NO791869L - Lavtrykksdamplampe, spesielt kvikksoelvlampe samt bestraalingsreaktor med en slik lampe - Google Patents

Description

Lavtrykksdamplampe, spesielt kvikksølvlavtrykkslampe, samt bestrålingsreaktor med en slik lampe.

Lavtrykksdamplamper består sedvanligvis av et kvartsrør

fylt med metalldamp ved et damptrykk på f.eks. 0,1 torr og med to endeanbragte elektroder, som kan være omgitt av et kanpei-ør og eventuelt ytterligere være kjølet. Under driften danner det seg mellom disse elektroder en bueutladning, som utnyttes til lysavgivelse. Blant lavtrykksdamplamper errkvikksølv-lavtrykksdamplamper særlig foretrukne, fordi de er velegnete til utsendelse åv ultraviolett stråling. Det fra disse lamper utsendte lys er nemlig et rent linjespektrum, som har et stort innhold av ultraviolett lys og ved 254 nm har en særlig kraftig spektral linje.

Bruken av fotokjemiske reaksjoner ved hjelp av ultraviolett bestråling er av stadig stigende betydning, idet fotokjemiske desinfiserings- og sterilisasjonsprosesser utgjør et særlig viktig anvendelsesområde. Et antall av disse reaksjoner, herunder først og fremst de nevnte fotokjemiske desinfiserings-og sterili-sas jonsprosesser frembyr en utpreget avhengighet av strålingsintensiteten, således at en høy strålingsintensitet blir av avgjørende betydning. Dette beror på at de pågjeldende reaksjoner krever en samtidig tilstedeværelse av et bestemt minste antall lyskvanter, f.eks. 4 eller 5 lyskvanter, ved hvert reagerende molekylarområde, således at den ønskede prosess slett ikke lar - seg gjennomføre ved anvendelse av en stråling med så liten intensitet, at dette minste antall av lyskvanter ikke står til rådighet på samme tid. bet kan heller ikke bøtes på dette f.eks. ved bruk av en forlenget bestrålingstid.

Særlig for disse sterkt intensitetsavhengige reaksjoner er de ovenfornevnte kvikksølvlavtrykkslamper ikke særlig godt egnet, da den strålingstetthet, som avgis, fra deres ytre over-I flate, i praksis ikke kan overstige en maksimalverdi på ca.

30 mW/cm 2. Dette vil ofte være utilstrekkelig i seg selv, men >: ytterligere i betraktning av, at man for gjennomførelse av en teknisk rimelig reaksjon normalt ikke kan holde de bestrålede romfang alt for små. Hittil har man i disse tilfelle hjulpet seg med å sammensette strålingen fra flere lamper, eventuelt også under bruk av reflektorer, hvorved lyset kan konsentreres mot "reaks-ionsvolumet• Dette er imidlertid ganske besværlig

og innebærer en dårlig energiutnyttelse.

Oppfinnelsen angår en lavtrykksdamplampe av den i innledningen til krav 1 angitte art og tilstreber å angi en slik lavtrykksdamplampe, som pa en stor strålingsflate kan avgi en høy strålingstetthet, og som muliggjør oppbygningen av bedre og

mer virkningsfulle bestrålingsreaktorer. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen på overraskende enkel måte derved, at lamperøret er utformet med i lengderetningen flatt tverrsnitt, og at elektrodene strekker seg i rørets bredderetning.

Oppfinnelsen bygger på den erkjennelse, at den forholdsvis lille strålingstetthet, som avgis fra de hittil kjente kvikk-sølvlavtrykkslamper er betinget av, at der hittil alltid har vært benyttet runde tverrsnitt for lamperørene. Det lysstrålende plasma i lamperøret antager derved tvangsmessig en sylinderform, som i forhold til sitt volum kun har en overflate av liten størrelse. Dette medfører, at den stråling, som frembringes ved den indre kjerne i plasmaet, i vid utstrekning gjenabsor-beres i de ytre plasmalag og derved går tapt som varme, således at det praktisk talt kun er den stråling, som frembringes i de ytre plasmalag, som nyttigjøres og kan avgis utadtil.

Denne karakter av lysavgivelsen er vidtgående uavhengig av lamperørets diameter, med mindre denne holdes meget liten, V hvilket til gjengjeld vil fremby den ulempe, at totalutstrålin-gen blir alt for liten.

Ved lysrøret ifølge oppfinnelsen vil det ikké forekomme

noen indre absorpsjon av en betydende del av den frembragte stråling, da det lysende plasma nå har form av et "brett" dvs.

et legeme med stor brede og kun liten tykkelse. På denne måte kan praktisk talt hele den frembragte stråling nyttiggjøres

ved utsendelse fra begge lamperørets bredsider, og resulta-

tet er en lampe med et i forhold til en rund lampe med samme tverrsnittsareal forøket strålingsflate og med vesentlig for-høyet strålingstetthet, som ved et gitt energiforbruk kan være mer enn de dobbelte av de hittil oppnådde. Samtidig opp-

trer en overraskende høy grad av stabilitet i det lysende plasma.

En ytterligere fordel ved oppfinnelsen består i, at den ved

den nevnte strålingsabsorbsjon frembragte varme elimineres.

Av denne grunn såvel som på grunn av, at et rør med flatt tverrsnitt er langt lettere å kjøle enn et tilsvarende rundt rør, vil lampen ifølge oppfinnelsen kunne drives med langt høyere energiforbruk enn hittil, hvorved strålingstettheten ytterligere kan forhøyes ganske vesentlig.

