EP0104408A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen ultravioletter Strahlung - Google Patents

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EP0104408A2
EP0104408A2 EP83108157A EP83108157A EP0104408A2 EP 0104408 A2 EP0104408 A2 EP 0104408A2 EP 83108157 A EP83108157 A EP 83108157A EP 83108157 A EP83108157 A EP 83108157A EP 0104408 A2 EP0104408 A2 EP 0104408A2
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EP
European Patent Office
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gas discharge
voltage
discharge lamp
radiation
circuit
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EP83108157A
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EP0104408A3 (en
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Alfred Prof. Dr.-Ing. Walz
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/16—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies
    • H05B41/20—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch
    • H05B41/23—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode
    • H05B41/232—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode for low-pressure lamps

Definitions

  • hypochlorite it is already known to add hypochlorite to the water instead of chlorine, the sodium hypochlorite being produced by electrolysis from common salt.
  • the invention is based on the object of optimizing the method described at the outset, reducing the investment and operating costs and increasing the service life of the device used.
  • the invention is also based on the object of improving the extraction of ozone by means of the UV rays of a gas discharge lamp in such a way that the ozone yield increases in relation to the energy consumption or, in the case of a specific ozone generation, the energy consumption is reduced and the operation of the UV radiation source Gas discharge lamp (e.g. mercury vapor lamp) is simplified.
  • Gas discharge lamp e.g. mercury vapor lamp
  • the gas discharge lamp from an alternating current source (50 or 60 Hz) using a supply circuit arrangement dimensioned for the burning voltage and the burning current in the form of a voltage multiplier circuit made up of rectifier diodes and capacitors and at least one high-voltage supplying, less powerful Ignition circuit, wherein the supply circuit and the ignition circuit to a voltage multiplier consisting of several voltage stages connected in series compartment circuit are summarized and operated using a smoothing choke in DC operation.
  • the oxygen content of the air (O 2 ) produces strongly oxidizing ozone (0 3 ).
  • the UV radiation is highly germicidal (bacteria and viruses), both. The effects of such UV radiation, the ozone generated, as a strong oxidizing agent and germ killing have recently become very important in water management, as well as in chemistry and process engineering.
  • Previous methods e.g. Water and waste water with chemicals, such as B. chlorine compounds to clean, and reuse (recycling), are increasingly being replaced by ozone and UV radiation treatment, which have no undesirable side effects on people and the environment.
  • ozone is transformed into water after it has exerted its strong oxidizing effect.
  • UV radiation is generated in the gas discharge lamp, depending on its gas filling, which can emerge from the tube housing, which consists, for example, of quartz or quartz glass, and generates 0 3 therefrom when it meets 0 2 .
  • Ozone is an extremely strong oxidizing agent for water treatment and can be added to the water to be cleaned to the extent required.
  • the filament electrodes In order to ignite the discharge, the filament electrodes must be preheated, for example with the aid of the glow starter principle that is common with fluorescent lamps.
  • the UV radiation intensity follows the sine law of the current and is thus proportional to the arithmetic mean I ar of a current half-wave over the alternating current period.
  • the electrical energy converted into useless heat in the tube is proportional to the effective value 1 eff of the current half-wave.
  • the re-ignition requires a rebuild of the gas ionization, which was lost in the electricity gap due to the recombination of the charge carriers.
  • the energy loss that occurs as a result for the generation of radiation and can be avoided by direct current operation is approximately 10-15%. This means that the radiation yield in DC operation compared to AC operation increases by about 20 - 25%.
  • direct current can be generated almost loss-free with the rectifier multiplier circuit in accordance with DE-PS 1 639 108 in such a way that, for the ignition, an open circuit voltage which is substantially above the operating voltage, e.g. 1200, 1800, 2400 V and more is available ..
  • This rectifier multiplier device including a current smoothing inductor, then also has a few percent lower losses compared to a standard AC ballast. Thus, when operating a UV radiation lamp with the rectifier multiplier circuit, an approximately 30% higher radiation yield can be achieved.
  • the dimensions of the system i.e. e.g. the number of radiation tubes made of Suprasil quartz and the rectifier multiplier circuits are selected to be approx. 30% smaller than in AC operation. This significantly reduces the investment costs of the entire system.
