DE102015218053A1 - Device for UV irradiation of a flowing medium - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur UV-Bestrahlung eines strömenden Mediums, insbesondere zur Desinfektion von Wasser, mit einer ein Lampenrohr (22) aufweisenden, UV-Strahlung und längerwelliges Licht emittierenden Gasentladungslampe (20) und einem das strömende Medium führenden und von dem Lampenrohr (22) trennenden Leitrohr (18). Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Leitrohr (18) und/oder das Lampenrohr (22) mantelseitig mit einem für UV-Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich durchlässigen und für Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich undurchlässigen Interferenzfilter (28) beschichtet ist.The invention relates to a device for UV irradiation of a flowing medium, in particular for disinfecting water, with a lamp tube (22) having, UV radiation and longer-wavelength light-emitting gas discharge lamp (20) and a flowing medium and the lamp tube ( 22) separating guide tube (18). According to the invention, it is proposed that the guide tube (18) and / or the lamp tube (22) is coated on the shell side with an interference filter (28) permeable to UV radiation in a first wavelength range and impermeable to light in a second wavelength range.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur UV-Bestrahlung eines strömenden Mediums, insbesondere zur Desinfektion von Wasser, mit einer ein Lampenrohr aufweisenden, UV-Strahlung und längerwelliges (sichtbares) Licht emittierenden Gasentladungslampe und einem das strömende Medium führenden und von dem Lampenrohr trennenden Leitrohr.The invention relates to a device for UV irradiation of a flowing medium, in particular for the disinfection of water, with a lamp tube having, UV radiation and longer wavelength (visible) light-emitting gas discharge lamp and the flowing medium leading and separating from the lamp tube guide tube.
Die
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen weiter zu entwickeln und Maßnahmen anzugeben, womit eine gezielte UV-Behandlung eines strömenden Mediums ohne nachteilige Effekte, insbesondere unter Vermeidung von Algenbildung möglich wird. Neben der Trinkwasserbehandlung kommen auch andere strömende Medien in Betracht, beispielsweise fließfähige Nahrungsmittel (Getränke), die unter der Einwirkung von UV-Strahlung entkeimt werden können.Proceeding from this, the object of the invention is to further develop the devices known in the prior art and to provide measures whereby a targeted UV treatment of a flowing medium without disadvantageous effects, in particular avoiding algae formation, becomes possible. In addition to drinking water treatment, other flowing media come into consideration, such as flowable food (drinks) that can be sterilized under the influence of UV radiation.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.To solve this problem, the feature combination specified in
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, das Verhältnis von keimreduzierender UV-Strahlung und emittiertem längerwelligen Licht im Hinblick auf eine Unterdrückung von Algenwachstum zu optimieren. Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zwischen dem Lampenrohr und dem Strömungspfad ein Interferenzfilter angeordnet ist, das für UV-Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich durchlässig und für längerwelliges bzw. sichtbares Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich undurchlässig ist. Diesen Maßnahmen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Verhältnis des Anteils von sichtbarem Licht und UV-Strahlung mit zunehmender Entfernung vom UV-Strahler in einem wasserbasierten Medium aufgrund dessen UV-absorbierender und lichtleitender Eigenschaft zunimmt. Dadurch reicht also das für das Algenwachstum förderliche sichtbare Licht in einem Durchflusspfad sehr viel weiter als die keim- und algenreduzierende UV-Strahlung. Durch die Unterdrückung des sichtbaren Lichts mittels des Interferenzfilters können solche nachteilige Effekte vermieden werden, ohne dass auf die mit hoher Intensität und Effizienz einsetzbaren Gasentladungslampen verzichtet werden müsste. Dadurch ist es auch möglich, bestehende Fließpfade beizubehalten, ohne Abschirmungen oder Umlenkungen einzubringen, die auch im Hinblick auf eine zusätzliche Pumpleistung nachteilig sind. Ein weiterer Vorteil der Filterbeschichtung kann darin bestehen, dass die Oberflächenhomogenität verbessert wird, so dass ggf. weniger Fremdatome eindringen und auch die Verschmutzungsanfälligkeit reduziert wird.The invention is based on the idea of optimizing the ratio of germ-reducing UV radiation and emitted longer-wave light with a view to suppression of algae growth. Accordingly, the invention proposes that between the lamp tube and the flow path, an interference filter is arranged, which is transparent to UV radiation in a first wavelength range and impermeable to longer-wavelength or visible light in a second wavelength range. These measures are based on the finding that the ratio of the proportion of visible light and UV radiation increases with increasing distance from the UV emitter in a water-based medium due to its UV-absorbing and light-conducting property. Thus, the visible light promoting algae growth in a flow path goes much further than the germ and algae-reducing UV radiation. By suppressing the visible light by means of the interference filter, such disadvantageous effects can be avoided without the need to dispense with the use of high intensity and efficiency gas discharge lamps. As a result, it is also possible to maintain existing flow paths without introducing shields or deflections which are disadvantageous also with regard to an additional pumping capacity. Another advantage of the filter coating may be that the surface homogeneity is improved, so that possibly less foreign atoms penetrate and also the susceptibility to fouling is reduced.
