ЛАМПОВЫЙ МОДУЛЬ И СПОСОБ ЕГО ОЧИСТКИ Российский патент 2004 года по МПК C02F1/32 C02F103/02 

Изобретение относится к области обработки жидкости ультрафиолетовым излучением, в частности к системам очистки источников УФ-излучения от загрязнений.

В настоящее время в отраслях водоснабжения и водоподготовки широко используется способ обеззараживания воды с использованием ультрафиолетового (УФ) излучения бактерицидного диапазона. В качестве источника излучения в таких системах используется ламповый модуль, включающий в себя газоразрядную УФ-лампу с электрическими контактами, заключенную в защитный чехол, изготовленный из материала, прозрачного для УФ-излучения, и снабженный герметичным уплотнением, предназначенным для предотвращения попадания воды на контакты лампы.

В процессе эксплуатации лампового модуля на поверхности защитных чехлов УФ-ламп образуются отложения солей металлов, содержащихся в природных водах, в результате чего резко падает световая проводимость чехлов, снижается доза облучения, необходимая для осуществления процесса обеззараживания. По этой причине необходимо периодически производить очистку поверхности ламповых чехлов, для чего в современных конструкциях модулей предусматриваются специальные приспособления, позволяющие производить их очистку “по месту”, без извлечения из установки, различными способами - механическим, химическим, а также ультразвуковыми (УЗ) колебаниями.

Известна установка для стерилизации воды со встроенным приспособлением (патент США 6071473, 06.06.00), предназначенным, в том числе, и для очистки ламповых чехлов ультразвуком. Установка состоит из камеры облучения, в которой установлена УФ-лампа в чехле. На одном или обоих концах камеры, на кварцевом чехле через уплотнение установлен кольцевой пьезокерамический преобразователь.

Известен также ламповый модуль, выполненный с возможностью очистки, который представляет собой УФ лампу, заключенную в защитный чехол, установленный в держателе (WO 96/11880, 25.04.96). На ламповом чехле закреплен кольцевой пьезокерамический преобразователь, который расположен между граничной поверхностью держателя и открытым концом чехла.

Недостатком конструкций известных устройств для ультразвуковой очистки ламповых чехлов является расположение УЗ-преобразователя вне зоны обработки жидкости:

- при установке преобразователя на конце держателя колебания предаются на чехол через ламповое уплотнение, которое частично гасит их;

- нахождение излучателя вне обрабатываемой среды и вне зоны загрязнений снижает эффективность очистки по причине затухания амплитуды колебаний.

Известен способ очистки защитных чехлов ламп, реализованный в описании системы для стерилизации воды с ультразвуковым устройством (патент США 6071473, 06.06.00). В качестве источника ультразвуковых колебаний используют пьезоэлектрические преобразователи различной формы. Способ заключается в генерации УЗ-колебаний вдоль очищаемой поверхности. Очистка поверхности осуществляется за счет возникающих струйных и вихревых потоков, а также кавитации. Используется интервал частот от 20 до 80 кГц, при котором образующиеся пузырьки достигают наибольшего размера. Частота моделируется по фазе или частоте для избежания возникновения эффекта стоячей волны. УЗ-колебания передаются на чехол через уплотнения.

Известен способ очистки лампового модуля, используемого в системах для обеззараживания жидкости УФ-излучением, ультразвуковыми колебаниями, (WO 96/11880, 25.04.96), выбранный в качестве прототипа изобретения.

Указанный способ очистки лампового УФ-модуля от загрязнений заключается в частичном или полном погружении модуля в жидкость и возбуждении постоянных или периодических колебаний на частоте, достаточной для удаления загрязнений, в диапазоне 1-100 кГц, а также в диапазонах 10-20 и 10-15 кГц. В качестве генератора колебаний используется кольцевой пьезоэлектрический преобразователь. Колебания носят характер взаимообратных и аксиальных по отношению к ламповому модулю. Ламповый модуль может быть погружен в жидкость полностью или частично. Указанный вид очистки может использоваться как в закрытых, так и в открытых системах обработки жидкости.

Недостатком известных способов очистки ламповых модулей являются значительные потери энергии из-за рассеивания колебаний, а также неоптимальные для многоламповых систем режимы подачи импульсов колебаний - на все ламповые модули одновременно. Такой режим очистки чехлов требует соединения источника колебаний с каждым модулем, а также значительного расхода энергии, необходимой для поддержания требуемой амплитуды УЗ-колебаний, что особенно существенно для многоламповых систем с большим количеством модулей.

Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в разработке конструкции ламповых модуля и способа очистки лампового модулей для многоламповых систем, позволяющих оптимизировать эксплуатацию системы за счет снижения энергетических и материальных затрат.

Технический результат, достигаемый за счет предлагаемой конструкции лампового модуля с приспособлением для очистки, заключается в повышении эффективности очистки за счет снижения потерь энергии УЗ-колебаний.

Сущность изобретения состоит в том, что ламповый модуль содержит УФ-лампу, заключенную в защитный чехол из материала, прозрачного для УФ-излучения, и установленный на чехле преобразователь ультразвуковых колебаний.

Согласно изобретению преобразователь ультразвуковых колебаний расположен в зоне обработки жидкости.

Технический результат, получаемый при использовании заявленного способа очистки лампового модуля, заключается в оптимизации режимов эксплуатации, а также в снижении энерго- и материалозатрат.

