EP3749892A1 - Uv-strahlermodul und dessen verwendung - Google Patents

Uv-strahlermodul und dessen verwendung

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Publication number
EP3749892A1
EP3749892A1 EP18825585.5A EP18825585A EP3749892A1 EP 3749892 A1 EP3749892 A1 EP 3749892A1 EP 18825585 A EP18825585 A EP 18825585A EP 3749892 A1 EP3749892 A1 EP 3749892A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
air
radiator
module according
air guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18825585.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Kraft
Silke Schloemp
Jan Winderlich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Noblelight GmbH
Original Assignee
Heraeus Noblelight GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Noblelight GmbH filed Critical Heraeus Noblelight GmbH
Publication of EP3749892A1 publication Critical patent/EP3749892A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50Cooling arrangements
    • F21V29/70Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/83Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks the elements having apertures, ducts or channels, e.g. heat radiation holes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/08Radiation
    • A61L2/10Ultraviolet radiation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
    • H01J61/12Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
    • H01J61/18Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent
    • H01J61/20Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having a metallic vapour as the principal constituent mercury vapour
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
    • H01J61/52Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space
    • H01J61/523Heating or cooling particular parts of the lamp
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/70Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr
    • H01J61/72Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr having a main light-emitting filling of easily vaporisable metal vapour, e.g. mercury
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2202/00Aspects relating to methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects
    • A61L2202/10Apparatus features
    • A61L2202/11Apparatus for generating biocidal substances, e.g. vaporisers, UV lamps

Definitions

  • UV lamp module and its use
  • the present invention relates to a UV radiator module for ultraviolet irradiation of a substrate, comprising a watertight housing surrounding a radiator arrangement comprising a plurality of mercury low pressure lamps each having a longitudinal axis, and a bottom, a top and at least two the underside and the top side interconnecting side walls and at the bottom has a closed by a beam exit window jet outlet opening.
  • the invention relates to a use of the radiator module.
  • UV lamp modules are used, for example, in air conditioning and drinking water systems as well as in food production for disinfection.
  • Foods such as fruit and vegetables are irradiated, as well as machine parts, packaging materials, liquids, air and surfaces that come into contact with the food during preparation.
  • Microorganisms such as pathogens, in particular bacteria or viruses, are inactivated by the ultraviolet radiation.
  • UV emitters suitable for sterilization are, for example, mercury vapor discharge lamps, which can be designed as low-pressure radiators, medium-pressure radiators or high-pressure radiators.
  • mercury vapor discharge lamps have a cylindrical quartz glass lamp tube with two electrodes arranged therein. The lamp tube is on both Ends gas-tight, for example by means of a pinch, through which a power supply for electrical contacting of the electrodes is performed.
  • the filling gas is mercury and usually a noble gas.
  • a mercury depot which can consist of pure mercury or a mercury amalgam, is often introduced into the lamp tube.
  • Mercury vapor discharge lamps show an emission spectrum with characteristic lines at 254 nm (UV-C radiation) and optionally 185 nm (VUV radiation).
  • radiant modules are classified by guidelines for the degree of sealing (degree of protection) that the radiator module housing must have.
  • the division takes place in so-called IP codes (International Protection Code) with two-digit code numbers.
  • IP codes International Protection Code
  • the first indicator relates to the degree of protection against foreign bodies such as dust particles; the second code indicates the degree of protection against water.
  • emitter modules with UV emitters are used, for example, for disinfecting containers or packaging for food, they must be housed in a housing which is dust-tight;
  • the first IP code is then 6.
  • the housing must provide protection against the ingress of a cleaning fluid such as water, hydrogen peroxide or caustic soda, which is expressed by the second digit, which characterizes in particular the sealing of the jet exit window in the housing.
  • a cleaning fluid such as water, hydrogen peroxide or caustic soda
  • the reduction of the number of bacteria depends on the radiation dose arriving at the substrate. This is determined by the irradiation power of the UV radiator module and by the duration during which the substrate is exposed to UV radiation. In systems in which the substrate is moved along the UV radiator module, an extension of the irradiation time results from the fact that several UV radiators in a UV radiator module are combined to form a planar, planar arrangement.
  • An embodiment of such a UV radiator module, designed for use in a disinfection system with a disinfection station, is described in DE 20 2017 101 112 U1, from which a UV radiator module according to the aforementioned type is also known.
  • a total of eight UV lamps are arranged in the form of low-pressure mercury lamps, each having a radiator cladding tube with a circular cross-section.
  • the longitudinal axes of the radiators are parallel and in a common radiator plane, so that they form a total surface radiator arrangement.
  • the metal housing has a bulged upward housing upper part to which a housing lower part is screwed, in which a quartz glass is held as a jet exit window.
  • the quartz glass plate rests on a circumferential shoulder via a sealing ring and is pressed onto the sealing ring by means of a mechanical hold-down. This seal easily withstands the cleaning cycles with heavy jet water, as is common, for example, in plants of the food industry, so that the spotlight module is permanently suitable for use under the hygiene standard IP66.
  • the UV radiator module is arranged in the disinfection system in such a way that irradiation of the substrate takes place at least in one irradiation area with a predetermined minimum irradiation dose. From a cost point of view, there is a tendency and for reasons of space often even the requirement to keep the number of UV lamps as low as possible in favor of the use of powerful UV lamps.
  • the overall efficiency of the disinfection system is essentially determined by the homogeneity of the radiation field. Because a local increase in the radiation intensity is usually not harmful, but a locally reduced intensity, which can lead to inadequate treatment. Therefore, as homogeneous a distribution of the radiation intensity as possible in the sense of a high disinfection efficiency is helpful.
  • the demands made on the compactness of the UV radiator module on the one hand, and on the homogeneity and thus efficiency of the UV irradiation on the other hand, are therefore of opposite nature and not simply simultaneous.
  • the invention has for its object to provide a suitable use of the UV radiator module.
  • a first air guide zone for the supply of cooling air and one of the first air duct zone in particular fluidly separated second air duct zone for the discharge of heated cooling air are formed, wherein in a cross section through the housing perpendicular to the longitudinal axes of the low-pressure mercury lamps and seen from the bottom to the top of the jet exit window, the radiator arrangement and the air guide zones are arranged one behind the other, and wherein the first air guide zone is equipped with a supply air duct having at least one air guide for supplying cooling air to the radiator arrangement.
  • the UV emitters of the emitter array are low pressure mercury lamps.
  • Mercury low pressure lamps have a higher energy efficiency compared to medium pressure mercury lamps or high pressure mercury lamps. They also show a higher sterilization efficiency in the sense that the proportion of UV radiation in the wavelength range around 254 nm in the total emission spectrum is comparatively large. UV radiation in the wavelength range around 254 nm proves to be particularly effective in the sterilization.
  • the housing has a supply air channel for the supply of cooling air and therefore via a connection to a cooling air source. In principle, cooling of mercury low pressure lamps is not necessary.
  • the cooling switchable in the UV emitter module according to the invention proves to be beneficial in a number of respects to the solution of the abovementioned technical problem:
  • the radiator arrangement in which the longitudinal axes of the low-pressure mercury lamps run in a common radiator plane, by the use and operation of mercury low-pressure lamps with comparatively high power, the radiator arrangement can be designed so that a UV irradiation intensity of at least
  • 100 mW / cm 2 preferably at least 120 mW / cm 2 , is effected - measured at a distance of 48 mm from the radiator plane.
  • the danger of overheating of the planar radiator arrangement exists, in particular, in the area of its center, less at the edge areas. Due to the forced cooling of the low-pressure mercury lamps by supplying cooling air, the length and width of the radiator array A comparatively homogeneous temperature profile adjustable, and thus also a locally homogeneous irradiation profile of the emitted UV radiation.