Det forhold>at lampen ifølge oppfinnelsen i det vesentlige

kun avgir sin stråling ved begge bredsidene, hvor strålingen til gjengjeld avgis med overordentlig høy intensitet, mulig-gjør konstruksjonen av bestrålingsreaktorer som kan være utformet med en eller flere av lampene ifølge oppfinnelsen og er således utformet, åt det medium, som skal bestråles, føres gjennom et reaktorhus med i det vesentlige rettvinklet strøm-ningstverrsnitt. Lampen eller lampene kan derved være an-

bragt således i reaktorhuset, at de med deires bredsider dekker mediets strømningsvei. Slike reaktorer vil i forskjellige ut-førelsesformer ikke alene være lette å fremstille, med de kan oppvise en overordentlig høy virkningsgrad, da de kan tilpasses optimalt til lampenes strålingsgeometri. De kan dessuten fremby ytterligere fordeler.

Alternativt kan man ved hjelp av lampen ifølge oppfinnelsen frembringe en bestrålingsinnretning ved hvilken lampen er innesluttet i et lukket kapperør og derved kan tjene som dykker-lampe til bestråling av strømmene eller stående medier. Også herved vil en rekke fordeler kunne oppnås.

Et typisk anvendelsesområde for lampen ifølge oppfinnelsen henholdsvis en dermed forsynt bestrålingsreaktor, er UV-desinfisering av vann, til hvilket formål den kraftige bølgelengde på 254 nm er særlig viktig. Naturligvis vil det også være mange andre mulige anvendelsesområder, herunder også slike ved hvilke de hittil kjente runde lamper kun i liten grad.eller slett ikke har kunnet finne anvendelse. På grunn av den høye strå-' I lingstetthet og den gunstige geometriske form ved lampen ifølge . oppfinnelsen kan denne således: eksempelvis anvendes til frembringelse av ozon, når lamperøret utføres, av et materiale,

som tillater gjennomgang av bølgelengdeområdet ca. 180-200 nm.

Det er velkjent, at det ved UV-bestråling av gassformet surstoff dannes ozon. Utbyttet hermed har dog hittil vært meget lite, således at man ved praktisk ozonfremstilling har foretrukket andre fremgangsmåter, f.eks. innvirkning av elektriske ut-ladninger på surstoff. Den hittil kjente dårlige virkningsgrad ved ozonfremstilling ved hjelp av UV-stråling beror bl.a. derpå, at det først dannede ozon dekomponerer ved lengre innvirkning særlig av bølgelengden 2 54 nm. Da man hittil ved ozonfremstilling ved hjelp av UV-stråling har måttet la surstoffet eller en surstoffholdig gass strømme i aksialretningen av et rundt, med et tilsvarende kapperør omgitt lamperør, har denne dekomponering vært uungåelig, endog ved anvendelse av ganske korte lampe-

rør. Ozonutbyttet har derfor neppe oversteget 0,15 g pr. 20W lampeeffekt. Med lampen ifølge oppfinnelsen vil det kunne oppnås et betydelig høyere utbytte i form av gassformet ozon, og for øvrig vil det såvel være mulig ved bruk av en bestrålingsreaktor med et slikt rør å fremkalle omdannelse av det i vann oppløste surstoff direkte til ozon.

Oppfinnelsen forklares i det følgende nærmere i forbindelse

med tegningene,. på hvilke.

fig. 1 er et skjematisk snittriss av en første utførelsesform for en lampe ifølge oppfinnelsen, vist sammen med en som dykke - rør utformet bestrålingsinnretning,

fig.2 ér et snitt etter linjen II-IT i fig.l,

fig.3 er et til fig. 2 svarende snittrissav en endret utførelses-" form for lampen,

fig.4 og 5 er tilsvarende snittriss av en bestrålingsinnretning .. til frembringelse av ozon i gassf asen,

fig.6 er etskjematisk ende.riss av en endret utførelsesform for lampen ifølge oppfinnelsen,

fig.7 og 8 er henholdsvis et skjematisk over- og sideriss av en bestrålingsreaktor for strømmende mediér,

fig.'9 er et snitt av en detalj i reaktoren ifølge fog. 7 og 8,

fig. 10 og ll^er skijematiske riss av to endrede utførelses-former for reaktoren ifølge fig. 7 og 8,

fig.12 er et skjematisk snitt av en annen bestrålingsreaktor for strømmende medier,

fig.13 er et tilsvarende riss av en endret utførelse for reaktoren ifølge fig. 12, og

fig.14 er et skjematisk riss av en ytterligere endret utførelse for reaktoren ifølge fig. 7 og 8.

I alle figurer er motsvarende deler betegnet med samme henvis-ningstall, mens de funksjonsmessig tilsvarende modifiserte deler er betegent med samme tall forsynt med en indeksstrek.

I fig. 1 er vist en kvikksølv-lavtrykkslampe 1 med et lampe- . rør 9, som tydligst vist i fig. 2 er utformet med flatt tverrsnitt og består av kvartsglass eller et tilsvarende, for UV-stråling gjennomtrengelig materiale. Ved sine ender er lamperøret forsynt med sokkelstykker 2, som hver er forsynt med gjennomføringselektroder 3, mellom hvilke det inne i røret i dettes bredderetning strekker seg en langstrakt elektrode 19.

De ytre elektrodeforbindelser er ikke nærmere vist. Lampen 1

er fylt med.kvikksølvdamp i det sedvanlige lavtrykksområde.

Den i fig. 1 viste lampe 1 kan i en utførelse for 220V drifts-spenning ha et tverrsnittmål på ca. 10x30 mm og en effektiv lengde på ca'. 80 cm. Elektrodene 19 kan herved være ca. 5-20 mm lange, dog noe avhengig av det benyttede elektrodemateriale.

