DE516848C - Quarzlichtbestrahlungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die beanspruchte Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Enthärtung, Enteisenung, Entmanganung und Sterilisation von Wasser. Die Behandlung von chemischen Stoffen, insbesondere Flüssigkeiten, mittels ultravioletter Strahlen hat man ursprünglich in der Weise vorgenommen, daß man die zur Erzeugung der Strahlen dienende Quecksilberdampflampe entweder oberhalb des offenen Flüssigkeitsbehälters angeordnet hat, so daß die Flüssigkeit ohne Berührung mit der Lampe von oben bestrahlt wurde, oder aber so, daß die Lampe innerhalb eines von der Flüssigkeit durchströmten Gefäßes untergebracht war, so daß sie beständig von der Flüssigkeit umspült wurde. Handelt es sich dabei um die Bearbeitung großer Flüssigkeitsmengen, so kommt die Bestrahlung von der Oberfläche her eigentlich nur für die Sterilisation von Wasser in Frage, da sie bei anderen Flüssigkeiten zu wenig wirksam wäre; für Dämpfe und Gase, aber auch für manche Flüssigkeiten ist der offene Behälter ohnehin nicht anwendbar. Die zweite Art der Bestrahlung hat nun den Nachteil, daß die Lampe infolge der zu starken Kühlung durch das umspülende Mittel nicht auf genügend hoher Temperatur gehalten werden kann; sie brennt in diesem Falle nur als sogenannte Niederdrucklampe mit ungünstigem Wirkungsgrad.

Um die stärkere Ausstrahlung der mit hoher Temperatur (rotglühendem Leuchtrohr) und mit dementsprechend hohem Dampfdruck arbeitenden neueren Quarzlampe nutzbar machen zu können, hat man diese mit einem besonderen Schutzmantel aus Quarz umgeben und die Flüssigkeit an dem Mantelrohr vorbeigeleitet oder auch für die Vorbeiführung der zu behandelnden Flüssigkeit eine die Lampe umgebende Rohrschlange aus Quarz benutzt. Derartige Mäntel und UmfLußrohre verteuern aber die Ausführung erheblich, zumal nicht die normalen Brenner, deren Aufhängungen, Kippvorrichtungen u. dgl. verwendet werden können. Bei der Einschließung des Brenners in ein Mantelrohr bestehen außerdem Schwierigkeiten in bezug auf ■ die Zugänglichkeit, die richtige Wärmeableitung durch die umgebende Luft u. dgl., während die Benutzung von Quarzrohrschlangen nur bei Vorrichtungen für verhältnismäßig kleine Flüssigkeitsmengen, z. B. bei Laboratoriumsapparaten, in Betracht kommt.

Es fehlte bisher an einer geeigneten Vorrichtung, welche mit Hilfe der handelsüblichen, deshalb billigeren und leicht ersetzbaren Quarzbrenner ohne Beeinträchtigung der normalen Betriebsverhältnisse (d. h. Abkühlungsverhältnisse) die Bestrahlung beliebig großer Mengen von Flüssigkeiten aller Art sowie von Gasen und Dämpfen vorzunehmen gestattete. Diesem Mangel wird durch den Gegenstand der Erfindung abgeholfen. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, den Bestrahlungsapparat so auszubilden, daß er unmittelbar an dem Gefäß oder dem Leitungsrohr, welches den zu bestrahlenden Stoff

enthält oder führt, gewissermaßen als Verschlußstück einer Öffnung angebracht werden kann, so daß eine unmittelbare Einwirkung aus größter Xähe ermöglicht ist. Je nach der Größe des Behälters sollen dabei eine oder mehrere solcher Vorrichtungen benutzt werden, von denen jede für die Aufnahme eines normalen Quarzbrenners bestimmt und so ausgebildet ist, daß dessen gesamte Strahlung möglichst verlustlos in das Gefäß eingeleitet wird. Zu diesem Zweck ist der Ouarzbrenner zusammen mit einem ihn dicht umgebenden Reflektor in einer Tragstütze kippbar gelagert und mittels dieser Stütze mit einem sich in Anpassung an die Form des Strahlenbündels trichterförmig erweiternden Rahmen verbunden, welcher an der weiteren Seite offen und zum unmittelbaren Anschluß an den Behälter des zu bestrahlenden Stoffes eingerichtet und an der anderen Seite durch eine Quarzscheibe abgeschlossen ist, und zwar in so geringem Abstand vom Brennerrohr, daß dessen unmittelbar ausgesandte Strahlung, in einem Raumwinkel von etwa 90⁰ durch den Rahmen hindurchtreten kann.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung, die zum Ansetzen an senkrechte Behälterwände bestimmt ist, mit einer geringen Abänderung aber auch in Verbindung mit waagerechten Wandungen benutzt werden kann. Fig. ι zeigt einen Querschnitt, Fig. 2 die obere Ansicht, Fig. 3 eine schematische Darstellung des Strahlenganges, während Fig. 4 und 5 einige Abänderungen veranschaulichen.

