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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit UV-Strahlung, insbesondere zur Behandlung von Trinkwasser an einer Entnahmestelle.
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Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, welche im Rahmen einer sogenannten Endstellenentkeimung eine Behandlung von Trinkwasser ermöglichen. Hierbei wird in der Regel im Bereich der Wasserentnahme eine UV-Strahlungsquelle angeordnet, welche von dem zu behandelnden Trinkwasser umströmt und welche dabei eine Bestrahlung des zu behandelnden Trinkwassers bereitstellt. Während des Umströmens der UV-Strahlungsquelle werden eventuelle, in dem Trinkwasser vorhandene Keime inaktiviert, indem die entsprechenden DNA-Bindungen durch die UV-Strahlung zerstört werden. Bekannte Vorrichtungen weisen als UV-Strahlungsquelle meist eine UV-Lampe als sogenannte Leuchtstofflampe mit einer Quarzglasummantelung auf, welche zudem Quecksilber enthält. Das Quecksilber dient in diesem Fall zur Emission der UV-Strahlung.
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Der Nachteil derartiger Vorrichtungen besteht zum einen darin, dass Quecksilber bei dessen Freisetzung gesundheitsschädlich ist und dieses bei einer eventuellen Beschädigung der Quarzglasummantelung auch unbemerkt in das Trinkwasser gelangen kann. Zum anderen besteht der Nachteil derartiger Vorrichtungen in der Verwendung des Quarzglases, da dieses zum einen vergleichsweise teuer in der Bereitstellung ist und zum anderen keine ausreichend flexible Anpassung an unterschiedliche Geometrien der Entnahmestelle ermöglicht.
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Des Weiteren ist aus der Druckschrift
US 2013/0 146 783 A1 eine Vorrichtung zum Desinfizieren von Wasser bekannt, welche die Anordnung mehrerer, UV-Strahlung emittierender LEDs in einem Wasserrohr vorsieht.
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Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich zwar die Nachteile der quecksilbergefüllten UV-Strahlungsquelle sowie der Verwendung von Quarzglas vermeiden, jedoch sind die UV-LEDs in diesem Fall unmittelbar der Einwirkung des zu behandelnden Wassers ausgesetzt, wodurch auf Dauer eine Beschädigung der LEDs und somit ein Ausfall der Vorrichtung zu erwarten ist. Zudem kann auch mit der hier beschriebenen Vorrichtung keine weiterführende geometrische Anpassbarkeit an unterschiedliche Ausbildungen einer Entnahmestelle für Trinkwasser gewährleistet werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, unter Überwindung von Nachteilen des Standes der Technik eine Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit UV-Strahlung bereitzustellen, welche kostengünstig herstellbar ist und welche darüber hinaus eine flexible, geometrische Anpassung an unterschiedliche Anwendungsanforderungen ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Als Medium im Sinne einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit UV-Strahlung sind insbesondere flüssige Medien wie etwa Wasser, oder gasförmige Medien wie etwa Luft zu verstehen, ohne dass die Erfindung ausschließlich auf derartige Medien beschränkt ist.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit UV-Strahlung weist einen Behandlungsraum, eine raumbildende Struktur sowie eine LED UV-Strahlungsquelle auf.
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Der Behandlungsraum stellt vorliegend den Raum dar, in welchem das zu behandelnde Medium während der Behandlung durch die Vorrichtung aufgenommen ist. Hierbei kann der Behandlungsraum zum einen durch einen Behälter oder ein Gefäß begrenzt sein, in welchen, beziehungsweise in welches das zu behandelnde Medium eingeleitet wird. Zum anderen kann der Behandlungsraum durch die raumbildende Struktur der Vorrichtung selbst begrenzt sein, sodass das zu behandelnde Medium im Inneren der raumbildenden Struktur aufgenommen wird. Das Medium kann den Behandlungsraum durchströmen oder in diesem stehen.
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Die raumbildende Struktur wird erfindungsgemäß durch eine aussteifende und gleichzeitig in ihrer Formgebung flexibel anpassbare Grundstruktur und eine UV-strahlungsdurchlässige Folie gebildet; nachfolgend jeweils auch verkürzt als Grundstruktur und Folie bezeichnet.
