DE19753505B4

DE19753505B4 - UV-Modul, beidseitig mit je einer Verschlußbaugruppe ausgerüstet, zum Einsatz in ein Gehäuse oder einen Reaktor

Info

Publication number: DE19753505B4
Application number: DE19753505A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weckenmann
Original assignee: ACK Aqua Concept GmbH Karlsruhe
Current assignee: ACK Aqua Concept GmbH Karlsruhe
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2017-12-04
Also published as: DE29621028U1; DE19753505A1

Abstract

UV-Modul mit einem UV-lichtdurchlässigen Quarzglasrohr (19) und einer innerhalb des Quarzglasrohres angeordneten UV-Lampe (9), bei dem das Quarzglasrohr zylindrisch und an beiden Seiten offen ausgebildet und an beiden Seiten mit sogenannten Verschlußbaugruppen verschlossen ist, wobei die Verschlußbaugruppen an beiden Seiten vollständig in das Quarzglasrohr eingesetzt sind, und zwar als stopfenartige Verschlüsse mit rundem Querschnitt, die das Innere des Quarzglasrohres gegenüber dem Außenraum (Umgebung) abdichten und die UV-Lampe in der Achse des UV-Moduls fixieren und die als den Sockel der UV-Lampe kühlende Lampenhalter ausgebildet sind.

Description

UV-Reaktoren üblicher Bauart bestehen aus einem röhrenförmigen Metallgehäuse, das fallweise ein- oder beidseitig mit Flanschen versehen sein kann, in das ein oder mehrere, die UV-Lampe enthaltende Quarzröhren eingelassen sind, die vom Reaktionsmedium umströmt werden. Die Einheit aus Quarzrohr, UV-Lampe, zugehörigen Flanschen, Dichtungen und Lampenhalter wird üblicherweise als UV-Modul bezeichnet. Die Zusammenfassung dieser Komponenten zu einem Modul hat sich im Bau von UV-Reaktoren durchgesetzt, da Quarzrohr und Strahler eine im Vergleich zur Gesamtanlage stark begrenzte Lebensdauer besitzen und die Montage des Strahlers im Quarzglasrohr von Fachpersonal unter Reinstbedingungen erfolgen muß. Damit erlaubt das modulare Konzept den vergleichsweise häufigen Modultausch durch das Personal des Betreibers bei gleichzeitiger Einhaltung der hohen technischen Anforderungen an die Lampenmontage im Quarzrohr, wie sie nur vom Fachbetrieb gewährleistet werden kann.

Eine Vorrichtung, bei der das Quarzrohr und die UV-Lampe nicht zu einem Modul zusammengefaßt sind, ist in der US-A-4,897,246 dargestellt. Dort soll also die UV-Lampe im Regelfall ohne Entnahme des Quarzrohres ausgetauscht werden. Dementsprechend ist auch keine Abdichtung des Inneren des Quarzrohres gegenüber dem Außenraum (Umgebung) vorgesehen.

UV-Module werden in herkömmlicher Bauweise als Tauchmodule ausgeführt, die sich dadurch auszeichnen, daß das, die UV-Lampe umgebende Quarzrohr auf einer Seite, in der Regel halbrund, geschlossen ist. Die Lampe wird mit Haltern versehen, von der offenen Seite her in das Quarzrohr eingeschoben, hernach wird die offene Quarzrohrseite mit unterschiedlichsten Flansch-Dichtungs-Konstruktionen, bei Niederdrucklampen (geringe thermische Belastung) zum Teil auch mit Kunststoffteilen, verschlossen. Das so gebildete Modul wird dann von oben in den üblicherweise senkrecht angeordneten Reaktor eingetaucht und einseitig gegenüber dem Reaktor abgedichtet. Die Nachteile eines solchen Moduls bestehen:

– in der notwendigen Rückführung der elektrischen Leitung durch die Strahlungszone hindurch, die im Falle des Einsatzes von Quecksilbermitteldrucklampen (hohe thermische Belastung), zu einer starken Erwärmung des elektrischen Leiters und damit zu einer Verschlechterung seiner elektrischen Leitfähigkeit sowie generell zu Schattenwurf im Reaktionsmedium führt,
– in den hohen Kosten, die der halbrunde Abschluß des Quarzrohres verursacht,
– in den hohen Kosten, die die Flanschausbildung des offenen Quarzrohrendes verursacht, ein solcher Glasflansch ist für die herkömmliche Abdichtung des Quarzrohrinnenraums mit seiner Inertgasatmosphäre erforderlich,
– in der einseitig fliegenden Lagerung eines solchen Moduls im Reaktorgehäuse, verbunden mit der einseitigen Krafteinleitung, was entweder eine senkrechte Reaktoranordnung (Problem der thermisch ungleichen Belastung der oberen und unteren Lampenenden) oder aber im Falle eines waagerechten Reaktors, ein zusätzliches Stützelement auf der geschlossenen Seite des UV-Moduls erforderlich macht,
– im ungenügenden Wärmetransport von den Lampensockeln zur Quarzrohrinnenwand hin durch die Lampenhalter.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik mindestens teilweise, vorzugsweise voIIständig, zu beseitigen. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein UV-Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Bevorzugte Ausführungsformen dieses erfindungsgemäßen UV-Moduls sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 dargestellt.

Ein erfindungsgemäßes UV-Modul weist ein UV-lichtdurchlässiges Quarzglasrohr und eine innerhalb des Quarzglasrohres angeordnete UV-Lampe auf. Das Quarzglasrohr ist zylindrisch, an beiden Seiten offen ausgebildet und an beiden Seiten mit sogenannten Verschlußbaugruppen verschlossen. Es zeichnet sich dadurch aus, daß die Verschlußbaugruppen an beiden Seiten vollständig in das Quarzglasrohr eingesetzt sind, und zwar als stopfenartige Verschlüsse mit rundem Querschnitt. Diese dichten das Innere des Quarzglasrohres gegenüber dem Außenraum (Umgebung) ab, fixieren die UV-Lampe in der Achse des UV-Moduls und sind als die den Sockel der UV-Lampe kühlende Lampenhalter ausgebildet.

Mit der Erfindung wird erreicht

– daß das Quarzrohr des UV-Moduls als beidseitig offene Röhre ausgebildet ist, die keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte der Quarz rohrenden erforderlich macht,
– daß ein optimaler Wärmetransport von den Lampensockeln hin zur Quarzrohrinnenseite und in axialer Richtung nach außen gegeben ist, ein für den Einsatz von Mitteldrucklampen besonders wichtiger Umstand,
– daß die Montage des Moduls, also der Einsatz der UV-Lampe in das Quarzrohr und die Füllung des Quarzrohrinnenraums mit Inertgas stark vereinfacht und damit billiger wird,
– daß eine Rückführung der elektrischen Leitung durch die Strahlungszone hindurch überflüssig wird, weil die elektrischen Anschlüsse beidseitig von außen mit der Spannungsquelle verbunden werden können,
– daß das UV-Modul zu einem symmetrisches Bauteil wird, das die Grundlage für einen symmetrisch aufgebauten Reaktor bildet, der sich aus weniger Teilen und gleichen Teilen aufbauen läßt.

Mit Anspruch 2 wird eine vorteilhafte Ausbildungsform der Erfindung dargestellt. Danach schützt ein Reflektor die in Strahlungsrichtung hinter ihm, also in seinem Schattenbereich, befindlichen Teile der Verschlußbaugruppe vor der intensiven Direktstrahlung der UV-Lampe. Dadurch und durch die spezielle Gestalt des Reflektors (dünne Scheibe) wird eine unnötige Aufheizung der dahinter liegenden Verschlußbaugruppe verhindert.

Mit Anspruch 3 werden vorteilhafte Ausbildungsformen der Erfindung dargestellt, wonach es besonders unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten günstig sein kann, die Verschlußbaugruppen aus einem oder mehreren Teilen herzustellen.

