Domingo, Editors Published by SPIE -
The Intern. Soc. for Opt. Eng. Bellingham, Wa 98 227-0010, USA
bekannt.
Bei einem derartigen Sauerstoff-Jod-Laser weist die Wasser
dampffalle von ihrem Inneren her gekühlte Scheiben auf, an
deren äußeren Oberfläche sich Wasserdampf in Form von Eis ab
setzt, wobei dieses Eis dann während des Betriebs kontinuier
lich von den Scheiben abgekratzt wird.
Eine derartige Lösung hat den Nachteil, daß diese mechanisch
aufwendig aufgebaut ist und außerdem das Abkratzen des Eises
von der Oberfläche der Scheiben entweder nur unvollständig
erfolgen kann, so daß die Kondensationswirkung beeinträchtigt
ist oder mit mechanisch aufwendigen Mitteln erfolgen muß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sauer
stoff-Jod-Laser der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern,
daß mit möglichst einfachen Mitteln ein möglichst wasserdampf
freier Gasstrom erhältlich ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen,
daß durch das Abscheiden des Wasserdampfes auf einer Flüssig
keitsoberfläche anstelle einer körperlichen Oberfläche der Vor
teil besteht, daß der Dampf nicht mehr als Eis vorliegt,
sondern von der Flüssigkeit aufgenommen wird und sich somit mit
der Flüssigkeit einfach aus dem Kondensationsraum abtrans
portieren läßt und dadurch wiederum stets ein optimaler ther
mischer Kontakt zwischen dem Gasstrom und der Flüssigkeits
oberfläche möglich ist, der keinerlei Beeinträchtigung durch
den bereits kondensierten Wasserdampf erfährt.
Grundsätzlich läßt sich dabei die Kondensationsflüssigkeit in
unterschiedlichster Art und Weise in dem Kondensationsraum
bewegen. Beispielsweise ist es denkbar, die Kondensations
flüssigkeit mechanisch zu bewegen, beispielsweise dadurch,
daß diese einen Flüssigkeitsfilm auf einem mechanisch be
wegten Element, zum Beispiel einer Scheibe, bildet.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Kondensations
flüssigkeit sich in dem Kondensationsraum in Form einer Strö
mung bewegt, da die Ausbildung einer Strömung der Kondensa
tionsflüssigkeit sich besonders einfach realisieren läßt und
damit die für ein mechanisch bewegtes Teil erforderlichen
Maßnahmen und Probleme entfallen können.
Um einen möglichst optimalen Austausch zwischen dem von dem
Gasstrom mitgeführten Wasserdampf und der Kondensations
flüssigkeit zu erhalten, ist es besonders vorteilhaft, wenn
sich die Kondensationsflüssigkeit relativ zum Gasstrom durch
den Kondensationsraum bewegt. Dadurch ist ein ständiger Aus
tausch der mit dem Gasstrom wechselwirkenden Kondensations
flüssigkeit möglich, so daß sich diese durch die Wechsel
wirkung mit dem Gasstrom nicht verändert und somit wiederum
eine möglichst optimale Kondensation des Wasserdampfes
erlaubt.
Um die Kondensationsflüssigkeit durch den Kondensationsraum
strömen zu lassen, sind die vielfältigsten Lösungen denkbar.
So ist es beispielsweise möglich, die Kondensationsflüssig
keit in Form von Tropfen durch den Kondensationsraum zu be
wegen. Dabei sind vorzugsweise die Tropfen im wesentlichen
gleich groß und insbesondere so groß, daß sie von dem den
Kondensationsraum durchsetzenden Gasstrom nicht mitgerissen
werden.
Alternativ dazu sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
vor, daß die Kondensationsflüssigkeit in Form von mehreren
Flüssigkeitsstrahlen durch den Kondensationsraum strömt.
Die Flüssigkeitsstrahlen können prinzipiell so ausgebildet
sein, daß sie nach ihrer Erzeugung sich zunächst zusammen
hängend bewegen, dann aber abreißen und einzelne Tropfen oder
Tröpfchen bilden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn
die Flüssigkeitsstrahlen als zusammenhängende Strahlen den
Kondensationsraum durchströmen, da damit die Tropfen oder
Tröpfchenbildung unterdrückt ist und somit auch die Wahr
scheinlichkeit, daß der Gasstrom beim Durchströmen des Kon
densationsraums wiederum die Kondensationsflüssigkeit mit
reißt, gering ist.