Når en slik lampe drives med en effekt på f.eks. 120W yter den

o 2 i

.en strålingstetthet pa mer enn 260mW/cm dvs. mer enn det ti-

dobbelte av en konventionell lampe med rund sylinderform. Strålingen avgis dessuten i alt vesentlig kun ved begge bredsider av lamperøret 9, dvs. vinkelrett på lampens langsgående midtplan, hvilket er en vesentlig ytterligere fordel.

Drifteffekten for lampen 1 kan ikke økes vilkårlig, fordi den.lysende plasmabue blir instabil fra og med en bestemt øvre grenseverdi, som ved et forannevnte talleksempel ligger ved ca. 150W. Det er imidlertid mulig å holde lysbuen sta-

bil også ved høyere drifteffekt, nemlig ved at man jfr. fig. 6

i stedet for den enkelte elektrode 19 anvender to eller flere uavhengige elektroder 19" i et rør med tilsvarende forøket bredde. Ved bruk av to elektrodepar og dermed to plasmabuer pr. lampe kan man i forbindelse med det ovennevnte talleksempel uten videre øke lampeeffekten til 250W , hvilket også betyr en ytterligere forøkelse av strålingstettheten, da lamperøret ikke tilsvarende behøver å være fullt ut dobbelt så bredt.

Med tre eller flere elektrodepar kan man således uten vanske-lighet oppnå ennu høyere effekter for lampen 1.

Da lampen 1 avgir sin stråling fra begge bredsider av lamperøret på ensartet måte, uansett om lampeelektrodene er utført i henhold til fig. 1 eller fig. 6, foretrekkes det ved UV-bestråling av væsker, f. eks. f or UV-desinfisering av vann eller lignende, atbenytte lampen som dykke-lampe. I det i fig.l viste eksempel er lampen 1, som også kan være utført jfr. fig. 6, til dette formål omgitt av et kapperør 4, som likeledes skal bestå av kvarts eller et tilsvarende materiale. Dette kappe-rør har en tverrsnittsform avpasset etter lampen 1, dvs. likeledes en langaktig flat tverrsnittsform, og er tet tillukket, eksempelvis ved hjelp av et lokk 5 eller ved hjelp av en inte-grert endevegg 6 som vist ved den nedre ende i fig. 1. Gjennom lokket 5, fig. 1, er innført to kjølerør 7 og 8, som strekker langs de motstående smalsider av lamperøret og f.eks. tilføres en kjølegass. Kjølegassen strømmer gjennom rørene 7 og 8 og for-later disse ved deres nedre ende, hvoretter den strømmer til-bake i mellomrommet mellom lampen 1 og kapperøret 4 inntil den atter strømmer ut gjennom et utløpsrør 10 i dekselet 5.

Det er ikke ubetinget nødvendig å kjøle lampen 1, og neden- for skal beskrives noen utførelseseksempler med ukjølede lamper. Hvis det anvendes kjøling, behøver denne heller ikke ubetinget å utføres på den ovenfor beskrevne måte. Eksempelvis kan kjølingen også utføres således, at begge rørene 7 og 8 er forbundet med hverandre ved deres nedre ende og gjennomstrømmes med kjølevann, hvorved det ene røret så kan tjene som tilførsels-rør og det andre røret som avgangsrør.

Videre er det mulig å innføye kjølerørene i lampen 1, idet man som vist i fig. 3 kan utforme to kamre 7' og 8' langs begge smalsidene av lamperøret 9', hvilke kamre gjennomstrømmes av kjølemedium. Det er i alle fall viktig at kjølerørene, hva enten de utgjør særskilte elementer eller er forbudnet med lampen, strekker seg langs lampens smalsider, således at de ikke influe-rer på den høye strålingstettehet, som uttrer ved flatestrålingen fra begge lampenes bredsider. Den ved smalsidene uttredende stråli som allikevel utgjør en meget liten andel av den totale stråling, kan kun ytterst vanskelig utnyttes, eksempelvis ved hjelp av ytterligere reflektorer, og kjølerørene vil derfor slett ikke virke forstyrrende.i dette område.

I en noe endret utførelse kan den i fig. 1, viste bestrålingsinnretning med en eller flere lamper.1, hvis elektroder kan være utformet i henhold til enten fig. 1 eller fig. 6, på fremrangende.måte utnyttes til fremstilling av ozon i gassfasen. Det er hertil kun nødvendig å utføre lamperøret 9 i et kvartsmateriale, som er tilstrekkelig gjennomtrengelig for bølgelengden 183 nm, mens der i stedet for kjølerørene 7 og 8 jfr. fig. 1 benyttes to produktførende rør, som er således

utformet, at surstoff eller en surstoffholdig gass kan strømme tvers over bredsidene av lamperøret 9, altså fra den ene smalside til den andré. Derved kan den bestrålede gass etter en meget kort oppholdstid i innretningen, innen den ozon-gjennombrytende stråling med bølgelengde 254 nm kan nå å få noen nevneverdig virkning, atter utføres fra strålingsområdet, hvilket medfører én betraktelig forhøyelse av ozonutbyttet. Det er herved mulig å benytte innretningen som en ren ozongenerator og å optimere driftbetingelsene med henblikk på dette anvendelsesformål. Imidlertid kan ogås en kombindert anvendelse komme på tale, nemlig til frembringelse av ozon og samtidig for utnyttelse av lam-

pestrålingen også til andre fotokjemiske .reaksjoner. Særlig for så vidt angår, desinfisering.av væsker, f.eks. vann, vil en sådan kombinert anvendelse være gunstig, idet f.eks. den med et UV-gjennomstrålelig kapperør forsynte lampe 1 kan anbringes

som dykke-lampe i vannet og ytterligere gjennomstrømmes av surstoff eller en surstoffholdig gass under anvendelse av den ovenfor beskrevne tverrstrømning, således at den herved utviklede ozon kan innføres i vannet på et annet sted til for- eller etter-desiiifis ring. En sådan anvendelse er ugjennomførlig med konvensjonelle kvikksølv-lavtrykkslamper.