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Die Grundstruktur weist mindestens eine Durchsetzung, insbesondere einer Seitenwandung, auf. Innerhalb der Vorrichtung stellt die raumbildende Struktur während der Behandlung des Mediums ein Bauelement dar, welches in einen direkten Kontakt mit dem zu behandelnden Medium gelangt. Hierbei kann die raumbildende Struktur zum einen in den Behandlungsraum eingebracht werden, was insbesondere bei der obenstehend beschriebenen Ausbildung des Behandlungsraumes in einem Behälter oder einem Gefäß der Fall ist. Zum anderen kann, wie obenstehend ausgeführt, die raumbildende Struktur den Behandlungsraum ein-, beziehungsweise umschließen, sodass das zu behandelnde Medium in das Innere der raumbildenden Struktur und somit in den Behandlungsraum einbringbar ist. Mit einer Ausführung der raumbildenden Struktur, bei welcher diese den Behandlungsraum einschließt, ist als besonderer Vorteil eine Durchströmlösung mit geringen Abmessungen bereitstellbar. Eine solche Ausführung ist insbesondere bei einer sogenannten Endstellenentkeimung von Trinkwasser vorteilhaft anwendbar, bei welcher eine Behandlung des Trinkwassers mit UV-Strahlung kurz vor der Entnahme, beispielsweise aus einem Wasserhahn, durchzuführen ist.
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Innerhalb der raumbildenden Struktur dient die Grundstruktur erfindungsgemäß zur Festlegung der räumlichen Anordnung der Folie. Anders ausgedrückt erfolgt die Formgebung der raumbildenden Struktur vorliegend in erster Linie durch die Grundstruktur, welche hierbei als Gerüst, beziehungsweise als Basis für die Folie dient.
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Die Folie befindet sich hierbei vorzugsweise in einem direkten Kontakt mit der Grundstruktur, wobei nicht notwendigerweise eine feste Verbindung zwischen der Folie und der Grundstruktur vorliegen muss. Die Grundstruktur kann hierbei beispielsweise als Draht- oder Kunststoffgitter ausgebildet sein, welches in seiner Form und Geometrie an den jeweiligen Verwendungszweck und an die Form des Verwendungsortes anpassbar ist. So ist es beispielsweise möglich, die Geometrie der raumbildenden Struktur an die Leitungsausbildung im Bereich eines Wasserhahns anzupassen, um so eine besonders einfache Integration der Vorrichtung in eine entsprechende Trinkwasserentnahmestelle bereitzustellen. Ferner ermöglicht eine verformbare Ausbildung der Grundstruktur eine Integration der Vorrichtung beispielsweise in einen Wasserschlauch, wobei die Vorrichtung hierbei vorteilhaft dazu in der Lage ist, eventuellen Verformungen des Schlauches zu folgen.
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In einer besonderen Variante der Vorrichtung kann auch die Folie selbst als aussteifende und formgebende Struktur wirken, sodass in einem solchen Fall auf eine separate Grundstruktur verzichtet werden kann.
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Unabhängig von der Ausführung der raumbildenden Struktur ist die Folie stets mediumdicht ausgebildet, das heißt, dass das zu behandelnde Medium die Folie nicht durchdringen kann.
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Mittels der LED UV-Strahlungsquelle ist erfindungsgemäß die für die Behandlung des Mediums erforderliche UV-Strahlung bereitstellbar. Die LED UV-Strahlungsquelle kann hierbei durch eine einzelne UV-LED oder durch eine Anordnung, beziehungsweise ein Array aus mehreren UV-LEDs gebildet werden, wobei der technologische Vorteil der LED UV-Strahlungsquelle gegenüber herkömmlichen UV-Strahlungsquellen in einem geringen Energiebedarf, besonders kurzen Einschaltzeiten und in einer vergleichsweise hohen Lebensdauer liegt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die raumbildende Struktur den Behandlungsraum von der LED UV-Strahlungsquelle trennt. Hierbei erfolgt die Anordnung der LED UV-Strahlungsquelle innerhalb der Vorrichtung stets auf der mediumabgewandten Seite der Folie, sodass ein direkter Kontakt der LED UV-Strahlungsquelle mit dem zu behandelnden Medium verhindert wird. Auf diese Weise kann als besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf eine sonst übliche Abdichtung der UV-Strahlungsquelle gegenüber dem zu behandelnden Medium verzichtet werden, wodurch sich der Bereitstellungsaufwand und die Bereitstellungskosten gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen reduzieren lassen. Die Abtrennung des Behandlungsraums von der UV-Stahlungsquelle durch die raumbildende Struktur erfolgt insbesondere durch die Folie.
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Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass die UV-Strahlung zur Behandlung des Mediums durch die raumbildende Struktur hindurch in den Behandlungsraum einbringbar ist. Hierzu wird die LED UV-Strahlungsquelle vorliegend so innerhalb der Vorrichtung angeordnet, dass die UV-Strahlung durch die Folie und im Bereich der mindestens einen Durchsetzung durch die Grundstruktur hindurch in den Behandlungsraum gelangen kann. Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung mehrerer UV-LEDs in einem Array sind vorzugsweise mehrerer Durchsetzungen in der Grundstruktur vorgesehen, sodass jede UV-LED im Bereich einer Durchsetzung angeordnet ist und so ein besonders großer Bestrahlungsbereich ausgebildet werden kann.
