УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
DEVICE FOR PROCESSING LIQUIDS BY ULTRAVIOLET RADIATION

Изобретение относится к области дезинфекции жидкостей, в том числе воды, с помощью обработки ультрафиолетовым (УФ) излучением с длиной волны бактерицидного диапазона.
Устройство для обеззараживания жидкостей имеет герметичный цилиндрический корпус-реактор с входным и выходным патрубками, внутри которого параллельно его оси расположены УФ-лампы, помещенные в герметичные защитные кварцевые чехлы. На внутренней боковой поверхности корпуса-реактора расположен соединенный с входным патрубком входной коллектор, вытянутый вдоль всей длины корпуса-реактора и имеющий ряд равномерно распределенных впускных отверстий. На оси корпуса-реактора расположен выходной коллектор, вытянутый вдоль всей длины корпуса-реактора и имеющий ряд равномерно распределенных выпускных отверстий. При этом впускные отверстия ориентированы так, что поток обрабатываемой жидкости входит в корпус-реактор перпендикулярно его оси и тангенциально к его боковой поверхности. Технический результат состоит в увеличении равномерности облучения УФ-излучением всего объема обрабатываемой жидкости и, как следствие, увеличение степени обеззараживания и/или производительности устройства.
Из существующего уровня техники известно устройство для обеззараживания жидкостей, в частности воды, воздействием УФ-излучения, состоящее из одной или нескольких ультрафиолетовых ламп, выполненных в виде длинных трубок с электродами на концах и помещенных в защитные кварцевые чехлы, которые находится внутри герметичного корпуса-реактора, имеющего патрубки для входа и выхода потока жидкости. Корпус-реактор выполнен, как правило, в виде цилиндра, лампы в защитных чехлах располагаются параллельно его оси так, что имеется доступ к электродам ламп через отверстия в торцах корпуса для подачи электропитания. Обрабатываемая жидкость поступает через входной патрубок внутрь цилиндрического корпуса-реактора и протекает вдоль его к выходному патрубку, подвергаясь бактерицидному воздействию УФ-излучения.
Недостатком описанного устройства является невысокая эффективность обеззараживания, вызванная неравномерностью облучения объема обрабатываемой жидкости. Действительно, в каждой точке объема корпуса-реактора даже при условии прозрачности жидкости для УФ-лучей интенсивность излучения, поступающего от каждой лампы, зависит от расстояния до этой лампы. При протекании вдоль корпуса-реактора те части потока, которые находятся вдали от ламп, могут получать дозы излучения, в разы меньшие, чем части потока вблизи защитных чехлов ламп. Неравномерность распределения интенсивности излучения внутри корпуса-реактора становится еще больше, если имеет место поглощение УФ-излучения в обрабатываемой жидкости, например из-за наличия растворенных веществ или взвешенных твердых примесей.
Указанный недостаток можно устранить, если обеспечить перемешивание потока так, чтобы каждый микрообъем жидкости подвергался одинаковому воздействию излучения. Для этих целей в патентах США 5352359, US 2007/0012883 A1, US 2009/0084734 А1, патенте  RU 2027678 С1, 1992, например, предлагались устройства с различными перегородками и лопастями внутри корпуса-реактора или же спиральные канавки на внутренней поверхности корпуса-реактора, как в RU 88345 U1, 2009. Однако спиральные канавки не дают должного перемешивания, а перегородки и лопасти создают препятствия для распространения УФ-излучения и снижают таким образом дозу излучения, получаемую жидкостью. Изготовление перегородок и лопастей из материалов, либо пропускающих УФ-излучение (кварц), либо эффективно отражающих его (анодированный алюминий), технологически сложно, поэтому не находит практического применения.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство (патент RU 2169705, опубл. 27.06.2001 г.), содержащее закрытый цилиндрический корпус-реактор с входным и выходным патрубками, внутри которого параллельно его оси установлены ультрафиолетовые лампы, помещенные в защитные чехлы из материала, прозрачного для УФ-излучения, например, кварца, и цилиндрический выходной коллектор, установленный соосно с корпусом-реактором и соединенный одним концом с выходным патрубком, при этом входной патрубок выполнен так, что поток жидкости, входящий в корпус-реактор, направлен тангенциально к его боковой поверхности.
Увеличение равномерности облучения УФ-излучением всего объема обрабатываемой жидкости и, как следствие, увеличение степени обеззараживания и/или производительности устройства достигается за счет использования радиально-спирального потока обрабатываемой жидкости от боковой поверхности корпуса-реактора к его оси, при котором весь объем получает одинаковую дозу УФ-облучения. Для этого в корпусе-реакторе дополнительно установлен входной коллектор, вытянутый вдоль всей его боковой поверхности и соединенный с входным патрубком. Входной коллектор имеет ряд впускных отверстий, равномерно распределяющих поток жидкости, входящий внутрь корпуса-реактора, равномерно по всей его длине. При этом выходной коллектор вытянут вдоль всей длины корпуса-реактора, его конец, противоположный выходному патрубку, заглушен, а на его боковой поверхности имеется ряд равномерно распределенных по всей длине выпускных отверстий для выхода потока жидкости.
Конструкция устройства поясняется на фиг. 1, 2 и 3.
Устройство для обеззараживания жидкостей имеет герметичный цилиндрический корпус-реактор 1, внутри которого параллельно его оси расположены УФ-лампы 2, помещенные в герметичные защитные кварцевые чехлы 3, каждый из которых имеет по крайней мере один открытый конец, выходящий за пределы корпуса-реактора 1. Электропитание ламп осуществляется от блока питания 4 кабелями 5 через открытые концы чехлов 3. Корпус-реактор имеет входной 6 и выходной 7 патрубки, которые соединены соответственно с входным 8 и выходным 9 коллекторами. Входной коллектор расположен на внутренней боковой поверхности корпуса-реактора 1, вытянут вдоль всей его длины и имеет ряд равномерно распределенных вдоль него впускных отверстий 10. Выходной коллектор расположен на оси корпуса-реактора 1, вытянут вдоль всей его длины и имеет ряд равномерно распределенных одинаковых выпускных отверстий 11. При этом впускные отверстия 10 ориентированы так, что поток обрабатываемой жидкости входит в корпус-реактор 1 перпендикулярно его оси и тангенциально к его боковой поверхности. Для равномерного распределения входящего и выходящего потоков жидкости по длине корпуса-реактора суммарная площадь впускных отверстий 10 сделана меньше площади проходного сечения входного коллектора 8, а суммарная площадь выпускных отверстий 11 - меньше площади проходного сечения выходного коллектора 9 и не превышает суммарной площади впускных отверстий 10.
Работает устройство следующим образом. Поток обрабатываемой жидкости через входной патрубок 5 и входной коллектор 8, через впускные отверстия 10 попадает внутрь корпуса-реактора 1. Внутри корпуса-реактора поток движется по сходящейся спирали от боковой поверхности к выпускным отверстиям 11 выходного коллектора 8, проходя при этом через зоны с разной интенсивностью УФ-излучения от ламп 2. Затем поток обработанной жидкости через выпускные отверстия 11, выходной коллектор 9 и выходной патрубок 6 выходит из устройства.
Для еще большего увеличения дозы УФ-излучения выходной коллектор 9 может быть выполнен из материала, прозрачного для УФ-излучения, например, кварца. В этом случае одна или несколько ламп 2 вместе с их защитными чехлами 3 могут быть установлены внутри выходного коллектора 9. Пример такого варианта устройства, имеющего всего одну лампу, показан на фиг. 3.