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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Desinfektion in einer/m Trink- Brauch-, Abwasser oder sonstigen flüssige Medien fördernden Kreiselpumpe oder Pumpensystem mit mindestens einer Kreiselpumpe, die/das einen zur Saugseite der Kreiselpumpe oder des Pumpensystems mündenden Sauganschluss und einen zur Druckseite mündenden Druckanschluss aufweist. Bei den Medien, welche in der Pumpe oder im Pumpensystem verwendet werden, kann es sich beispielsweise um Trink- oder Brauchwässer, Industriewässer, Schmutz- oder Abwässer oder sonstige Medien handeln.
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Es ist bekannt, eine Kreiselpumpe oder ein Pumpensystem mit Kreiselpumpe physikalisch oder chemisch zu desinfizieren, um Mikroorganismen abzutöten oder zu inaktivieren. Hierzu wird beispielsweise bei der thermischen Desinfektion die Medienerwärmung aufwändig durch eine externe Wärmequelle erhitzt. Bei der chemischen Desinfektion ist eine externe Bereitstellung der Desinfektionslösung notwendig. Ferner ist bei der chemischen Desinfektionsmethode nachteilig, dass die Materialien/Bauteile in den Pumpen bzw. im Pumpensystem chemisch angegriffen werden können. Dies kann zu Materialschäden, Undichtigkeiten und zu einer verkürzten Lebensdauer führen. Außerdem können unerwünschte und gesundheitsschädliche chemische Reaktionsprodukte entstehen.
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Die Nachteile einer chemischen Desinfektion werden auch in der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 203 03 047 U1 in Bezug zu einem Warmwasserboiler geschildet. Sie schlägt deshalb vor, den unteren und den oberen Bereich des Boilerbehälters durch eine Bypassleitung miteinander zu verbinden und eine Pumpe vorzusehen, um durch die Bypassleitung kälteres Wasser von dem unteren Bereich zum warmen, oberen Bereich zu transportieren, um eine Umwälzung des Wassers und homogene Temperatur im Boilerbehälter zu erreichen, die so hoch gewählt werden kann (über 60°C), dass eine Bakterien- und insbesondere Legionellenbildung verhindert wird.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 0 347 533 A2 schlägt eine Spaltrohrpumpe vor, die das geförderte Medium desinfiziert, indem der Gesamtstrom der Förderflüssigkeit durch das Innere des Spaltrohrs verläuft. Auf diese Weise werde das Spaltrohr zur thermischen Desinfektion des Fördermediums genutzt und das Wachstum von Mikroorganismen verhindert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Desinfektion in Kreiselpumpen und von Pumpensystemen mit mindestens einer Kreiselpumpe zu schaffen, das technisch wenig aufwändig ist und keine Chemikalien benötigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Medium durch die Kreiselpumpe oder das Pumpensystem bei geschlossenem Sauganschluss oder geschlossenem Druckanschluss über eine die Druckseite mit der Saugseite hydraulisch zeitweise kurzschließende innerhalb der Kreiselpumpe oder des Pumpensystems befindliche Verbindung derart im Kreislauf gefördert wird, dass das Medium und dadurch der medienberührenden Teil der Kreiselpumpe oder des Pumpensystems auf eine vorgegebene, desinfizierende Temperatur, z.B. 70°C erwärmt wird, und diese über eine Einwirkzeit von mindestens 3 Minuten eine desinfizierende Wirkung entfaltet. Dabei wird das Strömen des erwärmten Mediums in das umliegende Systems verhindert durch Absperren des Druck- oder Sauganschlusses z.B. durch Ventile im System nahe der Pumpe. In der Regel befinden sich dort Sperrventile direkt an der Pumpe, um im Servicefall einen komfortablen Ausbau zu gewährleisten.
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Ein naheliegenderes Verfahren scheint der Betrieb der Pumpe gegen ein geschlossenes Ventil am Druckanschluss der Pumpe, doch das hier vorgestellte Verfahren bietet drei Vorteile:
- Erstens wird die Aufwärmzeit deutlich verkürzt, da durch die hohe Fließgeschwindigkeit im Kreislauf mehr elektrische Leistung von der Kreiselpumpe oder des Pumpensystems aufgenommen wird, und diese gesteigerte aufgenommene Leistung zum größten Teil in die Aufwärmung des Mediums umgesetzt wird. 2 zeigt diese Gegenüberstellung.