Die Vorrichtung erhält einen Rahmen a, der nach der einen Seite hin kegelförmig oder zweckmäßiger pyramidenförmig verjüngt ist. Dieser Rahmen ist an seiner weiteren Öffnung mit Flansch und Schrauben oder ähnlichen Befestigungsmitteln versehen, um über der entsprechend weiten Öffnung der Behälterwandung b angebracht werden zu können. Auf der entgegengesetzten verjüngten Seite ist der Rahmen durch eine Ouarzscheibe c verschlossen, die roh oder geschliffen sein kann. Die Stärke dieser Scheibe ist so zu bemessen, daß sie den im Behälter herrschenden Innendruck, ohne zu zerbrechen, auszuhalten vermag. Die waagerechte Länge der Scheibe (Fig. 2) ist nur so groß, daß sie einschließlich ihrer Fassung dem Raum zwisehen den Polgefäßen eines normalen Ouarzbrenners d entspricht, also gleich oder etwas geringer als die Lichtbogenlänge. Das Ouarzfenster c befindet sich, wie die Zeichnung erkennen läßt, in unmittelbarer Nähe, etwa in einem Abstand von icm oder weniger, des sich parallel dazu erstreckenden Leuchtrohrs, so daß bei einer Breite des Ouarzfensters von nur wenigen Zentimetern die unmittelbar ausgesandte Lichtstrahlung des Brenners, auf einen Raumwinkel von 90⁰ (Fig. 3), innerhalb dessen noch keine Totalreflexion eintritt, durch das Fenster hindurch in das Innere des Behälters eingeleitet werden kann. Mittels der Tragstütze e, welche auch die zum Zünden des Brenners nötige Kippvorrichtung f trägt, ist der Brenner mit dem Rahmen α zu einer Einheit verbunden. Der Reflektor des Brenners ist gleichzeitig mit diesem kippbar und ist ebenfalls in unmittelbarer Nähe des Leuchtrohrs angebracht. Er besteht aus mehreren keramisch verspiegelten Reflektorelementen g aus Porzellan oder Quarz, die Streifenform besitzen und parallel zum Leuchtrohr auf einem Halbkreis oder einer Parabel um diese gruppiert sind. Zwisehen den Streifen aus Porzellan oder Quarz sind Kühlungsschlitze frei gelassen, die so bemessen sind, daß etwa 75 % der Gesamtstrahlung, d. h. die Gesamtstrahlung bis auf die durch die Ventilationsschlitze hindurchtretenden Strahlenmengen, in den Innenraum des Behälters eingeführt \verden. Die Oberflächen der Reflektorelemente können eben Oder aber auch konkav oder konvex gewölbt sein, wie bei h und i in Fig. 5 dargestellt ist, unter Umständen auch gewellt oder ähnlich gestaltet sein. Man erzielt dadurch innerhalb des Bestrahlungsraumes Strahlenkreuzungen, d. h. besonders kräftig durchstrahlte Raumteile, in denen also auch die Ultraviolettwirkung eine erhöhte ist. Die Reflektorelemente besitzen ferner zweckmäßig rhombischen Querschnitt (Fig. 1 und 5), um bei größter Spaltbreite eine möglichst große nutzbare Reflexionsfläche zu behalten.

