CH620596A5 - Appliance for UV irradiation of flowing media - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl von parallel angeordneten und gleichzeitig vom Medium durchströmten Reaktionsräumen, in denen das Medium mittels UV-Brennerröhren einer UV-Bestrahlung unterworfen wird.

Derartige Vorrichtungen werden hauptsächlich zur Entkeimung von förderfähigen Medien (Schlamme, Flüssigkeiten und Gase) sowie für fotochemische Reaktionen verwendet. Für den erstgenannten Anwendungsfall sei als Beispiel die Entkeimung von Badewasser in Schwimmbädern genannt, die immer mehr Verbreitung findet, da die Beimengung chemischer Stoffe zum Badewasser vermieden wird. Die zweitgenannte Anwendung bezieht sich z. B. auf die Oxidation von Medien auf dem fotochemischen Wege.

Es ist aus der DE-OS 2 119 961 bekannt, als Reaktionsraum ein Quarzrohr vorzusehen, das von einer oder mehreren achsparallel um das Rohr herum angeordneten UV-Brennerröhren angestrahlt ist, wobei die Strahlung durch den einzelnen Brennerröhren zugeordnete Reflektoren auf den Reaktionsraum konzentriert und damit in ihrer Wirkung intensiviert werden kann. Diese Vorrichtung hat sich in der Praxis bestens bewährt. Sie hat aber noch den Nachteil, dass sich bei der Behandlung grosser Mengen an strömendem Medium Schwierigkeiten ergeben können, weil sich die Durchsatzrate (das ist die Durchsatzmenge pro Zeiteinheit) des strömenden Mediums weder durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit noch durch Erhöhung des Strömungsquerschnittes über eine vorbestimmte Grenze hinweg steigern lässt. Bei einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit wird die Verweilzeit des Mediums im Reaktionsraum zu kurz, und bei einer Erhöhung des Strömungsquerschnittes wird der Rohrdurchmesser und damit der Strahlungsweg zu gross, mit der Folge, dass die Strahlungsintensität, die schon aufgrund des geometrischen Abstandsgesetzes mit dem Abstand von den Brennerröhren kleiner wird und sich ausserdem auch noch durch Absorptionsvorgänge innerhalb des strömenden Mediums stark (im allgemeinen nach einer Exponentialfunktion) vermindert, im Zentralbereich des Rohres nicht mehr ausreicht. Diese beiden Möglichkeiten einer Erhöhung der Durchsatzrate führen also dazu, dass oberhalb einer vorbestimmten Grenze keine einwandfreie Behandlung des strömenden Mediums mehr gewährleistet ist. Eine dritte Möglichkeit, nämlich die Parallelschaltung mehrerer Einzelvorrichtungen, ist sehr kostenaufwendig, kompliziert in der Steuerung und führt auch zu einem erheblichen Raumbedarf.

Um durch Erhöhung des Strömungsquerschnittes ohne Notwendigkeit einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zu einer erhöhten Durchsatzrate zu kommen, wurde in der DE-OS 2 205 598 auch schon vorgeschlagen, das Quarzrohr mit seinem kreisförmigen Querschnitt des Reaktionsraumes zu ersetzen durch zwei koaxial zueinander angeordnete Quarzrohre, die einen Reaktionsraum mit kreisringförmigem Querschnitt bilden. Wenn dabei nicht nur ausserhalb des äusseren Quarzrohres, sondern auch innerhalb des inneren Quarzrohres UV-Brennerröhren angeordnet werden, kann die radiale Stärke des Kreisringes etwa gleich dem Durchmesser des kreisförmigen Reaktionsraum-Querschnittes eines arbeitsfähigen Einzelrohres gemacht werden, was im Vergleich zum Einzelrohr einen sprunghaften Zuwachs des Strömungsquerschnittes ergibt. Aber auch mit diesem Vorschlag lässt sich die Durch5

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satzrate des strömenden Mediums nicht beliebig steigern. Da die radiale Stärke des Kreisringes aus Gründen der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Strahlungsintensität innerhalb des Reaktionsraumes nicht vergrössert werden kann, ist eine Steigerung der Durchsatzrate nur durch Vergrösserung des mittleren Kreisring-Durchmessers möglich. Der dadurch erzielbare weitere Zuwachs der Durchsatzrate des strömenden Mediums ist aber nur noch gering, und ausserdem sind Quarzrohre mit einem dafür ausreichenden Durchmesser kaum oder überhaupt nicht mehr erhältlich.