Auch in herstellungstechnischer Hinsicht ist es von Vorteil, wenn das Leitrohr und/oder das Lampenrohr mantelseitig mit einer das Interferenzfilter bildenden Beschichtung versehen ist. Grundsätzlich sind auch andere Konfigurationen möglich, beispielsweise der Einsatz eines Zwischenrohrs als Substrat für das Interferenzfilter.Also in terms of manufacturing technology, it is advantageous if the guide tube and / or the lamp tube is provided on the shell side with a coating forming the interference filter. In principle, other configurations are possible, for example, the use of an intermediate tube as a substrate for the interference filter.
Denkbar ist es auch, dass mehrere UV-Strahler über den Umfang des Leitrohrs verteilt angeordnet sind, oder dass das Lampenrohr einen doppelwandigen ringförmigen Querschnitt besitzt, in dessen Innenraum das Leitrohr angeordnet ist.It is also conceivable that a plurality of UV lamps are distributed over the circumference of the guide tube, or that the lamp tube has a double-walled annular cross section, in the interior of the guide tube is arranged.
Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass das Interferenzfilter als PVD-Beschichtung, insbesondere durch Sputterdeposition aufgebracht ist.A further improvement provides that the interference filter is applied as a PVD coating, in particular by Sputterdeposition.
Für die Medienführung ist es vorteilhaft, wenn das Leitrohr außen umströmt und das Lampenrohr in dem Leitrohr angeordnet ist, oder wenn das Leitrohr innen durchströmt und das Lampenrohr außerhalb des Leitrohrs angeordnet ist.For the media guide, it is advantageous if the guide tube flows around the outside and the lamp tube is arranged in the guide tube, or if the guide tube flows through the inside and the lamp tube is arranged outside of the guide tube.
Vorteilhafterweise reflektiert das Interferenzfilter das von der UV-Gasentladungslampe ausgestrahlte Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich, wobei durch Rückreflektion in das Lampenrohr das Plasma einen erheblichen Teil der Strahlung unter Erhöhung der Lampenausbeute absorbieren kann, ohne dass es zu weiteren Reflektionen kommt.Advantageously, the interference filter reflects the light emitted by the UV gas discharge lamp in the second wavelength range, wherein the plasma can absorb a significant portion of the radiation by increasing the lamp output, without causing further reflections by back reflection in the lamp tube.
Um die gewünschte Filtergüte in einem breiten Spektralbereich zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn das Interferenzfilter durch eine Vielzahl von übereinanderliegenden optischen Dünnschichten, vorzugsweise mehr als 10 Dünnschichten gebildet ist. Dadurch kann auch Strahlung mit unterschiedlichen Einfallswinkeln effektiv gefiltert werden.In order to achieve the desired filter quality in a broad spectral range, it is advantageous if the interference filter is formed by a plurality of superimposed optical thin films, preferably more than 10 thin films. As a result, radiation with different angles of incidence can be effectively filtered.
