专利名称：用于紫外线灯反应器装置的改进的灯冷却的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个用于紫外线灯反应器的改进冷却系统，其产生的辐射处理一种流体介质，例如水、空气或溶液。特别是，该反应器系统适合于利用紫外线发射灯处理流体中的杂质，其中紫外线发射灯一般在超过300度的高温下工作。
紫外线辐射是工业社会中一个重要的手段，用于促进化学反应、激发化学反应、分解有机和无机分子、在生物系统中引起变异、用做抗病毒和杀菌剂以及类似情况。紫外线源一般从一个拥有各种形式气体的放电灯中发射，当该气体受放电激励时发射紫外线辐射。这些灯通常被分为低、中/高强度灯。对于灯内的气体，它们可以在低或高压下工作。灯一般是所发射的紫外线辐射可穿透的石英材料制成。灯可以在范围从近似30度到1100度的低或高温下工作。这些灯的功率输入可以从小于40瓦变化到超过60000瓦的紫外线辐射。灯甚至可以被订制达到这样的程度以使某一部分的紫外线谱而不是整个紫外线谱被省略或被增强。
造成紫外线灯这种变化多样的驱动力在于，以上工业应用的每一个都需要灯具有不同的紫外线强度、不同的辐射波长、工作压力和温度以及电力要求。
灯当被用在反应器系统中时，特别是含有水化介质的反应器系统中时，一般都具有各种各样的紫外线可穿透保护套，灯被布置在其内以便灯不会接触紫外线辐射正处理的材料。这项技术保护了紫外线灯的石英并且保护了与灯电极的电连接。它还便于更换灯，不必拆卸反应器。在美国专利3,462,597和3,562,520中揭示了这种类型水处理系统的两个例子。一个环形室被确定在水处理设备外圆柱壁与设备的内套之间，该设备内套把紫外线辐射发射灯与穿过流体处理设备上的环形室的流体分开。两种设备都被设计成当灯被布置成与设备共轴并且被保护套封住时包住灯的端部。套是石英制成的或者是由其他紫外线可穿透的材料制成的。在这些布置中描述了特殊的套清洁机构。这些系统的管道系统在申请人的美国专利5,133,945和5,266,280中作了详细描述。
这两个较早的美国专利的系统足以用做处理饮用水的抗病毒和杀菌剂。根据标准技术，低温灯被用于使水受到辐射的作用。灯总是被封闭的。根据这两个美国专利中的说明，灯端部被完全封闭并且密封在套内。这允许用不会被紫外线辐射氧化的惰性气体替换掉在灯与保护套之间确定的环形空间之内的空气。这防止了臭氧的形成，臭氧据认为对用于紫外线处理系统中的部件非常有害。完全被封闭的灯可适用于使用了在40-150度低温范围下工作的灯的系统。
另一种使流体受紫外线辐射作用以便在流体内激励或促进所希望的化学反应的一般方法就是，环绕一个反应容器布置多个紫外线灯，该反应容器拥有一个紫外线辐射可穿透的容器壁。这使由灯发射出的辐射能穿过容器壁并且被反应容器内的流体所吸收，以便激励或促进所希望的反应。通常，灯在他们环绕反应容器时被封闭。外壳可以拥有紫外线反射表面以便把灯所发射的辐射沿离开反应器的方向引导，从而把这种辐射向反应器反射回。在外壳内使用几个灯时被封闭的灯的过热可能会成为一个难题。在美国专利4,002,918中论述了这种类型反应器的一个例子。
在美国专利4,897,246和分案申请美国专利4,952,376中揭示了一种用于净化各种形式的水和废水的紫外线处理系统。废水在反应器系统的一端处并利用折流板被引入，水以之字形流动方式在反应器室内的灯上被引入。反应器室是矩形的，流体连续地流过反应器室。用于该系统中的灯的功率比用于上述美国专利3,462,597和3,562,520的水处理系统中灯的功率要高。根据标准技术，紫外线辐射发射灯用适当的保护套与正处理的流体隔开。还根据标准的实践，灯的端部被密封住以便在灯与保护套之间确定一个密封的环形空间。在这种布置中，所用的较佳形式的灯是一个较高压水银灯，有时称做为中压灯。这些灯在文献中已经被称做中压和高压灯。这些灯的工作特征能变化很大。我们将称做中压灯的灯是具有1-10atm的水银灯，它所具有的灯泡温度大于300度并且在灯泡长度上具有40-100瓦/平方厘米的输入功率密度。这些灯的工作温度比低压紫外线灯要高的多。中压灯一般在大于300度的温度上工作。使用高温中压灯的一个优点是它们对流体中温度的变化不怎么敏感。在另一方面，使用低温低压紫外线灯时水温中任何显著的变化都能明显地影响低压灯的工作温度并因此影响其总体性能。
