EP0104408B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen ultravioletter Strahlung - Google Patents
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- H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
- H05B41/14—Circuit arrangements
- H05B41/16—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies
- H05B41/20—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch
- H05B41/23—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode
- H05B41/232—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode for low-pressure lamps
Definitions
- hypochlorite it is also known to add hypochlorite to the water instead of chlorine, the sodium hypochlorite being produced by electrolysis from common salt.
- DE-A-1 178 941 also already shows a circuit arrangement for starting up a gas discharge lamp which, from an alternating current source using a supply circuit arrangement dimensioned for the internal voltage and the internal current, in the form of a voltage multiplier circuit composed of rectifier diodes and capacitors and at least one high-voltage supplying, less powerful Ignition circuit, the supply circuit and the ignition circuit being combined to form a voltage multiplier circuit consisting of a plurality of voltage stages connected in series and operated in DC mode using a smoothing choke.
- This circuit arrangement already enables optimization of the operating costs by keeping the combustion current constant with greater accuracy. This also increases the lifespan of the components.
- the invention has for its object to develop a device with the features of the preamble of claim 1 such that the investment and operating costs can be further reduced with improved efficiency and the life of the device used is increased. This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous developments of the invention result from the subclaims.
- the device explained above is characterized according to the invention by a gas discharge lamp in a treatment chamber with an air supply pipe and an air discharge pipe, in a gas-filled UV-permeable pipe and with electrodes which are made of a DC voltage multiplier circuit from one AC network is powered with a switch.
- a pole-reversal switch is arranged between the DC multiplier circuit and the gas discharge lamp, which is actuated by an excitation coil, and if a delay circuit is arranged in a supply line of the rectifier-multiplier circuit, which switches the DC-multiplier circuit via a controlled normally open contact with a delay compared to the polarity reversal.
- the proportion of ozone generated in the air passed through the treatment chamber can be controlled in that, according to a further feature of the invention, a controllable compressor is arranged in the air supply line to the treatment chamber.
- a particularly favorable starting behavior and a long service life of the gas discharge lamp are obtained if, according to a further feature of the invention, a gas discharge lamp is used in the device or circuit arrangement described, in the known cold start sintered electrodes (US Pat. No. 3,325,281) ) are used as electrodes.
- the UV radiation intensity follows the sine law of the current and is therefore proportional to the arithmetic mean l ar of a current half-wave on average over time.
- the electrical energy converted into useless heat in the tube is proportional to the effective value leff of the current half-wave.
- the drawing schematically shows a device or circuit arrangement for generating ozone from oxygen, in particular atmospheric oxygen, by means of UV radiation from a gas discharge lamp.
- the ozone is generated from the atmospheric oxygen which is in the air flow flowing through a treatment chamber 15 with an air supply pipe 13 and an air discharge pipe 14.
- the ozone is generated by the action of UV radiation, which is generated in a gas discharge lamp 6 with electrodes 7, 8 and emerges from the UV-permeable glass tube 17, for example made of quartz glass, which forms the gas discharge lamp.
- the air flow led through the treatment chamber 15 can be increased or accelerated by a compressor 16 arranged in the air supply line 13.
- the gas discharge lamp 6 is fed via a rectifier-multiplier circuit 5 from an AC network with mains lines 1 and 2.
- a power switch 3 is attached to one of the power lines.
- the gas discharge lamp 6 is operated with direct current by the rectifier multiplier circuit 5.
- the DC voltage multiplier circuit 5 consists of several series-connected voltage doubling stages, known per se.
- the DC operation results in energy savings of up to 30%. There is also no annoying flickering when the lamp is switched on immediately. As long as the gas discharge lamp 6 has not yet ignited, the rectifier multiplier circuit 5 supplies a very high voltage at zero current, which causes the gas discharge lamp 6 to ignite. After the ignition, the internal resistance of the gas discharge lamp 6 decreases significantly, so that the operating current can increase considerably.
- a reversing switch 9 can be arranged in the voltage supply of the gas discharge lamp 6. Due to the arrangement of the polarity reversing switch 9, the polarity is switched without load each time the gas discharge lamp 6 is switched on, so that the occurrence of a cataphoresis is prevented.
- the pole-reversal switch 9 which is designed as a current surge pole-reversal switch, is actuated by a relay coil 4 (via connections shown in broken lines).
