ЛАМПОВЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2006 года по МПК H01J61/35 C02F1/32 

Изобретение относится к области изготовления ламповых модулей, предназначенных для обеззараживания и очистки газовых и водных сред при помощи УФ излучения.

В настоящее время в различных технологиях широко используется способ обеззараживания различных сред (воды, воздуха и др.) с использованием ультрафиолетового (УФ) излучения бактерицидного диапазона от 180 до 315 нм. В качестве источника излучения в установках для осуществления процесса обеззараживания используется ламповый модуль, состоящий из газоразрядной УФ лампы, заключенной в защитный чехол, изготовленный из материала, прозрачного для УФ излучения. Материалом для ламповых чехлов служат в основном кварц либо увиолевое стекло, пропускающие УФ излучение.

Для специальных бактерицидных ламп более 80% интенсивности генерируемого излучения приходится на длину волны 254 нм, которое оказывает наиболее эффективное инактивирующее воздействие на микроорганизмы, 9-15% - на длину волны 185 нм и 4% - на диапазон 306-380 нм. Однако известно, что УФ излучение с длиной волны 185 нм является нежелательным, так как оно образует в воздухе вредный для человека озон. Для предотвращения этого при изготовлении ламповых колб используют безозоновое увиолевое стекло или кварц. За счет присутствия добавок различных металлов и их соединений в составе такого стекла или кварца озонообразующая линия спектра поглощается, и наработки озона не происходит. Однако вместе с озонообразующим излучением кварц с добавками поглощает 3-7% наиболее эффективного бактерицидного излучения 254 нм, что снижает эффективность обеззараживания. Кроме того, использование специального стекла увеличивает стоимость ламп.

В процессе эксплуатации лампового модуля в среде на поверхности защитных чехлов образуются различные загрязнения - как органические, так и неорганические (например, отложения солей металлов, содержащихся в природных водах, и др.), что снижает их световую проводимость. Это может стать причиной существенного спада интенсивности бактерицидного излучения и падения дозы облучения ниже нормативного уровня. Поэтому необходимо периодически производить очистку поверхности ламповых чехлов от загрязнений, для чего современные установки УФ обеззараживания оснащаются специальными приспособлениями, позволяющими производить очистку чехлов различными способами - механическим, химическим, ультразвуковыми колебаниями, что является сложной технической задачей, особенно для многоламповых систем.

Известно фотокаталитическое покрытие, использующееся, главным образом, для оконных стекол, содержащее тонкий слой двуокиси титана TiO₂. Воздействие УФ излучения на указанный слой вызывает фотокаталитический эффект, в результате которого происходит разрушение органических загрязнений на стекле. Кроме того, покрытие делает стекло гидрофильным, и вода, попадая на стекло, не скатывается в виде капель, а растекается по поверхности и смывает с него грязь. Толщина покрытия составляет от 2 до 20 нм. За счет свойств известного покрытия происходит "самоочищение" стекла, что значительно упрощает и удешевляет его эксплуатацию (ЕР 1254870, С 03 С 17/245, 2002 г.).

Известна установка для обработки воды, состоящая из корпуса, в котором установлены УФ лампы, и снабженная приспособлением для их очистки, которое, вращаясь, движется вдоль поверхности колб ламп. Чистящие головки приспособления покрыты фотокаталитическим материалом на основе двуокиси титана. Под действием УФ излучения лампы начинается каталитическая реакция, продукты которой очищают поверхность колб.

Недостатком известного устройства является наличие специального приспособления для очистки и сложность его конструкции, а также трудоемкость процесса очистки, так как при последовательном перемещении головок разово активируется и очищается только небольшая часть поверхности лампы. По указанным причинам использование данного устройства для многоламповых систем является затруднительным (ЕР 1371611, C 02 F 1/32, 2003 г.).