  • the cooling capacity of the cooling air is therefore preferably designed so that sets a maximum temperature of less than 150 ° C, more preferably less than 120 ° C on the radiator assembly.
  • the housing is closed and waterproof.
  • the watertightness is at least equivalent to the degree of protection 6 of the IP code defined above, that is, it permanently withstands cleaning cycles with strong jet water.
  • the housing Within the housing run at least one supply air duct for the cooling air and at least one exhaust duct for discharging the heated cooling air.
  • the cooling air passes through the air guide, such as one or more openings or lines on the radiator arrangement, cools them and thereby warms. Since the housing is closed, the entire cooling air volume is defined as heated cooling air from the housing via the exhaust air duct and removed reproducibly, which is an advantageous measure with regard to hygiene requirements.
  • the channels are designed for example as a hose or pipe and can be provided at the housing outlet with connection elements.
  • Air is the technologically simplest and most cost-effective coolant. Naturally, other gases or liquids can also be used as coolants instead of or in addition to air.
  • housing length the extent in the viewing direction defined above as “housing height”
  • housing width the extent in the remaining spatial direction
  • FIGS Orientation of the housing shown in the embodiment they merely serve to define the relative orientation of Components to each other and neither constitute a determination for a certain spatial orientation of the housing nor the relevant components in the intended use.
  • the first air guide zone and the second air guide zone are fluidically separated from each other within the housing, so that there is no mixing of still cold cooling air and already heated cooling air in the housing.
  • the first air duct for the supply of cold cooling air has a supply air duct, which in turn is equipped with at least one air guiding means for the defined supply of cold cooling air to the radiator arrangement.
  • the heated cooling air passes as exhaust air via the second air guidance zone to an exhaust air duct or to a gas outlet, via which it is discharged from the housing.
  • the first and second air-guiding zones run over each other over at least part of the housing length.
  • the first air duct upstream of the second air duct zone in the cross section through the housing perpendicular to the longitudinal axes of the low-pressure mercury lamps and viewed in the direction from the bottom to the top, the first air duct upstream of the second air duct zone. That is, the supply air channel transporting the cooling air runs close to the radiator arrangement, so that the cooling air can be discharged from the supply air duct via the air guide means comparatively easily in the direction of the radiator arrangement.
  • the lower air guide plane in which preferably runs the longitudinal axis of the supply air duct.
  • the upper air guide plane in which preferably runs the longitudinal axis of an exhaust duct or a housing gas outlet.
  • the said planes can be inclined to one another, but in the preferred case they run parallel to one another.
  • the "superimposition" of these components contributes towards the housing height, but allows a particularly small housing width.
  • the comparatively small housing width can be helpful in confined spaces and contributes to the homogeneity of the radiation in the irradiation area, especially if several UV radiator modules are arranged one behind the other in the transport direction of the substrate.
  • the following embodiments of the UV lamp module are also preferred:
  • the exhaust air duct central axis corresponds to the longitudinal axis of a possible exhaust air duct or the center axis of a housing gas outlet.
  • the air supply zones for supply air and exhaust air do not only run one behind the other in the direction of view, but the axes of supply air duct and exhaust air duct or gas outlet also run one above the other in the housing center plane. This results in a particularly small housing width.
  • the housing upper side has a curvature, specifically in cross-section through the housing perpendicular to the longitudinal axes of the low-pressure mercury lamps.
  • the outwardly curved housing top facilitates the flow of liq fluid, for example, when cleaning the radiator module. This measure facilitates residue-free cleaning and helps to maintain and improve the hygiene standard.
  • the effect of the curved top with respect to the residue-free cleaning of the radiator module is further enhanced when the two side walls cling to the curvature of the top and thereby include (in their imaginary extension) an angle in the range between 5 and 40 degrees with each other.
  • the attachment of the jet exit window on the housing is crucial.
  • mechanical measures are proposed for this, but these are complex.
  • the jet outlet opening has a circumferential shoulder, with which the jet exit window is glued.
  • the radiator arrangement is at least partially surrounded by a reflector on its side facing away from the beam exit window.
  • the reflector extends in the direction of the housing length and the housing width between the radiator plane and the lower air channel plane; wherein it preferably completely covers the radiator arrangement. He contributes to the increase of Irradiation intensity and he improves the homogeneity of the radiation field.
  • At least one of the housing side walls has a visible side provided with a marking, the marking being produced by laser engraving and subsequently the visible side being smoothed by electropolishing.
  • Electropolishing removes any residues of marking production and contributes to the improvement of hygiene standards. It has been shown that the sequence of the steps in the sequence of laser engraving and electropolishing, after the electropolishing in the area of the engraving, establishes a surface with a different texture than the non-engraved surface, so that the marking remains visible.
  • the marking of the visible side includes, for example, a logo, a logo or numbers.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention in that it is used in a disinfection system for the ultraviolet irradiation of packaging material for foods or pharmaceuticals.
  • the UV radiator module is preferably used in a module ensemble in which a plurality of identical UV radiator modules are arranged one after the other in the transport direction of a substrate to be irradiated.
  • FIG. 1 an embodiment of the UV emitter module according to the invention in a three-dimensional representation
  • FIG. 2 a technical drawing of the UV radiator module in a plan view of the beam exit window, partly as an outbreak with a view of the radiator arrangement
  • FIG. 3 shows the UV radiator module in a cross section along the line BB of Figure 2 in an enlarged view
  • FIG. 4 shows the UV radiator module in a longitudinal section along the line AA of FIG. 2 partly in section
  • FIG. 3 shows the UV radiator module in a cross section along the line BB of Figure 2 in an enlarged view
  • FIG. 4 shows the UV radiator module in a longitudinal section along the line AA of FIG. 2 partly in section
  • FIG. 5 is a juxtaposition of UV radiator modules in a schematic
  • the embodiment of the UV radiator module 1 of FIG. 1 has a metallic housing 2 with a lower side 3, an outwardly curved upper side 4, two planar side walls 5 and two opposite end walls 6.
  • the housing length is approximately 1050 mm, the housing height about 300 mm and the maximum housing slit at the bottom 3 is about 160 mm.
  • the largest part of the underside 3 is occupied by a rectangular opening, which is sealed watertight by a jet exit window 7 in the form of a quartz glass plate measuring 856 ⁇ 142 mm.
  • the curvature of the top 4 has a radius of about 90 mm and extends over the entire housing length from one end wall 6 to the other.
  • the two plan side walls 5 extend from the bottom 3 to the top 4 and nestle against the curvature. They run diagonally towards each other, enclosing an angle of 14 degrees with each other in their imaginary extension.
  • the side walls 5 and the curved top 4 are made of a piece of sheet metal.
  • the UV radiators 21 are mercury low-pressure lamps with a cylindrical lamp tube made of quartz glass and electrodes located opposite to it.
  • the lamp tube has an outside diameter of 28 mm and is on both Ends gas-tight closed by pinching, through which the power connections for electrical contacting of the electrodes are guided in the usual way.
  • the lamp tube is filled with a mercury amalgam and neon; Each lamp tube has an amalgam depot.
  • the UV radiators 21 form a planar radiator arrangement 20, in which the radiator longitudinal axes extend parallel to one another and in a common plane (FIG. 3, radiator plane E2).
  • the radiator arrangement 21 extends uniformly on both sides of a mirror plane M of the housing 2 (better recognizable in FIG. 3).
  • the distance between the radiator longitudinal axes is 36 mm.
  • the nominal electrical connection power of the individual mercury vapor discharge lamps is 580 W.
  • the radiated flux can be up to 150 W.
  • the low-pressure mercury lamps 21 show an emission spectrum with high efficiency of the characteristic emission line at 254 nm. At a distance of 48 mm from the radiator plane E2 (which is 20 mm below the lower edge of the housing 3) results in a UV irradiation intensity of 140 mW / cm 2 .