因此根据美国专利4,952,376中的论述象中压水银灯这样的较高强度灯是较好的。但是，由于灯被密封在反应器的保护套内，因此在灯过热时会遇到困难并且因为灯功率增加而可能会变坏。除了使流体在保护套上流动来冷却灯外，包含有电极的温度敏感灯端部未被足够地冷却并且可能逐渐地过热而导致灯损坏。因此，较高温中压灯所具有的这种过热问题已经阻碍了它们在紫外线处理系统中的应用。由此，用于美国专利4,952,376的系统中的灯在温度范围的下部工作并因此具有比在温度范围上部工作的灯要低的输出。
许多商业上可得到的系统使用低温低压水银灯发挥作用，这些灯具有低的功率输出，对于每个单独的灯通常在40-140瓦的紫外线功率范围内。这个功率输出通常近似等于每厘米灯电弧长度为0.4-0.8瓦，并且工作温度小于100度。在美国专利4,179,616中描述了一个用于杀死饮用水中微生物的商用低功率灯。常规的G-37-T6紫外线灯被使用，其具有在37瓦范围内的工作输出，以及远远低于60度的工作温度。Coviello等人的系统的最初用来通过使空气以非常低的流速穿过该系统来产生最佳量的臭氧。然后把所产生的臭氧传输进一个处理箱中，进一步对饮用水消毒。Coviello等人设想了象图3和5所述的在灯端部上的空气通道。空气在压力作用下被引入并且仅在灯端部上以高速度循环。Coviello的图4的系统设想了在灯端部上低流速的空气通道以优化臭氧的生成，而在另一方面却在灯端部显然是，该空间被相对约束以便在灯端部上实现较高的流速，完成对其的冷却。尽管这些对灯端部冷却的方法可适用于在比较低温度(一般小于100度)上工作的低压灯，但是这种冷却系统对于在大于300度的温度上工作的中和高压灯来说在总体上是不怎么满意的。
以上系统用于被污染流体的处理存在几个其他的缺点和不利。低压灯具有好的效率(30％)，该效率指的是在200nm与300nm之间紫外线的百分比输出，它对于未被污染流体是重要的紫外线范围。但是，低压灯具有一个主要的缺点，因为它们的输出功率如此低(一般是40-120瓦)以至需要很大数量的灯用于处理高流速流体。这是不实际的，因为必须建立并保持大量灯和反应器室。常规的中压灯是低效率的，小于20％，这样它也需要过多的灯并且耗电高。因此需要一种在高功率上工作的具有高效率的灯。现在可得到具有高功率输出并且具有大约30％效率的灯。这些灯每单位长度电弧上的输出比标准中压灯要高(100-300瓦/cm比＜100瓦/cm)。这些灯也会变热，灯泡的温度在600度-1000度范围内。这些因素导致更多的热产生在套的石英表面上并且产生了灯和结构周围材料的冷却问题。
在申请人的上述美国专利5,133,945和5,266,280中，描述了一个用于高压灯的冷却系统，它一般在大于600度的温度上工作。在反应器系统的每一端提供了单独的冷却风扇，把冷却空气引到每个灯端部的陶瓷支架上。每个冷却风扇有一个管道，用于在陶瓷支架处引导冷却空气，保证密封在灯端部中的电极不会由于灯石英中高温而退化。在灯下部引入的空气可以进入保护套与石英灯表面之间的环形空间。这种循环空气被允许在反应器的顶部排出，进一步增强对系统的冷却。尽管这个灯对于冷却高压灯是足够的，但人们已经发现灯工作不总是始终如一的，并且因此被申请人的美国专利5,372,781中所述的冷却系统所加强。
本发明提供了一个用于灯冷却的排气系统，它不仅改进了灯冷却而且还改进了灯工作，并且同时还连续地给支撑反应器灯的周围材料提供保护。