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Die Anordnung der LED UV-Strahlungsquelle in dem jeweiligen Bereich der Vorrichtung kann vorliegend beispielsweise derart erfolgen, dass sich die LED UV-Strahlungsquelle in einem unmittelbaren Kontakt mit der Grundstruktur und/oder der Folie befindet oder dass zwischen der LED UV-Strahlungsquelle und der raumbildenden Struktur ein definierter Abstand vorgehalten wird. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise auch möglich, die Folie als doppellagigen Folienverbund auszubilden und die LED UV-Strahlungsquelle in den Folienverbund einzulaminieren.
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Aufgrund ihres Aufbaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums insbesondere den technologischen Vorteil auf, dass diese in ihrer Form für unterschiedlichste Anwendungsfälle und Anwendungsorte anpassbar ist. So ermöglicht die Vorrichtung beispielsweise eine Mediumbehandlung mit einer negativen Bestrahlungsgeometrie, indem die Vorrichtung in einen entsprechenden Behälter, in welchem das Medium aufgenommen ist, eingebracht wird und somit aus dem Inneren des Behälters heraus die UV-Strahlung in dem Behandlungsraum in das Medium einbringt. Alternativ ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Behandlung des Mediums im Rahmen einer positiven Bestrahlungsgeometrie, indem der Behandlungsraum durch die raumbildende Struktur eingeschlossen, beziehungsweise umschlossen wird und somit das Medium während der Behandlung von Außen mit der UV-Strahlung beaufschlagbar ist. Die zuletzt genannte Variante der Vorrichtung bietet zudem den besonderen Vorteil, dass auf diese Weise eine Durchströmlösung bereitstellbar ist, bei welcher das zu behandelnde Medium die raumbildende Struktur durchströmt, was besonders vorteilhaft bei einer sogenannten point of use – Behandlung, also einer Behandlung des Mediums im Bereich einer Entnahmestelle ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darüber hinaus darin, dass durch die Verwendung der LED UV-Strahlungsquelle zum einen auf UV-Strahlungsquellen mit gesundheitsgefährdenden Stoffen, insbesondere auf sonst übliche, quecksilbergefüllte Leuchtstofflampen, verzichtet und somit die Gefahr eines ungewollten Eintrages gesundheitsgefährdender Stoffe in das Medium vermieden werden kann. Dies ist inbesondere bei Trinkwasser- oder Lebensmittelanwendungen vorteilhaft.
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Zum anderen ist der Energiebedarf zum Betrieb der LED UV-Strahlungsquelle gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen vergleichsweise niedrig.
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Gleichzeitig wird durch die UV-strahlungsdurchlässige Folie auf besonders einfache und kostengünstige Weise die Abdichtung der LED UV-Strahlungsquelle gegenüber dem zu behandelnden Medium bereitgestellt, sodass auf die sonst übliche Quarzglasummantelung verzichtet werden kann und so die Bereitstellungskosten für die Vorrichtung niedrig gehalten werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die UV-strahlungsdurchlässige Folie aus PTFE-Material (Polytetrafluorethylen-Material). Es wurde gefunden, dass eine Folie aus PTFE-Material eine besonders hohe Durchlässigkeit für UV-Strahlung aufweist. Gleichzeitig ist PTFE es sehr beständig gegenüber Säuren, Basen und weiteren aggressiven Medien. Zudem weist PTFE-Material eine äußerst niedrige Oberflächenspannung auf, sodass ein Anhaften etwaiger Rückstände aus dem zu behandelnden Medium an der Folie wirkungsvoll verhindert wird. Besondere Vorteile ergeben sich in Bezug auf zu behandelndes Trinkwasser, das PTFE als physiologisch unbedenklich gilt.
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Ein weiterer Vorteil des PTFE-Materials besteht in dessen relativ hoher Wärmebeständigkeit, aufgrund derer, insbesondere bei einem direkten Kontakt der Folie mit der LED UV-Strahlungsquelle oder einzelner derer Komponenten, eine Beschädigung der Folie durch eine entsprechende Wärmeentwicklung verhindert werden kann. Zudem gewährleistet die Folie aus PTFE-Material, insbesondere bei einer direkten Verbindung mit der Grundstruktur, eine hohe Betriebssicherheit bei Brüchen der Grundstruktur, indem eventuelle, sich durch eine Beschädigung aus der Grundstruktur lösende Bestandteile durch die Folie an einer Lageverschiebung oder einem Heraustreten aus der raumbildenden Struktur gehindert werden.