Durch die AT-PS 321 829 ist ein anderer Typ einer Bestrahlungsvorrichtung bekannt, bei der die UV-Brennerröhren nicht aussen angeordnet sind, sondern sich in dem zu bestrahlenden Medium befinden. Zur Erzielung einer hohen Durchsatzrate ist eine Aufteilung des strömenden Mediums auf mehrere parallel durchströmte Reaktionskammern vorgesehen. Die Wände zwischen den Reaktionskammern sind dabei für die UV-Strahlung undurchlässig, so dass jede der innenliegenden UV-BrennerrÖhren jeweils nur eine Reaktionskammer mit Strahlung versorgt. Die Verwendung von innenliegenden UV-Brennerröhren hat sich aber als nachteilig erwiesen, da die Strahlungsintensität wegen des geometrischen Abstandsgesetzes und der zusätzlichen Absorption der Strahlung innerhalb des zu bestrahlenden Mediums in vielen Fällen in den Randzonen der Reaktionskammer schon zu gering für die angestrebte Reaktion ist. Dies wirkt sich insbesondere dann erheblich aus, wenn die Reaktionskammer aus einem UV-undurchlässigen Material besteht, welches für das UV-Licht nur einen kleinen Reflexionskoeffizienten in der Grössenordnung von etwa 0,25 besitzt. Dann bricht nämlich an der äusseren Wand der Reaktionskammer das Lichtfeld zusammen, d. h. es findet an der Wand selbst überhaupt keine Entkeimung mehr statt. Da ausserdem die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums am äusseren Rand der Reaktionskammer gegen Null geht, hat dies zur Folge, dass sich ein progressiver Aufbau einer schädlichen Bakterienwand ergibt.

Eine abgewandelte Ausführung einer Bestrahlungsvorrichtung mit aussenliegenden UV-Brennerröhren ist in der DE-OS 1 792 659 beschrieben. Dort ist innerhalb eines Gehäuses wenigstens ein das zu bestrahlende Medium führendes Rohr vorgesehen, das mit zahlreichen Windungen sowie nebeneinanderliegenden, im wesentlichen geraden und parallelen Rohrteilen ausgebildet ist, wobei zumindest die geraden Rohrteile UV-durchlässig sind. Weiterhin sind innerhalb des Gehäuses eine Vielzahl von UV-Brennerröhren parallel zu den geraden Rohrteilen so angeordnet, dass jeder gerade Rohrteil aus wenigstens zwei Richtungen angestrahlt wird. Diese Vorrichtung soll eine maximale Bestrahlung aller Teile des Rohres sicherstellen. Eine Erhöhung der Durchsatzrate des zu bestrahlenden Mediums ohne Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit wird dabei nicht erreicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur UV-Bestrahlung von strömenden Medien zu schaffen, die an allen Stellen des Reaktionsraumes das zur Reaktion notwendige Niveau der Strahlungsintensität gewährleistet, die vergleichsweise leicht herzustellen ist und die in der Lage ist, beliebig grosse Durchsatzraten durch entsprechende Erhöhung des Strömungsquerschnittes zu bewältigen.

Ausgehend von der aus der AT-PS 321 829 bekannten Vorrichtung mit einer Mehrzahl von parallel angeordneten und gleichzeitig vom Medium durchströmten Reaktionsräumen, in denen das Medium mittels UV-Brennerröhren einer UV-Bestrahlung unterworfen wird, wird diese Aufgabe erfindungs-gemäss dadurch gelöst, dass die Wände der Reaktionsräume aus für UV-Strahlung durchlässigem Material bestehen und von aussen mit achsparallelen UV-Brennerröhren angestrahlt sind, wobei einige oder alle der UV-Brennerröhren mindestens zwei Reaktionsräume direkt bestrahlen und mit Reflektoren versehen sind.

