DD281545B5 - Device for UV irradiation of flowing liquids and gases - Google Patents
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Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur UV-Bestrahlung strömender Flüssigkeiten und Gase zum Reinigen von Wasser oder Luft vorzugsweise in Druck- und Vakuumsystem mit sehr kleinen oder sehr großen Rohrdurchmessern durch Abtöten von Keimen und durch Aufspaltung oder Zersetzung toxischer oder aggressiver organischer Verunreinigungen und zur Initiierung chemischer Reaktionen. Vorzugsweiser Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Wasseraufbereitung, die Reinigung und Entgiftung der Abgase von chemischen Reaktoren im Rahmen des Umweltschutzes sowie die Produktion von chemischen Stoffen durch fotochemische Reaktionen.The invention relates to a device for UV irradiation of flowing liquids and gases for purifying water or air preferably in pressure and vacuum system with very small or very large pipe diameters by killing germs and by splitting or decomposing toxic or aggressive organic contaminants and to initiate chemical reactions. Preferential use of the device according to the invention is the treatment of water, the purification and detoxification of the exhaust gases of chemical reactors in the context of environmental protection and the production of chemical substances by photochemical reactions.
Es ist bekannt, zur Reinigung und Entkeimung von Flüssigkeiten und Gasen UV-Strahlung einzusetzen. Bei den bevorzugt dazu verwendeten Vorrichtungen durchströmt das zu bestrahlende Medium ein im wesentlichen zylinderisches vorzugsweise aus Quarzglas bestehendes Rohr, innerhalb oder außerhalb dessen mindestens ein UV-Strahler angeordnet ist. Diesen Vorrichtungen ist gemeinsam, daß ein relativ großer apparativer Aufwand getrieben werden muß, damit die bei der Bestrahlung von strömenden Medien erforderlichen Verweilzeiten des Mediums am UV-Strahler und die notwendigen Bestrahlungsintensitäten erreicht werden können. Zur Verbesserung der Homogenität werden meist mehrere stabförmige UV-Brenner verwendet, was wiederum eine große Anzahl von Strahlerfassungen mit den entsprechenden elektrischen Anschlüssen, Vorschaltgeräten und Dichtungen, Schutzrohren, Stopfbuchsen und anderes mehr erforderlich macht. Dazu kommt, daß in diesen bekannten Vorrichtungen dem strömenden Medium ein relativ großer Strömungswiderstand entgegengesetzt wird, was besonders bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten in Systemen bei Überdruck und in Vakuumsystemen eine entscheidende Rolle spielt.It is known to use for the purification and sterilization of liquids and gases UV radiation. In the devices preferably used for this purpose, the medium to be irradiated flows through a substantially cylindrical tube, preferably made of quartz glass, inside or outside of which at least one UV radiator is arranged. These devices have in common that a relatively large expenditure on equipment must be driven so that the required during the irradiation of flowing media residence times of the medium on the UV lamp and the necessary irradiation intensities can be achieved. To improve homogeneity, several rod-shaped UV burners are usually used, which in turn requires a large number of beam detectors with the corresponding electrical connections, ballasts and seals, protective tubes, stuffing boxes and more. In addition, in these known devices the flowing medium, a relatively large flow resistance is opposed, which plays a crucial role, especially at high flow velocities in systems in excess pressure and in vacuum systems.
Es is bereits vorgeschlagen worden, den UV-Strahler als ein im wesentlichen eine zylindrische Mantelfläche bildendes Rohr auszubilden, das entweder das vom zu bestrahlenden Medium durchströmte Rohr umfaßt oder in ihm angeordnet ist. Die Vorrichtung hat aber den Nachteil, daß sie für extrem kleine und extrem große Rohrdurchmesser nicht angewendet werden kann. Dazu kommt, daß die maximal abgebbare Strahlungsleistung begrenzt ist.It has already been proposed to form the UV emitter as a substantially cylindrical surface forming a tube which either comprises the medium to be irradiated through the tube or is arranged in it. However, the device has the disadvantage that it can not be used for extremely small and extremely large pipe diameters. In addition, the maximum deliverable radiation power is limited.