  • the vertical arrangement of the essential components of the UV radiator module 1 within the housing 2 can be clearly seen from the sectional representation of FIG.
  • the upper side of the beam exit window 7 runs in the window plane E1 and above it the planar arrangement 20 of the four UV lamps 21, the longitudinal axes of which span the emitter plane E2.
  • the distance between the planes E1 and E2 is 21 mm.
  • the arrangement 20 of the UV radiator 21 is upwardly and laterally surrounded by a reflector sheet 33 with a trapezoidal profile.
  • the supply air duct 31 extends for the cooling air, whose central axis defines the horizontal plane E3.
  • the exhaust air duct 32 which is designed only as a short nozzle with a length of 2 cm, and whose central axis defines the horizontal plane E3.
  • the housing 2 is substantially mirror-symmetrical to a mirror plane M.
  • the beam exit window 7 has a plate thickness of 4 mm; it rests on a fold of the side walls 5 and is thus glued waterproof.
  • the reflector plate 33 extends over the entire length of the UV radiator arrangement 20.
  • the supply air channel 31 has an inner diameter of 85 mm. Its central axis lies in the mirror plane M. It extends along the housing length of up to a arranged in the middle of the housing gas distributor chamber ( Figure 4, reference numeral 41).
  • the exhaust air duct 32 also has an inner diameter of 85 mm, and its central axis is also located in the mirror plane M. It can be seen that the exhaust air duct 32 predetermines the curvature of the housing upper side 4 and almost completely fills it.
  • the supply air duct 31 opens into the gas distribution chamber 41.
  • the gas distribution chamber 41 is provided on its side facing the reflector sheet 33 with a plurality of openings 43, through which the cooling air flows into the space in which the arrangement 20 of the UV lamps 21 is located.
  • a first air guide zone terminates, which predetermines the air guidance of the cold cooling air from the air duct connection 9 to the radiator arrangement 20.
  • the air flow of the heated cooling air to the exhaust air duct connection 10 is defined by a second air guide zone.
  • the heated cooling air volume is supplied starting from the radiator arrangement 20 via the free interior 44 of the housing 2 to the projecting into the housing 2 end of the exhaust duct 32 and completely removed via the exhaust duct connection 10 from the housing 2.
  • a mixing with cold cooling air does not take place, since the second air guide zone is separated from the first air guide zone in particular fluidly.
  • the cooling capacity of the cooling air is designed so that a maximum temperature of less than 110 ° C. is established on the radiator arrangement 20. And in order to achieve as homogeneous as possible a local distribution of the UV irradiation profile, the cooling capacity and the local distribution of the cooling air are designed so that between the maximum temperature and the minimum temperature at the mercury depots of the individual low-pressure mercury lamps 21 of the Strahleranord- 20 a temperature difference of less than 10 ° C.
  • the UV radiator module 1 can be opened like a drawer.
  • the metal housing 2, including one of the two end walls 6 and the beam exit window 7 remains firmly in place.
  • the opposite, provided with the connection cable 11 frontal wall 6 is pulled out with the mecha- nisch connected components such as the low-pressure mercury lamps 21, the gas distribution chamber 41 and the supply air duct 31.
  • the in the housing 2 hineinra- ing end of the "drawer" is provided with an electrical plug, which when reinserted with a corresponding socket in the holder 42 to a electrical connector adds.
  • the radiator module according to the invention also meets the high requirements of the hygiene standards mentioned in the introduction and complies with the degree of sealing according to IP66.
  • UV radiator modules 1 results between the UV lamps 21 adjacent modules 1, a free distance of only 13.7 mm and a distance of the center axes of 55.4 mm.
  • the UV radiator module 1 according to the invention is therefore particularly suitable for use in a disinfection system for the ultraviolet irradiation of packaging material 51 for food or pharmaceuticals.
  • a plurality of UV radiator modules 1 are arranged one behind the other such that the central axes of the low-pressure mercury lamps extend parallel to one another and transversely to the transport direction 52.

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Abstract

Bekannte UV-Strahlermodule zur Ultraviolett-Bestrahlung eines Substrats haben ein wasserdichtes Gehäuse, das ein UV-Strahlermodul zur Ultraviolett-Bestrahlung eines Substrats umgibt, die mehrere jeweils eine Längsachse aufweisende Quecksilberniederdrucklampen umfasst, und das eine Unterseite, eine Oberseite sowie mindestens zwei die Unterseite und die Oberseite miteinander verbindende Seitenwände sowie an der Unterseite eine von einem Strahlaustrittsfenster abgeschlossene Strahlaustrittsöffnung aufweist. Um hiervon ausgehend eine Verbesserung in Bezug auf Einhaltung von Hygiene-Standards und gleichzeitig in Bezug Homogenität und Kompaktheit zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass im Gehäuse eine erste Luftführungszone für die Zufuhr von Kühlluft und eine von der ersten Luftführungszone getrennte zweite Luftführungszone für die Ableitung erwärmter Kühlluft ausgebildet sind, wobei in einem Querschnitt durch das Gehäuse senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen und in Blickrichtung von der Unterseite zur Oberseite gesehen das Strahlaustrittsfenster, die Strahleranordnung und die Luftführungszonen hintereinander angeordnet sind, und wobei die erste Luftführungszone einen Zuluftkanal mit mindestens einem Luftleitmittel zur Zuführung von Kühlluft zur Strahleranordnung ausgestattet ist.

Description

UV-Strahlermodul und dessen Verwendung
Beschreibung
Technischer Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft ein UV-Strahlermodul zur Ultraviolett- Bestrahlung eines Substrats, mit einem wasserdichten Gehäuse, das eine Strah- leranordnung umgibt, die mehrere jeweils eine Längsachse aufweisende Queck- silberniederdrucklampen umfasst, und das eine Unterseite, eine Oberseite sowie mindestens zwei die Unterseite und die Oberseite miteinander verbindende Sei- tenwände sowie an der Unterseite eine von einem Strahlaustrittsfenster abge- schlossene Strahlaustrittsöffnung aufweist.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung des Strahlermoduls.
UV-Strahlermodule werden beispielsweise in Klima- und Trinkwasseranlagen so- wie in der Lebensmittelproduktion zur Entkeimung eingesetzt. Dabei werden Le- bensmittel, wie Obst- und Gemüse, sowohl bestrahlt, als auch Maschinenteile, Packstoffe, Flüssigkeiten, Luft und Oberflächen, die mit dem Lebensmittel bei der Zubereitung in Kontakt kommen. Mikroorganismen, wie Krankheitserreger, insbe- sondere Bakterien oder Viren, werden durch die ultraviolette Strahlung inaktiviert.
Man unterscheidet Desinfektion und Sterilisation durch die in bestimmten Testver- fahren ermittelte Keimreduzierung beziehungsweise Anzahl von lebenden Indivi- duen. Von Desinfektion spricht man bei einer Keimreduzierung auf mindestens 105, bei der Sterilisation wird eine Reduzierung der Anzahl lebender Individuen um mindestens sechs Zehnerpotenzen (106) gefordert. Unabhängig vom Grad der Keimreduzierung wird hier und im Folgenden der Oberbegriff„Entkeimung“ ver- wendet.
Für die Entkeimung geeignete UV-Strahler sind beispielsweise Quecksilberdampf- entladungslampen, die als Niederdruckstrahler, Mitteldruckstrahler oder Hoch- druckstrahler ausgeführt sein können. Quecksilberdampfentladungslampen wei- sen in ihrer langgestreckten Version ein zylinderförmiges Lampenrohr aus Quarz- glas mit zwei darin angeordneten Elektroden auf. Das Lampenrohr ist an beiden Enden gasdicht verschlossen, beispielsweise mittels einer Quetschung, durch die eine Stromversorgung zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden geführt ist. Das Füllgas ist Quecksilber und in der Regel ein Edelgas. Darüber hinaus ist in das Lampenrohr häufig ein Quecksilberdepot eingebracht, das aus reinem Queck- silber oder einem Quecksilberamalgam bestehen kann. Quecksilberdampfentla- dungslampen zeigen ein Emissionsspektrum mit charakteristischen Linien bei 254 nm (UV-C-Strahlung) und gegebenenfalls 185 nm (VUV-Strahlung).