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Zweitens ist die durch das Verfahren maximale erreichbare Temperatur gesteigert, da bei der verkürzten Aufwärmzeit nicht das komplette Gehäuse der Kreiselpumpe oder des Pumpensystems durcherwärmt wird, sondern hauptsächlich der medienberührende Teil der Kreiselpumpe oder des Pumpensystems. Dadurch verkleinern sich die Wärmeverluste über das Gehäuse, und ermöglichen speziell bei kleinen Gehäusen mit kleinen Motoren erst das Erreichen einer desinfizierenden Temperatur wie 70°C.
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Drittens ist die Temperaturverteilung durch die Förderung im Kreislauf wesentlich homogener, so dass eine gleichmäßigere Erwärmung des Mediums und des medienberührenden Pumpenteils stattfindet. Dementsprechend gleichmäßiger ist auch die Wirkung der später stattfindenden Desinfektion, und desto sicherer ist die Erfassung der Medientemperatur mit z.B. nur einer Messstelle.
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Das vorgestellte Verfahren kann auf alle Kreiselpumpen wie z.B. einstufige horizontale Pumpen sowie Pumpensysteme mit mindestens einer Kreiselpumpe, wie z.B. Druckerhöhungsanlagen mit mehrstufigen vertikalen Kreiselpumpen angewendet werden. Vorteilhaft ist es, wenn Saug- und Druckseite räumlich nah zueinander geführt werden, denn dann kann die Verbindung zwischen beiden relativ einfach hergestellt werden. Vorzugsweise ist diese Verbindung zwischen der Druck- und der Saugseite ein von außen betätigbares Absperrorgan zum Öffnen und Verschließen der Verbindung. Hierbei kann z.B. das Absperrorgan in einer Pumpenaußenwand des Pumpengehäuses der Kreiselpumpe gelagert sein, wie 1 zeigt.
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Das Medium kann dabei ein speziell für das Verfahren eingebrachtes Medium wie demineralisiertes Wasser oder Desinfektions- oder Reinigungslösung sein, um z.B. beim Erwärmen die Desinfektionswirkung zu erhöhen oder positive Nebeneffekte zu erreichen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Erwärmen des im Normalbetrieb der Kreiselpumpe oder des Pumpensystems geförderten Mediums zu negativen Nebeneffekten wie z.B. Ausfällungen von Kalk führt. Alternativ kann auch das im Normalbetrieb der Kreiselpumpe oder des Pumpensystems geförderte Medium benutzt werden, oder eine Mischung von beiden. Gegebenenfalls muss also die Kreiselpumpe oder das Pumpensystems sowohl am Sauganschluss als auch am Druckanschluss geschlossen werden, ein Teil des im Normalbetrieb geförderten Mediums abgelassen werden, und gegebenenfalls gleichzeitig das gewünschte Medium eingebracht werden.
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Bei diesem Verfahren wird die Medientemperatur erfasst, sei es über direkte Messung über einen Sensor im Medium oder am Pumpenmantel, sei es über eine beobachtete Größe wie der Leistungsaufnahme und einem Rechenmodell für die Fluidtemperatur oder einem Schätzwert. Dabei kann auf dauerhaft vorhandene Temperaturerfassungen zurückgegriffen werden, oder die Erfassung wird nur zeitweise eingerichtet, z.B. für die Zeitspanne des Verfahrens mit einem Anlegefühler.
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Für die Messung mit einem Sensor wird vorzugsweise eine Messstelle gewählt, die eine hohe Wärmeübertragung vom Medium zur Messstelle aufweist. Bei mehrstufigen Kreiselpumpen bietet sich z.B. die Pumpenaußenwand an, wie die markierte Stelle in 2. Für andere Kreiselpumpen oder Pumpensysteme bietet es sich an, eine Messstelle zu gestalten, die durch spezielle Formgestaltung und geeignete Materialauswahl eine hohe Wärmeübertragung vom Medium zu dieser Messstelle erhält. Dadurch wird ein zuverlässiges Messergebnis erzielt.
