УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ УФ ИЗЛУЧЕНИЕМ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/32 C02F103/02 

Изобретение относится к области дезинфекции и стерилизации жидкостей (в том числе, сильно замутненных сред) с помощью УФ излучения бактерицидного диапазона и может быть использовано в закрытых многоламповых системах погружного типа.

В настоящее время существует потребность в системах для обработки жидкости УФ излучением, оснащенных стандартными ртутными бактерицидными лампами низкого давления (типа ДБ-75), охватывающих интервал расходов от 50 до 700 м³/ч, рассчитанных на давление от 4 до 15 атм и пригодных к обработке не только прозрачных, но и сильно замутненных жидкостей.

Причиной отсутствия подобных устройств являются значительные конструктивные трудности, возникающие при их разработке и заключающиеся в решении таких основных задач, как уменьшение количества УФ ламп, повышение эффективности использовании их излучения при помощи организации оптимальной гидродинамической структуры потока и снижение потерь напора. В известных устройствах подобного типа лампы, как правило, расположены перпендикулярно направлению потока жидкости (поперечное обтекание), что позволяет оптимально использовать длину дуги излучения лампы. Однако основным недостатком таких систем являются большие потери напора в установке. При расположении ламп параллельно относительно направления потока (продольное обтекание) потери напора могут быть значительно снижены, однако при указанных расходах воды и количестве ламп свыше 16 диаметр входного и выходного патрубков занимает непропорционально большую часть корпуса установки и при такой геометрии излучение ламп используется не эффективно.

По указанным выше причинам многоламповые конструкции на указанные расходы, отвечающие вышеперечисленным требованиям, в настоящее время практически отсутствуют.

Известно устройство для обеззараживания воды УФ излучением фирмы WEDECO (тип LBC), предназначенное для обеззараживания только сверхчистой прозрачной воды для промышленных целей и рассчитанное на расход до 150 м³, содержащее корпус сложной формы из нержавеющей стали, имеющий входной и выходной патрубки, снабженные фланцами. Внутри корпуса концентрически и параллельно направлению потока установлены 14 УФ ламп в защитных чехлах. Недостатками данной установки являются ограничение области применения только жидкостями с высоким коэффициентом пропускания УФ излучения, а также отсутствие возможности размещения большего количество ламп.

Известно также устройство для обработки жидкости продольного обтекания (патент WO 96/11879), содержащее цилиндрический корпус, имеющий соосно расположенные входной и выходной патрубки. В зоне облучения, расположенной между патрубками, параллельно образующим корпуса установлено 16 УФ ламп. Каждая лампа, заключенная в защитный кварцевый чехол, установлена на монтажной плате, зафиксированной на корпусе с помощью крепежа. Лампы электрически соединены с блоком питания и сигнализации. Указанная конструкция позволяет снизить входные гидравлические потери и устранить застойные зоны, образующиеся по причине непрямолинейного прохождения потока в устройствах стандартной схемы. Однако такая конструкция не позволяет компактно разместить большее число ламп и не рассчитана на давление более 10 атм из-за ослабления прочности корпуса в местах крепления ламп.

Известно устройство для дезинфекции жидкости с поперечным обтеканием ламп (патент РФ 2058068, C 02 F 1/32, 94 г.), принятое за прототип предлагаемого изобретения, содержащее внешнюю полую цилиндрическую оболочку, закрытую с торцов крышками, в которых выполнены отверстия для подвода патрубков и установки УФ ламп в защитных чехлах, внутри которой коаксиально внешней установлена внутренняя полая цилиндрическая оболочка, снабженная ребрами жесткости. УФ лампы, заключенные в защитные чехлы из материала, прозрачного для УФ излучения, размещены определенным образом в кольцевом зазоре между оболочками параллельно их образующим и закреплены в отверстиях торцевых крышек. В известной установке предусмотрены средства регулирования потока, в качестве которых могут использоваться плоские перегородки или трубы, расположенные в камере дезинфекции между патрубками. Такая конструкция рассчитана на число ламп более 200. Известное техническое решение позволяет повысить эффективность обработки воды за счет соответствующей организации проходящего зону облучения потока, однако обладает значительными потерями напора.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для обработки жидкостей УФ излучением включает в себя внешнюю полую цилиндрическую оболочку, в основаниях которой выполнены отверстия, и соединенные с ней входной и выходной патрубки, а также внутреннюю полую цилиндрическую оболочку, снабженную ребрами жесткости и установленную коаксиально внешней, УФ лампы, заключенные в чехлы из материала, прозрачного для УФ излучения, расположенные в кольцевом зазоре между оболочками параллельно их образующим и установленные в отверстиях оснований внешней оболочки, а также средства формирования потока.