根据本发明的一个方面，提供了一个用于反应器装置中高温紫外线灯的改进冷却系统。因此，在一个利用紫外线辐射消灭流体中杂质以促进这种破坏作用的反应器装置中，反应器装置包括1)一个反应器柱，在一端带有一个把流体引入所述反应器的入口并且在另一端带有一个把已处理流体排出所述反应器的出口，2)一个紫外线辐射发射灯，在大于300度的温度上工作并且布置在所述反应器柱中，3)一个用于所述灯的紫外线辐射可穿透的圆柱形保护套，所述套与所述灯共轴并且把所述灯与所述反应器内部隔开，所述反应器柱有一个确定了反应器空间的壁，要被处理的流体通过所述反应器空间从所述反应器入口流到所述反应器出口，由此在所述套上流动的流体完成对所述套的冷却，其中所述套的温度升高是由灯加热引起的，4)所述套的每个端部突出所述反应器柱壁，还有用于把所述套的每个端部密封到所述反应器壁上的装置，由此所述套的每个端部通向所述反应器的外部，所述密封装置由此把流体约束在所述反应器空间，5)所述灯拥有第一电极部分和第二电极部分，所述灯是足够长的以把所述电极部分延伸超出所述套的相应开口端，6)在所述反应器壁的相应部分上支撑每个所述电极的装置，每个所述支撑装置都有一个灯配合部分，所述灯配合部分以使空气与套内部连通的方式横跨所述套的开口端，
7)用于把冷空气引到每个所述第一和第二电极部分上以冷却所述电极部分的并且由此防止所述灯电极部分由于过热而破坏的装置，所述套具有的内直径大于所述灯的外直径，用于把冷却空气引到所述电极上的所述装置适合于在所述套相应的第一端上产生一个比在所述套相应第二端上的气压值要大的气压值，由此保证恒定的冷却空气借助通向所述反应器壁外部的所述套的第一和第二端部流过所述套并且在所述灯上流动，冷却空气的这种流动被控制着以使所述灯能在最佳的工作温度下工作，8)改进包括一个用于所述引导冷空气的装置的排气系统，所述排气系统包括一个排气风扇和管道系统，所述风扇和管道系统适合于在所述第一电极部分上、通过所述套和在所述灯上向所述第二电极部分吸入冷却空气并且在所述第二电极部分吸入冷却空气，所述排气风扇把由所述套和所述第二电极部分聚集过来的冷却空气排出，所述管道系统为在所述第二电极部分上吸入的补充冷却空气提供了一个空气入口。
本发明进一步的优点和特点根据以下结合附图对其所做的详细描述，对于那些对本技术熟悉的人来说将会是明显的。
本发明的较佳实施例在附图中示出，其中
图1是一幅紫外线反应器系统的顶透视图，它拥有用于灯冷却的改进排气系统。
图2是一幅图1反应器的横剖面立视图。
图3是一幅反应器系统另一个实施例的示意图，其中有多个灯被装在一个单反应器柱上，它们可以垂直布置也可水平布置。
图4是一个详细的剖面，示出了在图3反应器壁上或在图2反应器端部上灯套的密封。
本发明的反应器装置灯冷却特别适合与中压和高压紫外线灯一起使用。正如以下对较佳实施例的描述就会明显地看到的那样，当使用在非常高的温度下工作的高强度紫外线灯时在反应器装置中已经制造了特殊的装置供流体处理所用。在紫外线灯产业中，人们一般都知道，灯分为三种低压、中压和高压灯。压力指的是工作时灯内所产生的汽压，所产生的压力一般是由于灯内的水银汽化所引起的。通常激励气体被包含在灯中，它开始弧光放电，并通过弧光放电把水银加热到汽化温度以在灯中产生蒸汽，在激励循环期间灯依次发射所希望强度和波长的紫外线辐射。低压灯具有大约0.01瓦/平方厘米的灯瓦数并且在小于100度的温度上工作。根据文献中的定义(L.R.Kohler“紫外线辐射”JohnWiley & Sons Inc.New York 1965，J.F.Waymouth“放电灯”、MITPress、Cambridge 1978 和R.Phillips“紫外线辐射的源和应用”、Academic、Toronto 1983)中压灯具有大约0.1-1.0/平方厘米的灯瓦数，并且在大约300-400度的温度上工作。根据已经论述到的内容，本发明的实施例目标在于使用中到高压灯，它们一般在大于300度的高温上工作，并且工作温度通常在超过700度直到1000度，甚至多半高达1100度。在这些高工作温度下它们工作期间的几个方面存在有一个问题，它已经被申请人上述的美国专利5,372,781中所述的冷却系统所解决。