Известна также установка для очистки воды, в которой для процесса очистки и дезинфекции используется эффект фотокаталитического окисления. Ламповый модуль, состоящий из УФ лампы в защитном чехле из кварцевого стекла, установлен внутри корпуса со входным и выходным патрубками. Вокруг лампового модуля закреплена плоская спираль, покрытая фотокаталитическим покрытием на основе TiO₂, которая вместе со стенками корпуса формирует спиральный канал для потока обрабатываемой воды. Фотокаталитическое покрытие нанесено также на внутренние стенки корпуса, входной и выходной патрубки. В результате активации покрытия УФ излучением диапазона 254-365 нм возникает фотокаталитический процесс, продукты которого воздействуют как на микроорганизмы, так и на содержащиеся в воде загрязнения, разрушая их (US 20030209501, C 02 F 1/32, 2003 г., прототип). Известное устройство позволяет увеличить площадь и время контакта жидкости с активными радикалами путем использования всей внутренней поверхности установки. УФ излучение в данном случае используется для процесса очистки и обеззараживания воды. Проблема очистки чехлов в данном случае не решается, кроме того, данное устройство не может использоваться в многоламповых установках с большой производительностью и в открытых (безкорпусных) системах.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание универсального легкоочищаемого лампового модуля с широкой областью применения, эффективно использующего генерируемое лампой УФ излучение и обеспечивающего высокую эффективность обработки среды

Сущность изобретения заключается в том, что в ламповом модуле, содержащем источник УФ излучения, заключенный в прозрачный для УФ излучения чехол, согласно изобретению на внешнюю поверхность чехла нанесен слой фотокаталитического покрытия на основе двуокиси титана, причем толщина покрытия составляет от 22 до 120 нм.

Технический результат, достигаемый за счет реализации изобретения, заключается в следующем:

- одновременном использовании генерируемого лампой УФ излучения и затрачиваемой на его генерацию энергии как для процесса обработки среды, так и для очистки ламповых чехлов. УФ излучение в данном случае не только оказывает бактерицидное воздействие, но и инициирует фотокаталитический процесс, который вносит дополнительный вклад как в процесс обеззараживания воды, так и в процесс очистки ламповых чехлов.

- повышении кпд использования генерируемого лампой УФ излучения в процессе обеззараживания и очистки воды за счет осуществления возможности вовлечения в него ранее не используемых излучений спектральных диапазонов: 160-205 нм и 315-380 нм в дополнение к бактерицидному излучению 205-315 нм, в том числе и озонообразующего излучения;

- повышении эффективности обеззараживания и улучшение органолептических свойств обрабатываемой среды за счет образования при фотокатализе гидроксильных и кислородных активных радикалов, разрушающих как микроорганизмы, так и органические и неорганические соединения;

- осуществлении возможности очистки чехлов без использования специальных приспособлений;

- упрощении конструкции установок для обеззараживания сред на основе заявленного лампового модуля и снижении затрат на их обслуживание, особенно существенное для многоламповых систем;

- осуществление возможности использования УФ ламп с колбами из стекла без поглощающих озонообразующее излучение добавок, так как поглощение озонообразующей линии спектра обеспечивается наличием фотокаталитического слоя заданной толщины. Наряду с этим возрастает эффективность использования бактерицидного излучения, которое ранее поглощалось материалом колбы лампы;

- универсальность использования модуля в любых видах систем для обработки воды УФ излучением.

Выбор толщины наносимого слоя фотокаталитического покрытия обусловлен тем, чтобы обеспечить поглощение озонообразующего излучения 185 нм и обеспечить выход оптимального бактерицидного излучения 254 нм не менее 70% для протекания процесса обеззараживания и очистки.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен расположенный в обрабатываемой среде ламповый модуль 1, содержащий УФ лампу 2, заключенную в защитный чехол 3. Электрические контакты 4 лампы защищены от попадания на них воды уплотнением, состоящим из уплотнительной прокладки 5, поджимной гайки 6, шайбы 7. Через указанное герметичное уплотнение и гермоввод 8 к ламне подведен электрический провод 9. На внешней стороне чехла нанесен фотокаталитический слой 10 заданной толщины.

