DD291200A5

DD291200A5 - Vorrichtung zur uv-bestrahlung stroemender fluessigkeiten und gase

Info

Publication number: DD291200A5
Application number: DD33663889A
Authority: DD
Inventors: Andreas Meyer; Eberhard Semmler; Thomas Goedecke; Peter Beckus; Roland Fischer; Reinhard Voigt
Original assignee: Mikroelektronik "Karl Marx",De
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1991-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur UV-Bestrahlung stroemender Fluessigkeiten und Gase, insbesondere zur Aufbereitung verunreinigter Loesungsmittel zu hochreinen vorzugsweise fuer Analysenzwecke und zum Einsatz im Produktionsprozesz bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente. Die Vorrichtung hat parallel zueinander angeordnete vom zu bestrahlenden Medium durchstroemte Quarzglasrohre in einem durch eine Zylindermantelflaeche und deren beiden Stirnflaechen gebildeten Entladungsgefaesz. Die Entladung wird durch ein hochfrequentes elektrisches Feld angeregt. Die Ankopplung der HF-Energie erfolgt kapazitiv ueber einen aus zwei voneinander isolierten Teilen bestehenden Metallblock, der die Zylindermantelflaeche formschluessig umgibt. Fig. 1{UV-Strahler; Fotoreaktor; Sterilisation von Luft und Wasser; Quecksilberdampflampe; Strahlungsintensitaet; Durchsatz}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Fotoreaktor zum fotochemischen Umsetzen und zum fotochemischen Abbau von Substanzen in gasförmigem oder flüssigem Aggregatzustand für hohe Durchsätze, vorzugsweise für den Einsatz beim Abbau von Schadstoffen beim Umweltschutz.

Charakteristik de? bekannten Standes der Teehnlk

Es ist bekannt, zum Reinigen und Entkeimen von Flüssigkeiten und Gasen UV-Strahlung einzusetzen.

Bei den bevorzugt dazu verwendeten Vorrichtungen durchströmt das zu behandelnde Medium ein im wesentlichen zylindrisches, vorzugsweise aus Quarzglas bestehendes Rohr, innerhalb oder außerhalb dessen mindestens ein UV-Strahler angeordnet ist.

Diesen Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sehr hohe Durchsätze wegen der begrenzten Eindringtiefe der UV-Strahlung in das zu bestrahlende Medium nur durch ex»rem hohe Strömungsgeschwindigkeiten be! kleinem Rohrdurchmesser und bei sehr langen Rohren oder durch die Anordnung einer großen Anzahl solcher parallel oder in Reihe geschalteter Reaktoren realisiert werden können. Im ersten Fall ist ein hoher Aufwand erforderlich, um eine hinreichende Verweildauer am Strahler zu erreichen, im zweiten Fall verlangt die Vielzahl der Einzelreaktoren hohe Investitionskosten und einen großen Platzbedarf. In beiden Fällen ist die Wartung sehr aufwendig.

Um einen größeren Durchsatz mit hinreichend langen Verweilzeiten am UV-Strahler anzustreben, ist es bekannt, stabförmige UV-Strahler in einer Reihe anzuordnen und vom zu bestrahlenden Medium umströmen zu lassen (EP 80780, C 02 F1/329).

Wegen der von der Eindringtiefe der Strahlung abhängigen, über den Strömungsquerschnitt unterschiedlichen Absorption der UV-Strahlung ist ein überhöhter Energieeinsatz für die UV-Strahlung notwendig, oder eine vollständige Umsetzung oder eine sichere Entkeimung ist nicht gewährleistet.

Es ist auch weiterhin bekannt, eine größere Anzahl von Stabstrahlern in einem Ringraum anzuordnen, der in Umfangsrichtung vom zu bestrahlenden Medium durchströmt wird (DE 3624169, A 61 L 2/08). Auch hier sind der Aufbau dieses Fotoreaktors und die Wartung sehr aufwendig.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, ein vom zu bestrahlenden Medium durchströmtes Quarzglasrohr mit einem weiteren Quarzglasrohr zu umgeben und in dem so gebildeten Rlngiaum über jeweils paarweise an den Stirnseiten des Ringraumes gegenüberliegende Elektroden durch Stromdurchgang ein J elektrische Entladung aufrechtzuerhalten. Wegen der begrenzten Belastbarkeit der Elektroden ist auch die Strahlungsintensität begrenzt. Weiterhin ist die Entladung nicht homogen, sie konzentriert sich auf die Strecken jeweils zwischen den paarweise gegenüberliegenden Elektroden.

