DE102013103517A1

DE102013103517A1 - Device for water treatment by means of UV light

Info

Publication number: DE102013103517A1
Application number: DE102013103517.5A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Candilux GmbH
Current assignee: Candilux GmbH
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-10-09

Abstract

Für eine Vorrichtung zur Wasserbehandlung mittels UV-Licht einer Lichtquelle, welche über einen integrierten Generator (MA, SP) elektrische Leistung über einen Turbinenantrieb (TS) aus dem Wasserstrom selbst bezieht, wird eine Leuchtdiodenanordnung (DE, DA, DS, DR, DK, DT) als Lichtquelle vorgeschlagen, wobei die Leuchtdiodenanordnung (DE, DA, DS, DR, DK, DT) und/oder die Turbinenachse (TA) des Generators im wesentlichen koaxial zur Mittelachse des Wasserstroms angeordnet sind.A light-emitting diode arrangement (DE, DA, DS, DR, DK,) is used for a device for water treatment by means of UV light from a light source, which draws electrical power from the water flow itself via an integrated generator (MA, SP) via a turbine drive (TS). DT) is proposed as a light source, the light-emitting diode arrangement (DE, DA, DS, DR, DK, DT) and / or the turbine axis (TA) of the generator being arranged essentially coaxially with the central axis of the water flow.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wasserbehandlung mit Licht.The invention relates to a device for water treatment with light.

Vorrichtungen zur Wasserentkeimung mittels UV-Licht sind an sich bekannt und z. B. in Entwicklungsländern oder in Klinikbereichen von besonderer Bedeutung.Devices for water sterilization by means of UV light are known per se and z. B. in developing countries or in hospital areas of particular importance.

Eine solche Vorrichtung mit eigener, aus dem zu behandelnden Wasserstrom mittels eines Generators gewonnener Energie für eine UV-Lichtquelle ist aus der WO 2009/058664 bekannt. Bei einer auf den Auslaufstutzen eines Wasserhahns lösbar aufschraubbaren Ausführung einer solchen Vorrichtung ist in einem Gehäuse eine Turbine mit von dem Wasserstrom tangential angeströmten Turbinenrad angeordnet, welche einen elektrischen Generator antreibt. Der nach der Turbine umgeleitete Wasserstrom durchfließt eine transparente gewendelte Leitung, welche eine von dem Generator gespeiste UV-Gasentladungslampe umgibt. Das von der Gasentladungslampe erzeugte UV-Licht wirkt keimtötend auf das die Wendelleitung durchströmende Wasser, welcher danach zu einem Wasserauslass geleitet wird. Diese bekannte Vorrichtung ist aber relativ aufwendig aufgebaut.Such a device with its own, obtained from the water stream to be treated by means of a generator energy for a UV light source is from the WO 2009/058664 known. In a releasably screwed on the outlet nozzle of a faucet execution of such a device, a turbine is disposed with a tangentially flowed by the water flow turbine wheel, which drives an electric generator in a housing. The bypassed after the turbine water flow flows through a transparent coiled line which surrounds a supplied by the generator UV gas discharge lamp. The UV light generated by the gas discharge lamp has a germicidal effect on the water flowing through the helical line, which is then passed to a water outlet. However, this known device is constructed relatively expensive.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, insbesondere eine einfacher aufgebaute Vorrichtung zur Wasserbehandlung mittels UV-Licht anzugeben.The present invention has for its object to provide an improved, in particular a simpler constructed device for water treatment by means of UV light.

Die Erfindung ist im unabhängigen Anspruch 1 beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is described in independent claim 1. The dependent claims contain advantageous refinements and developments of the invention.

Der Einsatz einer Leuchtdiodenanordnung als UV-Lichtquelle ist in dem Anwendungsfall der Behandlung eines Wasserstroms mit aus dem Wasserstrom erzeugter Energie von besonderem Vorteil, da die geringe Betriebsspannung der Leuchtdioden keine aufwändigen elektrischen Isolationseinrichtungen erfordert. Insbesondere können die Leuchtdioden mit für Leuchtdioden einfacher Einbettung in transparentes Vergussmaterial direkt in den Wasserstrom eingefügt und von diesem angeströmt sein. Hierdurch werden zum einen Transmissionsverluste minimiert und zum anderen ohne Zusatzeinrichtungen eine zuverlässige Kühlung der Leuchtdioden erreicht. Bei in begrenztem Maße variabler Strömungsrate des Wasserstroms ist typischerweise die vom Generator gelieferte elektrische Leistung mit der Strömungsrate korreliert, so dass auch die von den Leuchtdioden emittierte Lichtleistung vorteilhafterweise bei höherer Strömungsrate größer ist und eine annähernd gleichbleibende Entkeimungswirkung gegeben ist. Zugleich wird die bei höherer Generatorleistung und höherer Lichtleistung auch höhere Verlustwärmeleistung durch den stärkeren Wasserstrom besser abgeführt. Der Generator mit der Turbine bildet vorteilhafterweise gleichzeitig automatisch eine Durchflussbegrenzung. Die Leuchtdiodenanordnung bildet vorteilhafterweise wenigstens eine zu der Strömungsrichtung des Wasserstroms bzw. der Strömungsachse eines von dem Wasserstrom durchströmten Kanals koaxiale Lichtquelle.The use of a light-emitting diode arrangement as a UV light source is in the application of the treatment of a water flow with energy generated from the water flow of particular advantage, since the low operating voltage of the light-emitting diodes requires no complex electrical isolation devices. In particular, the light-emitting diodes with light-emitting diodes for easier embedding in transparent potting material can be inserted directly into the water flow and flowed therefrom. As a result, on the one hand, transmission losses are minimized and, on the other hand, reliable cooling of the light-emitting diodes is achieved without additional equipment. At a limited variable flow rate of the water flow, the electric power supplied by the generator is typically correlated with the flow rate, so that the light output emitted by the light emitting diodes is advantageously larger at a higher flow rate and an approximately constant disinfecting effect is given. At the same time, the higher heat output due to the stronger water flow is better dissipated with higher generator output and higher light output. The generator with the turbine advantageously simultaneously forms a flow restriction at the same time. The light-emitting diode arrangement advantageously forms at least one light source coaxial with the flow direction of the water flow or the flow axis of a channel through which the water flow flows.

