ES2553664T3 - Dispositivo para endurecer revestimientos o recubrimientos de plástico sobre la pared interior de cavidades alargadas - Google Patents

Dispositivo para endurecer revestimientos o recubrimientos de plástico sobre la pared interior de cavidades alargadas Download PDF

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Abstract

Dispositivo para endurecer revestimientos o recubrimientos de plástico sobre la pared interior de cavidades alargadas, que presenta una lámpara UV (2) para la emisión de radiación óptica con una ampolla envolvente (10), caracterizado por que la ampolla envolvente (10) contiene un gas de carga que contiene galio, y por que está previsto un elemento de filtro óptico para reducir la emisión de una parte de radiación ultravioleta de la radiación óptica, que presenta en un intervalo de longitud de onda de 400 nm hasta 450 nm una transmisión espectral de al menos el 80 % cm-1 y cuya longitud de onda de borde se sitúa en el intervalo de 350 nm a 380 nm.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo para endurecer revestimientos o recubrimientos de plastico sobre la pared interior de cavidades alargadas.
La presente invencion se refiere a un dispositivo para endurecer revestimientos o recubrimientos de plastico sobre la pared interior de cavidades alargadas, que presenta una lampara UV para la emision de radiacion optica con una ampolla envolvente.
Para el saneamiento de sistemas de tuberfas y de canales se emplean desde hace muchos anos procedimientos de renovacion, a traves de los cuales la capacidad de funcionamiento de los sistemas de tuberfas y de canales se reconstruye, y por tanto su vida util puede prolongarse.
Como procedimientos de renovacion, junto a procedimientos de revestimiento para revestir la pared interior de las cavidades, se emplean tambien recubrimientos, los cuales se tratan de materiales compuestos de fibra que se componen de materiales textiles impregnados con resinas, por ejemplo fibras de vidrio.
El endurecimiento del revestimiento o de la resina se realiza en el sistema de tuberfas o de canales y puede realizarse, por ejemplo, termicamente mediante la introduccion de agua caliente o vapor de agua, u opticamente empleando radiacion ultravioleta. Los recubrimientos para el endurecimiento termico deben almacenarse en lugar refrigerado, y durante el almacenaje en lugar refrigerado pueden conservarse solamente de modo limitado. El empleo de procedimientos opticos tiene la ventaja de una mejor capacidad de almacenaje, presentan ademas eficiencia energetica y son respetuosos con el medio ambiente.
Estado de la tecnica
El documento JP 2009-137128 A describe un procedimiento para endurecer revestimientos en la pared interior de cavidades alargadas por medio de una lampara UV. Se emplean en este caso lamparas de mercurio o de galio.
Un dispositivo adicional para la irradiacion de paredes interiores de cavidades alargadas, especialmente para el endurecimiento de laminados de plastico que pueden endurecerse por radiacion se conoce ademas por el documento CA 2.337.239 A1. El dispositivo que puede desplazarse en la cavidad esta dotado de lamparas UV que estan dispuestas en una boquilla de lampara, y presentan en el lado enfrentado un resorte de compresion. Mediante un accionamiento con husillo roscado se posibilita una adaptacion variable de la distancia de la lampara con respecto a la pared interior del laminado de resina sintetica que va a endurecerse. Una fuente de radiacion adicional para la irradiacion con radiacion UV de paredes interiores de cavidades alargadas se propone en el documento DE 298 20 521 U1. La fuente de radiacion presenta en los extremos unidades de rodadura dispuestas en el plano de seccion transversal de tubo que estan conectadas entre sf, y que presentan en cada caso un tubo de vidrio de cuarzo dispuesto axialmente. Dentro del tubo de vidrio de cuarzo esta dispuesta una lampara que sirve para la irradiacion del espacio interior de tubo.
En el documento DE 101 45 648 A1 se divulga un dispositivo de irradiacion para irradiar objetos en el que como fuente de radiacion esta prevista una lampara de descarga gaseosa con un gas de carga que contiene galio.
Ademas, el documento CH 328 598 A ensena un filtro ultravioleta que se compone de vidrio de cuarzo que se emplea como pared de tubos de descarga gaseosa. Este filtro ultravioleta tiene el objetivo de clasificar selectivamente determinados campos del espectro UV.
