DE10113903A1 - Vorschaltgerät für UV-Strahler sowie Verfahren und Vorrichtung zur Desinfektion von Wässern - Google Patents

Abstract

Bei einem neuartigen Vorschaltgerät zur Vorheizung, Zündung und Betrieb von wenigstens einem UV-Strahler von der Bauart einer Gasentladungslampe mit zwei sich bezüglich einer Gasentladungsstrecke gegenüberliegenden Heizwendeln, wobei für jeden derartigen Strahler insgesamt vier elektrische Anschlüsse vorgesehen sind, nämlich jeweils zwei für jeden Heizwendel, sind Schaltmittel für eine betriebszustandsabhängige Parallelschaltung der jeweils beiden Anschlüsse eines Heizwendels vorgesehen. Dadurch wird eine kapazitive Belastung des Vorschaltgeräts durch die ansonsten offene Anschlußleitung der Heizwendel vermieden und die Stromeinspeisung in die Wendel gleichmäßiger verteilt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Desinfektion von Wäs­ sern.

Ein gattungsgemäßes Vorschaltgerät ist aus der DE 196 37 906 A1 bekannt. Bei diesem sogenannten elektro­ nischen Vorschaltgerät sind wie auch bei konventionellen Vorschaltgeräten zwei Anschlußleitungen zu jeder Heizwen­ del der angeschlossenen Gasentladungslampe geführt. Über diese Leitungen wird zunächst die Heizwendel mit einer Heizspannung beaufschlagt, die eine Erhitzung der Wendel bewirkt. Sobald die Temperatur hoch genug ist, um Elek­ tronen den Austritt aus der Oberfläche zu ermöglichen, wir die Gasentladung durch einen Hochspannungsimpuls gezündet. Die Heizspannung wird abgeschaltet und eine An­ schlußleitung jeder Heizwendel mit der Betriebsspannung der Gasentladungslampe beaufschlagt. Das Umschalten zwi­ schen Heizspannung und Betriebsspannung erfolgt bei dem gattungsgemäßen Vorschaltgerät mit Halbleitern. Im Be­ trieb wird nur eine Leitung pro Wendel mit Spannung be­ aufschlagt, so daß die jeweils andere Leitung offen ist.

Weil jeweils eine Wendelleitung nur zum Heizen benutzt wird und im Betrieb eine offene Leitung darstellt, ist die Rückwirkung auf die Heizschaltung durch Reflektionen im Kabel sehr groß. Wird eine Kabellänge von 8 m zwischen der Lampe und dem Vorschaltgerät überschritten, ist das Schwingverhalten an der Heizschaltung so stark, dass es zur Zerstörung der Schaltung führen kann. Weiterhin transformieren sich die Schwingvorgänge auf die Primär­ seite der bei dem bekannten Vorschaltgerät verwendeten Gegentaktendstufe. Beim Schalten der Halbleiterschalter kommt es zu hochfrequenten Schwingvorgängen im Schaltau­ genblick, welche zu einer starken Belastung der Halblei­ terschalter führen.

In einer Abwasser- oder Trinkwasserdesinfektionsanlage können aus diesem Grund bislang die Abstände zwischen ei­ ner die Vorschaltgeräte enthaltenden Steuerungseinheit und der damit betriebenen UV-Strahleranordnung etwa acht Meter nicht überschreiten, was baulich insbesondere bei umfangreichen Anlagen als nachteilig angesehen wird.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vorschaltgerät sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Abwasser- oder Trinkwasserdesinfekti­ onsanlage zu schaffen, die einen größeren Abstand zwi­ schen Vorschaltgerät und Strahler erlaubt.