  • a polarity reversal switch arranged between the rectifier multiplier circuit and gas discharge lamp is switched without load after actuation of a mains switch and a delay switch arranged in a supply line of the rectifier multiplier circuit after the mains switch has closed the rectifier Multiplier circuit switches on with a delay compared to the polarity reversal process.
  • a load-free polarity reversal of the gas discharge lamp is brought about, which is caused to ignite and burn by the rectifier voltage multiplier circuit. This avoids a cataphoresis effect in the gas discharge lamp operated with direct current.
  • the device explained above is characterized according to the invention by a gas discharge lamp in a treatment chamber with an air supply pipe and an air discharge pipe, in a gas-filled UV-permeable pipe and with electrodes which are made from a DC multiplier circuit AC network is fed with a switch.
  • a polarity reversal switch is arranged between the DC multiplier circuit and the gas discharge lamp, which is actuated by an excitation coil, and if a delay circuit is arranged in a supply line of the rectifier multiplier circuit, which switches the DC voltage multiplier circuit via a controlled normally open contact with a delay compared to the polarity reversal.
  • the proportion of ozone generated in the air passed through the treatment chamber can be controlled in that, according to a further feature of the invention, a controllable compressor is arranged in the air supply line to the treatment chamber.
  • a particularly favorable starting behavior and a long service life of the gas discharge lamp are obtained if, according to a further feature of the invention, a gas discharge lamp is used in the device or circuit arrangement described, in the known cold start sintered electrodes (US Pat. No. 3,325,281). are used as electrodes.
  • the drawing schematically shows a device or circuit arrangement for generating ozone from oxygen, in particular atmospheric oxygen, by means of UV radiation from a gas discharge lamp.
  • the ozone is generated from the atmospheric oxygen which is in the air flow flowing through a treatment chamber 15 with an air supply pipe 13 and an air discharge pipe 14.
  • the ozone is generated by the action of UV radiation, which is generated in a gas discharge lamp 6 with electrodes 7, 8 and emerges from the UV-permeable glass tube 17, for example made of quartz glass, which forms the gas discharge lamp.
  • the air flow led through the treatment chamber 15 can be increased or accelerated by a compressor 16 arranged in the air supply line 13.
  • the gas discharge lamp 6 is fed via a rectifier-multiplier circuit 5 from an AC network with mains lines 1 and 2.
  • a power switch 3 is attached to one of the power lines.
  • the gas discharge lamp 6 is operated with direct current by the rectifier-multiplier circuit 5.
  • the DC voltage multiplier circuit 5 consists of several series-connected voltage doubling stages, of a type known per se.
  • the DC operation results in energy savings of up to 30%. There is also no annoying flickering when the lamp is switched on immediately. As long as the gas discharge lamp 6 has not yet ignited, the rectifier multiplier circuit 5 delivers the Current zero is a very high voltage which causes the gas discharge lamp 6 to ignite. After the ignition, the internal resistance of the gas discharge lamp 6 decreases significantly, so that the operating current can increase considerably.
  • a reversing switch 9 can be arranged in the voltage supply of the gas discharge lamp 6. Due to the arrangement of the polarity reversing switch 9, the polarity is switched without load each time the gas discharge lamp 6 is switched on, so that the occurrence of a cataphoresis is prevented.
  • the relay coil 4 is designed, for example, for 220 volt AC voltage.
  • a delay circuit 10 is provided in a feed line, which switches a normally open contact 12.
  • the circuit 10 can have, for example, a relay coil and a capacitor (not shown) connected in parallel with it, as a result of which a delayed switch-on of the normally open contact 12, compared to the switch-on by the mains switch 3 and to the polarity reversal by the relay 4, is brought about.
  • the relay in delay circuit 10 pulls within a half period, i.e. within about 10 msec at 50 Hz AC voltage.
  • the rectifier multiplier circuit 5 is connected to the mains voltage later than after 10 msec, for example after 50 msec at the earliest, i.e. 2.5. Alternating voltage periods, but expediently not later than 100 msec.
  • a double-pole, electromagnetic impulse changeover switch can serve as the pole-reversal switch 9.
  • the delay circuit 10 can be supplied, for example, via a rectifier arrangement (not shown) which is directly connected to the network 1, 2.
  • the changeover contacts of the changeover device 9 are switched without load by means of the relay 4, so that the rectifier voltage multiplier device 5 is not yet working, because the make contact 12 is still open.