Es ist auch bereits nach dem DD WP 215423, H OU 61/72, bekannt, bei einem Strahler, dessen Gefäß aus zwei mindestens sechseckigen parallel und im Abstand voneinander angeordneten Scheiben und einer Mantelfläche besteht und bei dem drei Elektrodenpaare an dieser Mantelfläche angeordnet sind, durch eine solche Gefäßgestaltung einen gemeinsamen Entladungsraum zu schaffen. Damit sollen ein stroboskopischer Effekt vermieden und hohe Zündsicherheit, lange Lebensdauer, bessere Lichtausbeute und verringerter Fertigungsauwand erreicht werden. Diese Zielstellungen werden nicht erfüllt. Bei der in dieser Patentschrift offenbarten Schaltung sind die an die Elektrodenpaare angelegten Spannungen miteinander verkettet und es muß zum ungewollten Übergang der Entladung von der beabsichtigten Entladungsstrecke zwischen gegenüberliegendenIt is also already known from DD WP 215423, H OU 61/72, in a radiator whose vessel consists of two at least hexagonal parallel and spaced apart discs and a lateral surface and in which three pairs of electrodes are arranged on this lateral surface, to create a common discharge space by such a vessel design. In order to avoid a stroboscopic effect and high ignition safety, long life, better light output and reduced Fertigungsauwand be achieved. These goals are not fulfilled. In the circuit disclosed in this patent, the voltages applied to the electrode pairs are interlinked and it is necessary for the unwanted transfer of the discharge from the intended discharge gap between opposite
Elektroden auf Strecken zwischen benachbarten Elektroden kommen mit unkontrollierter Überbeanspruchung der Elektroden, Verschleiß, Inhomogenität der abgegebenen Strahlung und Flackererscheinungen. Der Fertigungsaufwand bei einem Vieleck als Entladungsgefäß ist unvertretbar hoch. Außerdem ist ein scheibenförmiger Strahler für die erfindungsgemäß gelöste Aufgabenstellung der Bestrahlung strömender Flüssigkeiten und Gase völlig ungeeignet.Electrodes on paths between adjacent electrodes come with uncontrolled overuse of the electrodes, wear, inhomogeneity of the emitted radiation and flicker phenomena. The production cost of a polygon as a discharge vessel is unacceptably high. In addition, a disk-shaped radiator for the solved according to the invention task of irradiation of flowing liquids and gases is completely unsuitable.
Nach der DE OS 3119223, H 01 J, 61/92, ist es bekannt, in den Kolben einer elektrischen Entladungsröhre zwei Elektrodengruppen an seinen Enden einzusetzen, und zwar eine Gruppe an jedem Ende, wobei jede Gruppe aus einer Anode und einer Kathode besteht. Die Entladung erfolgt im Takt einer Wechselspannung mit zwei Einweggleichrichtern abwechselnd zwischen der Anode der ersten Gruppe und der Kathode der zweiten Gruppe und im Wechsel dazu zwischen der Anode der zweiten Gruppe und der Kathode der ersten Gruppe. Die Kathoden und die Anoden sind entsprechend den Besonderheiten ihrer unterschiedlichen Funktionen bei der Gasentladung nach Optimierungsgrundsätzen unterschiedlich gestaltet, wodurch ein besserer Wirkungsgrad der umgesetzten Elektroenergie und eine hohe Strahlungsintensität erreicht werden. Die Entladungsröhre hat aber die äußeren Abmessungen eines stabförmigen Strahlers oder eines Flachstrahlers und ist für einen Einsatz als UV-Strahler um ein vom zu bestrahlenden Medium durchflossenes Rohr mit den bereits geschilderten Nachteilen behaftet.According to DE OS 3119223, H 01 J, 61/92, it is known to insert two groups of electrodes at its ends into the pistons of an electric discharge tube, one group at each end, each group consisting of an anode and a cathode. The discharge takes place alternately between the anode of the first group and the cathode of the second group and in alternation between the anode of the second group and the cathode of the first group in time with an alternating voltage with two half-wave rectifiers. The cathodes and the anodes are designed differently according to the peculiarities of their different functions in the gas discharge according to optimization principles, whereby a better efficiency of the converted electric energy and a high radiation intensity can be achieved. However, the discharge tube has the outer dimensions of a rod-shaped radiator or a flat radiator and is subject to a use as a UV radiator to a medium to be irradiated by the flowing pipe with the disadvantages already described.
