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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Überwachung einer kontinuierlich betriebenen UV-Desinfektionsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Um eine Einhaltung einer für eine Inaktivierung von Keimen notwendigen und ausreichenden Bestrahlungsdosis sicherzustellen, sind UV-Desinfektionsanlagen für eine Trinkwasserdesinfektion mit einer Überwachungseinrichtung, beispielsweise mit einem UV-Sensor, auszurüsten, um eine Bestrahlungsstärke einer UV-Strahlung an einem Rand einer Bestrahlungskammer der UV-Desinfektionsanlage zu erfassen.
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In der Regel sind solche UV-Sensoren direkt in eine Durchführung in einer Bestrahlungskammerwand integriert und erfassen in einem vorgegebenen Einfallswinkel die von einem oder mehreren UV-Strahlern abgegebene UV-Strahlung. Neben einer einfachen optischen Funktionskontrolle, wie in
DE 101 29 491 A1 dargelegt, bestimmt diese Verfahrensweise den Stand der Technik. Die Auswertung der vom Sensor ausgegebenen Signale kann in analoger oder digitalisierter Form, wie in
DE 199 57 997 A1 dargelegt, erfolgen.
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Allen diesen bekannten technischen Lösungen ist gemeinsam, dass zwar Bestrahlungsstärkeveränderungen erfassbar sind, aber nicht deren Ursache. Die vom UV-Sensor detektierte Bestrahlungsstärke ist durch eine Vielzahl Faktoren beeinflussbar, wie beispielsweise eine Alterung des UV-Strahlers oder des UV-Sensors oder eine Belagbildung auf einem den UV-Strahler umgebenden Hüllrohr oder auf einem vor dem UV-Sensor angeordneten Messfenster. Des Weiteren beeinflusst auch ein UV-Transmissionsgrad eines zu behandelnden Wassers die vom UV-Sensor detektierte Strahlungsstärke, da der UV-Transmissionsgrad des zu behandelnden Wassers abhängig ist von darin gelösten Stoffen und mittelbar auch von suspendierten Partikeln, da die UV-Strahlung durch die suspendierten Partikel ablenkbar und reflektierbar ist.
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Um eine Veränderung eines Sensorsignals des UV-Sensors beispielsweise eindeutig der Alterung des UV-Strahlers zuzuordnen, wird in der
DE 297 07 052 U1 vorgeschlagen, jedem UV-Strahler ein zusätzliches Sensorelement zuzuordnen, welches direkt in den Sockel integriert ist. Abgesehen von dem großen zusätzlichen Aufwand für zum Beispiel Lichtleitkabel und eine Auswerteelektronik wirkt sich hierbei besonders negativ aus, dass solche zusätzliche Einrichtungen bei jedem Wechsel des UV-Strahlers aus- und eingebaut werden müssen, um sie weiterhin verwenden zu können.
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Mit Hilfe von zwei Sensoren wird in der
DE 199 08 583 A1 versucht, kontinuierlich die UV-Transmission des durchströmenden Wassers zu erfassen. Soll eine eindeutige Aussage dahingehend getroffen werden, ob anlagenbedingte Veränderungen (vorwiegend Alterungsprozesse) oder Verunreinigungen des zu behandelnden Wassers, die auch die Ursache für die Belagbildung sind, die unzureichende Bestrahlung hervorrufen, ist nach dem Stand der Technik keine einfache Lösung verfügbar. Dies wirkt sich insbesondere bei solchen UV-Desinfektionsanlagen negativ aus, die nicht ohne großen Aufwand einer regelmäßigen, in kurzen Abständen durchgeführten Wartung unterziehbar sind, wie beispielsweise bei UV-Desinfektionsmodulen, die in Schiffen, Zügen oder Flugzeugen im Einsatz sind. Auch wegen der großen Verbreitung solcher Systeme wird hier nach einer möglichst einfachen und kostengünstigen Lösung gesucht.