Når lampen 1 på den sistnevnte måte i forbindelse med UV-desinfisering ; ytterligere skal levere gassformet ozon som sideprodukt. er det hensiktsmessig at produktledningsrørene 17 og 18 er anordnet på den i fig. 4 viste måte, svarende til de i fig. 1 viste kjølerør 7 og 8, idet de dog er lukket ved deres nederste ende og for øvrig med mellomrom er utformet med dyseansatser 11 og 12, som åpner seg parallelt til begge bredsidene av lamperøret 9. Når surstoff eller en surs tof f holdig gass,, f.eks. luft, tilføres under et lett overtrykk f.eks. gjennom det ene røret 17 med tilhørende dyser 11 og utsuges som ozonholdig gass med et lett sug gjennom det andre røret 18 med tilhørende dyser 12, oppnås det ved denne innretning, at den bestrålede gass i det minste i området for de samvirkende dysepar føres i en tilstrekkelig god tverrstrømning hen over lamperøret, dvs. hurtig bort igjen fra strålingsinnvirkningen. Det oppnås herved et tilsvarende høyt ozonutbytte.

I fall lampen utelukkende skal brukes til fremstilling av gassformet ozon utføres den fortrinnsvis jfr. det i fig. 5 viste eksempel. Ved denne lampe er det anbragt to halvskåler13 og 14, som omgir de to smalsidene av lamperøret 9 under friholdelse av to like store ringspalter 15 og 16 og består av edelstål eller et tilsvarende ozonbestandig materiale. Den ene av ringspaltene f.eks. ringspalten 15 ut for halvskålen 13 tilføres den sur-stof fholdige gass under trykk, mens den andre ringspalten 16 tjener til avtrekk av den ozonholdige gass.. Begge bredsidene av lamperøret 9 overstrømmes på denne måte med en utpreget tverr-strømning, som alt etter lamperørets brede kun er noen få centi-meter lang og har en maksimal lagtykkelse på ca. 3 mm. Til inn-j- føring og uttrekning av gassen er de to produktledningsrør 17' og 18' forbundet med ringspaltene 15 og 16 med mellomrom langs lamperøret 9.

For å forhindre at den gass, som strømmer gjennom ringspaltene

15 og 16 i lamperørets aksialretning, utsettes for den for ozonin

skadelige bølgelengde på 254 nm, kan begge smalsidene av lamperøret 9 gjøres ugjennomtrengelig for stråling ved svertning eller ved anbringelse av ytterligere halvskaller av metall til begrensning av ringspalten inn mot lamperøret. Likeledes vil innersidene på halvskålene 13 og 14 kunne forsynes med et refleksjonsnedsettende " belegg, - i fall halvskallene for øvrig består av et UV-reflekterende materiale. Dessuten er det også ' ved utførelseseksemplet ifølge fig. 4 hensiktsmessig å la begge lamperørets smalsider være gjennomtrengeiigefor stråling, når rørene 17 og 18 med dyseansatsene 11 og 12 ikke består av metall,, men f.eks. av kvartsglass. Hvis innretningen kun skal benyttes til ozonfremstilling er det ikke nødvendig å benytte kapperør 4 - av UV-gjennomtrengelig materiale, idet det vil være tilstrekkelig å benytte et kapperør f.eks. av edelstål.

Hvis man omvendt ikke skal fremstille ozon, men alene utføre en UV-bestråling av væsker eller eventuelt gasser, f.eks. en UV-desinfisering av vann eller lignende, har det vist seg fordelaktig å innbygge et antall lamper 1 i en utførelse jfr. fig. 1 eller fig. 6 uten ytterligere kjøleinnretninger som dykke-lamper i en av væsken gjennomstrømmet bestrålingsreaktor med rettvinklet tverrsnitt. Et rettvinklet gjennornstrømningstverrsnitt for det medium, som skal bestråles, medfører nemlig en optimal utnyttelse av lampenes strålingsgeometri, fordi lampene avgir deres stråling i det vesentlige kvin ved deres bredsider vinkelrett på lampenes lengdemidtplan. Dessuten vil de kunne fremstillesoverordentlig billig, f.eks. av edelstål eller eventuelt også av Teflon, likesom de vil muliggjøre en konstruksjon ved hvilken de enkelte lamper kan utskiftes hurtig og bekvemt også under driften.

Et typisk eksempel på en sådan bestrålingsreaktor 20 til UV-desinfisering avvanner vist i <toppriss . i 'fig. 7 og et sideriss i fig. 8.. Reaktoren omfatter et flattliggende langstrakt reaktor-I hus 21, som har rettvinklet tverrsnittsform og gjennomstrømmes av vann i sin lengderetning. I.lengdesnittplanet av huset 21 strekker det seg på tvers av vannets strømningsretning, dvs. over bredden av huset 21, et antall lamper 1 i en utførelse ifølge fig. 1 eller fig. 6. Ved sin innløpsende er huset 21 utformet med en innløpsdel 22, som har til oppgav å fordele den fra en innløpsstuss 23 inngående mediumstrøm så jevnt som mulig, også således at det imøtegås, at det i reaktorhuset forkommer gjennomstrømningsbaner med innbyrdes forskjellig strømningshastighet. Denne innløpsdel 22 er i hovedsak kasseformet med et tverrsnitt svarende til tverrsnittet av reaktorhuset 21, og den er til-sluttet innløpsstussen 23 gjennom to tilslutningsledninger 24 ut for hvis innmunninger i delen 22 som er anbragt en prellplate 25. I overgangen mellom innløpsdelen 22 og huset 21 er anbragt1 en hullplate 26.Ved utløpsenden går huset 21 over i en utløpstuss

28 gjennom en konisk del 27.

