DE68902139T2

DE68902139T2 - Direkt beheizte katalytische vorrichtung.

Info

Publication number: DE68902139T2
Application number: DE1989602139
Authority: DE
Inventors: H Affleck; P Moser
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1988-06-13
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2009-05-13
Also published as: DE68902139D1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG:

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Katalysatoren und im besonderen auf einen Katalysator zum Wiederherstellen von CO&sub2;, wobei der Katalysator ein katalytisches Material beinhaltet, wie ein Edelmetall, das auf einem direkt beheizten keramischen Substrat niedergeschlagen ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG:

CO&sub2;-Laser enthalten typischerweise eine Mischung aus Gasen wie Kohlendioxid, Stickstoff und andere Gase. Eine elektrische Entladung zwischen einem Elektrodenpaar innerhalb des Laserhohlraums induziert das Lasen von dem CO&sub2; und dissoziiert auch das CO&sub2; in CO und O&sub2;. Diese Dissoziation von CO&sub2; tendiert dazu, das Volumen des CO&sub2; in dem Laser zu reduzieren, was zu einer graduellen Abnahme der Ausgangsleistung des Lasers und möglicherweise zum kompletten Ausfall des Lasers nach einem Zeitraum führt.
Um das CO&sub2; wieder auf zufüllen, ist es bekannt, einen externen CO&sub2;-Gasbehälter bereitzustellen. In einigen Anwendungen, wie militärischen Anwendungen, kann ein externer Gasbehälter jedoch unerwünscht sein.
Es ist ebenso bekannt, einen Katalysator innerhalb des Laserhohlraums bereitzustellen, um das dissoziierte CO und O&sub2; zu rekombinieren, da das CO und O&sub2; nicht sogleich bei Raumtemperaturen oder bei typischen Laserbetriebs-Temperaturen rekombinieren. Eine Vielzahl von Katalysatoren sind bekannt, welche diese Wiederherstellung von CO&sub2; aus CO und O&sub2; fördern. Ein Beispiel für solch einen Katalysator ist metallisches Platin (Pt) in Drahtform, welches resistiv auf eine Temperatur von etwa 1000º C geheizt wird. Es ist auch bekannt, CO und O&sub2; durch Pumpen des Lasergases durch ein Hopcalit-Bett (60% MnO&sub2;, 40% CuO und Spurenmengen von anderen Oxiden) zu rekombinieren, wobei das Hopcalit typischerweise in Granular- oder Pulverform bereitgestellt wird. Ein signifikanter Druckabfall kann jedoch innerhalb solch eines Hopcalit-Bettes auftreten, wenn es notwendig ist, daß das Lasergas durch das Bett gepumpt wird. Hopcalit benötigt oft auch eine periodische Behandlung, um seine Aktivität zu erhalten und muß auch geeignet eingeschlossen sein, so daß das Pulver nicht die innere Oberfläche des Laserhohlraumes kontaminiert.
Bei einem metallischen Platinkatalysator ist es bekannt, daß die Zahl der CO- und O&sub2;-Moleküle, die während eines gegebenen Zeitintervalls zu CO&sub2; rekombiniert werden, in direkter Beziehung stehen zu der Oberfläche des Katalysators in Kontakt mit den Molekülen und, daß sie auch in exponentieller Beziehung stehen zur Temperatur des Platins. Daher führt eine Vergrößerung des Oberflächeninhalts zu einer signifikanten Abnahme der erforderlichen Temperatur, um eine gewünschte CO&sub2;-Rekombinations-Geschwindigkeit zu erreichen.
Konventionelle Methoden des Heizens von Katalysatoren beinhalten das Stromaufwärts-Heizen des Lasergases und den direkten thermischen Kontakt der Katalysatorstruktur mit einem eingebetteten Heizelement. Das Stromaufwärts-Heizen von Lasergas kann bei einigen Anwendungen unerwünscht sein, wegen nachfolgender Wärmeentfernungs-Operationen, möglicher Ineffektivität des Wärmeübergangs und möglicher struktureller Komplexität und erhöhter Kosten. Direkter thermischer Kontakt der Katalysatorstruktur mit einem eingebetteten Heizelement kann sich auch als nachteilig erweisen wegen ineffizientem thermischen Transport zwischen dem Element und der Katalysatorstruktur und der Schwierigkeit beim Implementieren dieser Technik in eine kompakte Geometrie.