用于附图中所示系统的较佳灯就是由申请人所解决的那种灯。这种紫外线灯是高强度、高压、水银蒸汽灯，在300nm以下具有大约30％的紫外线辐射输出。在这个反应器中所进行的大部分水净化过程依据于申请人所专有的过程，例如美国专利4,956,098、5,043,097和5,043,080中所述的。300nm以下的输出越大，化学净化处理就越有效。
在申请人的上述美国专利5,133,945和5,372,781中描述反应器装置、内折流板和灯清洁系统的几种结构和工作细节，它们的要点在本文中作为参考。根据那些较早专利和专利申请中所提供的详细描述，附图反应器系统的工作对于那些熟悉本技术人应是简单明了的。但是，为了便于这种理解并且为了理解根据本发明的改进冷却系统的工作，本文中简单描述了反应器的某些方面。
本发明的改进冷却系统从两个源吸引空气以保证紫外线灯端部的冷却以及沿灯体长度方向适当冷却灯体。灯可以布置在反应器中的任意方位上，或者灯本身可以在水平和垂直之间布置在任意所希望的方位上。根据这灵活的灯方位，有可能提供一个其中具有几个高压灯的反应器柱。例如，为了处理大流速的水，能使用一个装有多个灯的单反应器。这一系列灯进一步增强了反应器系统处理大流速水的工作参数，该水流速比使用一个具有单灯系统的反应器所能处理的要大。灯冷却空气排气系统在从两个源吸气时保证了沿灯有正确数量的冷却空气，同时为两个灯端部提供足够的冷却空气。进入至少空气源之一的冷却空气能被监控，以保证灯冷却系统正确连续地工作。此外，排气系统布置在灯的一端大大方便了几个灯在一个反应器柱的有限空间中的布置，构成所希望的一系列紫外线灯。
参照附图1，反应器装置10包含一个最好是圆柱形的反应器柱12。但是要知道，反应器可以采用各种各样的其他形状以优化空间需要和类似的需要。较佳的柱形反应器具有反应器壁，它由柱侧壁14及端板18的端壁部分和端板22的壁部分20组成。反应器柱在一端上有一个人口24以把流体引入到反应器中并且在另一端上有一个出口26以把已处理过的流体从反应器中排出。在反应器柱中提供了中/高紫外线辐射发射灯28。一个紫外线辐射可穿透的圆柱形保护套30被提供给了灯。该套与灯共轴，并且把灯与呈环形空间的一般标为32的反应器内部分开。由部分14、16和20构成的反应器柱壁确定了这个环形空间32，当经由入口24引入的流体从反应器一端流向另一端时通过该空间32处理这些流体。由于高温灯所引起的热，这种流体在套上的流动实现了它的冷却。一般用34和36标注的套端部分别向柱壁部分20和16上伸出。一个适当的装置被用于把套端部34和36密封到柱壁部分上，有关它的详细情况将参照图4进行描述。由于使用了这种置于适当位置的密封装置，这样套的端部就通向反应器的外部，如图2更清楚的示出。
紫外线灯有一个第一电极部分38和一个第二电极部分40，在此处灯的长度足以把电极部分延伸超过保护套30相应的开口端35和36。支架42和44在反应器壁的相应部分处用做支撑每个电极的装置，如将参照图2所做的描述。每个支撑指支架都有一个横跨套端部开口的灯配合部分，其横跨方式是提供了空气与套内部的连通。
一个灯清洁系统46包含有一个刷子装置48，它借助往复活塞50沿套30往复运动，对套完成所希望的清洁，这是由于流体流过环形反应器室32时其流动所引起的。
冷却空气借助一般用52标注的冷却装置被射向灯的第一和第二电极部分38和40的每一个。装置52沿箭头54的方向横跨下电极部分38吸入空气。空气在灯28的上面向套的上部移动，并且在电极部分40的上部向外移动。套拥有一个大于灯外直径的内直径，这使冷却空气能穿过环形空间56，在此处通过在第一电极端38产生一个气压值来把冷却空气推过这个空间，该气压值大于在第二电极端40处的气压值。由于这个气压差，借助通向反应器外的套的第一和第二端部，保证了通过套和在灯上的恒定的冷却空气流动。冷却空气的恒定流动被控制着，使灯能在最佳的工作温度下工作。
