DE4216831C2 - Vorrichtung zum Bestrahlen von strömenden Fluiden mit UV-Licht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestrahlen von strömenden Fluiden mit UV-Licht, bestehend aus mindestens einem zylinderartigen Strömungskanal mit Zu- und Abfuhröffnungen und einer in einem UV-durchlässigen Schutzrohr angeordneten UV-Lichtquelle, wobei zumindest dem Eintrittsende des Strömungskanals eine Einströmkammer vorgeschaltet ist und mindestens ein sich radial zur Einströmkammer erstreckender Einlaßstutzen vorgesehen ist.

Flüssigkeiten und/oder Gase werden zum Desinfizieren und zum Auslösen photochemischer Reaktionen mit UV-Licht bestrahlt. Bei den Vorrichtungen, z. B. WO 82/01703, wird in der Regel eine Kombination zwischen dem Bestrahlungsraum und der UV-Lichtquelle angestrebt, bei der jedes Volumenelement des Fluids mit einer möglichst großen UV- Dosis bestrahlt wird. Wichtig ist hierbei die Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Bestrahlungsstärke und die Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Kontaktzeit bzw. Strömungsgeschwindigkeit und die Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung des Fluids über den Strömungsquerschnitt des Strömungskanals ohne Strähnenbildung. Dies ist bei direktem Eintritt der zu bestrahlenden Flüssigkeit in den Strömungskanal und damit in das UV-Strahlungsfeld nicht immer gewährleistet.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 26 16 383 A1 bekannt. Bei dieser Anordnung ragt der Strömungskanal in eine Einströmkammer erweiterten Durchmessers so weit hinein, daß er sich auch unter die Ausströmöffnung des Einlaßstutzens erstreckt. Das über den Einlaßstutzen einströmende Fluid tritt von der Seite her in den an seinen beiden Enden offenen Strömungskanal ein und durchströmt den Strömungskanal parallel zu den UV-Lichtquellen. Da das über den Einlaßstutzen eintretende Fluid mittig auf das den Strömungskanal begrenzende Rohr auftrifft, wird zwar ein Auftreffen des Fluids auf das Schutzrohr der UV- Lichtquellen vermieden, jedoch keine Vorverdrallung des eintretenden Fluids erreicht.

Aus der DE-PS 8 46 395 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden mit UV-Strahlen bekannt, bei der der Strömungskanal von einem mit Kühlwasser beaufschlagten Kühlmantel umgeben ist. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Fluid in einem gewendelten Strömungskanal geführt.

Aus der DE 32 46 299 ist eine Bestrahlungsvorrichtung für die Bestrahlung von Flüssigkeiten bekannt, bei der über einen Einlaßstutzen herangeführte Flüssigkeit in einen kleinen Ringraum eingeführt wird, der auf der Innenseite von einer Leitwand begrenzt wird. Die Leitwand weist mehrere sich in Axialrichtung des Strömungskanals erstreckende Nuten auf, über die Flüssigkeit in den Ringraum eintreten kann. Der unmittelbar dem Einlaßstutzen gegenüberliegende Teil der Leitwand weist keine Nut auf, da dies dem Zweck der Leitwand entgegenwirken würde, nämlich eine einheitliche Verteilung der Flüssigkeit in den Strömungskanal zu erzielen und gleichzeitig eine unerwünschte Kannelierung derselben zu verhindern, während die Flüssigkeit durch die Vorrichtung strömt. Eine Drallströmung um die einzelnen Strahlungsquellen wird nicht angestrebt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der zum einen ein direktes Auftreffen des über den Einlaßstutzen zugeführten Fluids auf das Schutzrohr vermieden und zum anderen eine bessere Verteilung des Fluids in den Strömungskanal erreicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen der Austrittsöffnung des Stutzens und dem Schutzrohr ein gegen die Einströmrichtung des Fluids geneigtes Prallblech angeordnet ist und in der Einströmkammer oder im Bereich des Eintrittsquerschnitts des Strömungskanals mindestens ein Leitblech zur Drallbeaufschlagung des in den Strömungskanal austretenden Fluids vorgesehen ist.