Dieses Mitreißen von Tröpfchen der Kondensationsflüssigkeit
läßt sich insbesondere dann optimal unterbinden, wenn die
Kondensationsflüssigkeit tröpfchenbildungsfrei durch den Kon
densationsraum geführt ist. Das heißt, daß auch bei Auflösung
der Flüssigkeitsstrahlen keinerlei Tropfen oder Tröpfchen
bildung erfolgt.
Die Flüssigkeitsstrahlen sind dabei vorzugsweise so ausge
bildet, daß sie eine Dicke von mindestens ungefähr 1 mm auf
weisen, damit ist sichergestellt, daß diese sich über die
erforderliche Weglänge durch den Kondensationsraum als zu
sammenhängende Flüssigkeitsstrahlen bewegen.
Alternativ oder ergänzend zu der Möglichkeit, daß Flüssig
keitsstrahlen frei durch den Kondensationsraum verlaufen
sieht eine weitere vorteilhafte Möglichkeit vor, daß die Kon
densationsflüssigkeit in dem Kondensationsraum Wandflächen
als Flüssigkeitsfilm überströmt und durch diese geführt ist.
Derartige Wandflächen zur Führung eines Flüssigkeitsfilmes
erlauben es, diesen an definierten Orten in dem Konden
sationsraum zu positionieren und andererseits erlauben diese
Wandflächen trotz beispielsweise wechselnder Strömungsge
schwindigkeit des Gasstroms den Flüssigkeitsfilm an ein und
derselben Stelle zu halten.
Vorzugsweise sind dabei die Wandflächen so ausgebildet, daß
sie Zwischenräume bilden, durch welche der Gasstrom hindurch
tritt.
Die Wandflächen können von unterschiedlichsten Körpern ge
bildet sein. Beispielsweise wäre es denkbar, daß die Wand
flächen einfach durch von einem Flüssigkeitsfilm überdeckte
Gehäusewandflächen gebildet sind.
Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Wandflächen durch
Führungselemente gebildet sind, welche beispielsweise von der
Kondensationsflüssigkeit überströmt sind oder bedeckt mit
Kondensationsflüssigkeit bewegbar sind.
Hinsichtlich der Anordnung der Flüssigkeitsoberflächen im
Kondensationsraum wurde im Zusammenhang mit der bisherigen
Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren
Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß
die Flüssigkeitsoberflächen in mindestens einer Reihe und
insbesondere mit Abstand zueinander angeordnet sind. Noch
vorteilhafter ist es, wenn mehrere Reihen aufeinanderfolgend
im Abstand voneinander angeordnet sind. In diesem Fall ist es
besonders zweckmäßig, wenn aufeinanderfolgend und im Abstand
angeordnete Reihen versetzt zueinander angeordnete Flüssig
keitsoberflächen aufweisen.
Hinsichtlich der Anordnung des Kondensationsraums der Wasser
dampffalle selbst wurden im Zusammenhang mit der bisherigen
Erläuterung der Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben
gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor,
daß der Kondensationsraum in einem für den Gasstrom vorge
sehenen Austrittskanal der Reaktionseinheit angeordnet ist.
Diese Lösung hat den großen Vorteil, daß damit das Volumen
des Kondensationsraums möglichst klein gehalten werden kann
und somit die Wahrscheinlichkeit, daß eine Deaktivierung des
angeregten Sauerstoffs in dem Reaktionsraum erfolgt, sehr
klein gehalten wird.
Besonders vorteilhaft ist es dabei ferner, wenn der Konden
sationsraum möglichst nahe am Reaktionsraum angeordnet ist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn sich der Kondensationsraum
im wesentlichen unmittelbar an den Reaktionsraum anschließt.
Hinsichtlich der Führung der Kondensationsflüssigkeit nach
Bewegen derselben durch den Kondensationsraum wurden bislang
keine näheren Angaben gemacht. So wäre es beispielsweise
denkbar, die Kondensationsflüssigkeit aus einem Behälter zu
nehmen und in einem zweiten Behälter wieder zu sammeln, dann
zu regenerieren und wieder in den ersten Behälter zu über
führen.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Kondensations
flüssigkeit in einem Kreislauf geführt ist.