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Dieser erfasste Temperaturwert wird in eine Regelung des Pumpenbetriebs aufgenommen, so dass die vorgegebene Temperatur von z.B. 70°C eingehalten wird. Das bedeutet, dass z.B. bei Drehzahlregelung der Kreiselpumpe durch einen Frequenzumrichter die Drehzahl abhängig von der Differenz zwischen erfasster Temperatur und vorgegebener Temperatur gewählt wird; während der Aufwärmung wird also die Drehzahl maximal gewählt, um möglichst viel Wärme in das Medium einzubringen. Liegt keine Drehzahlregelung vor, kann z.B. eine Zweipunktregelung durch An- und Abschalten der Kreiselpumpe realisiert werden.
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Aus einer zeitlichen Abfolge von vorgegebenen Temperaturen wird dann ein zeitliches Temperaturprofil aus vorgegebenen Temperaturen oder erfassten Temperaturen erstellt, wie z.B. eine erfasste Medientemperatur von 70°C über eine Zeitspanne von mindestens 3 Minuten, siehe 2. Durch das Vorherrschen dieser Bedingungen werden alle Mikroorganismen im zirkulierenden Medium und an den medienberührenden Pumpenteilen wie zum Beispiel an den Innenwänden der Pumpe, am Laufrad und ggf. in den Leitungen und Kanälen des Pumpensystems sicher abgetötet oder inaktiviert. Hierbei sind keine zusätzlichen technischen Aufwendungen in Form einer zusätzlichen Heizquelle oder von Chemikalien erforderlich.
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Vorzugsweise wird dieses Verfahren um einen Nachweis über die desinfizierende Wirkung ergänzt, indem das Vorherrschen der desinfizierenden Temperatur über den notwendigen Zeitraum erfasst wird. Dieser Nachweis kann also in Form eines Protokolls geschehen, in dem der erfasste Temperaturverlauf dargestellt wird. Vorzugsweise wird aber ein Material genutzt, dass infolge der Temperatureinwirkung über den notwendigen Zeitraum seinen Zustand ändert. Dies kann z.B. eine Beschichtung oder auch ein Aufkleber sein, der sich verfärbt. Die Position dieses Materials wird analog zur Messstelle dabei so ausgewählt, dass ein hoher Wärmeübergang vom Medium zur Messstelle sichergestellt wird.
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Eine anschließende Kühlung des Reaktionsraumes erfolgt z.B. durch Ablassen des erhitzten Mediums und Nachströmen von kaltem Medium, z. B. durch Öffnen eines Ablassventils, das vorzugsweise gleichzeitig das Absperrventil ist. Vorzugsweise erfolgt hierbei ebenfalls ein Fördern im Kreislauf innerhalb der Kreiselpumpe oder des Pumpensystems, so dass eine gleichmäßige Kühlung durch homogene Temperaturverteilung erreicht wird, und dadurch auch die Temperaturerfassung zuverlässiger funktioniert. Dabei wird die Wärmeabgabe an das Medium gering gehalten, z. B. durch einen intermittierenden Betrieb durch An- und Abschalten der Kreiselpumpe oder durch Drehzahlregelung der Kreiselpumpe auf niedrige Drehzahlen. Zum Schutz der bedienenden Person und des Pumpenmaterials wird dabei vorzugsweise solange abgewartet, bis das Medium sich z.B. auf 40°C abgekühlt hat, siehe 2.
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Vorzugsweise wird das Öffnen der kurzschließenden Verbindung sowie das Starten des Regelbetriebs entlang des Temperaturprofils nicht manuell getätigt, sondern erfolgt automatisiert. Dies erfordert insbesondere ein elektrisches Ventil an der Stelle des Absperrventils, sowie automatisierte Vorrichtungen zum Schließen des Druck- oder Sauganschlusses und zum anschließenden Ablassen des Mediums. Dieser Mehraufwand bringt den Nutzen, dass dieses Verfahren zur thermischen Desinfektion bei hygienisch kritischen Systemen z.B. in festen Zeitintervallen durchgeführt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- 1 einen axialen Schnitt durch eine vierstufige Pumpe,
- 2 ein Temperatur/Zeit-Diagramm.