  • the pole-reversal switching device 9 is in a polarity which is interchanged with respect to the previous operating period.
  • the pole-reversal switch 9 with the instantaneous excited coil 4 will first flip the contact apparatus. Then, with a selectable delay of at least 50 msec, the rectifier multiplier circuit 5 is connected to the mains via the contact 12 closed by the delay circuit 10. With each closure of the mains switch 3, the gas discharge lamp 6 is reversed without load before it is caused to ignite and burn by the rectifier multiplier circuit 5. This avoids a cataphoresis effect in the gas discharge lamp 6 operated with direct current.
  • the generated UV radiation can exit or enter through the glass tube 17 into the treatment room 15 and there convert the 02 into 0 3 .
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment shown and described. It also includes all professional modifications and further training, as well as partial and sub-combinations of the features and measures described and / or shown.

Landscapes

  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

Ultraviolette Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 150 und 300 Nanometer, die sowohl Ozon (03) erzeugt als auch Keimtötung in Umgebungsluft als auch in reiner Sauerstoffatmosphäre bewirkt, wird erfindungsgemäß mit hohem Energiewirkungsgrad durchgeführt, durch Benutzung einer Niederspannungs-Niederdruckgasentladungslampe, durch Verwendung eines strahlungsdurchlässigen Quarzrohres, durch Ausrüstung mit einem langlebigen Sinterelektrodenpaar und gefüllt mit einer Gas-Quecksilberdampf-Mischung, durch Zwischenschaltung eines den Netzwechselstrom gleichrichtenden und glättenden spannungsvervielfachenden Schaltungseinrichtung zwischen Netz und Gasentladungsrohr, durch Kopplung dieser Schaltungseinrichtung mit einer automatisch, lastlos arbeitenden Umpoleinrichtung für den Gleichstrom der Gasentladungslampe, um eine den Strahlungswirkungsgrad herabsetzende Quecksilberdampf-Entmischung (Kataphorese) grundsätzlich zu vermeiden.
Durch den Gleichstrombetrieb wird der Energiewirkungsgrad des erfindungsgemäßen UV-Strahlungserzeugers infolge der Reduzierung von Wärmeverlusten im Gasentladungsprozeß sowie im Spannungsvervielfachervorschaltgerät gegenüber einem Direktbetrieb der Gasentladungsstrecke mit Wechselstrom und Standardwechselstromvorschaltgerät um bis zu 30% verbessert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen ultravioletter Strahlung, vorzugsweise im Wellenbereich zwischen etwa 150 und 350 Nanometer, wobei bei etwa λ= 185 nmOzon und bei etwa λ= 260 nm keimtötende Strahlung entsteht, aus elektrischer Energie, die in Niederspannungs-Gasentladungsröhren mit je einem Elektrodenpaar in Strahlungsenergie umgewandelt wird, wobei das Wandmaterial dieser Röhren aus für den genannten λ-Bereich gut durchlässigem Material besteht und deren Innenraum mit einer entsprechenden Gas-und Quecksilberdampf-Mischung gefüllt ist, vorzugsweise zum Reinigen von Wasser.
  • Zur Reinigung von Abwasser, zur Wasserrückgewinnung im Trinkwasserbereich oder zum Reinigen und Sauberhalten von Badebecken ist es bekannt, das Wasser zu chloren. Der Einsatz von Chlor führt jedoch zu gewissen Nachteilen, beispielsweise zu Haut- und Augenreizungen und zu unangenehmen Geruchserscheinungen.
  • Es ist bereits bekannt, anstelle von Chlor Hypochlorit dem Wasser beizumischen, wobei das Natriumhypochlorit durch Elektrolyse aus Kochsalz hergestellt wird.
  • Es ist ferner bekannt, die Wasserbehandlung, Entkeimung und dergleichen mittels Ozon durchzuführen, wobei die unangenehmen Nebenwirkungen, die bei der Chlorierung auftreten, entfallen. Die Erzeugung von Ozon aus dem Luftsauerstoffanteil erfolgt durch stille Entladungen (Corona-Entladungen) mit Hochspannung (z.B. 15 000 V), wobei die Erzeugung der Hochspannung über Einphasen-Trockentransformatoren erfolgt.
