DE2825018A1

DE2825018A1 - Quecksilber-niederdrucklampe

Info

Publication number: DE2825018A1
Application number: DE19782825018
Authority: DE
Inventors: Georg Horstmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-06-05
Filing date: 1978-06-05
Publication date: 1979-12-06
Also published as: NL183555C; SE7904810L; DE2825018C2; NL183555B; FR2428323B1; DK233879A; US4323810A; ATA398279A; GB2027265A; BE876755A; AT379710B; NL7904412A; CA1147011A; FR2428323A1; GB2027265B; NO791869L; JPS5525992A; CH648155A5

Description

Quecksilber-Niederdrucklampe

Quecksilber-Niederdrucklampen bestehen üblicherweise aus einem mit Quecksilberdampf mit einem Dampfdruck um 0,1 Torr gefüllten Quarzrohr mit zwei endseitigen Elektroden, das mit einem Hüllrohr umgeben und ggfs. auch noch gekühlt sein kann. Im Betrieb bildet sich zwischen diesen Elektroden eine Bogenentladung aus, die zur Lichterzeugung ausgenutzt wird. Das von den Quecksilber-Niederdrucklampen ausgesandte Licht ist dabei ein reines Linienspektrum, welches einen hohen UV-Anteil aufweist und bei 254 nm eine besonders starke Linie besitzt. Demzufolge sind Quecksilber-Niederdrucklampen sehr geeignete Geräte zur Erzeugung von UV-Strahlung.

In neuerer Zeit gewinnt die Durchführung von photochemischen Reaktionen mit Hilfe von UV-Strahlung steigende Bedeutung, wobei photochemische Entkeimungs- und Sterilisierungsvorgänge ein besonders wichtiges Gebiet darstellen. Eine Anzahl dieser Reaktionen, und vor allem auch die photochemischen Entkeimungsund Sterilisierungsvorgänge zeigen dabei eine ausgeprägte Abhängigkeit von der Strahlungsintensität, so daß es entscheidend auf eine möglichst hohe Strahlungsintensität ankommt. Das ist darauf zurückzuführen, daß die betreffenden Reaktionen eine gleichzeitige Anwesenheit einer bestimmten Mindestzahl von (z.B. 4 oder 5) Lichtquanten an der zu reagierenden Molekülstelle benötigen und deshalb bei Anwendung einer Strahlung geringer Intensität, die , diese Mindestzahl von Lichtquanten nicht gleichzeitig zur Ver- i fügung zu stellen vermag, nicht ablaufen können. Dem kann dann ;

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auch nicht durch beispielsweise eine Verlängerung der Bestrah-¹ lungsdauer abgeholfen werden.

Insbesondere für diese stark intensitätsabhängigen Reaktionen sind die bisherigen Quecksilber-Niederdrucklampen nicht besonders gut geeignet, da die an ihrer Außenfläche abgegebene Strahlungsdichte nicht über einen bestimmten Maximalwert von rund 25 mW/cm² gesteigert werden kann. Das reicht oftmals nicht aus, zumal auch aus Gründen eines technisch sinnvollen Reaktionsumsatzes meistens die zu bestrahlenden Volumina nicht ; zu klein sein dürfen. Man hat sich deshalb bisher in diesen Fällen damit beholfen, die Strahlung mehrerer Lampen, ggfs. unter Zuhilfenahme von Reflektoren, in das gleiche Reaktionsvolumen zu bündeln, was aber sehr aufwendig ist und auch zu einer schlechten Energiebilanz führt.

Mit der Erfindung soll nunmehr eine Quecksilber-Niederdrucklampe geschaffen werden, die auf einer großen Strahlungsfläche eine wesentlich höhere Strahlungsdichte abgeben kann. Dieses Ziel erreicht die Erfindung in verblüffend einfacher Weise dadurch, daß das Rohr der Quecksilber-Niederdrucklampe mit einem länglich-flachen Querschnitt ausgebildet ist.

Die Erfindung beruht auf der konsequenten Ausnutzung der Erkenntnis, daß die relativ geringe, von den bisherigen Queck- ; silber-Niederdrucklampen abgegebene Strahlungsdichte durch den , bisher stets runden Querschnitt des Lampenrohres, bedingt ist. , ι Dadurch nimmt das strahlende Plasma im Lampenrohr zwangsläufig die Form eines Zylinders an, der im Vergleich zu seinem Volumen ' nur eine geringe Oberfläche besitzt. Dies hat zur Folge, daß die ,

in dem inneren Kern des Plasmas erzeugte Strahlung weitgehend I in den äußeren Plasmaschichten wieder absorbiert wird und damit ■ als Wärme verloren geht, so daß praktisch nur die in der äußersten

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Plasmaschicht erzeugte Strahlung nutzbar nach außen abgegeben werden kann. Diese Erscheinung ist weitgehend unabhängig vom Durchmesser des Lampenrohres, es sei denn, der Durchmesser wird sehr klein gehalten, aber dann ergibt sich der Nachteil einer viel zu kleinen Gesamt-Strahlungsflache.