对于冷却空气装置的改进就是提供一个排气系统52，它包括一个排气扇58和辅助管道系统60。排气扇58在区域62处有一个进气口。通过进气口吸入的排出空气通过出口64沿箭头66的方向被排出。经过排气扇58的流速足以在电极40的区域内产生一个比在电极38的区域内要低的压力。从而建立所希望的压差，导致在电极38上沿箭头54的方向流动并流过套与灯之间的环形空间56。管道系统60还包含有一个开孔68，它使补充冷却空气在第二电极部分40上沿箭头70的方向被吸入。一个在折流板72之下的空气入口由管道系统中的横剖面空间所决定，它被折流板堵住。空气入口73被设计成保证冷却空气通过环形空间56具有适当的流速，优化灯温度，从而优化输入给流过反应器空间32的流体的紫外线辐射。折流板可以被固定，以便为补充空气的入口73确定一个所希望的横剖面面积。或者可以使折流板72绕杆74转动，这样它沿箭头76的方向向上摆动。折流板72的这种摆动适应排气扇速度中的变化，这种变化可以由电力脉动、环境温度和类似情况所引起。一个传感器76可在外部连接到杆74上，感应杆74的转动。传感器76有线路80电连接到信号发生器78上。有装置78所产生的信号可以由线路或其他的东西传输到一个监控系统，该系统能根据折流板72的倾斜和摆动角度来监控排气扇58的效能。此外，如果风扇58在这样低的效能工作，以致由于沿箭头70方向有非常低的或没有空气流动而使折流板72未足够转动或一点也未转动，那麽装置78能指示风扇58的故障。在折流板72被固定并且不允许转动的情况下，风扇的工作也可以由一个连接到一个适当信号发生器(未示出)上的气流传感器82来探测，把信号传递给一个监测器，该监测器确定在灯端部40上通过管道系统气流是存在还是不存在。
在图3中示出了另一个反应器系统84，其中在反应器柱88中提供了一系列灯86。反应器柱88有一个入口90和出口92以便要被处理的流体流过反应器空间，其中反应器空间被确定在柱侧壁94和柱端部96和98的反应器壁之内。一般用100、102、104和106标注的每个灯与其相应的灯冷却系统的简洁特征便于比较近地布置灯，而不会相互妨碍。灯可以如图3所示以相互交叉的方式布置在反应器柱88中，或者鉴于为灯考虑了任意方位的灯冷却系统来布置，它们可以在反应器柱88内布置成各种其它的构型。
每个灯装置102、104和106都包含有与如图1所述相同的组成部件，即，一个灯、一个灯保护套和用于电极端的固定装置。在图3中示出了一些固定装置并且用数字108和110来表示。相应的用于往复移动套清洁装置的气动缸被表示为112、114、116和118。灯冷却排气系统一般被标注为120、122、124和126。这些排气系统在构造上与如图1所示的相同，并且以同样的方式工作，保证冷却空气在灯端部上以及在灯体上正确地流动。由于排气系统的工作与每个灯无关并且只布置在灯的一端上，因此上述灯的任意方位的简洁排列可以被实现。但是应注意，在每个冷却系统的管道系统中，如同参照图1所述的并且被标注为72的折流板如果将要转动的话，那么它将不得不在装置120、122、124和126的每个相应管道系统内绕一个水平轴悬挂。根据图3的实施例，其中灯被水平地布置，因此要知道每个折流板72将绕其转动的杆74也在管道系统内沿水平方向延伸。