  • Es ist auch bekannt, Ozon durch Spitzenentladungen herzustellen. Bei den beiden letztgenannten Verfahren ist der Energieaufwand relativ hoch. Dementsprechend sind auch die Investitionen für die elektrische Anlage sehr kostenaufwendig.
  • Es ist ferner bekannt (US-PS 4 273 660) Wasser durch Einwirkung von ultraviolettem Licht und durch Ozon zu reinigen, wobei in einer Gasentladungslampe UV-Licht erzeugt wird, mit Hilfe des UV-Lichtes 02 in 03 umgewandelt, das Ozon dem zu reinigenden Wasser beigefügt und das Wasser-Ozongemisch wiederum an der Gasentladungslampe entlang geführt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erläuterte Verfahren zu optimieren, die Investitions- und Betriebskosten zu senken und die Lebensdauer der verwendeten Vorrichtung zu erhöhen.
  • Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, zur Gewinnung von Ozon mittels der UV-Strahlen einer Gasentladungslampe dahingehend zu verbessern, daß die Ozonausbeute in der Relation zum Energieverbrauch erhöht bzw. bei einer bestimmten Ozonerzeugung der Energieverbrauch verringert und der Betrieb der die UV-Strahlung liefernden Gasentladungslampe (z.B. Quecksilberdampflampe) vereinfacht wird.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Gasentladungslampe aus einer Wechselstromquelle (50 oder 60 Hz) unter Verwendung einer für die Brennspannung und den Brennstrom bemessenen Speiseschaltungsanordnung in Form einer aus Gleichrichterdioden und Kondensatoren aufgebauten Spannungsvervielfacherschaltung und wenigstens einer Hochspannung liefernden, leistungsschwächeren Zündschaltung, wobei Speiseschaltung und Zündschaltung zu einer aus mehreren hintereinander geschalteten Spannungsstufen bestehenden Spannungsvervielfacherschaltung zusammengefaßt sind und unter Verwendung einer Glättungsdrossel im Gleichstrombetrieb betrieben wird.
  • Bei Wellenlängen um etwaλ= 185 nm entsteht aus dem Sauerstoffanteil der Luft (O2) stark oxizierendes Ozon (03). Bei etwas größeren Wellenlängen, besonders umλ= 260 nm, ist die UV-Strahlung stark keimtötend (Bakterien und Viren).Beide. Effekte solcher UV-Strahlung, das erzeugte Ozon, als starkes Oxidationsmittel und die Keimtötung haben in der Wasserwirtschaft sowie in der Chemie und Verfahrenstechnik in neuerer Zeit große Bedeutung erlangt.
  • Bisher übliche Verfahren, z.B. Wasser und Abwässer mit Chemikalien, wie z. B. Chlor-Verbindungen zu reinigen, und einer Wiederverwendung zuzuführen (Recycling), werden mehr und mehr durch Ozon- und UV-Bestrahlungs-Behandlung ersetzt, die keine unerwünschten Nebenwirkungen auf Menschen und die Umwelt ausüben. Beispelsweise wird Ozon nach der Ausübung seiner starken Oxidationswirkung in Wasser verwandelt.
  • Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Gleichspannungsvervielfacherschaltung wird die im allgemeinen für die Zündung erforderliche verhältnismäßig hohe Spannung der Gasentladungslampe sichergestellt, während die vergleichsweise niedrige Brennspannung ohne weiteres geliefert wird.
  • Mit diesem Verfahren wird in der Gasentladungslampe, entsprechend ihrer Gasfüllung, UV-Strahlung erzeugt, die aus dem Rohrgehäuse, welches beispielsweise aus Quarz oder Quarzglas besteht, austreten kann und beim Zusammentreffen mit 02 daraus 03 erzeugt. Ozon ist ein außerordentlich starkes Oxidationsmittel für die Wasserbehandlung und kann im jeweils erforderlich Maß dem zu reinigenden Wasser zugeführt werden.