Das geneigte Prallblech dient zum einen dem Schutz des UV- durchlässigen Schutzrohres gegen das aus dem Einlaßstutzen austretende Fluid und prägt gleichzeitig der Fluidströmung einen Vordrall auf. Prallblech und Drallblech sorgen dafür, daß das Fluid in einer gezielten Drallströmung um das Rohr geführt wird, so daß eine Verwirbelung des zu bestrahlenden Materials in der Weise erfolgt, daß möglichst keine Strömungsbahnen entstehen können, die alleine an der Oberfläche des Schutzrohres anliegen. Durch den Drall wird erreicht, daß bestrahltes Fluid in dem Bestrahlungsraum von innen nach außen geführt wird, d. h. es erfolgt eine Verwirbelung.

Vorzugsweise ist eine ebenfalls im Durchmesser vergrößerte Austrittskammer vorgesehen.

Zu einer besonders einfachen Ausbildung der Kombination Eintrittskammer, Strömungskanal und Austrittskammer gelangt man, wenn die Kammern und der Strömungskanal in einem zylindrischen Gehäuse von einem in radialem Abstand von dem Schutzrohr und der Gehäuseinnenwand und in axialem Abstand von den Gehäuseenden angeordneten Temperierkanal mit Zufuhr- und Abfuhröffnungen für ein Temperiermittel begrenzt sind.

Zur Vermeidung von Strahlungsverlusten kann der Strömungskanal aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein, der gegebenenfalls noch auf seiner Innenfläche zusätzlich mit einer reflektierenden Schicht versehen ist.

Es ist auch möglich, daß der Strömungskanal von einem außen verspiegelten Glasrohr gebildet ist.

Schließlich ist es sinnvoll, wenn der Eintrittskammer mindestens zwei gegenüberliegende Eintrittsstutzen und der Austrittskammer ebenfalls mindestens zwei gegenüberliegende Auslaßstutzen zugeordnet sind.

Wenn der Kammer jeweils nur ein Stutzen zugeordnet ist, ist es von Vorteil, wenn diese bezogen auf die Mittellinie der Vorrichtung diametral versetzt angeordnet sind.

Die Erfindung soll nun anhand der beifügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestrahlung eines strömenden Mediums mit UV-Licht,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Baugruppe einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit mehreren gleichartigen Baugruppen in einen Temperierbehälter eingebaut werden kann.

Bei der gezeigten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist ein geradzylindrisches Gehäuse 1 mit einem Gehäusemantel 2 und zwei Stirnplatten 3 und 4 vorgesehen. Koaxial zum Gehäusemantel 2 erstreckt sich ein aus Quarz gefertigtes Schutzrohr 5, in dessen Innerem ebenfalls koaxial eine UV-Lichtquelle 6 angeordnet ist. Wie in der Fig. 1 schematisch dargestellt ist, können Schutzrohr 5 und UV-Lichtquelle 6 in Längsrichtung aus dem Gehäuse 1 herausgezogen werden. Die erforderlichen Anschlüsse sind der Einfachheit halber nicht mit dargestellt.

Im Inneren des Gehäuses ist mit Abstand von der Innenwandung des Gehäusemantels 2 und der Außenseite des Schutzrohres 5 ein Temperiermantel 7 angeordnet, der an beiden Enden 8 und 9 geschlossen ist.

Auf diese Weise werden im Gehäuse 1 eine Eintrittskammer 10 und eine Austrittskammer 11, sowie ein diese beiden Kammern verbindender Strömungskanal 12 begrenzt. Die zu bestrahlende Flüssigkeit gelangt über sich radial zur Eintrittskammer erstreckende Eintrittsstutzen 13a und 13b in die Vorkammer. Zum Schutz des Schutzrohres 5 sind in der Eintrittskammer schräg gestellte Prallbleche 14 bzw. 15 vorgesehen, die der eintretenden Flüssigkeit in Blickrichtung der Pfeile II-II gesehen einen Drall in Gegenuhrzeigerrichtung aufprägen. Mit diesem Drall versehen tritt die Flüssigkeit in den Strömungskanal 12 ein. Durch den gestrichelten Pfeil 16 in Fig. 2 wird angedeutet, daß der zu bestrahlenden Flüssigkeit in der Eintrittskammer noch zusätzlich ein Reaktionshilfsmittel, wie z. B. ein Oxidationsmittel, vorzugsweise O₃ oder H₂O₂ zugegeben werden können, falls derartige Reaktionshilfsmittel nicht dem Flüssigkeitsstrom vor Eintritt in die Eintrittskammer zugegeben wurden.

