DE102018221634A1

DE102018221634A1 - Vorrichtung zum entkeimen eines fluids

Info

Publication number: DE102018221634A1
Application number: DE102018221634.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Stange; Ulrich Hartwig
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-18
Also published as: CN111320230A

Abstract

Eine Vorrichtung (1, 1', 1", 1"', 1"") zum Entkeimen eines Fluids, umfasst ein Behältnis (2, 2', 2", 2"', 2"") zum Aufnehmen des Fluids, wobei das Behältnis eine einen Innenraum (24) einhüllende Außenwand (12) besitzt, sowie eine Lichtquelle (8) umfassend wenigstens eine LED (8a-k,n), wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-Strahlung über eine Außenwand (12) des Behältnisses beziehungsweise von einer entsprechenden Position nahe der Außenwand aus mit einer Strahlungscharakteristik in einen Innenraum des Behältnisses abzugeben, um das darin enthaltene Fluid zu bestrahlen. Eine dem Innenraum (24) zugewandte Oberfläche (14) der Außenwand (12) besitzt in zumindest einem Teilabschnitt (18, 20, 32, 48) eine Form, die im Wesentlichen an die Strahlungscharakteristik des in den Innenraum (24) abgegebenen Lichts angepasst ist. Vorzugsweise ist die Form der Oberfläche (14) im Wesentlichen an eine Iso-Intensitätsfläche (11, 12, 13, 14) oder eine Einhüllende (44) eine Strahlenbündels des von der Lichtquelle (8) in den Innenraum abgegebenen Lichts angepasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entkeimen eines Fluids, die ein Behältnis zum Aufnehmen des Fluids mit einer einen Innenraum einhüllenden Außenwand und eine Lichtquelle aufweist, die wenigstens eine LED umfasst und konfiguriert ist, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-Strahlung, vorzugsweise der UV-C Strahlung über eine Außenwand des Behältnisses beziehungsweise von einer entsprechenden Position nahe der Außenwand aus in einen Innenraum des Behältnisses abzugeben, um das darin enthaltene Fluid zu bestrahlen. Solche Vorrichtungen werden auch als UV-Reaktoren bezeichnet.
Stand der Technik
Es ist bekannt, UV-Reaktoren zur Aufbereitung von Trinkwasser oder zur Sterilisation bzw. Entkeimung von Brauchwasser in Spülmaschinen etc. einzusetzen. Durch die auf das Fluid einwirkende UV-Strahlung können darin enthaltene Mikroorganismen, insbesondere Viren, Bakterien oder Pilze inaktiviert werden. Die entsprechenden Keime werden dabei durch die UV-Strahlung entweder unmittelbar abgetötet oder zumindest hinsichtlich ihrer DNA geschädigt und damit an der Replikation gehindert. Besonders wirksam erweist sich dabei die Strahlung im Wellenlängenbereich von 200 nm bis 280 nm, die gem. DIN 5031-7 auch als Ferne UV bzw. FUV-Strahlung bezeichnet wird. Hinzu kommt der sich daran anschließende Bereich von 100 nm bis 200 nm, der entsprechend als Vakuum UV bzw. VUV-Strahlung bezeichnet wird.
Weiterhin ist UV-Strahlung im Bereich 249 nm bis 338 nm gegenüber Bakterien auf Biofilmen wirksam, wobei sich der Wellenlängenbereich zwischen 292 nm bis 306 nm durch eine besonders hohe Wirksamkeit auszeichnet, mit einem Wirksamkeitsmaximum bei 296 nm. Biofilme sind in dieser Anmeldung unter der Bezeichnung nicht-flüssige Fluide mit eingeschlossen. Strahlung dieser Wellenlänge wird in der Erdatmosphäre absorbiert, so dass die meisten Mikroorgansimen dagegen keine Resistenzen gebildet haben. DNA absorbiert Strahlung insbesondere in einem Maximum, das bei etwa 260 bis 270 nm liegt.
Die oben angegebenen Wellenlängenbereiche bis hin zu 280 nm werden in vorliegender Anmeldung als UV-C Strahlung, jene von 280 nm bis 315 nm als UV-B Strahlung sowie jene von 315 nm bis 380 nm als UV-A Strahlung zusammengefasst und überwiegend in UV-Reaktoren eingesetzt. Für die Zwecke dieser Anmeldung wird auch der Bereich von 10 nm bis 121 nm (Extremes Ultraviolett) von dem hier verwendeten Begriff UV-C Strahlung erfasst.