Die erfindungsgemässe Bestrahlungsvorrichtung ermöglicht auf engstem Raum eine sehr hohe Leistung bei gutem Wirkungsgrad und grosser Durchsatzrate. Sie besitzt alle Vorteile einer mit aussenliegenden UV-Brennerröhren bestückten Vorrichtung, vermeidet aber deren bei der Behandlung grösserer Mengen an strömendem Medium auftretende Schwierigkeiten, denn die Durchsatzrate lässt sich durch entsprechende Auswahl der Anzahl an parallelgeschalteten Reaktionsräumen, die gleichzeitig vom Medium durchströmt werden, an jeden Bedarf anpassen. Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, die vom Prinzip her unerwünscht ist,

braucht dabei zur Erhöhung der Durchsatzrate nicht vorgenommen zu werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin bedeuten:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer mehrflutigen Vorrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entsprechend der Linie 1—1 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere mehrflutige Vorrichtung gemäss der Erfindung mit rechteckigen Reaktionsraumquerschnitten,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht durch eine UV-Brennerröhre, wie sie zwischen zwei Reaktionsräumen in der Fig. 3 verwendet wird,

Fig. 5 die Ansicht von Bauelementen zur Erzeugung einer Vorrichtung gemäss Fig. 3.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung zur UV-Bestrahlung von Schlammen, Flüssigkeiten und Gasen ist für grosse Durchflussmengen geeignet. Mehrere kreisförmige Reaktionsräume 1 sind auf einem Kreis angeordnet, um den ultraviolette Brennerröhren 2 gruppiert sind; je nach Anzahl und Anordnung der Reaktorräume 1 können im freien Innenring 3 eine oder auch mehrere ultraviolette Brennerröhren 4 angeordnet sein. Zur Führung der für die Reaktion vorgesehenen Medien und zur Versorgung der UV-Brennerröhren sind an den Enden der Reaktionsräume jeweils gleichartige Ringgehäuse 5 vorgesehen, die durch Spannschrauben 6 zusammengehalten werden und aus giess- oder pressfähigem Material bestehen. In jedem Ringgehäuse 5 befindet sich ein Ringkanal 7, an den ein als Ein- oder Auslauf dienender Rohrstutzen 8 angeschlossen ist. Am Boden 9 des Ringkanals 7 sind auf gleichem Teilkreis abgesetzte zylindrische Ausnehmungen 10, 11 in das Ringgehäuse 5 eingearbeitet, in welche die rohrför-migen Reaktionsräume 1 eingesetzt und durch Dichtringe 12, 13 abgedichtet sind. Am Ringgehäuse 5 ist ein Ringflansch 14 vorgesehen, in dessen eingearbeitete Taschen 15, 16 jeweils Halter 17, 18 der UV-Brennerröhren 2 eingesetzt sind, die durch einen zweiteiligen, vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Reflektor 19 oder durch gleichwirkende Reflektorsegmente in Position gehalten werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das Profil des Reflektors 19 zur Erhöhung der reflektierten Strahlung dem Umfang der teilweise umschlossenen äusseren Ultraviolett-Brennerröhren 2 angepasst. In der Mitte des Ringgehäuses 5 ist eine zentrische Ausnehmung 20 von kreisförmigem Querschnitt vorgesehen, in die ein Lagerring 21 für den Halter 17 der inneren UV-Brennerröhre 4 eingesetzt ist. Durch die Verwendung einer Vielzahl gleicher Teile ergibt sich eine recht günstige Fertigung bei der Erzeugung der Vorrichtung.

Die Anordnung der Reaktionsräume gemäss der Darstellung in den Fig. 1 und 2 darf nicht verwechselt werden mit dem Parallelschalten einfacher Vorrichtungen, beispielsweise solchen, die aus einem einzigen rohrförmigen Reaktionsraum mit ringsherum angeordneten UV-Brennerröhren bestehen. Und zwar liegt der Unterschied hauptsächlich in dem von der

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Theorie herleitbaren Wirkungsgrad. Unter Vernachlässigung evtl. angewandter Reflektoren strahlen bei den genannten einfachen Vorrichtungen die UV-Brennerröhren maximal 50 Tc ihres Potentials direkt auf den Reaktionsraum, während die anderen 50% als Verluste angesehen werden müssen, die erst wieder durch Reflektoren geringer gehalten werden können. Bei einer Ausführung gemäss der Erfindung strahlen jedoch höchstens die auf dem äusseren Teilkreis angeordneten UV-Brennerröhren mit derselben Verlusthöhe von etwa 50% des Strahlungspotentials in den Reaktorräumen entgegengesetzte Richtungen. Wenn auch hier die Verluste durch die Anwendung von Reflektoren vermindert werden können,

bleibt bei der Auswertung der Strahlungsbilanz der Vorteil, dass sich im Inneren der Vorrichtung UV-Brennerröhren befinden, deren Strahlungspotential 100%ig ausgenutzt wird. Für die Gesamtbilanz der Vorrichtung gemäss der Erfindung ergibt sich damit gegenüber der Parallelschaltung von einfachen Vorrichtungen der genannten Art ein erheblicher energetischer Vorteil, zu dem noch der Vorteil der geringeren Baugrösse hinzukommt.