Diese Aufgabe wird von einem Vorschaltgerät mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 sowie von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und einem Verfahren zum Betrieb einer Abwasser- oder Trinkwasserdesinfektionsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Weil Schaltmittel für eine betriebszustandsabhängige Par­ allelschaltung der jeweils beiden Anschlüsse eines Heiz­ wendels vorgesehen sind, werden die nachteiligen Effekte einer offenen Anschlußleitung im Betrieb des Strahlers beseitigt. Weiter kann mit einer Verlängerung der Lebens­ dauer der Strahler gerechnet werden, da sich der Austritt der Elektronen aus dem jeweiligen Wendel über dessen Oberfläche verteilt und deshalb die punktuelle Elektrone­ nemission im sogenannten Glühpunkt nicht auftritt.

Wenn weiter als Schaltmittel wenigstens ein Relais vorge­ sehen ist, können die Anschlußleitungen auf einem nahezu beliebigen Potential liegen. Relais sind außerdem hin­ sichtlich ihres Einschwingverhaltens unkritisch.

Die Verwendung von im Ruhezustand geschlossenen Relais (normally closed - NC) derart, daß das wenigstens eine Relais im Ruhezustand die Parallelschaltung bewirkt, lässt das Relais und die Ansteuerung im Betrieb lastfrei sein.

Der Bauteileaufwand wird minimiert, wenn für je zwei Strahler ein Vierfach-Wechselrelais vorgesehen ist.

Weil bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Desinfek­ tion von Trinkwasser oder behandeltem Abwasser mittels UV-Strahlung, wobei die UV-Strahlung von wenigstens einem Strahler von der Bauart einer Gasentladungslampe mit zwei sich bezüglich einer Gasentladungsstrecke gegenüber lie­ genden Heizwendeln erzeugt wird, wobei für jeden derarti­ gen Strahler insgesamt vier von einem Vorschaltgerät zu dem Strahler führende elektrische Anschlüsse vorgesehen sind, nämlich jeweils zwei für jeden Heizwendel des Strahlers vorgesehen ist, daß vor der Zündung des Strah­ lers die jeweils zwei zu jedem Heizwendel führenden An­ schlußleitungen mit einer Heizspannung beaufschlagt sind und nach der Zündung und im Betrieb die jeweils zwei zu jedem Heizwendel führenden Anschlußleitungen elektrisch parallel geschaltet sind, kann die Entfernung zwischen dem jeweiligen Vorschaltgerät und den UV-Strahlern nahezu beliebig groß sein. Insbesondere können die Anschlußlei­ tungen zwischen dem Vorschaltgerät und dem Strahler eine Länge von wenigstens acht Metern, insbesondere mehr als 15 Metern aufweisen.

Die Belastung des Vorschaltgeräts in der Vorrichtung wird verringert, wenn zu jedem Heizwendel ein Kondensator par­ allel geschaltet ist.

Weil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb ei­ ner Desinfektionsvorrichtung für Trinkwasser oder behan­ deltes Abwasser mittels UV-Strahlung, wobei die UV- Strahlung von wenigstens einem Strahler von der Bauart einer Gasentladungslampe mit zwei sich bezüglich einer Gasentladungsstrecke gegenüber liegenden Heizwendeln er­ zeugt wird, wobei für jeden derartigen Strahler insgesamt mindestens vier elektrische Anschlussleitungen zwischen einem Vorschaltgerät und dem Strahler vorgesehen sind, nämlich jeweils zwei Leitungen für jeden Heizwendel des Strahlers, folgende Schritte vorgesehen sind:

• - Beaufschlagen der jeweils zwei zu jedem Heizwendel führenden Anschlußleitungen mit einer Heizspannung vor der Zündung des Strahlers;
• - Zündung des Strahlers durch Beaufschlagen der Heizwen­ del mit einer Zündspannung;
• - Parallelschalten jeweils der beiden zu einem Heizwendel führenden Anschlußleitungen nach der Zündung und im Be­ trieb, ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile hin­ sichtlich Leitungslänge und Lebensdauer der Strahler.

Die verwendeten Relais können relativ klein dimensioniert werden, wenn sie stets lastfrei geschaltet werden, insbe­ sondere die Heizspannung, die Zündspannung und die Be­ triebsspannung nicht während eines Schaltvorganges des Relais an den Anschlußleitungen anliegen.