Im UV-C Wellenlängenbereich können auch Strahlung emittierende LEDs (Licht emittierende Dioden) zur Sterilisation bzw. Entkeimung von Fluiden verwendet werden. Bei den LEDs kommen dabei Materialen zum Einsatz, deren Bandlücke - übertragen in Wellenlängen - in den Bereich der UV-C-Strahlung fällt, beispielsweise Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN; darunter AIN: 6,1 eV und GaN: 3,45 eV, d. h. ab etwa 210 nm), oder hexagonales Bornitrid (hBN; 5,8 eV, d. h., etwa 215 nm), etc. Während die Betriebsdauern mehrere 10.000 Stunden betragen können, liegt die Effizienz (abgegebene Strahlung pro eingesetzter Energie) der LEDs im UV-C-Bereich allerdings derzeit noch unter derjenigen konventioneller Quecksilberniederdrucklampen. Außerdem nimmt die Effizienz zu immer kürzeren Wellenlängen hin immer noch dramatisch abnimmt, allerdings werden hier weiter Fortschritte erzielt.
Infolgedessen wird es gerade beim Einsatz von LEDs bei der Entkeimung notwendig, den im Reaktor vom zu entkeimenden Fluid durchflossenen (oder dieses enthaltenden) Innenraum möglichst effektiv auszuleuchten. Üblicherweise gelingt dies nur unter hohem Aufwand, wenn eine Vielzahl von leuchtstarken LEDs eingesetzt wird, die an unterschiedlichen Seitenflächen eines entsprechenden Behältnisses vorgesehen sind. Die Geometrien beispielsweise von Durchflussreaktoren weisen im Allgemeinen einfache Kreisquerschnitte oder reguläre Polygonale Querschnitte (z. B., Quadrate) auf. Unter weiterer Beachtung der zusätzlichen Lichtbrechung bei dem im Regelfall von außen eingestrahlten Licht können daher leicht Nischen im Innenraum entstehen, die im Ergebnis nicht oder nur schwach und daher unzureichend mit UV-Strahlung ausgeleuchtet sind. Infolgedessen können sich gerade dort Keime ansiedeln oder Biofilme entstehen.
Als Maßnahmen gegen diese Bildung von Nischen kommen optische Elemente in Frage, die die Strahlung im Innenraum des Behältnisses bzw. Reaktors in geeigneter Weise verteilen. Beispielweise können Linsen die einfallende Strahlung aufweiten. Alternativ können Spiegel verwendet werden, die häufig durch die einer LED gegenüberliegende Reaktorwand gebildet werden, indem diese z. B. mit einem geeigneten Material beschichtet wird. Die innere Reaktorwandoberfläche kann dann die einfallende Strahlung gerade auch in Richtung der Nischen reflektieren oder allgemein das Licht diffus rückstreuen.
Diese Maßnahmen können aber zum einen Teil sehr aufwändig sein, zum anderen Teil kann sich ein komplexes Strahlungsfeld ausbilden, das zudem abhängig von der Transmission des betreffenden Fluids ist. Folglich kann nicht immer ausgeschlossen werden, dass Nischen entstehen, in denen Keime oder Biofilme entstehen, so dass entkeimtes mit nicht-entkeimtem Fluid vermischt wird.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Entkeimen eines Fluids bereitzustellen, bei der eine Bildung nicht ausgeleuchteter Nischen vermieden und stattdessen eine ausreichende Beleuchtung eines vollständigen Querschnitts durch den Innenraum gewährleistet wird. Es ist auch eine Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Entkeimen eines Fluids mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein entsprechendes Verfahren gemäß Patentanspruch 18. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ausgangspunkt ist eine Vorrichtung zum Entkeimen eines Fluids, das ein Behältnis zum Aufnehmen des Fluids umfasst, wobei das Behältnis eine einen Innenraum einhüllende Außenwand besitzt. Es kann sich dabei um einen Durchflussreaktor wie aber auch um einen wiederbefüllbaren Tank als UV-Reaktor handeln. Im Fall des wiederbefüllbaren Tanks kann das Fluid zuerst eingefüllt werden, während der Entkeimung im Behältnis stehen und nachher ausgelassen werden.
Ferner ist eine Lichtquelle vorgesehen, die wenigstens eine LED umfasst. Die Lichtquelle ist ausgelegt, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV Strahlung über eine Außenwand des Behältnisses beziehungsweise von einer entsprechenden Position nahe der Außenwand aus mit einer Strahlungscharakteristik in einen Innenraum des Behältnisses abzugeben, um das darin enthaltene Fluid zu bestrahlen. Bevorzugt emittiert die LED Licht der UV-C Strahlung im Wellenlängenbereich von 10 nm bis 280 nm. Bestimmten Ausführungsformen der Erfindung zufolge kann auch der Bereich der UV-B Strahlung (280 nm bis 315 nm, „mittleres UV“ nach DIN 5031-7) oder auch der UV-A Strahlung (315 nm bis 380 nm) mit umfasst sein. Im Hinblick auf die Entstehung der Biofilme ist der Wellenlängenbereich bis 338 nm umfasst.