Objetivo tecnico
El vidrio de cuarzo puro es transparente para la radiacion UV en la zona espectral hasta el intervalo de UVC-VUV y por tanto es un material de lampara preferido para fuentes de luz UV.
Cuando en dispositivos para endurecer revestimientos o recubrimientos de plastico se emplean lamparas de este tipo, estas emiten, ademas de radiacion de trabajo, tambien un parte de radiacion ultravioleta de onda mas corta que puede provocar danos en la salud o el envejecimiento de componentes situados en la cercanfa. Esto es valido en particular para componentes de plastico.
Por tanto la invencion se basa en el objetivo de indicar un dispositivo para el endurecimiento de revestimientos o recubrimientos de plastico en la pared interior de cavidades alargadas que presente una vida util larga, y en el que se reduzca el peligro de danos en la salud y danos en el material.
Descripcion general de la invencion
Este objetivo se consigue de acuerdo con la invencion partiendo de un dispositivo de tuberfas y de canalizacion del tipo generico mencionado al principio, por que la ampolla envolvente contiene un gas de carga que contiene galio, y
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por que esta previsto un elemento de filtro optico para reducir la emision de una parte de radiacion ultravioleta de la radiacion optica que presenta en un zona espectral de 400 nm a 450 nm una transmision espectral de al menos 80 % cm1 y cuya longitud de onda de borde se situa en el intervalo de 350 nm a 380 nm.
En el caso de dispositivos de tuberfas y de canalizacion hasta el momento se empleaba vidrio de cuarzo puro como material de lampara para la lampara UV, que es transparente para la radiacion UV en la zona espectral hasta en el intervalo de UVC-VUV.
De acuerdo con la invencion se proponen dos modificaciones, partiendo de las cuales, una se refiere al espectro de emision de la radiacion generada en la ampolla envolvente, y la otra a la adaptacion de este espectro de emision a las circunstancias en el empleo de acuerdo con la invencion del dispositivo.
El dopaje del gas de carga con galio genera un espectro de emision caracterfstico. La radiacion generada asf muestra maximos de intensidad acentuados en una zona espectral que cubre el intervalo de trabajo del dispositivo para endurecer revestimientos o recubrimientos de plastico en la pared interior de cavidades alargadas.
El intervalo de trabajo de longitud de onda preferido de la radiacion empleada se situa entre 400 nm hasta 450 nm. Se ha demostrado que la radiacion emitida con una longitud de onda menor de 400 nm y mayor de 450 nm no es absolutamente necesaria para el endurecimiento de los revestimientos o recubrimientos de plastico.
No obstante, el gas de carga que contiene galio emite tambien fuera del intervalo de trabajo, y en particular en la zona espectral ultravioleta.
Para la adaptacion del espectro generado en el intervalo de trabajo, la parte de radiacion UV se reduce, o se elimina, mediante el empleo del elemento de filtro optico. La radiacion reducida o eliminada por el elemento de filtro optico comprende la zona espectral UV o una parte de la misma de manera que se evitan danos en la salud mediante la radiacion UV emitida, y al mismo tiempo se posibilita una vida util elevada de los componentes situados en la cercanfa del dispositivo.
El elemento de filtro optico presenta para este fin una longitud de onda de borde en el intervalo de 350 nm a 380 nm. La longitud de onda de borde corresponde a aquella longitud de onda en la que el grado de transmision interna espectral asciende a la mitad de la diferencia maxima de los grados de transmision interna de la zona de bloqueo y de transmision. El grado de transmision interna espectral prescinde de las perdidas de reflexion y se entiende por definicion como la relacion del flujo de radiacion espectral escapado respecto al flujo de radiacion penetrado.
El elemento de filtro optico esta realizado como revestimiento o como dopaje de un sustrato. En el caso del sustrato se trata en el caso mas sencillo de la ampolla envolvente de la lampara UV.
