DE3910957A1 - Gasentladungs-niederdruckstrahler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Gasentladungs-Niederdruckstrahler, vorzugsweise Quecksilberdampf-Niederdrucklampen zu Entkeimungszwecken mittels ultravio­ letter(UV)-Strahlung. Die bakterizide Wirkung solcher UV-Lampen ist seit langem bekannt. Diese Lampen werden in verschiedenen Bauarten in einer Viel­ zahl von UV-Entkeimungsgeräten eingebaut.

Es gibt für den Einsatz in UV-Entkeimungsgeräten, speziell für die Sterili­ sation von Trinkwasser, heute zwei prinzipiell unterschiedliche Bauarten von Quecksilberdampf-Niederdrucklampen, nämlich solche mit einem runden und andere mit einem flachen Querschnitt. Die UV-Lampen mit einem runden Quer­ schnitt strahlen in alle Richtungen ab, diejenigen mit einem flachen Quer­ schnitt naturgemäß nur in zwei diametral gegenüberliegende Richtungen. Paßt die UV-Lampe mit dem runden Querschnitt als praktisch punktförmige UV-Licht­ quelle besser zur runden Entkeimungskammergeometrie, so erzeugen die sog. Flachstrahler eine höhere Strahlungsdichte, verglichen mit einer runden UV-Lampe gleichen Querschnittes und gleicher Energieaufnahme.

Diese Zusammenhänge sind bekannt. Sie können in der amerikanischen US-PS 24 82 421 und in der deutschen DE 28 25 018 C2 nachgelesen werden.

Allerdings macht man es sich zu einfach, wenn man, wie in der PS DE 28 25 018 C2 geschehen, den Vergleich beider UV-Lampen darauf beschränkt, daß eben der Flachstrahler wegen der größeren Strahlendichte und wegen eines damit zusammenhängenden höheren Wirkungsgrades schon die überlegene Konstruktion sei. Alle Entkeimungskammern auf dem Markt sind runde Kammern, da es billi­ ger und einfacher ist, Druckgefäße für die Entkeimung von Flüssigkeiten als Zylinder auszubilden. In solchen Kammern sind naturgemäß punktförmige UV-Lichtquellen, bezogen auf den Kammerquerschnitt, sinnvoller als flache Strahler, die nur aus zwei Flächen heraus nach zwei Seiten abstrahlen kön­ nen. Es kommt aber noch eine wichtige Tatsache hinzu, nämlich, daß eben we­ gen dieser flachen und intensiven Abstrahlung diese Flachstrahler kurz ge­ baut sind, d. h. in kaum einem Falle ebenso lang wie die Entkeimungskammer sind und damit weitere zusätzliche Maßnahmen nötig sind, um mit mehreren Strahlern der flachen Bauart die Kammer in der ganzen Länge gleichmäßig aus­ zustrahlen. Dies kann ein runder langer Strahler von genau der Länge der Entkeimungskammer, in die er eingebaut ist, wesentlich besser. Der in der angezogenen deutschen Patentschrift beschriebene Flachstrahler kann daher noch keine optimale Lösung für die runde UV-Entkeimungskammer für die Steri­ lisation von beispielsweise Trinkwasser sein, wenn ihm noch solche Mängel anhaften.

Hinzukommt ferner, daß bei der angestrebten Strahlungsdichte nach der Be­ schreibung des genannten deutschen Patentes von einer bestimmten Strahlungs­ dichte an eine Kühlung notwendig ist, was den Einsatz in Entkeimungsgeräten für Flüssigkeiten um ein weiteres erschwert, so daß diese Lösung damit noch einen weiteren Mangel aufweist. Eher scheint es, daß diese Flachstrahler gut für die Erzeugung von Ozon aus dem ihn umgehenden zweiatomigen Sauer­ stoff geeignet ist, während man die Erfindung für UV-Entkeimungsgeräte für Flüssigkeiten eher deswegen mitverwendet, um sich Lampen von besonders ho­ hem Wirkungsgrade zu berühmen.

Die Väter des Flachstrahlers sagen richtig, daß beispielsweise bei den Quecksilberdampf-Niederdrucklampen mit einem kreisförmigen Querschnitt die die Strahlen abgebende Außenfläche bezogen auf das im Zylinderraum befindli­ che strahlende Plasma relativ klein ist und weniger Abstrahlung erfolgt als bei den Flachstrahlern, bei denen die Oberfläche relativ groß ist, bezogen auf den Plasmaquerschnitt. Bei den UV-Lampen mit kreisförmigen Querschnitt steht sich also das Plasma im Wege, wenn im Mittelpunkt erzeugte Strahlen an die abstrahlende Oberfläche der runden UV-Lampe gelangen wollen. Bei den Flachstrahlern ist die Plasmaschicht stets dünn, die Strahlungsdichte daher im Vergleich größer, jedoch mit dem Nachteil, daß nur nach zwei gegenüber­ liegenden Seiten abgestrahlt werden kann und man eine solche Strahlenquelle nicht als punktförmige bezeichnen kann, wie man sie beispielsweise in einer UV-Entkeimungskammer mit nur einer zentrischen UV-Strahlenquelle in der Mit­ te braucht; mehr als die Hälfte der im Betrieb befindlichen Entkeimungskam­ mern sind Systeme mit nur einer zentrisch angeordneten Lampe.