Bezüglich ihrer Eignung für verschiedene Umgebungsbedingungen werden Strah- lermodule anhand von Richtlinien für den Grad der Abdichtung (Schutzgrad) klas- sifiziert, den das Strahlermodul-Gehäuse aufweisen muss. Die Einteilung erfolgt in sogenannten IP-Codes (International Protection Code) mit zweistelligen Kennzif- fern. Die erste Kennziffer betrifft den Schutzgrad gegen Fremdkörper wie etwa Staubpartikel; die zweite Kennziffer gibt den Schutzgrad gegen Wasser an.
Werden Strahlermodule mit UV-Strahlern beispielsweise zur Desinfektion von Be- hältern oder Verpackungen für Nahrungsmittel eingesetzt, so müssen diese in ei- nem Gehäuse untergebracht sein, das staubdicht ist; die erste IP-Kennziffer ist dann beispielsweise 6. Außerdem muss das Gehäuse Schutz bieten vor dem Ein- dringen einer Reinigungsflüssigkeit wie Wasser, Wasserstoffperoxid oder Natron- lauge, was durch die zweite Kennziffer ausgedrückt wird, die insbesondere die Abdichtung des Strahlaustrittsfensters im Gehäuse charakterisiert. Ist hier bei- spielsweise der Schutzgrad 6„Schutz gegen starkes Strahlwasser“ einzuhalten, lautet die Anforderungskennziffer„IP66“.
Stand der Technik
Die Reduzierung der Keimzahl hängt von der am Substrat ankommenden Bestrah- lungsdosis ab. Diese wird von der Bestrahlungsleistung des UV-Strahlermoduls und von der Dauer bestimmt, während der das Substrat der UV-Strahlung ausge- setzt ist. Bei Systemen, bei denen das Substrat entlang des UV-Strahlermoduls bewegt wird, ergibt sich eine Verlängerung der Bestrahlungsdauer dadurch, dass mehrere UV-Strahler in einem UV-Strahlermodul zu einer ebenen, flächigen An- ordnung zusammengefasst sind. Eine Ausführungsform eines derartigen UV-Strahlermoduls, ausgelegt für den Ein- satz in einem Desinfektionssystem mit einer Desinfektionsstation, ist in der DE 20 2017 101 112 U1 beschrieben, aus der auch ein UV-Strahlermodul gemäß der eingangs genannten Gattung bekannt ist.
In einem Metall-Gehäuse sind insgesamt acht UV-Strahler in Form von Quecksil- berniederdrucklampen mit jeweils einem Strahlerhüllrohr mit kreisrunden Quer- schnitt angeordnet. Die Längsachsen der Strahler verlaufen parallel und in einer gemeinsamen Strahlerebene, so dass sie insgesamt eine flächige Strahler- Anordnung bilden.
Das Metall-Gehäuse hat ein nach oben ausgewölbtes Gehäuse-Oberteil, an dem ein Gehäuse-Unterteil angeschraubt ist, in dem eine Quarzglasscheibe als Strahl austrittsfenster gehalten ist. Die Quarzglasscheibe liegt über einen Dichtring auf einem umlaufenden Absatz auf und wird mittels eines mechanischen Niederhal- ters auf den Dichtring gepresst. Diese Abdichtung hält den Reinigungszyklen mit starkem Strahlwasser, wie dies beispielsweise in Anlagen der Nahrungsmittelin- dustrie üblich ist, ohne weiteres stand, so dass das Strahler-Modul für den Einsatz unter dem Hygiene-Standard IP66 dauerhaft geeignet ist.
Technische Aufgabenstellung
Das UV-Strahlermodul ist im Desinfektionssystem so angeordnet, dass mindes- tens in einem Bestrahlungsbereich eine Bestrahlung des Substrats mit einer vor- gegebenen Mindestbestrahlungsdosis erfolgt. Aus Kostenaspekten besteht die Tendenz und aus Platzgründen häufig sogar die Anforderung, die Anzahl der UV- Strahler zu Gunsten des Einsatzes leistungsstarker UV-Strahler möglichst gering zu halten.
Allerdings wird der Gesamtwirkungsgrad des Desinfektionssystems wesentlich von der Homogenität des Strahlungsfeldes bestimmt. Denn eine lokale Erhöhung der Bestrahlungsintensität ist in der Regel nicht schädlich, wohl aber eine lokal reduzierte Intensität, die zu einer unzureichende Behandlung führen kann. Daher ist im Sinne einer hohen Entkeimungseffizienz eine möglichst homogene Vertei- lung der Strahlungsintensität hilfreich. Die Anforderungen an die Kompaktheit des UV-Strahlermoduls aufgrund eines kleinen zur Verfügung stehenden Bauraums einerseits, und an die Homogenität und damit Effizienz der UV-Bestrahlung andererseits sind demnach gegensätzli- cher Art und nicht einfach gleichzeitig zu erfüllen.
Darüber hinaus sind bei Einsatz des Strahlermoduls in Prozessen der Nahrungs- mittelindustrie Hygiene-Standards einzuhalten, wie etwa die US-amerikanische 3A-Zertifizierung („AAA Hygienic Design“ oder„3-A Sanitary Standards“), der EHEDG Richtlinie (European Hygienic Engineering and Design Group) oder die Norm DIN EN 1672-2, in denen konstruktive Details des entsprechenden Zube- hörs in Verbindung mit Herstellung, Reinigung und Verpackung von verzehrbaren Produkten festgelegt sind. Die Materialauswahl, Oberflächengüte, Präzision in der Fertigung, Lage und Anzahl von Schweißnähten, Spaltgröße spielen dabei eine wichtige Rolle.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein UV-Strahlermodul der ein- gangs genannten Gattung auf Einhaltung von Hygiene-Standards und gleichzeitig in Bezug Homogenität und Kompaktheit zu verbessern.
Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Verwendung des UV-Strahlermoduls anzugeben.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Gehäuse eine erste Luftführungszone für die Zufuhr von Kühlluft und eine von der ersten Luftführungs- zone insbesondere fluidisch getrennte zweite Luftführungszone für die Ableitung erwärmter Kühlluft ausgebildet sind, wobei in einem Querschnitt durch das Ge- häuse senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen und in Blickrichtung von der Unterseite zur Oberseite gesehen das Strahlaustrittsfenster, die Strahleranordnung und die Luftführungszonen hintereinander angeordnet sind, und wobei die erste Luftführungszone einen Zuluftkanal mit mindestens einem Luftleitmittel zur Zuführung von Kühlluft zur Strahleranordnung ausgestattet ist.
Beim erfindungsgemäßen UV-Strahlermodul sind insbesondere folgende Aspekte vorteilhaft: Mindestens ein Teil der UV-Strahler der Strahleranordnung, bevorzugt alle Strahler der Strahleranordnung, sind Quecksilberniederdrucklampen. Queck- silberniederdrucklampen haben im Vergleich zu Quecksilbermitteldrucklampen oder Quecksilberhochdrucklampen eine höhere Energieeffizienz. Sie zeigen außerdem eine höhere Entkeimungseffizienz in dem Sinne, dass der Anteil an UV-Strahlung im Wellenlängenbereich um 254 nm am Gesamt- Emissionsspektrum vergleichsweise groß ist. UV-Strahlung im Wellenlängen- bereich um 254 nm erweist sich bei der Entkeimung als besonders wirksam. Zur Kühlung der Strahleranordnung verfügt das Gehäuse über einen Zuluftka- nal für die Zufuhr von Kühlluft und demnach über einen Anschluss an eine Kühlluftquelle. Grundsätzlich ist eine Kühlung von Quecksilberniederdrucklam- pen nicht erforderlich. Die beim erfindungsgemäßen UV-Strahlermodul zu- schaltbare Kühlung erweist sich aber in mehrfacher Hinsicht als förderlich zur Lösung der oben genannten technischen Aufgabe:
a. Sie ermöglicht den Einsatz und Betrieb von Quecksilberniederdrucklam- pen mit vergleichsweise hoher Leistung ohne die Gefahr einer Überhit- zung der Strahleranordnung. Bei einer Überhitzung kommt es zu einem Abfall des spektralen Anteils der UV-Emission, einhergehend mit einer Verringerung der UV-Bestrahlungsleistung, insbesondere im Wellenlän- genbereich um 254 nm.