Пример 1. Ламповый модуль состоит из бактерицидной ртутной лампы низкого давления ДБ 75, помещенной в защитный кварцевый чехол. Электрические контакты лампы защищены от попадания на них воды при помощи уплотнительных прокладок и поджимных гаек. На внешнюю поверхность чехла нанесено фотокаталитическое покрытие двуокиси титана (анатаз) толщиной 50 нм.

Модуль помещен в установку обеззараживания воды УДВ 5/1 производства НПО "ЛИТ" производительностью 5 м³/час. Для сравнения, в такую же установку был помещен стандартный ламповый модуль без фотокаталитического покрытия на чехле. Установки снабжены датчиком интенсивности УФ излучения, по показаниям которого осуществляется контроль за загрязнением чехлов УФ ламп. Время наработки лампового модуля без фотокаталитического покрытия до регламентной промывки чехлов составило 1 900 ч, при этом оптическое пропускание чехла на длине волны 254 нм, определенное по показаниям датчика, снизилось на 20%. За такое же время оптическое пропускание чехла с фотокаталитическим покрытием снизилось всего на 2-5%, что свидетельствует об эффективном самоочищении чехлов.

Пример 2. Ламповый модуль состоит из газоразрядной бактерицидной ртутной лампы низкого давления, с колбой, выполненной из кварца, пропускающей излучение с длиной волны 185 нм, которая помещена в кварцевый чехол, также прозрачный для излучения 185 нм. Внутренняя полость чехла заполнялась аргоном при атмосферном давлении, для того, чтобы не допустить образования озона из кислорода воздуха и поглощения излучения 254 нм. Согласно изобретению на внешнюю поверхность чехла было нанесено фотокаталитическое покрытие двуокиси титана толщиной 26 нм. Измерения показали, что излучение с длиной волны 185 нм практически полностью поглощалось фотокаталитическим слоем, а поглощение излучения с длиной волны 254 нм составило 5%. Таким образом, за счет использования в заявленном модуле УФ лампы с колбой из стекла без поглощающих добавок, выход наиболее активного бактерицидного излучения с длиной волны 254 нм увеличился при отсутствии наработки озона.

Пример 3. Для сравнения в установки для обеззараживания воды УДВ 5/1 помещались 3 типа модулей:

- стандартный модуль с безозоновой лампой ДБ 75, не излучающую на длине волны 185 нм, и кварцевым чехлом без фотокаталитического покрытия,

- ламповый модуль, содержащий безозоновую лампу ДБ 75, помещенную в кварцевый чехол с фотокаталитическим покрытием,

- ламповый модуль по примеру 2.

В процессе работы установки отбирались пробы воды, прошедшей через установку, для микробиологического анализа. Обнаружено, что превышение допустимого уровня числа индикаторных микроорганизмов в пробах воды наступило для стандартного модуля через 2000 ч работы; для модуля с безозоновой лампой и фотокаталитическим покрытием - через 3500 ч; а для модуля по примеру 2 - через 7000 ч. Полученные результаты показывают, что эффективность работы установки увеличивается как за счет использования фотокаталитического покрытия, так и за счет вклада излучения с длиной волны 185 нм.

Изобретение относится к области изготовления ламповых модулей, предназначенных для обеззараживания и очистки газовых и водных сред при помощи УФ излучения. Техническим результатом является расширение области применения путем использования как для процесса обработки среды, так и для "самоочистки" ламповых чехлов и повышение эффективности обработки. Предложенный ламповый модуль состоит из источника УФ излучения, заключенного в прозрачный для УФ излучения чехол, на внешнюю поверхность которого нанесен слой фотокаталитического покрытия на основе двуокиси титана, толщина которого составляет от 22 до 120 нм. 1 ил.

Ламповый модуль, содержащий источник УФ-излучения, заключенный в чехол, прозрачный для УФ-излучения, отличающийся тем, что на внешнюю поверхность чехла нанесен фотокаталитический слой на основе двуокиси титана толщиной 22-120 нм.