Zweckmäßigerweise ist dabei der Kreislauf mit einer Kühlein
richtung zur Kühlung der Kondensationsflüssigkeit auf eine
für die Kondensation des Wasserdampfes optimale Temperatur
versehen.
Darüber hinaus ist vorteilhafterweise noch im Kreislauf ein
Abscheider für Wasser aus der die Kondensationsflüssigkeit
vorgesehen, damit die Möglichkeit besteht, das von dieser
transportierte kondensierte Wasser der Kondensationsflüssig
keit wieder zu entnehmen.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, daß die
Kondensationsflüssigkeit von der Reaktionsflüssigkeit der
Reaktionseinheit gebildet ist.
Diese Lösung hat den großen Vorteil, daß die bei der
Reaktionsflüssigkeit ohnehin erforderliche Aufbereitung
sowohl hinsichtlich der Zusammensetzung als auch der Tem
peratur gleichzeitig auch für die Verwendung derselben
Flüssigkeit in der Wasserdampffalle ausgenutzt werden kann.
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht dabei
vor, daß die Reaktionsflüssigkeit aus der Reaktionseinheit
entnommen und einer Aufbereitungseinheit zugeführt wird und
dann die aufbereitete Reaktionsflüssigkeit der Wasserdampf
falle zur Verwendung in derselben als Kondensationsflüssig
keit zugeführt wird.
Ferner ist es in diesem Fall besonders einfach, wenn die als
Kondensationsflüssigkeit in der Wasserdampffalle wirkende
Reaktionsflüssigkeit nach Durchlaufen der Wasserdampffalle in
die Reaktionseinheit eintritt.
In diesem Fall ist ebenfalls vorzugsweise vorgesehen, daß die
Reaktionsflüssigkeit aus der Reaktionseinheit austritt und in
eine Aufbereitungseinheit eintritt.
Um eine möglichst geringe Deaktivierung des Sauerstoffs in
der Wasserdampffalle zu erhalten ist vorzugsweise vorgesehen,
daß in der Wasserdampffalle das Verhältnis der aktiven kalten
Oberflächen zum Volumen kleiner ist als das Verhältnis der
aktiven Oberfläche zum Volumen in der Reaktionseinheit, so
daß zwar eine Abscheidung von Wasserdampf aus dem Gasstrom so
gut wie möglich erfolgt, allerdings so weit wie möglich eine
Deaktivierung des Sauerstoffs aufgrund eines großen Volumens
der Wasserdampffalle vermieden wird.
Ferner ist vorteilhafterweise das Volumen des Kondensations
raums kleiner als ungefähr ein Drittel des Volumens des Reak
tionsraums.
Hinsichtlich der Ausbildung der Reaktionseinheit wurden im
Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen
Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht. So sieht
ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Reaktions
einheit als sogenannter Blasengenerator (bubble generator)
ausgebildet ist, bei welchem das Reaktionsgas in Form von
Blasen durch die Reaktionsflüssigkeit hindurchtritt und an
den Grenzflächen zwischen den Blasen und der Reaktions
flüssigkeit die chemische Reaktion des Reaktionsgases mit der
Reaktionsflüssigkeit erfolgt.
Alternativ dazu ist bei einem besonders vorteilhaften Aus
führungsbeispiel vorgesehen, daß die Reaktionseinheit als
sogenannter Scheibengenerator ausgebildet ist, bei welchem
Reaktionsscheiben in einem Bad mit Reaktionsflüssigkeit
benetzt werden und dann diese benetzten Scheiben von dem
Strom des Reaktionsgases umströmt werden, so daß an der
Flüssigkeitsoberfläche der Reaktionsflüssigkeit auf den
benetzten Scheiben die chemische Reaktion erfolgt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Reaktionseinheit eine
gemäß der DE 44 42 463 A1 ausgebildete Reaktionseinheit zum
Einsatz kommt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der
nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung
einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfin
dungsgemäßen Sauerstoff-Jod-Lasers;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels eines Sauerstoffgenerators
im Längsschnitt;
Fig. 3 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 2
eines zweiten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Sauerstoffgenerators;
Fig. 4 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 2
eines dritten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Sauerstoffgenerators;
Fig. 5 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 2
eines vierten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Sauerstoffgenerators;
Fig. 6 eine ausschnittsweise schematische Darstellung
eines fünften Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Sauerstoffgenerators; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung von in Reihen
angeordneten Flüssigkeitsstrahlen längs Linie
7-7 in Fig. 2.