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Darüber hinaus sieht eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass die UV-strahlungsdurchlässige Folie durch Aufschrumpfen mit der Grundstruktur an deren Außenseite verbunden ist. Durch das Aufschrumpfen wird als Vorteil eine besonders einfach bereitstellbare, feste Verbindung zwischen der Folie und der Grundstruktur ermöglicht, ohne dass zusätzliche Verbindungstechniken wie etwa Verkleben angewandt werden müssen. Auf diese Weise können die Bereitstellungskosten für die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich optimiert werden.
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Darüber hinaus wird durch das Aufschrumpfen eine besonders gute Abdichtung der LED UV-Strahlungsquelle gegenüber dem zu behandelnden Medium ermöglicht.
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Die LED UV-Strahlungsquelle ist in einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung dazu in der Lage, UV-Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen zu emittieren. Um eine solche Emission unterschiedlicher Wellenlängen der UV-Strahlung zu generieren, weist die LED UV-Strahlungsquelle vorzugsweise mehrere, UV-LEDs mit unterschiedlicher Wellenlänge auf. Diese können je nach Anwendungsfall zudem räumlich unterschiedlich innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung positioniert angeordnet sein.
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Der technologische Vorteil der selektiven Emission unterschiedlicher Wellenlängen der UV-Strahlung besteht insbesondere darin, dass auf diese Weise die Betriebsweise der Vorrichtung an unterschiedliche Einsatzzwecke und spezifische Resonanzfrequenzen der DNA von in dem jeweiligen Medium zu erwartenden Keimen angepasst werden kann. Die Inaktivierung lässt sich insbesondere bei UV-Bestahlung in deren Resonanzfrequenzen zuverlässig herbeiführen.
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Darüber hinaus besteht ein wesentlicher Vorteil der hier aufgeführten Variante darin, dass insbesondere bei einer Anwendung mehrerer, wellenlängenselektiver UV-LEDs der Nachteil einer Schmalbandigkeit von UV-LEDs überwunden und gleichzeitig die sogenannte Peak-Emissionscharakteristik der UV-LEDs ausgenutzt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung eines Mediums mit UV-Strahlung wird in Ausführungsbeispielen anhand von
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1a Vorrichtung als Durchströmlösung mit innenliegender Folie
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1b Vorrichtung als Durchströmlösung mit aufgeschrumpfter Folie
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2 Vorrichtung als Tauchlösung mit außenliegender Folie
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3 Vorrichtung als Durchströmlösung im gebogenen Zustand näher erläutert.
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Die Ausführungsbeispiele betreffen Anlagen zur Entkeimung von Wasser und weisen gemäß der 1a bis 3 eine raumbildende Struktur 2 sowie eine LED UV-Strahlungsquelle 3 zur Bereitstellung der für die Behandlung erforderlichen UV-Strahlung auf.
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Die raumbildende Struktur 2 wird vorliegend durch eine stabilisierende Grundstruktur 4 mit einer Mehrzahl Durchsetzungen 5, sowie durch eine UV-strahlungsdurchlässige Folie 6 gebildet. Sowohl die Grundstruktur 4, als auch die Folie 6 sind vorliegend elastisch ausgebildet, wobei die Grundstruktur 4 insbesondere aus einem elastischen Kunstoffmaterial und die Folie 6 aus einem PTFE-Material bestehen und wobei durch die Grundtruktur 4 eine Festlegung der räumlichen Anordnung sowie der Form der Folie 6 bereitgestellt wird.
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Zudem weist die LED UV-Strahlungsquelle 3 in allen hier dargestellten Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl UV-LEDs 3.1 in einer, gleichmäßig beabstandeten linearen und zudem gegenüberliegenden Anordnung auf, welche über Verteilereinheiten 3.2 mit dem elektrischen Strom für deren Betrieb versorgt werden. Der besseren Übrrsichtlichkeit halber wurde in den 1a bis 3 auf eine Darstellung der für einen Betrieb der Vorrichtung notwendigen Stromanschlüsse verzichtet. Die Anordnung der UV-LEDs 3.1 erfolgt gemäß den dargestellten Ausführungsbeispielen in den Durchsetzungen 5 der Grundstruktur 4, wobei jede UV-LED 3.1 einer Durchsetzung 5 zugeordnet ist.