Сущность изобретения состоит в том, что способ очистки лампового модуля заключается в полном или частичном погружении модуля в жидкость и возбуждении постоянных или периодических ультразвуковых колебаний с частотой 10-100 кГц.

Согласно изобретению на каждый ламповый модуль поочередно подают цуг колебаний, причем скважность цугов равна числу ламповых модулей. Длительность цугов, которая определяется, исходя из качества воды и технических характеристик, составляет от 1 сек до 10 мин.

Далее изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан ламповый модуль с приспособлением для его очистки;

На фиг. 2 приведена схема подключения многоламповой системы для осуществления способа очистки чехлов УЗ колебаниями.

Представленный на фиг. 1 ламповый модуль состоит из УФ-лампы 1 с электрическими контактами 2, предназначенными для соединения с блоком питания и контроля, заключенной в прозрачный для УФ-чехол 3, снабженный герметичными уплотнениями 4. На чехле модуля установлен преобразователь 5 акустических колебаний, расположенный в зоне обработки воды. Преобразователь через герметичные разъемы 6 соединен с блоком 7 коммутации и генератором 8 УЗ-колебаний. При необходимости очистки при помощи преобразователя в чехле возбуждаются продольные вынужденные колебания определенной частоты, под действием которых происходит отслаивание отложений на чехле.

На схеме, представленной на фиг. 2, указаны генератор 8 УЗ-колебаний, блок коммутации, осуществляющий последовательную подачу цугов колебаний на акустические преобразователи 5, расположенные на ламповых модулях, с определенной скважностью.

Пример 1

Ламповый модуль, используемый в установке для обработки воды УФ-излучением, состоит из ртутной газоразрядной лампы низкого давления ДБ 75, заключенной в кварцевый чехол диаметром 38 мм и длиной 1200 мм. Лампы снабжены электрическими контактами для связи с источником питания и блоком сигнализации. Защитные чехлы снабжены средствами для предотвращения попадания жидкости на электрические контакты ламп, в качестве которых используются герметические уплотнения. Чехол выполнен из стекла, прозрачного для УФ-излучения и имеющего плотность ρ=3·10 м/с и скорость звука С=5·10³ м/с. На середине чехла, в зоне обработки воды укреплен акустический преобразователь - пьезокерамическое кольцо диаметром 45 мм и толщиной 2 мм. Для достижения надежного акустического контакта кольцо спрессовывается резиной и жестко крепится к поверхности чехла.

Кольцо имеет контакты для соединения с генератором колебаний и блоком питания. Каждый УЗ-преобразователь герметичными выводами соединен с генератором УЗ-колебаний через коммутационный блок, позволяющий подавать акустические импульсы последовательно на каждую лампу. В чехле возбуждаются колебания частотой 28 кГц и амплитудой (2-4)·10^-8 м. Мощность энергопотребления при очистке на одном чехле не превышает 10-15 Вт.

Пример 2.

Производят очистку установки для обеззараживания природной воды, содержащей 7 ламповых модулей с расходом воды 50 м³/час. Чехлы покрыты слоем соли толщиной около 3 мм. Электрические контакты ламп и пьезокерамические преобразователи, размещенные на стекле защитных чехлов, снабженные герметичными разъемами, соединены с источником питания через коммутационный блок. В стеклянном чехле генерируются импульсные УЗ-колебания с частотой 20 Гц.

1-й цуг акустических колебаний длительностью 3 мин подается на лампу 1, в которой возбуждаются колебания. После его прохождения лампа 1 через коммутационный блок отключается от генератора колебаний, а колебания возбуждаются в чехле лампы 2. Длительность цуга составляет 3 мин.

Период следования импульсов равен 15 мин. Скважность импульсного сигнала равна 5. Подобным образом через многоконтактный переключатель последовательно подаются цуги колебаний на 3 и 4 лампы.

Такой режим подачи импульсов позволяет при помощи одного генератора обеспечить работу 5 ламповых модулей.

Мощность энергопотребления на один чехол не превышает 20 Вт, а на всю установку - 100 Вт.

Изобретение относится к обработке жидкости ультрафиолетовым излучением, в частности к системам очистки источников УФ-излучения от загрязнений. Ламповый модуль, состоящий из УФ-лампы, заключенной в защитный чехол, снабжен ультразвуковым преобразователем, установленным на чехле и расположенным в зоне обработки жидкости. Способ очистки модулей состоит в возбуждении цугов импульсных периодических ультразвуковых колебаний на частоте 10-100 кГц, которые подаются со скважностью, равной количеству модулей в системе. Технический результат состоит в повышении эффективности очистки за счет снижения потерь энергии ультразвуковых колебаний. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ламповый модуль, состоящий из УФ-лампы, заключенной в чехол, выполненный из материала, прозрачного для УФ-излучения, и снабженный герметичным уплотнением, и ультразвукового преобразователя, отличающийся тем, что ультразвуковой преобразователь расположен на чехле в зоне обработки жидкости.2. Способ очистки ламповых модулей, заключающийся в погружении лампового модуля в воду, возбуждении периодических импульсных ультразвуковых колебаний на частоте 10-100 кГц, отличающийся тем, что на каждый модуль поочередно подают цуги колебаний со скважностью, равной количеству модулей.