- the relay coil 4 is designed, for example, for 220 volt AC voltage.
- a delay circuit 10 is provided in a feed line, which switches a normally open contact 12.
- the circuit 10 can have, for example, a relay coil and a capacitor connected in parallel (not shown), which results in a delayed switch-on of the normally open contact 12 compared to the switch-on by the mains switch 3 and the reverse polarity by the relay 4.
- the relay in delay circuit 10 pulls within a half period, i.e. within about 10 msec at 50 Hz AC voltage.
- the rectifier multiplier circuit 5 is connected to the mains voltage later than after 10 msec, for example after 50 msec at the earliest, i.e. 2.5 alternating voltage periods, but expediently not later than 100 msec.
- a double-pole, electromagnetic impulse changeover switch can serve as the pole-reversal switch 9.
- the delay circuit 10 can be supplied, for example, via a rectifier arrangement (not shown) which is directly connected to the network 1, 2.
- the changeover contacts of the changeover device 9 are switched without load by means of the relay 4, so that the rectifier voltage multiplier device 5 is not yet working, because the normally open contact 12 is still open.
- the polarity reversing device 9 is in a polarity which is reversed compared to the previous operating period.
- the pole-reversal switch 9 with the instantaneous excited coil 4 will first flip the contact apparatus. Then, with a selectable delay of at least 50 msec, the rectifier multiplier circuit 5 is connected to the mains via the contact 12 closed by the delay circuit 10. Each time the mains switch 3 is closed, the gas discharge lamp 6 is reversed without load before it turns is caused to ignite and burn by the rectifier multiplier circuit 5. This avoids a cataphoresis effect in the gas discharge lamp 6 operated with direct current.
- the gas discharge occurring between the electrodes 7, 8 causes the generation of UV radiation, the energy of which is sufficient to generate ozone from (air) oxygen.
- the UV radiation generated can exit or enter through the glass tube 17 into the treatment room 15, where it can convert 0 2 to 0 3 .
Landscapes
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung zum Erzeugen ultravioletter Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen etwa λ = 150 und 300 Nanometer, wobei im Wellenlängenbereich ?, = 185 mm Ozon und im Wellenlängenbereich λ = 260 mm keimtötende Strahlung entsteht, aus elektrischer Energie, die in Niederspannungs-Gasentladungsröhren mit je einem Elektrodenpaar in Strahlungsenergie umgewandelt wird, wobei das Wandmaterial dieser Röhren aus an sich bekanntem, für den genannten X - Bereich gut durchlässigem Material besteht und deren Innenraum mit einer an sich bekannten Gas- und Quecksilberdampf-Mischung gefüllt ist, vorzugsweise zum Reinigen von Wasser.
- Zur Reinigung von Abwasser, zur Wasserrückgewinnung im Trinkwasserbereich oder zum Reinigen und Sauberhalten von Badebecken ist es bekannt, das Wasser zu chloren. Der Einsatz von Chlor führt jedoch zu gewissen Nachteilen, beispielsweise zu Haut-und Augenreizungen und zu unangenehmen Geruchserscheinungen.
- Es ist ferner bekannt, anstelle von Chlor Hypochlorit dem Wasser beizumischen, wobei das Natriumhypochlorit durch Elektrolyse aus Kochsalz hergestellt wird.
- Es ist darüber hinaus schon bekannt, die Wasserbehandlung, Entkeimung und dgl. mittels Ozon durchzuführen, wobei die unangenehmen Nebenwirkungen, die bei der Chlorierung auftreten, entfallen. Die Erzeugung von Ozon aus dem Luftsauerstoffanteil erfolgt durch stille Entladungen (Corona-Entladungen) mit Hochspannung (z. B. 15 000 V), wobei die Erzeugung der Hochspannung über Einphasen-Trockentransformatoren erfolgt.
- Es ist auch bekannt, Ozon durch Spitzenentladungen herzustellen. Bei den beiden letztgenannten Verfahren ist der Energieaufwand relativ hoch. Dementsprechend sind auch die Investitionen für die elektrische Anlage sehr kostenaufwendig.
- Es ist ferner bekannt (US-PS-4 273 660) Wasser durch Einwirkung von ultraviolettem Licht und durch Ozon zu reinigen, wobei in einer Gasentladungslampe UV-Licht erzeugt wird, mit Hilfe des UV-Lichtes 02 in 03 umgewandelt, das Ozon dem zu reinigenden Wasser beigefügt und das Wasser-Ozongemisch wiederum an der Gasentladungslampe entlang geführt wird.