Gleiches gilt, wenn vor dem Parallelschalten der An­ schlußleitungen die den Heizwendeln zugeführte elektri­ sche Leistung zur Aufheizung allmählich angehoben wird und so der normalerweise hohe Einschaltstrom bei kalten Heizwendeln begrenzt wird. Das Anheben der Leistung er­ folgt vorzugsweise mittels Pulsweitenmodulation oder Lei­ stungsbegrenzung.

Schließlich kann auch nach dem Parallelschalten der An­ schlußleitungen die den Strahlern für den Betrieb zuge­ führte elektrische Leistung gegenüber dem Normalbetrieb zunächst reduziert sein und dann angehoben werden, so daß die Betriebsparameter der Anlage allmählich und ohne Be­ lastungsspitzen der einzelnen Komponenten erreicht wer­ den.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt die

Fig. 1: eine schematische Beschaltung eines UV- Strahlers in der neuen Vorrichtung mit dem neuen Vorschaltgerät.

In der Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild zur Ver­ anschaulichung der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Ein UV-Strahler 1 ist über eine vieradrige Anschlußlei­ tung 2 mit einem Vorschaltgerät 3 verbunden. Das Vor­ schaltgerät 3 enthält eine Heizspannungsquelle 4, eine Betriebs- und Zündspannungsquelle 5, ein in seiner Ruhe­ stellung (NC) dargestelltes Zweifach-Umschaltrelais 6 so­ wie zwei Kondensatoren 7.

Eine Steuerung 10 steuert im Betrieb die Parameter der von den Spannungsversorgungen 4 und 5 abgegebenen Span­ nungen und Ströme sowie das Relais 6. Die abgegebenen Spannungen und Ströme werden über Leitungen 11 der Heiz­ spannungsquelle 4 sowie Leitungen 12 der Betriebs- und Zündspannungsquelle 5 an das Relais 6 abgegeben und von dort je nach Schaltzustand des Relais 6 an zwei Wendel 13 geleitet.

Zum Starten des UV-Strahlers wird zunächst das Relais 6 mit Strom beaufschlagt, so daß es anzieht und über die Leitungen 11 die Wendel 13 mit der Heizspannungsquelle 4 verbindet. Nach erfolgtem Schaltvorgang wird von der Steuerung 10 der Ausgangsstrom der Heizspannungsquelle 4 langsam auf den Nennwert angehoben und die Wendel 13 ge­ heizt. Dann wird ebenfalls von der Steuerung 10 die Be­ triebs- und Zündspannungsquelle 5 veranlaßt, einen Zün­ dimpuls über die Leitungen 12 auf die Wendel 13 zu geben, so daß die Gasentladung gezündet wird. Gleichzeitig liegt über die Leitungen 12 bereits die Betriebsspannung an, die zunächst nach Art eines Dimmers bei geringer Leistung gehalten wird.

Wenn schließlich mittels Auswertung der Parameter der Be­ triebsspannungsquelle verifiziert werden kann, daß die Gasentladung erfolgreich gestartet wurde, fällt das Re­ lais 6 ab und schaltet jeweils die zu einer Wendel 13 führenden Leitungen 2 parallel. Die Kondensatoren 7 glät­ ten dabei eventuell auftretende Spannungsspitzen. Die Be­ triebsspannung wird dann zu beiden Seiten der Wendel 13 geführt. Der anfänglich mit der Heizspannungsversorgung 4 verbundene Zweig der Leitungen ist dann nicht offen. Schließlich wird nach erfolgter Parallelschaltung die Leistung des Strahlers 1 auf den Nennwert angehoben. Die Inbetriebnahme des Strahlers 1 ist damit abgeschlossen.

Entsprechendes gilt, wenn von einem Vorschaltgerät 3 meh­ rere Strahler 1 gespeist werden. Insbesondere bei der Versorgung von zwei Strahler mit einem Vorschaltgerät kann das Relais 6 als Vierfach-Wechselrelais ausgeführt werden, so daß die Schaltung einfach bleibt.