In einer ersten vorteilhaften Ausführung liegt dabei wenigstens eine Leuchtdiode oder eine Diodengruppe im wesentlichen auf der Mittenachse der Strömung und ist radial von dem Wasserstrom umgeben. In bevorzugter Ausführung sind zwei Lichtquellen in Richtung der Mittelachse beabstandet angeordnet und mit den erzeugten Lichtkegeln aufeinander zu gerichtet, so dass der axial zwischen den beiden Lichtquellen liegende Raum als Abschnitt eines Strömungskanals axial von zwei entgegen gesetzten Seiten mit UV-Licht bestrahlt wird.In a first advantageous embodiment, at least one light-emitting diode or a diode group lies substantially on the center axis of the flow and is surrounded radially by the water flow. In a preferred embodiment, two light sources are arranged at a distance in the direction of the center axis and directed toward each other with the light cones generated, so that the space lying axially between the two light sources is irradiated as a section of a flow channel axially from two opposite sides with UV light.

In zweiter vorteilhafter Ausführung kann die Leuchtdiodenanordnung wenigstens eine einen Strömungskanal umgebende Lichtquelle mit mehreren ringförmig um den Strömungskanal gruppierten Dioden bilden. Die ringförmig gruppierten Dioden strahlen vorteilhafterweise im wesentlichen radial in Richtung der Mittelachse des Strömungskanals, so dass sich die Effekte der radial nach innen abnehmenden Strahlungsdichte einer Diode und die Überlagerung der Strahlungsdioden mehrerer Dioden weitgehend kompensieren.In a second advantageous embodiment, the light-emitting diode arrangement can form at least one light source surrounding a flow channel with a plurality of diodes grouped annularly around the flow channel. The annularly grouped diodes radiate advantageously substantially radially in the direction of the central axis of the flow channel, so that the effects of radially inwardly decreasing radiation density of a diode and the superimposition of the radiation diodes of several diodes largely compensate each other.

Die Drehachse der Turbine und eines vorzugsweise direkt mit dieser drehgekoppelten Rotors des Generators fällt vorteilhafterweise mit der Richtung der Mittelachse des Wasserstroms zusammen. Die Turbine ist vorteilhafterweise nach dem Bauprinzip von Francis-Turbinen aufgebaut und kann wie bei solchen Turbinentypen an sich bekannt im Strömungsweg vor der Turbine Strömungsleiteinrichtungen enthalten, mittels welcher dem Wasserstrom z. B. eine zusätzlich tangentiale Strömungskomponente zur Optimierung der Turbinen- und Generatorleistung aufgeprägt werden kann.The axis of rotation of the turbine and a preferably directly rotatably coupled with this rotor of the generator advantageously coincides with the direction of the central axis of the water flow. The turbine is advantageously constructed according to the design principle of Francis turbines and, as in such turbine types known per se in the flow path in front of the turbine flow containment devices, by means of which the water flow z. B. an additional tangential flow component for optimizing the turbine and generator power can be impressed.

Die Leuchtdiodenanordnung ist vorzugsweise jeweils in die die Spulenanordnung enthaltende Komponente, insbesondere den Rotor des Generators bei statischer Magnetanordnung integriert. Die Leuchtdiodenanordnung ist relativ zur Spulenanordnung ortsfest, bei rotierender Spulenanordnung also mit dieser mit rotierend angeordnet.The light-emitting diode arrangement is preferably integrated in each case in the component containing the coil arrangement, in particular the rotor of the generator with static magnet arrangement. The light-emitting diode arrangement is stationary relative to the coil arrangement, that is, when the coil arrangement rotates, it is arranged with the latter rotating.

Der Generator enthält in gebräuchlicher Weise eine Permanentmagnetanordnung und eine Spulenanordnung, welche im Betrieb relativ zueinander um die Rotorachse des Generators rotieren. In erster vorteilhafter Ausführung kann die Permanentanordnung auf dem Rotor und die Spulenanordnung auf dem Stator des Generators vorgesehen sein. Der Stator ist vorzugsweise drehfest mit der radial außen liegenden Gehäusewand der Vorrichtung verbunden.The generator commonly includes a permanent magnet assembly and a coil assembly which, in operation, rotate relative to each other about the rotor axis of the generator. In a first advantageous embodiment, the Permanent arrangement may be provided on the rotor and the coil assembly on the stator of the generator. The stator is preferably non-rotatably connected to the radially outer housing wall of the device.

In anderer besonders vorteilhafter Ausführung kann die Permanentmagnetanordnung am Stator und die Spulenanordnung am Rotor vorgesehen sein. Die Leuchtdiodenanordnung ist dabei vorteilhafterweise mit der Spulenanordnung in einem einheitlich zusammen hängenden Körper integriert, so dass keine störanfälligen elektrischen Kontakte in der Verbindung zwischen Spulenanordnung und Leuchtdiodenanordnung auftreten.In another particularly advantageous embodiment, the permanent magnet arrangement can be provided on the stator and the coil arrangement on the rotor. The light-emitting diode arrangement is advantageously integrated with the coil arrangement in a unitarily coherent body, so that no fault-prone electrical contacts in the connection between coil arrangement and light-emitting diode arrangement occur.