En una modificacion preferida esta previsto que la fuente de radiacion en la zona espectral de 400 nm a 450 nm presente al menos una lfnea de emision principal cuya longitud de onda sea como mfnimo en el valor de 10 nm y como maximo en el valor de 50 nm mayor que la longitud de onda de borde.
El elemento de filtro elimina o debilita las partes de la radiacion UV en el espectro de emision que no se necesitan para el endurecimiento del revestimiento o del recubrimiento. Por ello sin embargo permanece solamente un zona espectral estrecha como radiacion de trabajo utilizable. Por lo tanto una emision principal en esta zona espectral es especialmente importante para el empleo de acuerdo con el uso del dispositivo.
Debido a que la longitud de onda de la emision principal con respecto a la longitud de onda de borde del elemento de filtro optico es inmediatamente adyacente se consigue que las posibles partes no deseadas de radiacion UV de la emision principal se absorban. Por otro lado debido a que la longitud de onda es en al menos 10 nm mayor que la longitud de onda de borde, la emision de la lfnea de emision principal no se ve perjudicada en exceso. Si la longitud de onda de la lfnea de emision principal es en mas de 50 nm mayor que la longitud de onda de borde existe, por un lado, el peligro de que la parte de radiacion ultravioleta de onda corta no deseada no se minimice de manera efectiva. Por otro lado en el caso de una longitud de onda de borde grande, la zona espectral todavfa disponible para una lfnea de emision principal en la zona de trabajo es muy delgada de manera que existe el peligro de que una intensidad de irradiacion suficiente no pueda alcanzarse.
Una variante preferida del dispositivo preve que el elemento de filtro optico se fabrique de vidrio de cuarzo dopado con aluminio.
Un elemento de filtro optico de vidrio de cuarzo dopado con aluminio es qufmicamente y termicamente estable, y a diferencia de un revestimiento, no puede danarse.
Ha demostrado ser rentable si el elemento de filtro optico presenta un contenido de aluminio en el intervalo de 10 ppm en peso hasta 20 ppm en peso.
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Un elemento de filtro optico con un contenido de aluminio menor de 10 de ppm en peso lleva una reduccion menor de las partes no deseadas de la radiacion UV. Un elemento de filtro optico con un contenido de aluminio mayor de 20 ppm en peso reduce notablemente la transmision espectral en el intervalo de trabajo.
En una variante preferida alternativa esta previsto que el elemento de filtro optico este fabricado de vidrio de cuarzo dopado con cerio.
Un elemento de filtro optico de vidrio de cuarzo dopado con cerio es qufmicamente y termicamente estable, y a diferencia de un revestimiento, no puede danarse.
En una configuracion ventajosa esta previsto que el elemento de filtro optico sea un cilindro hueco de vidrio de cuarzo en el que esta dispuesta la lampara UV.
Mediante la disposicion de la lampara UV en un cilindro hueco de vidrio de cuarzo la lampara UV se protege de efectos mecanicos y de impurezas. Un cilindro hueco de vidrio de cuarzo es facil de limpiar y de reemplazar, y un elemento de filtro en forma de un cilindro hueco de vidrio de cuarzo es sencillo y economico de fabricar. Gracias a la forma de tubo se garantiza una absorcion isotropica de la radiacion UV emitida por el emisor UV en todas las direcciones espaciales. El diametro exterior del cilindro hueco de vidrio de cuarzo puede adaptarse a la geometrfa interior del canal o del tubo.
En una configuracion preferida adicional esta previsto que el cilindro hueco de vidrio de cuarzo cierre hermeticamente la lampara UV de manea estanco al gas y presente una junta estanca al gas para el paso de la corriente para el contacto electrico de la lampara UV.
Mediante la disposicion de la lampara UV en un cilindro hueco de vidrio de cuarzo la lampara UV se protege de efectos mecanicos. Gracias a que el cilindro hueco de vidrio de cuarzo encierra la lampara UV de manera estanca al gas, y presenta una obturacion estanca al gas para el paso de la corriente para el contacto electrico de la lampara UV, se posibilita en conjunto una forma de construccion compacta. El cilindro hueco de vidrio de cuarzo puede presentar una o varias juntas estancas al gas. Puede estar realizado con zocalos en un lado o en dos lados. El cilindro hueco de vidrio de cuarzo puede estar lleno de un gas noble o presentar un vacfo.