图4中示出了把套密封到反应器壁上所用方式的详细情况，其中反应器壁可以是图1和3反应器构型的端壁或侧壁的一部分。保护套30让其端部34延伸穿过反应器壁12，其中反应器壁12根据已做的说明可以是图3反应器84的侧壁88或是图1反应器10的一个端壁16或20。在反应器壁上提供有一个孔128，它所具有的内直径大于套30的外直径。这便于系统工作期间套的布置以及延长。为了相对于反应器壁12密封套端部34，绕端部34的周边提供了一个O型环密封圈130。为了压缩绕端部34周边的O型环密封圈130以及使它顶住反应器壁12，用螺栓134把一个夹环132固定到反应器壁上。然后在相对的收缩面之间压缩O型环130，保证在O型环界面140和142处的密封。O型环130最好用一种耐温、抗紫外线辐射和耐臭氧的材料制成，如标有VITON*商标出售的那种材料。为了保证O型环的长期寿命，特别是如果它由可能不抗这些因素的材料制成时，把一个陶瓷垫144布置到套30的端部之内。陶瓷垫阻挡紫外线辐射并且把O型环与高温灯28隔开。就灯28而论，它拥有普通的石英灯体146，该灯体被收缩封在电极端38的148处。在灯端部内提供有一个电极150，一个呈金属带152形式的链路连接到其上。链路152由穿过陶瓷灯端部156的线路154连接到一个适当的电源上。金属链路152当它的温度超过大约350度时损坏。依次最好是保证灯冷却系统提供足够的灯冷却，以便灯端部温度不超过350度。
在为灯端部以及装在保护套30内的灯体提供冷却时必须考虑几个问题。在冷却灯端部时，重要的是不要过冷装在套30内的灯体。灯体过冷导致降低灯的性能并且甚至能导致灯熄灭。当灯体被冷却到导致放电形成的蒸汽立即凝聚以至灯决不会启动的程度时，或着在工作期间灯体被冷却到水银蒸汽凝聚在灯内的程度时，通常发生灯熄灭停止工作。还有重要的是，保证反应器体的任意温度敏感部分被设计成不受灯高温工作的影响，或者暴露在紫外线辐射之下的反应器装置的各部分是由适当材料制成的或被保护免受紫外线的退化作用。
设计中考虑的另一个因素是在灯工作期间保护用户，避免暴露在紫外线辐射之下。这必须封闭反应器的下部和上部，以便操作员不能直接看见灯所发出的紫外线辐射。当然要知道，反应器的组成部分可以由不反射紫外线辐射的材料制成，以便它仅仅是直接辐射照射使操作员产生问题。反应器的每个端部可以封闭在一个支撑基座上或者被屏蔽起来。支撑基座可以有一个门，为了维护气动缸以及便于灯更换。适当的连锁装置被提供，这样当支撑基座上的门被打开时灯被关闭以避免暴露在紫外线辐射之下并且避免有可能发生电击。
同样，反应器的端部18必须由一个连接到排气系统52的出口管道系统60上的适当罩子封闭住。管道系统60使操作员的眼睛直接看到灯28所发出的辐射。
改进灯冷却系统的工作参照图2被详细描述。反应器10能水平或垂直地布置或定位在其间的任意角度上。入口24和26被提供在反应器的侧壁14上。反应器空间32在反应器的端部由端板壁部分16和20密封住。环形空间32被确定在保护套30的外圆周与壁14、16和20的内侧之间。流过反应器空间32的流体往往流过套的外表面。一个刷子系统160被连接到清洁系统48的支架162上，如根据申请人的美国专利5,133,945和5,266,280的描述。清洁系统的作用在于保持套外表面的清洁，以便由灯28产生的紫外线辐射的全部效能被流过反应器空间32的流体所接受。如参照图2和4的描述，套端部34和36通向反应器的外侧。这使冷却空气能自由地流过灯28与套30之间的环形空间56。冷却空气通过环形空间的这种流动用箭头164来表示。由马达166驱动的风扇58在管道系统60的一端处有其入口168。风扇58沿箭头66的方向以一个足够大的流速从其出口处排出空气，以便如以前所述，在套端部34和36之间的灯长度上产生一个显著压差。由风扇在端部36处产生的低压把空气吸入到套的开口端，并且经由外部沿箭头64的方向进入的空气流入到环形通道56中。灯端部的支架42是U形的，以便不会阻碍空气流入套的开口端，这样空气能自由地沿环形通道56流动。管道系统60包含有一个补充空气入口68，通过其的流动由折流板72来控制。沿箭头70方向进入的空气在折流板72下和在灯电极40上流动。电极38由沿箭头54方向流动的并且流入环形空间的空气所冷却。灯体由沿环形空间流动的这种空气来冷却，然后电极40由在折流板72之下流动并流过电极44的补充空气开始冷却。通过开口端36流出环形空间56的空气也可以实现灯电极的冷却。支架44沿一个方向被定位成以便在折流板72之下流过来的空气直接流到电极40上。