Es ist weiterhin bekannt, bei UV-Strahlern zum Erreichen einer hohen Strahlungsintensität für Beleuchtungszwecke oder zum Einsatz bei der Herstellung mikroefektronischer Bauelemente beim Härten von Fotolackmasken elektrodenlose Gasentladungsgefäße einzusetzen. Bei derartigen Strahlern wird ein hochfrequentes elektrisches oder elektromagnetisches Feld angekoppelt, beispielsweise durch induktive Ankopplung einer Ferritspule (US-PS 3500118, HOIJ 7/44,13/46) oder durch Mikrowellen (DE-OS 3419217, G 03 F 7/00). Diese Vorrichtungen sind zur UV-Bestrahlung von durch Quarzglasrohre strömende Medien ungeeignet, weil die Ankopplung der HF-Energie an das Gasentladungsgefäß in platzaufwendiger unmittelbarer räumlicher Nähe erfolgen muß. Unter dieser Bedingung ist eine Anordnung eines stabförmigen UV-Strahlers innerhalb eines vom zu bestrahlenden Medium durchströmten Quarzglasrohres nicht möglich. Wegen des großen Raumbedarfes ist eine Anordnung mehrerer stabförmiger Strahler um ein solches durchströmtes Quarzglasrohr ebenso ausgeschlossen.

ΖίβΙ der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, bei fotochömischen Reaktionen in strömenden Flüssigkeiten und Gasen einen sehr hohen Durchsatz der zu bestrahlenden Medien, eine sehr hohe und sehr homogene Strahlungsintensität und damit eine weitestgehend vollkommene fotochemische Umsetzung sowie einen effektiven Energieeinsali: zu verwirklichen. Diese Prozeßbedingungen sind unerläßlich bei der Herstellung hochreiner Produkte des fotochemischen Prozesses, beispielsweise für die Aufbereitung verunreinigter Lösungsmittel zu hochreinen zum Einsatz bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente oder für Analysenzwecke.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der die bei einer Anordnung von einzelnen Stabstrahlern oder von einzelnen Entladungsstrecken um das vom zu bestrahlenden Medium durchströmte Quarzglasrohr bedingte Inhomogenität und begrenzte Intensität der UV-Bestrahlung vermieden werden.

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zur UV-Bestrahlung strömender Flüssigkeiten und Gase aus, bei der vom zu bestrahlenden Medium durchströmte parallel zueinander angeordnete Quarzglasrohre von einer die UV-Strahlung abgebenden elektrischen Entladung umgeben sind.

Erfindungsgemäß ist die elektrische Entladung in an sich bekannter Weise durch ein hochfrequentes elektrisches Feld angeregt, und das aus Quarzglas bestehende Entladungsgefäß ist durch oine Zylindermantelfläche, durch deren Stirnflächen und durch mindestens drei vom zu bestrahlenden Medium durchströmte, die Stirnflächen durchtretende Quarzgiasrohre gebildet. Die Hauptachsen der Quarzglasrohre liegen parallel zueinander und in mindestens drei Ebenen.

Der Durchmesser der Zylindermantelfläche des Entladungogefäßes und der Durchmesser der seine Stirnflächen durchtretenden Quarzglasrohre stehen im Verhältnis von etwa 2,'J:1 bis etwa 10:1 zueinander.

Bei einer Anordnung von drei Quarzglasrohren stehen der Durchmesser der Zylindermantelfläche und der Durchmesser der Quarzglasrohre im Verhältnis von etwa 3:1 zueinander, bei einer Anordnung von acht Quarzglasrohren beträgt dieses Verhältnis

Ausführur.gsbelsplel

An Hand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen

Fig. 1: einen Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtiing des zu bestrahlenden Mediums durch den Fotoreaktor und Fig. 2: einen Schnitt parallel zur Strömungsrichtung des zu bestrahlenden Mediums in Höhe des Dielektrikums und durch die Anschlußflansche.

Einander entsprechende Teile in Fig. 1 und Fig. 2 haben gleiche Bezugszuichen erhalten.