Es ist auch eine Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten durch UV-Bestrahlung nach der DE-OS 3624169, A 61 L 2/08, bekannt, bei der ein Ringraum durch koaxiale zylindrische Rohre gebildet ist, sich parallel zur Hauptachse eine Trennwand befindet in diesem Ringraum stabförmige Strahler angeordnet sind und die zu bestrahlende Flüssigkeit im wesentlichen in Umfangsrichtung den Ringraum durchströmt. Der Aufbau und der Betrieb dieser Vorrichtung sind mit großem Aufwand verbunden.It is also a device for sterilizing liquids by UV irradiation according to DE-OS 3624169, A 61 L 2/08, known in which an annular space is formed by coaxial cylindrical tubes, parallel to the main axis a partition wall is located in this annulus rod-shaped radiator are arranged and the liquid to be irradiated flows through the annular space substantially in the circumferential direction. The structure and operation of this device are associated with great expense.
Die UV-Strahler sind, um sie von der Flüssigkeit fernzuhalten, in strahlungsdurchlässige Schutzrohre eingeführt und bedingen einen sehr hohen Strömungswiderstand gegenüber dem zu bestrahlenden Medium.The UV lamps are, in order to keep them away from the liquid, introduced into radiation-transparent protective tubes and cause a very high flow resistance to the medium to be irradiated.
Es ist weiterhin eine Vorrichtung nach EP11776, A 61 L 2/10, bekannt, bei der senkrecht stehende stabförmige UV-Strahler in einem Ringraum zwischen einer äußeren zylindrischen Kesselwand und einem inneren koaxialen Quarzglasrohr angeordnet sind und bei der das strömende Medium im Ringraum und im Rohrinnern eine entgegengesetzte Strömungsrichtung aufweist.It is also a device according to EP11776, A 61 L 2/10, known, are arranged in the vertical rod-shaped UV lamps in an annular space between an outer cylindrical vessel wall and an inner coaxial quartz glass tube and in which the flowing medium in the annulus and in the Pipe interior has an opposite flow direction.
Auch diese Vorrichtung hat einen komplizierten Aufbau und einen unvertretbar hohen Strömungswiderstand.Also, this device has a complicated structure and an unacceptably high flow resistance.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Es ist das Ziel der Erfindung, bei der Entkeimung und Reinigung sowie Initiierung fotochemischer Reaktionen in strömenden Flüssigkeiten und Gasen in Rohren mit sehr kleinen Durchmessern und in Rohren mit relativ großen Durchmessern eine große Zuverlässigkeit des Betriebes bei geringem Wartungsaufwand einen einfachen Aufbau der dazu eingesetzten Vorrichtung zu verwirklichen.It is the object of the invention, in the sterilization and purification and initiation of photochemical reactions in flowing liquids and gases in pipes with very small diameters and in pipes with relatively large diameters, a great reliability of operation with low maintenance a simple structure of the device used for this purpose realize.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, strömende gasförmige oder flüssige Medien einer starken UV-Bestrahlung zu unterziehen, ohne daß der Strömung ein wesentlicher Strömungswiderstand entgegengesetz wird. Dabei soll ein großer Durchsatz erreicht werden.The invention has for its object to subject flowing gaseous or liquid media of strong UV irradiation, without the flow of a significant flow resistance is contrary. Here, a large throughput is to be achieved.
Diese Aufgabe wird mit einem vom zu bestrahlenden Medium durchströmten Rohr aus Quarzglas, das von einem weiteren Quarzglasrohr konzentrisch umgeben ist und bei dem sich in dem so gebildeten Ringraum von mehr als einem Elektrodenpaar ausgehende die UV-Strahlung abgebende Entladungsstrecken befinden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den beiden Stirnflächen des Ringraumes jeweils paarweise gegenüberliegende Elektroden angeordnet sind, die jeweils paarweise eine Entladungsstrecke bilden, und daß der Ringraum der gemeinsame Entladungsraum aller Entladungsstrecken ist. Das innere Quarzglasrohr hat für das Durchströmen des zu bestrahlenden Mediums einen vernachlässigbaren geringen Strömungswiderstand.This object is achieved with a tube of quartz glass through which the medium to be irradiated flows, which is concentrically surrounded by another quartz glass tube and in which the discharge path which emits UV radiation is located in the annular space thus formed by more than one pair of electrodes are arranged in pairs opposite electrodes at the two end faces of the annular space, each pair forming a discharge path, and that the annulus is the common discharge space of all discharge paths. The inner quartz glass tube has a negligible low flow resistance for the passage of the medium to be irradiated.