风扇58的空气入口不仅从套与灯之间的环形空间吸入空气，而且还从开口68以及通过补充空气入口73吸入空气。风扇从补充空气入口吸入空气的程度由折流板72的定位来控制。折流板72的固定位置被表示在72A处，在此处它在管道系统基座之上的间隙被表示为170。折流板下端172的定位能由试凑法来确定，在此处要知道，如果间隙170过大，就可能危及灯冷却，反之如果间隙过小，那麽灯冷却可能回过大。例如，已经发现，对于一个在区域56处具有近似4.25平方英寸横剖面面积的环形空间、一个245CFM的风扇流速、在折流板72区域内具有7英寸乘5英寸横剖面面积的管道系统60和一个7英寸乘2英寸大小的折流板，间隔170是在2-3英寸的范围内。这提供了吸入风扇58的空气的30％-70％。与占所排出空气70％的补充空气相比，对于占由风扇58排出空气总量30％的补充空气，通过环形空间56产生一个相当大的流速。这种范围考虑了灯的工作温度、所处理流体的温度和系统工作所处的外界温度和压力。
还要知道，折流板72还可以按图1所述的方式摆动。这种沿箭头76方向的摆动考虑变化的外界条件。可能会存在电力脉动，这导致马达加速并因此排出更多的空气。在该情况下，如果折流板72是刚性的，那麽将有相当多的空气经由套开口端34通过环形空间56被吸入。这可以导致灯过度冷却并降低功能。但是如图2所示，如果折流板72被允许沿箭头76方向摆动，那麽电力脉动和马达166加速就能被可移动折流板所调节。当折流板沿箭头76的方向向上摆动时，间隙170增加以使更多的补充空气能进入并在一定程度上降低横跨环形空间56的压差。这种移动由此在一定程度上抑制了通过环形空间56的过量增加的气流，这种过量增加的气流由于过量的冷却能影响灯的效能。相应地，如果风扇效能由于电力损失或风扇的物理破坏而降低，那麽通过风扇的流速降低。这使折流板72能沿与箭头76相反的方向摆动，从而降低间隙170并由此降低进入系统的补充空气的流速，这样通过环形空间56吸入的空气持续保持在所希望的流速上以便避免灯过热。但是，折流板72沿任一方向的摆动如上文所述，也能由外界压力、温度或其他可能影响空气流动的变量中的变化所引起。
根据本发明的改进灯冷却系统充分加强了用于驱逐液体杂质的紫外线辐射系统。灯可以被布置到任意所希望的方位上，以便调节各种各样的反应器定位以及在所希望的反应器构型内灯的定位。现在反应器可以取各种各样的形状，容许各种物理装置特性或反应器柱流设计，以便在最小的反应器空间内使反应器的容积最大。使用通过灯与套之间的环形空间吸入的补充空气，避免了灯端部和灯体的过冷。外界中的变化也能被管道系统内的折流板设计轻易地调节。通过保证灯体适当的冷却，避免了沿灯体长度方向上的局部过热，优化了灯的性能。通过使风扇冷却系统布置在灯的一端处，简化了反应器系统的维护以及石英灯的更换。排气扇的位置与补充空气入口相对，保证了冷却空气直接在灯的第二电极部分上流动，其中第二电极部分延伸超过保护套的开口端。
尽管文中详细描述了本发明的较佳实施例，但是要知道，那些对本技术熟悉的人可以对齐做各种变化，而不会背离本发明的精神或背离所附权利要求的范围。
权利要求