Grundsätzlich kann die Parallelschaltung der jeweils zu einer Wendel 13 führenden Leitungen 2 mit beliebigen Schaltmitteln erfolgen. Das neuartige Vorschaltgerät weist jedoch vorzugsweise Relais zur Parallelschaltung der Anschlußleitungen im Betrieb auf, was mehrere Vortei­ le gegenüber der jetzigen Schaltung hat. Die neuartige Schaltungslogik koppelt nun mittels Relais die Wendeln an die Heizschaltung an und während des Betriebes werden die beiden Strahlerzuleitungen auf jeder Wendelseite am Vor­ schaltgerät kurzgeschlossen. Dadurch kommt es zum Betrieb an zwei parallelen Anschlußleitungen und die Leistung wird auf diese symmetrisch verteilt. Hierdurch existiert keine offene Leitung mehr und die Rückwirkungen auf die einzelnen Schaltungsteile sind minimiert. In der Praxis sind Kabellängen von über 50 m möglich.

Das Heizverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Heizstrom durch das langsame Vergrößern der Pulsweite mittels digitaler Steuerung der Primärseite des Hauptübertragers nur langsam ansteigen kann. Wenn die Wendel kalt sind, ist der Innenwiderstand am geringsten. Da der Quellenwiderstand der Heizschaltung sehr gering ist, würde ohne diese Steuerung ein sehr hoher Anfangs­ strom fließen.

Für Relaisbetrieb eignet sich die Logik sehr gut, da die digitale Steuerungslogik das unabhängige Einschalten der Relais ermöglicht. Das heißt, kurz bevor die Endstufe den Heizstrom einschaltet, wird das Relais geschaltet. Die Anzugszeit des Relais findet Berücksichtigung. Somit wird Stromfluß an den Kontakten im Schaltaugenblick vermieden, was deutlich zur Relais - Lebensdauer beiträgt. Wenn die Strahler gezündet haben, wird die Leistung soweit be­ grenzt, dass trotz sehr niederimpedanten Zustandes des Strahlers der Strahlerstrom unter Nennstrom gehalten wird. Bei Öffnen des Relais teilt sich dieser Strahler­ strom auf beide Wendelseiten auf und belastet nur in ge­ ringem Maße die Relais. Ein Kondensator über den Heizwen­ deln sorgt für einen schonenden Übergang.

Die digitale Steuerung des gesamten Vorschaltgerätes ver­ einigt Zündung, Vorheizung und Normalbetrieb. Alle Para­ meter, wie Vorheizzeit, Vorheizstrom und Zündung werden in der Steuerungssoftware auf den Strahler abgestimmt.

Die Heizlogik ist auf die spezielle Anwendung mit UV- Amalgamstrahlern hoher Leistung optimiert. Diese Queck­ silber-Niederdruckstrahler haben sehr niederimpedante Wendeln und sind somit mit Wendeln, wie sie aus der Lichttechnik bekannt sind nicht zu vergleichen. Der Heiz­ strom beträgt ca. 3 A.

Herkömmlicherweise bildet sich beim Eintritt des Stroms in die Plasmasäule ein Glühpunkt aus, der punktuell zu einer sehr hohen Wendelbelastung führt. Diese führt zu Materialablösung aus dem Wendel, welche zur Schwärzung des Strahlers und somit zur Alterung beträgt. Der neuar­ tige Strahlerbetrieb minimiert dies oben beschriebenen Effekte. Der Eintritt der Elektronen in die Plasmasäule verteilt sich auf dem Wendel.

Anstelle einer vieradrigen Anschlußleitung können auch Anschlußleitungen mit mehr als vier Adern, insbesondere auch mit acht Adern, verwendet werden. Entsprechend den oben ausgeführten technischen Merkmalen werden dann im Betrieb für jede Wendel vier Leitungen parallel geschal­ tet. Der Wellenwiderstand der Anschlußleitungen wird hierdurch besser an die bei langen Anschlußleitungen be­ stehenden Anforderungen angepaßt.

