DE102017131306A1 - Device for disinfecting liquid in a vessel - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (CAP) zur Desinfektion von Flüssigkeit in einem Gefäß (BOT), die Folgendes umfasst: mindestens eine Lichtquelle (LUX) für ultraviolettes Licht und eine Kontrolleinheit (CON) zum Ein- und Ausschalten der Lichtquelle (LUX), gekennzeichnet durch einen Bewegungsdetektor (BWS), wobei die Kontrolleinheit (CON) ausgebildet ist, die Lichtquelle (LUX) nicht einzuschalten, wenn der Bewegungsdetektor (BWS) keine Bewegung detektiert.Vorteilhaft ist, dass der Nutzer wirklich gezwungen wird, das Gefäß zur Desinfektion zu schütteln. Damit sorgt er für eine ständige Durchmischung der Flüssigkeit, so dass sichergestellt ist, dass alle Bereiche des Flüssigkeitsvolumens ausreichend bestrahlt werden.The present invention relates to a device (CAP) for the disinfection of liquid in a vessel (BOT), comprising: at least one light source (LUX) for ultraviolet light and a control unit (CON) for switching on and off the light source (LUX), characterized by a motion detector (BWS), wherein the control unit (CON) is configured not to turn on the light source (LUX) when the motion detector (BWS) detects no movement. Beneficially, the user is really forced to sanitize the vessel shake. This ensures that the liquid is constantly mixed so that it is ensured that all areas of the liquid volume are sufficiently irradiated.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtung zur Desinfektion von Flüssigkeit in einem Gefäß.The present invention relates to apparatus for disinfecting liquid in a vessel.
Technischer HintergrundTechnical background
Es gibt verschiedene Ansätze, Flüssigkeit in einem Gefäß zu desinfizieren. Ein Beispiel ist die Sterilisation unter Verwendung von ultraviolettem Licht, UV-Licht, insbesondere UV-Licht im fernen ultravioletten Bereich, insbesondere UVC- oder UVB-Licht, mit einer entsprechend hohen Dosis. Lichtquellen für UV-Licht basieren beispielsweise auf ultravioletten Quecksilbergaslampen. Da Quecksilbergaslampen jedoch toxische Bestandteile umfassen und leicht zerbrechlich sind, werden auch ultraviolette Leuchtdioden, UV-LED beziehungsweise UVC- und UVB-LED, beispielsweise Gallium-Nitrid basierte UVC- und UVB-LED, eingesetzt.There are several approaches to disinfecting liquid in a vessel. An example is the sterilization using ultraviolet light, UV light, in particular UV light in the far ultraviolet range, in particular UVC or UVB light, with a correspondingly high dose. UV light sources are based, for example, on ultraviolet mercury gas lamps. However, since mercury gas lamps include toxic ingredients and are easily fragile, ultraviolet LEDs, UV LEDs, UVC and UVB LEDs, such as gallium nitride based UVC and UVB LEDs are also used.
Zur Desinfektion wird die UV-Lichtquelle in die Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, im Gefäß eingetaucht. Dann wird die Flüssigkeit für eine vorbestimmte Dauer bestrahlt und so desinfiziert. Die Dosisleistung der UV-Lichtquelle ist dabei an das Gefäß angepasst und so groß gewählt, dass die Flüssigkeit nach der vorbestimmten Dauer sicher desinfiziert ist.For disinfection, the UV light source is immersed in the liquid, for example water, in the vessel. Then the liquid is irradiated for a predetermined duration and so disinfected. The dose rate of the UV light source is adapted to the vessel and chosen so large that the liquid is safely disinfected after the predetermined duration.
