DE102006022970B3 - UV-light source - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von UV-Licht und/oder VUV-Licht vorgeschlagen, welche einfach aufgebaut ist und eine flächige Abstrahlung von UV-Licht erlaubt.It is proposed a device for generating UV light and / or VUV light, which is simple and allows a broad-area radiation of UV light.
Description
Die
Erzeugung von UV-Licht und VUV-Licht durch die Anregung von Gasen
oder Gasgemischen mit hochfrequenten elektrischen Wellen, insbesondere
mit Mikrowellen, ist bspw. aus der
Zur Durchführung von fotochemischen oder fotophysikalischen Prozessen, die vorzugsweise in gasförmiger, flüssiger oder fester Phase initiiert werden, ist es jedoch erforderlich, dass die Energiedichte des von der UV-Lichtquelle ausgesandten Lichts möglichst gleichmäßig und ortsunabhängig ist, um eine optimale Prozessqualität und -geschwindigkeit zu erzielen.to execution of photochemical or photophysical processes, preferably in gaseous, liquid or solid phase, however, it is necessary to that the energy density of the light emitted by the UV light source as possible evenly and anywhere is to achieve optimum process quality and speed.
Aus
der
Aus
der
Aus
der
Nachteilig an dieser Vorrichtung ist deren komplizierter Aufbau. Bei dieser Vorrichtung werden zwei Magnetrons benötigt, um das in einem Plasmakolben mit einer Länge von etwa 15 cm Länge befindliche Gas zur Emission von UV-Licht anzuregen. Des Weiteren wird für jedes Magnetron ein Wellenleiter benötigt.adversely in this device is the complicated structure. At this Two magnetrons are needed to do this in a plasma flask with a length of about 15 cm in length to excite gas to emit UV light. Furthermore is for every magnetron needs a waveguide.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von UV-Licht, insbesondere Vakuum-UV-Licht, bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist und welche eine flächige und homogene Emission des UV-Lichts erlaubt.Of the Invention is based on the object, a device for generating of ultraviolet light, in particular vacuum ultraviolet light, to provide is simple and which a flat and homogeneous emission of UV light allowed.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Erzeugung von UV-Licht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass in der Kammer mehrere Plasmakolben vorhanden sind.These Task is in a device for generating UV light according to the preamble of claim 1 solved thereby that several plasma bulbs are present in the chamber.
Das Vorhandensein mehrerer Plasmakolben in der Kammer führt zu einer Effizienzsteigerung der Vorrichtung, da die Mikrowellenstrahlung vollständig von dem in den Plasmakolben befindlichen Gas absorbiert wird. Des Weiteren nehmen naturgemäß mehrere Plasmakolben ein gewisses Raumvolumen ein, so dass eine flächige Abstrahlung von UV-Licht durch mehrere Plasmakolben gewährleistet wird.The Presence of multiple plasma bulbs in the chamber leads to a Increasing the efficiency of the device, as the microwave radiation completely from the gas in the plasma bulb is absorbed. Furthermore naturally take several Plasma pistons a certain volume of space, so that a surface radiation of UV light is ensured by several plasma bulbs.
Überraschenderweise hat es sich bei Versuchen herausgestellt, dass durch die Vielzahl nebeneinander angeordneter Plasmakolben, die sich gegenseitig nivellieren, die flächenspezifische Leistung des von der erfindungsgemäßen Vorrichtung emittierten UV-Lichts über die gesamte Lichtaustrittsfläche sehr konstant ist, obwohl in die Kammer homogen diffuse Mikrowellen eingeleitet werden.Surprisingly It has been found in experiments that by the variety juxtaposed plasma pistons leveling each other, the area-specific Power emitted by the device according to the invention UV light over the entire light exit area is very constant, although in the chamber homogeneously diffuse microwaves be initiated.
Schließlich ist es möglich, in den mehreren Plasmakolben verschiedene Gase oder Gasgemische vorzusehen, so dass auf einfache Weise das Wellenlängenspektrum des emittierten Lichts eingestellt werden kann.Finally is it is possible in the several plasma flasks different gases or gas mixtures provide, so that easily the wavelength spectrum of the emitted light can be adjusted.