In wieder anderer Ausführung können Leuchtdioden auf einer zentral im Wasserstrom angeordneten Säule angeordnet sein und radial und/oder tangential bezüglich der Säulenlängsachse UV-Licht in den umgebenden Wasserstrom abstrahlen. Bei um eine Drehachse rotierender Leuchtdiodenanordnung schließt die Säule als Welle die Drehachse vorteilhafterweise ein.In yet another embodiment, light-emitting diodes can be arranged on a column arranged centrally in the water flow and radiate UV light into the surrounding water flow radially and / or tangentially with respect to the column longitudinal axis. When rotating around a rotation axis light emitting diode assembly includes the column as a shaft axis of rotation advantageously.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung sind von dem UV-Licht der Leuchtdiodenanordnung nach Durchtritt durch das entkeimend zu behandelnde Wasser angestrahlte Flächen mit UV-Licht reflektionierender Eigenschaft ausgebildet, vorzugsweise mit einer UV-lichtreflektierenden Beschichtung oder Abdekkung versehen. Die reflektierende Eigenschaft sei durch einen Reflexionsfaktor von wenigstens 35 %, insbesondere wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 60 % für Licht der Wellenlänge des Emissionsmaximums der Leuchtdioden und/oder für Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 380 nm gegeben. Durch die Reflexion von UV-Licht an den angestrahlten Flächen kann das UV-Licht den Wasserstrom mehrfach durchlaufen und so eine gesteigerte entkeimende Wirkung entfalten. Die UV-reflektierende Ausbildung von durch die UV-Lichtquelle durch den Wasserstrom hindurch angestrahlten Flächen ist allgemein von besonderer Bedeutung und auch ohne Beschränkung auf die besonderen Ausführungen und Anordnungen von Generator und UV-Leuchtdioden realisierbar.In a particularly advantageous development of the UV light of the light-emitting diode array after passing through the water to be sterilized treated areas illuminated with UV light reflektionierender property formed, preferably provided with a UV light-reflecting coating or Abdekkung. The reflective property is given by a reflection factor of at least 35%, in particular at least 50%, preferably at least 60% for light of the wavelength of the emission maximum of the light-emitting diodes and / or for light in a wavelength range between 350 nm and 380 nm. Due to the reflection of UV light at the illuminated surfaces, the UV light can pass through the water flow several times and thus develop an enhanced disinfecting effect. The UV-reflective formation of surfaces illuminated by the UV light source through the water flow is generally of particular importance and can be realized without limitation to the particular designs and arrangements of generator and UV light-emitting diodes.

Der Rotor bildet vorteilhafterweise einen den Wasserstrom umgebenden Hohlkörper, welcher vorteilhafterweise über umströmte radiale Stege mit einer auf der Mittelachse angeordneten Lageranordnung mechanisch verbunden ist. Die Lageranordnung ist vorteilhafterweise eine Gleitlageranordnung, bei welcher das Wasser als reibungsminderndes Schmiermittel wirken kann.The rotor advantageously forms a hollow body surrounding the water flow, which is advantageously mechanically connected via flow-around radial webs with a arranged on the central axis bearing assembly. The bearing arrangement is advantageously a sliding bearing arrangement in which the water can act as a friction-reducing lubricant.

Vorzugsweise sind Antriebsturbine und Generator axial voneinander getrennt. Der Rotor des Generators kann aber auch selbst noch vom Wasserstrom beaufschlagte und dabei ein Drehmoment um die Rotorachse entwickelnde Flächen aufweisen.Preferably, the drive turbine and generator are axially separated from each other. However, the rotor of the generator can also itself still acted upon by the water flow and thereby have a torque developing around the rotor axis surfaces.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:The invention is illustrated below with reference to preferred embodiments with reference to the figures still in detail. Showing:

1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform, 1 a section through a first embodiment,

2 eine Variante zu 1, 2 a variant too 1 .

3 eine Ausführungsform mit feststehender Leuchtdiodenanordnung, 3 an embodiment with a fixed light-emitting diode arrangement,

4 eine weitere Leuchtdiodenanordnung, 4 another light-emitting diode arrangement,

5 eine Leuchtdiodenanordnung auf einer zentralen Säule, 5 a light-emitting diode arrangement on a central column,

6 einen in ein Rohr eingeschobenen Einsatz, 6 an inserted into a pipe insert,

7 einen Rohrabschnitt mit einer Vorrichtung als Zwischenstück. 7 a pipe section with a device as an intermediate piece.