Der Artikel im Soviet Journal of Quantumelectronics, Band 11 (1981) Mai Nr. 5 Seiten 679-681, offenbart einen CO&sub2;-Laser mit geschlossenem Kreislauf, wobei dem CO und O&sub2; durch einen Palladiumschwarz-Katalysator rekombiniert werden, der von einem Träger aus rostfreiem Stahl in der Form von Gittern aus rostfreiem Stahl getragen wurde, die quer zur Strömungsrichtung plaziert sind. Der Katalysator wird durch eine spiralförmige Heizung mit kontrollierter Leistung bis zu 5 kW am Eingang in einem metallenen Gehäuse beheizt. GB- A-2 083 687 bezieht sich auf ein ähnliches Verfahren; der Katalysator überdeckt jedoch die Ventilatorflügel; zum Beispiel ein SnO&sub2;-Trägersystem der Antriebsmittel des Zirkulationssystems für das Gas. Dieses Verfahren arbeitet bei erhöhten Temperaturen. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Wärme der Gase durch ein Flüssigkeitskühlungsrohr kontrolliert; die Temperatur des Katalysators auf dem Ventilatorflügel wird überhaupt nicht kontrolliert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine katalytische Struktur bereitzustellen, welche einen Überzug verwendet, die ein katalytisches Material beinhaltet, das auf einem elektrisch leitenden keramischen Substrat niedergeschlagen ist, wobei das Substrat resistiv beheizt wird, um den katalytischen Überzug auf seine Aktivierungstemperatur anzuheben.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Katalysator für einen CO&sub2;-Laser bereitzustellen, der eine hohe katalytische Aktivität pro Volumeneinheit bei einer reduzierten Betriebstemperatur oder einen minimalen Leistungsbedarf hat, wobei der Katalysator ein resistiv beheiztes Substrat hat, um einen katalytischen Überzug auf eine gewünschte Temperatur anzuheben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Katalysator für einen CO&sub2;-Laser bereitzustellen, der eine hohe katalytische Aktivität pro Volumeneinheit bei einer reduzierten Betriebstemperatur oder einem Eingangleistungs-Bedarf hat, wobei der Katalysator ein resistiv beheiztes keramisches Substrat hat, um einen katalytischen Überzug auf eine gewünschte Temperatur anzuheben, wobei der Katalysator des weiteren eine damit verbundene Temperaturkontrolle hat, um den Überzug auf der gewünschten Temperatur zu halten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die oben erwähnten Probleme werden überwunden und andere Vorteile werden erreicht durch eine katalytische Vorrichtung, die einen direkt beheizten Katalysator beinhaltet, um die Rekombination von CO und O&sub2; in CO&sub2; in einem Gasfluß-CO&sub2;- Laser zu katalysieren, beinhaltend
ein elektrisch leitendes keramisches Substrat mit einem damit einhergehenden elektrischen Widerstand;
einen Überzug, der ein katalytisches Material beinhaltet, daß das Substrat überdeckt und thermisch mit dem Substrat verbunden ist, wobei der Überzug die Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2; in einem Fluß von Lasergas, das in Kontakt mit dem Überzug steht, bei erhöhter Temperatur zu katalysieren vermag; und
eine Anordnung, um das Substrat mit Strom zu versorgen, um damit das Substrat über dessen Widerstand zu erwärmen, wodurch der Überzug beheizt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Die oben dargelegten Probleme werden darüberhinaus durch einen Gasfluß-Laser überwunden, beinhaltend:
eine Anordnung, die einen Gasfluß enthält, wobei das Gas CO&sub2; beinhaltet;
eine Anordnung, die das Gas durch die Anordnung, die den Gasfluß enthält, fließen läßt;
eine Anordnung, die das CO&sub2; anregt, um das CO&sub2; dazu zu veranlassen, Laserstrahlung zu emittieren, wobei die Anregeanordnung etwas CO&sub2;-Gas in CO und O&sub2; dissoziiert;