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Wie in den 1a bis 3 dargestellt, zeichnet sich das Ausführungsbeispiel ferner dadurch aus, dass mittels der Folie 6 eine Trennung der LED UV-Strahlungsquelle 3 von dem zu behandelnden Medium erfolgt und dass die erforderliche UV-Strahlung durch die Durchsetzungen 5 hindurch in das zu behandelnde Medium einbringbar ist.
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Die Behandlung des jeweiligen Mediums erfolgt in einem Behandlungsraum 1, in welchem das Medium aufnehmbar ist. Die 1a, 1b und 3 zeigen vorliegend Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welchen der Behandlungsraum 1 innerhalb der Vorrichtung angeordnet ist und bei welchen das jeweils zu behandelnde Medium den Behandlungsraum 1 während einer Bestrahlung mit UV-Strahlung durchströmt. Derartige Ausführungsvarianten eignen sich insbesondere zur Behandlung von Trinkwasser in einem Trinkwassersystem, wobei die Vorrichtung vorzugsweise im Bereich der Trinkwasserentnahme angeordnet wird.
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Konkret zeigt 1a ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, bei welchem die Folie 6 auf der Innenseite der raumbildenden Struktur 2 angeordnet und, beispielsweise mittels Verkleben oder Verschweißen, mit der Grundstruktur 4 verbunden ist. Zudem weist die Vorrichtung in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 7 auf, welches die raumbildende Struktur 2 sowie die LED UV-Strahlungsquelle 3 umschließt und somit die Abdichtung der raumbildenden Struktur 2 und der LED UV-Strahlungsquelle 3 nach Außen bereitstellt.
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Demgegenüber zeigt 1b ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, bei welchem die Folie 6 mit der Grundstruktur 4 durch Aufschrumpfen auf deren Außenseite verbunden ist. Das Aufschrumpfen der Folie 6 auf die Grundstruktur 4 bietet hierbei den besonderen Vorteil, dass zum einen auf zusätzliche Verbindungsmittel wie Kleber verzichtet und gleichzeitig eine besonders gute Abdichtung der LED UV-Strahlungsquelle 3 gegenüber dem zu behandelnden Medium bereitstellbar ist. Auch im Ausführungsbeispiel gemäß 1b weist die Vorrichtung ein Gehäuse 7 auf, welches die raumbildende Struktur 2 und die LED UV-Strahlungsquelle 3 umschließt und diese Komponenten somit nach Außen abdichtet.
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Das in den 1a und 1b dargestellte Gehäuse 7 besteht vorzugsweise aus einem flexiblen Material wie beispielsweise Gummi oder Elastomer.
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2 zeigt vorliegend ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, bei welcher diese als Tauchlösung zum Einbringen in ein Behältnis 8 ausgebildet ist. Das Behältnis 8 dient hierbei zur Aufnahme des zu behandelnden Mediums, wobei der Behandlungsraum 1 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Raum zwischen der raumbildenden Struktur 2 und den Innenwandungen des Behältnisses 8 gebildet wird. Auch im vorliegenden Fall wird durch die Folie 6 die Abdichtung der LED UV-Strahlungsquelle 3 gegenüber dem zu behandelnden Medium bereitgestellt, wobei die durch die LED UV-Strahlungsquelle 3 emittierbare UV-Strahlung durch die Durchsetzungen 5 und die Folie 6 hindurch in das zu behandelnde Medium einbringbar ist.
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In 3 ist ebenfalls ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitstellung einer Durchströmlösung dargestellt, wobei die Vorrichtung in diesem Fall explizit kein außenliegendes Gehäuse aufweist und wobei die Vorrichtung in einem gekrümmten Zustand dargestellt ist. Vielmehr wird die Vorrichtung nach Außen durch die Abschnitte der Grundstruktur 4 und die Verteilereinheiten 3.2 begrenzt. Zur Bereitstellung einer elastischen Verformbarkeit der Vorrichtung bestehen vorliegend auch die Verteilereinheiten 3.2 aus einem flexibel nachgebenden Material.
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Die in 3 aufgezeigte Variante der Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Schlauch (nicht dargestellt), wobei die Vorrichtung aufgrund der elastischen Ausbildung der raumbildenden Struktur 2 und der Verteilereinheiten 3.2 dazu in der Lage ist, Verformungen des Schlauchs aufzunehmen ohne dass es zu Beschädigungen innerhalb der Vorrichtung kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behandlungsraum
- 2
- raumbildende Struktur
- 3
- LED UV-Strahlungsquelle
- 3.1
- UV-LEDs
- 3.2
- Verteilereinheiten
- 4
- Grundstruktur
- 5
- Durchsetzung
- 6
- Folie
- 7
- Gehäuse
- 8
- Behältnis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0146783 A1 [0004]