- Aus DE-A-1 178 941 geht ferner bereits eine Schaltungsanordnung zur Inbetriebnahme einer Gasentladungslampe hervor, die aus einer Wechselstromquelle unter Verwendung einer für die Brennspannung und den Brennstrom bemessenen Speiseschaltungsanordnung in Form einer aus Gleichrichterdioden und Kondensatoren aufgebauten Spannungsvervielfacherschaltung und wenigstens einer Hochspannung liefernden, leistungsschwächeren Zündschaltung, wobei Speiseschaltung und Zündschaltung zu einer aus mehreren hintereinander geschalteten Spannungsstufen bestehenden Spannungsvervielfacher-Schaltung zusammengefaßt sind und unter Verwendung einer Glättungsdrossel im Gleichspannungsbetrieb betrieben wird.
- Diese Schaltungsanordnung ermöglicht bereits eine Optimierung der Betriebskosten, indem der Brennstrom mit größerer Genauigkeit konstant gehalten wird. Ferner ergibt sich daraus eine Erhöhung der Lebensdauer der Komponenten.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß bei verbessertem Wirkungsgrad die Investitions-und Betriebskosten weitergesenkt werden können und die Lebensdauer der verwendeten Vorrichtung erhöht wird. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Zur Erhöhung der Ozon-Ausbeute bzw. zur Verringerung des Energiebedarfes ist erfindungsgemäß die vorstehend erläuterte Vorrichtung durch eine Gasentladungslampe in einer Behandlungskammer mit Luftzufuhrrohr und Luftabfuhrrohr, mit in einem gasgefüllten UV-durchlässigen Rohr und mit Elektroden gekennzeichnet, die von einer Gleichspannungsvervielfacher-Schaltung aus einem Wechselspannungsnetz mit Einschalter gespeist wird.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen Gleichspannungsvervielfacher-Schaltung und Gasentladungslampe ein Umpolschalter angeordnet ist, der durch eine Erregerspule betätigt wird und wenn in einer Versorgungsleitung der Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung eine Verzögerungsschaltung angeordnet ist, die die Gleichspannungs-Vervielfacher-Schaltung über einen gesteuerten Arbeitskontakt verzögert gegenüber dem Umpolschaltvorgang schaltet.
- Der Anteil erzeugten Ozons in der durch die Behandlungskammer geführten Luft kann dadurch gesteuert werden, daß, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, in der Luftzufuhrleitung zur Behandlungskammer ein steuerbarer Kompressor angeordnet ist.
- Ein besonders günstiges Startverhalten und eine lange Lebensdauer der Gasentladungslampe ergibt sich dann, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, bei der beschriebenen Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung eine Gasentladungslampe verwendet wird, bei der an sich bekannte Kaltstart-Sinterelektroden (US-PS-3 325 281 ) als Elektroden eingesetzt sind.
- Diese Niederspannungs-UV-Strahlungserzeugung ist bezüglich des spezifischen Energieverbrauches und der Investitionskosten so weit verbessert, daß diese nach dem jetzigen Entwicklungsstand mit dem Corona-Entladungsverfahren konkurrieren kann. Gasentladungslampen und insbesondere UV-Strahlungslampen werden bisher direkt mit Wechselstrom aus üblichen Versorgungsnetzen (z. B. 220 V, 50 Hz) über Niederspannungstransformatoren und Stabilisierungsdrosseln betrieben. Für ein Quarzrohr von einem Meter Länge und 15 mm Innendurchmesser (Wandstärke ca. 1,00 mm) aus speziellem Quarzmaterial, welches unter der Kennzeichnung "Suprasil" im Handel ist, mit einem Paar Standard-Wendel-Elektroden, beträgt die Brennspannung ca. 90 Volt bei einem Strom von ca. 0,5 Ampere. Zur Zündung der Entladung müssen die Wendelelektroden vorgeheizt werden, z. B. mit Hilfe des bei Leuchtstofflampen üblichen Prinzips eines Glimmstartes. Die UV-Strahlungs-Intensität folgt in erster Näherung dem Sinusgesetz des Stromes und ist damit im zeitlichen Mittel aber die Wechselstromperiode dem arithmetischen Mittelwert lar einer Stromhalbwelle proportional. Die in nutzlose Wärme im Rohr umgewandelte elektrische Energie ist dem Effektivwert leff der StromHalbwelle proportional. Dabei sind:
- Wird das Entladungsrohr nicht mit sinusförmigem Wechselstrom, sondern mit Gleichstrom durchflossen, so wäre leff/lar = 1, d.h. es würde sich eine Ersparnis von 11 % bei gleicher Strahlungsausbeute ergeben. In Wirklichkeit ist die Verbesserung durch Gleichstrombetrieb noch wesentlich größer. Die Gasentladung erlischt bei Wechselstrom schon etwa vor dem Nulldurchgang des Stromes und setzt nach diesem Nulldurchgang erst wieder ein, wenn die sinusförmige Netzspannung auf einen gewissen Wiederzündwert angestiegen ist. In dieser Zwischenzeit findet keine Entladung und auch keine Strahlungserzeugung statt.
- Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung darstellt.
- Die Zeichnung zeigt schematisch eine Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, mittels UV-Strahlung aus einer Gasentladungslampe.
- Das Ozon wird aus dem Luftsauerstoff erzeugt, der sich im durch eine Behandlungskammer 15 mit Luftzufuhrrohr 13 und Luftabfuhrrohr 14 durchströmenden Luftstrom befindet.
- Die Erzeugung des Ozons erfolgt dabei durch die Einwirkung von UV-Strahlung, die in einer Gasentladungslampe 6 mit Elektroden 7, 8 erzeugt wird und aus der die Gasentladungslampe bildenden UV-durchlässigen Glasröhre 17, beispielsweise aus Quarzglas, austritt.
- Der durch die Behandlungskammer 15 geführte Luftstrom kann vergrößert bzw. beschleunigt werden durch einen in der Luftzufuhrleitung 13 angeordneten Kompressor 16.
- Die Gasentladungslampe 6 wird über eine Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung 5 aus einem Wechselstromnetz mit Netzleitungen 1 und 2 gespeist. An einer der Netzleitungen ist ein Netzschalter 3 angebracht.
- Durch die Gleichrichter-Vervielfacher- Schaltung 5 wird die Gasentladungslampe 6 mit Gleichstrom betrieben. Die Gleichspannungs- Vervielfacher-Schaltung 5 besteht dabei aus mehreren hintereinander geschalteten Spannungsverdoppelstufen, an sich bekannter Art.
- Durch den Gleichstrombetrieb ergibt sich eine Einsparung an Energie bis zu 30 %. Auch erfolgt beim sofortigen Start beim Einschalten der Lampe kein störendes Flackern. Solange die Gasentladungslampe 6 noch nicht gezündet hat, liefert die Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung 5 bei dem Strom Null eine sehr hohe Spannung, welche die Zündung der Gasentladungslampe 6 bewirkt. Nach der Zündung nimmt der Innenwiderstand der Gasentladungslampe 6 wesentlich ab, so daß der Betriebsstrom erheblich ansteigen kann.
- Zusätzlich kann in der Spannungsversorgung der Gasentladungslampe 6 ein Umpolschalter 9 angeordnet sein. Durch die Anordnung des Umpolschalters 9 wird bei jedem Einschalten der Gasentladungslampe 6 die Polung lastlos umgeschaltet, so daß das Auftreten einer Kataphorese verhindert wird.
- Der Umpolschalter 9, der als Stromstoß-Umpolschalter ausgebildet ist, wird von einer Relaisspule 4 (über strichliert dargestellte Verbindungen) betätigt. Die Relaisspule 4 ist beispielsweise für 220 Volt Wechselspannung ausgelegt. Um die Gleichrichter-Vervielfacher- Schaltung 5 anzuschalten, ist in einer Zuleitung eine Verzögerungsschaltung 10 vorgesehen, die einen Arbeitskontakt 12 schaltet. Dabei kann die Schaltung 10 beispielsweise eine Relaisspule und einen dazu parallel geschalteten Kondensator (nicht dargestellt) aufweisen, wodurch eine verzögerte Einschaltung des Arbeitskontaktes 12, gegenüber der Einschaltung durch den Netzschalter 3 und gegenüber der Umpolung durch das Relais 4, bewirkt wird.
