МОДУЛЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ Российский патент 2004 года по МПК C02F1/32 C02F103/02 

Изобретение относится к модулям для обработки жидкости при помощи воздействия на них ультрафиолетовым (УФ) излучением установленных в них бактерицидных ламп и может быть использовано в безнапорных системах, предназначенных для обработки сточных или поверхностных вод, в частности к модулям, в которых используются амальгамные лампы.

Известны модуль и способ обработки жидкостей путем воздействия на них излучением, в том числе и УФ, предназначенные для открытых канальных систем (ЕР 1017631, C 02 F 1/32, 1999 г.).

Модуль включает в себя систему крепления, в которой горизонтально установлены ряды УФ-ламп в защитных кварцевых чехлах, продольные оси которых параллельны направлению потока. Питание к контактам ламп подводится с помощью электропроводов, погруженных в воду и адаптированных к водной среде и соединяющих лампы с пускорегулирующими аппаратами (ПРА). Чехлы снабжены уплотнениями, предотвращающими попадание воды на контакты лампы, а также герметично уплотненными гермовводами для подведения проводов питания к каждой лампе.

Указанное техническое решения обладает следующими недостатками:
- невозможность использования такой системы подключения ламп для систем питания, использующих высокие частоты (ВЧ) из-за появления помех и наводок, что ограничивает область применения данного устройства;
- отсутствие возможности изменять погонную емкость проводов, что приводит к наложению ограничений на длину провода от ПРА до лампы, необходимой для нормальной работы ПРА, питающих лампы;
- необходимость установки водонепроницаемых уплотнений в двух зонах (кварцевый чехол - ламповое уплотнение и ламповое уплотнение - кабельный гермоввод), снижающая надежность системы и повышающая вероятность разгерметизации при замене лампы;
- необходимость изготовления проводов, подводящих питание к лампам, из специальных материалов, стойких к агрессивным средам (рН 6-8) и к воздействию УФ;
- сложность эксплуатации модуля для обработки воды с большим количеством взвешенных веществ из-за обрастания уплотнений осевшими взвешенными и необходимость в специальных средствах очистки для уплотнений.

За прототип изобретения выбран ламповый модуль (WO 01/43782, A 61 L 2/10, 2001 г.), предназначенный для установки в канальных системах, состоящий из рамы, образованной поперечным элементом и опорными стойками, одна из которых выполнена полой и в которой установлены УФ-лампы, помещенные в защитные чехлы и расположенные горизонтально, параллельно друг другу и направлению потока обрабатываемой воды, а также лампового балласта (ПРА). Защитные чехлы герметично уплотнены в полой стойке, которая одновременно является кабельным каналом для прокладки проводов от балласта и источника питания к лампе. Для работы ламп используют балласт, вырабатывающий постоянное, низкочастотное, ВЧ радио- и микроволновое напряжения. Балласт может располагаться как между стойкой и ламповым модулем, так и внутри полой стойки. Для отведения рассеиваемой мощности балласт частично или полностью погружен в жидкость, в качестве которой используется обрабатываемая среда или охлаждающая жидкость, например, содержащаяся в контейнере. Балласт может подключаться к каждой лампе модуля, попарно или к нескольким лампам.

Электрические соединения для подключения ламп к системе представляют собой провода, проходящие в полой стойке параллельно друг другу и соединяющие каждую лампу с балластом.

Достоинствами конструкции известного модуля являются: использование только одной области уплотнения - защитного чехла в стойке, что позволяет повысить его надежность, отсутствие контакта электрических проводов с водой, что не требует их специального выполнения. Однако близкое расположение параллельных проводов в одной стойке приводит к тому, что сигнал, проходящий по одному проводу, вызывает электромагнитные помехи на другом проводе. Особенно это проявляется при прохождении ВЧ-сигнала (от 10 кГц и выше), на котором работают высокомощные лампы. Кроме того, при использовании электронных ПРА (ЭПРА) для газоразрядных ламп наведение электромагнитных помех повышает вероятность выхода ЭПРА из строя. Использование экранированных проводов в случае прототипа в определенной степени позволило бы подавить электромагнитные помехи, однако при указанном расположении проводов исчезнет возможность варьирования их погонной емкости. Также в известном техническом решении к размещению балласта и лампы друг относительно друга предъявляются жесткие требования (длина соединяющих их проводов должна быть как можно меньше).