wobei der Laser des weiteren beinhaltet: einen direkt beheizten Katalysator zur Katalyse der Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2;, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Die oben dargelegten Probleme werden auch durch ein Verfahren zum Betreiben eines Gasfluß-Lasers, das folgende Schritte beinhaltet, überwunden:
einen Gasfluß einschließen, wobei das Gas CO&sub2; beinhaltet;
das Gas durch die Behälter-Anordnung fließen lassen;
das CO&sub2; anregen, um das CO&sub2; dazu zu veranlassen, Laserstrahlung zu emittieren, wobei der Anregeschritt etwas CO&sub2;-Gas in CO und O&sub2; dissoziiert;
wobei das Verfahren des weiteren folgende Schritte beinhaltet:
einen Katalysator zur Katalyse der Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2; nach einem der Ansprüche 1 bis 8 direkt beheizen, wobei der Schritt der direkten Beheizung des Katalysators den Schritt der Stromversorgung des Substrats beinhaltet, um das Substrat über dessen Widerstand zu beheizen, wodurch die Temperatur des Überzuges erhöht wird.
Ausführungsformen des Verfahrens der Erfindung werden des weiteren in den Ansprüchen 11 bis 14 offenbart und beansprucht.
In einer verdeutlichten Ausführungsform der Erfindung wird eine Form von Platin (Platinschwarz) mit großem Flächeninhalt auf einem elektrisch leitenden keramischen Substrat niedergeschlagen. Das Substrat wird über seinen Widerstand durch einen elektrischen Strom beheizt, wodurch der Platin- Überzug auf seine Aktivierungstemperatur angehoben wird. Gas wird über den Katalysator geströmt, welcher wegen des hohen Platin-Oberflächenfläche, bereitgestellt durch der Platinschwarz-Überzug, eine hohe katalytische Aktivität bei einem moderaten Grad an Heizung erreicht. Das Substrat kann jedes elektrisch leitende keramische Material sein, wie Siliziumcarbid oder Zinnoxid.
Erfindungsgemäß kann der keramische Katalysator-Träger auch verwendet werden, eine Temperatur-Sensoranordnung bereitzustellen, um die Temperatur des katalytischen Überzuges durch das Messen des Widerstandes des Trägers anzuzeigen. Die Temperatur-Sensoranordnung kann des weiteren mit einer Stromkontrollanordnung verbunden sein, um die Menge des Heizstromes durch das Substrat zu kontrollieren.
Erfindungsgemäß wird auch ein Gasfluß-Laser offenbart, der eine Anordnung enthält, die einen Gasfluß enthält, wobei das Gas CO&sub2; beinhaltet; eine Anordnung, die das Gas durch die Behälter-Anordnung fließen läßt; eine Anordnung, die das CO&sub2; anregt, um das CO&sub2; dazu zu veranlassen, Laserstrahlung zu emittieren, wobei die Anregeanordnung etwas CO&sub2;-Gas in CO und O&sub2; dissoziiert. Der Laser beinhaltet des weiteren einen direkt beheizten Katalysator zur Katalyse der Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2;, wobei der Katalysator beinhaltet: ein elektrisch leitendes keramisches Substrat mit einem damit einhergehenden elektrischen Widerstand; einen Überzug, der ein katalytisches Material beinhaltet, das das Substrat überdeckt und thermisch mit dem Substrat verbunden ist, wobei der Überzug die Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2; bei einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur zu katalysieren vermag, wobei der Katalysator in dem Gasfluß angeordnet ist; und eine Anordnung, um das Substrat mit Strom zu versorgen, um das Substrat über seinen Widerstand zu beheizen, wodurch der Überzug auf die vorbestimmte Aktivierungstemperatur erhitzt wird.
Des weiteren wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer katalytischen Struktur offenbart, das die Schritte des Bereitstellens eines Substrats, das eine gewünschte Form hat, wobei das Substrat eine elektrisch leitende Keramik beinhaltet; und Ausbilden eines Überzuges über das Substrat, wobei der Überzug ein katalytisches Material beinhaltet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher in Verbindung mit der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung gelesen wird, wobei:
Fig. 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, eine katalytische Struktur zeigt, beinhaltend eine Schicht aus katalytischem Material, wie ein Edelmetall, das auf der Oberfläche eines elektrisch leitenden keramischen Substrats niedergeschlagen ist;
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Gasfluß-CO&sub2;-Lasers, der erfindungsgemäß einen direkt beheizten Katalysator zur Förderung der Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2; hat; und
Fig. 3 ist ein Kurvenschaubild, in dem die Sauerstoffrekombinationsgeschwindigkeit gegen die Temperatur für eine katalytische Struktur aufgetragen ist, die in Übereinstimmung mit Fig. 1 hergestellt ist, wobei das Kurvenschaubild zwei Gasflußgeschwindigkeiten grafisch darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezug auf Fig. 1, wird eine Seitenansicht eines Katalysators gezeigt, der erfindungsgemäß hergestellt wurde. Man kann sehen, daß der Katalysator 10 aus einem im wesentlichen ringförmigen zylindrischen Substrat 12 besteht, das einen Überzug 14 hat, das ein katalytisches Material beinhaltet, das die Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2; zu katalysieren vermag. Das Substrat 12 beinhaltet vorzugsweise eine elektrisch leitende Keramik, wie Siliziumcarbid (SiC), Zinnoxid (SnO&sub2;) oder jedes geeignete keramische Material, welches einen ausreichenden Grad an elektrischer Leitfähigkeit hat, wodurch das Substrat über seinen Widerstand geheizt werden kann. Der Überzug 14 beinhaltet ein katalytisches Material, wie ein Edelmetall, welches in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Überzug aus einer Platinform mit einer großen Oberflächen-Fläche, wie Platinschwarz, beinhaltet. Platinschwarz ist eine fein verteilte Form von metallischem Platin, welche typischerweise durch eine Reduktion einer Lösung von Platinsalz mit Zink oder Magnesium erhalten wird. Im allgemeinen hat es die Form von schwarzem Pulver, ist in Königswasser löslich und hat ein spezifisches Gewicht von 15,8 bis 17,6 (scheinbar). Die Schicht 14 aus Platinschwarz kann auf der Oberfläche des Substrats 12 niedergeschlagen werden durch Eintauchen des Substrats 12 in eine Galvanisierungs-Lösung aus Platinschwarz und anschließendem Anlegen eines Stroms an das Substrat 12. Der Strom veranlaßt die galvanische Abscheidung des Platinschwarz' auf dem Substrat. Vor der Verwendung wird die Katalysatorstruktur vorzugsweise konditioniert, indem sie in eine Atmosphäre aus Helium gebracht wird, wobei die Struktur auf eine Temperatur von etwa 350ºC erhitzt wird.
Das Substrat kann auch ein Paar elektrischer Anschlüsse 16 und 18 haben, um das Substrat 12 elektrisch mit einer Heizenergiequelle zu verbinden, wie Wechsel- oder Gleichstrom. Es kann auch eine Wärmekontrollanordnung bereitgestellt werden, wie ein Wärmesensor oder Thermostat 20, welcher thermisch mit dem Substrat 12 verbunden ist und welcher auch Anschlüsse 22 und 24 beinhaltet, um den Thermostat 20 mit einer geeigneten Temperatursteuerung zu verbinden.
Natürlich kann die Erfindung mit anderen katalytischen Substanzen ausgeführt werden, die auf dem Substrat niedergeschlagen werden, wie die Abscheidung einer Schicht aus Palladium (Pd). Im allgemeinen kann jede katalytische Substanz, einschließlich Edelmetalle und andere Substanzen, verwendet werden, solange das katalytische Material geeignet ist, als Schicht oder Überzug auf dem Substrat 12 niedergeschlagen zu werden. Zu den Beispielen von katalytischen Substanzen aus Nicht-Edelmetallen zählen Mangan, Magnesium, Nickel und Kupfer. Der Überzug kann auch durch eine andere als durch elektrolytische Fällung gebildet werden. Zum Beispiel kann das keramische Material des Substrats 12 mit der katalytischen Substanz imprägniert werden. Diese Imprägnierung kann durch eine Anzahl von bekannten Techniken ausgeführt werden. Beispielsweise kann eine anfängliche Naßtechnik angewendet werden, besonders mit einem relativ porösen Substrat wie Zinnoxid, wobei die Hohlräume innerhalb des porösen Substrats mit einer gesättigten Lösung des katalytischen Materials gefüllt werden, wobei der flüssige Anteil später verdampft wird. Auch kann eine Fäll- und Brenntechnik angewendet werden, um den Überzug zu bilden.