Im Eintrittsbereich des Strömungskanales 12 sind Leitbleche 19, vorzugsweise in Spiralform vorgesehen, um den Drall der in den Strömungskanal 12 eintretenden Flüssigkeit zu erhöhen.

Die Einstellung der Strömungsform im Strömungskanal kann dadurch unterstützt werden, wenn die Austrittskammer 11 baugleich wie die Eintrittskammer 10 ausgebildet ist, d. h. auch mit Leitblechen versehen ist. Der Temperierkanal 7 ist mit einem Einlaufstutzen 20 und einem Auslaufstutzen 21 versehen und wird mit einem Kühlmittel oder einem Heizmittel beaufschlagt, um die für die photochemische Reaktion wünschenswerte optimale Temperatur einzustellen. Die Austrittsstutzen, die der Austrittskammer 11 zugeordnet sind, sind mit den Bezugszeichen 22a und 22b belegt.

Wenn bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung die Verweildauer des Fluids in dem Strömungskanal 12 nicht ausreicht, um die erforderliche Reaktionszeit zu gewährleisten, und der Querschnitt des Strömungskanals 12 nicht weiter vergrößert werden kann, weil dann nicht mehr die gewünschte Turbulenzbedingung (Drall) im Strömungskanal sichergestellt werden kann, können erfindungsgemäße Vorrichtungen auch hintereinander oder parallel geschaltet werden. Bei einer solchen Ausführungsform könnten dann Baugruppen mit Eintrittskammer 10, Strömungskanal 12 und Austrittskammer 11 in einem einzigen Temperiertank 23 untergebracht werden, in dem die Außenwandungen der Strömungskanäle von ein und demselben Temperiermediumstrom umströmt werden. Eine solche Baugruppe mit nur einem Einlaßstutzen 13′ und nur einem Auslaßstutzen 22′ ist in der Fig. 3 schematisch dargestellt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Bestrahlen von strömenden Fluiden mit UV- Licht, bestehend aus mindestens einem zylinderartigen Strömungskanal mit Zu- und Abfuhröffnungen und einer in einem UV-durchlässigen Schutzrohr angeordneten UV- Lichtquelle, wobei zumindest dem Eintrittsende des Strömungskanals eine Einströmkammer vorgeschaltet ist und mindestens ein sich radial zur Einströmkammer erstreckender Einlaßstutzen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Austrittsöffnung des Stutzens (13a; 13b) und dem Schutzrohr (5) ein gegen die Einströmrichtung des Fluids geneigtes Prallblech (14; 15) angeordnet ist und in der Einströmkammer (10) oder im Bereich des Eintrittsquerschnittes des Strömungskanals (12) mindestens ein Leitblech (19) zur Drallbeaufschlagung des in den Strömungskanal eintretenden Fluids vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmkammer (10) einen größeren Durchmesser als der Strömungskanal (12) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorzugsweise ebenfalls im Durchmesser vergrößerte Austrittskammer (11) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (10, 11) und der Strömungskanal (12) in einem zylindrischen Gehäuse (1) von einem in radialem Abstand von dem Schutzrohr (5) und der Gehäuseinnenwand (2) und in axialem Abstand von den Gehäuseenden angeordneten Temperierkanal (7) mit Zufuhr- und Abfuhröffnungen (20, 21) für ein Temperiermittel begrenzt sind.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal aus metallischem Werkstoff ausgebildet ist, der gegebenenfalls noch auf seiner Innenfläche zusätzlich mit einer reflektierenden Schicht versehen ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (12) von einem außen verspiegelten Glasrohr gebildet ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittskammer (10) mindestens zwei gegenüberliegende Eintrittsstutzen und der Austrittskammer ebenfalls mindestens zwei gegenüberliegende Auslaßstutzen zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zuordnung jeweils nur eines Stutzens zu den Kammern die beiden Stutzen bezogen auf die Mittellinie der Vorrichtung diametral versetzt angeordnet sind.