1 zeigt in geschnittener Ansicht eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Ein Vorrichtungsgehäuse GE ist vorteilhafterweise lösbar an einen Auslaufstutzen LA einer Wasserleitung angeschlossen, insbesondere mit diesem verschraubt. Das Gehäuse GE beherbergt eine um eine Turbinenachse TA drehbare Turbine mit Turbinenschaufeln TS, eine Generatoranordnung mit einem Stator ST und einem relativ zum Gehäuse und zur Magnetanordnung MA des Stators um eine Rotorachse RA rotierbaren Rotor RO. Die Rotorachse RA und die Turbinenachse TA fallen vorteilhafterweise zusammen. Vorzugsweise sind Turbine und Rotor um die gemeinsamen Achsen drehfest miteinander gekoppelt. Vorteilhafterweise können Turbine und Rotor einen in sich als starr anzusehenden Körper bilden, welcher in Lagern L1 und L2 um die gemeinsame Achse drehbar gelagert ist. Nachfolgend seien Richtungsangaben axial und radial als auf die gemeinsame Achse TA, RA von Turbine und Rotor bezogen zu verstehen. 1 shows a sectional view of a first preferred embodiment of the invention. A device housing GE is advantageously detachably connected to an outlet connection LA of a water pipe, in particular screwed thereto. The housing GE accommodates a turbine with turbine blades TS rotatable about a turbine axis TA, a generator arrangement with a stator ST and a rotor RO rotatable about a rotor axis RA relative to the housing and to the magnet arrangement MA of the stator. The rotor axis RA and the turbine axis TA advantageously coincide. Preferably, turbine and rotor are rotatably coupled to each other about the common axes. Advantageously, the turbine and the rotor can form a body which can be regarded as rigid in itself and which is rotatably mounted in bearings L1 and L2 about the common axis. In the following, directions should be understood axially and radially as referring to the common axis TA, RA of turbine and rotor.

Eine in den Rotor integrierte Spulenanordnung SP steht radial der Magnetanordnung MA mit geringem Abstand gegenüber. Bei Rotation des Rotors wird in der Spulenanordnung eine elektrische Leistung induziert, durch welche eine Leuchtdiodenanordnung mit Leuchtdioden oder Leuchtdiodengruppen DE und DA gespeist sind. In Stegen SE und SA des Rotors können vorteilhafterweise elektrische Leitungen zwischen der Spulenanordnung und den Dioden integriert sein. Insbesondere kann der Rotor als Kunststoffteil mit teilweise oder vollständig umschlossenen Spulen und Leitungen ausgebildet sein.An integrated into the rotor coil assembly SP is radially opposite the magnet assembly MA with a small distance. Upon rotation of the rotor, an electrical power is induced in the coil arrangement, through which a light emitting diode array with light emitting diodes or light emitting diode groups DE and DA are fed. In webs SE and SA of the rotor, electrical lines can advantageously be integrated between the coil arrangement and the diodes. In particular, the rotor can be designed as a plastic part with partially or completely enclosed coils and lines.

Wenn nach Öffnen eines stromaufwärts des Leitungsanschlusses LA gelegenen Ventils, welches in 1 nicht mit eingezeichnet ist, ein Wasserstrom durch den Leitungsanschluss LA strömt, wird von einem solchen Wasserstrom die Turbine TS rotierend angetrieben und der drehfest mit der Turbine gekoppelte Rotor vollführt gleichfalls eine Rotation um die Rotorachse RA. Der Wasserstrom WS kann stromaufwärts der Turbine vorteilhafterweise radial nach außen gelenkt werden, um die Turbinenschaufeln TS in Bereichen mit bezüglich der Turbinenachse TA großem Radius zur Erzielung eines hohen Drehmoments anzuströmen. Unmittelbar vor der Turbine können Strömungsleiteinrichtungen LE vorgesehen sein, welche vorteilhafterweise eine im wesentlichen laminare Strömung am Turbineneintritt bewirken, wobei solche Leiteinrichtungen auch dem Wasserstrom eine bezüglich der Turbinenachse TA tangentiale Strömungskomponente aufprägen können, um einen hohen Wirkungsgrad beim Antrieb der Turbine zu erzielen. Die Turbine ist vorteilhafterweise in der Bauart einer Francis Turbine ausgeführt. Details zur Ausführung einer solchen Turbine nach Form und Anordnung der Turbinenschaufeln sowie Form und Anordnung von Strömungs-Leiteinrichtungen sind an sich dem Fachmann bekannt und daher an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt. If, after opening a valve located upstream of the line connection LA, which is in 1 is not shown, a stream of water flows through the line connection LA, the turbine TS is driven in rotation by such a water flow and rotatably coupled to the turbine rotor also performs a rotation about the rotor axis RA. Advantageously, the water flow WS upstream of the turbine may be directed radially outward to flow the turbine blades TS in areas of large radius relative to the turbine axis TA to achieve high torque. Immediately before the turbine Strömungsleiteinrichtungen LE can be provided, which advantageously cause a substantially laminar flow at the turbine inlet, wherein such Leiteinrichtungen also the water flow with respect to the turbine axis TA tangential flow component can impress in order to achieve a high efficiency in the drive of the turbine. The turbine is advantageously designed in the design of a Francis turbine. Details of the design of such a turbine according to the shape and arrangement of the turbine blades as well as the shape and arrangement of flow directors are known per se to those skilled in the art and therefore not further elaborated at this point.

Stromabwärts der Turbine fließt der Wasserstrom zwischen den Stegen SE des Rotors in einen von der Spulenanordnung des Rotors umgebenen Raum BR und verläßt diesen Raum BR durch Ausströmen zwischen den Stegen SA wieder, um danach zwischen Stegen einer Lagerstütze LS aus der Vorrichtung auszuströmen.Downstream of the turbine, the water flow flows between the webs SE of the rotor in a space surrounded by the coil assembly of the rotor space BR and leaves this space BR by flowing out between the webs SA again to then flow out between webs of a bearing support LS from the device.