Mit Anspruch 4 wird eine besonders bei Verwendung von Mitteldrucklampen günstige Ausbildung der Erfindung wiedergegeben. Auf dem Umfang der Verschlußbaugruppe angebrachte elastische Elemente stützen die Verschlußbaugruppe radial gegenüber der Innenseite der Quarzglasröhre ab und dienen gleichzeitig als Dichtungen, mit deren Hilfe das Innere der Quarzglasröhre gegenüber dem Äußeren (der Umgebung) abgedichtet wird.

Mit Anspruch 5 wird eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verschlußbaugruppe beschrieben, mit der es möglich ist, die Dichtelemente der Verschlußbaugruppen innerhalb der Quarzglasröhre zu verpressen. Nach dem Einführen der Verschlußbaugruppen in die Quarzglasröhre werden die Dichtelemente, im allgemeinen O-Ringe, durch Anziehen mehrerer Schrauben in axialer Richtung zusammengedrückt, so daß sie sich durch elastische Verformung radial an die Innenseite der Quarzglasröhre anschmiegen und damit den Innenraum von der Umgebung gasdicht isolieren.

In Anspruch 6 wird eine weitere Möglichkeit beschrieben, wie der Quarzrohrinnenraum abgedichtet werden kann. Danach besteht die Verschlußbaugruppe im wesentlichen aus einem Teil, in das radiale Nuten eingedreht sind. Die Tiefe dieser Nuten ist, abhängig von den verwendeten Dichtelementen, so bemessen, daß die Baugruppen mit eingelegten Dichtelementen axial in die Quarzglasröhre eingepreßt werden müssen, damit sich die Dichtelemente radial elastisch verformen und sich dadurch an die Innenseite der Quarzglasröhre anschmiegen.

Mit Anspruch 7 wird eine spezielle Ausführungsform der Dichtelemente der erfindungsgemäßen Verschlußbaugruppe genannt. Diese Dichtelemente haben sich in der Technik für ähnliche Einsatzfälle häufig bewährt.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 stellt die Stromversorgung der UV-Lampe bei gleichzeitiger Gasdichtheit des Quarzrohrinnenraums mittels einer elektrischen Durchführung sicher.

Mit Anspruch 9 wird eine Weiterbildung der Erfindung beschrieben, nach der durch Aufsetzen von berippten Kühlkörpern, wie sie aus der Leistungselektronik bekannt sind, der Wärmeübergang von den Außenflächen der Verschlußbaugruppen an die Umgebung verbessert wird.

Anspruch 10 weist auf Werkstoffe hin, aus denen die Verschlußbaugruppe gefertigt sein kann, wobei die ausschließliche Verwendung von Kunststoff eher auf UV-Lampen mit geringerer Leistungsdichte beschränkt ist.