  • Diese Niederspannungs-UV-Strahlungserzeugung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist bezüglich des spezifischen Energieverbrauches und der Investitionskosten so weit verbessert, daß diese nach dem jetzigen Entwicklungsstand mit dem Corona-Entladungsverfahren konkurrieren kann. Gasentladungslampen und insbesondere UV-Strahlungslampen werden bisher direkt mit Wechselstrom aus üblichen Versorgungsnetzen (z.B. 220 V~, 50 Hz) über Niederspannungstransformatoren und Stabilisierungsdrosseln betrieben. Für ein Quarzrohr von einem Meter Länge und 15 mm Innendurchmesser (Wandstärke ca. 1,00 mm) aus speziellem Quarzmaterial, welches unter der Kennzeichnung "Suprasil" im Handel ist, mit einem Paar Standard-Wendel-Elektroden, beträgt die Brennspannung ca. 90 Volt bei einem Strom von ca. 0,5 Ampere. Zur Zündung der Entladung müssen die Wendelelektroden vorgeheizt werden, z.B. mit Hilfe des bei Leuchtstofflampen üblichen Prinzips eines Glimmstarte-s. Die UV-Strahlungs-Intensität folgt in erster Näherung dem Sinusgesetz des Stromes und ist damit im zeitlichen Mittel über die Wechselstromperiode dem arithmetischen Mittelwert Iar einer Stromhalbwelle proportional. Die in nutzlose Wärme im Rohr umgewandelte elektrische Energie ist dem Effektivwert 1 eff der Strom-Halbwelle proportional. Dabei ist:
    Figure imgb0001
  • Wird das Entladungsrohr nicht mit sinusförmigem Wechselstrom sondern mit Gleichstrom durchflossen, so wäre Ieff/Iar=1, d.h. es würde sich ein Ersparnis von 11 % bei gleicher Strahlungsausbeute ergeben. In Wirklichkeit ist die Verbesserung durch Gleichstrombetrieb noch wesentlich größer. Die Gasentladung erlischt bei Wechselstrom schon etwa vor dem Nulldurchgang des Stromes und setzt nach diesem Nulldurchgang erst wieder ein, wenn die sinusförmige Netzspannung auf einen gewissen Wiederzündwert angestiegen ist. In dieser Zwischenzeit findet keine Entladung und auch keine Strahlungserzeugung statt.
  • Die Wiederzündung erfordert einen Neuaufbau der Gasionisierung, die in der Stromlücke durch Rekombination der Ladungsträger verlorenging. Der hierdurch für die Strahlungserzeugung aufgetretene und durch Gleichstrombetrieb vermeidbare Energieverlust beträgt ca. 10-15 %. Somit steigt die Strahlungsausbeute bei Gleichstrombetrieb gegenüber Wechselstrombetrieb um etwa 20 - 25 %.
  • Aus Wechselstrom kann Gleichstrom fast verlustfrei mit der Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung gemäß DE-PS 1 639 108 so erzeugt werden, daß für die Zündung kurzzeitig auch eine wesentlich über der Brennspannung liegende Leerlaufspannung, z.B. 1200, 1800, 2400 V und mehr zur Verfügung steht..
  • Dieses Gleichrichter-Vervielfacher-Gerät einschließlich einer Strom-Glättungsinduktivität hat dann, verglichen mit einem Standard-Wechselstrom-Vorschaltgerät auch noch einige Prozente geringere Verluste. Somit kann beim Betrieb einer UV-Strahlungslampe mit der Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung eine um ca. 30 % erhöhte Strahlungsausbeute erreicht werden.
  • Soll eine bestimmte Ozon-Menge, z.B. 10 g/h mit einer UV-Strahlen-Anlage erzielt werden, so kann die Dimensionierung der Anlage, d.h. z.B. die Anzahl der Strahlungsrohre aus Suprasil-Quarz und der Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltungen um ca. 30 % kleiner gewählt werden, als bei Wechselstrombetrieb. Dies verringert die Investitionskosten der Gesamtanlage erheblich.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn ein zwischen Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung und Gasentladungslampe angeordneter Umpolschalter nach Betätigung eines Netzschalters lastlos umgeschaltet wird und ein in einer Versorgungsleitung der Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung angeordneter Verzögerungsschalter nach dem Schließen des Netzschalters die Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung gegenüber dem Umpolschaltvorgang verzögert einschaltet. Dabei wird bei jeder Schließung des Netzschalters eine lastlose Umpolung der Gasentladungslampe bewirkt, die durch die Gleichrichter-Spannungsvervielfacher-Schaltung zum Zünden und Brennen gebracht wird. Damit wird ein Kataphorese-Effekt bei der mit Gleichstrom betriebenen Gasentladungslampe vermieden.
