NL1036561C2 - Werkwijze en inrichting voor het behandelen en / of karakteriseren van een fluidum. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het behandelen en / of karakteriseren van een fluïdum

Onderhavige vinding betreft een werkwijze en inrichting voor het behandelen en / of karakteriseren van een fluïdum gekenmerkt door een houder waarin zich tenminste een gas bevindt, middelen om energie aan het gas toe te voegen waarbij een plasma ontstaat en 5 middelen om de straling die het plasma uitzendt over te brengen op een fluïdum waarbij het gas bij voorkeur uit waterstof met een druk beneden 0.1 bar bestaat, de middelen om energie aan het gas toe te voegen bij voorkeur uit een gloeispiraal en / of een laagfrequente wisselspanning en / of een hoogfrequente wisselspanning en / of een gelijkspanning en / of een gepulseerde gelijkspanning en / of anorganische zouten 10 waaronder kaliumzouten en strontiumzouten bestaan en de inrichting ter overbrenging van de door het plasma geproduceerde straling bij voorkeur bestaat uit een kwartsbuis waardoor het fluidum stroomt.

Inleiding 15 In de chemische industrie, de procesindustrie, de voedingsmiddelenindustrie en de procestechnologische waterwereld bestaat een groeiende behoefte aan duurzame zuiverings- en desinfectietechnologie. Onderhavige vinding beschrijft een dergelijke technologie.

Het is in de literatuur bekend dat een plasma kan worden gevormd in een vacuumbuis 20 waarin zich waterstofgas bevindt bij een druk van 1 millibar. In een bekende uitvoeringsvorm bevindt zich in de vacuumbuis een gaas waarop een laagje van een kaliumverbinding is aangebracht en waarbij dit gas in cilindervorm rondom een stookspiraal van wolfraam is gevouwen. Door de stookspiraal elektrisch op te warmen tot een temperatuur van circa 1100 graden Celsius ontstaat en plasma. Dit is bijzonder omdat 25 volgens gangbare theorie onder deze omstandigheden geen plasmavorming wordt verwacht. In de open literatuur is ook bekend dat het plasma straling in het ultraviolette gebied produceert en dat de golflengte van dit ultraviolette licht onder bepaalde omstandigheden zeer kort is i.e., korter dan 100 nm.

Onderhavige vinding beschrijft een werkwijze en inrichting waarmee het mogelijk is om 30 hoge doses korte golf UV straling te produceren en deze zodanig over te brengen op een fluidum dat desinfectie en / of chemische reaktie in het fluidum optreedt.

Technische beschrijving van onderhavige vinding

In een klassieke gasontladingslamp zoals een TL buis vindt gasontlading plaats tussen 2 35 elektroden die aan weerszijden van de buis zijn geplaatst. In commercieel verkrijgbare gasontladingslampen bevindt zich, afhankelijk van de toepassing, een edelgas(mengsel) of kwikdamp. Volgens stand der techniek zijn de elektroden van de gasontladingslamp 2 uitgevoerd als gloeidraad en bij voorkeur bedekt met een pasta van bariumoxide. Het bariumoxide maakt elektronenemissie bij matig hoge temperaturen mogelijk. Voor het ontstaan van het plasma is een groot spanningsverschil tussen de elektroden noodzakelijk. Dit spanningsverschil wordt door middel van inductie aangebracht. In de praktijk blijkt een 5 spanningverschil tussen de elektroden van circa 1000 volt voldoende om in de lamp een plasma te laten ontstaan. Aangezien de geleidbaarheid van het plasma zeer groot is, is het spanningsverschil tussen de elektroden dat noodzakelijk is om het plasma in stand te houden laag. Het is bekend dat het plasma UV straling emiteert. Met name gasonladingslampen met kwikdamp blijken uitermate geschikt om UV straling voor 10 desinfectiedoeleinden op te wekken.