Согласно изобретению лампы в кольцевом зазоре размещены по концентрическим окружностям, входной и выходной патрубки расположены соосно оболочкам, а средства формирования потока расположены по направляющим внутренней оболочки с внешней стороны. Средства формирования потока выполнены в виде прямых и/или вогнутых лопаток, повернутых под углом к направляющей, причем направление поворота лопаток, расположенных со стороны входного патрубка, противоположно направлению поворота лопаток со стороны выходного патрубка относительно оси. Основания внутренней цилиндрической оболочки выполнены торосферическими.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение арсенала технических средств, предназначенных для дезинфекции и стерилизации жидкости, за счет создания закрытых многоламповых установок погружного типа продольного обтекания с расходом от 50 до 700 м³/ч и пригодного для обработки сильно замутненных жидкостей.

Указанные признаки являются существенными, так как непосредственно связаны с приведенным техническим результатом. Предлагаемая конструкция позволяет снизить потери напора и компактно разместить необходимое количество источников излучения за счет их ориентировки (продольного обтекания) и концентрического расположения, а также значительно повысить прочность корпуса за счет цилиндрической геометрии и минимизации площади плоских частей установки. Наличие внутренней цилиндрической оболочки с расположенными на ней средствами формирования потока, выполненными в виде повернутых под углом лопаток с разным направлением поворота со стороны входного и выходного патрубков, позволяет оптимально организовать протекание потока обрабатываемой жидкости через установку. Поступающий через входной патрубок поток обрабатываемой жидкости направляется на внутреннюю цилиндрическую оболочку, которая оттесняет его в кольцевой зазор, где он подвергается воздействию УФ облучения. Кроме того, внутренняя оболочка и расположенные на ней элементы формирования потока обеспечивают спиралеобразный режим его протекания, в результате чего излучение УФ ламп используется более эффективно, а получаемая потоком обрабатываемой жидкости доза облучения увеличивается.

Указанная совокупность существенных признаков в целом определяет возможность достижения технического результата - расширения арсенала устройства для стерилизации и дезинфекции жидкостей путем создания закрытых многоламповых установок погружного типа продольного обтекания с расходом от 50 до 700 м³/ч, обладающих низкими потерями напора при высокой эффективности обеззараживания и пригодных к использованию для мутных сред.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено предлагаемое устройство для обработки жидкостей, а на фиг. 2 - УФ лампа в защитном чехле с электрическими контактами и влагозащитными уплотнениями.

Устройство включает в себя внешнюю оболочку 1 в виде цилиндра, входной и выходной патрубки 2, 3 соответственно, УФ лампы 4, заключенные в защитные кварцевые чехлы 5, внутреннюю цилиндрическую оболочку 6, основания 7 которой выполнены торосферическими и снабженную ребрами 8 жесткости. По направляющим внутренней оболочки под углом к ним размещены средства формирования потока в виде лопаток 9, причем направление поворота лопаток со стороны входного патрубка противоположно направлению их поворота со стороны выходного патрубка. В основаниях внешней оболочки имеются отверстия 10, 11 для присоединения патрубков и установки УФ ламп в чехлах соответственно. Лампы в чехлах имеют электрические контакты 12, посредством которых они связаны с блоками питания и сигнализации и средствами 13 для предотвращения попадания жидкости на электрические контакты ламп. Устройство снабжено пробоотборниками 14, дополнительными патрубками 15 для промывки установки, а также патрубками 16, 17 для слива воды и отвода воздуха соответственно.

Предложенное устройство реализуется следующим образом.

Устройство для дезинфекции питьевой воды с горизонтальным расположением корпуса имеет габаритные размеры 1300х1240х670 мм. Устройство включает в себя изготовленные из нержавеющей стали внешнюю оболочку 1 (корпус) в виде цилиндра и присоединенные к соответствующим отверстиям 10 в его основаниях при помощи сварки входной и выходной патрубки 2, 3, снабженные фланцами. Внутри корпуса, коаксиально ему, установлена внутренняя цилиндрическая оболочка 6 (обтекатель), имеющая внутри ребра 8 жесткости в виде ободов, основания 7 которой имеют торосферическую поверхность и закреплены при помощи сварки. С внешней стороны обтекателя по его направляющим равномерно приварены повернутые под углом к ним 18 вогнутых лопаток 9 для закручивания потока, причем направление поворота лопаток со стороны входного и выходного патрубков, противоположное относительно оси оболочек. В отверстиях 11 оснований цилиндрического корпуса установлены УФ лампы 4 в защитных кварцевых чехлах 5. Лампы имеют электрические контакты 12, посредством которых они связаны с блоками питания и сигнализации. Защитные чехлы снабжены средствами 13 для предотвращения попадания жидкости на электрические контакты ламп. Лампы располагаются в кольцевом зазоре между стенками корпуса и обтекателя параллельно их образующим по концентрическим окружностям. Концы ламп закреплены с двух сторон в отверстиях 11 оснований корпуса при помощи крепежа. Устройство снабжено расположенными на входном и выходном патрубках пробоотборниками 14 для контроля обеззараживаемой жидкости и дополнительными патрубками 15 для промывки установки в случае загрязнения чехлов ламп. На корпусе установки имеются также патрубки 16, 17 для слива воды и отвода воздуха соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Обеззараживанию подвергаются сточные воды, имеющие коэффициент пропускания τ от 0,3 до 1,0 для λ = 253,7 нм. Поток жидкости через входной патрубок поступает во внешнюю оболочку (корпус) диаметром 650 мм и направляется на внутреннюю цилиндрическую оболочку (обтекатель) диаметром 314 см. При этом поток спиралеобразно закручивается при помощи лопаток и оттесняется к стенкам корпуса в кольцевой зазор между корпусом и обтекателем (зону облучения), где подвергается воздействию бактерицидного УФ излучения, причем со стороны входного патрубка лопатки повернуты по часовой стрелке относительно оси оболочек и направления входящего потока, а на выходном - против часовой стрелки. Источниками УФ излучения являются ртутные лампы низкого давления типа ДБ-75 в кварцевых чехлах, расположенные параллельно образующим корпуса и, соответственно, потоку обрабатываемой жидкости.