Und schließlich wird in Anspruch 11 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verschlußbaugruppen angegeben, wonach die Verschlußbaugruppen einen Hohlraum enthalten, der beispielsweise die Oberlänge des UV-Lampenkabels aufnimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den 3 und 4 erläutert. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der 5 dargestellt. Die 1 zeigt ein herkömmliches UV-Modul, und die 2 zeigt das erfindungsgemäße UV-Modul, jeweils in einem schematisch dargestellten Reaktor.
1 Schnittzeichnung eines herkömmlichen UV-Moduls in einem schematisch dargestellten Reaktor
2 Schnittzeichnung eines erfindungsgemäßen UV-Moduls in einem schematisch dargestellten Reaktor
3 Schnittzeichnung eines erfindungsgemäßen UV-Moduls, beidseitig durch je eine, aus mehreren Teilen bestehende Verschlußbaugruppe verschlossen
4 Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes UV-Modul
5 Schnittzeichnung eines erfindungsgemäßen UV-Moduls, beid seitig durch je eine, einteilige Verschlußbaugruppe verschlossen.
Zunächst ist in 1 der schematische Aufbau eines UV-Reaktors mit einem herkömmlichen UV-Modul dargestellt. Die Fig. zeigt, wie die bisher bekannten UV-Module zum Einsatz kommen. Die Flüssigkeit strömt durch den Eintritt (1) in den Reaktionsraum (2), umspült hier das UV-Modul (3) und tritt bei (4) wieder aus. Dabei ist zu beachten, daß der Apparateflansch (5) und der Flansch (6) Teile des herkömmlichen UV-Moduls (3) sind. Die weiter oben bereits beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Technik sind in dieser Fig. gut zu sehen. Das UV-Modul (3) ist fliegend gelagert, auf einer Seite halbrund geschlossen (7) und im Abdichtbereich mit einem teuren, angegossenen Quarzglasflansch (8) versehen. Die UV-Lampe (9) wird von den Haltern (10) und (11) fixiert, die kaum eine Wegleitung der Wärme von den Lampensockeln (12) und (13) sicherstellen können (die Konstruktionselemente zur Abstützung der Halter zur Quarzglasrohrinnenwand hin sind nicht eingezeichnet). Die bei dieser Anordnung notwendige und sich nachteilig auswirkende Leiterrückführung ist mit (14) dargestellt.
2 zeigt denselben schematischen UV-Reaktor mit dem erfindungsgemäßen UV-Modul (15), das beidseitig mit je einer Verschlußbaugruppe (16) und (17) verschlossen ist. Dieses Modul ist beidseitig gelagert, wobei die Abdichtung an den stirnseitigen Apparateflanschen (5) und (18) gegenüber der Umgebung nicht dargestellt ist.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen UV-Moduls (15) dargestellt. Es besteht im wesentlichen aus dem Quarzglasrohr (19), den mehrteiligen Verschlußbaugruppen, die identisch aufgebaut sind und je eine offene Seite des Quarzglasrohrs verschließen, und der UV-Lampe (9). Jede der Verschlußbaugruppen besteht aus einem Strahlungsreflektor (20) und (21) einem Lampenhalter (22) und (23), dem Innenteil (24) und (25), dem Zwischenteil (26) und (27), dem Außenteil (28) und (29), den O-Dichtringen (30) bis (35) und der elektrischen Durchführung (36) und (37).
Im weiteren wird die Beschreibung auf die linke Baugruppe der 3 beschränkt. Der Lampenhalter (22) ist in das Innenteil (24) eingepreßt und besitzt damit zu diesem einen guten wärmeleitenden Kontakt. Der Reflektor (20) ist auf den Lampenhalter (22) aufgeschrumpft und schützt das, in Strahlungsrichtung gesehen dahinter liegende, Innenteil (24) vor der direkten Strahlungswärme der UV-Lampe (9). Innen- (24), Zwischen- (26) und Außenteil (28) werden über die Bohrung (38) und das Gewinde (39) miteinander verschraubt, so daß die in den Nuten liegenden O-Ringe (31) und (32) definiert zusammengepreßt werden und zur Innenseite des Quarzglasrohrs (19) hin abdichten. Gleichzeitig werden Innen- (24), Zwischen- (26) und Außenteil (28) großflächig aufeinandergedrückt, so daß zwischen diesen Teilen ein guter wärmeleitender Kontakt hervorgerufen wird. Das ist die Voraussetzung dafür, daß die Wärme, die vom Lampensockel (12) über den Lampenhalter (22) in den nahezu monolithischen Teileblock (24), (26), (28) eingeleitet wird, von letzterem radial zur gekühlten Quarzglaswand und axial nach außen geleitet werden kann. Das elektrische Versorgungskabel (40) des Strahlers ist mit dem Metallstift (41) der elektrischen Durchführung (36) verbunden. Die Oberlänge des Kabels ist in Hohlraum (42) untergebracht. Die Bohrung (43) dient der Inertgasspülung des Lampenraums (44) und wird nach Beendigung der Spülung mittels einer Schraube in Gewinde (45) verschlossen.
4 zeigt die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Verschlußbaugruppe. Sie ist in die Quarzglasröhre (19) eingeschoben. Die drei Schraubenlöcher (38), (46) und (47) nehmen die Schrauben auf, mit deren Hilfe Innen-, Zwischen- und Außenteil zusammengedrückt werden. Die Bohrung (43) dient der Zuführung des Inertgases. Der Außendurchmesser der Verschlußbaugruppe ist so gewählt, daß unter Berücksichtigung der Wärmedehnung ein genügend großer Spalt zwischen Quarzrohrinnenseite und Verschlußbaugruppenaußenseite verbleibt.
5 zeigt die erfindungsgemäßen Verschlußbaugruppen in einteiliger Ausführung (rechte Zeichnungshälfte) und in zweiteiliger Ausführung gemäß Anspruch 3 (linke Zeichnungshälfte).
Beschreibung der rechte Zeichnungshälfte: Die O-Ringe (33) bis (35) werden beim Hineindrücken der Verschlußbaugruppe (17) verformt und dichten damit den Lampenraum (44) von der Umgebung ab.
Beschreibung der linken Zeichnungshälfte: Hier ist die Verschlußbaugruppe zweiteilig ausgeführt. Das Außenteil (28) ist zu einer deckelartigen Verschlußplatte reduziert und sichert den Montagezugang zu Hohlraum (42). Bei der Montage wird zuerst das Innenteil (24) mit der UV-Lampe (9) in das Quarzglasrohr (19) eingeschoben, wodurch die O-Ringe 30, 31, und 32 verpreßt werden und abdichten. Dann wird Hohlraum (42) mit Außenteil (28) verschlossen. Die dafür notwendigen Schrauben sind nicht dargestellt.