Det indre av reaktoren 2 0 kan utgjøre et enkelt bestrålingskammer men i mange tilfelle er. det hensiktsmessig å oppdele det indre av huset ved hjelp av ytterligere hullplater 26 på en slik måte, at det herved dannes et antall kaskadeaktig seriekoblede bestrålingskamre, som hver inneholder f.eks. to eller tre lamper 1. Dette medfører den fordel, at oppholdstidsspektret for det gjennomstrømmende vann blir smalere med et stigende antall av kaskadekamre, dvs. den faktiske oppholdstid av et vilkårlig volumelement under gjennomstrømningen vidtgående vil tilnærmes den forutbes-< temte gjennomsnittlige middeloppholdstid i reaktoren. Derved sikres en særlig ensartet behandling av alle volumenheter i det strømmende vann, og hertil vil i alminnelighet allerede tre til fem kaskadekamre være tilstrekkelig. Naturligvis vil en kaska-devirkning også kunne oppnås ved, at det i serie med hverandre anbringes et tilsvarende antall ikke-oppdelte bestrålingskamre hver bestående av et hus 21, ,men herved vil byggelengden av reaktoren bli forholdsvis stor.

De enkelte lamper 1 kan ved bruk av passende tetningsmidler være anbragt direkte i tilsvarende åpninger i veggene av huset 21.

Dog vil dette i visse tilfeller kunne medføre en for sterk kjøl- 1 ning av lampene 1, og ytterligere vil det herved kun være mulig å foreta en eventuell nødvendig utskiftning av utbrente lamper I ved midlertidig innstilling av driften. Dét foretrekkes derfor som vist i fig. 9, at det i huset 21 for hver lampe 1 innbygges>et gjennomgående kapperør 29, som strekker seg mellom de overfor hverandre beliggende veggdeler av huset og består av det samme UV-gjennomskinnelige materiale som lamperørene, idet disse kappe-rør ved hjelp av en tetning 30 er tetnet således mot husveggen, at begge rørendene er åpne og tilgjengelige utenfra. Kappe-rørene 29 er en smule tykkere enn lampene 1, slik at lampene lett kan innføres i kapperørene uten at reaktoren behøver å tømmes, likesom lampene herved lett kan fjernes igjen. Ganske vist vil bruken av kapperørene medføre et lite strålingstap,

men med den overordentlig høye strålingseffekt fra lampen 1,

vil dette tap være uten praktisk betydning og vil for øvrig rikelig oppveies ved de fordeler, som bruken av kapperørene innebærer.

Når både lampene 1 og kapperørene 29 ved reaktoren 2 0 består av et slikt kvartsmateriale, at også bølgelengden 182 nm kan ut-stråles, vil det som følge av den overordnetlig høye strålings-ef fekt, som avgis til vannet, ytterligere oppnås en særlig virkning derved, at det surstoff, som er oppløst i det bestrålede vann, umiddelbart vil omdannes til ozon, dvs. uten at surstoffet skal ta omveien over sin gassfase. Denne effekt lar seg på fremragende måte benytte til kombinert behandling av vannet ved ozonpåvirkning og samtidig UV-påvirkning, hvorved den om-stendighet, som er en ulempe ved ozonfrembringelse i gassfasen, nemlig at den på basis av bølgelengden 183 nm dannede ozon vil gjennedbrytes ved den samtidig utstrålede bølgelengde på 254 nm nå vil kunne utnyttes som en utpreget fordel. Nedbrytningen av ozonet forløper nemlig via atanart surstoff, slik at vannet samtidig med den kraftige desinfiseringsvirkning fra bølgelengden 254 nm, også påvirkes av den meget kraftige oksy.dasjonsvirkning av det atomare surstoff. Videre kan det oppnås ved den ozonnedbrytning som finner sted allerede i reaktoren, at avstrømningsproduktet fra reaktoren er blitt befriet for ozon samt for hydrogensuperoksyd, som ellers kan dannes ved reaksjon mellom vannet og ozonen, henholdsvis det atomare surstoff.

Tilstedeværelsen av ozon eller hydrogensuperoskyd i det ferdig-behandlede vann vil normalt være uønsket, men kan dog ved en konvensjonell ozonisering ved hjelp av gassformet ozon neppe ! unngås. Ved reaktoren 20 ifølge fig. 7 og 8 kan det derimot på enklest måte sikres, at det fra reaktoren uttredende vann ikke ' •'' inneholder noen rest av ozon eller hydrogensuperoksyd, som i reaktoren ikke er bragt til å forsvinne ved påvirkningen fra. bølgelengnde 254 nm eller ved den i reaktoren stedfinnende oksy-dasjon. Det vil herved være tilstrekkelig at den eller de i vannets strømningsretning siste lamper 1, henholdsvis lampene i det siste kaskadekammer 31, sammen med deres kapperør 29 bes-står av en tilsvarende dopet kvarts som ikke tillater gjennomgang av bølgelengdeområdet omkring 183 nm, med kun tillater ut-stråling av bølgelengdeområdet omkring 2 54 nm.. Under den forutsetning at også denne eller disse siste lamper 1 har en tilstrekkelig høy utstrålingsintensitet på minst 150-200mW/cm 2, vil en-> hver rest av ozon og hydrogensuperoksyd, som måtte være til-

stede i vannet kort før.dettes utløp, med sikkerhet nå å bli ned-brutt.