Лампы закреплены в отверстиях оснований корпуса. Лампы снабжены электрическими контактами для подведения электропитания и соединения с системой сигнализации, которые защищены от попадания воды резиновыми уплотнениями. Лампы расположены по 2-м концентрическим окружностям. Первый круг состоит из 16 ламп. Далее следует второй круг из 20 ламп. Длина корпуса примерно соответствует длине лампы в чехле и составляет 1200 мм, Конструкция предусматривает возможность увеличения числа ламповых кругов, например, до 4. Конструкция установки позволяет работать при давлении в камере до 15 атм. Устройство может располагаться как горизонтально, так и вертикально.

Пример.

Обеззараживанию подвергаются сточные воды, имеющие коэффициент пропускания τ от 0,3 до 1,0 для λ = 253,7 нм. Устройство расположено вертикально. Поток жидкости подается через входной патрубок во внешнюю оболочку (корпус), направляется на внутреннюю цилиндрическую оболочку (обтекатель), на внешней поверхности которой размещены прямые лопатки, придающие потоку спиралевидное движение и оттесняющие его к стенкам корпуса в кольцевой зазор между корпусом и обтекателем (зону облучения). В зоне облучения жидкость подвергается воздействию УФ излучения установленных там бактерицидных ламп. Бактерицидные лампы представляют собой газоразрядные ртутные лампы низкого давления типа ДБ-75, установленные в защитных чехлах из боросиликатного кварцевого стекла (72,2% SiO₂, 17,1% B₂O₃, 2,6% Al₂O₃, 5,6% Na₂O, 1,4% K₂0, 0,3% MgO, 0,8% CaO). Лампы имеют максимум УФ излучения на длине волны 253,7 нм.

Продольные оси ламп ориентированы вдоль потока обрабатываемой жидкости.

Лампы закреплены в отверстиях оснований корпуса, снабжены электрическими контактами для подведения электропитания и соединения с системой сигнализации, которые защищены от попадания воды резиновыми уплотнениями.

Устройство относится к области дезинфекции и стерилизации жидкостей (в том числе сильно замутненных сред) с помощью УФ излучения бактерицидного диапазона и может быть использовано в закрытых многоламповых системах погружного типа. Устройство содержит цилиндр, в основании которого выполнены отверстия, соединенные с ним входной и выходной патрубки, а также внутренний цилиндр, снабженный ребрами жесткости и установлен коаксиально внешней. УФ лампы заключены в чехлы из материала, прозрачного для УФ излучения, расположены в кольцевом зазоре между оболочками параллельно их образующим и установлены в отверстиях основания внешней оболочки. Лампы в кольцевом зазоре размещены по концентрическим окружностям, входной и выходной патрубки расположены соосно оболочкам, а средства формирования потока расположены по направляющим с внешней стороны внутренней оболочки. Средства выполнены в виде прямых и/или вогнутых лопаток, повернутых под углом к направляющей. Технический результат состоит в возможности обработки сильно замутненных жидкостей с большим расходом. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для обработки жидкостей УФ излучением, содержащее внешнюю полую цилиндрическую оболочку, в основаниях которой выполнены отверстия, и соединенные с ней входной и выходной патрубки, а также внутреннюю полую цилиндрическую оболочку, снабженную ребрами жесткости и установленную коаксиально внешней, УФ лампы, заключенные в чехлы из материала, прозрачного для УФ излучения, расположенные в кольцевом зазоре между оболочками параллельно их образующим и установленные в отверстиях оснований внешней оболочки, а также средства формирования потока, отличающееся тем, что лампы в кольцевом зазоре размещены по концентрическим окружностям, входной и выходной патрубки расположены соосно оболочкам, а средства формирования потока размещены по направляющим внутренней оболочки с ее внешней стороны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства формирования потока выполнены в виде прямых и/или вогнутых лопаток. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что средства формирования потока повернуты под углом к направляющим внутренней оболочки. 4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что направление поворота средств формирования потока, расположенных со стороны входного патрубка, противоположно направлению поворота средств формирования потока, расположенных со стороны выходного патрубка относительно оси оболочек. 5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что основания внутренней цилиндрической оболочки выполнены торосферическими.