Die Leuchtdiodenanordnung mit Dioden oder Diodengruppen DE und DA ist in dem in 1 bevorzugten Beispiel im wesentlichen auf der Rotorachse RA angeordnet und in zwei Lichtquellen DE und DA an entgegen gesetzten Endbereichen des Raumes BR unterteilt. Die Hauptstrahlrichtung der Teil-Lichtquellen DA und DE sind axial und einander entgegen gesetzt in den Raum BR ausgerichtet. Das von den Teil-Lichtquellen DE und DA emittierte UV-Licht UV wirkt auf das durch den Raum BR strömende Wasser und entfaltet hierbei insbesondere eine keimtötende, für UV-Licht an sich bekannte Wirkung. Durch die entgegen gesetzte Ausrichtung der beiden Teil-Lichtquellen DE und DA in den Raum BR wird eine besonders effektive Strahlungseinwirkung auf das Wasser während dessen Durchfluss durch den Raum BR erzielt.The light-emitting diode arrangement with diodes or diode groups DE and DA is in the in 1 preferred example arranged substantially on the rotor axis RA and divided into two light sources DE and DA at opposite end portions of the space BR. The main beam direction of the partial light sources DA and DE are aligned axially and opposite to each other in the space BR. The UV light UV emitted by the partial light sources DE and DA acts on the water flowing through the space BR and in this case unfolds in particular a germicidal effect known per se for UV light. Due to the opposite orientation of the two partial light sources DE and DA in the space BR, a particularly effective radiation effect on the water is achieved during its flow through the space BR.

Die dem Wasserstrom im Raum BR zu weisenden Innenwandflächen des Rotors RO sind in bevorzugter Ausführung UV-Licht reflektierend ausgebildet, so dass UV-Licht, welches von der Leuchtdiodenanordnung durch den Wasserstrom im Raum BR auf diese Innenwandfläche gestrahlt wird, zu einem erheblichen Anteil in den Raum BR reflektiert wird und dabei erneut zur Wasserbehandlung, insbesondere Entkeimung leistet. Die reflektierende Eigenschaft ist durch unterbrochene Linien, welche mit RE gekennzeichnet sind, angedeutet.The inner wall surfaces of the rotor RO facing the water flow in the space BR are formed in a preferred embodiment UV light reflecting, so that UV light which is radiated from the light emitting diode array by the water flow in the space BR on this inner wall surface, to a considerable extent in the Room BR is reflected and doing it again for water treatment, in particular sterilization. The reflective property is indicated by broken lines marked RE.

Der Anteil reflektierend ausgebildeter Flächenanteile an der gesamten von der Leuchtdiodenanordnung angestrahlten Wandfläche beträgt vorteilhafterweise wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 70 %. Die reflektierende Eigenschaft kann durch eine Behandlung der Wandflächen, insbesondere Beschichtung erfolgen, kann aber auch durch auf den Rotorkörper aufgesetzte Schalen erzielt sein.The proportion of reflective surface portions formed on the entire illuminated by the light emitting diode array wall surface is advantageously at least 50%, preferably at least 70%. The reflective property can be achieved by a treatment of the wall surfaces, in particular coating, but can also be achieved by placed on the rotor body shells.

Die Rotationsfrequenz des Rotors und die in der Spulenanordnung SB des Generators generierte elektrische Leistung nehmen typischerweise mit zunehmender Strömungsrate des die Turbine durchfließenden Wasserstroms zu, wodurch auch die von den Teil-Lichtquellen DE und DA in den Raum BR abgegebene Lichtleistung zunimmt, so dass stärkere strömungsabhängige Schwankungen der je Volumeneinheit des Wasserstroms wirksamen Strahlungsenergie auf einfache und vorteilhafte Weise vermieden werden können.The rotational frequency of the rotor and the electrical power generated in the coil assembly SB of the generator typically increase with increasing flow rate of the water flow passing through the turbine, thereby also increasing the light output emitted by the partial light sources DE and DA into the space BR, so that more flow dependent Variations in the per unit volume of the water flow effective radiation energy can be avoided in a simple and advantageous manner.

Der Rotor ist in dem Lager L2 radial geführt und axial abgestützt. Die Lagerstütze LS kann beispielsweise als eine Scheibe mit Löchern oder radialen Stegen oder dergleichen ausgeführt sein. Mittels einer Überwurfmutter AR am stromabwärts gelegenen Ende des Gehäuses GE ist zum einen die Lagerstütze LS radial und axial fixiert und zum anderen ist, beispielsweise für Reinigungs- oder Entkalkungszwecke, der Rotor und die Turbine mit geringem Aufwand aus dem Gehäuse GE entnehmbar.The rotor is radially guided in the bearing L2 and axially supported. The bearing support LS can for example be designed as a disk with holes or radial webs or the like. By means of a union nut AR at the downstream end of the housing GE is on the one hand the bearing support LS radially and axially fixed and on the other hand, for example, for cleaning or descaling purposes, the rotor and the turbine with little effort from the housing GE removed.

2 zeigt eine alternative Positionierung von Leuchtdioden DR einer Leuchtdiodenanordnung. Die Leuchtdioden DR sind in diesem Beispiel ringförmig um den Wasserstrom in dem von dem Rotor gebildeten Raum BR angeordnet und strahlen radial nach innen. Durch die Strahlung radial nach innen ergibt sich im Bereich nahe bei der Rotorachse RA im Raum BR eine Überlagerung der Strahlungsleistung einer Mehrzahl von radial außen angeordneten Dioden DR, so dass trotz der radial nach innen abnehmenden Strahlungsdichte der einzelnen Dioden durch die Überlagerung der Strahlungsleistungen aller ringförmig angeordneten Dioden über den gesamten Querschnitt des Raums DR und insbesondere auch im achsnahen Bereich eine nur gering variierende Strahlungsleistung der UV-Strahlung der Dioden DR auftritt. Der mechanische Aufbau sei in 2 der Einfachheit halber gleich zu 1 angenommen. 2 shows an alternative positioning of light emitting diodes DR of a light emitting diode array. The light-emitting diodes DR in this example are arranged in a ring around the water flow in the space BR formed by the rotor and radiate radially inwards. The radiation radially inward results in the area close to the rotor axis RA in the space BR, a superposition of the radiation power of a plurality of radially outwardly disposed diodes DR, so that despite the radially inwardly decreasing radiation density of the individual diodes by the superposition of the radiation power of all annular arranged diodes over the entire cross section of the space DR and in particular in the region close to the axis only a slightly varying radiant power of the UV radiation of the diodes DR occurs. The mechanical structure is in 2 for simplicity's sake 1 accepted.