Таким образом, основными недостатками конструкции модуля, реализованной в прототипе, являются отсутствие возможности изменения погонной емкости проводов, что приводит к ограничению длины провода от ПРА до лампы, и наличие электромагнитных помех при прохождении сигнала от ПРА к лампе, особенно на повышенной частоте, что существенно для работы ламп с электронным ПРА.

В то же время известно, что применение повышенной частоты питания ламп благотворно влияет на работу электрода лампы и, как следствие, на эксплутационные характеристики лампы. Так, например, применение сигнала повышенной частоты (хотя бы более 10 кГц) повышает к.п.д. лампы на 5-10% и приводит к увеличению ее срока службы в 1,5 раза.

Существенным недостатком конструкции известного модуля являются потери напора, так как массивная стойка, дополнительно играющая роль кабельного канала, перекрывает просвет лотка и уменьшает его живое сечение.

Технической задачей, решаемой за счет предлагаемого изобретения, является создание конструкции модуля для обработки жидкости УФ-излучением, которая позволила бы в качестве источников излучения использовать в том числе и газоразрядные лампы, работающие на ВЧ-сигнале с любым типом ПРА.

Технический результат, достигаемый за счет предлагаемого устройства, заключается в устранении электромагнитных помех при одновременном осуществлении возможности изменения погонной емкости проводов, использовании проводов различной жильности для подвода питания, увеличении срока службы ламп и ЭПРА, а также снижении потерь напора жидкости на модуле.

Сущность изобретения заключается в том, что модуль для обработки жидкости УФ-излучением содержит горизонтальный элемент и соединенный с ним металлический полый элемент, УФ-лампы, заключенные в защитные чехлы, выполненные из прозрачного для УФ-излучения материала, каждая из которых горизонтально установлена в герметичном уплотнении в полом элементе, блок ПРА, а также провода, проходящие внутри полого элемента и соединяющие УФ-лампу с блоком ПРА.

Согласно изобретению модуль дополнительно содержит несколько отдельных полых элементов, число которых соответствует числу УФ-ламп, а соединительные провода каждой лампы заключены внутри соответствующего ей отдельного полого элемента и проходят внутри него с воздушным зазором.

Предлагаемое устройство имеет следующие конструктивные особенности. Модуль состоит из горизонтального элемента, поддерживающего всю конструкцию и служащего опорой при установке модуля в канал. С одной стороны горизонтального элемента закреплены отдельные полые металлические элементы, число которых соответствует количеству ламп, а с другой стороны - подвесная рейка с закрепленными на ней опорными кольцами. В свободном конце каждого полого элемента горизонтально установлен защитный чехол, изготовленный из материала, пропускающего УФ-излучение, внутри которого заключена УФ-лампа, снабженная электрическими контактами.

Каждый защитный ламповый чехол в месте соединения с индивидуальным полым элементом имеет герметичное уплотнение, предназначенное для предотвращения попадания воды на контакты ламп, и гермоввод для подвода электрических проводов, соединяющих контакты лампы с блоком ПРА (балластом) и блоком питания. ПРА может работать с одной, двумя или несколькими лампами.