Ein erfindungsgemäßer chemischer Sauerstoff-Jod-Laser umfaßt
einen als Ganzes mit 10 bezeichneten Sauerstoffgenerator zur
Erzeugung von elektronisch angeregtem Sauerstoff durch
chemische Reaktion zwischen in einem Speicherbehälter 12
gespeichertem Chlorgas, welches über eine Leitung 14 dem
Sauerstoffgenerator 10 zugeführt wird und einer Reaktions
flüssigkeit, welche über eine Leitung 16 dem Sauerstoffgene
rator zugeführt wird.
In einer Reaktionseinheit 18 reagieren dann das gasförmige
Chlor und die Reaktionsflüssigkeit, vorzugsweise basische
Peroxydlösung (BHP), unter Bildung von angeregtem Sauerstoff,
welchem dann in einer Wasserdampffalle 20 des Sauerstoffgene
rators 10 bei der Sauerstoffbildung entstehender Wasserdampf
entzogen wird. Der angeregte Sauerstoff strömt dann aus dem
Sauerstoffgenerator 10 über einen Strömungskanal 22 in einen
Jodinjektor 24 und dann durch eine Überschalldüse 26 in einen
Laserresonator 28, gebildet durch einen Satz von Spiegeln 30.
Das in dem Jodinjektor 24 dem angeregten Sauerstoff zugesetzte
Jod wird in einem Joddampferzeuger 32 erzeugt und über eine
Leitung 34 dem Jodinjektor 24 zugeführt.
Die in den Sauerstoffgenerator 10 einströmende Reaktions
flüssigkeit wird in einem als Ganzes mit 36 bezeichneten
Reaktionsflüssigkeitskreislauf umgewälzt, wobei dieser Reak
tionsflüssigkeitskreislauf 36 die Zuleitung 16 zum Sauer
stoffgenerator 10, eine aus dem Sauerstoffgenerator 10 her
ausführende Ableitung 38, eine Aufbereitungseinheit 40 und eine
Umwälzpumpe 42 umfaßt.
In der Aufbereitungseinheit 40 ist vorzugsweise ein Mischbe
hälter 43 vorgesehen, in welchem Kalilauge oder auch bei
spielsweise Natronlauge aus einem Laugen-Speicher 44 und
Wasserstoffperoxyd aus einem Wasserstoffperoxydspeicher 46 zur
Regenerierung der Reaktionsflüssigkeit zuführbar sind. Ferner
umfaßt die Aufbereitungseinheit 40 einen Abscheider 48 zum
Abscheiden von Kaliumchlorid und Wasser aus der Reaktions
flüssigkeit. Zum Kühlen der Reaktionsflüssigkeit ist ferner
noch ein Wärmetauscher 50 in der Aufbereitungseinheit 40 vor
gesehen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, umfaßt ein erstes Ausführungsbei
spiel eines erfindungsgemäßen Sauerstoffgenerators 10 ein Ge
häuse 60 für die Reaktionseinheit, in dessen unterem Bereich
ein Bad 62 der Reaktionsflüssigkeit steht. In dieses Bad 62
tauchen mehrere um eine gemeinsame Achse 64 drehbare Reak
tionsscheiben 66 mit ihrer jeweils unteren Hälfte 68 ein,
während eine obere Hälfte 70 der Reaktionsscheiben 66 mit
Reaktionsflüssigkeit aus dem Bad 62 benetzt von einem Chlor
gasstrom 72 umspült ist, welcher über einen mit der Leitung
14 verbundenen Einlaß 73 in das Gehäuse 60 einströmt. Der
Chlorgasstrom 72 reagiert mit der auf den oberen Hälften 70
der Reaktionsscheiben 66 vorhandenen Reaktionsflüssigkeit
unter Bildung von in der Flüssigkeit abgeschiedenem
Kaliumchlorid und Freisetzung von gasförmigem angeregtem
Sauerstoff in einem über dem Bad 62 liegenden, von dem
Gehäuse 60 umschlossenen und den oberen Hälften 68 der
Reaktionsscheiben 66 durchsetzten Reaktionsraum 74.