So kann beispielsweise bei einer besonders geeigneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen UV-Strahlermoduls, bei dem die Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen in einer gemeinsamen Strahlerebene verlaufen, durch den Einsatz und Betrieb von Quecksilberniederdrucklam- pen mit vergleichsweise hoher Leistung, die Strahleranordnung so ausge- legt werden, dass eine UV-Bestrahlungsintensität von mindestens
100 mW/cm2, vorzugsweise mindestens 120 mW/cm2, bewirkt wird - ge- messen in einem Abstand von 48 mm von der Strahlerebene.
b. Die Gefahr einer Überhitzung der flächigen Strahleranordnung besteht insbesondere im Bereich von deren Zentrum, weniger an den Randberei- chen. Durch die erzwungene Kühlung der Quecksilberniederdrucklampen durch Zuleitung von Kühlluft ist über Länge und Breite der Strahleranord- nung ein vergleichsweise homogenes Temperaturprofil einstellbar, und damit einhergehend auch ein örtlich homogenes Bestrahlungsprofil der emittierten UV-Strahlung.
Zwecks Vermeidung einer Überhitzung der Strahleranordnung wird die Kühlleistung der Kühlluft daher vorzugsweise so ausgelegt, dass sich auf der Strahleranordnung eine Maximaltemperatur von weniger als 150 °C, besonders bevorzugt von weniger als 120 °C einstellt.
Das Gehäuse ist geschlossen und wasserdicht. Die Wasserdichtheit entspricht mindestens dem Schutzgrad 6 des oben definierten IP-Codes, das heißt, es hält Reinigungszyklen mit starkem Strahlwasser dauerhaft stand.
Innerhalb des Gehäuses verlaufen mindestens ein Zuluftkanal für die Kühlluft und mindestens ein Abluftkanal zur Ableitung der erwärmten Kühlluft. Die Kühl luft gelangt über Luftleitmittel, wie beispielsweise eine oder mehrere Öffnungen oder Leitungen auf die Strahleranordnung, kühlt diese und erwärmt sich dadurch. Da das Gehäuse geschlossen ist, wird das gesamte Kühlluftvolumen als erwärmte Kühlluft aus dem Gehäuse über den Abluftkanal definiert und re- produzierbar abgeführt, was im Hinblick auf Hygieneanforderungen eine vor- teilhafte Maßnahme darstellt.
Die Kanäle sind beispielsweise als Schlauch oder Rohr ausgeführt und können am Gehäuseausgang mit Anschlusselementen versehen sein. Luft stellt dabei das technologisch einfachste und kostengünstigste Kühlmittel dar. Selbstver- ständlich sind anstelle oder ergänzend zu Luft auch andere Gase oder auch Flüssigkeiten als Kühlmittel einsetzbar.
Im Folgenden wird die Erstreckung des Gehäuses in Längsachsenrichtung der Quecksilberniederdrucklampen als„Gehäuse-Länge“, die Erstreckung in der oben definierten Blickrichtung als„Gehäuse-Höhe“, und die Erstreckung in der verbleibenden Raumrichtung wird als„Gehäuse-Breite“ bezeichnet. Diese Be- zeichnungen und auch im Zusammenhang mit der Beschreibung des Gehäu- ses verwendete Positionsangaben, wie„Oberseite“ oder„Unterseite“ und Ortsadverbien wie„oberhalb“,„übereinander“,„oben“,„obere“ und dergleichen beziehen sich auf die im Ausführungsbeispiel dargestellte Orientierung des Gehäuses; sie dienen lediglich der Definition der relativen Orientierung von Komponenten zueinander und stellen weder eine Festlegung für eine bestimm- te räumliche Orientierung des Gehäuses noch der betreffenden Komponenten beim bestimmungsgemäßen Einsatz dar.
Die erste Luftführungszone und die zweite Luftführungszone sind innerhalb des Gehäuses voneinander insbesondere fluidisch getrennt, so dass es nicht zu einer Vermischung von noch kalter Kühlluft und bereits erwärmter Kühlluft im Gehäuse kommt. Die erste Luftführungszone für die Zuleitung der kalten Kühl luft verfügt über einen Zuluftkanal, der wiederum mit mindestens einem Luft- leitmittel zur definierten Zuführung kalter Kühlluft auf die Strahleranordnung ausgestattet ist. Die erwärmte Kühlluft gelangt als Abluft über die zweite Luft- führungszone zu einem Abluftkanal oder zu einem Gasauslass, über den sie aus dem Gehäuse ausgeleitet wird.
In Richtung der Gehäuse-Höhe gesehen verlaufen erste und zweite Luftfüh- rungszone über mindestens einen Teil der Gehäuse-Länge übereinander. Vor- zugsweise ist dabei im Querschnitt durch das Gehäuse senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen und in Blickrichtung von der Unterseite zur Oberseite gesehen die erste Luftführungszone vor der zweiten Luftführungszone vorgelagert. Das heißt, der die Kühlluft transportierende Zu- luftkanal verläuft nahe der Strahleranordnung, so dass die Kühlluft aus dem Zuluftkanal über die Luftleitmittel vergleichsweise einfach in Richtung auf die Strahleranordnung ausgeleitet werden kann.
Durch die„Übereinander-Anordnung“ von Strahlaustrittsfenster, Strahleranord- nung und den beiden Luftführungszonen ergeben sich über mindestens einen Teil der Gehäuse-Länge schematisch folgende vier übereinander angeordnete Ebenen:
(i) Die Fensterebene, in der das Strahlaustrittsfenster angeordnet ist.
(ii) Die Strahlerebene, in der die Längsachsen der Quecksilberniederdrucklam- pen verlaufen.
(iii) Die untere Luftführungsebene, in der vorzugsweise die Längsachse des Zu- luftkanals verläuft. (iv)Die obere Luftführungsebene, in der vorzugsweise die Längsachse eines Abluftkanals oder eines Gehäuse-Gasauslasses verläuft.
Die genannten Ebenen können geneigt zueinander verlaufen, im bevorzugten Fall verlaufen sie aber parallel zueinander. Die„Übereinander-Anordnung“ die ser Komponenten trägt in Richtung der Gehäuse-Höhe auf, ermöglicht aber ei- ne besonders geringe Gehäuse-Breite. Die vergleichsweise geringe Gehäuse- breite kann bei engem Bauräumen hilfreich sein und trägt zur Homogenität der Strahlung im Bestrahlungsbereich bei, vor allem wenn mehrere UV- Strahlermodule in Transportrichtung des Substrats hintereinander angeordnet sind.
Insbesondere im Hinblick auf eine möglichst geringe Gehäuse-Breite und der da- mit einhergehenden hohen Homogenität des Strahlungsfeldes bei einer derartigen Hintereinander-Anordnung mehrerer UV-Strahlermodule werden auch folgende Ausführungsformen des UV-Strahlermoduls bevorzugt:
(a) Ausführungsformen, bei der der Zuluftkanal eine Zuluftkanal-Mittelachse und die zweite Luftführungszone eine Abluftkanal-Mittelachse aufweisen, wobei die Zuluftkanal-Mittelachse und die Abluftkanal-Mittelachse parallel zueinander in einer gemeinsamen Gehäuse-Mittelebene verlaufen, die sich senkrecht zum Strahlaustrittsfenster erstreckt.