Entsprechend der Fig. 1 wird das Entladungsgefäß durch eine Zylindermantelfläche 1 mit großem Durchmesser, durch deren Stirnflächen 2 und durch die vom zu bestrahlenden Medium durchströmten, die Stirnflächen 2 durchtretenden Quarzglasrohre mit kleinerem Durchmesser gebildet. Die Quarzglasrohre 3 sind mit den Stirnflächen 2 dicht verbunden und durch sie in ihrer Lage fixiert. Die Hauptachsen der durchströmten Quarzglasrohre 3 liegen parallel zueinander. Die Quarzglasrohre 3 sind so übe^r den Querschnitt innerhalb der Zylindermantelfläche 1 verteilt, daß sie durch die in diesem mit einer Metalldampf-Edelgas-Füllung versehenen Entladungsraum angeregte Entladung allseits eine gleichförmige UV-Bestrahlung erhalten. Um die Zylindermantelfläche 1 ist ein Metallblock 4 - auch als aus Metallblech gefertigter Hohlkörper in der Funktion gleichwertig angeordnet, der aus zwei Teilen besteht und der gleichzeitig mehrere Funktionen erfüllt. Er dient zur Übertragung der elektrischen Energie für die Gasentladung, als Reflektor und als mechanischer Schutz für die Zylindermantelfläche ' aus Quarzglas. Die beiden Teile des Metallblockes 4 sind durch ein Dielektrikum 5 gegeneinander elektrisch isoliert. Die Ankopplung der HF-Energie an den Entladungsraum im durch die Zylindermanteifläche 1 und durch ihre beiden Stirnflächen 2 gebildeten Entladungsgefäß erfolgt kapazitiv über die beiden voneinander isolierten Teile des Metallblockes 4. In Fig. 2 sind über die in Fig. 1 beschriebenen Teile hinaus Anschlußflansche 6 dargestellt, über die der Fotoreaktor in Rohrleitungssysteme eingebaut werden kann. Vorkammern und Nachkammern 7 gestatten die Verteilung auf die einzelnen Quarzglasrohre 3.

Es ist auch zweckmäßig, die vom zu bestrahlenden Medium durchströmten Quarzglasrohre 3 in Reihenschaltung zu betreiben, was durch Umkehrrohrstücke an den Stirnseiten der Zylindermanteifläche 1 bewerkstelligt werden kann. Dadurch können sehr lange Verweilzeiten des zu bestrahlenden Mediums im Fotoreaktor erreicht werden.

Gegenüber einer Anordnung von einzelnen Stabstrahlern um ein vom zu bestrahlenden Medium durchströmten Quarzglasrohr und gegenüber einer Anordnung, bei der ein solches durchströmtes Quarzglasrohr von einem Ringraum umgeben ist, in dem über an den Stirnseiten des Ringraumes paarweise angeordnete Elektroden im Stromdurchgang eine elektrische Entladung aufrecht erhalten wird, wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine sehr homogene und sehr intensive UV-Bestrahlung erreicht.

Claims

1. Vorrichtung zur UV-Bestrahlung strömender Flüssigkelten und Gase, bei der vom zu bestrahlenden Medium durchströmte parallel zueinander angeordnete Quarzglasrohre von einer die UV-Strahlung abgebenden elektrischen Entladung umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Entladung in an sich bekannter Weise durch ein hochfrequentes elektrisches Feld angeregt ist und daß das aus Quarzglas bestehende Entladungsgefäß durch eine Zylindermantelfläche (1), durch deren beiden Stirnflächen (2) und durch mindestens drei durchtretende Quarzglasrohre (3) gebildet ist, deren zueinander parallelen Hauptachsen in mindestens drei Ebenen liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Zylindermantelfläche (1) des Entladungsgefäßes und der Durchmesser der seine Stirnflächen durchtretenden Quarzglasrohre (3) im Verhältnis von etwa 2,5:1 bis etwa 10:1 zueinander stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung von drei Quarzglasrohren (3) der Durchmesser der Zylindermantelfläche (1) und der Durchmesser der Quarzglasrohre (3) im Verhältnis von etwa 3:1 zueinander stehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung von acht Quarzglasrohren (3) der Durchmesser der Zylindermantelfläche (1) und der Durchmesser der Quarzglasrohre (3) im Verhältnis von etwa 6:1 zueinander stehen.