Die elektrische Leitfähigkeit des Substrats 12 wird so festgelegt, daß das Substrat über seinen Widerstand auf eine Temperatur beheizt werden kann, bei der die Aktivierung der katalytischen Schicht 14 erreicht wird. Beispielsweise kann, wenn das Substrat mit Platinschwarz beschichtet ist, eine Temperatur innerhalb des Bereichs von etwa 100ºC bis etwa 350ºC ausreichend sein.
Die Gesamtform der katalytischen Struktur 10 wird so festgelegt, daß eine große Oberflächen-Fläche des katalytischen Materials einem Gasfluß dargeboten ist, der über und durch die katalytische Struktur fließt. Wie man erkennen kann, ist die Rekombinationsgeschwindigkeit von CO und O&sub2; zu CO&sub2; umso größer, je größer die katalytische Oberflächen-Fläche in Kontakt mit dem fließenden Gasstrom ist. Die tatsächliche Form und die Dimensionen einer einzelnen katalytischen Struktur ist typischerweise anwendungsabhängig und kann innerhalb eines weiten Bereichs variiert werden, während noch die günstigen Ergebnisse erzielt werden, die durch die Erfindung möglich gemacht wurden. Man kann daher erkennen, daß die ringförmige, zylindrische, schraubenförmige Form, abgebildet in Fig. 1, nur eine der geeigneten Formen für eine katalytische Struktur ist, die erfindungsgemäß hergestellt wird.
Unter Bezug auf Fig. 2 wird ein veranschaulichter gepulster Gasfluß-CO&sub2;-Laser 30 gezeigt, bei dem der Katalysator 10 von Fig. 1 innerhalb eines Gasflußweges, der durch den Pfeil mit der Bezeichnung A angezeigt wird, angeordnet ist, der innerhalb einer Gasrohrleitung 31 eingeschlossen ist. Der Laser 30 beinhaltet ein Elektrodenpaar 32 und 34, die einander gegenüber angeordnet sind quer zum Gasflußweg A, und die eine Entladungszone zwischen sich definieren. Eine gepulste Quelle mit Hochspannung (angezeigt durch V+ und Erdung) oder eine andere Form der Entladungsenergie ist mit den Elektroden verbunden, um eine Entladung zu induzieren, wobei die Entladung das fließende CO&sub2; innerhalb der Entladungszone zum Lasen veranlaßt. Pulse von Laserstrahlung werden aus dem Laser 30 durch eine geeignete Ausgangskopplungsanordnung herausgeführt (nicht gezeigt). Eine Anordnung für den Gasfluß, wie ein Ventilator 36, wird ebenso typischerweise innerhalb der Rohrleitung 31 angeordnet, um das Lasergas mit einer Geschwindigkeit zu zirkulieren, die ausreichend ist, um das Gas innerhalb der Entladungszone vor jeder Entladung zu erneuern.
Wie bereits vorher dargestellt, dissoziiert jede Entladung etwas von dem CO&sub2; in CO und O&sub2;. Wenn das CO und O&sub2; nicht rekombiniert werden, tritt eine graduelle Abnahme der Laserpulsleistung ein, was zu einem eventuellen Ausfall des Lasers führt. Der Katalysator 10 wird daher bereitgestellt, um die CO- und O&sub2;-Gase zu rekombinieren, um den kontinuierlichen Betrieb des Lasers 30 bei einer gewünschten Pulsleistung und Pulswiederholungsgeschwindigkeit sicherzustellen.
Erfindungsgemäß wird der Katalysator 10 mit einer Leistungsquelle 38 bereitgestellt, die mit den Anschlüssen 16 und 18 verbunden ist, um das Substrat 12 direkt zu beheizen, wodurch die katalytische Schicht 14 auf eine gewünschte Aktivierungstemperatur geheizt wird. Die Leistungsquelle 38 kann jede geeignete Quelle sein, wie eine Wechselstrom- oder Gleichstromquelle, welche genügend Strom bereitzustellen vermag, der durch den Widerstand des Substrats 12 fließt, um die Temperatur der Edelmetallschicht 14 auf eine gewünschte Temperatur anzuheben und zu halten.