Die hier vorliegende Erfindung führt von beiden Mängeln weg. Vom Mangel der langen runden UV-Lampe, die jedoch den Vorteil hat, durch ihre mit der Kam­ merlänge übereinstimmende Länge die Entkeimungskammer gleichmäßig auf die ganze Länge auszuleuchten, die jedoch eine geringere Strahlendichte hat als die flache Lampe, wie auch vom Mangel des Flachstrahlers, der durch seine Keksform eigentlich kein geeignetes Element für eine lange runde Entkei­ mungskammer ist und gerade dann relativ kurz ausfällt, nämlich erheblich kürzer als die Entkeimungskammer, wenn man Wert auf eine hohe Strahldich­ te legt, ihn nämlich besonders breit baut und der nur in zwei bevorzugte Richtungen abstrahlt.

Fig. 1 zeigt eine Gasentladungs-Niederdrucklampe im Querschnitt, die bei­ spielsweise eine Quecksilberdampf-Niederdrucklampe zu Entkeimungszwecken sein kann, als mehr oder weniger "punktförmige" Lichtquelle.

Fig. 2 zeigt ei­ ne solche Lampe als Flachstrahler mit der hohen Strahlendichte in nur zwei Richtungen.

Beide Lampentypen erfüllen jeweils nur eine Aufgabe gut: Die Lampe vom runden Querschnitt strahlt gleichmäßig in alle Richtungen, ist je­ doch relativ schwach, was die Strahlungsdichte angeht - die Lampe mit dem flachen Querschnitt hat eine große Strahlungsdichte, ist jedoch alles andere als eine punktförmige Strahlenquelle in Bezug auf den Querschnitt und damit für runde Entkeimungskammern hinsichtlich Abstrahlungsgeometrie und Brei­ ten/Längen-Verhältnis nicht prädestiniert.

Fig. 3 zeigt Lampenquerschnitte nach dem vorliegenden erfinderischen Gedan­ ken. Solche Querschnitte reduzieren die Schichtdicke 1 des abstrahlenden Plasmas 2 auf Dicken, welche man bei den Flachbrennern anwendet. Anderer­ seits erfolgt nahezu eine Rundumabstrahlung in alle Richtungen, so daß ein solcher Strahler für runde Entkeimungskammern sehr gut verwendbar ist.

Eine andere Frage ist diejenige nach der Herstellbarkeit von Bogenentla­ dungslampen, die Querschnitt nach Fig. 3 haben. Querschnitte, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie anstelle eines flachen Querschnittes sternför­ migen Charakter haben, wobei der Stern drei oder mehr Spitzen haben kann und der sternförmige Charakter mehr oder weniger deutlich ausgeprägt ist, wie zum Beispiel auf Fig. 4 dargestellt.

Die entsprechend Fig. 4 nur mäßig ausgebildete Sternform kann ebenfalls sinn­ voll sein. Mit der zunehmenden Strahlungsdichte erhöht sich nämlich die Lampentemperatur. Beispielsweise sind in UV-Entkeimungsgeräten für Trinkwas­ ser die UV-Lampen als sog. Tauchleuchten ausgebildet und in Quarzmäntel ein­ gesetzt, welche vom Wasser umspült sind und zu Kühlung dienen. So erhalten die Lampen bei einer zweckmäßigen Konstruktion und Leistung eine ausreichen­ de Kühlung und arbeiten, wenn alle Parameter stimmen, darüber hinaus bei der optimalen Lampentemperatur von ca. 45°C. Die Ausflachung solcher Lampen oder von Teilen einer solchen Lampe, die für die vorliegende Erfindung cha­ rakteristisch ist, führt bekanntlich von einem der Abstrahlung hinderlichen zu großflächigem Plasmaquerschnitt weg und erhöht die Strahlungsdichte. Um nun, beispielsweise bei Quecksilberdampf-Niederdrucklampen zu Entkeimungs­ zwecken in Trinkwasser-Bestrahlungsgeräten, die Strahlungsdichte soweit in Grenzen zu halten, daß die übliche Wasserkühlung der Quarzmäntel, in denen die Lampen eingebaut sind, nicht überfordert wird, kann es durchaus genü­ gen, den sternförmigen Querschnitt im Sinne von Fig. 4 nur andeutungsweise auszuführen. Dadurch erfolgt eine spürbare Leistungsteigerung der UV-Lam­ pe, die nur noch zu einer Wärmeentwicklung führt, die vom umgebenden Wasser ausreichend gekühlt werden kann.

Obwohl es zunächst nicht den Anschein hat, daß sich sternförmige Querschnit­ te bei solchen Lampen leicht verarbeiten lassen, was vor allen Dingen an der Ausformung der Lampenenden liegt, soll bei der vorliegenden Erfindung ein einfachen Weg gezeigt werden, wie man Gasentladungs-Niederdruckstrahler mit den empfohlenen sternförmigen Querschnitten herstellen kann.