In Fig. 3 ist gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die Anordnung von Reaktionsräumen 22 und UV-Brennerröhren 23 zu erkennen. Letztere sind jeweils an den längeren Seiten des Querschnittsrechtecks über die Länge des gesamten Reaktionsraumes angeordnet. Entsprechend ihrer Einbaulage sind sie mit unterschiedlichen Reflektoren ausgestattet. An den Aussenseiten sind an sich bekannte Para-bol-Reflektoren 24 angebracht, während bei den UV-Brennerröhren zwischen den Reaktionsräumen Reflektoren 25 verwendet werden, wie sie die Fig. 4 zeigt. Bei diesen Reflektoren setzt sich der Reflektorquerschnitt aus zwei spiegelbildlich angeordneten Parabeln 26, 27 mit einem gemeinsamen Brennpunkt 28 zusammen, wobei die sich überschneidenden mit gestrichelten Linien gezeigten Parabelabschnitte entfernt sind. Der Reflektor 25 enthält also nur die durch die ausgezogenen ■ Linien dargestellten Abschnitte der beiden Parabeln 26 und 27. Wird die UV-Brennerröhre im Brennpunkt 28 dieses Reflektors 25 angeordnet, so ergibt sich eine optimale Abstrah-lung auf die benachbarten Reaktionsräume 29 und 30. Die Verwendung eines derartigen Reflektors 25 trägt zu einem Strahlungsgewinn gegenüber einer einfachen UV-Rundbrennerröhre von etwa 25 % bei.

Die Dicke b der Reaktionsräume 22 ist zweckmässigerweise an die Strahlungsintensität der UV-Brennerröhren 23 und an das zu behandelnde Medium anzupassen. Massgebend dabei ist die minimal auftretende Strahlungsintensität im Inneren des Reaktionsraumes, die die untere Grenze für die gewünschte Reaktion darstellt. Die Breite a der Reaktionsräume 22 kann unter Beibehaltung der Dicke b und damit der Strahlungsintensität verändert werden, um die Durchsatzmenge pro Zeiteinheit zu ändern. Die nicht gezeigte Länge der Reak-s tionsräume ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und damit von der notwendigen Reaktionszeit während der Bestrahlung.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Anordnung von Reaktionsräumen und UV-Brennerröhren ist in Fig. 5 weiter io konkretisiert. Ausgehend von der Forderung, dass unterschiedliche Durchsatzmengen nicht jedesmal eine unterschiedliche Vorrichtung nach sich ziehen, wird hier eine Baukastenbauweise vorgestellt, die zur Anpassung der Vorrichtung an die vom Markt gestellten unterschiedlichen Anforderungen is bezüglich der Durchsatzmenge pro Zeiteinheit besonders geeignet ist und damit fertigungstechnisch besonders günstig ist.