In dem Reaktionsraum 74 bildet sich dabei ein den angeregten
Sauerstoff umfassender Gasstrom 76 aus, welcher über ein Aus
trittskanal 78 in den Strömungskanal 22 eintritt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, erstreckt sich der Austrittskanal
78 zunächst mit einem ersten, sich unmittelbar an den Reak
tionsraum 74 anschließenden Abschnitt 78a längs einer Rich
tung 80, welche von dem Bad 62 weg weist und mit einer Ober
fläche des Bades 62 einen Winkel von mindestens 30° ein
schließt.
Im Anschluß an den ersten Abschnitt 78a erstreckt sich dann
der Austrittskanal 78 mit einem zweiten Abschnitt 78b bereits
parallel zur Richtung 84 des Strömungskanals 22 und geht dann
in denselben über.
Der Abschnitt 78b des Austrittskanal 78 bildet seinerseits
einen Kondensationsraum 86, welcher von Flüssigkeitsstrahlen
88 einer Kondensationsflüssigkeit durchsetzt ist, wobei die
Flüssigkeitsstrahlen 88 quer zur Richtung 84 verlaufen, längs
welcher der Gasstrom 76, umfassend den angeregten Sauerstoff
in dem Abschnitt 78b strömt.
Zur Ausbildung der Flüssigkeitsstrahlen 88 ist vorzugsweise
eine obere Wand 90 des Austrittskanals 78 im Abschnitt 78b
mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen 92 versehen, aus
welchen dann die Flüssigkeitsstrahlen 88 austreten. Den
Düsenöffnungen 92 gegenüberliegend ist eine untere Wand 94
des Austrittskanal 78 mit einer Öffnung 96 versehen, durch
welche sämtliche Flüssigkeitsstrahlen 88 ihrerseits hindurch
treten und in ein unterhalb der unteren Wand 94 liegendes
Auffangbecken 98 eintreten. In dem Auffangbecken 98 bildet
sich dabei vorzugsweise ein Bad 100 der Kondensationsflüssig
keit, wobei die Kondensationsflüssigkeit von dem Bad 100 über
einen Zuflußkanal 102 in das Bad 62 übertritt.
Zur Zuführung von Kondensationsflüssigkeit zu den Düsen
öffnungen 92 ist über diesen ein als Ganzes mit 104 be
zeichneter Vorratsbehälter angeordnet, in welchem sich ein
über den Düsenöffnungen 92 liegendes Bad 106 der Kondensa
tionsflüssigkeit bildet, wobei der Druck der durch die Düsen
öffnungen 92 hindurchströmenden Kondensationsflüssigkeit ein
stellbar ist.
In diesem Vorratsbehälter 104 mündet nun die, bereits im Zu
sammenhang mit Fig. 1 beschriebene Zuleitung 16 des Kreislaufs
36 für die Reaktionsflüssigkeit.
Durch den Kreislauf 36 wird die Reaktionsflüssigkeit über die
Ableitung 38 aus dem Bad 62 abgeführt, wobei die Reaktions
flüssigkeit die bei der Reaktion im Reaktionsraum 74 ent
stehenden Reaktionsprodukte Kaliumchlorid und Wasser enthält
und zusätzlich aufgrund der bei der chemischen Reaktion frei
werdenden Wärme aufgeheizt ist.
Diese Reaktionsflüssigkeit wird in der Aufbereitungseinheit
40 aufbereitet, wobei einerseits durch Aufrechterhaltung der
Konzentration von Wasserstoffperoxyd und KOH diese in der
Mischkammer 43 zugegeben werden, ferner in dem Abscheider 48
Kaliumchlorid und Wasser abgeschieden werden und dann die
Reaktionsflüssigkeit im Wärmetauscher 50 abgekühlt wird. Mit
der Pumpe 42 wird die Reaktionsflüssigkeit über die Zu
leitung 16 dem Bad 106 im Vorratsbehälter 104 zugeführt und
tritt durch die Düsenöffnungen 92 in Form der Flüssigkeits
strahlen 88 durch den Kondensationsraum 86 hindurch, wobei
die Reaktionsflüssigkeit hierbei als Kondensationsflüssig
keit dient, so daß sich an Oberflächen der Flüssigkeits
strahlen 88 im
Gasstrom 76 mitgeführter Wasserdampf abscheidet, der dann
durch die Flüssigkeitsstrahlen 88 in das Bad 100 im Auffang
becken 98 überführt wird, wobei die Kondensationsflüssigkeit
dann als eigentliche Reaktionsflüssigkeit über den Zufluß
kanal 102 in das Bad 62 eintritt, um dort die Reaktions
scheiben 66 zu benetzen.