Die Abluftkanal-Mittelachse entspricht der Längsachse eines etwaigen Abluft- kanals beziehungsweise der Mittelachse eines Gehäuse-Gasauslasses. Die Luftführungszonen für Zuluft und Abluft verlaufen hierbei in Blickrichtung gese- hen nicht nur hintereinander sondern die Achsen von Zuluftkanal und Abluftka- nal beziehungsweise Gasauslass verlaufen in der Gehäuse-Mittelebene auch übereinander. Dadurch ergibt sich eine besonders geringe Gehäuse-Breite.
(b) Ausführungsformen, bei denen das Gehäuse Spiegelsymmetrie in Bezug auf die Gehäuse-Mittelebene aufweist.
(c) Ausführungsformen, bei denen die erste Luftführungszone einen Zuluftkanal- Innendurchmesser und die zweite Luftführungszone einen Abluftkanal- Innendurchmesser aufweisen, wobei der Abluftkanal-Innendurchmesser um weniger als +/- 10% vom Zuluftkanal-Innendurchmesser abweicht, und vor- zugsweise der Abluftkanal-Innendurchmesser und der Zuluftkanal- Innendurchmesser gleich sind.
Bei gleichem Innendurchmesser stellen sich dieselben Strömungsgeschwin- digkeiten für Kühlluft und Abluft und dieselben Gasdrücke ein. Ein kleinerer Ab- luftkanal-lnnendurchmesser würde hingegen zu einem größeren Strömungswi- derstand als im Zuluftkanal führen und als Engstelle der Kühlluftströmung wir- ken.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des UV-Strahlermoduls weist die Gehäuse-Oberseite eine Wölbung auf, und zwar im Querschnitt durch das Ge- häuse senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen.
Die nach außen gewölbte Gehäuse-Oberseite erleichtert das Abfließen von Flüs sigkeit, beispielsweise bei der Reinigung des Strahlermoduls. Diese Maßnahme erleichtert das rückstandfreie Reinigen und trägt zur Einhaltung und Verbesserung des Hygiene-Standards bei.
Die Wirkung der gewölbten Oberseite im Hinblick auf das rückstandfreie Reinigen des Strahlermoduls wird noch verstärkt, wenn sich die beiden Seitenwände an die Wölbung der Oberseite anschmiegen und dabei (in ihrer gedachten Verlängerung) einen Winkel im Bereich zwischen 5 und 40 Grad miteinander einschließen.
Für die Dichtheit des Gehäuses gegen Spritzwasser ist insbesondere die Befesti- gung des Strahlaustrittsfensters am Gehäuse entscheidend. In der oben bereits zitierten DE 20 2017 101 112 U1 werden dafür mechanische Maßnahmen vorge- schlagen, die jedoch aufwändig sind. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungs- form des erfindungsgemäßen UV-Strahlermoduls wird die Dichtheit dadurch ge- währleistet, die Strahlaustrittsöffnung einen umlaufenden Absatz aufweist, mit dem das Strahlaustrittsfenster verklebt ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen UV- Strahlermoduls ist die Strahleranordnung auf ihrer dem Strahlaustrittsfenster ab- gewandten Seite mindestens teilweise von einem Reflektor umgeben.
Der Reflektor erstreckt sich in Richtung der Gehäuse-Länge und der Gehäuse- Breite zwischen der Strahlerebene und der unteren Luftkanalebene; wobei er die Strahleranordnung vorzugsweise vollständig überdeckt. Er trägt zur Erhöhung der Bestrahlungsintensität bei und er verbessert die Homogenität des Strahlungsfel- des.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen UV-Strahlermoduls hat mindestens eine der Gehäuse-Seitenwände eine mit einer Markierung verse- hene Sichtseite, wobei die Markierung durch Lasergravur erzeugt ist und an- schließend die Sichtseite durch Elektropolieren geglättet ist.
Die Elektropolitur beseitigt etwaige Rückstände der Markierungserzeugung und trägt zur Verbesserung hinsichtlich des Hygienestandards bei. Es hat sich gezeigt, dass die Abfolge der Verfahrensschritte Reihenfolge Lasergravur und Elektropoli- tur stellt sich nach der Elektropolitur im Bereich der Gravur eine Oberfläche mit anderer Beschaffenheit als bei der nicht gravierten Oberfläche ein, so dass die Markierung sichtbar bleibt. Die Markierung der Sichtseite umfasst beispielsweise einen Schriftzug, ein Logo oder Ziffern.
Hinsichtlich der Verwendung des erfindungsgemäßen UV-Strahlermoduls wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass es in einem Desinfektionssystem zur Ultraviolett-Bestrahlung von Verpackungsmaterial für Nahrungsmittel oder Arzneimittel eingesetzt wird. Bevorzugt wird das UV- Strahlermodul dabei in einem Modul-Ensemble eingesetzt, bei dem mehrere bau- gleiche UV-Strahlermodule in Transportrichtung eines zu bestrahlenden Substrats gesehen hintereinander angeordnet sind.
Ausführunqsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und eines Ausführungs- beispiels näher erläutert. Im Einzelnen zeigt:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen UV-Strahlermoduls in einer räumlichen Darstellung,
Figur 2 eine technische Zeichnung des UV-Strahlermoduls in einer Drauf- sicht auf das Strahlaustrittsfenster, teilweise als Ausbruch mit Sicht auf die Strahleranordnung,
Figur 3 das UV-Strahlermodul in einem Querschnitt entlang der Linie B-B von Figur 2 in vergrößerter Darstellung, Figur 4 das UV-Strahlermodul in einem Längsschnitt entlang der Linie A-A von Figur 2 teilweise im Schnitt, und
Figur 5 eine Aneinanderreihung von UV-Strahlermodulen in schematischer
Darstellung.
Die Ausführungsform des UV-Strahlermoduls 1 von Figur 1 hat ein metallisches Gehäuse 2 mit einer Unterseite 3, einer nach außen gewölbten Oberseite 4, zwei plane Seitenwände 5 und zwei sich gegenüberliegende stirnseitige Abschluss- wände 6. Die Gehäuse-Länge beträgt etwa 1050 mm, die Gehäuse-Höhe etwa 300 mm und die maximale Gehäuse-Breie an der Unterseite 3 liegt bei etwa 160 mm.
Der größte Teil der Unterseite 3 wird von einer rechteckigen Öffnung eingenom- men, die von einem Strahlaustrittsfenster 7 in Form einer Quarzglasplatte mit den Abmessungen 856 x 142 mm wasserdicht verschlossen ist.
Die Wölbung der Oberseite 4 hat einen Radius von etwa 90 mm und erstreckt sich über die gesamte Gehäuse-Länge von einer Abschlusswand 6 zur anderen.
Die beiden planen Seitenwände 5 verlaufen von der Unterseite 3 zur Oberseite 4 und schmiegen sich an deren Wölbung an. Sie laufen schräg aufeinander zu und schließen dabei in ihrer gedachten Verlängerung einen Winkel von 14 Grad mitei- nander ein. Die Seitenwände 5 und die gewölbte Oberseite 4 sind aus einem Blechstück gefertigt. Auf die Sichtseite der einen Seitenwand 6 ist mittels Laser ein Schriftzug 8 eingraviert und daraufhin die Seitenwand vollständig elektropoliert worden.