M.A. Würtele, et al. beschreiben in Application of GaN-based deep ultraviolet light emitting diodes - UV-LEDs - for Water disinfection, Water Research 45, 1481 (2011) Versuche zur generellen Effizienz der Wasserdesinfektion mit UV-LEDs.M.A. Würtele, et al. describe in Application of GaN-based deep ultraviolet light emitting diodes - UV-LEDs - for Water Disinfection, Water Research 45, 1481 (2011) Experiments on the general efficiency of water disinfection with UV-LEDs.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zur sicheren, effizienten und energiesparsamen Desinfektion von Flüssigkeit in einem Gefäß vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst dabei mindestens eine Lichtquelle für ultraviolettes Licht und eine Kontrolleinheit zum Ein- und Ausschalten der Lichtquelle. Die Vorrichtung umfasst zudem einen Bewegungsdetektor, wobei die Kontrolleinheit ausgebildet ist, die Lichtquelle nicht einzuschalten, wenn der Bewegungsdetektor keine Bewegung detektiert.According to the invention, a device according to
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Nutzer wirklich gezwungen wird, das Gefäß zur Desinfektion zu schütteln. Damit sorgt er für eine ständige Durchmischung der Flüssigkeit, so dass sichergestellt ist, dass alle Bereiche des Flüssigkeitsvolumens ausreichend bestrahlt werden.Advantage of the present invention is that the user is really forced to shake the vessel for disinfection. This ensures that the liquid is constantly mixed so that it is ensured that all areas of the liquid volume are sufficiently irradiated.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontrolleinheit ausgebildet, die Lichtquelle nach einer detektierten Bewegung einzuschalten und für eine vorbestimmte Dauer nicht auszuschalten.In a preferred embodiment, the control unit is configured to turn on the light source after a detected movement and not turn off for a predetermined period.
Dabei kann die vorbestimmte Dauer so vorbestimmt sein, dass die Flüssigkeit nach der vorbestimmten Dauer sicher desinfiziert ist.In this case, the predetermined duration may be predetermined so that the liquid is safely disinfected after the predetermined duration.
Die Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, die Lichtquelle nach der vorbestimmten Dauer abzuschalten, sofern in der vorbestimmten Dauer keine weitere Bewegung detektiert wurde.The control unit may be configured to switch off the light source after the predetermined duration, provided no further movement has been detected in the predetermined duration.
Die vorbestimmte Dauer kann mindestens 2 Sekunden, bevorzugt mindestens 4 Sekunden, und höchstens 10 Sekunden, bevorzugt höchstens 5 Sekunden, dauern.The predetermined duration may last at least 2 seconds, preferably at least 4 seconds, and at most 10 seconds, preferably at most 5 seconds.
Die Vorrichtung kann weiterhin einen Schalter umfassen, wobei die Desinfektion nur erfolgt, wenn der Schalter eingeschaltet ist.The device may further comprise a switch, the disinfection only taking place when the switch is turned on.
Die Lichtquelle kann mindestens eine ultraviolette Leuchtdiode umfassen, die ausgebildet ist in einem Wellenlängenbereich von 240 bis 300 nm zu emittieren.The light source may include at least one ultraviolet light emitting diode configured to emit in a wavelength range of 240 to 300 nm.
Die Vorrichtung kann als Deckel des Gefäßes so ausgebildet sein, dass sie auf ein Außengewinde einer kreisrunden Öffnung des Gefäßes aufgeschraubt werden und die Öffnung flüssigkeitsdicht durch die Vorrichtung verschlossen werden kann.The device may be formed as a lid of the vessel so that they are screwed onto an external thread of a circular opening of the vessel and the opening can be sealed liquid-tight by the device.
Die Vorrichtung kann weiterhin einen Druckschalter umfassen, der vom Gefäßdeckel eingedrückt werden kann, wenn das Außengewinde auf das Innengewinde geschraubt ist. Die Kontrolleinheit weiterhin ausgebildet sein, die Lichtquelle nur einzuschalten, wenn der Druckschalter eingedrückt ist.The device may further comprise a pressure switch which can be pressed by the vessel lid when the external thread is screwed onto the internal thread. The control unit may be further configured to turn on the light source only when the push button is depressed.
Die Kontrolleinheit kann weiterhin ausgebildet sein, die Desinfektion zu steuern und/oder eine UVC-Dosisleistung zu bestimmen.The control unit can furthermore be designed to control the disinfection and / or to determine a UVC dose rate.
Die Kontrolleinheit kann weiterhin ausgebildet sein, die bestimmte Bewegungsdauer mit einer für die Desinfektion notwendigen Mindestbewegungsdauer und/oder die bestimmte UVC-Dosisleistung mit einer für die Desinfektion notwendigen Mindestdosisleistung zu vergleichen.The control unit can furthermore be designed to compare the specific duration of movement with a minimum movement duration necessary for the disinfection and / or the specific UVC dose rate with a minimum dose rate necessary for the disinfection.