  • Betriebskosten mindernd ist es, wenn bei diesem Verfahren Kaltstart-Sinterelektroden als Elektroden für die Gasentladungslampe verwendet werden.
  • Die Verwendung langlebiger Kaltstart-Sinterelektroden statt üblicher Vorheiz-Wendel-Elektroden für die UV-Strahlungsrohre erhöht die Lebensdauer dieser relativ teuren Rohre um mindestens das zwei- oder dreifache (z.B. von ca. 7000 h auf ca. 14 000 - 20 000 h).
  • Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung zum Erzeugen ultravioletter Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen etwa "-= 150 und 300 Nanometer, wobei im Wellenlängenbereich λ= 185 mm Ozon und im Wellenlängenbereichλ= 260 mm keimtötende Strahlung entsteht, aus elektrischer Energie, die in Niederspannungs-Gasentladungsröhren mit je einem Elektrodenpaar in Strahlungsenergie umgewandelt wird, wobei das Wandmaterial dieser Röhren aus an sich bekanntem, für den genanntenλ=-Bereich gut durchlässigem Material besteht und deren Innenraum mit einer an sich bekannten Gas- und Quecksilberdampf-Mischung gefüllt ist, vorzugsweise zum Reinigen von Wasser, insbesondere gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Zur Erhöhung der Ozon-Ausbeute bzw. zur Verringerung des Energiebedarfes ist erfindungsgemäß die vorstehend erläuterte Vorrichtung durch eine Gasentladungslampe in einer Behandlungskammer mit Luftzufuhrrohr und Luftäbfuhrrohr, mit in einem gasgefüllten UV-durchlässigen Rohr und mit Elektroden gekennzeichnet, die von einer Gleichspannungsvervielfacher-Schaltung aus einem Wechselspannungssnetz mit Einschalter gespeist wird.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen Gleichspannungsvervielfacher-Schaltung und Gasentladungslampe ein Umpolschalter angeordnet ist, der durch eine Erregungsspule betätigt wird und wenn in einer Versorgungsleitung der Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung eine Verzögerungsschaltung angeordnet ist, die die Gleichspannungs-Vervielfacher- Schaltung über einen gesteuerten Arbeitskontakt verzögert gegenüber dem Umpolschaltvorgang schaltet.
  • Der Anteil erzeugten Ozons in der durch die Behandlungskammer geführten Luft kann dadurch gesteuert werden, daß, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, in der Luftzufuhrleitung zur Behandlungskammer ein steuerbarer Kompressor angeordnet ist.
  • Ein besonders günstiges Startverhalten und eine lange Lebensdauer der Gasentladungslampe ergibt sich dann, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, bei der beschriebenen Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung eine Gasentladungslampe verwendet wird, bei der an sich bekannte Kaltstart-Sinterelektroden (US-PS 3 325 281) als Elektroden eingesetzt sind.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung darstellt.
  • Die Zeichnung zeigt schematisch eine Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, mittels UV-Strahlung aus einer Gasentladungslampe.
  • Das Ozon wird aus dem Luftsauerstoff erzeugt, der sich im durch eine Behandlungskammer 15 mit Luftzufuhrrohr 13 und Luftabfuhrrohr 14 durchströmenden Luftstrom befindet.
  • Die Erzeugung des Ozons erfolgt dabei durch die Einwirkung von UV-Strahlung, die in einer Gasentladungslampe 6 mit Elektroden 7, 8 erzeugt wird und aus der die Gasentladungslampe bildenden UV-durchlässigen Glasröhre 17, beispielsweise aus Quarzglas, austritt.
  • . Der durch die Behandlungskammer 15 geführte Luftstrom kann vergrößert bzw. beschleunigt werden durch einen in der Luftzufuhrleitung 13 angeordneten Kompressor 16.
  • Die Gasentladungslampe 6 wird über eine Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung 5 aus einem Wechselstromnetz mit Netzleitungen 1 und 2 gespeist. An einer der Netzleitungen ist ein Netzschalter 3 angebracht.
  • Durch die Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung 5 wird die Gasentladungslampe 6 mit Gleichstrom betrieben. Die Gleichspannungs-Vervielfacher-Schaltung 5 besteht dabei aus mehreren hintereinander geschalteten Spannungsverdoppelstufen, an sich bekannter Art.