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Eine ein-, zwei oder mehrstufige Motorkreiselpumpe 1 weist im Ausführungsbeispiel vier Laufräder 2 auf, die auf einer senkrechten Pumpenwelle 3 befestigt sind. Die Pumpenwelle ist von einem oberhalb der Pumpe 1 befestigten Elektromotor angetrieben, dessen Motorwelle koaxial mit der Pumpenwelle verbunden ist bzw. koaxial in die Pumpenwelle übergeht, ggf. über eine Kupplung.
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In den vier Stufengehäusen der vier Pumpenstufen befindet sich jeweils ein Laufrad 2, wobei die zylindrischen Außenwände 7 der Stufengehäuse koaxial übereinander stehen und eine Gesamtwand bilden, die von einer Pumpenaußenwand 8 derart koaxial umgeben ist, dass zwischen der Gesamtwand und der Pumpenaußenwand 8 ein Ringraum 9 besteht. Hierbei weist die Saugseite 11 eine Saugkammer auf, die mit dem Saugstutzen 13 verbunden ist. Ferner befindet sich oberhalb des obersten Stufengehäuses 6 eine Druckkammer 10 mit einem Druckanschluss, wobei das Trink- oder Brauchwasser von der Druckkammer über den Ringraum 9 nach unten zum Druckanschluss gefördert wird.
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Der Ringraum 9 umgibt auch die untere Saugkammer 11, wobei die Saugkammer von dem Ringraum durch eine zylindrische Wand getrennt ist, in der sich eine Verbindungsöffnung befindet, die eine Verbindung 15 zwischen dem Ringraum 9 und der Saugkammer 11 bildet. Ist die Verbindung 15 bzw. die Verbindungsöffnung geöffnet, so strömt das geförderte Medium im Kreislauf durch die Pumpe entsprechend den drei Pfeilen 17. Hierbei ist eines der umliegenden Sperrventile, am Druckanschluss oder am Sauganschluss der Pumpe, geschlossen, so dass die Pumpe nicht mehr nach außen fördern kann. In der Regel befinden sich diese Sperrventile direkt an der Pumpe, um im Servicefall einen komfortablen Ausbau zu gewährleisten.
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Zum Verschließen der Verbindung 15 bzw. der Verbindungsöffnung besteht ein Absperrorgan (Sperrventil) 18 mit einem Sperrglied, das in der Pumpenaußenwand 8 gelagert ist und von außen betätigbar durch Drehverstellen in die Verbindungsöffnung gebracht wird, um die Verbindung 15 für den Normalbetrieb zu schließen.
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Die den Medienkreislauf ermöglichende Verbindung 15 kann statt einer Verbindungsöffnung auch durch einen Verbindungskanal gebildet sein. Dies ist abhängig von der Bauart der Pumpe. Hierbei ist dann im Verbindungskanal ein Sperrventil angeordnet, das von außen betätigbar ist. Vorzugsweise ist das Absperrventil 18 bzw. das Sperrglied elektrisch betätigbar.
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Zur Desinfektion in einer Trink- oder Brauchwasserpumpe wird das druckseitige Serviceventil geschlossen, um die Wasserabnahme zu unterbinden. Zusätzlich wird ein Kreislauf in der Pumpe ermöglicht durch Öffnen der Verbindung 15, z.B. durch Herausdrehen des Sperrglieds. Im Vergleich zur Aufheizung ohne Umlauf werden folgende Werte gesteigert:
- - der Durchfluss (von 0 auf etwa maximalen Durchfluss der Pumpe),
- - die Leistungsaufnahme der Pumpe
- - und entsprechend die Leistungsabgabe ans Wasser
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Durch die auftretenden Turbulenzen ist zudem die Durchmischung in der Pumpe besser, so dass sich homogenere Temperaturen einstellen. Das in der Pumpe umlaufende Wasser wird vorzugsweise auf ≥ 70°C erwärmt.