Claims

UV-Modul mit einem UV-lichtdurchlässigen Quarzglasrohr (19) und einer innerhalb des Quarzglasrohres angeordneten UV-Lampe (9), bei dem das Quarzglasrohr zylindrisch und an beiden Seiten offen ausgebildet und an beiden Seiten mit sogenannten Verschlußbaugruppen verschlossen ist, wobei die Verschlußbaugruppen an beiden Seiten vollständig in das Quarzglasrohr eingesetzt sind, und zwar als stopfenartige Verschlüsse mit rundem Querschnitt, die das Innere des Quarzglasrohres gegenüber dem Außenraum (Umgebung) abdichten und die UV-Lampe in der Achse des UV-Moduls fixieren und die als den Sockel der UV-Lampe kühlende Lampenhalter ausgebildet sind.
UV-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Verschlußbaugruppen an denjenigen ihrer Enden, die der UV-Lampe zugewandt sind, mit je einem Reflektor (20, 21) ausgerüstet ist.
UV-Modul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Verschlußbaugruppen aus einem oder mehreren Teilen besteht.
UV-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang der Verschlußbaugruppen ringförmig geschlossene Dichtelemente (30-35) angebracht sind, die die Verschlußbaugruppen von innen radial nach außen zur Innenwand des Glasrohrs hin abstützen und damit das Innere des Quarzglasrohrs gegenüber dem Außenraum gasdicht abdichten.
UV-Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußbaugruppen an einigen derjenigen Stellen, an welchen Dichtelemente in radialen Nuten sitzen, in scheibenförmige Einzelteile (24-29) aufgetrennt sind, die mittels Schrauben in axialer Richtung zusammenpreßbar sind, wodurch die verformbaren Dichtelemente radial nach außen an die Innenseite des Rohrs druckbar sind, so daß der Innenraum des Glasrohrs gegenüber dem Außenraum abdichtbar ist.
UV-Modul nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente in radialen Nuten sitzen, deren Tiefe im Verhältnis zum Innendurchmesser des Glasrohrs so bemessen ist, daß die, durch das Einschieben der Verschlußbaugruppen in das Glasrohr erzeugte elastische Verpressung der Dichtelemente, den Glasrohrinnenraum gegenüber dem Außenraum abdichtet.
UV-Modul nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente O-Ringe sind.
UV-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verschlußbaugruppen eine elektrische Durchführung (36, 37) zum Anschluß der UV-Lampe integriert ist.
UV-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die axial nach außen weisenden Stirnflächen der Verschlußbaugruppen berippte Kühlkörper, wie sie aus der Elektronik bekannt sind, aufgebracht sind.
UV-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußbaugruppen ganz oder teilweise aus Metall oder Kunststoff gefertigt sind.
UV-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußbaugruppen einen Hohlraum (42) aufweisen.