Entsprechend ist die Außenwand des Behältnisses bzw. des eigentlichen Reaktors dazu insbesondere gegenüber UV-C bzw. UV-B und/oder ggf. der UV-A Strahlung im Wesentlichen transparent. Abhängig von Wandmaterial und -dicke sowie der Reflexion an der Außenwand bei Schrägeinfall des Lichts beträgt die wellenlängenabhängige Transmission z. B. mehr als 50 %, vorzugsweise mehr als 80 % oder sogar mehr als 90 %. Unterhalb von Wellenlängen von 300 nm des von den UV-LEDs eingestrahlten Lichts sind beispielsweise unter anderem Quarz- oder hochborhaltige Borsilicatgläser, Kalziumfluorid, Saphir oder auch Natrium-Kalium-Silicatglas etc. transparent und infolgedessen als Material für die Außenwand des Behältnisses geeignet.
Erfindungsgemäß ist nun in dieser Vorrichtung bzw. in diesem UV-Reaktor vorgesehen, dass eine dem Innenraum zugewandte Oberfläche der Außenwand in zumindest einem Teilabschnitt eine speziell angepasste Form besitzt. Die Anpassung der Form ist im Wesentlichen an das Strahlungsfeld des von der Lichtquelle in den Innenraum abgegebenen Lichts erfolgt. Das Strahlungsfeld gibt die Verteilung der Strahlungsintensitäten an den verschiedenen Positionen in dem Innenraum wieder. Die Intensität ist hierbei im Sinne einer Strahlungsleistung der UV-Quelle pro Fläche zu verstehen. Im UV-Bereich entspricht die Strahlungsintensität als physikalische Größe der Lichtstärke im visuellen Bereich. Das Strahlungsfeld bzw. die Verteilung der Strahlungsintensität über die verschiedenen Positionen im Innenraum des Behältnisses wird hier zusätzlich zur Strahlungscharakteristik der eigentlichen Lichtquelle (Verteilung der Intensitäten in Raumrichtungen, z. B. durch LED ggf. mit optischer Anordnung) noch durch Eigenschaften des betreffenden transparenten Einkoppelfensters des Behältnisses bestimmt. Diese Eigenschaften können das einfallende UV-Licht beeinträchtigen (Absorption, Transmission, Reflexion oder Spiegelung, Interferenzen, Beugung, Streuung, etc.).
Darüber hinaus kann auch eine durch die Trübung des Fluids verursachte Transmission vorgegeben werden, auf deren Grundlage sich das Strahlungsfeld im Innenraum bestimmt. Gegenüberliegende rückstreuende oder reflektierende Beschichtungen auf der inneren Oberfläche der Außenwand des Behältnisses bzw. Reaktors werden als Teil der Lichtquelle betrachtet.
Einem Aspekt der Erfindung zufolge kann lediglich ein Teilabschnitt der Innenoberfläche der Außenwand hinsichtlich seiner Form wie beschrieben angepasst sein, z. B. lediglich all solche Teilabschnitte, die sich innerhalb eines vorgegebenen Abstands von der Lichtquelle befinden, z. B. innerhalb 10 mm oder mehr und/oder innerhalb von 20 cm oder weniger. Die Teilabschnitte können auch jeweils in sich geschlossene geometrische Formen festlegen, z. B. Zylinder- oder Kegelmantelflächen, Kugelsegmentflächen, etc.), die zusammengesetzt die Innenoberfläche des Behältnisses ausbilden.
Einem anderen Aspekt der Erfindung zufolge kann die Innenoberfläche der Außenwand hinsichtlich ihrer Form in allen möglichen Teilabschnitten, d. h., die vollständige Innenoberfläche, an das Strahlungsfeld angepasst sein.
Ein Grundprinzip der Erfindung besteht darin, dass nicht mehr ein Behältnis mit vorbestimmter Form der Innenoberfläche vorgegeben wird, an welches dann die Lichtquelle mit bestmöglichen Maßnahmen im Hinblick auf Positionierung, Strahlrichtung etc. angepasst wird, sondern dass umgekehrt vielmehr die Lichtquelle den Ausgangspunkt der Überlegungen darstellt, und die Form des Behältnisses dann an das resultierende Strahlungsfeld angepasst ist. Da die Anpassung der Form des Behältnisses selbst Rückwirkungen auf das Strahlungsfeld ausübt, kann das Design dieser Vorrichtung durchaus auch ein iterativer Prozess sein.