In einem sich wiederholenden Rahmenteil 31 ist ein vorzugsweise aus Quarz hergestellter Reaktionsraum 32 untergebracht. Der symmetrische Aufbau des Rahmens 31 trägt im 20 Ober- und Unterteil einen als Zu- und Abführungskanal dienenden Durchbruch 33, der durch Stichbohrungen 34 mit dem Reaktionsraum 32 verbunden ist. Durch die besondere Formgebung des Rahmens 31 entsteht auf der einen Seite eine Ausklinkung 35, in die ein über die ganze Länge und Breite 25 reichendes UV-Brennerröhrenpaket 36, bestehend aus mehreren einzelnen UV-Brennerröhren, hineingeschoben wird. Aus derartig zusammengefügten Elementen kann nun durch Hintereinanderschaltung von einer erforderlichen Anzahl solcher Elemente eine Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfin-30 dung zusammengestellt werden. Durch die Löcher 37 werden der Länge nach Zuganker (nicht gezeigt) hindurchgesteckt, die in jeweils einer nichtgezeigten Endplatte verankert werden. Die Endplatten tragen neben den Anschlüssen der Zu- und Abläufe auch das UV-Brennerröhrenpaket für die Stirnseiten. 35 In Abwandlung der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung können die Reaktionsräume auch (was zeichnerisch nicht dargestellt ist) einen trapezförmigen Querschnitt besitzen und mit ihren nicht parallelen Seiten mit einem geringen Abstand voneinander zu einem Kreisring angeordnet sein. In zweck -40 massiger Weise sind dabei zwischen den Reaktionsräumen UV-Brennerröhren in Flachrohr-Ausführung und an den Aussenseiten der Reaktionsräume Brennerröhren in Rundrohr-Ausführung mit Reflektoren angeordnet. Diese Abwandlung ist dann besonders vorteilhaft, wenn man bei einer 45 grösseren Anzahl von Reaktionsräumen die Vorrichtung nicht so breit bauen soll.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

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1. Vorrichtung zur UV-Bestrahlung von strömenden Medien, mit einer Mehrzahl von parallel angeordneten und gleichzeitig vom Medium durchströmten Reaktionsräumen, in denen das Medium mittels UV-Brennerröhren einer UV-Bestrahlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Reaktionsräume (1, 22, 32) aus für UV-Strahlung durchlässigem Material bestehen und von aussen mit achsparallelen UV-Brennerröhren (2, 4, 23) angestrahlt sind, wobei einige oder alle der UV-Brennerröhren (2, 4, 23) mindestens zwei Reaktionsräume (1, 22, 32) direkt bestrahlen und mit Reflektoren (19, 24, 25) versehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einige UV-Bren-nerröhren mit Reflektoren versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Reaktionsräume (1) in zwei gleichartig ausgebildeten Ringgehäusen (5) eingespannt sind, die auch zur Aufnahme und achsparallelen Lagerung der UV-Brennerröhren (2, 4) vorgesehen sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ringgehäuse (5) mit einer zentrischen Ausnehmung (20) ausgestattet ist, die zur Aufnahme eines Lagerringes (21) dient, an dem mindestens eine UV-Brennerröhre (4) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringgehäuse (12) durch Spannschrauben (6) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ringgehäuse (5) einen Ringkanal (7) rechteckigen Querschnitts zur Aufnahme des strömenden Mediums aufweist sowie einen Flansch (14) mit Halterungen (15, 16) für die äusseren UV-Brennerröhren (2).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren UV-Brennerröhren (2) gemeinsam von einem Reflektor (19) umgeben sind, wobei jedem äusseren UV-Brennerrohr ein Reflektorsegment zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (19) zweiteilig ausgebildet und zur Arretierung der äusseren UV-Brennerröhren (2) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei alle UV-Brenner-röhren mit Reflektoren versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsräume (22, 32) durch eine Mehrzahl von Rohren mit mehreckigem Querschnitt gebildet sind, die parallel und mit geringem Abstand derart zueinander angeordnet sind, dass zwischen ihnen achsparallele UV-Brennerröhren (23) Platz finden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsräume (22, 32) im Querschnitt rechteckig ausgebildet und so parallel nebeneinander gereiht angeordnet sind, dass ihre Breitseiten mit einem geringen Abstand einander zugekehrt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsräume im Querschnitt trapezförmig ausgebildet und mit ihren nicht parallelen Seiten mit einem geringen Abstand voneinander zu einem Kreisring angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Reaktionsräumen UV-Brennerröhren in Flachrohrausführung und an den Aussenseiten der Reaktionsräume Brennerröhren in Rundrohrausführung angeordnet sind und dass jedem Brennerrohr in Rundrohrausführung ein Reflektor zugeordnet ist, der die dem Reaktionsraum abgewandte Strahlung des Brennerrohrs in den Reaktionsraum reflektiert.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Reaktionsräumen (22, 32) UV-Brennerröhren (23) in Rundrohrausführung mit Reflektoren vorgesehen sind, wobei die Reflektoren (25)

einen Querschnitt aufweisen, der aus zwei spiegelbildlich angeordneten Parabelabschnitten (26, 27) mit gemeinsamem Brennpunkt (28) ohne die sich überschneidenden Abschnitte der Parabeln besteht.