Bei der Erfindung hingegen kommt es nicht zur inneren Absorption eines Teiles der erzeugten Strahlung, da das leuchtende Plasma nunmehr die Form eines "Brettes", d.h. eines Körpers mit großer Breite und nur geringer Tiefe hat. Auf diese Weise kann nunmehr praktisch die gesamte erzeugte Strahlung auch nutzbar vornehmlich über die beiden Breitseiten des Lampenrohres nach außen abgegeben werden, und das Ergebnis ist eine Lampe mit einer (gegenüber einer runden Lampe gleicher Querschnittsfläche) erhöhten Strahlungsfläche und mit einer wesentlich erhöhten Strahlungsdichte, die u.U., gleiche Energieaufnahme vorausgesetzt, mehr als das Doppelte der bisher erreichbaren Werte betragen kann, überraschend ist dabei die außerordentlich hohe Stabilität des leuchtenden Plasmas.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist es auch noch, daß die durch Strahlungsabsorption erzeugte Wärme zum Fortfall kommt. Dadurch und durch die Tatsache, daß ein Rohr von länglichflachem Querschnitt ohnehin leichter zu kühlen ist als ein entsprechendes rundes Rohr, läßt sich die Lampe nunmehr auch mit sehr viel höherer Energieaufnahme betreiben als bisher, wodurch die Strahlungsdichte zusätzlich erhöht werden kann.

Da sich die Erhöhung der Strahlungsdichte nicht nur auf die starke Wellenlänge von 254 nm auswirkt, sondern ebenso auf die übrigen abgestrahlten Wellenlängen, ist es im weiteren Verfolg des Erfindungsgedankens ebenso möglich, mit der Lampe Ozon zu erzeugen, wenn das Lampenrohr aus einem auch für den Wellenlängenbereich von etwa 180 - 200 nm ausreichend durchlässigen Material hergestellt wird.

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Es ist bekannt, daß sich durch UV-Bestrahlung von Sauerstoff Ozon bildet. Die Ausbeute war dabei bislang jedoch gering, so daß in der Praxis zur Ozonerzeugung anderen Verfahren (z.B. die ■ Einwirkung von stillen elektrischen Entladungen auf Sauerstoff) der Vorzug gegeben wurde. Der schlechte Wirkungsgrad bei der Ozonerzeugung mittels UV-Strahlung beruht u.a. darauf, daß sich das zunächst gebildete Ozon bei längerer Einwirkung insbesondere der Wellenlänge 254 nm wieder zersetzt. Da man bisher bei der Ozonerzeugung mittels UV-Strahlung den Sauerstoff bzw. ein sauerstoffhaltiges Gas in Axialrichtung des (von einem entsprechenden Hüllrohr umgebenen) Lampenrohres führen mußte, war dieser Zersetzungsprozess unvermeidlich, und zwar selbst bei Verwendung nur sehr kurzer Lampenrohre. Die Ozonausbeuten blieben deshalb durchweg unterhalb von 0,15 g pro 20 W Lampenleistung.

Die erfindungsgemäße Lampe hingegen gestattet es, den Sauerstoff (bzw. ein sauerstoffhaltiges Gas) quer über die Breitseiten des Lampenrohres, also von der einen Schmalseite zur anderen, zu leiten. Dadurch kann das bestrahlte Gas schon nach sehr kurzer Verweilzeit wieder aus dem Bereich der Strahlung herausgebracht werden, was zu einer beträchtlichen Erhöhung der Ozonausbeute führt. Es ist möglich, die erfindungsgemäße Lampe als reinen Ozongenerator einzusetzen und die Betriebsbedingungen in Hinsicht auf diesen Verwendungszweck zu optimieren. Ebenso ist aber auch ein kombinierter Einsatz möglich, indem Ozon erzeugt und zu-• gleich die Lampenstrahlung auch noch für andere photochemische Reaktionen ausgenutzt wird. Besonders für den Fall der Entkeimung von strömenden Flüssigkeiten, z.B. Wasser, ist dabei ein solcher

kombinierter Einsatz günstig, indem z.B. die mit einem Hüllrohr versehene Lampe als Tauchlampe in das strömende Wasser gebracht und mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas unter Ver-

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wendung der zuvor beschriebenen "Querströmung" gekühlt wird, worauf das erzeugte Ozon an anderer Stelle, zur Vor- oder Nachentkeimung, ebenfalls in das Wasser eingeleitet wird. Ein solcher Einsatz ist mit herkömmlichen Quecksilber-Niederdrucklampen nicht durchführbar.