Med referanse til det forangitte talleksempel for lampen 1 kan den i fig. 7 og 8 viste reaktor ha en bredde på ca. 80 cm og en høyde på ca. 18-20 cm . Ved denne høyde, som svarer til en avstand på ca. 9-10 cm mellom lampens ytre bredside og den derute* •• • for liggende vegg av huset, vil den avgitte stråling selv i området ute ved husveggen og endog ved sterk forurensing av vannet fortsatt oppvise en særdeles høy intensitet, som sikrer den fulle virkning av strålingen også i nevnte ytterområde. Det skal her bemerkes, at strålingsintensiteten i det vesentlige kun er avta-, gende ved absorpsjon langs strålingsveien og neppe på geometrisk basis med tiltagende avstand fra lampen. Hvis det finnes på-krevet, kan for øvrig innersiden av husveggen utføres høyref-lekterende, om enn dette normalt ikke vil være nødvendig.'

Lengden av reaktoren 2 0 ifølge fig. 7 og 8 avhenger av antallet av installerte lamper 1, hvilket igjen retter seg etter størrelsen av det påkrevde vanngjennomløp. Ved bruk av tre lamper i forbindelse med det som talleksempel angitte strømningstverrsnitt på ca. 20 x 80 cm vil det kunne arbeides med et gjennomløp på , opptil 100 m 3/h, mens det med fire lamper 1 kan arbeides med opptil 150m 3 /h og. med 6 lamper 1 opptil 250m 3/h, idet de enkelte

lamper som også nevnt ovenfor kan være inne i reaktorhuset i et ! enkelt bestrålingskammer eller i flere på hverandre følgende

kaskadekamre 31, eksempelvis med bruk av hullplater 26 med 220 huller med en diameter på 1 cm. Ved bruk av 6 lamper 1 gir dette .-en maksimal lengde for reaktoren på kun.ca. 40 cm. Tilsvarende små dimensjoner av reaktoren for tilsvarende store gjennomstrøm-' ningsmengder vil være uoppnåelige i forbindelse méd bruken av lamper i konvensjonell sylindrisk utførelse.

Det er en særlig fordel ved den nevnte lille byggelengde, at

en enkelt reaktor 20 kan benyttes i forbindelse med et stort variasjonsområde for gjennomstrømningen, idet reaktoren kan for-beredes til å arbeide ved den øvre grense av dette variasjonsområde, altså f.eks. med seks kapperør til opptagelse av mak-simalt seks lamper 1 for behandling av en gjennomstr-mning på

250 m /h, hvoretter det i denne reaktor kun innsettes så mange lamper som er nødvendige for behandling av den aktuelle gjennomstrømningn, f.eks. kun tre eller fire lamper. Derved behøver man ikke å konstruere en særlig reaktor for hvert gjennomstrømningsområde.

Det vil også være mulig å behandle meget høye gjennomstrømninger

• på mer enn 2 50 m 3/h ved bruk av.det ovenfor som eksempel om-

talte strømningstverrsnitt på ca. 20 x 80 cm, nemlig når lampenes antall forhøyes tilsvarende. Da det imidlertid herved kan frem-komme uønsket store strømningshastigheter for vannet, vil det normalt for høye gjennomstrømningsmengder være mer hensiktsmessig at to eller flere reaktorer 20 jfr. fig.7 og 8 kobles i parallell og f,eks. anbringes ovenpå hverandre. Dette kan gjøres uten særlige problemer på grunn av den lille byggestørrelse av de enkelte reaktorer.

I fig. 10 er vist en alternativ utførelse for en med 32 betegnet reaktor for meget høye gjennomstrømningsmengder. Denne, reaktor 32"er i prinsippet fremkommet ved stbling av to reaktorer jfr. fig. 8 med utelatelse av den felles, midterste husvegg, slik at de på hverandre følgende lamper 1 er beliggende i to plan i avstand fra hverandre. Med hensyn til ytterligere enkeltheter svarer reaktoren 32 til reaktoren 20. Om nødvendig kan reaktoren 32 ifølge fig. 10 naturligvis være forsynt med lamper

også i tre eller flere over hverandre liggende lag, og videre

i j

kan innretningen f.eks. av strømningstekniske grunner også være > . en slik, at lampene 1 er anbragt forskjøvet for hverandre, slik 1 ■' som det er antydet ved reaktoren 32<*>i fig. 11.

Ved de ovenfor beskrevne reaktorer 20, 32 og 321, som er beregnet til gjennomstrømningsmengder av middel til stor og meget stor størrelse, er det anbragt flere på hverandre følgende, lamper 1

på tvers av vannets strømningsretning. For behandling av mindre gjennomstrømningsmengder vil der derimot normalt være tilstrekkelig å benytte en enkelt eller eventuelt to lamper 1, og det vil så være hensiktsmessig å orientere lampene i vannets strømnings-retning.

Et eksempel på enslik, med 33 betegnet reaktor med kun en enkelt lampe 1 er vist i fig. 12. Reaktorhuset 34 strekker seg i strøm-ningsretriingen av vannet i lengderetningen av lampen 1, og kappe-, røret 36 for lampen er innsatt i husets endevegg på den i fig. 9 . viste måte. Ved den ende av den ene av de brede sideveggene av huset er anbragt en i fig. 12 vist innløpsdel 38, som fordeler det innløpende vann fra en innløpsstuss 37 inn i to behandlingsrom 35 ut for begge bredsidene av lampen 1. Inne i innløpsdelen 38

er kapperøret 36 dekket med en prellplate 39. Utløpsdelen 40

ved den andre ende av reaktorhuset 34 er utformet på analog måte, dog uten å være forsynt med en prellplate 39.