Claims (12)

1. Vorschaltgerät zur Vorheizung, Zündung und Betrieb von wenigstens einem UV-Strahler von der Bauart einer Gasentladungslampe mit zwei sich bezüglich einer Ga­ sentladungsstrecke gegenüber liegenden Heizwendeln, wobei für jeden derartigen Strahler insgesamt minde­ stens vier elektrische Anschlüsse vorgesehen sind, nämlich jeweils zwei für jeden Heizwendel, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel für eine be­ triebszustandsabhängige Parallelschaltung der jeweils beiden Anschlüsse eines Heizwendels vorgesehen sind.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, da durch gekenn­ zeichnet, daß als Schaltmittel wenigstens ein Re­ lais vorgesehen ist.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als das wenigstens eine Relais im Ru­ hezustand die Parallelschaltung bewirkt.

4. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß für je zwei Strahler ein Vierfach-Wechselrelais vorgesehen ist.

5. Vorrichtung zur Desinfektion von Trinkwasser oder be­ handeltem Abwasser mittels UV-Strahlung, wobei die UV-Strahlung von wenigstens einem Strahler von der Bauart einer Gasentladungslampe mit zwei sich bezüg­ lich einer Gasentladungsstrecke gegenüber liegenden Heizwendeln erzeugt wird, wobei für jeden derartigen Strahler insgesamt mindestens vier von einem Vor­ schaltgerät zu dem Strahler führende elektrische An­ schlüsse vorgesehen sind, nämlich jeweils zwei für jeden Heizwendel des Strahlers, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor der Zündung des Strahlers die je­ weils wenigstens zwei zu jeder Heizwendel führenden Anschlußleitungen mit einer Heizspannung beaufschlagt sind und nach der Zündung und im Betrieb die jeweils wenigstens zwei zu jeder Heizwendel führenden An­ schlußleitungen elektrisch parallel geschaltet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anschlußleitungen zwischen dem Vor­ schaltgerät und dem Strahler eine Länge von wenig­ stens acht Metern, insbesondere mehr als 15 Metern aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Heizwendel ein Kondensator parallel geschaltet ist.

8. Verfahren zum Betrieb einer Desinfektionsvorrichtung für Trinkwasser oder behandeltes Abwasser mittels UV- Strahlung, wobei die UV-Strahlung von wenigstens ei­ nem Strahler von der Bauart einer Gasentladungslampe mit zwei sich bezüglich einer Gasentladungsstrecke gegenüber liegenden Heizwendeln erzeugt wird, wobei für jeden derartigen Strahler insgesamt mindestens vier elektrische Anschlussleitungen zwischen einem Vorschaltgerät und dem Strahler vorgesehen sind, näm­ lich jeweils zwei Leitungen für jeden Heizwendel des Strahlers, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Schritte vorgesehen sind:
Beaufschlagen der jeweils mindestens zwei zu jeder Heizwendel führenden Anschlußleitungen mit einer Heizspannung vor der Zündung des Strahlers;
Zündung des Strahlers durch Beaufschlagen der Heiz­ wendeln mit einer Zündspannung;
Parallelschalten jeweils der mindestens zwei zu einer Heizwendel führenden Anschlußleitungen nach der Zün­ dung und im Betrieb.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das wenigstens eine Relais stets lastfrei geschaltet wird, insbesondere die Heizspannung, die Zündspannung und die Betriebsspannung nicht während eines Schaltvorganges des Relais an den Anschlußlei­ tungen anliegen.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Parallel­ schalten der Anschlußleitungen die den Heizwendeln zugeführte elektrische Leistung zur Aufheizung all­ mählich angehoben wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anheben der Lei­ stung mittels Pulsweitenmodulation oder Leistungsbe­ grenzung erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Parallel­ schalten der Anschlußleitungen die den Strahlern für den Betrieb zugeführte elektrische Leistung gegenüber dem Normalbetrieb zunächst reduziert ist und dann an­ gehoben wird.