Onderhavige vinding betreft de toepassing van gasontladingslampen met daarin bij voorkeur waterstofgas onder zeer lage druk, bij voorkeur in het gebied van 0.01 mbar tot 0.1 bar ter behandeling van een fluïdum waaronder desinfectie. Onder fluïdum wordt in deze aanvrage verstaan: een gas(mengsel) en / of een vloeistof(mengsel) en / of een nevel 15 van vloeistof in een gas en / of een dispersie van gas in een vloeistof.

In een eerste uitvoeringsvorm is de gasontladingsbuis van kwarts vervaardigd en uitgerust met een gaas waarop een laagje van een kaliumverbinding is aangebracht en waarbij dit gas in cilindervorm rondom een stookspiraal van wolfraam is gevouwen. Door de stookspiraal elektrisch op te warmen tot een temperatuur van circa 1100 graden Celsius 20 ontstaat en plasma. Dit plasma zendt ultraviolet licht uit in het gebied van circa 50 nm tot circa 350 nm. De intensiteit van het ultraviolette licht en de golflengteverdeling kunnen worden ingesteld aan de hand van de temperatuur van de gloeispiraal en de hoeveelheid kalium- en / of strontiumzout die op het gaas is aangebracht. Rondom de kwartsbuis stroomt een fluïdum. Hierdoor wordt het fluidum blootgesteld aan de ultraviolette straling en 25 vindt desinfectie plaats. Opgemerkt wordt dat de energie-efficiency van het systeem volgens onderhavige vinding, waarmee UV licht wordt geproduceerd en een fluidum kan worden gedesinfecteerd, veel hoger is dan systemen volgens stand der techniek.

In een tweede uitvoeringsvorm is de gasontladingsbuis van de eerste uitvoeringsvorm uitgerust met elektroden die op een wisselspanning en / of een gelijkspanning en / of een 30 gepulseerde gelijkspanning en / of een elektromagnetische zender kunnen worden aangesloten. Het is voor de vakman duidelijk dat op deze wijze de hoeveelheid energie die in het plasma wordt gedissipeerd nauwkeurig kan worden ingesteld. De uitvinders van onderhavige vinding hebben vastgesteld dat op deze wijze de intensiteit van de UV straling en de energie-effiency waarmee nuttige UV straling wordt opgewekt kan worden ingesteld. 35 In een derde uitvoeringsvorm zijn de elektroden uit de tweede uitvoeringsvorm uitgerust met gloeispiralen die een laagje van een anorganisch zout bevatten. Een niet beperkende opsomming van geschikte anorganische zouten is kwikzouten, kaliumzouten, 3 strontiumzouten, bariumzouten, verbindingen die metaalionen bevatten, carbonaten, silicaten. Opgemerkt wordt dat bij toepassing van deze uitvoeringsvorm de gloeispiraal zoals beschreven in de eerste uitvoeringsvorm desgewenst kan worden weggelaten.

In een vierde uitvoeringsvorm wordt energie naar het gas in de gasontladingslamp middels 5 inductie overgedragen. Dit is mogelijk door gebruikt te maken van spoelen of ferrietstaven waaromheen een spoel is gewikkeld die in of in de nabijheid van de gasontladingslamp zijn geplaatst. Deze spoelen kunnen direct van energie worden voorzien door deze aan te sluiten op een (hoogfrequente) wisselspanningsbron dan wel indirect door inductie.

In een vijfde uitvoeringsvorm bevindt zich in het fluïdum een bij voorkeur gefluidiseerd bed 10 van inductiespoelen in de nabijheid van deeltjes waarin zich waterstof onder lage druk bevindt. De individuele deeltjes worden middels inductie van energie voorzien waardoor gasontlading in de deeltjes plaatsvindt en de deeltjes UV licht gaan uitzenden met waterbehandeling waaronder desinfectie als resultaat.