Лампы располагаются в модуле таким образом, что их продольные оси расположены горизонтально и параллельно друг другу. Внутри каждого полого металлического элемента с воздушным зазором между ними и стенкой полого элемента проложены электрические провода, соединяющие установленную в нем УФ-лампу с блоком ПРА и блоком питания. Таким образом, каждый полый элемент одновременно выполняет функции экрана от помех для заключенного внутри него провода, конденсатора, позволяющего изменять погонную емкость проводов, и является местом установки лампы. Закрытые концы ламповых чехлов вставлены в опорные кольца, расположенные на вертикальной рейке, закрепленной на горизонтальном элементе.

Полые элементы, внутри которых проходят провода, могут представлять собой примыкающие друг к другу отдельные металлические трубки, расположенные параллельно друг другу и имеющие различную длину. Каждый полый элемент изогнут таким образом, чтобы обеспечить требуемую ориентировку лампы, например, когда продольная ось лампы параллельна направлению потока обрабатываемой жидкости.

Поскольку потери напора определяются толщиной полого элемента, то очевидно, что в предложенном техническом решении за счет использования индивидуальных тонких металлических трубок они будут значительно меньше, чем в прототипе, где в качестве полого элемента используется широкая цельная стойка, уменьшающая просвет канала.

Так как указанное расположение проводов внутри полого элемента с воздушным зазором фактически является сложным конденсатором, то погонная емкость такого конденсатора зависит от следующих параметров: диэлектрической проницаемости изоляции проводов и диэлектрической изоляции окружающей среды.

Для сравнения, типичные значения диэлектрической проницаемости составляют: ε_{изоляции} = 4; ε_{воздуха} = 1; ε_воды = 81. Очевидно, что провод имеет минимальную погонную емкость в случае прокладки его по кабельному каналу, содержащему воздух. Несмотря на то, что в прототипе провода проложены в одном кабельном канале, при использовании повышенной частоты (от 10 кГц и выше), при прокладке неэкранированных кабелей в одном канале происходит наведение электромагнитных помех с одного кабеля на другой, а при использовании ЭПРА, чувствительных к электромагнитным помехам, резко возрастает вероятность их выхода из строя. Применение же в случае конструкции прототипа экранированных проводов не позволяет использовать преимущества воздушного зазора. Поэтому достоинством предлагаемого технического решения является совокупное обеспечение как возможности варьирования погонной емкости подводящих проводов за счет их прокладки в полом элементе с воздушным зазором, так и обеспечение экранировки подводящих проводов друг от друга при помощи индивидуальных металлических полых элементов.

Данная конструкция позволяет обеспечить минимальную погонную емкость 20 пФ/м, что позволяет по сравнению с прототипом почти в 5 раз увеличить расстояние от лампы до ЭПРА на частоте 50 кГц либо изменять частоту подводящего питания в широких пределах от 20 кГц до десятков МГц.

Далее устройство поясняется чертежами и примером конкретной реализации.

На фиг. 1 показан общий вид модуля, на фиг.2 - лампа в защитном чехле, закрепленная в полом металлическом элементе, и уплотнение, а на фиг.3 - соединение ламп модуля с блоком ПРА.

Модуль 1 состоит из горизонтального элемента 2, на котором закреплены полые элементы 3, в каждый из которых вставлена УФ-лампа 4, заключенная в защитный чехол 5. Продольные оси ламп параллельны направлению потока жидкости. Закрытые концы чехлов закреплены в опорных кольцах 6, закрепленных на рейке 7, соединенной с горизонтальным элементом.

Электрические контакты 8 лампы защищены от попадания на них воды уплотнением 9, состоящим из уплотнительной прокладки 10, поджимной гайки 11, шайбы 12. Через указанное герметичное уплотнение и гермоввод 13 подведен электрический провод 14, проходящий внутри полого элемента с воздушным зазором 15. На горизонтальном элементе также предусмотрены гермовводы 16 для вывода проводов. Лампы, установленные в модуле, соединены электрическими проводами с блоком 17 ПРА.

Пример реализации изобретения.