Bei dieser Führung der Reaktionsflüssigkeit besteht somit der
Vorteil, daß diese im frisch gekühlten Zustand zunächst als
Kondensationsflüssigkeit wirkt, dabei Wasserdampf aus dem
Strom 76 des angeregten Sauerstoffs auskondensiert, dann in
das Bad 62 eintritt, dort die Reaktionsscheiben 66 benetzt
und kühlt, um die bei der chemischen Reaktion auftretende
Wärme aufzunehmen und anschließend sowohl hinsichtlich ihrer
chemischen Zusammensetzung als auch hinsichtlich ihrer Tempe
ratur in der Aufbereitungseinheit 40 aufbereitet wird, wobei
aufgrund der Tatsache, daß Wasser als Reaktionsprodukt bei
der chemischen Reaktion entsteht, die Aufbereitungseinheit 40
ohnehin Wasser aus der Reaktionsflüssigkeit entfernen muß, so
daß der das zusätzlich durch die Kondensation von Wasserdampf
in der Wasserdampffalle 20 eingetragene Wasser problemlos
mitentfernt werden kann.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Sauerstoffgenerators 10', dargestellt in Fig. 3, sind die
jenigen Teile, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels
identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß
diesbezüglich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungs
beispiel verwiesen werden kann.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel sind bei dem
zweiten Ausführungsbeispiel 10' die Flüssigkeitsstrahlen 88
so angeordnet, daß sie den Abschnitt 78a des Austrittskanals
78 durchsetzen und dabei auf eine Wand 120 des Gehäuses 60
auftreffen, welche in eine den Reaktionsraum 74 begrenzende
Seitenwand 122 übergeht, wobei die Wand 120 des Abschnitts
78a so geneigt ist, daß die auf dieser auftreffende Konden
sationsflüssigkeit auf die Seitenwand 122 übergeleitet und
von dieser in das Bad 62 überführt wird.
Vorzugsweise ist dabei die Seitenwand 122 diejenige, die den
Strom 76 des angeregten Sauerstoffs in Richtung des Aus
trittskanals 78 umlenkt.
Damit entfällt das Vorsehen eines Auffangbeckens 98 und des
Zuflußkanals 102.
Ferner dient ein sich auf der Wand 120 und der Seitenwand 122
ausbildender Flüssigkeitsfilm 124 ebenfalls zur zusätzlichen
Bildung einer kalten Flüssigkeitsoberfläche, an welcher in
dem Strom 76 mitgeführter Wasserdampf kondensiert.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel 10'' eines erfindungs
gemäßen Sauerstoffgenerators verläuft der Abschnitt 78a des
Austrittskanals 78 mit seiner Richtung 80'' ungefähr im Winkel
von 90° zur Oberfläche 82 des Bades 62 und die Flüssigkeits
strahlen 88 durchsetzen, schräg zur Richtung 80'' verlaufend,
den Abschnitt 78a, wobei die Düsenöffnungen 92 in einer der
Wand 120 gegenüberliegenden Wand 126 angeordnet sind, die
ihrerseits den Vorratsbehälter 104'' begrenzt, der auf einer
dem Abschnitt 78a gegenüberliegenden Seite der Wand 126 ange
ordnet ist.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel bildet sich ein auf der
Wand 120 und der Seitenwand 122 ablaufender und bis zum Bad
62 reichender Flüssigkeitsfilm 124, welcher ebenfalls eine
kalte Flüssigkeitsoberfläche zur zusätzlichen Abscheidung von
Wasserdampf aus dem Strom 76 bildet.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Sauerstoffgenerators 10''', dargestellt in Fig. 5, verläuft
der Abschnitt 78a des Austrittskanals 78 in gleicher Richtung
wie beim dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 4,
allerdings durchsetzen die Flüssigkeitsstrahlen 88 den Ab
schnitt 78a parallel zur Richtung 80'', wobei die Düsenöffnun
gen 92 in einer quer zur Richtung 80'' verlaufenden Umlenkwand
128 des Austrittskanals 78 angeordnet sind.