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Aus der
JP 10057954 A ist ein UV-Bestrahlungsstärkemessinstrument für eine UV-Bestrahlungseinrichtung bekannt. Die UV-Bestrahlungseinrichtung ist zur UV-Bestrahlung von Wasser verwendbar, um es zu sterilisieren und darin enthaltenes organisches Material abzubauen. Die UV-Bestrahlungseinrichtung weist in einem Behandlungstank einen UV-Strahler in einer lichtdurchlässigen Röhre auf. Der Behandlungstank weist an einer Seitenwand zwei lichtdurchlässige Fenster in Form von Quarzglasplatten in einem unterschiedlichen Abstand zur lichtdurchlässigen Röhre des UV-Strahlers auf. Lichtsensoren, welche als Photodioden ausgebildet sind, sind nahe der Quarzglasplatten angeordnet. Ein abnehmender Wert der abgestrahlten UV-Strahlung aufgrund von Verunreinigungen im zu behandelnden Wasser, welche eine Trübung verursachen, ist mittels der Lichtsensoren ermittelbar. Wird festgestellt, dass der Wert der UV-Strahlung auf oder unter einen vorgeschriebenen Wert fällt, wird ein Belag auf der lichtdurchlässigen Röhre entfernt und der UV-Strahler wird ausgetauscht.
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Aus der
US 6791092 B2 sind ein Transmissionsmessgerät, ein Verfahren zur Transmissionsmessung einer Flüssigkeit und eine Desinfektionsvorrichtung bekannt. Das Transmissionsmessgerät umfasst eine Analysekammer für den Durchlass der Flüssigkeit durch dieselbe, in der Analysekammer angeordnete Mittel zur Aufnahme einer elektromagnetischen Quelle und drei Sensoren, von denen jeder zum Messen der Ausgangsgröße von der Quelle konfiguriert ist und in einem verschiedenen Abstand von der Quelle angeordnet ist. Das Transmissionsmessgerät ist in einem Desinfektionssystem zum Messen des Transmissionsgrades des unbehandelten Wassers oder des gereinigten Wassers verwendbar.
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Aus der
JP 10115590 A sind ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Sensor zur Ermittlung eines Transmissionsgrades einer Flüssigkeit bekannt. Ein Lichtstrahl wird von einer Lichtquelle emittiert, passiert eine Flüssigkeit und wird von einem Lichtsensor erfasst, welcher auf die Lichtquelle gerichtet ist. Der Transmissionsgrad der Flüssigkeit wird anhand der Lichtmenge ermittelt, welche vom Lichtsensor erfasst wird. Um den Transmissionsgrad der Flüssigkeit zu ermitteln, wird die Lichtmenge, welche die Flüssigkeit durchdringt, in mindestens zwei verschiedenen Positionen des Lichtsensors in Bezug zur Lichtquelle ermittelt.
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Aus der
DE 699 22 950 T2 ist eine Ultraviolettbehandlung für wässrige Flüssigkeiten bekannt, wobei ein Verfahren zur Behandlung einer wässrigen Flüssigkeit die folgenden Schritte aufweist:
Führen der Flüssigkeit durch Schwerkraft durch einen Behandlungsbereich, wobei der Behandlungsbereich eine Folge von Wänden aufweist, wobei die Wände so beabstandet und orientiert sind, dass sie einen nach oben offenen Trog darin bilden, wobei der Trog einen Durchflussweg bildet und ein Einlassende sowie ein Auslassende hat, damit die Flüssigkeit unter der Schwerkraft bei Umgebungsdruck so fließt, dass sich die durchfließende Flüssigkeit abwechselnd in einer ersten und einer zweiten Richtung, die allgemein zueinander entgegengesetzt sind, zwischen dem Einlassende und dem Auslassende des Trogs bewegt, wobei die Flüssigkeit eine Oberfläche hat, die Umgebungsdruck ausgesetzt ist;
Stören des Flusses der Flüssigkeit bei ihrem Durchlauf durch den Behandlungsbereich mittels eines Bodens des Trogs, der so geformt ist, dass er ungleichmäßigen Fluss der Flüssigkeit bei ihrem Durchlauf durch den Trog fördert, um untere Abschnitte der Flüssigkeit in Kontakt mit ihm zur Oberfläche der Flüssigkeit zu leiten; und
Einwirkenlassen von UV-Licht auf die Oberfläche der Flüssigkeit, das von einer von ihr beabstandeten Lampe abgestrahlt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach und kostengünstig zu realisierende und gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Sensoranordnung zur Überwachung einer kontinuierlich betriebenen UV-Desinfektionsanlage anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoranordnung zur Überwachung einer kontinuierlich betriebenen UV-Desinfektionsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine kontinuierlich betriebene UV-Desinfektionsanlage umfasst eine von einem zu desinfizierenden Medium kontinuierlich durchströmte Bestrahlungskammer, in welcher zumindest ein UV-Strahler angeordnet ist.
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Eine Sensoranordnung zur Überwachung dieser kontinuierlich betriebenen UV-Desinfektionsanlage umfasst einen ersten UV-Sensor und einen zweiten UV-Sensor, wobei eine erste Sensorfläche des ersten UV-Sensors und eine zweite Sensorfläche des zweiten UV-Sensors in der Bestrahlungskammer in einem unterschiedlichen Abstand zum UV-Strahler angeordnet sind und in einem vorgegebenen Winkel auf den UV-Strahler gerichtet sind.
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Erfindungsgemäß sind die UV-Sensoren in einem gemeinsamen Sensorgehäuse angeordnet. Dadurch ist ein einfacher Ein- und Ausbau der UV-Sensoren ermöglicht und die UV-Sensoren sind durch das Gehäuse gegen Beschädigungen geschützt.
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ermöglicht auf eine einfach und kostengünstig zu realisierende Weise eine optimale Überwachung einer Bestrahlungsstärke einer UV-Strahlung in der Bestrahlungskammer. Dies ist insbesondere bei UV-Desinfektionsanlagen für Trinkwasser erforderlich, um stets eine ausreichende Qualität des Trinkwassers sicherzustellen. Bei einer Veränderung der Bestrahlungsstärke ist mittels der erfindungsgemäßen Lösung ermittelbar, ob dafür eine Alterung der UV-Desinfektionsanlage, d. h. eine Alterung des UV-Strahlers oder der UV-Sensoren, oder eine Belagbildung oder eine Veränderung einer UV-Transmission des zu desinfizierenden Mediums verantwortlich sind.
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Dadurch ist eine gezielte Wartung der UV-Desinfektionsanlage ermöglicht, wodurch wartungsbedingte Kosten und Ausfallzeiten reduzierbar sind. Durch eine kontinuierliche Überwachung der UV-Desinfektionsanlage und eine Ermittlung der Ursachen der Veränderung der Bestrahlungsstärke ist beispielsweise auch ein Zeitpunkt einer nötigen Wartung prognostizierbar und dadurch ein Wartungstermin planbar. Dies ist insbesondere bei UV-Desinfektionsanlagen von Vorteil, bei welchen nicht jederzeit eine Wartung durchführbar ist, beispielsweise bei UV-Desinfektionsanlagen in Schiffen, Flugzeugen oder Zügen.
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Zweckmäßigerweise sind die UV-Sensoren in Durchführungen einer Wandung der Bestrahlungskammer angeordnet. Auf diese Weise sind die UV-Sensoren einfach zu installieren und bei erforderlichen Wartungsarbeiten, beispielsweise aufgrund einer Alterung der UV-Sensoren, einfach auszutauschen. Da derart angeordnete UV-Sensoren sehr leicht zugänglich sind, ist auch eine Verbindung mit einer Auswerteeinheit problemlos möglich.
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Die UV-Sensoren sind in direkter Nachbarschaft zueinander angeordnet. Die Sensorflächen sind bevorzugt auf einen mittleren Bereich des UV-Strahlers gerichtet. Auf diese Weise ist von beiden UV-Sensoren ein gleicher Strahlungsbereich des UV-Strahlers erfassbar, vorzugsweise ein Bereich, in welchem der UV-Strahler eine homogene Strahlung abgibt, so dass Messfehler aufgrund einer Strahlungsmessung an unterschiedlichen Bereichen des UV-Strahlers vermieden sind.
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Um Messfehler zu vermeiden, sind die UV-Sensoren bevorzugt baugleich, so dass unterschiedliche Sensorergebnisse lediglich aus der Anordnung der UV-Sensoren resultieren. Es sind sowohl kalibrierte als auch nicht kalibrierte UV-Sensoren einsetzbar.
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Zweckmäßigerweise sind die UV-Sensoren mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit verbunden, so dass die Sensorsignale miteinander vergleichbar und auswertbar sind und daraus bei einer Veränderung der Bestrahlungsstärke deren Ursache ermittelbar ist.
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Die Sensoranordnung ist insbesondere in einer UV-Desinfektionsanlage für Trinkwasser sinnvoll einsetzbar, da Trinkwasser sehr hohen Standards und Anforderungen unterliegt und nicht ordnungsgemäß desinfiziertes Trinkwasser zu einer erheblichen Gesundheitsgefährdung (ihren kann. Daher ist eine kontinuierliche optimale Desinfektion von großer Bedeutung. Ein Ausfall einer solchen UV-Desinfektionsanlage für Trinkwasser über längere Zeit aufgrund einer unzureichenden Bestrahlungsstärke und daraus resultierender langer Wartungszeiten ist mittels der Sensoranordnung vermeidbar, da eine Ursache der Veränderung der Bestrahlungsstärke ermittelbar und eine Wartung der UV-Desinfektionsanlage planbar ist.
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In einem Verfahren zum Betrieb der Sensoranordnung werden Sensorsignale der UV-Sensoren der Sensoranordnung der gemeinsamen Auswerteeinheit zugeführt und mittels dieser Auswerteeinheit miteinander verglichen und ausgewertet, wobei vorzugsweise bei einer erfassten Veränderung der Bestrahlungsstärke deren Ursache ermittelt wird. Durch die Sensoranordnung ist ermittelbar, ob für die Veränderung der Bestrahlungsstärke die Alterung des UV-Strahlers oder der UV-Sensoren oder eine Belagbildung oder eine Veränderung des Transmissionsgrades des zu desinfizierenden Mediums ursächlich sind, so dass rechtzeitig gezielte Gegenmaßnahmen bzw. erforderliche Wartungsmaßnahmen eingeleitet werden können. Dies ermöglicht eine gezielte Planung der Wartungsmaßnahmen und verringert Wartungszeit und Wartungskosten.
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Zweckmäßigerweise wird bei einer Unterschreitung einer erforderlichen Bestrahlungsstärke eine Warnmeldung generiert, da eine ordnungsgemäße Desinfektion bei einer zu geringen Bestrahlungsstärke nicht sichergestellt ist. Spätestens dann ist eine Wartung der UV-Desinfektionsanlage durchzuführen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Darin zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer UV-Desinfektionsanlage mit einer Sensoranordnung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer kontinuierlich betriebenen UV-Desinfektionsanlage 1. Die UV-Desinfektionsanlage 1 umfasst eine Bestrahlungskammer 2, in welcher ein UV-Strahler 3 angeordnet ist. Dieser UV-Strahler 3 ist von einem zu desinfizierenden Medium 4 umflossen, welches über einen Zulauf 5 kontinuierlich in die Bestrahlungskammer 2 einströmt, die Bestrahlungskammer 2 am UV-Strahler 3 vorbei durchströmt und über einen Ablauf 6 aus der Bestrahlungskammer 2 ausströmt. Am Zulauf 5 und am Ablauf 6 sind hier nicht dargestellte Rohrleitungen zum weiteren Transport des Mediums 4 angeordnet. Durch eine ausreichende Bestrahlung des Mediums 4 mit einer UV-Strahlung ist das Medium 4 desinfizierbar.
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Derartige UV-Desinfektionsanlagen 1 sind beispielsweise als UV-Desinfektionsanlagen 1 für Trinkwasser einsetzbar. Hier ist es von großer Bedeutung, dass stets eine ausreichende Desinfizierung des Trinkwassers durch eine ausreichende Bestrahlungsstärke sichergestellt ist. Um diese Bestrahlungsstärke zu messen, sind in der Bestrahlungskammer 2 eine erste Sensorfläche 7 eines ersten UV-Sensors 8 und eine zweite Sensorfläche 9 eines zweiten UV-Sensors 10 in einem unterschiedlichen Abstand zum UV-Strahler 3 angeordnet und in einem vorgegebenen Winkel auf den UV-Strahler 3 gerichtet.
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Einige Anlagen nach dem Stand der Technik weisen lediglich einen Sensor auf, wodurch diese Anlagen die Mindestanforderungen erfüllen, d. h. es ist feststellbar, ob die erforderliche Bestrahlungsstärke erreicht ist. Mit diesen Anlagen nach dem Stand der Technik ist bei einer Veränderung der Strahlungsstärke jedoch nicht ermittelbar, wodurch diese Veränderung verursacht ist und daher auch nicht prognostizierbar, wann eine Wartung erforderlich ist und welche Teile der Anlage zu warten sind.
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Durch eine Verwendung der Sensoranordnung mit zwei UV-Sensoren 8, 10, welche in einem unterschiedlichen Abstand zum UV-Strahler 3 angeordnet sind, ist nicht nur eine Veränderung der Strahlungsstärke, sondern auch deren Ursache ermittelbar und dadurch abschätzbar, ob und wann eine Wartung erforderlich ist und welche Teile der UV-Desinfektionsanlage 1 zu warten sind. Dadurch ist eine Wartung optimal planbar, wodurch eine Wartungszeit und Wartungskosten reduzierbar sind. Ein Ausfall einer derartigen UV-Desinfektionsanlage 1 zu einem Zeitpunkt, an welchem keine Wartung möglich ist, ist somit vermeidbar. Dies ist insbesondere bei einem Einsatz einer derartigen UV-Desinfektionsanlage 1 beispielsweise in Schiffen, Flugzeugen oder Zügen von großer Bedeutung.
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Die beiden UV-Sensoren 8, 10 sind benachbart zueinander angeordnet. Sie sind in einem gemeinsamen Sensorgehäuse angeordnet, wodurch ein Ein- und Ausbau der UV-Sensoren 8, 10 erleichtert ist und die UV-Sensoren 8, 10 durch das Sensorgehäuse gegen Beschädigungen geschützt sind.
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Die UV-Sensoren 8, 10 sind in Durchführungen einer Wandung 11 der Bestrahlungskammer 2 angeordnet. Auf diese Weise sind die UV-Sensoren 8, 10 einfach zu installieren und bei erforderlichen Wartungsarbeiten, beispielsweise aufgrund einer Alterung der UV-Sensoren 8, 10, einfach auszutauschen. Die Sensorflächen 7, 9 sind auf einen mittleren Bereich des UV-Strahlers 3 gerichtet. Auf diese Weise ist von beiden UV-Sensoren 8, 10 ein gleicher Strahlungsbereich des UV-Strahlers 3 erfassbar, vorzugsweise ein Bereich, in welchem der UV-Strahler 3 eine homogene Strahlung abgibt, so dass Messfehler aufgrund einer Strahlungsmessung an unterschiedlichen Bereichen des UV-Strahlers 3 vermieden sind.
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Die erste Sensorfläche 7 des ersten UV-Sensors 8 schließt bündig mit einer Innenfläche der Wandung 11 der Bestrahlungskammer 2 ab. Der zweite UV-Sensor 10 ragt mit seiner zweiten Sensorfläche 9 in die Bestrahlungskammer 2 hinein, so dass die zweite Sensorfläche 9 einen geringeren Abstand zum UV-Strahler 3 aufweist als die erste Sensorfläche 7.
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Die beiden UV-Sensoren 8, 10 sind mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit 12 verbunden. Um Messfehler auszuschließen, sind die beiden UV-Sensoren 8, 10 vorzugsweise baugleich, so dass eine Abweichung erfasster Sensorsignale lediglich auf den unterschiedlichen Abstand zum UV-Strahler 3 zurückzuführen ist. Es sind sowohl kalibrierte als auch nicht kalibrierte UV-Sensoren 8, 10 einsetzbar.
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Im Verfahren zum Betrieb der Sensoranordnung werden die Sensorsignale mittels der Auswerteeinheit 12 miteinander verglichen und ausgewertet. Dadurch ist eine auftretende Veränderung der Bestrahlungsstärke erfassbar. Wird eine erforderliche Bestrahlungsstärke unterschritten, wird beispielsweise eine Warnmeldung generiert, so dass eine sofortige Wartung eingeleitet werden kann, da bei einer zu geringen Bestrahlungsstärke eine ordnungsgemäße Desinfektion des Mediums 4 nicht mehr sichergestellt ist.
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Mittels der Sensoranordnung und des Verfahrens zu deren Betrieb sind aber auch die Ursachen für die Veränderung der Strahlungsstärke ermittelbar. Ursachen für eine Veränderung der Bestrahlungsstärke können eine Alterung des UV-Strahlers 3 oder der UV-Sensoren 8, 10 oder eine Belagbildung auf dem UV-Strahler 3 oder den UV-Sensoren 8, 10 oder eine Veränderung einer UV-Transmission des zu desinfizierenden Mediums 4 durch gelöste Stoffe oder mittelbar durch suspendierte Partikel sein, da die UV Strahlung durch die suspendierten Partikel ablenkbar und reflektierbar ist.
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Aus einer Alterung der UV-Sensoren 8, 10 oder des UV-Strahlers 3 resultiert eine lineare Änderung der von der Auswerteeinheit 12 erfassten Sensorsignale. Veränderungen der erfassten Sensorsignale, welche durch eine Belagbildung auf dem UV-Strahler 3 oder den UV-Sensoren 8, 10 oder durch eine Veränderung des Transmissionsgrades des Mediums 4 verursacht werden, entwickeln sich nach dem Lambert-Beerschen Gesetz. Diese Veränderungen werden sehr stark von einer Schichtdicke des von der UV-Strahlung durchstrahlten Mediums 4, d. h. vom Abstand der UV-Sensoren 8, 10 zum UV-Strahler 3 beeinflusst.
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Nach dem Lambert-Beerschen Gesetz gilt: P(d) = P0·e–ε'd wobei P eine durch das Medium 4 hindurchtretende Strahlungsleistung, P0 eine eintretende Leistung, ε' ein stoffspezifischer Absorbtionskoeffizient und d die Schichtdicke des von der UV-Strahlung durchstrahlten Mediums 4, d. h. den Abstand der UV-Sensoren 8, 10 zum UV-Strahler 3 darstellen.
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Da die beiden voneinander verschiedenen Abstände der beiden UV-Sensoren 8, 10 zum UV-Strahler 3 bekannt sind, sind mittels der Auswerteeinheit 12 beide Einflüsse, d. h. sowohl die durch Alterung der UV-Sensoren 8, 10 und des UV-Strahlers 3 verursachten Einflüsse auf die Sensorsignale als auch die durch eine Belagbildung auf dem UV-Strahler 3 oder den UV-Sensoren 8, 10 oder durch eine Veränderung des Transmissionsgrades des Mediums 4 verursachten Einflüsse auf die Sensorsignale, welche sich in den erfassten Sensorsignalen überlagern, aus erfassten Absolutwerten der Sensorsignale ermittelbar.
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Ist die Ursache für eine Veränderung der Bestrahlungsstärke erkannt, können rechtzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden bzw. eine notwendige Wartung rechtzeitig geplant und terminiert werden. Dadurch ist ein Ausfall der UV-Desinfektionsanlage 1 vermeidbar und eine Wartungszeit und Wartungskosten sind verringerbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- UV-Desinfektionsanlage
- 2
- Bestrahlungskammer
- 3
- UV-Strahler
- 4
- Medium
- 5
- Zulauf
- 6
- Ablauf
- 7
- erste Sensorfläche
- 8
- erster UV-Sensor
- 9
- zweite Sensorfläche
- 10
- zweiter UV-Sensor
- 11
- Wandung
- 12
- Auswerteeinheit