En el caso mas sencillo, el elemento de filtro optico es la ampolla envolvente de la lampara UV.
Un elemento de filtro que sea al mismo tiempo la ampolla envolvente de la lampara UV es economico de fabricar y posibilita una forma de construccion especialmente compacta del dispositivo.
Alternativamente o complementariamente a esto ha demostrado ser asequible si el elemento de filtro optico esta realizado como revestimiento sobre el cilindro hueco de vidrio de cuarzo y/o la ampolla envolvente.
El revestimiento esta previsto en este caso sobre el lado exterior y/o el lado interior del cilindro hueco de vidrio de cuarzo y/o de la ampolla envolvente. Los revestimientos pueden estar aplicados de manera sencilla y pueden ajustarse en sus propiedades de manera variable. Un revestimiento adecuado puede estar configurado como filtro de reflexion de interferencia multicapa de dioxido de titanio y dioxido de silicio.
A continuacion se describe la invencion con mas detalle mediante un ejemplo de realizacion y un dibujo. En particular muestra en representacion esquematica:
la figura 1 una forma de realizacion de una unidad de lampara del dispositivo de acuerdo con la invencion con un elemento de filtro optico en forma de un cilindro hueco de vidrio de cuarzo, y la figura 2 una distribucion de intensidad espectral de la lampara UV en la que esta marcada esquematicamente una curva de transmision de un vidrio de cuarzo dopado.
El dispositivo de acuerdo con la invencion para endurecer revestimientos o recubrimientos de plastico sobre la pared interior de cavidades alargadas comprende una unidad de lampara, tal como se representa en la figura 1, y a la que esta asignado en su totalidad el numero de referencia 1. La unidad de lampara 1 comprende una lampara UV para la emision de radiacion optica, un cilindro hueco de vidrio de cuarzo 3 estanco al gas y una junta estanca al gas 4. La lampara UV es un emisor 2 de presion media de mercurio con una potencia nominal de 600 W. Por lo demas, para el endurecimiento de revestimientos o recubrimientos de plastico estan previstos emisores con una potencia nominal de 100 W hasta 2000 W. El emisor 2 de presion media de mercurio presenta una ampolla envolvente 10 estanca al gas que esta llena con mercurio, gas noble y galio. En las dos juntas 7 estancas al gas del emisor 2 de presion media de mercurio esta previsto en cada caso un paso de corriente 5a, 5b para el contacto electrico de los electrodos 6a, 6b.
Ejemplo 1
El emisor 2 de presion media de mercurio esta rodeado de un cilindro hueco de vidrio de cuarzo 3 que esta fabricado
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de una calidad de vidrio de cuarzo que ofrece la empresa Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG, Hanau bajo la denominacion “HLQ382”. Este vidrio de cuarzo contiene 0,6 ppm de litio, 0,3 ppm de sodio, 0,4 ppm de potasio, 0,05 ppm de magnesio, 0,5 ppm de calcio, 0,1 ppm de hierro, menos de 0,05 ppm de cobre, menos de 0,05 ppm de manganeso y 15 ppm de aluminio. El cilindro hueco de vidrio de cuarzo 3 sirve como elemento de filtro en el sentido de esta invencion.
Ejemplo 2
En una forma de realizacion alternativa el cilindro hueco de vidrio de cuarzo 3 esta fabricado de un vidrio de cuarzo dopado con cerio tal como se ofrece por la empresa Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG, Hanau, bajo la denominacion “M 382 Plus” o bien “M382 S Plus”. En este caso el vidrio de cuarzo contiene como impurezas qufmicas 1 ppm de litio, 1 ppm de sodio, 0,8 ppm o bien 0,1 ppm de potasio, 0,1 ppm magnesio, 1,0 o bien 0,1 ppm de calcio, 0,8 o bien 0,2 ppm de hierro, 0,1 ppm de cobre, 0,1 ppm de cromo, 0,05 ppm de manganeso y 20 o bien 10 ppm de aluminio. Ademas el vidrio de cuarzo esta dotado de cerio.