Nachfolgend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellen dar:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt in stark schematisierter Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene II-II der

Fig. 1,

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt

für eine etwas abgewandelte Ausführungsform, und

Fig. 4 und 5 je einen der Fig. 2 entsprechenden

Schnitt für weitere Ausführungsbeispiele.

Die in Fig. 1 dargestellte Lampe ist eine als Tauchlampe ausgebildete Quecksilber-Niederdrucklampe 1, deren Lampenrohr 9, wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, einen länglich-flachen Querschnitt besitzt und aus Quarzglas oder einem entsprechenden Material besteht. An ihren Enden ist sie mit Sockeln 2 versehen, durch welche die Elektroden 3 hindurchgeführt sind. Die äußeren Elektroden-Anschlüsse sind dabei nicht mehr weiter dargestellt. Gefüllt ist die Lampe 1 mit Quecksilberdampf im üblichen Niederdruckbereich.

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Da die Lampe 1 die Strahlung auf beiden Breitseiten in gleicher Weise abgibt, ist für die UV-Entkeimung von Wasser oder dergleichen ihr Einsatz als Tachlampe bevorzugt. Um als Tauchlampe eingesetzt werden zu können, ist die Lampe 1 von einem Hüllrohr 4, ebenfalls aus Quarz oder einem entsprechender. Material umgeben. Dieses Hüllrohr besitzt eine der Lampe 1 angepaßte, also ebenfalls länglich-flache Querschnittsform und ist allseits verschlossen, beispielsweise durch Deckel 5 oder aber, wie am unteren Ende der Fig. 1 gezeigt, durch eine integrierte Abschlußwand 6.

Durch den Deckel 5 sind zwei Kühlrohre 7 und 8 hindurchgeführt, die sich längs der beiden Schmalseiten der Lampe 1 erstrecken und z.B. mit Kühlgas beschickt werden. Das Kühlgas durchströmt die Rohre 7 und 8, verläßt diese an deren unterem Ende und strömt dann in den Zwischenraum zwischen der Lampe 1 und dem Hüllrohr 4 wieder zurück, bis es durch einen im Deckel 5 vorgesehenen Auslaß 10 wieder nach außen gelangt.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, wenngleich aber zweckmäßig, die Lampe 1 zu kühlen. Die Kühlung braucht dabei auch nicht unbedingt in der zuvor beschriebenen Weise zu erfolgen. Beispielsweise kann die Kühlung auch derart durchgeführt werden, daß die beiden Rohre 7 und 8 an ihren unteren Enden miteinander verbunden und mit Kühlwasser durchströmt werden, wobei dann eines der Rohre das Einlaßrohr und das andere Rohr das Auslaß-'rohr bilden.

Weiterhin ist es auch möglich, die Kühlrohre in die Lampe 1 einzufügen, indem, wie in Fig. 3 gezeigt, an den beiden Schmalseiten des Lampenrohres 9' zwei Kammern 7¹ und 8' ausgebildet werden, die von dem Kühlmedium durchströmt werden. Wichtig

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ist es in jedem Fall nur, daß die Kühlrohre, seien sie nun gesonderte .Bauteile oder mit der Lampe verbunden, längs der Schmalseiten der Lampe verlaufen und dadurch die an den beiden Lampen-Breitseiten austretende Flächenstrahlung hoher Strahlungsdichte nicht beeinträchtigen. Die an den beiden Schmalseiten austretende Strahlung, die ohnehin npr einen sehr geringen Anteil der Gesamt-Strahlung ausmacht, kann dem gegenüber nur sehr viel schlechter (beispielsweise mit Hilfe zusätzlicher Reflektoren) nutzbar gemacht werden, so daß in diesem Bereich die Kühlrohre überhaupt nicht stören.

Wenn die Lampe 1 bei der UV-Entkeimung zugleich noch Ozon als Nebenprodukt liefern soll, können die Kühlrohre 7" und 8" zweckmäßig die in Fig. 4 gezeigte Form haben. Sie sind dann an ihren unteren Enden verschlossen und im übrigen in Abständen mit Düsenansätzen 11 und 12 versehen, die sich parallel zu den beiden Breitseiten des Lampenrohres 9 öffnen. Wenn Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gas (z.B. Luft) unter leichtem Druck über z.B. das eine Rohr 7" mit dessen Düsenansätzen 11 zugeführt und unter leichtem Sog über das andere Rohr 8" mit dessen Düsenansätzen 12 als ozonhaltiges Gas wieder abgezogen wird, stellt diese Anordnung sicher, daß das bestrahlte Gas zumindest im Bereich der zusammenwirkenden Paare von Düsenansätzen in einer ausreichend guten Querströmung über das Lampenrohr geführt wird, also schnell wieder aus dem Einfluß der Strahlung herausgelangt. Entsprechend hohe Ozonausbeuten sind die Folge.