Einen größeren Ausstrahlungswinkel als 90⁰ für das unmittelbar ausgesandte Licht kann man dadurch erzielen, daß das Ouarzfenster nicht eben, sondern gewölbt ausgeführt wird, wie Fig. 4 veranschaulicht. Es ist in diesem Falle Totalreflexion auf der ganzen lichten Höhe des Fensters ausgeschlossen, weil der Lichteinfallswinkel der Scheibe auch bei größtem Raumwinkel X° unter 45 ° bleibt. no

Durch Verbindung mehrerer der beschriebenen Bestrahlungsvorrichtungen an einer einzelnen chemischen Apparatur kann die wirksame Lichtfülle gegebenenfalls gesteigert werden; es können so viel Einstrahlöffnungen und demgemäß Bestrahlungsvorrichtungen angebracht werden, als die senkrechten Wände des Behälters mit Rücksicht auf die Festigkeit zulassen. Dabei ist der Rahmen α jeAveils in dem Material auszuführen, iao aus dem die Behälterwandung besteht, also gegebenenfalls nicht aus Metall, sondern bei-

spielsweise aus Ton, Porzellan, Hartgummi o. dgl.

Soll die beschriebene Vorrichtung an waagerechte Wandungen, also an Deckel oder Boden eines Behälters, angebracht werden, so ist der Abstand des Leuchtrohrs vom Quarzfenster etwas zu vergrößern, und zwar um den Betrag, welcher erforderlich ist, um das Kippen des Leuchtrohrs zum Zwecke der ία Zündung zu ermöglichen.

Für die Bestrahlung empfindlicher Materialien ist die Verwendung einer einzelnen Ouarzscheibe als Abschluß des Rahmens nicht angängig, weil diese in der Nähe des dunkelrotglühenden Leuchtrohrs eine zu hohe Temperatur annehmen könnte. Für derartige Fälle wird zweckmäßig ein Doppelquarzfenster gemäß Fig. 5 benutzt, dessen Zwischenraum mit Zu- und Ableitungen für ein Kühiao mittel, z. B. Wasser oder Luft, versehen sein kann. Das Durchblasen von Luft kommt dann in Betracht, wenn auch die kürzesten, durch Quarz hindurchdringenden Strahlen nutzbar gemacht werden sollen. Statt dessen kann aber auch das Kühlwasser in an sich bekannter Weise mit Methyl-Violett versetzt sein, um eine Abfilterung der Ozon erzeugenden Strahlen von kürzester Wellenlänge zu vermeiden. Durch Zusatz anderer Farbstoffe kann im übrigen jede gewünschte Strahlenfilterung erzielt werden. Die innere der beiden Scheiben, welche der Wärmewirkung weniger ausgesetzt ist, kann gegebenenfalls auch aus einer anderen Glassorte bestehen, wenn auf eine vollkommene Ausnutzung aller Ultraviolettstrahlen kein Wert gelegt wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι . Quarzlichtbestrahlungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzbrenner zusammen mit einem ihn dicht umgebenden Reflektor auf einer Tragstütze kippbar gelagert und mittels dieser Stütze mit einem sich in Anpassung an die Form des Strahlenbündels trichter formig erweiternden Rahmen verbunden ist, welcher an der weiteren Seite offen und zu unmittelbarem Anschluß an den Behälter des zu bestrahlenden Stoffes eingerichtet und an der engeren Seite durch eine Quarzscheibe abgeschlossen ist, und zwar in so geringem Abstand vom Brennerrohr, daß dessen unmittelbar ausgesandte Strahlung auf einen Raumwinkel von etwa 90⁰ durch den Rahmen hindurchtreten kann.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus einzelnen, im Zwischenraum angeordneten Streifen aus keramisch verspiegeltem Porzellan oder Quarz besteht, die ebenso wie die zum Abschluß des Gefäßes dienende Ouarzscheibe kurzer als die Leuchtrohrlänge bemessen und in einem geringen Abstand von diesem angebracht sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorelemente einen rhombischen Querschnitt besitzen, um bei geringstem Verlust an Reflexionsfläche größte Luftspaltbreite zu ermöglichen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der reflektierenden Quarz- oder Porzellanstreifen gewölbt, gewellt oder mit anders geformten Unebenheiten versehen sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmenfenster zwei Quarzscheiben enthält und daß der Zwischenraum mit Zu- und Ableitungen für Kühlungs- oder Lichtfiltermittel versehen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen