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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Entkeimung eines Fluids mit mindestens einer UV-Lichtquelle und mit mindestens einem UV-Referenzsensor zur Bestimmung des von der UV-Lichtquelle abgestrahlten UV-Lichtes sowie mit mindestens einem zusätzlichen UV-Messsensor zur Messung des durch das zu entkeimende Fluid zumindest teilweise hindurchtretenden Lichts der UV-Lichtquelle, wobei die Einrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung eines für die Trübe und den organischen Stoffgehalt des zu entkeimenden Fluids charakteristischen Wertes aus den vom UV-Messsensor und vom UV-Referenzsensor gemessenen Signalen aufweist.
Beim Stand der Technik ist es bereits bekannt, Fluide wie z. B. Wasser durch die Bestrahlung mit ultravioletten Licht (UV-Licht) zu entkeimen. Um die Betriebsbereitschaft der UV-Lampe überprüfen zu können und damit eine ausreichende Entkeimung des Fluides sicherzustellen, ist es des weiteren bekannt, die von der UV-Lichtquelle abgestrahlte Lichtintensität zu überwachen. Eine solche mit einem UV-Sensor ausgestattete Überwachungseinrichtung, ist z. B. in den Schriften DE 298 02 77 Au ut und DE 228 02 772 U 1 sowie in der DE 198 24 423 A 1 geoffenbart.
Aus der DE 19 908 583 A 1 ist eine gattungsgemässe Einrichtung bekannt, die neben dem Referenzsensor noch einen Messsensor aufweist.
Durch die Verwendung von Referenzsensor und Messsensor kann zusätzlich zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft der UV-Lichtquelle eine Aussage über die Lichtabsorptionseigenschaften des zu entkeimenden Fluides und damit über das Fluid selber getroffen werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass zahlreiche organische Stoffe ultraviolettes Licht absorbieren. Bei gattungsgemä- ssen Einrichtungen kann das vom UV-Messsensor gemessene Signal bezüglich der Lichtabsorptionseigenschaften des zu entkeimenden Fluides von der Auswerteeinrichtung ausgewertet werden, da die von der UV-Lichtquelle abgestrahlte Lichtintensität über den Referenzsensor eindeutig bestimmt ist.
Gattungsgemässe Einrichtungen haben den Nachteil, dass lediglich die Intensität des insgesamt vorhandenen Lichtes als Summensignal gemessen und ausgewertet wird. Eine differenzierte Aussage zur genaueren Zusammensetzung des durchstrahlten Fluids ist auf Grund dieser Messwerte in der Regel nicht möglich. Es kann lediglich ein integraler Wert der Trübe des Fluids bestimmt werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemässe Einrichtung zu schaffen, die es erlaubt detailliertere Aussagen zur Zusammensetzung des Fluides zu treffen.
Dies wird erfindungsgemäss erreicht, indem die Auswerteeinrichtung, die von dem UVMesssensor und von dem UV-Referenzsensor gemessenen Lichtsignale spektral auswertet, wobei der UV-Messsensor und der UV-Referenzsensor ein für die spektrale Zusammensetzung des gemessenen UV-Lichtes charakteristisches Messsignal liefern.
Durch eine spektrale Messung und Auswertung der Lichtabsorptionseigenschaften des Fluides ist es erfindungsgemäss möglich, Inhaltsstoffe des Fluids mit lichtwellenlängensensitiven Eigenschaften einzeln zu identifizieren. Hierdurch werden genauere Aussagen zur Zusammensetzung des Fluides möglich.
Durch die Verwendung gleichartiger UV-Sensoren für UV-Messsensor und UV-Referenzsensor ist der direkte Vergleich der von ihnen gemessenen Messsignale besonders einfach möglich.
Grundsätzlich ist es günstig, wenn das zu entkeimende Fluid möglichst lange bzw. auf einer möglichst langen Wegstrecke vom UV-Licht durchflutet und dadurch entkeimt wird. Hierzu sieht eine günstige Variante der Erfindung vor, dass die Einrichtung ein Leitungssystem zur Führung des zu entkeimenden Fluides aufweist, wobei das zu entkeimende Fluid das Leitungssystem in verschiedenen Bereichen in unterschiedlichen Richtungen durchströmt.
Da UV-Sensoren gewöhnlich eine starke Temperaturabhängigkeit zeigen, ist es des weiteren günstig, dass der UV-Messsensor und/oder der UV-Referenzsensor zumindest teilweise innerhalb des Leitungssystems angeordnet ist (sind), wobei der UV-Messsensor und/oder der UV-Referenzsensor zumindest bereichsweise vom zu entkeimenden Fluid umspült ist (sind) und/oder mit dem zu entkeimenden Fluid in thermischer Verbindung steht (stehen).
Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt :
Fig. 1 eine schematisierte Seitenansicht auf ein erstes erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel entlang der Achse A-A,
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Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel entlang der Achse B-B,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit nach dem Gegenstromprinzip ausgebildetem Leitungssystem, und
Fig. 5 eine schematisierte Schaltungsanordnung zum Betreiben der UV-Lampe und zur Auswertung des Messsignals.
Die in Fig. 1 dargestellte Variante zeigt schematisch eine UV-Lichtquelle 2, die in einem transparenten Quarzglasgefäss 8 gelagert ist. Die elektrischen Anschlüsse und Steuereinrichtungen zum Betrieb der UV-Lichtquelle 2 sind hierbei vernachlässigt und beim Stand der Technik bekannt. Die im Quarzglasgefäss 8 gelagerte UV-Lichtquelle 2 wird von einem Leitungssystem 7 umgeben durch das das zu entkeimende Fluid 3 in Richtung der Pfeile strömt. Auf seinem Weg durch das Leitungssystem 7 wird das zu behandelnde Fluid 3 vom UV-Licht der UV-Lichtquelle 2 entkeimt.
Das zu entkeimende Fluid 3 tritt in den dargestellten Ausführungsbeispielen durch die Einströmöffnung 16 in einen Kühlzylinder 14 ein und umströmt den UV-Messsensor 6 sowie den Referenzsensor 1 sowie den z. B. als Zylinder ausgebildeten Messbereich 11 sowie den z. B. ebenfalls als Zylinder ausgebildeten Referenzbereich 18. Hierdurch werden der UV-Referenzsensor 1 und der UVMesssensor 6 auf gleicher Umgebungstemperatur gehalten, um eine Verfälschung der Messergebnisse durch die Temperaturabhängigkeit der Sensoren zu verhindern. Der Referenzbereich 18 ist mit dem Referenzmedium 4 (z. B. Luft) gefüllt und gegen das zu entkeimende Fluid abgedichtet.
In den Messbereich 11 tritt das zu entkeimende Fluid über die Überströmöffnung 15 ein und fliesst anschliessend entlang der Wegsamkeiten durch das Leitungssystem 7 an der UV-Lichtquelle 2 entlang. Im Messbereich 11 ist das Leitungssystem 7 in der Form ausgebildet, dass das von der UVLichtquelle abgestrahlte UV-Licht das zu entkeimende Fluid 3 erfindungsgemäss durchleuchtet und anschliessend auf den UV-Messsensor 6 trifft. Die Ein- und Austrittsflächen des UV-Lichts sind sowohl bei dem Messbereich 11 wie auch bei dem Referenzbereich 18 günstigerweise als Quarzglasscheiben 9 ausgebildet. Die Blenden 10 verhindern, dass Streulicht von aussen auf den UVMesssensor 6 fällt und das von ihm gemessene Lichtsignal verfälscht.
Das vom UV-Messsensor 6 gemessene Signal ist somit sowohl von den Absorptionseigenschaften des zu entkeimenden Fluides 3, wie auch von den Eigenschaften des von der UV-Lichtquelle 2 abgestrahlten Lichtes abhängig. Zur Berücksichtigung bzw. Korrektur des Einflusses der UV-Lichtquelle 2 ist es vorgesehen, den UV-Referenzsensor 1 zu verwenden. Das auf den Referenzsensor 1 auftretende Licht wird auf seinem Weg von der Lichtquelle 2 zum UV-Referenzsensor 1 nicht durch das zu entkeimende Fluid 3 beeinflusst. Das vom UV-Referenzsensor 1 gemessene Signal liefert somit eine eindeutige Aussage zu dem von der UV-Lichtquelle 2 abgestrahlten Licht. Hierbei ist es günstig,
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zugsweise ausschliesslich, mindestens ein vom zu entkeimenden Fluid 3 verschiedenes Referenzmedium 4 durchläuft.
Bei der Wahl des Referenzmediums 4 wird in der Regel darauf geachtet, dass dies konstante Übertragungseigenschaften für das von der UV-Lichtquelle 2 abgestrahlte UV-Licht aufweist. Bei ausgewählten Ausführungsvarianten kann auch vorgesehen sein, dass das Referenzmedium 4 bezüglich des von der UV-Lichtquelle 2 abgestrahlten UV-Lichtes definierte Filtereigenschaften aufweist. Dies kann z. B. dazu verwendet werden, definierte Lichtwellenlängenberei- che besser auswertbar zu gestalten.
Die Auswertung erfolgt grundsätzlich durch Vergleich des vom Messsensor 6 und des vom Referenzsensor 1 gemessenen Lichtsignals. Bestimmt werden mittels der Auswertung unter anderem Aussagen zur Trübe und zum organischen Stoffgehalt des zu entkeimenden Fluids 3. Zur Auswertung ist hierbei eine Auswerteeinrichtung 5, welche z. B. unter der Abdeckung 19 angebracht sein kann, vorgesehen.
Erfindungsgemäss ist eine spektrale Auswertung der gemessenen Signale vorgesehen. Hierbei werden bekannte lichtwellenlängensensitive Eigenschaften des zu entkeimenden Fluids ausgenützt. Darüber hinaus kann über eine spektrale Auswertung des gemessenen UV-Lichtes auch eine Wellenlängenverschiebung (Spektralverschiebung) im Absorptionsverhalten des zu entkeimenden Fluides durch die UV-Bestrahlung ausgewertet werden. Hierzu ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung, die von dem UV-Messsensor 6 und von dem UV-Referenzsensor 1 gemessenen Lichtsignale spektral auswertet, wobei der UV-Messsensor 6 und der UV-Referenzsensor 1 ein
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für die spektrale Zusammensetzung des gemessenen UV-Lichtes charakteristisches Messsignal liefern.
Um Änderungen im Lichtabsorptionsverhalten des zu entkeimenden Fluides festzustellen, ist es darüber hinaus günstig, zusätzlich zum UV-Referenzsensor 1 mindestens einen UV-Messsensor 6 im zuströmenden Feldbereich und mindestens einen weiteren UV-Messsensor (hier nicht dargestellt) im abströmenden Bereich nach der UV-Bestrahlung des zu entkeimenden Fluids anzuordnen.
Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt entlang der in Fig. 1 dargestellten Gerade A-A. Durch die in dieser Figur gezeigte Anordnung wird sichergestellt, dass das zu entkeimende Fluid 3 auf einer möglichst grossen Fläche vom UV-Licht durchstrahlt wird. Der Trennsteg 17 dient dazu, sicherzustellen, dass das Fluid 3 entlang der gesamten Wegstrecke durch das Leitungssystem 7 fliesst und somit über eine maximal mögliche Dauer von UV-Licht durchflutet wird. Hierzu ist vorgesehen, dass der Trennsteg 17 lediglich im unteren Bereich 25 eine Ausnehmung hat, durch die das Fluid 3 von abwärtsfliessenden in den aufwärtsfliessenden Bereich überströmen kann.
In Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Kühlzylinder 14 entlang der Achse B-B gezeigt. Innerhalb des Kühlzylinders 14 werden der UV-Referenzsensor 1 und der UV-Messsensor 6 vom zu entkeimenden Fluid 3 umströmt und dadurch auf gleichbleibender Temperatur gehalten.
Um die Dauer der UV-Lichteinwirkung und damit der Entkeimung des zu behandelnden Fluids 3 weiter zu verlängern, kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, dass das zu behandelnde Fluid im Gegenstromprinzip zweimal oder mehrmals an der UV-Lichtquelle 2 vorbeigeführt wird. Hierdurch wird grundsätzlich die Einstrahlungszeit erhöht und damit die insgesamt erreichte Entkeimung verbessert. Fig. 4 zeigt eine Variante, wie das Leitungssystem 7 ausgebildet sein kann, um ein Gegenstromprinzip zu realisieren. Im dargestellten Beispiel wird das zu entkeimende Fluid zunächst in einer ersten Leitung 12 direkt an der UV-Lichtquelle 2 vorbeigeleitet, um anschliessend in der Gegenrichtung in einer zweiten Leitung 13 wieder am UV-Licht vorbeizufliessen.
Hierbei ist die vorzugsweise als Zylinder ausgebildete Wandung 28 zwischen den Leitungswegen 12 und 13 aus lichtdurchlässigem Material z. B. Quarzglas gefertigt. Die Aussenwandung des Leitungssystem 7 ist hierbei günstigerweise ebenfalls als Zylinder ausgebildet. Dieses System kann angepasst an das zu behandelnde Fluid beliebig erweitert werden, um eine möglichst vollständige Entkeimung zu erreichen.
Soll das zu entkeimende Fluid 3 nur auf einer Wegrichtung durchstrahlt werden, so kann alternativ zur Verwendung einer Trennwand 17 im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Wandung 28 auch aus einem nicht lichtdurchlässigem Material z. B. Aluminium ausgebildet sein.
In einer günstigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur Entkeimung als UV-Lichtquelle 2 eine Leuchtstoffröhre mit einer Leistung von ca. 15 W und einer Strahlungsleistung von 3, 5 W verwendet wird. Die gesamte Einrichtung kann z. B. in einem T-förmigen Aluminiumblock unterbracht sein, in dessen Längsbalken einerseits die Entkeimungsvorrichtung und andererseits der Abdeckzylinder 26 für elektrische Bauteile eingebaut ist. Der Längsbalken kann z. B. bei der Verwendung einer 15 W Lampe eine Gesamtlänge von ca. 65 cm aufweisen. Der Durchmesser 27 hängt davon ab, ob die Entkeimung nach dem Gegenstrom- oder dem Einfachstromprinzip geschieht. Im Falle des Gegenstromprinzips wird in einem Ausführungsbeispiel ein Maximaldurchmesser 27 von ca. 6 cm erreicht (Fig. ). Der Querbalken (Durchmesser z.
B. ca. 5 cm) umfasst den Kühlzylinder 14 mit dem Messbereich 11 und dem Referenzbereich 18. Über einen Schraubverschluss (hier nicht dargestellt) können z. B. zylinderförmige Mess- und Referenzbereiche verschiedener Länge an den Längsbalken abgebracht werden. Standardmässig ist eine Gesamtlänge von ca. 11 cm vorgesehen, wobei es günstig ist, wenn der Messbereich 11 und der Referenzbereich 18 Zyiinder derselben Länge aufweisen.
Zur Vermeidung von störenden Einflüssen kann es günstig sein, die Messung auf einen Wellenlängenbereich > 250 nm zu beschränken. Am günstigsten erweist sich dabei die Quecksilberlinie von 254 nm. Dies kann durch eine oder durch Kombination der folgenden Varianten realisiert werden : - UV-C Leuchtstoffröhre mit einem Emissionsmaximum bei 253, 7 nm
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MesssensorFig. 5 zeigt eine Schaltvariante zur Ausgestaltung der Auswerteeinrichtung 5. Hierbei wird das von den Sensoren 1 und 6 erzeugte elektrische Signal entweder direkt weitergegeben oder durch eine integrierte Schaltung verstärkt. Um den durch den Verbrauch der Leuchtstofflampe im Laufe der Zeit anfallenden Lichtverlust auszugleichen wird das Signal des Messsensors 6 mit dem des Referenzsensors 1 verglichen. Dies wird durch eine zweistufige Komparatorschaltung 20 erreicht, wobei die erste Stufe die Signale differenziert und die zweite das Differenzsignal mit einem Sollwert vergleicht, der den maximal zulässigen Wert der Trübe bzw. des organischen Stoffgehaltes angibt. Ist entweder die Trübe oder der organische Stoffgehalt zu hoch, wechselt der Signalpegel von 20.
Von der Auswerteeinrichtung 21 kann eine Signallampe und/oder ein elektrisches Ventil (beides nicht dargestellt) angesteuert werden, das die Störung anzeigt und/oder den Flüssigkeits- durchfluss stoppt bzw. umleitet.
Um Abnutzungserscheinungen der UV-Lichtquelle 2 detektieren zu können, wird das Signal des Referenzsensor 1 auf eine einstufige Komparatorschaltung 22 geleitet, die es mit dem Sollwert für die minimal mögliche Strahlungsintensität der UV-Lichtquelle vergleicht. Wird dieser unterschritten, kann der wechselnde Signalpegel mittels der Kontrolleinrichtung 23 eine Signallampe und/oder ein Relais aktivieren, das die Trennung der UV-Lichtquelle 2 vom Netz vornimmt, bzw. die gesamte Anlage abschaltet und eine Warnmeldung (z. B. Lichtsignal) abgibt.
Mit der Datenverarbeitungseinrichtung 24 (z. B. ein Personalcomputer) können die Signale des Messsensors 3 und des Referenzsensors 2 direkt ausgewertet werden.
Grundsätzlich ist anzuführen, dass die in den Fig. 1 bis 5 gezeigten schematischen Darstellungen nur Beispiele zur Ausführung der Erfindung wiedergeben. Die Wahl der für das Leitungssystem 7 verwendeten Materialien, die Ausgestaltung der Form der gesamten Einrichtung sowie auch die Anordnung und Anzahl der Mess- und Referenzsensoren kann durch einen Fachmann an die jeweilige Aufgabenstellung und die Eigenschaften des zu entkeimenden Fluides 3 angepasst werden. Dies gilt ebenso für die Dimensionierung der Gesamtanlage, die Wahl der UV-Lichtquelle, des Referenzmediums sowie der Wellenlängenbereiche der UV-Sensoren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Entkeimung eines Fluids mit mindestens einer UV-Lichtquelle und mit min-
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sung des durch das zu entkeimende Fluid zumindest teilweise hindurchtretenden Lichts der UV-Lichtquelle, wobei die Einrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung eines für die Trübe und den organischen Stoffgehalt des zu entkeimenden Fluids charakteristi- schen Wertes aus den vom UV-Messsensor und vom UV-Referenzsensor gemessenen
Signalen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (5), die von dem
UV-Messsensor (6) und von dem UV-Referenzsensor (1) gemessenen Lichtsignale spektral auswertet, wobei der UV-Messsensor (6) und der UV-Referenzsensor (1)
ein für die spek- trale Zusammensetzung des gemessenen UV-Lichtes charakteristisches Messsignal liefern.