Falls gewünscht, sieht die Erfindung auch vorteilhaft, eine Wärmekontrollanordnung, wie ein Thermoelement 40 und eine Temperaturkontrolleinrichtung 42 mit dem Katalysator 10 und der Leistungsquelle 38 zu verbinden, vor, um die Temperatur der Schicht 14 auf einer gewünschten Temperatur zu halten. Die Temperaturkontrollanordnung kann eine Zahl von gut bekannten Vorrichtungen enthalten, die auf eine Änderung in der Temperatur der katalytischen Struktur zu reagieren vermögen, um den Stromfluß durch das Substrat 12 zu erhöhen oder zu verringern. Daher können Schwankungen bei den Gasflußgeschwindigkeiten über den Katalysator 10, Schwankungen bei der Laserpulsgeschwindigkeit und bei anderen Faktoren, die die Gastemperatur beeinflussen, kompensiert werden, um den Katalysator auf einer gewünschten Temperatur zu halten.
Insoweit als der Widerstand des Substrates mit der Temperatur des Substrates über eine bekannte Funktion in Beziehung steht, kann der Widerstand ferner als eine direkte Anzeige der Temperatur des Substrates und somit auch der Temperatur des katalytischen Überzuges verwendet werden. Der Widerstand wird durch die Anwendung des Ohmschen Gesetzes als das Verhältnis von Spannung zu Strom bestimmt. Das bedeutet, daß das Verhältnis der Ausgangsspannung der Leistungsquelle 38 zu dem Strom, der durch die Leistungsquelle bereitgestellt wird, durch gut bekannte Schaltungen bestimmt wird, um ein Signal abzuleiten, das Widerstand und Temperatur anzeigt.
Es ist erkennbar, daß der direkt beheizte Katalysator der Erfindung vorteilhaft auch in Gasfluß-Lasern mit kontinuierlicher Leistung verwendet werden kann. Die Erfindung kann auch für andere Anwendungen verwendet werden, in denen ein beheizter Katalysator dissoziierte Gase rekombiniert. Daher ist die Erfindung nicht allein auf Verwendung innerhalb eines Lasers beschränkt.
Unter Bezug auf Fig. 3 wird ein Kurvenschaubild gezeigt, in dem die Sauerstoffschwund-Geschwindigkeit, welche das Volumen von molekularem Sauerstoff ist, der pro Zeiteinheit umgewandelt wird, gegen die Oberflächentemperatur des Katalysators 10 von Fig. 1 aufgetragen ist. Das Kurvenschaubild zeigt Daten für zwei verschiedene Gasflußgeschwindigkeiten. Der Schnittpunkt der zwei Kurven mit den horizontalen Betriebslinien für 10, 25 und 50 Hz Laserbetrieb, definiert die minimale Betriebstemperatur, um einen kontinuierlichen Betrieb zu erreichen. Die Abflachung der Sauerstoffschwund- Geschwindigkeit bei etwa 200ºC bei der niedrigeren Gasfluß- Geschwindigkeit von 0,14 m³/h (5SCFH) steht wahrscheinlich in Beziehung mit einer Beschränkung, die durch den Massentransport der Reaktanten an die katalytische Stelle verursacht wird. Bei der höchsten Flußgeschwindigkeit von 0,28 m³/h (10SCFH) zeigt die Sauerstoffabbau-Geschwindigkeit keine solche Abflachung bei 200º C, was anzeigt, daß es bei einer gegebenen Anwendung wünschenswert sein kann, eine Gasfluß-Geschwindigkeit relativ zur Laserpuls- Wiederholungsgeschwindigkeit und zur Katalysator-Aktivierungs-Temperatur empirisch zu bestimmen.
Eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wurde hier offenbart, wobei es erkennbar ist, daß eine Anzahl von Modifikationen zu dieser Ausführungsform dem Durchschnittsfachmann erkennbar sind. Zum Beispiel kann erkannt werden, daß die schraubenförmig geformte Struktur, die in Fig. 1 dargestellt ist, nur eine der geeigneten Formen ist. Daher kann nicht angenommen werden, daß die Erfindung auf diese gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform beschränkt ist, sondern daß sie statt dessen nur durch die nachfolgenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Katalytische Vorrichtung, welche einen direkt beheizten Katalysator zur katalytischen Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2; in einem Gasfluß-CO&sub2;-Laser beinhaltet, beinhaltend