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Anschließend wird die erreichte Wassertemperatur von ≥ 70°C für z.B. drei Minuten gehalten, indem die Wärmezufuhr über die Pumpendrehzahl geregelt wird und dadurch die Pumpe desinfiziert wird, wie dies 2 zeigt. Für die Einhaltung normativer Vorgaben wird dieser Prozess überwacht, insbesondere über Temperatursensoren. Das Einhalten dieser Vorgaben wird vorzugsweise direkt anhand eines Nachweises belegt. Dieser Beleg kann ein Diagramm des Temperaturverlaufs über die Zeit beinhalten.
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Das erhitzte Wasser wird über die Ablassschraube direkt abgelassen und die Pumpe wird mit kaltem Frischwasser durchspült. Auch hierbei wird vorzugsweise die interne Zirkulation angewendet, und zwar mit niedrigen Drehzahlen zur Erhöhung des Wärmeübergangs Stahl zu Wasser. Dies wird als Einzelmaßnahme bei Bedarf oder als Vorsorgemaßnahme in bestimmten Abständen durchgeführt.
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Bei Pumpensystemen insbesondere bei Druckerhöhungsanlagen wird druckseitig das komplette System und nicht die Einzelpumpen abgeschiebert. Zusätzlich wird eine Verbindung zwischen Saug- und Druckseite hergestellt, so dass ein Wasseraustausch von der Druck- zur Saugseite stattfindet. Damit wird auch das Wasser in den Balken ausreichend für die desinfizierende Wirkung erhitzt.
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Die kurzschließende Verbindung ist vorzugsweise mit Sensorik wie Temperatur und Durchflussmessern ausgestattet. Das Erfassen der Fluidtemperatur erfolgt durch direkte Messung über einen Sensor im Fluid, oder indirekte Messung über einen Sensor am Pumpenmantel bzw. Entlüftungsschraube oder über eine beobachtete Größe wie der Leistungsaufnahme und einem Rechenmodell für die Fluidtemperatur.
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Gegebenenfalls ist eine externe Wärmequelle angeordnet wie z. B. ein Tauchsieder, der den Aufheizvorgang beschleunigt. Für den Anschluss dieser Verbindung empfehlen sich Ablassstutzen an den Balken bzw. Blindflanschen/Schraubkappen der Balken. Diese Ablassvorrichtungen bieten auch den hygienischen Vorteil, im Normalbetrieb Stagnationswasser ablassen zu können. Aufheizen, Halten der Temperatur, Monitoring, Erfolgskontrolle, Nachweis und Ablassen des Wassers verlaufen analog zur Einzelpumpe.
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Für eine Temperaturregelung auf einen vorgegebenen Sollwert kann ein gezielter Betrieb der Kreiselpumpe(n) zum Anpassen der erfassten Fluidtemperatur erfolgen durch Zweipunktregelung durch An- und Abschalten der Kreiselpumpe oder durch Drehzahlregelung der Kreiselpumpe durch einen Frequenzumrichter.
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Eine anschließende Kühlung des Reaktionsraumes erfolgt durch Ablassen des erhitzten Fluids und Nachströmen von kühlerem Fluid, z. B. durch komplettes Öffnen der Schraube. Hierbei erfolgt ein ebenfalls Pumpen-interner bzw. Anlagen-interner Kreislauf durch Pumpen-internen bzw. Anlagen-internen Verbindung in der Art, dass eine Wärmeabgabe an das Fluid gering gehalten wird, z. B. durch einen intermittierenden Betrieb durch An- und Abschalten der Kreiselpumpe oder durch Drehzahlregelung der Kreiselpumpe auf niedrige Drehzahlen. Dies hat den Vorteil einer homogenen Temperaturverteilung, einer gleichmäßigen Kühlung des gesamten Reaktionsraumes und einer vereinfachten Erfassung der Fluidtemperatur.
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Eine Speicherung der erfassten Messwerte ist vorzugsweise vorgesehen zum Nachweis der durchgeführten thermischen Desinfektion, z. B. als Protokoll mit Diagrammverlauf der Temperatur oder als Aufkleber mit der Funktion, die thermische Desinfektion zu belegen über Verfärbung bei ausreichend langer Erhitzung.