Zur reinen Ozonerzeugung wird eine Lampe in dem Ausführungsbeisp 1 gemäß Fig. 5 bevorzugt. Bei dieser Lampe sind die beiderseitigen Düsenansätze durch Halbschalen 13 und 14 ersetzt, die die beiden Schmalseiten des Lampenrohres 9 unter Freilassung zweier gleich großer Ringspalte 15 bzw. 16 umgeben

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und aus Edelstahl oder einem entsprechenden, gegen Ozon beständigen Material bestehen. Einer der beiden Ringspalte, z.B. der der Halbschale 13 zugeordnete Ringspalt 15 wird dabei mit dem sauerstoffhaltigen Gas unter Druck beschickt, während der andere Ringspalt 16 zum Abzug des ozonhaltigen Gases dient. Die beiden Breitseiten des Lampenrohres 9 werden auf diese Weise mit einer ausgezeichneten Querströmung überströmt, die je nach der Breite des Lampenrohres nur wenige Zentimeter lang ist und nur auch eine Schichtdicke von etwa 3 mm maximal besitzt. Zur Zufuhr und zum Abzug der Gase können dabei besondere Versorgungsrohre 17 und 18 vorgesehen sein, die sich in Axialrichtung des Lampenrohres 9 erstrecken und in Abständen mit den beiden Ringspalten 15 und 16 verbunden sind.

Um zu verhindern, daß das in den Ringspalten 15 und 16 in Axialrichtung des Lampenrohres 9 strömende Gas einer Strahlung insbesondere der schädlichen Wellenlänge 254 nm ausgesetzt bleibt, können die beiden Schmalseiten des Lampenrohres 9 durch Schwärzung oder durch Anbringung je einer weiteren Halbschale aus Metall, die dann die Ringspalte zum Lampenrohr hin begrenzt, strahlungsundurchlässig gemacht sein. Ebenso können auch die beiden Innenflächen der beiden Halbschalen 13 und 14 mit einer die Reflexion herabsetzenden Beschichtung versehen sein, falls die Halbschalen aus einem üV-reflektierenden Material bestehen. Im übrigen ist es auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zweckmäßig, die beiden Schmalseiten des Lampenrohres strahlungsundurchlässig zu machen, wenn dort die Rohre 7" und 8" mit den Düsenansätzen 11 und 12 nicht aus Metall, sondern z.B. aus Quarzglas bestehen.

KRE/vf/dm

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Claims

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

Georg Horstmann 375/7

PATENTANSPRÜCHE

\1 .» Quecksilber-Niederdi~ucklampe mit einem mit Niederdruck-Quecksilberdampf gefüllten Lampenrohr und zwei endseitigen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß das Lampenrohr (9) mit einem länglich—flachen Querschnitt ausgebildet ist.
2. Lampe nach Anspruch 1, mit einem Hüllrohr und mit Kühlr^vj"nr i-c;hl unqen, dadurch ijrkcnnv.pi chnet, daß längs der Schmal sei 1(Mi dens !,.-niipciirolircis (9) x.woi Rohre (7,8; 7 ' 8 ' ; 7",8". 17,18) zur Zufuhr eines Mediums in den Zwischenraum zwischen dem Lampenrohr (9). und dem Hüllrohr bzw. zum Abzug daraus vorgesehen sind.
3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Rohre (7") zur Zufuhr von Sauerstoff oder einem sauerstoff-Jialtigen Gas und das andere (8") zum Abzug eines ozonhaltigen Gases vorgesehen sind und beide Rohre mit Düsenansätzen (11,12) ausgerüstet sind, welche sich parallel zu den Breitseiten des Lampenrohres (9) öCfnen.

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4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohre (7",8") mit den zugeordneten Düsenansätzen (11,12) durch zwei Halbschalen (13,14) ersetzt sind, welche die Schmalseiten des Lampenrohres (9) unter Freilassung je eines Ringspaltes (15,16) umfassen, wobei die Ringspalte ggfs. mit besonderen Versorgungsrohren (17,18) verbunden sind.
5. Lampe nach Anspruch 3 oder 4, insbesondere zur Verwendung als Entkeimungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe durch dichten Verschluß des Hüllrohres (4) als Tauchlampe zum Eintauchen in ein strömendes Medium ausgebildet ist und daß das zum Abzug des ozonhaltigen Gases vorgesehene Rohr (8", 18) in das gleiche Medium geführt ist, in welches die Lampe eintaucht.

- Beschreibung -

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