El cilindro hueco de vidrio de cuarzo 3 encierra de manera estanca al gas el emisor 2 de media presion de mercurio. La cavidad 8 entre el cilindro hueco de vidrio de cuarzo 3 y el emisor 2 de media presion de mercurio esta llenado con el gas noble argon. Mediante la junta estanca al gas 4 del cilindro hueco de vidrio de cuarzo 3 estan previstos dos pasos de corriente 9a, 9b para el contacto electrico del emisor 2 de media presion de mercurio.
La figura 2 muestra una distribucion de intensidad espectral del emisor 2 de media presion de mercurio en la zona espectral de entre 250 y 750 nm. La zona espectral de la radiacion de trabajo para endurecer revestimientos o recubrimientos de plastico es de 400 a 450 nm. El emisor 2 de media presion de mercurio emite radiacion por fuera y por dentro de este intervalo de trabajo. En particular el espectro presenta dos lfneas de emision principales en aproximadamente 410 nm y 420 nm.
Para minimizar la parte de onda corta de la emision (E) por fuera de la zona espectral de trabajo, el cilindro hueco de vidrio de cuarzo 3 se emplea como vidrio de filtro. En la distribucion de intensidad de radiacion espectral de la fuente de radiacion anteriormente mencionada esta marcada esquematicamente la curva de transmision (T: transmision) del cilindro hueco de vidrio de cuarzo 3 de acuerdo con el ejemplo 1. La transmision espectral del vidrio de cuarzo (sin perdidas de dispersion y reflexion en las superficies) dentro de la zona espectral de trabajo asciende a mas de 90 % cm-1. Sin embargo puede distinguirse que las longitudes de onda por debajo de aproximadamente 400 nm se absorben a traves del elemento de filtro optico de manera creciente y por ello se filtran.
La longitud de onda de borde del filtro se situa aproximadamente en 380 nm. Aunque las dos lfneas de emision principales mencionadas en aproximadamente 410 nm y 420 nm son tangentes mediante el efecto de filtro del cilindro hueco de vidrio de cuarzo 3, sin embargo no se eliminan.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo para endurecer revestimientos o recubrimientos de plastico sobre la pared interior de cavidades alargadas, que presenta una lampara UV (2) para la emision de radiacion optica con una ampolla envolvente (10), caracterizado por que la ampolla envolvente (10) contiene un gas de carga que contiene galio, y por que esta previsto un elemento de filtro optico para reducir la emision de una parte de radiacion ultravioleta de la radiacion optica, que presenta en un intervalo de longitud de onda de 400 nm hasta 450 nm una transmision espectral de al menos el 80 % cm-1 y cuya longitud de onda de borde se situa en el intervalo de 350 nm a 380 nm.
  2. 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la lampara UV (2) presenta en el intervalo de longitud de onda de 400 nm a 450 nm al menos una lfnea de emision principal cuya longitud de onda es en como mfnimo de 10 nm y como maximo de 50 nm mayor que la longitud de onda de borde.
  3. 3. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el elemento de filtro optico (3) esta fabricado de vidrio de cuarzo dopado con aluminio.
  4. 4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que el contenido de aluminio se situa en el intervalo de 10 ppm en peso hasta 20 ppm en peso.
  5. 5. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el elemento de filtro optico esta fabricado de vidrio de cuarzo dopado con cerio.
  6. 6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento de filtro optico es un cilindro hueco de vidrio de cuarzo (3) en el que esta dispuesta la lampara UV (2).
  7. 7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado por que el cilindro hueco de vidrio de cuarzo (3) encierra la lampara UV (2) de manera estanca al gas y presenta una junta estanca al gas (4) para el paso de la corriente para el contacto electrico de la lampara UV (2).
  8. 8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento de filtro optico es la ampolla envolvente.
  9. 9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento de filtro optico esta realizado como revestimiento sobre la ampolla envolvente (10).
  10. 10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 6 o 7, caracterizado por que el elemento de filtro optico esta realizado como revestimiento sobre el cilindro hueco de vidrio de cuarzo (3) o sobre el cilindro hueco de vidrio de cuarzo (3) y la ampolla envolvente (10).
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