Die Vorrichtung kann weiterhin ein Anzeigemittel umfassen, wobei die Kontrolleinheit ausgebildet sein kann, bei Unterschreiten der Mindestdosisleistung und/oder Unterschreiten einer Mindestbewegungsdauer, das Anzeigemittel so anzusteuern, dass angezeigt wird, dass die Desinfektion unvollständig ist. Die Kontrolleinheit kann zusätzlich oder alternativ ausgebildet sein, bei Erreichen und/oder Überschreiten der Mindestdosisleistung über die gesamte Mindestbewegungsdauer, das Anzeigemittel so anzusteuern, dass angezeigt wird, dass die Flüssigkeit sicher desinfiziert ist.The device may further comprise a display means, wherein the control unit may be configured, when falling below the minimum dose rate and / or falls below a minimum movement duration, the display means to control so that it is indicated that the disinfection is incomplete. The control unit may additionally or alternatively be designed, upon reaching and / or exceeding the minimum dose rate over the entire minimum movement duration to control the display means so that it is indicated that the liquid is safely disinfected.
Das Anzeigemittel unterschiedlich farbige Leuchtdioden umfassen und/oder die Kontrolleinheit kann einen Mikro-Controller umfassen. The display means comprise differently colored light emitting diodes and / or the control unit may comprise a microcontroller.
Die Vorrichtung kann mindestens einen Photodetektor zur Erfassung der UVC-Dosisleistung umfassen.The device may include at least one photodetector for detecting UVC dose rate.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Skizze eines optimalen Wirkungsspektrum für die UV-Desinfektion, -
2 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und -
3 eine Dimensionierung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
-
1 a sketch of an optimal spectrum of action for UV disinfection, -
2 schematically an embodiment of the invention and -
3 a dimensioning of an embodiment of the invention.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind damit befasst, ein UV-LED Modul mit einer Monitoring-Einheit zu realisieren, dass einfache, sichere und effiziente Desinfektion von Flüssigkeiten in einem Gefäß ermöglicht. Ein Beispiel wäre ein Modul zur Desinfektion von Trinkwasser in Flaschen, wie sie z.B. bei Outdoor-Anwendungen oder wiederverwendbaren Glasflaschen als Lifestyle-Produkt oder Babyflaschen genutzt werden. The embodiments of the present invention are concerned with realizing a UV-LED module with a monitoring unit that allows easy, safe and efficient disinfection of liquids in a vessel. An example would be a module for disinfecting bottled drinking water, e.g. used in outdoor applications or reusable glass bottles as a lifestyle product or baby bottles.
Die UV-Desinfektion erfolgt beispielsweise über UV-LEDs. Die Emissionswellenlängen der UV-LEDs liegen beispielsweise im Bereich 240 nm bis 300 nm, bevorzugt mit einem Peak zwischen 260 nm und 285 nm, entsprechend dem optimalen Wirkungsspektrum für die UV-Desinfektion, welches beispielhaft in
In
Um eine einfache Handhabung und Integration mit der Batterie, den Monitoring Sensoren, Steuerelektronik und Display zu ermöglichen, können alle Komponenten im Gefäß-Deckel integriert sein.
Der in
In den Gefäßdeckel
Vorzugsweise muss auch das Gefäß
Die Kontrolleinheit
Der zusätzlich im Beispiel der
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Nutzer wirklich gezwungen wird, die Flasche zur Desinfektion zu schütteln. Damit sorgt er für eine ständige Durchmischung des Wassers und es ist sichergestellt, dass alle Bereiche des Wasservolumens ausreichend bestrahlt werden.Advantage of the present invention is that the user is really forced to shake the bottle for disinfection. It ensures a constant mixing of the water and it is ensured that all areas of the water volume are sufficiently irradiated.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem ersten speziellen Ausführungsbeispiel ein UV-LED Modul mit einer Monitoring-Einheit sein, das für ein Wasservolumen von 0,5 - 1 Liter ausgelegt sein kann.The device according to the present invention can be in a first specific embodiment, a UV-LED module with a monitoring unit that can be designed for a water volume of 0.5 - 1 liter.
Das UV-LED Modul ist beispielsweise für eine kreiszylindrische Flasche mit 7 cm Durchmesser und 22 cm Höhe ausgelegt, die bei einem Wasservolumen von 0,7 Liter bis 18 cm Höhe befüllt ist und einer Wasseroberfläche von etwa 38,5 cm2 aufweist.The UV-LED module is designed, for example, for a circular-cylindrical bottle 7 cm in diameter and 22 cm in height, which is filled at a water volume of 0.7 liters to 18 cm in height and has a water surface of about 38.5 cm 2 .
Das UV-LED Modul umfasst beispielsweise vier UVC- bzw. UVB-LED mit je 10 mW Leistung bei 9V Betriebsspannung, 280 nm Wellenlänge und 100mA Stromstärke und also einer externen Quanteneffizienz von 2,3%. Wenn die LEDs Lichtleistung gleichmäßig auf die Wasseroberfläche verteilt ist, beträgt die eingestrahlte Leistung etwa 1 mW/cm2. Für die sichere Unschädlichmachung der meisten Bakterien, Viren oder Sporen durch eine 4-log Reduktion ist eine UV-Mindestdosisleistung von mindestens 40 mJ/cm2 notwendig. Um diese notwendige UV-Mindestdosisleistung zu erreichen, muss das UV-LED Modul die Wasseroberfläche also 40 Sekunden lang beleuchten, während die Flasche dabei bewegt wird.The UV LED module includes, for example, four UVC or UVB LEDs each with 10 mW power at 9V operating voltage, 280 nm wavelength and 100mA current and thus an external quantum efficiency of 2.3%. If the LEDs light output is evenly distributed on the water surface, the radiated power is about 1 mW / cm 2 . For the safe neutralization of most bacteria, viruses or spores by a 4-log reduction, a minimum UV dose rate of at least 40 mJ / cm 2 is necessary. In order to achieve this necessary minimum UV dose rate, the UV LED module must illuminate the water surface for 40 seconds while the bottle is being moved.
Bei Verwendung effizienterer UVC- bzw. UVB-LEDs kann die Zahl der LEDs im Modul und/oder die Mindestbewegungsdauer, in der das Wasservolumen bewegt werden muss, verringert werden.Using more efficient UVC or UVB LEDs can reduce the number of LEDs in the module and / or the minimum movement time in which the water volume must be moved.
Werden beispielsweise, in einem zweiten speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung, zwei UVC- bzw. UVB-LEDs mit einer externen Quanteneffizienz von 10% verwendet, so strahlen diese je 44 mW Leistung bei 100 mA Stromstärke und 9V Betriebsspannung ab und die notwendige UV-Dosisleistung von 40 mJ/cm2 ist bereits nach 20 Sekunden beleuchten unter Schütteln der Flasche erreicht.If, for example, in a second specific embodiment of the invention, two UVC or UVB LEDs with an external quantum efficiency of 10% are used, they emit 44 mW of power at 100 mA current and 9V operating voltage and the necessary UV dose rate of 40 mJ / cm 2 is already illuminated after 20 seconds while shaking the bottle.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise eine Batterie umfassen und batteriegetrieben funktionieren. Die Zahl der mit einem Batteriesatz durchführbaren Desinfektionszyklen ist dann begrenzt. In einem Ausführungsbeispiel ist die Batterie daher wiederaufladbar und die Vorrichtung weist dann einen USB-Anschluss auf, über den die Batterie wiederaufgeladen werden kann.For example, the device according to the present invention may comprise a battery and operate battery-powered. The number of disinfection cycles that can be carried out with one battery set is then limited. In one embodiment, therefore, the battery is rechargeable and the device then has a USB port through which the battery can be recharged.
In einer Weiterbildung des ersten speziellen Ausführungsbeispiels umfasst dieses eine 9V Batterie mit der die Wasseroberfläche etwa 1h, entsprechend etwa 90 Desinfektionszyklen mit je 40 Sekunden, mit 1 mW/cm2 bestrahlt werden kann.In a further development of the first specific exemplary embodiment, this comprises a 9V battery with which the water surface can be irradiated with 1 mW / cm 2 for approximately 1 hour, corresponding to approximately 90 disinfection cycles of 40 seconds each.
In einer Weiterbildung des zweiten speziellen Ausführungsbeispiels umfasst dieses eine 9V Batterie mit der die Wasseroberfläche etwa 2h, entsprechend etwa 360 Desinfektionszyklen mit je 20 Sekunden, mit 1 mW/cm2 bestrahlt werden kann.In a further development of the second specific embodiment, this comprises a 9V battery with which the water surface can be irradiated with 1 mW / cm 2 for about 2 hours, corresponding to about 360 disinfection cycles with 20 seconds each.
Die 9V - Batterie kann beispielsweise sechs AAA- oder AA-Batterien mit je 1,5 V Ausgangsspannung umfassen.For example, the 9V battery can include six AAA or AA batteries, each with 1.5V output.
Die Betriebsspannung von 9 V ist lediglich beispielhaft. Die jeweils zu verwendende Betriebsspannung ist durch die von der Lichtquelle benötigte Spannung bestimmt.The operating voltage of 9 V is merely exemplary. The operating voltage to be used in each case is determined by the voltage required by the light source.
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WO2019129668A1 (en) | 2019-07-04 |
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