Fig. 5 zeigt eine Gasentladungslampe mit dem üblichen runden Querschnitt. Sie hat praktisch über die ganze Länge einen zylindrischen Querschnitt. Die Enden 4 sind zugeschmolzen und besitzen die üblichen Lampenfassungen 5. Um die Herstellung zu erleichtern und damit zu verbilligen, läßt man bei den Lampen nach dem erfinderischen Gedanken beispielsweise die Lampenenden 4 rund auslaufen wie bei den zylindrischen Lampen, während man erst in einem bestimmten Abstand von den Lampenenden mit dem sternförmigen Lampenquer­ schnitt beginnt. Dies ist auf Fig. 6 dargestellt. Nur innerhalb der Länge 6 hat die Lampe einen sternförmigen Querschnitt entsprechend Fig. 3 und damit ein günstiges Verhältnis zwischen Plasmaquerschnitt 7 und abstrahlender Oberfläche 8. Eine so ausgeformte Lampe mit einem sternförmigen Querschnitt kann man aus einem runden Quarzglasrohr in einer Form pressen oder blasen. Die Enden bleiben dabei rund, so daß man dieselben in der bisher gewohnten Weise und mit den vorhandenen Werkzeugen bearbeiten und ausstatten kann. Handelt es sich bei einem so ausgeformten Gasentladungsstrahler um eine Quecksilberdampf-Niederdrucklampe in einem UV-Sterilisationsgerät beispiels­ weise für Trinkwasser, so kann man dafür sorgen, daß sich die Lampe entspre­ chend Fig. 6 nur mit der Länge 6 innerhalb der Entkeimungskammer befindet, um dort das Wasser zu bestrahlen.

Entsprechend der vorangegangenen Beschreibung ist der Gegenstand der Erfin­ dung ein Gasentladungs-Niederdruckstrahler, bei dem sich im Betrieb zwi­ schen den Elektroden eine Bogenentladung ausbildet, die zur Lichterzeugung genutzt werden kann, beispielsweise eine Ultraviolett-Quecksilberdampf-Nie­ derdrucklampe, welche zu Entkeimungszwecken dient und die in sich die Vor­ teile einer langen Lampe von rundem Querschnitt und derjenigen von einem flachen Querschnitt vereinigt, indem sie durch einen sternförmigen Quer­ schnitt im Hauptabstrahlungsbereich in symmetrisch angeordneten Zonen die Dicke des abstrahlenden Plasmas auf ein Maß reduziert, das Strahlungsdich­ ten erlaubt, die an die Flachstrahler, welche einen einheitlichen brettarti­ gen flachen Querschnitt haben, herankommen.

Die Erfindung erlaubt durch die beschriebene Gestaltung des Lampenquer­ schnittes, der weder rund noch flach ist, Gasentladungs-Niederdrucklampen in der Strahlungsdichte und damit in der Leistung zu verbessern und zwar bei weitgehender Beibehaltung des Charakters einer punktförmigen Strahlungsquel­ le bezogen auf den Querschnitt der Lampe und ihre Umgebung, wie es bei den Lampen mit rundem Querschnitt der Fall ist.

Claims (6)

1. Gasentladungs-Niederdruck-Strahler zur Erzeugung von Licht mit einem Linienspektrum, bestehend aus einem Glas- bzw. Quarzrohr mit zwei endseitigen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die abstrahlende Länge verengte Zonen aufweist, die vorzugsweise symmetrisch angeordnet und durch einen sternförmigen Querschnitt erzeugt sind, um so einerseits den Nachteil einer solchen Lampe mit rundem Querschnitt zu vermeiden, der darin besteht, daß die im Kern erzeugte Strahlung weitgehend vom äußeren Plasma absorbiert wird, und andererseits eine Rundumabstrahlung, d. h. bezogen auf den Querschnitt den Charakter einer punktförmigen Lichtquelle zu erhalten.

2. Gasentladungs-Niederdruckstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler ein Quecksilberdampf-Niederdruckstrahler zur Erzeugung von ultrovioletten Strahlen zu Entkeimungszwecken ist.

3. Gasentladungs-Niederdruckstrahler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler einen sternförmigen Querschnitt, also weder einen runden noch einen flachen Querschnitt hat.

4. Gasentladungs-Niederdruckstrahler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas- bzw. Quarzrohr desselben durch Pressen und/oder Blasen aus einem runden Halbzeug geformt wird.

5. Gasentladungs-Niederdruckstrahler nach Anspruch 1 bis 5, speziell nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Strahlerrohres einen runden Querschnitt aufweisen, um so die Lampenenden mit den gewohnten Werkzeugen und Fassungen zu bearbeiten und auszustatten.

6. Gasentladungs-Niederdruckstrahler nach Anspruch 1 bis 5, speziell nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sternförmige Querschnitt nicht symmetrisch ist, um eine bestimmte Zone in der Umgebung des Strahlers in einer besonderen Weise anzustrahlen, beispielsweise, um einen bestimmten Sektor einer UV-Sterilisationskammer für Flüssigkeiten mehr oder weniger auszuleuchten.