ein elektrisch leitendes, keramisches Substrat mit einem damit einhergehenden elektrischen Widerstand;

einen Überzug, der ein katalytisches Material beinhaltet, das das Substrat überdeckt und thermisch mit dem Substrat verbunden ist, wobei der Überzug die Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2; während des Fließens von Lasergas, das in Kontakt mit dem Überzug steht, bei erhöhter Temperatur zu katalysieren vermag und

eine Anordnung, um das Substrat mit Strom zu versorgen, um damit das Substrat über dessen Widerstand zu erhitzen, wodurch der Überzug beheizt ist.

2. Katalytische Vorrichtung, welche einen Katalysator nach Anspruch 1 beinhaltet und des weiteren beinhaltet:

eine Anordnung zur Kontrolle der Strommenge, mit welcher das Substrat versorgt ist, um den Überzug auf einer erhöhten Temperatur zu halten.

3. Katalytische Vorrichtung, welche einen Katalysator nach Anspruch 1 und/oder 2 beinhaltet, wobei das Substrat ein keramisches Material beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus SiC und SnO&sub2; besteht, und wobei der Überzug ein katalytisches Material beinhaltet, das auf einer äußeren Oberfläche des Substrats niedergeschlagen ist.

4. Katalytische Vorrichtung, welche einen Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3 beinhaltet, wobei das Substrat ein keramisches Material beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus SiC und SnO&sub2; besteht, und wobei der Überzug ein katalytisches Material beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin, Palladium, Mangan, Magnesium, Nickel und Kupfer besteht.

5. Katalytische Vorrichtung, welche einen Katalysator nach Anspruch 4 beinhaltet, wobei der Überzug Platin-schwarz beinhaltet.

6. Katalytische Vorrichtung, welche einen Katalysator nach einem der Ansprüche 2 bis 5 beinhaltet, wobei das Substrat eine ringförmige, zylindrische Form aufweist und des weiteren ein daran angeschlossenes Paar an elektrischen Anschlüssen beinhaltet, um das Substrat an die Stromversorgungsanordnung anzuschließen.

7. Katalytische Vorrichtung, welche einen Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 beinhaltet, wobei der Katalysator des weiteren eine thermisch damit verbundene Temperatursensoranordnung beinhaltet.

8. Katalytische Vorrichtung, welche einen Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 beinhaltet, wobei der Katalysator des weiteren eine Temperatursensoranordnung beinhaltet, welche eine Vorrichtung beinhaltet, die die auf das Substrat angelegte Spannungs- und Stromstärkegröße bestimmt, so daß der Widerstand des Substrats bestimmt ist.

9. Ein Gasfluß-Laser, beinhaltend:

eine Anordnung, die einen Gasfluß enthält, wobei das Gas CO&sub2; beinhaltet;

eine Anordnung, die das Gas durch die enthaltende Anordnung fließen läßt;

eine Anordnung, die das CO&sub2; anregt, um das CO&sub2; dazu zu veranlassen, Laserstrahlung zu emittieren, wobei die Anregeanordnung etwas CO&sub2;-Gas in CO und O&sub2; dissoziiert;

wobei der Laser des weiteren beinhaltet: einen direkt beheizten Katalysator zur Katalyse der Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2;, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Verfahren zum Betreiben eines Gasfluß-Lasers, das folgende Schritte beinhaltet:

einen Gasfluß einschließen, wobei das Gas CO&sub2; beinhaltet;

das Gas durch die enthaltende Anordnung fließen lassen;

das CO&sub2; anregen, um das CO&sub2; dazu zu veranlassen, Laserstrahlung zu emittieren, wobei der Anregeschritt etwas CO&sub2;-Gas in CO und O&sub2; dissoziiert;

wobei das Verfahren des weiteren folgende Schritte beinhaltet:

einen Katalysator zur Katalyse der Rekombination von CO und O&sub2; zu CO&sub2; nach einem der Ansprüche 1 bis 8 direkt beheizen, wobei der Schritt der direkten Beheizung des Katalysators den Schritt der Stromversorgung des Substrats beinhaltet, um das Substrat über dessen Widerstand zu beheizen, wodurch die Temperatur des Überzugs erhöht wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines direkt beheizten Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welches folgende Schritte beinhaltet:

ein Substrat bereitstellen, wobei das Substrat ein elektrisch leitendes, keramisches Material beinhaltet;

einen Überzug auf wenigstens einer äußeren Oberfläche des Substrats ausbilden, wobei der Überzug ein Material beinhaltet, das die Rekombination von CO&sub2; aus CO und O&sub2; bei erhöhter Temperatur zu katalysieren vermag; und

den Katalysator konditionieren, indem der Katalysator auf eine Temperatur im Bereich von 100º C bis 350º C erhitzt wird, während der Katalysator sich in einer Atmosphäre befindet, welche im wesentlichen Helium beinhaltet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt der Ausbildung eines Überzugs durch eine elektrolytische Fälltechnik erreicht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt der Ausbildung eines Überzugs durch eine anfängliche Naßtechnik erreicht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt der Ausbildung eines Überzugs durch eine Fäll- und Brenntechnik erreicht wird.