In diesem Zusammenhang ist es auch günstig, wenn das Interferenzfilter einen vielschichtigen Stapel abwechselnd bestehend aus HfO2- und SiO2-Schichten umfasst, wobei die Schichtdicken im Bereich von 50 nm bis 140 nm liegen. In this context, it is also advantageous if the interference filter comprises a multilayer stack alternately consisting of HfO 2 and SiO 2 layers, wherein the layer thicknesses are in the range from 50 nm to 140 nm.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Wellenlängenbereich zwischen 240 nm und 360 nm, insbesondere zwischen 240 nm und 340 nm liegt. Durch die kurzwellige Bandkante können chemische Effekte vermieden werden, die zu unerwünschten Desinfektions-Nebenprodukten führen. Die langwellige Bandkante ergibt sich, um die gewünschte desinfizierende Wirkung möglichst wenig zu beeinträchtigen.A particularly preferred embodiment provides that the first wavelength range is between 240 nm and 360 nm, in particular between 240 nm and 340 nm. The short-wave band edge can avoid chemical effects that lead to unwanted disinfection by-products. The long-wave band edge results in as little as possible to impair the desired disinfecting effect.
Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass das Interferenzfilter in dem ersten Wellenlängenbereich mehr als 80%, vorzugsweise mehr als 90% der Strahlung transmittiert, so dass die Lampenleistung möglichst effektiv genutzt wird.A further improvement provides that the interference filter in the first wavelength range transmits more than 80%, preferably more than 90% of the radiation, so that the lamp power is used as effectively as possible.
Vorteilhafterweise umfasst der zweite Wellenlängenbereich zumindest den Spektralbereich zwischen 380 nm und 580 nm, so dass das Wirkspektrum der Photosynthese breitbandig beschränkt wird.Advantageously, the second wavelength range comprises at least the spectral range between 380 nm and 580 nm, so that the spectrum of action of photosynthesis broadband is limited.
In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn das Interferenzfilter in dem zweiten Wellenlängenbereich eine (integrale) Lichtdurchlässigkeit von weniger als 30%, vorzugsweise weniger als 20% und besonders bevorzugt weniger als 10% besitzt.In this context, it is also advantageous if the interference filter in the second wavelength range has an (integral) light transmission of less than 30%, preferably less than 20% and particularly preferably less than 10%.
Um die gewünschte UV-Strahlung mit hoher Intensität bereitstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die UV-Gasentladungslampe durch eine als Mitteldrucklampe ausgebildete, vorzugsweise mit einer elektrischen Anschlussleistung von mehr als 1 kW betreibbare Quecksilberdampflampe gebildet ist.In order to be able to provide the desired UV radiation with high intensity, it is advantageous if the UV gas discharge lamp is formed by a mercury vapor lamp designed as a medium-pressure lamp and preferably operable with an electrical connection power of more than 1 kW.
Für besondere Einsatzgebiete kann es auch von Vorteil sein, dass die UV-Gasentladungslampe durch eine als Niederdrucklampe ausgebildete Quecksilberdampflampe gebildet ist.For special applications, it may also be advantageous that the UV gas discharge lamp is formed by a designed as a low-pressure lamp mercury vapor lamp.
Für die erforderliche UV-Durchlässigkeit und Temperaturstabilität ist es vorteilhaft, wenn das Leitrohr aus einem Quarzglasmaterial besteht.For the required UV transmission and temperature stability, it is advantageous if the guide tube consists of a quartz glass material.
Im Hinblick auf eine möglichst effektive Anpassung an vorhandene Fließpfade ist es möglich, dass das Leitrohr quer oder längs zur Strömungsrichtung des zu bestrahlenden Mediums angeordnet ist.With regard to a most effective adaptation to existing flow paths, it is possible that the guide tube is arranged transversely or longitudinally to the flow direction of the medium to be irradiated.
Vor allem für die Trinkwasserbehandlung ist es von Vorteil, wenn das Leitrohr in einem aus Edelstahl bestehenden, einen Einlass und einen Auslass für das Medium aufweisenden Durchflussreaktor angeordnet ist. Durch die Rückhaltung des sichtbaren Lichts können auch weitreichende Reflektionen an der Innenwand des Edelstahlreaktors vermieden werden, die ansonsten zu einem weit verteilten Algenwachstum führen könnten.Especially for the treatment of drinking water, it is advantageous if the guide tube is arranged in a flow reactor made of stainless steel and having an inlet and an outlet for the medium. The retention of visible light also avoids far-reaching reflections on the inner wall of the stainless steel reactor, which could otherwise lead to widespread algae growth.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments schematically illustrated in the drawing. Show it:
Der in
Die Gasentladungslampe
Bei dem in
Wie in
Das Interferenzfilter
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