[发明专利]一种常温复合催化剂的催化装置

说明书

本发明属激光技术领域，特别适用于气体激光器系统。

由于CO₂激光器工作过程中激活媒质中CO₂离解及电负性气体NO_x有害杂质产生、存积，导致CO₂激光器放电不稳定，光束质量变差，输出功率下降乃至激光器无法正常工作。为此，在CO₂激光器工作过程中需不断补充更换甚至全部更换激光器内工作气体。目前这种激活媒质的工作气体是一种由CO₂、He、N₂组成的混合气体，其中氦气（He）含量为50-70%（分压比），我国基本上属贫氦国，氦气价格昂贵，提高CO₂激光器一次充气封闭运行寿命具有重要实用意义，而且同时且备CO₂再生和消除NO_x作用的复合催化剂的研究更是目前国际上研究的热点，例如，1981年2月《苏联量子电子》（Sov.J.Quantum Electron.11（11），Nov.1981）载文《电子束控制闭式循环系统CO₂激光器气体混合物的催化再生》（Catalytic ragenneration of the gas mix-ture in an electronbeam-comtrolled closed-cycle CO₂laser）中公开一种复合催化剂，它由氧化铜CuO和三氧化二铬Cr₂O₃组成，这种复合催化剂可同时抑制CO₂的离解和消除有害杂质NO_x的存积，但该CO₂激光器仍需采用旁路系统，激光器的催化再生温度高达600℃，设备臃肿，密封性能不良，工作温度太高，同时抑制CO₂的离解和消除NO_x的效果，也不令人满意。

根据上述现有技术存在的缺点，本发明的目的是提供一种常温条件下同时具有抑制CO₂激光器中激活媒质CO₂离解和消除NO_x积累双重功能的复合催化剂的装置。

为达到上述目的，本发明采取下述技术措施：该装置的结构如图1、图2所示，它由金属外壳、过滤网两部分组成。金属外壳的形状以适应所使用的激光器气体循环闭合回路流道形状而定，例如，若流道模截面形状为圆形的，则金属外壳制成圆柱形，若流道横截面形状为矩形，则金属外壳制成横截面为矩形的盒状形，可以固定在流道内。所述过滤网是由一个以上的金属丝网夹层构成，中间相隔一定距离，平行置于金属外壳内，金属外壳周围设螺钉固定金属丝网在金属外壳内的位置，是一种活动式结构。它能起松散固定本发明的复合催化剂并使之不振动脱落的作用。根据激光器气体循环动力流场分布及流阻试验，设计确定催化装置截面大小，安放位置，可通过控制滤网金属丝网夹层所固定的催化剂松散程度和金属丝网夹层数及每夹层厚度与间距控制催化剂所需的气体速，这种催化再生装置可以是单个或数个固定于激光器内气体循环流道的不同部位，既利用主循环气体动力，又不影响气体特环均匀性以实现在CO₂激光器内部在常温条件下（10℃-40℃）催化再生CO₂和消除NO_x，使CO₂激光器长期稳定运行。

本发明具有以下优点：（一）使用该常温复合该催化剂装置无需改变原激光器结构，使用维修方便，适用于各种封闭循环流动CO₂激光器，特别是高功率CO₂激光器，（二）可实现激活媒质成份稳定，激光器长期稳定运行。

图1为图2的A-A剖视图

图2为常温复合催化装置图

以下结合附图对本发明作进一步说明。利用本发明装置用于《HGL-84型全封闭横流连续2千瓦二氧化碳激光器》时，过滤网由二个金属丝网夹层构成，丝网夹层厚度为10毫米，两个丝肉夹层厚度的距离为15毫米，金属外壳形状为矩形盒装（长×宽×厚＝800mm×400mm400mm），如图1所示，通过金属外壳5上的法兰螺孔1用螺钉将该催化装置固定在二氧化碳激光器气体流道内，金属外壳5内装有金属丝网夹层2，以松散固定复合催化剂3，金属丝网夹层2在金属外壳5内的位置由螺钉通过螺孔4固定，金属外壳与流道通过法兰螺孔1用螺钉固定。经103型气相分析仪和72型分光光度计按Saltzmamn法分析检测表明，该装置可使用CO₂分解率由原来的20%下降到小于5%，NO_x的积累量由原来的数百PPM数量级降到零。激光器一次充气的有效封时间从不到100小时提高到200小时，连续工作由原来的12小时提高到40小时，累计工作由原来的30小时提高到60小时以上，并且激光器输出功率稳定度达到了2K W±2%，光束的光斑几何形状和模式基本不变。