Schließlich ist auch als weiterer Vorteil hervorzuheben, dass die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch das Vorhandensein mehrerer Plasmakolben stark zunimmt. Eine Undichtigkeit in einem der Plasmakolben führt lediglich zum Ausfall dieses Plasmakolbens, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nach wie vor einsatzbereit ist, wenn auch mit reduzierter Lichtleistung.Finally is also as an added benefit to emphasize that reliability the device according to the invention greatly increases due to the presence of several plasma bulbs. A Leakage in one of the plasma pistons merely leads to failure of this Plasmacolbens, so that the inventive device still is ready for use, albeit with reduced light output.
Die Herstellung und Befüllung der Plasmakolben mit einem Gas oder Gasgemisch ist fertigungstechnisch gut zu beherrschen, da die Plasmakolben aus Quarzglasrohren mit rundem oder ovalem Querschnitt hergestellt werden können. Durch Abschmelzen der Enden dieser. Glasrohre können die Plasmakolben auf einfachste Weise hermetisch abgedichtet werden.The Production and filling the plasma bulb with a gas or gas mixture is manufacturing technology good control, since the plasma pistons of quartz glass tubes with can be made round or oval cross-section. By Melting off the ends of these. Glass tubes can simplify the plasma pistons Be hermetically sealed.
Durch das flächig emittierte UV-Licht der erfindungsgemäßen Vorrichtung können verschiedenste fotochemische und fotophysikalische Prozesse so angeregt werden, dass diese Prozesse gleichmäßig und mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit ablaufen. Beispielsweise kann die Desinfektion von Trink- und Abwässern, Abgasen und von festen Stoffen, wie bspw. Lebensmitteln, Nassoxidationsprozesse, Synthesen, insbesondere von Vitaminen, UV-Polymerisationsreaktionen, Aushärteprozesse und/oder biochemische Prozesse mit dem von dem erfindungsgemäßen Unterdruckbehälter emittierten UV-Licht oder VUV-Licht initiiert werden.By the surface emitted UV light of the device according to the invention a variety of photochemical and photophysical processes can be excited so that these processes proceed smoothly and at high reaction rates. For example, the disinfection of drinking and waste water, exhaust gases and solids, such as For example, foods, wet oxidation processes, syntheses, in particular of vitamins, UV polymerization reactions, curing processes and / or biochemical processes with the UV light emitted from the vacuum container according to the invention or VUV light are initiated.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann prinzipiell UVA, UVB, UVC und Vakuum-UV-Licht in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 400 nm (UV-Licht) sowie von 100 nm bis 200 nm (VUV-Licht) emittieren. Die von dem Unterdruckbehälter emittierten Wellenlängen des UV-Lichts hängen u. a. davon ab, mit welchem Gas oder Gasgemisch die Plasmakolben gefüllt sind, welcher Druck in den Plasmakolben herrscht und wie das in den Plasmakolben befindliche Gas, bzw. Plasma angeregt wird. DieThe inventive device can in principle UVA, UVB, UVC and vacuum UV light in one wavelength range from 200 to 400 nm (UV light) and from 100 nm to 200 nm (VUV light). The from the vacuum tank emitted wavelengths of UV light u. a. on which gas or gas mixture the plasma bulbs filled are what pressure prevails in the plasma bulb and how the in the plasma piston located gas, or plasma is excited. The
Anregung des Gases im Unterdruckbehälter kann bspw. durch Mikrowellenenergie erfolgen.stimulation of the gas in the vacuum tank can For example, by microwave energy.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.Further, advantageous embodiments of the invention are the dependent claims.
Zur Füllung der Plasmakolben können Edelgase, Halogenide, Inertgase, Kohlenwasserstoffe, Sauerstoff, Stickstoff oder Mischungen bzw. chemische Verbindungen dieser Gase verwendet werden.to filling the plasma bulb can Noble gases, halides, inert gases, hydrocarbons, oxygen, Nitrogen or mixtures or chemical compounds of these gases be used.
Vorzugsweise herrscht in den Plasmakolben ein Druck zwischen 10-9 mbar und 1 bar.Preferably, a pressure between 10 -9 mbar and 1 bar prevails in the plasma piston.
Durch die Auswahl der Materialien für die Plasmakolben und die Scheiben, die Verwendung unterschiedlicher Materialien oder Materialkombinationen, wie beispielsweise Quarzglas oder Saphirglas, können die Beständigkeit gegenüber der Gasfüllung und die Transmission des UV- oder VUV-Lichts beeinflusst werden.By the choice of materials for the plasma pistons and the discs, the use of different Materials or combinations of materials, such as quartz glass or sapphire crystal, can the durability across from the gas filling and the transmission of UV or VUV light can be influenced.