Die paarweise gegenüberliegenden Elektroden sind jeweils paarweise an Spannungsquellen angeschlossen, die untereinander ohne Verbindung - galvanisch getrennt - sind.The pairs of opposite electrodes are connected in pairs to voltage sources that are interconnected without connection - galvanically isolated.
In einer zweckmäßigen Ausführung sind es 3 oder η · 3(n = kleine ganze Zahl) Elektrodenpaare, und die paarweise gegenüberliegenden Elektroden werden jeweils paarweise an untereinander unverbundene Wechselspannungen, die von einem Dreiphasendrehstromnetz abgeleitet sind, angeschlossen, beispielsweise sind das miteinander nicht verbundene Sekundärwicklungen eines Dreiphasendrehstromtransformators.In an expedient embodiment, there are 3 or η * 3 (n = small integer) pairs of electrodes, and the paired opposing electrodes are connected in pairs to each other unconnected AC voltages derived from a three-phase AC network, for example, the non-interconnected secondary windings of one three-phase three-phase transformer.
In einer anderen zweckmäßigen Ausführung werden die paarweise gegenüberliegenden Elektroden an ihre Spannungsquellen mit Hilfe einer Multiplexschaltung und elektronischer Schaltelemente, beispielsweise Thyristoren, angeschlossen.In another expedient embodiment, the paired opposing electrodes are connected to their voltage sources by means of a multiplexing circuit and electronic switching elements, for example thyristors.
In einer weiteren Ausführungsform werden die paarweise gegenüberliegenden Elektroden jeweils an eine Gleichspannungsquelle, gegebenenfalls an eine pulsierende Gleichspannungsquelle, angeschlossen. Dabei wird als Anzahl der Elektrodenpaare 2 oder η · 2 (η = kleine ganze Zahl) gewählt, und die entsprechend ihrer Funktion im Entladungsvorgang optimal ausgebildeten Kathoden und Anoden werden an den Stirnseiten des Ringraumes im Wechsel angeordnet, wodurch ein Gewinn an Homogenität der UV-Abstrahlung und eine hohe mögliche Strahlungsintensität erreicht werden.In a further embodiment, the pairwise opposite electrodes are each connected to a DC voltage source, optionally to a pulsating DC voltage source. In this case, the number of pairs of electrodes 2 or η · 2 (η = small integer) is selected, and arranged in accordance with their function in the discharge process optimally formed cathodes and anodes are arranged on the front sides of the annulus in alternation, whereby a gain in homogeneity of UV Radiation and a high possible radiation intensity can be achieved.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigen Fig. 1 und Fig. 2 jeweils eine Seitenansicht und einen unterbrochenen Längsschnitt durch das vom zu bestrahlenden Medium durchströmte Rohr, das von einem Ringraum mit den Elektrodenanschlüssen umgeben ist, und zwar in Fig. 1 dieses Rohr mit einem relativ kleinen Rohrdurchmesser und in Fig. dieses Rohr mit einem relativ großen Durchmesser.The invention will be explained by way of example with reference to drawings. 1 and 2 each show a side view and a broken longitudinal section through the tube through which the medium to be irradiated flows, which is surrounded by an annular space with the electrode connections, in FIG. 1 this tube with a relatively small tube diameter and in FIG Fig. This tube with a relatively large diameter.
In den beiden Darstellungen ist das vom zu behandelnden Medium durchströmte Quarzrohr 1 von einem weiteren Quarzrohr 2 umgeben. Sie bilden zusammen mit den beiden an den Enden des Quarzrohres 1 und des Quarzrohres 2 angeordneten Stirnflächen 3 einen Ringraum 4. An den Stirnflächen 3 sind paarweise gegenüberliegende Elektroden 5 angeordnet, die jeweils paarweise eine Entladungsstrecke bilden.In the two illustrations, the quartz tube 1 through which the medium to be treated flows is surrounded by a further quartz tube 2. Together with the two end faces 3 arranged at the ends of the quartz tube 1 and the quartz tube 2, they form an annular space 4. Opposite electrodes 5 are arranged on the end faces 3 and each pair forms a discharge gap in pairs.
In Fig. 1 hat die erfindungsgemäße Vorrichtung olivenartige Schlauchanschlüsse 6, in Fig. 2 Flansche 7 zum Anschluß an ein Rohrleitungssystem.In Fig. 1, the device according to the invention has olive-like hose connections 6, in Fig. 2 flanges 7 for connection to a piping system.
Claims (6)
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