Aus der einen Abschlusswand 6 ragen ein unterer Anschluss 9 eines Zuluftkanals (Figur 3; Bezugsziffer 31 ) für die Zufuhr von Kühlluft in das Gehäuse 2 und ein weiterer, oberer Anschluss 10 eines Abluftkanals (Figur 3; Bezugsziffer 32) für die Ableitung von erwärmter Kühlluft aus dem Gehäuse 2. Aus derselben Abschluss- wand 6 ist auch ein Kabel für den elektrischen Anschluss von vier UV-Strahlern 12 herausgeführt, die aus der Ansicht von Figur 2 erkennbar sind.
Die UV-Strahler 21 sind Quecksilberniederdrucklampen mit einem zylinderförmi- gen Lampenrohr aus Quarzglas und sich darin gegenüberliegenden Elektroden auf. Das Lampenrohr hat einen Außendurchmesser von 28 mm und ist an beiden Enden gasdicht mittels Quetschung verschlossen, durch die hindurch in üblicher Weise die Stromanschlüsse zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden geführt sind. Gefüllt ist das Lampenrohr mit einem Quecksilber-Amalgam und Neon; jedes Lampenrohr verfügt über ein Amalgamdepot. Die UV-Strahler 21 bilden eine flä- chige Strahler-Anordnung 20, in der die Strahlerlängsachsen parallel zueinander und in einer gemeinsamen Ebene (Figur 3; Strahlerebene E2) verlaufen. Die Strahleranordnung 21 erstreckt sich gleichmäßig zu beiden Seiten einer Spiegel- ebene M des Gehäuses 2 (in Figur 3 besser erkennbar). Der Abstand zwischen den Strahlerlängsachsen beträgt 36 mm. Die nominale elektrische Anschlussleis- tung der einzelnen Quecksilberdampfentladungslampen beträgt 580 W. Der Strah- lungsfluss kann bis zu 150 W betragen. Die Quecksilberniederdrucklampen 21 zeigen ein Emissionsspektrum mit hoher Effizienz der charakteristischen Emissi- onslinie bei 254 nm. In einem Abstand von 48 mm von der Strahlerebene E2 (das sind 20 mm unterhalb der Gehäuse-Unterkante 3) ergibt sich eine UV- Bestrahlungsintensität von 140 mW/cm2.
Aus der Schnittdarstellung von Figur 3 ist die vertikale Anordnung der wesentli- chen Komponenten des UV-Strahlermoduls 1 innerhalb des Gehäuses 2 gut zu erkennen. Die Oberseite des Strahlaustrittsfensters 7 verläuft in der Fensterebene E1 und darüber die flächige Anordnung 20 der vier UV-Strahler 21 , deren Längs- achsen die Strahlerebene E2 aufspannen. Der Abstand zwischen den Ebenen E1 und E2 beträgt 21 mm. Die Anordnung 20 der UV-Strahler 21 ist nach oben und seitlich von einem Reflektorblech 33 mit trapezförmigem Profil umgeben. Darüber verläuft der Zuluftkanal 31 für die Kühlluft, dessen Mittelachse die Horizontalebene E3 definiert. Und darüber verläuft der Abluftkanal 32, der lediglich als kurzer Stut- zen mit einer Länge von 2 cm ausgeführt ist, und dessen Mittelachse die Horizon- talebene E3 definiert.
Das Gehäuse 2 ist im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene M. Das Strahlaustrittsfenster 7 hat eine Plattenstärke von 4 mm; es liegt auf einer Abkantung der Seitenwände 5 auf und ist damit wasserdicht verklebt. Das Reflek- torblech 33 verläuft über die gesamte Länge der UV-Strahler-Anordnung 20. Der Zuluftkanal 31 hat einen Innendurchmesser von 85 mm. Seine Mittelachse liegt in der einer Spiegelebene M. Er erstreckt sich entlang der Gehäuse-Länge vom stirnseitigen Anschluss 9 bis zu einer in der Gehäusemitte angeordneten Gasver- teilerkammer (Figur 4; Bezugsziffer 41 ). Auch der Abluftkanal 32 hat einen Innen- durchmesser von 85 mm, und dessen Mittelachse liegt ebenfalls in der Spiegel- ebene M. Es ist erkennbar, dass der Abluftkanal 32 die Wölbung der Gehäuse- Oberseite 4 vorgibt und diese nahezu vollständig ausfüllt.
Aus der Ansicht von Figur 4 ist zu entnehmen, dass der Zuluftkanal 31 in die Gasverteilerkammer 41 mündet. Die Gasverteilerkammer 41 ist an ihrer dem Re- flektorblech 33 zugewandten Seite mit einer Vielzahl von Öffnungen 43 versehen, durch die hindurch die Kühlluft in den Raum einströmt, in dem sich die Anordnung 20 der UV-Strahler 21 befindet. An den Öffnungen 43 der Gasverteilerkammer 41 endet eine erste Luftführungszone, die die Luftführung der kalten Kühlluft vom Zu- luftkanal-Anschluss 9 bis zur Strahleranordnung 20 vorgibt.
Die Luftführung der erwärmten Kühlluft bis zum Abluftkanal-Anschluss 10 wird durch eine zweite Luftführungszone definiert. Dabei wird das erwärmte Kühlluft- Volumen ausgehend von der Strahleranordnung 20 über den freien Innenraum 44 des Gehäuses 2 dem in das Gehäuse 2 hineinragenden Ende des Abluftkanals 32 zugeführt und über den Abluftkanal-Anschluss 10 aus dem Gehäuse 2 vollständig entfernt. Eine Vermischung mit kalter Kühlluft findet dabei nicht statt, da die zweite Luftführungszone von der ersten Luftführungszone insbesondere fluidisch getrennt ist.
Die Kühlleistung der Kühlluft wird so ausgelegt, dass sich auf der Strahleranord- nung 20 eine Maximaltemperatur von weniger als 110 °C einstellt. Und zum Errei- chen einer möglichst örtlich homogenen Verteilung des UV-Bestrahlungsprofils werden die Kühlleistung und die örtliche Verteilung der Kühlluft so ausgelegt, dass sich zwischen der Maximaltemperatur und der Minimaltemperatur an den Queck- silberdepots der einzelnen Quecksilberniederdrucklampen 21 der Strahleranord- nung 20 eine Temperaturdifferenz von weniger als 10 °C einstellt.
Zur einfachen Wartung und zum Austausch der Quecksilberniederdrucklampen 21 lässt sich das UV-Strahlermodul 1 schubladenartig öffnen. Dabei verbleibt das Metall-Gehäuse 2, inklusive einer der beiden stirnseitigen Wände 6 und dem Strahlaustrittsfenster 7 fest am Ort. Herausgezogen wird die gegenüberliegende, mit dem Anschlusskabel 11 versehene stirnseitige Wand 6 mit den damit mecha- nisch verbundenen Komponenten wie den Quecksilberniederdrucklampen 21 , der Gasverteilerkammer 41 und dem Zuluftkanal 31. Das in das Gehäuse 2 hineinra- gende Ende der„Schublade“ ist mit einem elektrischen Stecker versehen, der sich beim Wiedereinschieben mit einer korrespondierenden Buchse in der Halterung 42 zu einer elektrischen Steckverbindung fügt.
Das erfindungsgemäße Strahler-Modul genügt auch hohe Anforderungen der ein- gangs genannten Hygiene-Standards und erfüllt den Grad der Abdichtung gemäß IP66.
Bei dichter Aneinanderreihung (theoretisch ohne Lücke; wobei in der Praxis eine kleine Lücke sinnvoll ist, damit Flüssigkeit ablaufen kann) baugleicher UV-
Strahlermodule 1 , wie in Figur 5 schematisch dargestellt, ergibt sich zwischen den UV-Strahlern 21 benachbarter Module 1 ein freier Abstand von lediglich 13,7 mm und ein Abstand der Mittelachsen von 55,4 mm. Das erfindungsgemäße UV- Strahlermodul 1 ist daher besonders geeignet für den Einsatz in einem Desinfekti- onssystem zur Ultraviolett-Bestrahlung von Verpackungsmaterial 51 für Nah- rungsmittel oder Arzneimittel. Dabei sind in Transportrichtung 52 des zu bestrah- lenden Verpackungsmaterials 51 mehrere UV-Strahlermodule 1 so hintereinander angeordnet, dass die Mittelachsen der Quecksilberniederdrucklampen parallel zu- einander und quer zur Transportrichtung 52 verlaufen.

