WO2007131563A1 - Uv-lichtquelle - Google Patents

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WO2007131563A1
WO2007131563A1 PCT/EP2007/001705 EP2007001705W WO2007131563A1 WO 2007131563 A1 WO2007131563 A1 WO 2007131563A1 EP 2007001705 W EP2007001705 W EP 2007001705W WO 2007131563 A1 WO2007131563 A1 WO 2007131563A1
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WO
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chamber
light
plasma
disc
microwaves
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/001705
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English (en)
French (fr)
Inventor
Enrico Nadrag
Anja FLÜGGE
Siegfried Egner
Alexander Lohner
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/044—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by a separate microwave unit
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C02F1/325—Irradiation devices or lamp constructions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
    • C02F2201/322—Lamp arrangement
    • C02F2201/3225—Lamps immersed in an open channel, containing the liquid to be treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
    • C02F2201/322—Lamp arrangement
    • C02F2201/3227—Units with two or more lamps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/32—Details relating to UV-irradiation devices
    • C02F2201/322—Lamp arrangement
    • C02F2201/3228—Units having reflectors, e.g. coatings, baffles, plates, mirrors

Definitions

  • UV light and VUV light by the excitation of gases or gas mixtures with high-frequency electrical waves, in particular with microwaves, is known, for example, from DE 41 36 297.
  • the energy density of the microwaves and the plasma generated by the microwaves is highly location-dependent.
  • the energy density of the emitted UV or VUV light is also strongly location-dependent.
  • many of the known from the prior art UV emitters represent a point or line-shaped radiation source and already for this reason, the energy density of the emitted UV light decreases at least with the square of the distance to the radiation source.
  • DE 199 55 671 A1 discloses a device for generating plasma in which the attempt is made To provide plasma with a very homogeneous energy density within a treatment chamber.
  • From DE 41 09 895 C2 discloses a device for generating UV light with a chamber is known.
  • the chamber contains a gas-filled plasma bulb. Outside this chamber there is a magnetron which generates microwave radiation which is directed into the chamber via a waveguide and openings in the chamber. There, the microwaves excite the gas or gas mixture in the plasma bulb so that it emits UV rays.
  • a disadvantage of this device is its complicated structure.
  • two magnetrons are needed to excite the gas in a plasma bulb about 15 cm in length to emit UV light.
  • a waveguide is needed for each magnetron.
  • the invention has for its object to provide a device for generating UV light, in particular vacuum UV light, which is simple in construction and which allows a flat and homogeneous emission of UV light.
  • This object is achieved in a device for generating UV light according to the preamble of claim 1, characterized in that in the chamber a plurality of plasma pistons are present.
  • the reliability of the device according to the invention greatly increases due to the presence of several plasma pistons. A leak in one of the plasma pistons merely leads to the failure of this plasma bulb, so that the device according to the invention is still ready for use, albeit with reduced light output.
  • the production and filling of the plasma flasks with a gas or gas mixture is easy to control in terms of production engineering since the plasma flasks can be produced from quartz glass tubes with a round or oval cross-section. By melting the ends of these glass tubes, the plasma bulbs can be hermetically sealed in the simplest way.
  • UV light of the device according to the invention a variety of photochemical and photophysical processes can be excited so that these processes proceed smoothly and at high reaction rates.
  • the disinfection of drinking and waste water, exhaust gases and solid substances, such as. Food, wet oxidation processes, syntheses, especially of vitamins, UV polymerization reactions, Curing processes and / or biochemical processes are initiated with the light emitted by the vacuum container according to the invention UV light or VUV light.
  • the device according to the invention can in principle emit UVA, UVB, UVC and vacuum UV light in a wavelength range of 200 to 400 nm (UV light) as well as from 100 nm to 200 nm (VUV light).
  • UV light a wavelength range of 200 to 400 nm
  • VUV light a wavelength range of 100 nm to 200 nm
  • the emitted from the vacuum container wavelengths of UV light hang u. a. on which gas or gas mixture the plasma bulbs are filled with, what pressure prevails in the plasma bulb and how the gas or plasma in the plasma bulb is excited.
  • the excitation of the gas in the vacuum container can, for example, be done by microwave energy.
  • halides for filling the plasma flask noble gases, halides, inert gases, hydrocarbons, oxygen, nitrogen or mixtures or chemical compounds of these gases can be used.
  • a pressure between 10 ⁇ 9 mbar and 1 bar prevails in the plasma piston.
  • the resistance to the gas filling and the transmission of UV or VUV light can be influenced.
  • the emission behavior of the vacuum container can be varied and controlled in a wide range, so that the emitted UV light can be optimally adapted to the photochemical or -physikalischen process to be initiated with the device according to the invention.
  • the device according to the invention can be used for a wide variety of purposes.
  • this device according to the invention is suitable for any photochemical or photophysical processes, which can preferably be initiated in gaseous, liquid or solid phase (also gels).
  • the possible applications of the device according to the invention include, for example, the UV disinfection of drinking and waste water, exhaust gases and solid materials (for example, plastic films that must be disinfected for packaging in the food industry), oxidation processes, syntheses, for example of vitamin D u. a., UV polymerization reactions, curing processes and biochemical processes that can be initiated with UV light.
  • the device according to the invention can also be installed in a channel, so that the medium flowing through the channel, such as drinking or waste water, can be irradiated with UV light and thereby disinfected.
  • Figure 1 is an isometric view of a chamber according to the invention partially cut;
  • Figure 2 is an isometric view of a chamber according to the invention;
  • FIG. 3 shows a cross section through a chamber according to the invention
  • Figure 4 is an isometric view of a device according to the invention with chamber, waveguide and multiple magnetrons.
  • Figure 5 shows a cross section through a mounting situation
  • Figure 6 is a longitudinal section through a mounting situation.
  • FIG. 1 a chamber 1 of a device according to the invention is shown in section in an isometric view.
  • the chamber consists of a peripheral frame 3. At a front side of the frame 3, a diaphragm 5 is screwed. The screw holes of this screw connection are provided with the reference numeral 7.
  • the screen 5 is used to receive a disc 9.
  • This disc 9 is made of a material which is transparent to UV light and / or VUV light.
  • a grid (not shown) can be applied, which is impermeable to microwave radiation, but allows UV light to pass. The retention of the microwaves increases the efficiency and forms a closed cage according to Farraday.
  • the grid can for example consist of a metallic material and be applied by vapor deposition or a printing process directly on the disc 9.
  • the grid it is also possible for the grid to be a braid of metal wires produce and fasten together with the disc 9 in the aperture 5.
  • two rows of plasma pistons 11 are arranged with preferably oval cross-section.
  • a diaphragm 5 and a disc 9 are also present.
  • the structure corresponds to the front, so that can be dispensed with a detailed description.
  • FIG. 2 the chamber 1 is not shown cut.
  • the same components have the same reference numerals, and the same applies with regard to FIG. 1.
  • one or more openings 10 are provided through which microwave radiation can be coupled into the interior of the chamber 1.
  • microwave radiation reaches the interior of the chamber 1.
  • the microwaves excite the gas in the plasma bulb 11 or the gas mixture in the plasma bulb 11 to emit UV light and / or VUV light.
  • the microwaves can be adjusted within wide ranges.
  • the same gas or the same gas mixture need not be present in all plasma flasks 11 of a chamber 1. This makes it possible for UV or VUV light having different wavelengths to be emitted through the window 9 of the chamber 1.
  • FIG. 3 shows a cross section through a device according to the invention.
  • the Washer 9 attached to the panel 5 by means of a terminal block 13.
  • the terminal block 13 is screwed to the panel 5 (not shown), so that the disc 9 is clamped between the terminal block 13 and the panel 5.
  • a seal - for example made of silicone - between disc 9, aperture 5 and aperture 5 and frame 3 are provided.
  • a waveguide 15 is placed on the opening 10 in the frame 3.
  • the waveguide 15 serves to guide the microwaves emitted by one or more magnetrons 17 through the opening 10 into the interior of the chamber 1.
  • the one or more magnetrons 17 are placed directly on the frame 3.
  • the waveguide 15 is then unnecessary.
  • FIG. 4 shows an isometric view of a device according to the invention, consisting essentially of the chamber 1, waveguides 15 and magnetrons 17.
  • magnetrons 17 1 microwaves will be coupled into the chamber 1 over the entire length of the chamber, so that all plasma bulbs 11 are excited by the microwaves with approximately the same intensity.
  • Other advantages of using multiple magnetrons 17 include the availability of low cost standard magnetrons and reliability due to multiple redundancy.
  • the reflection of the microwaves in the interior of the chamber 1, the plasma bulb 11 are excited with almost the same intensity for lighting or for emitting UV light. Therefore, it is also possible to dispense with reflectors or other devices for guiding the microwaves within the chamber 1. It is definitely advantageous if the inner walls of the chamber 1 from a Material exist and / or have a grid which reflects microwaves or provided with a corresponding microwave reflective coating.
  • a device according to the invention is shown in section, which is installed in a sewer and used to disinfect the water flowing through the sewer.
  • the channel is designated by the reference numeral 19 in FIG.
  • the entire channel cross-section is filled with water (not shown).
  • a chamber 1 of a device according to the invention for generating UV light In the channel 19 is a chamber 1 of a device according to the invention for generating UV light.
  • the chamber 1 is arranged in the channel 19 such that the longitudinal direction of the chamber 1 runs parallel to the flow direction of the water in the channel 19. In the cross-section according to FIG. 5, the water flows perpendicular to the plane of the drawing through the channel 19.
  • the microwaves generated by the magnetrons 17 pass through the waveguide 15 into the interior of the chamber 1. These microwaves are indicated by arrows 21 in FIG. Inside the chamber 1, the microwaves hit the plasma piston 11 and stimulate the gas or gas mixture in the plasma bulb, so that this gas emits UV light or vacuum UV light (excimer radiator).
  • UV light This emitted UV light is indicated by arrows 23 in FIG. UV light, as has long been known, has the property of being disinfecting. As a result, the water in the channel 19 is disinfected by the UV light emitted from the plasma bulb 11.
  • a UV-light reflective coating 25 may be provided on the side walls of the channel. This will ensure that UV light is applied to the sidewalls of the Channel 19 is reached, is not absorbed by the side walls, but is reflected by the coating 25 and can serve to disinfect the water again. As a result, the efficiency of the device according to the invention is improved in a simple manner.
  • guide bodies 27 are provided in the channel 19. This guide body 27 narrow in the region of the light source 1, the free flow cross-section to a level that is tuned to the dimensions of the disc 9. As a result, the entire water in the channel 19 flows past the disc 9 and thereby gets into the direction indicated by the arrows 23 radiation range of the UV light source according to the invention.
  • the guide bodies 27 are also clearly visible in the longitudinal section through the channel 19 according to FIG.
  • a plurality of light sources according to the invention can also be connected in series and / or in series.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von UV-Licht und/oder VUV-Licht vorgeschlagen, welche einfach aufgebaut ist und eine flächige Abstrahlung von UV-Licht erlaubt.

Description

Titel : UV-Lichtquelle
Beschreibung
Stand der Technik
Die Erzeugung von UV-Licht und VUV-Licht durch die Anregung von Gasen oder Gasgemischen mit hochfrequenten elektrischen Wellen, insbesondere mit Mikrowellen, ist bspw. aus der DE 41 36 297 bekannt. Bei diesem UV-Strahler ist, ebenso wie bei vielen anderen aus dem Stand der Technik bekannten UV- Strahlern, die Energiedichte der Mikrowellen und des durch die Mikrowellen erzeugten Plasmas stark ortsabhängig. In Folge dessen ist auch die Energiedichte des emittierten UV- oder VUV-Lichts stark ortsabhängig. Dazu kommt noch, dass viele der aus dem Stand der Technik bekannten UV-Strahler eine punkt- oder linienförmige Strahlungsquelle darstellen und schon aus diesem Grund die Energiedichte des emittierten UV-Lichts mindestens mit dem Quadrat des Abstands zur Strahlungsquelle abnimmt.
Zur Durchführung von fotochemischen oder fotophysikalischen Prozessen, die vorzugsweise in gasförmiger, flüssiger oder fester Phase initiiert werden, ist es jedoch erforderlich, dass die Energiedichte des von der UV-Lichtquelle ausgesandten Lichts möglichst gleichmäßig und ortsunabhängig ist, um eine optimale Prozessqualität und -geschwindigkeit zu erzielen.
Aus der DE 199 55 671 Al ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Plasma bekannt, bei dem der Versuch unternommen wird, Plasma mit einer sehr homogenen Energiedichte innerhalb einer Behandlungskammer bereitzustellen .
Aus der DE 41 09 895 C2 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von UV-Licht mit einer Kammer bekannt. In der Kammer befindet sich ein gasgefüllter Plasmakolben. Außerhalb dieser Kammer ist ein Magnetron vorhanden, das eine Mikrowellenstrahlung erzeugt, die über einen Wellenleiter und Öffnungen in der Kammer in die Kammer geleitet werden. Dort regen die Mikrowellen das in dem Plasmakolben befindliche Gas oder Gasgemisch an, so dass es UV-Strahlen emittiert.
Nachteilig an dieser Vorrichtung ist deren komplizierter Aufbau. Bei dieser Vorrichtung werden zwei Magnetrons benötigt, um das in einem Plasmakolben mit einer Länge von etwa 15 cm Länge befindliche Gas zur Emission von UV-Licht anzuregen. Des Weiteren wird für jedes Magnetron ein Wellenleiter benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur zur Erzeugung von UV-Licht, insbesondere Vakuum-UV-Licht, bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist und welche eine flächige und homogene Emission des UV-Lichts erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Erzeugung von UV-Licht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass in der Kammer mehrere Plasmakolben vorhanden sind.
Das Vorhandensein mehrerer Plasmakolben in der Kammer führt zu einer Effizienzsteigerung der Vorrichtung, da die Mikrowellenstrahlung vollständig von dem in den Plasmakolben befindlichen Gas absorbiert wird. Des Weiteren nehmen naturgemäß mehrere Plasmakolben ein gewisses Raumvolumen ein, so dass eine flächige Abstrahlung von UV-Licht durch mehrere Plasmakolben gewährleistet wird. Überraschenderweise hat es sich bei Versuchen herausgestellt, dass durch die Vielzahl nebeneinander angeordneter Plasmakolben, die sich gegenseitig nivellieren, die flächenspezifische Leistung des von der erfindungsgemäßen Vorrichtung emittierten UV-Lichts über die gesamte Lichtaustrittsfläche sehr konstant ist, obwohl in die Kammer homogen diffuse Mikrowellen eingeleitet werden.
Schließlich ist es möglich, in den mehreren Plasmakolben verschiedene Gase oder Gasgemische vorzusehen, so dass auf einfache Weise das Wellenlängenspektrum des emittierten Lichts eingestellt werden kann.
Schließlich ist auch als weiterer Vorteil hervorzuheben, dass die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch das Vorhandensein mehrerer Plasmakolben stark zunimmt. Eine Undichtigkeit in einem der Plasmakolben führt lediglich zum Ausfall dieses Plasmakolbens, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nach wie vor einsatzbereit ist, wenn auch mit reduzierter Lichtleistung.
Die Herstellung und Befüllung der Plasmakolben mit einem Gas oder Gasgemisch, ist fertigungstechnisch gut zu beherrschen, da die Plasmakolben aus Quarzglasrohren mit rundem oder ovalem Querschnitt hergestellt werden können. Durch Abschmelzen der Enden dieser Glasrohre können die Plasmakolben auf einfachste Weise hermetisch abgedichtet werden.
Durch das flächig emittierte UV-Licht der erfindungsgemäßen Vorrichtung können verschiedenste fotochemische und fotophysikalische Prozesse so angeregt werden, dass diese Prozesse gleichmäßig und mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit ablaufen. Beispielsweise kann die Desinfektion von Trink- und Abwässern, Abgasen und von festen Stoffen, wie bspw. Lebensmitteln, Nassoxidationsprozesse, Synthesen, insbesondere von Vitaminen, UV-Polymerisationsreaktionen, Aushärteprozesse und/oder biochemische Prozesse mit dem von dem erfindungsgemäßen Unterdruckbehälter emittierten UV-Licht oder VUV-Licht initiiert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann prinzipiell UVA, UVB, UVC und Vakuum-UV-Licht in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 400 nm (UV-Licht) sowie von 100 nm bis 200 nm (VUV-Licht) emittieren. Die von dem Unterdruckbehälter emittierten Wellenlängen des UV-Lichts hängen u. a. davon ab, mit welchem Gas oder Gasgemisch die Plasmakolben gefüllt sind, welcher Druck in den Plasmakolben herrscht und wie das in den Plasmakolben befindliche Gas, bzw. Plasma angeregt wird. Die Anregung des Gases im Unterdruckbehälter kann bspw. durch Mikrowellenenergie erfolgen.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Zur Füllung der Plasmakolben können Edelgase, Halogenide, Inertgase, Kohlenwasserstoffe, Sauerstoff, Stickstoff oder Mischungen bzw. chemische Verbindungen dieser Gase verwendet werden.
Vorzugsweise herrscht in den Plasmakolben ein Druck zwischen 10~9 mbar und 1 bar.
Durch die Auswahl der Materialien für die Plasmakolben und die Scheiben, die Verwendung unterschiedlicher Material oder Materialkombinationen, wie beispielsweise Quarzglas oder Saphirglas, können die Beständigkeit gegenüber der Gasfüllung und die Transmission des UV- oder VUV-Lichts beeinflusst werden.
Durch die Auswahl des Gases oder des Gasgemisches, welches in die Plasmakolben gefüllt wird sowie des Drucks in den Plasmakolben oder durch die Verwendung von Plasmakolben, die mit verschiedenen Gasen oder Gasgemischen gefüllt sind, in einer Vorrichtung, kann das Emissionsverhalten des Unterdruckbehälters in weiten Bereichen variiert und gesteuert werden, so dass das emittierte UV-Licht optimal an den photochemischen oder -physikalischen Prozess, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung initiiert werden soll, angepasst werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für die verschiedensten Einsatzzwecke verwendet werden. Insbesondere ist diese erfindungsgemäße Vorrichtung für jegliche fotochemischen oder fotophysikalischen Prozesse, die vorzugsweise in gasförmiger, flüssiger oder fester Phase (auch Gele) initiiert werden können, geeignet. Die möglichen Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst beispielsweise die UV- Desinfektion von Trink- und Abwässern, Abgasen und von festen Werkstoffen (beispielsweise von Kunststofffolien, die für Verpackungszwecke in der Lebensmittelindustrie desinfiziert werden müssen) , Oxidationsprozesse, Synthesen, beispielsweise von Vitamin D u. a., UV-Polymerisationsreaktionen, Aushärteprozesse sowie biochemischen Prozesse, die mit UV- Licht initiiert werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch in einen Kanal eingebaut werden, sodass das durch den Kanal strömende Medium, wie beispielsweise Trink- oder Abwasser, mit UV-Licht bestrahlt und dadurch desinfiziert werden kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Es zeigen
Figur 1 eine isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kammer teilweise geschnitten; Figur 2 eine isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kammer;
Figur 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kammer;
Figur 4 eine isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Kammer, Wellenleiter und mehreren Magnetrons.
Figur 5 ein Querschnitt durch eine Einbausituation und
Figur 6 ein Längsschnitt durch eine Einbausituation.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist eine Kammer 1 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Isometrie geschnitten dargestellt.
Die Kammer besteht aus einem umlaufenden Rahmen 3. An einer Vorderseite des Rahmens 3 ist eine Blende 5 angeschraubt. Die Schraubenlöcher dieser Schraubverbindung sind mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Die Blende 5 dient zur Aufnahme einer Scheibe 9. Diese Scheibe 9 ist aus einem Material hergestellt, welches durchlässig für UV-Licht und/oder VUV- Licht ist. Auf der Scheibe 9 kann ein Gitter (nicht dargestellt) aufgebracht werden, welches undurchlässig für Mikrowellenstrahlung ist, jedoch UV-Licht passieren lässt. Durch das Zurückhalten der Mikrowellen werden die Effizienz erhöht und ein geschlossener Käfig nach Farraday gebildet.
Das Gitter kann zum Beispiel aus einem metallischen Werkstoff bestehen und durch Aufdampfen oder ein Druckverfahren direkt auf die Scheibe 9 aufgebracht werden. Alternativ ist es auch möglich, das Gitter als Geflecht aus Metalldrähten herzustellen und zusammen mit der Scheibe 9 in der Blende 5 zu befestigen.
Im Inneren der Kammer 1 sind zwei Reihen von Plasmakolben 11 mit vorzugsweise ovalem Querschnitt angeordnet.
Auf der Rückseite des Rahmens 3 sind ebenfalls eine Blende 5 und eine Scheibe 9 vorhanden. Der Aufbau entspricht der Vorderseite, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
In Figur 2 ist die Kammer 1 nicht geschnitten dargestellt. Gleiche Bauteile haben die gleichen Bezugszeichen und es gilt das bezüglich Figur 1 Gesagte entsprechend. In dem Rahmen 3 sind eine oder mehrere Öffnungen 10 vorgesehen, durch die Mikrowellenstrahlung in das Innere der Kammer 1 eingekoppelt werden kann.
Durch die Öffnung 10 an der Oberseite der Kammer 1 gelangen Mikrowellenstrahlungen in das Innere der Kammer 1.
Dort regen die Mikrowellen das in den Plasmakolben 11 befindliche Gas oder das in den Plasmakolben 11 befindliche Gasgemisch zur Emission von UV-Licht und/oder VUV-Licht an. Durch die Wahl des Gases und des im Inneren der Plasmakolben 11 herrschenden Drucks, kann die Wellenlänge des von den Plasmakolben 11 emittierten Lichts in weiten Bereichen eingestellt werden.
Selbstverständlich müssen nicht in allen Plasmakolben 11 einer Kammer 1 das gleiche Gas oder das gleiche Gasgemisch vorhanden sein. Dadurch ist es möglich, dass durch die Scheibe 9 der Kammer 1 UV-Licht oder VUV-Licht mit verschiedenen Wellenlängen emittiert wird.
In Figur 3 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Wie aus Figur 3 ersichtlich wird die Scheibe 9 an der Blende 5 mit Hilfe einer Klemmleiste 13 befestigt. Die Klemmleiste 13 ist mit der Blende 5 verschraubt (nicht dargestellt), so dass die Scheibe 9 zwischen der Klemmleiste 13 und der Blende 5 geklemmt wird.
Bei Bedarf kann eine Dichtung - beispielsweise aus Silikon - zwischen Scheibe 9, Blende 5 sowie Blende 5 und Rahmen 3 vorgesehen werden. Auf die Öffnung 10 in dem Rahmen 3 ist ein Wellenleiter 15 aufgesetzt.
Der Wellenleiter 15 dient dazu, die von einem oder mehreren Magnetrons 17 emittierten Mikrowellen durch die Öffnung 10 ins Innere der Kammer 1 zu leiten. Bei vielen
Anwendungsfällen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können das oder die Magnetrons 17 direkt auf den Rahmen 3 aufgesetzt werden. Der Wellenleiter 15 ist dann entbehrlich.
In Figur 4 ist eine isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bestehend im Wesentlichen aus der Kammer 1, Wellenleitern 15 und Magnetrons 17 dargestellt.
Durch den Einsatz eines oder mehrerer von Magnetrons 17 wird über die gesamte Länge der Kammer 1 Mikrowellen in die Kammer 1 eingekoppelt werden, so dass alle Plasmakolben 11 mit etwa der gleichen Intensität von den Mikrowellen angeregt werden. Weitere Vorteile der Verwendung mehrer Magnetrons 17 sind die Verwendbarkeit kostengünstiger Standard-Magnetrons und die Betriebssicherheit wegen der mehrfachen Redundanz.
Es hat sich bei praktischen Versuchen überraschenderweise herausgestellt, dass durch die Reflexion der Mikrowellen im Inneren der Kammer 1 die Plasmakolben 11 nahezu mit gleicher Intensität zum Leuchten beziehungsweise zum Emittieren von UV-Licht angeregt werden. Daher kann auch auf Reflektoren oder sonstige Einrichtungen zur Lenkung der Mikrowellen innerhalb der Kammer 1 verzichtet werden. Es ist auf jeden Fall vorteilhaft, wenn die Innenwände der Kammer 1 aus einem Material bestehen und/oder ein Gitter aufweisen, welches Mikrowellen reflektiert oder mit einer entsprechenden Mikrowellen reflektierenden Beschichtung versehen sind.
In Figur 5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung geschnitten dargestellt, die in einen Abwasserkanal eingebaut ist und zur Desinfektion des durch den Abwasserkanal strömenden Wassers dient .
Der Kanal ist in Figur 5 mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet. Der gesamte Kanalquerschnitt ist mit Wasser (nicht dargestellt) gefüllt.
In dem Kanal 19 befindet sich eine Kammer 1 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von UV-Licht .
Die Kammer 1 ist so in dem Kanal 19 angeordnet, dass die Längsrichtung der Kammer 1 parallel zur Strömungsrichtung des Wassers im Kanal 19 verläuft. In dem Querschnitt gemäß Figur 5 strömt das Wasser senkrecht zur Zeichnungsebene durch den Kanal 19. Die von den Magnetrons 17 erzeugten Mikrowellen gelangen durch den Wellenleiter 15 in das Innere der Kammer 1. Diese Mikrowellen sind in Figur 5 durch Pfeile 21 angedeutet. Im Inneren der Kammer 1 treffen die Mikrowellen auf die Plasmakolben 11 und regen das in den Plasmakolben befindliche Gas oder Gasgemisch an, so dass dieses Gas UV- Licht oder Vakuum-UV-Licht (Excimerstrahler) emittiert.
Dieses emittierte UV-Licht ist in Figur 5 durch Pfeile 23 angedeutet. UV-Licht hat, wie seit langem bekannt ist, die Eigenschaft, desinfizierend zu wirken. Infolgedessen wird das im Kanal 19 befindliche Wasser durch das von den Plasmakolben 11 emittierte UV-Licht desinfiziert.
An den Seitenwänden des Kanals kann eine UV-Licht reflektierende Beschichtung 25 vorgesehen sein. Dadurch wird gewährleistet, dass UV-Licht, welches an die Seitenwände des Kanals 19 gelangt ist, nicht von den Seitenwänden absorbiert wird, sondern von der Beschichtung 25 reflektiert wird und erneut zur Desinfektion des Wassers dienen kann. Dadurch wird auf einfache Weise der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert.
Um sicherzustellen, dass das gesamte durch den Kanal 19 strömende Wasser desinfiziert wird, sind in dem Kanal 19 Leitkörper 27 vorgesehen. Diese Leitkörper 27 verengen im Bereich der Lichtquelle 1 den freien Strömungsquerschnitt auf ein Maß, das auf die Abmessungen der Scheibe 9 abgestimmt ist. In Folge dessen strömt das gesamte in dem Kanal 19 befindliche Wasser an der Scheibe 9 vorbei und gerät dabei in den durch die Pfeile 23 angedeuteten Strahlungsbereich der erfindungsgemäßen UV-Lichtquelle. Die Leitkörper 27 sind in dem Längsschnitt durch den Kanal 19 gemäß Figur 6 ebenfalls gut sichtbar.
Alternativ zum Einbau der Leitkörper 27 in den Kanal 19 ist es auch möglich, in dem Boden des Kanals 19 eine Vertiefung (nicht dargestellt) vorzusehen. Diese Vertiefung kann den unteren Teil von Rahmen 3 und Blende 5 der Kammer 1 aufnehmen, so dass die Scheibe 9 bis zum Boden des Kanals 9 hinunterreicht. Diese Lösung kann auch an der Decke des Kanals 19 angewandt werden.
Selbstverständlich können bei Bedarf auch mehrere erfindungsgemäße Lichtquellen in Reihe und/oder in Serie geschaltet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung von UV-Licht und/oder Vakuum- UV-Licht mit einer Kammer (1),. mit einem gasgefüllten Plasmakolben (11) und mit einem Magnetron (17) zur Erzeugung von Mikrowellen, wobei der Plasmakolben (11) innerhalb und das Magnetron (17) außerhalb der Kammer (1) angeordnet sind, wobei die Kammer (1) mindestens einen für UV-Licht und/oder VUV-Licht durchlässigen Bereich (9) aufweist, und wobei die Kammer (1) mindestens eine Öffnung (10) aufweist durch die Mikrowellen in die Kammer (1) gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (1) mehrere Plasmakolben (11) vorhanden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (1) eine erste Scheibe (9.1) und eine zweite Scheibe (9.1) umfasst, dass die erste Scheibe (9.1) und die zweite Scheibe (9.2) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und dass die erste Scheibe (9.1) und/oder die zweite Scheibe (9.2) mindestens bereichsweise durchlässig für UV-Licht und/oder Vakuum-UV-Licht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die erste Scheibe (9.1) und/oder die zweite Scheibe (9.2) aus Quarzglas oder anderen UV-Licht und/oder VUV-Licht durchlässigen Material besteht.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (1) undurchlässig für Mikrowellen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten der Kammer (1) Mikrowellen reflektieren.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Scheibe (9.1) und/oder der zweiten Scheibe (9.2) ein Mikrowellen abschirmendes Gitter (26) aus einem metallischen Werkstoff vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Reihe von Plasmakolben (11) parallel zu der ersten Scheibe (9.1) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Reihe von Plasmakolben (11) parallel zu der zweiten Scheibe (9.2) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Plasmakolben (11) über eine Breite (B) der Kammer (1) erstrecken.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (1) mindestens eine Öffnung (10) vorgesehen ist, und dass durch die mindestens eine Öffnung (10) die von dem mindestens einen Magnetron (17) erzeugten Mikrowellen in die Kammer (1) eingekoppelt werden.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einen Magnetron (17) und der Kammer (1) ein oder mehrere Wellenleiter (15) vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmakolben (11) mit Edelgasen, Halogeniden, Inertgasen, Kohlenwasserstoffen, Sauerstoff, Stickstoff oder Mischungen oder chemischen Verbindungen dieser Gase gefüllt ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Plasmakolben (11) ein Druck zwischen 10~9 mbar und 1 bar herrscht.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Kammer (1) und im Wesentlichen parallel zu den Scheiben (9.1, 9.2) eine UV-Licht und/oder VUV-Licht reflektierende Schicht (25) vorhanden ist.
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