Die Flüssigkeitsstrahlen 88 treffen dabei nicht auf die den
Abschnitt 78a begrenzende Wand 120 oder die den Reaktionsraum
74 begrenzende Seitenwand 122 sondern verlaufen direkt bis
zur Oberfläche 82 des Bades 62 und treten direkt in dieses
ein, wobei die Flüssigkeitsstrahlen 88 gleichzeitig noch
teilweise zur Benetzung der Reaktionsscheiben 66 im Reak
tionsraum 74 beitragen.
Im übrigen wird bezüglich der nicht ausdrücklichen beschrie
benen Merkmale des dritten und vierten Ausführungsbeispiels
auf die Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten und zwei
ten Ausführungsbeispiel Bezug genommen.
Alternativ zu den in den bisherigen Ausführungsbeispielen
beschriebenen homogenen Flüssigkeitsstrahlen, welche sich
insbesondere kontinuierlich durch den Kondensationsraum 86,
das heißt ohne Abzureißen und insbesondere ohne Tropfen- und
Tröpfchenbildung erstrecken, sieht eine weitere, in Fig. 6
dargestellte Möglichkeit vor, eine Flüssigkeitsoberfläche zur
Kondensation des Wasserdampfes dadurch zu bilden, daß die
Kondensationsflüssigkeit ein Führungselement 140 überströmt
und dabei auf diesem Führungselement 140 einen Flüssigkeits
film 142 bildet. Dieses Führungselement 140 kann dabei, wie
beispielsweise in Fig. 6 dargestellt, ein Führungsdorn sein,
welcher sich bei Anordnung des Kondensationsraums 86 im Ab
schnitt 78b des Austrittskanals 78 durch eine Öffnung 144 in
der unteren Wand 94 hindurch in Richtung der oberen Wand 90
erstreckt und in geringerem Abstand von den Düsenöffnungen 92
mit seinem oberen Ende 146 endet, so daß aus der Düsenöffnung
92 austretende Flüssigkeit sich nach ihrem Auftreffen auf das
obere Ende 146 als Flüssigkeitsfilm 142 über die gesamte
Außenfläche des Dorns 140 verteilt und längs diesem durch die
Öffnung 144 in das unterhalb derselben angeordnete Auffang
becken 98 strömt.
Vorzugsweise erstreckt sich dabei der Dorn 140 von einem Boden
148 des Auffangbeckens 98 ausgehend durch das Bad 100 hindurch
und dann durch die Öffnung 144.
Im Rahmen der bislang beschriebenen Ausführungsbeispiele wurde
nicht näher auf die Anordnung der Flüssigkeitsstrahlen 88 ein
gegangen.
Vorzugsweise sind diese in sich über die gesamte Breite des
jeweiligen Abschnitts des Austrittskanals 78 erstreckenden
Reihen 150a, 150b und 150c angeordnet, wobei die Flüssig
keitsstrahlen in den einzelnen Reihen 150a, 150b, 150c so
angeordnet sind, daß sie gegenüber der jeweils nächstliegenden
Reihe 150b, 150c auf Lücke stehen, wie es in Fig. 7 dargestellt
ist.
Ferner ist der Abstand der Flüssigkeitsstrahlen vorzugsweise so
gelegt, daß dieser ungefähr das ein- bis fünffache eines Durch
messers der jeweiligen Flüssigkeitsstrahlen 88 beträgt.
Die gleichen Verhältnisse gelten für das Vorsehen von Führungs
elementen 140, auf denen sich jeweils ein Flüssigkeitsfilm 142
ausbildet, wobei anstelle des Durchmessers der Flüssigkeits
strahlen 88 als Durchmesser der Durchmesser des Führungs
elements 140 mit dem auf diesem sich ausbildenden Flüssig
keitsfilm 142 einzusetzen ist.
Hinsichtlich des Durchmessers der Flüssigkeitsstrahlen 88 oder
der Führungselemente 140 mit den jeweiligen Flüssigkeitsfilmen
wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So ist es möglich
die Durchmesser gleich groß oder unterschiedlich groß zu
wählen.