1.一个利用紫外线辐射消灭流体中杂质以促进这种破坏作用的反应器装置，包括1)一个反应器柱，在一端带有一个把流体引入所述反应器的入口并且在另一端带有一个把已处理流体排出所述反应器的出口，2)一个紫外线辐射发射灯，在大于300度的温度上工作并且布置在所述反应器柱中，3)一个用于所述灯的紫外线辐射可穿透的圆柱形保护套，所述套与所述灯共轴并且把所述灯与所述反应器内部隔开，所述反应器柱有一个确定了反应器空间的壁，要被处理的流体通过所述反应器空间从所述反应器入口流到所述反应器出口，由此在所述套上流动的流体完成对所述套的冷却，其中所述套的温度升高是由灯加热引起的，4)所述套的每个端部突出所述反应器壁，还有用于把所述套的每个端部密封到所述反应器壁上的装置，由此所述套的每个端部通向所述反应器的外部，所述密封装置由此把正处理流体约束在所述反应器空间，5)所述灯拥有第一电极部分和第二电极部分，所述灯是足够长的足以把所述电极部分延伸超出所述套的相应开口端，6)在所述反应器壁的相应部分上支撑每个所述电极的装置，每个所述支撑装置都有一个灯咬和部分，所述灯咬和部分以使空气与套内部连通的方式横跨所述套的开口端，7)用于把冷空气引到每个所述第一和第二电极部分上以冷却所述电极部分的并且由此防止所述灯电极部分由于过热而破坏的装置，所述套具有的内直径大于所述灯的外直径，用于把冷却空气引到所述电极上的所述装置适合于在所述套相应的第一端上产生一个比在所述套相应第二端上的气压值要大的气压值，由此保证恒定的冷却空气借助通向所述反应器壁外部的所述套的第一和第二端部流过所述套并且在所述灯上流动，冷却空气这种恒定的流动被控制着以使所述灯能在最佳的工作温度下工作，8)改进包括一个用于所述引导冷空气的装置的排气系统，所述排气系统包括一个排气风扇和管道系统，所述风扇和管道系统适合于在所述第一电极部分上、通过所述套和在所述灯上向所述第二电极部分吸入冷却空气并且在所述第二电极部分吸入冷却空气，所述排气风扇把由所述套和所述第二电极部分聚集过来的冷却空气排出，所述管道系统为在所述第二电极部分上吸入的补充冷却空气提供了一个空气入口。
2.如权利要求1所述的反应器装置，其特征在于，所述管道系统包括一个确定所述空气入口横剖面面积的折流板。
3.如权利要求2所述的反应器装置，其特征在于，所述折流板可摆动地安装在所述管道系统上，当空气流过所述空气入口时所述折流板的摆动根据所述排气风扇吸入空气的速度而增加，从而扩大所述空气入口的横剖面面积。
4.如权利要求3所述的反应器装置，其特征在于，有一个用于探测折流板摆动程度的传感器，由此检测排气风扇空气吸入的速度。
5.如权利要求1、2、3或4所述的反应器装置，其特征在于，所述排气风扇有一个横向偏离所述第二电极部分并且与所述横向偏离所述第二电极部分的所述空气入口相对的入口，由此补充冷却空气在所述第二电极部分上流动。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的反应器装置，其特征在于，所述反应器柱是圆柱形的并且与所述保护套共轴，这样流体在所述入口和所述出口之间沿所述套流动。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的反应器装置，其特征在于，多个所述保护套横跨所述反应器柱延伸并且沿所述柱被分隔开，在每个所述套的所述第二端部上提供有一个单独的排气系统。
8.如权利要求6所述的反应器装置，其特征在于，一个端部罩被装在所述反应器柱的每个端部并且构成反应器壁的一部分，所述套延伸穿过每个相应的端罩并且所述密封装置把所述套密封到所述端罩的所述壁部分上。
9.如权利要求5所述的反应器装置，其特征在于，所述管道系统是一个细长的外壳，在所述外壳的一侧上带有所述空气入口并且在所述外壳的另一端上带有所述风扇空气入口，所述外壳遮住所述第二电极部分。
10.如上述权利要求任一个所述的反应器装置，其特征在于，所述灯和套或被水平安装或被垂直安装。
全文摘要
本发明涉及一个用于紫外线灯反应器的改进冷却系统,其产生的辐射处理一种流体介质,例如水、空气或溶液。特别是,该反应器系统适合于利用紫外线发射灯处理流体中的杂质,其中紫外线发射灯一般在超过300度的高温下工作。
文档编号B01J19/12GK1176632SQ95196078
公开日1998年3月18日 申请日期1995年11月6日 优先权日1994年11月7日
发明者罗纳德·C·哈利特 申请人:卡尔根卡本加拿大公司