3 zeigt eine Ausführung, bei welcher eine Magnetanordnung MR mit einem Rotor RM verbunden ist, welcher mechanisch der Einfachheit halber als gleich zu 1 angenommen sei. Eine Spulenanordnung SS des Generators ist in diesem Ausführungsbeispiel statorseitig in dem Gehäuse GE angeordnet. Die aus der Spulenanordnung SS gespeiste Leuchtdiodenanordnung weist im in 3 skizzierten Beispielsfall mehrere ringförmig um die Rotorachse RA nach dem stromabwärts liegenden Ende des Raumes BR angeordnete Leuchtdioden DS auf. Die ringförmig angeordneten Leuchtdioden DS emittieren wiederum UV-Strahlung im wesentlichen radial bezüglich der Rotorachse RA nach innen. 3 shows an embodiment in which a magnet assembly MR is connected to a rotor RM, which mechanically for the sake of simplicity as equal to 1 be accepted. A coil arrangement SS of the generator is arranged on the stator side in the housing GE in this exemplary embodiment. The light-emitting diode arrangement fed from the coil arrangement SS has in the 3 sketched example case a plurality of annularly around the rotor axis RA to the downstream end of the room BR arranged light-emitting diodes DS. The annularly arranged light emitting diodes DS in turn emit UV radiation substantially radially inwardly with respect to the rotor axis RA.

4 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Wasserbehandlung mit Licht, bei welcher durch Weglassen des Rotors der Art aus den vorangegangenen Beispielen veranschaulicht sei, dass die Leuchtdiodenanordnung in zum Wasserstrom koaxialer Positionierung auch vorteilhaft ist für eine andere Bereitstellung der elektrischen Leistung zum Betrieb der Leuchtdiodenanordnung, beispielsweise nach Art des eingangs genannten Standes der Technik mit tangentialer Anströmung von Schaufeln einer Generatorturbine. 4 zeigt auch die Möglichkeit der Kombination einer zentral auf der Mittenachse des Wasserstroms angeordneten Teillichtquelle DZ und einer weiteren Teillichtquelle mit ringförmig den Wasserstrom umgebenden Leuchtdioden DK. Die zentrale Teil-Lichtquelle DZ kann beispielsweise wiederum über mehrere Stege SG eines die Leuchtdiodenanordnung tragenden Gehäuseeinsatzes GZ auf der Mittenachse des Wasserstroms positioniert und gehalten sein. Eine Austrittsscheibe AS kann für die Strahlformung zusätzlich vorgesehen sein, kann aber auch entfallen. 4 shows an embodiment of a device for water treatment with light, which is illustrated by omitting the rotor of the type from the preceding examples that the light emitting diode arrangement in coaxial positioning for water flow is also advantageous for another provision of electrical power to operate the light emitting diode array, for example Type of prior art mentioned at the beginning with tangential flow of blades of a generator turbine. 4 also shows the possibility of combining a centrally located on the center axis of the water flow partial light source DZ and another partial light source with ring surrounding the water flow LEDs DK. For example, the central partial light source DZ can again be positioned and held on the center axis of the water flow via a plurality of webs SG of a housing insert GZ carrying the light-emitting diode arrangement. An exit disk AS can additionally be provided for the beam shaping, but can also be dispensed with.

In den 2 bis 4 ist jeweils wiederum eine reflektierende Eigenschaft von mit UV-Licht der Leuchtdiodenanordnung angestrahlten Flächen mit unterbrochenen Linien, die mit RE gekennzeichnet sind, angedeutet.In the 2 to 4 In turn, in each case a reflective property of illuminated with UV light of the LED array surfaces with broken lines, which are marked with RE, indicated.

In 5 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, welche hinsichtlich des Gehäuses ähnlich aufgebaut ist wie die vorangegangenen Ausführungsformen. Die Leuchtdiodenanordnung besteht in diesem Ausführungsbeispiel der 5 aus einer Mehrzahl von Leuchtdioden DT, welche auf einer zentralen Säule ZS um die Rotationsachse RA eines Rotors angeordnet sind und UV-Licht bezüglich der Rotationsachse RA und der Säule ZS in Richtungen mit tangentialen und radial nach außen gerichteten Richtungskomponenten in den ringzylindrischen Raum zwischen der zentralen Säule ZS und einer den ringzylindrischen Raum RZ radial nach außen begrenzenden Wand abstrahlen. Die zentrale Säule ZS um die Rotationsachse RA ist im skizzierten Beispiel drehfest mit einer Rotoranordnung verbunden, welche Turbinenschaufeln TS und einen mit den Turbinenschaufeln TS und der zentralen Säule ZS drehfest verbundenen und mit rotierenden Spulenkörper GR eines Generators enthält. Permanentmagnete MM des Generators sind unverdrehbar mit dem Gehäuse GZ verbunden. Die einzelnen Leuchtdioden DT sind über nicht im einzelnen dargestellte Leitungen mit den Spulen des Rotorkörpers GR elektrisch verbunden. Der Rotorkörper sei wiederum in Lagern L1, L2 um die Rotationsachse RA rotierbar gelagert.In 5 an embodiment of a device according to the invention is shown, which is constructed similar in terms of the housing as the previous embodiments. The light-emitting diode arrangement is in this embodiment of the 5 of a plurality of light-emitting diodes DT, which are arranged on a central column ZS about the axis of rotation RA of a rotor and UV light with respect to the axis of rotation RA and the column ZS in directions with tangential and radially outward direction components in the annular cylindrical space between the central Beam column ZS and the annular cylindrical space RZ radially outwardly bounding wall. The central column ZS about the axis of rotation RA is rotatably connected in the example shown with a rotor assembly containing turbine blades TS and one with the turbine blades TS and the central column ZS rotatably connected and rotating coil body GR of a generator. Permanent magnets MM of the generator are non-rotatably connected to the housing GZ. The individual LEDs DT are electrically connected via lines not shown in detail with the coils of the rotor body GR. The rotor body is again rotatably mounted in bearings L1, L2 about the rotation axis RA.