  • Durch den Gleichstrombetrieb ergibt sich eine Einsparung an Energie bis zu 30 %. Auch erfolgt beim sofortigen Start beim Einschalten der Lampe kein störendes Flackern. Solange die Gasentladungslampe 6 noch nicht gezündet hat, liefert die Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung 5 bei dem Strom Null eine sehr hohe Spannung, welche die Zündung der Gasentladungslampe 6 bewirkt. Nach der Zündung nimmt der Innenwiderstand der Gasentladungslampe 6 wesentlich ab, so daß der Betriebsstrom erheblich ansteigen kann.
  • Zusätzlich kann in der Spannungsversorgung der Gasentladungslampe 6 ein Umpolschalter 9 angeordnet sein. Durch die Anordnung des Umpolschalters 9 wird bei jedem Einschalten der Gasentladungslampe 6 die Polung lastlos umgeschaltet, so daß das Auftreten einer Kataphorese verhindert wird.
  • Der Umpolschalter 9, der als Stromstoß-Umpolschalter ausgebildet ist, wird von -einer Relaisspule 4 (über strichliert dargestellte Verbindungen) betätigt. Die Relaisspule 4 ist beispielsweise für 220 Volt Wechselspannung ausgelegt. Um die Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung 5 anzuschalten, ist in einer Zuleitung eine Verzögerungsschaltung 10 vorgesehen, die einen Arbeitskontakt 12 schaltet. Dabei kann die Schaltung 10 beispielsweise eine Relaisspule und einen dazu parallel geschalteten Kondensator (nicht dargestellt) aufweisen, wodurch eine verzögerte Einschaltung des Arbeitskontaktes 12, gegenüber der Einschaltung durch den Netzschalter 3 und gegenüber der Umpolung durch das Relais 4, bewirkt wird.
  • Das Relais in der Verzögerungsschaltung 10 zieht innerhalb einer Halbperiode, d.h. innerhalb von etwa 10 msek bei 50 Hz Wechselspannung an. Durch diese Ausbildung wird die Gleichrichter- Vervielfacherschaltung 5 später als nach 10 msek an die Netzspannung gelegt, beispielsweise frühestens nach 50 msek, d.h. 2,5 .Wechselspannungsperioden, zweckmäßig jedoch nicht später als 100 msek.
  • Als Umpolschalter 9 kann ein doppelpoliger, elektromagnetischer Stromstoßwechselschalter dienen.
  • Die Speisung der Verzögerungsschaltung 10 kann beispielsweise über eine (nicht dargestellte) Gleichrichteranordnung erfolgen, die direkt am Netz 1,2 anliegt.
  • Beim Einschalten der Netzspannung mit dem Netzschalter 3 werden die Umschaltkontakte des Umschaltgerätes 9 mittels des Relais 4 lastfrei umgeschaltet, sodaß das Gleichrichter-Spannungs-Vervielfacher-Gerät 5 noch nicht arbeitet, denn der Arbeitskontakt 12 ist noch offen. Bevor sich die vom Gleichrichter- Spannungs-Vervielfacher-Gerät 5 erzeugte Gleichspannung aufbaut, und die Zündung der Gasentladungslampe 6 _beginnen kann, liegt das Umpolschaltgerät 9 in einer gegenüber der vorhergehenden Betriebsperiode vertauschen Polung vor. Beim Abschalten mit dem Netzschalter 3 wird zwar die Erregerspule 4 des Stromstoß-Umpolschalters 9 stromlos, der Kontakt verharrt jedoch in seiner Lage. Beim erneuten Wiederanschalten des Gerätes an das Netz durch Betätigung des Netzschalters 3 wird zunächst der Umpolschalter 9 mit der unverzögert erregten Spule 4 den Kontaktapparat umlegen. Dann erfolgt mit einer wählbaren Verzögerung von mindestens 50 msek die Anschaltung der Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung 5 an das Netz über den durch die Verzögerungsschaltung 10 geschlossenen Kontakt 12. Bei jeder Schliessung des Netzschalters 3 wird somit eine lastlose Umpolung der Gasentladungslampe 6 bewirkt, bevor sie durch die Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung 5 zum Zünden und Brennen gebracht wird. Damit wird ein Kataphorese-Effekt bei der mit Gleichstrom betriebenen Gasentladungslampe 6 vermieden.