Også en reaktor med kune en enkelt lampe kan være således utformet, at den oppviser to kaskadeaktig etter hverandre beliggende bestrålingskamre. Dette er vist i fig. 13 i forbindelse med en reaktor 33'. Denne reaktor svarer vidtgående til reaktoren 33 ifølge fig. 12, idet dog kapperøret 36' i reaktoren 33' langs begge sine smalsider er tetnet imot de derutfor beliggende brede sidevegger av reaktorhuset, således at innerrommet i reaktoren

er oppdelt i to adskilte bestrålingskanaler 42 og 43. Innløps-delen 38' og utløpsdelen 40' er anbragt ved samme ende av reaktoren ved de pågjeldende smalsidevegger derav, således at de hver især kun står i forbindelse med heholdsvis den ene og den andre av bestrålingskanalene 42 og 43, og disse bestrålingskanaler er ved den andre enden av reaktoren innbyrdes forbundet gjennom en forbindelsesledning 41. På denne måte vil L vannet gjennomstrømme reaktoren 33' først gjennom den ene be- |

strålingskanal 42 og deretter gjennom den andre kanal 43. -

Ved reaktoren 33' ifølge fig. 13 kan det ytterligere benyt-

tes en særlig bifunksjonel lampe 1', hvis ene, mot bestrålingskanalen 42 vendende bredside består av et kvartsmateriale, som også tillater utsendelse av bølgelengden 183 nm, mens den andre, mot bestrålingskanalen 43 vendende bredside består av en tilsvarende do<p>et kvarts, som kun lar bølgelengden 2 54 nm slippe igjennom. Ved hjelp av en sådan bifunksjonel lampe kan reaktoren 33' utnyttes på samme måte som foran beskrevet i forbindelse med reaktoren 20, dvs. slik at det i bestrålingskanalen 42 foregår en ozondannelse i det bestrålede vann og samtidig en ozonnedbrytning, mens det i den videreførende bestrålingskanal 43 vil foregå en sikker nedbrytning av enhver ennu eksisterende rest av ozon. Kapperøret 36' bør naturligvis derved være avpasset til det fra lampen 1' utstrålte spektrum med hensyn til UV-gjennomtrengeligheten, og videre må også

den forutsetning være oppfylt, at lampen 1' på begge sider kan levere en tilstrekkelig høy strålingsintensitet på minst 150-200 mW/cm 2. En fremstilling av slike bifunksjonelle lamper l<1>, hvis motstående bredsider består av materialer med forskjellige gjennomlysningsegenskaper, er først muliggjort ved oppfinnelsen dérved, at forbindelsen, dvs. sammensmeltningen, av de pågjeldende forskjellige materialer kan finne sted i området ved smalsidene av lampen 1, dvs. nettopp i områder, som er betydnings-løse med hensyn til den avgitte stråling.

Bifunksjonelle lamper 1' av den her omtalte type, som ved deres ene bredside kan avgi bølgelengdene 183 nm og 2 54 nm og ved deres annen bredside kun kan avgi bølgelengden 254 nm, kan også sammen med tilsvarende utformete kapperør være anbragt i en fler-lampereaktor 20<*>svarende til den i fig. 7 og 8 viste reaktor 20, når der likeså ved reaktoren 33' dras omsorg for, at vannet på veldefinert måte først passerer gjennom en bestrålingskanal 42' ved den ene lampeside og deretter passerer gjennom en annen bestrålingskanal 43' på den andre lampesiden, og når vannet i den første bestrålingskanal utsettes for stråling på 183 nm og 254 nm, mens den etterføglende gjennomstrømningskanal kun utsettes for strålingen på 254 nm. Dette er vist skjematisk i fig. 14.

Det fremgår av denne figur, at kapperørene 29' for lampene 1' prinsippielt er anbragt på samme måte som i fig. 7 og 8, men med deres smalsider tetnet imot hverandre, slik at det i reaktoren dannes de to adskilte bestrålingskanaler 42<*>og 43''.

Ved den ene reaktorende er disse to bestrålingskanaler forbun-

det med hverandre gjennom en forbindelsesledning 41', mens

de ved den andre reaktorenden er forbundet separat med henholdsvis innløpsdelen 22' og utløpsdelen 27'. Virkningsmessig vil derved reaktoren 20' svare til reaktoren 33'.

Bestrålingsreaktorene ifølge oppfinnelsen er i det foregående beskrevet eksempelvis i forbindelse med UV-bestråling av vann med henblikk på desinfisering av vannet, men det vil forstås, at reaktorene også kan benyttes til bestråling av andre flytende eller gassformete medier til frembringelse av fotoreaksjoner deri. Tilsvarende rommer de foran angitte talleksempler for dimensjone-ringen av reaktorene og lampene samt for gjennomstrømningen i reaktorene og antallet av lampene pr. reaktor ikke noen begrensning for oppfinnelsen, idet disse angivelser kun tjener til belysning av konkrete utførelsesformer. For andre anvendelsesformål for reaktorene kan de pågjeldende verdier avgi mer eller mindre fra de foran angitte tallverdier. For øvrig vil også konstruksjonene av reaktorene kunne endres på mange måter innen-for oppfinnelsens rammer. Således kan f.eks. reaktorens innløps-del som antydet i fig. 10 og 11 være.utformet som en sedvanlig innløpskonus med deri anbragte strømningsplater 44 til fordeling av det innstrømmende medium, eller det kan i reaktorene innbygges ytterligere f øringselementer til frembringelse av en mest mulig laminar atrømning eller eventuelt omvendt en mest mulig turbulent strømning. Dessuten behøver reaktorene, ikke å være utformet med noe: utpreget rektangulært tverrsnitt, idet de f.eks. kan oppvise lett avrundete kanter. Endelig behøver lampene 1 ikke ubetinget å skulle levere en stråling med bølge-lengder på henholdsvis 183 nm og 254 nm, idet det også kan anvendes lamper med andre bølgelengdområder alt etter den ønskede foto-reaksjon. Det vil fortsatt være vesentlig , at lamperørene er utformet med langaktig .'flatt tverrsnitt og med langstrakte elektroder med henblikk på avgivelse av en høy strålingsintensitet.

Claims (16)

1. Lavtrykksdaraplampe, i særdeleshet kvikksølv-lavtrykksdamplampe med et lamperør fylt med en lavtrykks-kvikksølvdamp og forsynt med endeanbragte elektroder, karakterisert ved, at lamperøret (9) er utformet med et langaktig-flatt tverrsnitt og at elektrodene (19) strekker seg i lamperørets bredderetning.

2. Lampe ifølge krav 1, karakterisert ved at det ved hver ende av lamperøret (9) er anbragt minst to ved siden av hverandre beliggende elektroder (19').

3. Lampe ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de to bredsider av lamperøret (9) består av to mate-' rialer med innbyrdes forskjellig gjennomstrålelighet, idet disse materialer er forbundet med hverandre langs lamperørets smalsider.

4. Bestrålingsanordning inneholdende en lampe ifølge ethvert av kravene 1-3 samt med et kapperør og en kjøleinnretning, karakterisert ved at det langs smalsidene av lamperøret(9) er anbragt to rør (7,8; 7',8'; 17,18; 17',18') for tilføring av et medium til mellomrommet mellom lamperøret (9) og kapperøret (4), henholdsvis til utledning av et medium derfra.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at det ene røret (17) er beregnet til. innføring av surstoff eller en surstoffholdig gass og at det andre røret (18) er beregnet til utledning av.en ozonholdig gassi ,mens begge rørene er forsynt med dyseansatser (11, 12) som er åpne parallelt med bredsidene av lamperøret (9).

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ' ved at begge rørene (17, 18) med de tilhørende dyseansatser (11, 12) er erstattet av to halvskåler (13, 14), som inngriper over smalsidene av lamperøret (9), hver underfri holdelse av en -■ ringspalte (15, 16), hvilke ringspalter eventuelt er forbundet! med særlige forsyningsrør (17', 18').

7.A nordning ifølge krav 5 eller 6, særlig til anvendelse som desinfiseringslampe, karakterisert ved at lampen 1 ved hjelp av en tett avlukning av kapperøret (4) er utformet som dykke-lampe til inndykning i et medium, som skal bestråles, og at det til utledning av den ozonholdige gass be-regnede rør (18, 18') er innført i samme medium, hvori lampen inndykkes.

8. Bestrålingsreaktor for strømmende medier, særlig vann, omfattende en eller flere av lampene ifølge ethvert av kravene 1-3, karakterisert ved at reaktoren (20, 32, 33) har et hus med i det vesentlige rektangulært stromningstverr-snitt og at lampen eller lampene (1, 1') er således anbragt som dykke-lamper i reaktorhuset, at deres bredsider støter > opptil mediets strømningsvei.

9. Reaktor ifølge krav 8, karakterisert ved . at det i to overfor hverandre beliggende vegger av reaktorhuset er innsatt.kapperør (29, 36) med rektangulært tverrsnitt og av gjennomstrålelig materiale, som strekker seg gjennom reaktorhuset og utenfor dette er åpne .ved endene for innføringsopptagelse av lampene (1,1').

10.R eaktor ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at kapperørene (29) er anbragt i reaktoren (29)med deres smalsider beliggende ut for hverandre i reaktorens langsgående midtplan . og strekker seg på tvers av strømningsretningen for gjennomstrømningsmediet.

11. Reaktor ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at kapperørene (29) er anbragt med deres smalsider vendende imot hverandre i flere lag parallelt med lengdemidt-planet av reaktoren (32, 32'), idet de strekker seg på tvers av strømningsretningen for gjennomstrømningsmediet.

12. Reaktor ifølge ethvert av kravene 8-11, karakterisert ved at det indre av reaktrohuset (20) er oppdelt i minst to kaskadeaktig seriekoblede bestrålingskamre, som hvér er i bestrålingsforbindelse med minst en lampe (1).

13. Reaktor ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at i dét minste et kapperør (36) er anbragt i lengdemidt-planet åv reaktoren (33) og strekker seg i strømningsretningen for gjennomstrømningsmediet.

14. Reaktor ifølge ethvert av kravene 8-13, karakterisert ved at kapperøret (36) eller kapperørene (29) inne i reaktorhuset er anbragt som vegger, som er ugjennomtrenge lige for strømningen og oppdeler reaktorens indre i to fra hverandre adskilte bestrålingskanaler (42, 43; 42', 43').

15. Reaktor ofølge krav 14, karakterisert ved at de to bestrålingskanaler (42, 43, henholdsvis 42', 43') er forbundet med hverandre ved den ene reaktorenden gjennom en forbindelsesledning (41, 41').

16. Reaktor ifølge ethvert av kravene 8-15, karakterisert ved at reaktoren er utformet med en innløps-del (22, 22', 38), som er innrettet til å fordele det innstrøm-mende. medium jevnt over reaktorens strømningstverrsnitt.