Der ringzylindrische Raum RZ, durch welchen der zu behandelnde Wasserstrom fließt, sei im skizzierten Beispielsfall durch die zentrale Säule ZS und eine in das Gehäuse GZ eingeschobene Hülse RH bestimmt, deren radial nach innen weisende und den Raum RZ radial nach außen begrenzende Wandfläche wiederum UV-Licht reflektierende Eigenschaften in Form einer entsprechend ausgebildeten, beispielsweise beschichteten Oberfläche RE aufweist. Die Hülse RH kann über den aufgeschraubten Haltering AR in axialer Richtung gegen das Gehäuse GZ verspannt sein und dabei auch die Magnetanordnung MM mit den Permanentmagneten auf Statorseite des Generators mechanisch fixieren.The annular cylindrical space RZ, through which the water flow to be treated flows, is in the example sketched by the central column ZS and an inserted into the housing GZ sleeve RH determined whose radially inwardly pointing and the space RZ radially outwardly bounding wall surface again UV- Having light-reflecting properties in the form of a correspondingly formed, for example, coated surface RE. The sleeve RH can be clamped over the screwed-on retaining ring AR in the axial direction against the housing GZ and mechanically fix the magnet assembly MM with the permanent magnets on the stator side of the generator.

In 5 ist der Generator mit Spulenkörper GR und Permanentmagneten MM axial von der Leuchtdiodenanordnung getrennt. Es kann aber auch eine axiale Überlappung oder Überdeckung von Generator und Leuchtdiodenanordnung mit Leuchtdioden DT vorgesehen sein. In wieder anderer Variante können auch die Turbinenschaufeln TS axial mit dem Spulenkörper überlappen oder auch vollständig in dessen axiale Erstreckung integriert sein.In 5 the generator with bobbin GR and permanent magnets MM is axially separated from the light emitting diode array. However, it may also be provided an axial overlap or overlap of generator and light emitting diode array with light emitting diodes DT. In yet another variant, the turbine blades TS can also axially overlap with the bobbin or can be completely integrated in its axial extent.

Während bei den Ausführungsbeispielen nach 1 bis 5 jeweils vorgesehen war, die Vorrichtung am Auslauf einer Wasserleitung, beispielsweise am Auslauf eines Wasserhahns anzuordnen, kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere Entkeimung von Wasser mittels UV-Licht mit integriertem Generator und Leuchtdiodenanordnung auch in den Verlauf einer Wasserleitung eingefügt sein. 6 zeigt hierfür ein Beispiel, bei welchem in Strömungsrichtung ein erster Leitungsabschnitt LI und ein zweiter Leitungsabschnitt LO einer Wasserleitung aufeinander folgen. Die beiden Leitungsabschnitte sind über eine Leitungsverbindung, beispielsweise eine abdichtbare Schraubverbindung miteinander verbindbar, wobei beispielsweise der erste Leitungsabschnitt LI an seinem dem zweiten Leitungsabschnitt LO zu weisenden Ende ein Außengewinde GA aufweist und an dem zweiten Leitungsabschnitt eine endseitige Erweiterung mit einem Innengewinde GI, welches auch an einer Überwurfmutter ausgebildet sein kann, vorgesehen ist. Eine Vorrichtung BV zur Behandlung des die Wasserleitung durchströmenden Wasserstroms mit UV-Licht nach Art der vorangehend geschilderten Ausführungsformen ist nur als Gesamtkomponente BV ohne Details dargestellt. Die Vorrichtung BV ist in eine Einschubhülse HV eingebaut und in dieser in Strömungsrichtung gesichert. Die Einschubhülse HV ist ihrerseits in der Wasserleitung gegen Verschiebung fixierbar, wofür beispielsweise Klemmmittel KD, welche auch als Dichtung, beispielsweise als Ringdichtung ausgeführt sein können, und/oder ein zwischen die Rohrenden des ersten Leitungsabschnitts LI und des zweiten Leitungsabschnitts LO einliegender Endflansch der Hülse HV dienen können. Die Verschraubung kann zusätzlich noch Dichtelemente enthalten, wofür im skizzierten Beispiel pauschal eine Ringdichtung DI eingezeichnet ist.While in the embodiments according to 1 to 5 each was intended to arrange the device at the outlet of a water pipe, for example, at the outlet of a faucet, a device according to the invention for the treatment, in particular sterilization of water by means of UV light with integrated generator and light emitting diode arrangement may be inserted into the course of a water pipe. 6 shows an example of this, in which a first line section LI and a second line section LO of a water line follow one another in the flow direction. The two line sections can be connected to one another via a line connection, for example a sealable screw connection, wherein, for example, the first line section LI has an external thread GA at its end facing the second line section LO and an end extension with an internal thread GI, which also adjoins the second line section a union nut can be formed, is provided. A device BV for the treatment of the water flow flowing through the water flow with UV light in the manner of the above-described embodiments is shown only as a total component BV without details. The device BV is installed in a slot HV and secured in this direction of flow. The insertion sleeve HV is in turn fixable in the water pipe against displacement, for which, for example, clamping means KD, which may be designed as a seal, for example as a ring seal, and / or between the tube ends of the first line section LI and the second line section LO einliegender end flange of the sleeve HV can serve. The screw can additionally contain sealing elements, for which in the example sketched flat a ring seal DI is located.