In een zesde uitvoeringsvorm bestaat het gas in een van de voorkeuruitvoeringsvormen 15 een tot en met vijf uit een mengsel van waterstof en / of helium en / of argon en / of krypton en / of neon en / of stikstof en / of zuurstof en / of een halogeen en / of een metaaldamp.

Het is voor de vakman duidelijk dat de opgesomde uitvoeringsvormen kunnen worden gecombineerd en dat er verschillende manieren zijn om een fluïdum op efficiënte wijze langs de gasontladingslamp te laten stromen. De uitvoeringsvormen zijn dan ook geenszins 20 limiterende voorbeelden voor onderhavige vinding.

Het is voor de vakman ook duidelijk dat in plaats van kwarts, als materiaal om UV straling van een ruimte waarin de UV straling wordt opgewekt te transporteren naar een andere ruimte waarin zich een fluïdum bevindt, ook andere materialen die doorlaatbaar zijn voor UV straling kunnen worden toegepast.

25 Verder is voor de vakman duidelijk dat de technologie volgens onderhavige vinding ongekende mogelijkheden biedt als sensor i.e., ter bepaling van de eigenschappen van een fluïdum aangezien met name UV straling met een korte golflengte door veel verschillende soorten fluidum en chemische verbindingen geabsorbeerd wordt. Als niet beperkende voorbeelden voor een sensor op basis van de technologie volgens onderhavige vinding 30 worden genoemd: • Een sensor voor fingerprinting van water waarbij afhankelijk van de in het water opgeloste componenten UV straling van een bepaalde golflengte wordt geabsorbeerd. Kort gezegd komt dit erop neer dat gangbare UV spectroscopie met de technologie volgens onderhavige vinding kan worden uitgebreid tot een gebied 35 met kortere golflengten.

• Een sensor voor fingerprinting van water waarbij op bijvoorkeur elektrische en / of chemische wijze adsorpie van in het water aanwezige componenten aan een voor 4 UV straling doorlaatbaar oppervlak wordt gerealiseerd. Hierdoor worden deze componenten in het water geconcentreerd en wordt de gevoeligheid van de korte golf UV spectroscopie vergroot. Bij voorkeur wordt de adsorptielaag voor de in het water aanwezige componenten aangebracht aan de buitenkant van de houder 5 waarin de korte golf UV straling wordt opgewekt.

• Een sensor voor fingerprinting van water waarbij een oppervlak van de sensor wordt gecoat met een verbinding die UV straling omzet naar straling met een breed spectrum van verschillende golflengten en waarna vervolgens spectroscopie met een grote bandbreedte wordt toegepast.

10 Daarnaast is het voor de vakman duidelijk dat toepassing van coatings aan de buitenkant van de houder waarin het korte golf UV licht wordt geproduceerd de volgende toepassingen op productieschaal mogelijk maakt: • Selectieve adsorptie en efficiënte ontleding van sporen verontreinigingen in een fluidum waaronder water.

15 · Omzetting van UV straling in een breed spectrum van straling van het korte golf UV

gebied tot in het infrarood gebied. Door verandering van de aard van de coating is het mogelijk om de aldus opgewekte straling met een hoge efficiëntie toe te passen voor bijvoorbeeld het kweken van algen, chemische omzettingen waaronder oxidatiereakties, desinfectie maar niet daartoe beperkt.

20 Tot slot is voor de vakman duidelijk dat de technologie volgens onderhavige vinding kan worden gecombineerd met meer gangbare technologieën zoals het toevoegen van waterstofperoxide en ferro (Fe(ll)) ionen, ultrasone technologie, chemische oxidatiemiddelen waaronder ozon en actief chloor. Op deze wijze wordt een synergetisch effect verkregen hetgeen inhoudt dat water kan worden behandeld tegen lagere kosten en 25 met een hogere efficiency dan wanneer elk van deze technieken afzonderlijk zou worden toegepast.

30 1036561 35

Claims (1)

1. Werkwijze of inrichting zoals beschreven in de tekst. 10 15 20 25 30 35 1036561