Модуль, предназначенный для обеззараживания сточной воды, монтируется в бетонном канале таким образом, чтобы продольные оси УФ-ламп были ориентированы параллельно направлению потока обеззараживаемой воды - на опорной раме.

Габаритные размеры модуля составляют 2010•180•1165 мм. В модуле установлено 18 ртутных амальгамных газоразрядных ламп низкого давления типа ДБ 300, работающих на сигнале частотой 45 кГц, в качестве балласта для которых используется электронное ПРА Л-220-1300-2201. Лампы расположены 2 рядами по 9 ламп.

Горизонтальный элемент модуля представляет собой полый корпус, к которому приварены отдельные полые элементы, представляющие собой изогнутые металлические трубки диаметром 14 мм и с толщиной стенок 1 мм. Число трубок (18) соответствует числу УФ-ламп. Каждый полый элемент изогнут таким образом, чтобы обеспечить горизонтальную установку УФ-лампы параллельно потоку воды. Например, прямые части полых элементов параллельны и примыкают друг к другу, а их изогнутые части также параллельны друг другу и расположены с интервалом, соответствующим интервалу между лампами. При таком расположении общая ширина перекрытия канала полыми элементами определяется шириной единичного элемента (трубки) и составляет всего 28 мм для 2-х рядов. Каждая лампа заключена в кварцевый чехол длиной 1620 мм и диаметром 28 мм. Чехол установлен в открытом конце металлической трубки - полого элемента. Место соединения защищено герметичным уплотнением, в качестве которого используется гермоввод. Глухие концы чехлов вставлены в опорные фторопластовые кольца, закрепленные на вертикальной подвесной рейке, приваренной к горизонтальному элементу.

Горизонтальный элемент модуля, полые элементы и подвесная рейка выполнены из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т.

Внутри полого элемента проходит электрический провод ПВС 4•0,75 диаметром 8 мм. Соответственно, между стенками трубки и проводом имеется воздушный зазор толщиной 3 мм. Длина проводов от лампы до ЭПРА составляет 5 м. Погонная емкость провода в полом элементе равна С=43 пФ/м.

Расстояние между продольными осями ламп составляет 90 мм, а просвет между лампами и соответствующими им полыми элементами около 60 мм. Потери напора на модуле при расходе 200 м³/ч не превышают 2 см вд.ст.

Изобретение относится к модульным устройствам для обеззараживания и дезинфекции жидкости при помощи УФ-излучения бактерицидного диапазона и может быть использовано в безнапорных системах, предназначенных для обработки, например, сточных или поверхностных вод. Модуль содержит горизонтальный элемент, с которым соединены несколько полых металлических элементов, в каждом из которых в герметичном уплотнении установлена заключенная в защитный чехол УФ-лампа. Лампы расположены горизонтально и параллельно друг другу. Внутри соответствующего каждой лампе полого элемента с воздушным зазором проложены электрические провода, соединяющие УФ-лампу с блоком пускорегулирующих аппаратов (ПРА). Технический результат заключается в устранении электромагнитных помех при одновременном осуществлении возможности изменения погонной емкости проводов, осуществлении возможности подвода питания проводами различной жильности, увеличении срока службы ламп и ПРА, а также снижении потерь напора жидкости на модуле. 3 ил.

Модуль для обработки жидкости УФ-излучением, содержащий горизонтальный элемент и соединенный с ним металлический полый элемент, УФ-лампы, заключенные в защитные чехлы, выполненные из прозрачного для УФ-излучения материала, каждая из которых горизонтально установлена в герметичном уплотнении в полом элементе, блок пускорегулирующих аппаратов (ПРА), а также провода, проходящие внутри полого элемента и соединяющие УФ-лампу с блоком ПРА, отличающийся тем, что дополнительно содержит несколько отдельных полых элементов, число которых соответствует числу ламп, а соединительные провода каждой лампы заключены внутри соответствующего ей отдельного полого элемента и проходят внутри него с воздушным зазором.