Claims (22)
1. Sauerstoff-Jod-Laser, umfassend: eine Reaktionseinheit
(18) zur Erzeugung eines angeregten Sauerstoff um
fassenden Gasstroms durch chemische Reaktion zwischen
einer Reaktionsflüssigkeit und einem Reaktionsgas in
einem Reaktionsraum (74) einer Reaktionseinheit (18),
eine Wasserdampffalle (20) mit einem Kondensationsraum
(86), in welchem von dem Gasstrom mitgeführter Wasser
dampf an kalten Oberflächen auskondensiert, einen Jod-
Injektor (24), welcher zur Erzeugung eines laseraktiven
Gasgemischs Jod in den Gasstrom injiziert, und einen
vom laseraktiven Gasgemisch durchströmten Laser
resonator (28),
dadurch gekennzeichnet, daß die
kalten Oberflächen zur Abscheidung des Wasserdampfes im
Kondensationsraum (86) durch Flüssigkeitsoberflächen
einer innerhalb des Kondensationsraums (86) bewegten,
den Wasserdampf aufnehmenden und aus dem Kondensations
raum (86) abtransportierenden Kondensationsflüssigkeit
gebildet sind.
2. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kondensationsflüssigkeit sich in dem
Kondensationsraum (86) in Form einer Strömung (88; 142)
bewegt.
3. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die Kondensationsflüssigkeit
relativ zum Gasstrom (76) durch den Kondensationsraum
(86) bewegt.
4. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kondensationsflüssigkeit in
Form von mehreren Flüssigkeitsstrahlen (88) durch den
Kondensationsraum (86) strömt.
5. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Flüssigkeitsstrahlen (88) als zu
sammenhängende Strahlen den Kondensationsraum (86)
durchströmen.
6. Sauerstoff-Jod-Laser nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensa
tionsflüssigkeit (88; 142) tröpfchenbildungsfrei durch
den Kondensationsraum (86) geführt ist.
7. Sauerstoff-Jod-Laser nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsflüssig
keit im Kondensationsraum (86) Wandflächen als Flüssig
keitsfilm (142) überströmt und durch diese geführt ist.
8. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wandflächen so ausgebildet sind, daß
sie Zwischenräume bilden, durch welche der Gasstrom
(76) hindurchtritt.
9. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wandflächen durch Führungsele
mente (140) gebildet sind.
10. Sauerstoff-Jod-Laser nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssig
keitsoberflächen (88; 142) in mindestens einer Reihe
und im Abstand zueinander angeordnet sind.
11. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Flüssigkeitsoberflächen (88; 142) in
mehreren Reihen (150a, b, c) aufeinanderfolgend ange
ordnet sind.
12. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Flüssigkeitsoberflächen (88; 142) in
den mehreren aufeinanderfolgenden Reihen (150a, b, c)
versetzt zueinander angeordnet sind.
13. Sauerstoff-Jod-Laser nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Konden
sationsraum (86) in einem für den Gasstrom (76) vor
gesehenen Austrittskanal (78) der Reaktionseinheit (18)
angeordnet ist.
14. Sauerstoff-Jod-Laser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Konden
sationsraum (86) unmittelbar an den Reaktionsraum (74)
anschließt.
15. Sauerstoff-Jod-Laser nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konden
sationsflüssigkeit in einem Kreislauf (36) geführt ist.
16. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kreislauf (36) mit einer Kühleinrich
tung (50) zur Kühlung der Kondensationsflüssigkeit ver
sehen ist.
17. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Kreislauf (36) ein Ab
scheider (48) für Wasser aus der Kondensationsflüssig
keit vorgesehen ist.
18. Sauerstoff-Jod-Laser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensations
flüssigkeit von der Reaktionsflüssigkeit der Reaktions
einheit (18) gebildet ist.
19. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Reaktionsflüssigkeit aus der Reak
tionseinheit (18) entnommen und einer Aufbereitungsein
heit (40) zugeführt wird und daß dann die aufbereitete
Reaktionsflüssigkeit einer Wasserdampffalle (20) zur
Verwendung in der selben als Kondensationsflüssigkeit
zugeführt wird.
20. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß die als Kondensationsflüssigkeit in der
Wasserdampffalle (20) wirkende Reaktionsflüssigkeit
nach Durchlaufen der Wasserdampffalle (20) in die Reak
tionseinheit (18) eintritt.
21. Sauerstoff-Jod-Laser nach Anspruch 19 oder 20, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Wasserdampffalle (20) das
Verhältnis der aktiven kalten Oberflächen zum Volumen
kleiner ist als das Verhältnis der aktiven Oberflächen
zum Volumen in der Reaktionseinheit (18).
22. Sauerstoff-Jod-Laser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des
Kondensationsraums (86) kleiner als ein Drittel des
Volumens des Reaktionsraums (74) ist.
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