In anderer Ausführung kann die Vorrichtung zur Behandlung des Wasserstroms mit UV-Licht auch in einem zwischen zwei Leitungsabschnitte einfügbaren, einen weiteren Leitungsabschnitt bildenden Zwischenstück integriert sein, wie dies in 7 skizziert ist. Ein erster Leitungsabschnitt LI weise wiederum ein Außengewinde GA und ein von diesem durch eine Lücke in Strömungsrichtung beabstandender zweiter Leitungsabschnitt LO einen erweiterten Anschlussbereich mit einem Innengewinde GI auf. Ein Zwischenstück RV besitze an entgegen gesetzten Enden ein Innengewinde HI, welches mit dem Außengewinde GA des ersten Leitungsabschnitts LI verbindbar ist, und ein Außengewinde HA, welches mit dem Innengewinde GI des zweiten Leitungsabschnitts LO verbindbar ist, auf. Im Verlauf des Zwischenstücks RV sei die Vorrichtung zur Wasserbehandlung mittels UV-Licht angeordnet, welche wieder wie in 6 lediglich schematisch als ein nicht im Detail dargestelltes Bauteil eingezeichnet ist.In another embodiment, the device for treating the water flow with UV light can also be integrated in an insertable between two line sections, forming a further line section adapter, as shown in 7 outlined. A first line section LI, in turn, has an external thread GA and a second line section LO, which is spaced therefrom by a gap in the flow direction and has an extended connection region with an internal thread GI. An intermediate piece RV have at opposite ends of an internal thread HI, which is connectable to the external thread GA of the first line section LI, and an external thread HA, which is connectable to the internal thread GI of the second line section LO, on. In the course of the intermediate piece RV, the device for water treatment by means of UV light is arranged, which again as in 6 is shown only schematically as a not shown in detail component.

Die Verbindungsarten von Rohrabschnitten nach den Ausführungsbeispielen nach 6 und 7 können variieren und sind dem Fachmann an sich bekannt. Insbesondere können vorzugsweise Innengewinde an Überwurfmuttern oder an Fittings ausgebildet sein. Außengewinde können direkt auf die Außenwände von Rohren angeformt oder wiederum durch mit Rohrenden verbundene Fittings gegeben sein.The connection types of pipe sections according to the embodiments according to 6 and 7 can vary and are known to those skilled in the art. In particular, internal threads can preferably be formed on union nuts or on fittings. External threads can be formed directly on the outer walls of pipes or, in turn, through fittings connected to pipe ends.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.The features indicated above and in the claims, as well as the features which can be seen in the figures, can be implemented advantageously both individually and in various combinations. The invention is not limited to the exemplary embodiments described, but can be modified in many ways within the scope of expert knowledge.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2009/058664 [0003]

Claims

Apparatus for water treatment by means of UV light, comprising an electric generator (MA, SP) which can be driven by a water flow (WS) flowing from an input to an outlet via a turbine arrangement (TS) and a UV generator fed by the generator and acting on the water flow. Light source, characterized in that the UV light source by a light emitting diode array (DE, DA, DS, DR DK, DT) is given and the light emitting diode array and / or the turbine axis (TA) are arranged substantially coaxially to the flow direction of the water flow (WS) ,

Apparatus according to claim 1, characterized in that the turbine axis (TA) of the turbine assembly (TS) and the light-emitting diode array (DE, DA, DS, DR, DK, DT) are arranged coaxially with each other.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the turbine arrangement (TS) and the light-emitting diode arrangement (DE, DA, DS, DR, DK, DT) are arranged spaced apart in the flow direction.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the light-emitting diode array in a coil (SP) of the generator-containing rotor (RO) is integrated and rotates during operation of the device with the rotor about the rotor axis (RA).

Apparatus according to claim 4, characterized in that the turbine arrangement (TS) and the rotor (RO) have a common axis of rotation (TA, RA) and are arranged axially offset from one another.

Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the rotor (RO) surrounds a flow channel portion (BR) through which the water flow passes.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light-emitting diode arrangement (DE, DA, DZ) contains at least one arranged on the central axis of the water flow central light source.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the main radiation direction of the central light source (DE, DA, DZ) is directed parallel to the central axis of the water flow.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the light-emitting diode arrangement comprises two axially spaced central light sources (DE, DA) with main beam directions directed towards one another.

Device according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the light-emitting diode arrangement contains at least one light source (DR, DK) annularly surrounding the water flow.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that of the light emitting diode array through the water flow through UV light surfaces are formed UV-reflective (RE).

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the turbine housing in the flow direction in front of the turbine (TS) contains Strömungsleiteinrichtungen (LE) with inclined towards the central axis of the water flow direction.