Claims

Patentansprüche
1. UV-Strahlermodul (1 ) zur Ultraviolett-Bestrahlung eines Substrats (51 ), mit einem wasserdichten Gehäuse (2), das eine Strahleranordnung (20) umgibt, die mehrere jeweils eine Längsachse aufweisende Quecksilberniederdruck- lampen (21 ) umfasst, und das eine Unterseite (3), eine Oberseite (4) sowie mindestens zwei die Unterseite (3) und die Oberseite (4) miteinander verbin- dende Seitenwände (5; 6) sowie an der Unterseite (3) eine von einem Strahl- austrittsfenster (7) abgeschlossene Strahlaustrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) eine erste Luftführungszone (9; 31 ;
41 ) für die Zufuhr von Kühlluft und eine von der ersten Luftführungszone (9; 31 ; 41 ) getrennte zweite Luftführungszone (10; 32; 44) für die Ableitung er- wärmter Kühlluft ausgebildet sind, wobei in einem Querschnitt durch das Ge- häuse (2) senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen (21 ) und in Blickrichtung von der Unterseite (3) zur Oberseite (4) gesehen das Strahlaustrittsfenster (7), die Strahleranordnung (20) und die Luftfüh- rungszonen (9; 31 ; 41 ; 10; 32; 44) hintereinander angeordnet sind, und wo- bei die erste Luftführungszone (9; 31 ; 41 ) einen Zuluftkanal (31 ) umfasst, der mit mindestens einem Luftleitmittel (42) zur Zuführung von Kühlluft zur Strah- leranordnung (20) ausgestattet ist.
2. UV-Strahlermodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Querschnitt durch das Gehäuse (2) senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen (21 ) und in Blickrichtung von der Unterseite (3) zur Oberseite (4) gesehen die erste Luftführungszone (9; 31 ; 41 ) der zweiten Luftführungszone (10; 32; 44) vorgelagert ist.
3. UV-Strahlermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftführungszone (9; 31 ; 41 ) eine Zuluftkanal-Mittelachse und die zweite Luftführungszone (10; 32; 44) eine Abluftkanal-Mittelachse aufweisen, und dass die Zuluftkanal-Mittelachse und die Abluftkanal-Mittelachse parallel zueinander in einer gemeinsamen Gehäuse-Mittelebene (M) verlaufen, die sich senkrecht zum Strahlaustrittsfenster (7) erstreckt.
4. UV-Strahlermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ge- häuse (2) Spiegelsymmetrie in Bezug auf die Gehäuse-Mittelebene (M) auf- weist.
5. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die erste Luftführungszone (9; 31 ; 41 ) einen Zuluftkanal- Innendurchmesser und die zweite Luftführungszone (10; 32) einen Abluftka- nal-lnnendurchmesser aufweisen, und dass der Abluftkanal- Innendurchmesser um weniger als +/- 10% vom Zuluftkanal- Innendurchmesser abweicht, und dass vorzugsweise der Abluftkanal- Innendurchmesser und der Zuluftkanal-Innendurchmesser gleich sind.
6. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass im Querschnitt durch das Gehäuse (2) senkrecht zu den Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen (21 ) die Gehäuse- Oberseite (4) eine Wölbung aufweist.
7. UV-Strahlermodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Seitenwände (5) an die Wölbung der Oberseite (4) anschmiegen und einen Winkel im Bereich zwischen 5 und 40 Grad miteinander einschließen.
8. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Strahlaustrittsöffnung einen umlaufenden Absatz aufweist, mit dem das Strahlaustrittsfenster (7) verklebt ist.
9. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Längsachsen der Quecksilberniederdrucklampen (21 ) in einer gemeinsamen Strahlerebene (E2) verlaufen und dass die Strahler- anordnung (20) so ausgelegt ist, dass sie auf dem Substrat (51 ) eine UV- Bestrahlungsintensität von mindestens 100 mW/cm2, vorzugsweise mindes- tens 120 mW/cm2 bewirkt - gemessen in einem Abstand von 48 mm von der Strahlerebene (E2).
10. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Strahleranordnung (20) auf ihrer dem Strahlaustritts fenster (7) abgewandten Seite mindestens teilweise von einem Reflektor (33) umgeben ist.
11. UV-Strahlermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass mindestens eine der Gehäuse-Seitenwände (5) eine mit einer Markierung (8) versehene Sichtseite hat, wobei die Markierung (8) durch Lasergravur erzeugt ist und anschließend die Sichtseite durch Elektro- polieren geglättet ist.
12. Verwendung eines UV-Strahlermoduls (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Desinfektionssystem zur Ultraviolett-Bestrahlung von Verpa- ckungsmaterial für Nahrungsmittel oder Arzneimittel.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3682745A1 (de) * 2019-01-21 2020-07-22 Heraeus Noblelight Ltd. Blitzlampenkartusche für dekontaminations- und dekontaminationseinheit
DE102020109582A1 (de) 2020-04-06 2021-10-07 Heraeus Noblelight Gmbh Dekontaminierungssystem, Verwendung eines Dekontaminierungssystems und Verfahren zum Dekontaminieren eines Medizinprodukts
US11964063B2 (en) * 2020-09-25 2024-04-23 Shenzhen Antop Technology Co., Ltd Towel disinfection dryer
DE202020105951U1 (de) 2020-10-19 2022-01-20 Ruco Licht Gmbh Hygieneleuchte
CN116940055A (zh) * 2022-04-08 2023-10-24 贺利氏特种光源有限公司 冷却的红外线或uv模块

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6092535U (ja) * 1983-11-30 1985-06-24 ウシオ電機株式会社 閃光殺菌装置
JPS6058978B2 (ja) * 1983-11-30 1985-12-23 明治乳業株式会社 異形容器内表面の殺菌方法
JPH0360734A (ja) * 1989-07-27 1991-03-15 Toshiba Lighting & Technol Corp 紫外線照射装置
JP3646820B2 (ja) * 1996-01-30 2005-05-11 岩崎電気株式会社 紫外線殺菌装置
WO1998054525A1 (de) * 1997-05-26 1998-12-03 Bernhard Max Glaus Vorrichtung zum bestrahlen eines substrats mittels uv-strahlen und verfahren zum betrieb der vorrichtung
JP2000107263A (ja) * 1998-09-30 2000-04-18 Iwasaki Electric Co Ltd 紫外線殺菌装置
JP2010097834A (ja) * 2008-10-17 2010-04-30 Ushio Inc バックライトユニット
WO2014059567A1 (zh) * 2012-10-17 2014-04-24 宁波伟依特照明电器有限公司 一种led三防灯
DE202013000809U1 (de) 2013-01-28 2013-03-07 PURION GmbH Ultraviolett-Luftdesinfektionsvorrichtung
DE102014104851B4 (de) * 2014-04-04 2017-03-30 Heraeus Noblelight Gmbh Vorrichtung zur Entkeimung mittels ultravioletter Strahlung
CN204760737U (zh) * 2015-03-28 2015-11-11 武汉新特光电技术有限公司 一种风冷紫外激光器
JP6294898B2 (ja) * 2016-01-15 2018-03-14 Hoya Candeo Optronics株式会社 光照射装置
DE202017101112U1 (de) 2017-02-28 2017-05-10 Heraeus Noblelight Gmbh Strahler-Modul und Desinfektionssystem unter Einsatz desselben

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