Durch die Auswahl des Gases oder des Gasgemisches, welches in die Plasmakolben gefüllt wird, sowie des Drucks in den Plasmakolben oder durch die Verwendung von Plasmakolben, die mit verschiedenen Gasen oder Gasgemischen gefüllt sind, in einer Vorrichtung, kann das Emissionsverhalten des Unterdruckbehälters in weiten Bereichen variiert und gesteuert werden, so dass das emittierte UV-Licht optimal an den photochemischen oder -physikalischen Prozess, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung initiiert werden soll, angepasst werden kann.By the choice of gas or gas mixture, which in the plasma piston filled as well as the pressure in the plasma flask or by use of plasma flasks containing different gases or gas mixtures filled are, in a device, the emission behavior of the vacuum vessel in wide ranges are varied and controlled so that the emitted UV light optimally to the photochemical or physical process, the with the device according to the invention be initiated, can be adjusted.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für die verschiedensten Einsatzzwecke verwendet werden. Insbesondere ist diese erfindungsgemäße Vorrichtung für jegliche fotochemischen oder fotophysikalischen Prozesse, die vorzugsweise in gasförmiger, flüssiger oder fester Phase (auch Gele) initiiert werden können, geeignet. Die möglichen Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst beispielsweise die UV- Desinfektion von Trink- und Abwässern, Abgasen und von festen Werkstoffen (beispielsweise von Kunststofffolien, die für Verpackungszwecke in der Lebensmittelindustrie desinfiziert werden müssen), Oxidationsprozesse, Synthesen, beispielsweise von Vitamin D u.a., UV-Polymerisationsreaktionen, Aushärteprozesse sowie biochemische Prozesse, die mit UV-Licht initiiert werden können.The inventive device can for the be used in a variety of applications. In particular this device according to the invention for any photochemical or photophysical processes, preferably in gaseous, liquid or solid phase (also gels) can be initiated suitable. The possible Applications of the device according to the invention includes, for example, the UV disinfection of drinking and waste water, Exhaust gases and solid materials (for example, plastic films, the for Packaging purposes in the food industry are disinfected have to), Oxidation processes, syntheses, for example of vitamin D and others, UV polymerization reactions, curing processes and biochemical Processes using ultraviolet light can be initiated.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch in einen Kanal eingebaut werden, sodass das durch den Kanal strömende Medium, wie beispielsweise Trink- oder Abwasser, mit UV-Licht bestrahlt und dadurch desinfiziert werden kann.The inventive device Can also be installed in a channel, so that through the Channel pouring Medium, such as drinking or waste water, irradiated with UV light and can be disinfected.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further Advantages and advantageous embodiments of the invention are the subsequent drawing, the description and the claims can be removed.
Zeichnungdrawing
Es zeigenIt demonstrate
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments
In
Die
Kammer besteht aus einem umlaufenden Rahmen
Durch das Zurückhalten der Mikrowellen wird die Effizienz erhöht und ein geschlossener Käfig nach Faraday gebildet.By the retention the microwaves increase efficiency and a closed cage after Faraday formed.
Das
Gitter kann zum Beispiel aus einem metallischen Werkstoff bestehen
und durch Aufdampfen oder ein Druckverfahren direkt auf die Scheibe
Im
Inneren der Kammer
Auf
der Rückseite
des Rahmens
In
Durch
die Öffnung
Dort
regen die Mikrowellen das in den Plasmakolben
Selbstverständlich muss
nicht in allen Plasmakolben
In
Bei
Bedarf kann eine Dichtung – beispielsweise
aus Silikon – zwischen
Scheibe
Der
Wellenleiter
In
Durch
den Einsatz eines oder mehrerer Magnetrons
Es
hat sich bei praktischen Versuchen überraschenderweise herausgestellt,
dass durch die Reflexion der Mikrowellen im Inneren der Kammer
In
Der
Kanal ist in
In
dem Kanal
Die
Kammer
Dieses
emittierte UV-Licht ist in
An
den Seitenwänden
des Kanals kann eine UV-Licht reflektierende Beschichtung
Um
sicherzustellen, dass das gesamte durch den Kanal
Alternativ
zum Einbau der Leitkörper
Selbstverständlich können bei Bedarf auch mehrere erfindungsgemäße Lichtquellen in Reihe und/oder in Serie geschaltet werden.Of course, at Also requires several light sources according to the invention in series and / or be connected in series.
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