  • Die zwischen den Elektroden 7, 8 auftretende Gasentladung bewirkt aufgrund der entsprechenden Gasfüllung der Gasentladungslampe 6 das Entstehen einer UV-Strahlung, deren Energie ausreicht, um aus (Luft-)Sauerstoff Ozon zu erzeugen. Die erzeugte UV-Strahlung kann durch die Glasröhre 17 in den Behandlungsraum 15 aus- bzw. eintreten und dort die Umwandlung von 02 in 03 bewirken.
  • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.
    • Bezugszeichenliste
  • Figure imgb0002

Claims (7)

1. Verfahren zum Erzeugen ultravioletter Strahlung, vorzugsweise im Wellenlängenbereich zwischen etwaλ= 150 und 350 Nanometer, wobei bei etwa λ = 185 nm Ozon und bei etwa λ= 260 nm keimtötende Strahlung entsteht, aus elektrischer Energie, die in Niederspannungs-Gasentladungsröhren mit je einem Elektrodenpaar in Strahlungsenergie umgewandelt wird, wobei das Wandmaterial dieser Röhren aus für den genannten λ-Bereich gut durchlässigem Material besteht und deren Innenraum mit einer entsprechenden Gas- und Quecksilberdampf-Mischung gefüllt ist, vorzugsweise zum Reinigen von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungslampe aus einer Wechselstromquelle (50 oder 60 Hz) unter Verwendung einer für die Brennspannung und den Brennstrom bemessenen Speiseschaltungsanordnung in Form einer aus Gleichrichterdioden und Kondensatoren aufgebauten Spannungsvervielfacherschaltung und wenigstens einer Hochspannung liefernden, leistungsschwächeren Zündschaltung, wobei Speiseschaltung und Zündschaltung zu einer aus mehreren hintereinander geschalteten Spannungsstufen bestehenden Spannungsvervielfacherschaltung zusammengefaßt sind und unter Verwendung einer Glättungsdrossel im Gleichstrombetrieb betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung und Gasentladungslampe angeordneter Umpolschalter nach Betätigung eines Netzschalters lastlos umschaltet und ein in einer Versorgungsleitung der Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung angeordneter Verzögerungsschalter nach dem Schließen des Netzschalters die Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung gegenüber dem Umpolschaltvorgang verzögert einschaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von langlebigen Kaltstart-Sinterelektroden als Elektroden für die Gasentladungslampe.
4. Vorrichtung zum Erzeugen ultravioletter Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen etwa 150 und 300 Nanometer, wobei im Wellenlängenbereichλ= 185 nm Ozon und im Wellenlängenbereichλ= 260 nm keimtötende Strahlung entsteht, aus elektrischer Energie, die in Niederspannungs-Gasentladungsröhren mit je einem Elektrodenpaar in Strahlungsenergie umgewandelt wird, wobei das Wandmaterial dieser Röhren aus an sich bekanntem, für den genannten λ-Bereich gut durchlässigem Material besteht und deren Innenraum mit einer an sich bekannten Gas- und Quecksilberdampf-Mischung gefüllt ist, vorzugsweise zum Reinigen von Wasser, insbesondere gemäß dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Gasentladungslampe (6) in einer Behandlungskammmer (15) mit Luftzufuhrrohr (13) und Luftabfuhrrohr (14), mit einem gasgefüllten UV-durchlässigen Rohr (17) und mit Elektroden (7, 8) die von . einer Gleichspannungsvervielfacherschaltung (5) aus einem Wechselspannungsnetz (1, 2) mit Einschalter (3) gespeist wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zwischen Gleichspannungsvervielfacherschaltung (5) und Gasentladungslampe (6) angeordneten Umpolschalter (9), der durch eine Erregungsspule (4) betätigt wird und durch ein in einer Versorgungsleitung der Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung (5) angeordnete Verzögerungsschaltung (10), die die Gleichspannungs-Vervielfacher-Schaltung (5) über einen gesteuerten Arbeitskontakt (12) verzögert gegenüber dem Umpolschaltvorgang schaltet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder folgenden, gekennzeichnet durch einen Kompressor (16) in der Luftzufuhrleitung (13) zur Behandlungskammer (15).
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder folgenden, gekennzeichnet durch langlebige Kaltstart-Sinterelektroden als Elektroden (7, 8) der Gasentladungslampe (6).
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