- Das Relais in der Verzögerungsschaltung 10 zieht innerhalb einer Halbperiode, d.h. innerhalb von etwa 10 msek bei 50 Hz Wechselspannung an. Durch diese Ausbildung wird die Gleichrichter- Vervielfacherschaltung 5 später als nach 10 msek an die Netzspannung gelegt, beispielsweise frühestens nach 50 msek, d.h. 2,5 Wechselspannungsperioden, zweckmäßig jedoch nicht später als 100 msek.
- Als Umpolschalter 9 kann ein doppelpoliger, elektromagnetischer Stromstoßwechselschalter dienen.
- Die Speisung der Verzögerungsschaltung 10 kann beispielsweise über eine (nicht dargestellte) Gleichrichteranordnung erfolgen, die direkt am Netz 1,2 anliegt.
- Beim Einschalten der Netzspannung mit dem Netzschalter 3 werden die Umschaltkontakte des Umschaltgerätes 9 mittels des Relais 4 lastfrei umgeschaltet, sodaß das Gleichrichter-Spannungs-Vervielfacher-Gerät 5 noch nicht arbeitet, denn der Arbeitskontakt 12 ist noch offen. Bevor sich die vom Gleichrichter-Spannungs-Vervielfacher-Gerät 5 erzeugte Gleichspannung aufbaut und die Zündung, der Gasentladungs-Lampe 6 beginnen kann, liegt das Umpolschaltgerät 9 in einer gegenüber der vorhergehenden Betriebsperiode vertauschen Polung vor. Beim Abschalten mit dem Netzschalter 3 wird zwar die Erregerspule 4 des Stromstoß-Umpolschalters 9 stromlos, der Kontakt verharrt jedoch in seiner Lage. Beim erneuten Wiederanschalten des Gerätes an das Netz durch Betätigung des Netzschalters 3 wird zunächst der Umpolschalter 9 mit der unverzögert erregten Spule 4 den Kontaktapparat umlegen. Dann erfolgt mit einer wählbaren Verzögerung von mindestens 50 msek die Anschaltung der Gleichrichter-Vervielfacher- Schaltung 5 an das Netz über den durch die Verzögerungsschaltung 10 geschlossenen Kontakt 12. Bei jeder Schliessung des Netzschalters 3 wird somit eine lastlose Umpolung der Gasentladungslampe 6 bewirkt, bevor sie durch die Gleichrichter-Vervielfacher- Schaltung 5 zum Zünden und Brennen gebracht wird. Damit wird ein Kataphorese-Effekt bei der mit Gleichstrom betriebenen Gasentladungslampe 6 vermieden.
- Die zwischen den Elektroden 7, 8 auftretende Gasentladung bewirkt aufgrund der entsprechenden Gasfüllung der Gasentladungslampe 6 das Entstehen einer UV-Strahlung, deren Energie ausreicht, um aus (Luft- )Sauerstoff Ozon zu erzeugen. Die erzeugte UV-Strahlung kann durch die Glasröhre 17 in den Behandlungsraum 15 aus- bzw. eintreten und dort die Umwandlung von 02 in 03 bewirken.
Claims (4)
gekennzeichnet durch,
einen zwischen Gleichspannungsvervielfacher-Schaltung (5) und Gasentladungslampe (6) angeordneten Umpolschalter (9), der durch eine Erregungsspule (4) betätigt wird und durch eine in einer Versorgungsleitung der Gleichrichter-Vervielfacher-Schaltung (5) angeordnete Verzögerungsschaltung (10), die die Gleichspannungs-Vervielfacher-Schaltung (5) über einen gesteuerten Arbeitskontakt (12) verzögert gegenüber dem Umpolschaltvorgang schaltet.
gekennzeichnet durch
langlebige Kaltstart-Sinterelektroden als Elektroden (7, 8) der Gasentladungslampe (6).
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| AT83108157T ATE35887T1 (de) | 1982-09-03 | 1983-08-18 | Verfahren und vorrichtung zum erzeugen ultravioletter strahlung. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE19823232802 DE3232802A1 (de) | 1982-09-03 | 1982-09-03 | Verfahren und vorrichtung zum erzeugen ultravioletter strahlung |
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ID=6172412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| EP83108157A Expired EP0104408B1 (de) | 1982-09-03 | 1983-08-18 | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen ultravioletter Strahlung |
Country Status (6)
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