Im Ergebnis kann dadurch erreicht werden, dass für das Strahlungsfeld eine Mindestintensität vorgegeben wird, und die Form des Behältnisses an dieses Strahlungsfeld so angepasst ist, dass diese Mindestintensität nirgends im Innenraum unterschritten wird. Das heißt, dass Nischen mit keiner Intensität oder mit Intensitäten unterhalb der Mindestintensität vermieden werden, indem entsprechende Teilräume des Strahlungsfelds vom Innenraum des Behältnisses ausgeklammert werden. Die angestrebte Mindestintensität ist bevorzugt derart dimensioniert, dass weniger als 10 % der Gesamtstrahlung auf die Innenoberfläche der Außenwand fällt, weiter bevorzugt weniger 5 %, noch weiter bevorzugt weniger als 2%. Letztlich soll die Mindestintensität oberhalb einer Schwelle liegen, die für eine ausreichende Entkeimung notwendig ist, also rein beispielsweise eine Reduktion der keimbildenden Einheiten (KBE) um mehr als einen Reduktionsfaktor 10^-4 herbeiführt.
Ein besonderer Vorteil entsteht dadurch, dass das gesamte Volumen oder zumindest jeweils eine gesamter Querschnitt des Innenraums durch die von der UV-Lichtquelle emittierte Strahlung erfasst wird, ohne dass eine Veränderung gerade der Innenoberflächen der Außenwand, beispielsweise durch einen Biofilme, Kalkablagerungen oder sonstige Verschmutzungen, einen nicht mehr kontrollierbaren Einfluss auf das Strahlungsfeld nimmt. Insbesondere wird durch die sichergestellte Mindestintensität gerade an den Innenoberflächen die Bildung von Biofilmen an oder auf diesen vermieden. Dies könnte ansonsten eine Änderung auch des Strahlungsfelds selbst zur Folge haben. Die Biofilmbildung oder die Entstehung anderweitiger Verschmutzungen oder Ablagerungen übt dadurch keinen nennenswerten Einfluss mehr auf die optischen Eigenschaften der Vorrichtung aus.
Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass auf eine komplexe Lichtquelle bzw. eine entsprechende optische Anordnung verzichtet werden kann, mit der das Behältnis ausgeleuchtet wird. Dadurch können Aufwand und Kosten gespart werden.
Ferner wird es möglich, mit Ausnahme des Einkoppelfensters intransparente Materialien für die Außenwand zu verwenden, die insbesondere auch im UV-Bereich eine geringe Reflektivität und eine niedrige Rückstreuung aufzeigen, wie etwa Messing oder Edelstahl. Diese sind in Trinkwasserapplikationen zugelassen, so dass die Vorrichtung gerade dort mit Vorteil einsetzbar ist.
Einer Weiterbildung der Erfindung zufolge ist die Form zumindest des Teilabschnitts der dem Innenraum zugewandten Oberfläche im Wesentlichen an eine Iso-Intensitätsfläche des von der Lichtquelle in den Innenraum abgegebenen Lichts angepasst. Mit anderen Worten, die Intensität des eingestrahlten UV-Lichts am Ort der Innenoberfläche ist zumindest innerhalb des Bereichs des betrachteten Teilabschnitts im Wesentlichen konstant. Die Innenoberfläche folgt - zumindest in diesem Teilbereich - damit Flächen konstanter Intensität. Dadurch wird mit Vorteil eine gleichmäßige und kontrollierte Bestrahlung aller betroffenen Oberflächenbereiche möglich. Die Bildung von Biofilmen oder Keimansammlungen wird wirksam unterbunden. Zudem wird ein größtmögliches Volumen für das Fluid erhalten, da die Form der Oberfläche auf eine solche Iso-Intensitätsfläche „zurückgezogen“ wird, die lediglich einer Mindestintensität entspricht, die gerade erforderlich ist, um Keime in dem UV-Reaktor abzutöten.
Ferner können gemäß dieser Weiterbildung Materialien für das Behältnis eingesetzt werden, die im Hinblick auf Beständigkeit, Integrität und Dauerhaftigkeit allgemein nur eine geringe UV-Dosis vertragen. Für diese ist gewährleistet, dass nur jene Mindestintensität am Ort der Innenoberfläche der Außenwand vorliegt. Einer korrespondierenden Weiterbildung der Erfindung zufolge entspricht die Iso-Intensitätsfläche einem Wert der Intensität größer als null.
Alternativ oder zusätzlich beträgt ein größter Abstand 10 mm oder mehr und/oder 20 cm oder weniger. Bei diesen Abständen und gewöhnlichen Trübungen zu entkeimender Fluide mit Transmissionsgraden von 0,1 bis 0,98 auf 10 mm Fluiddicke kann eine ausreichende Mindestintensität sichergestellt sein.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge umfasst die Lichtquelle zwei oder mehr LEDs, die ausgelegt sind, von unterschiedlichen Positionen aus jeweils über die Außenwand des Behältnisses beziehungsweise von einer entsprechenden Position nahe der Außenwand aus Licht mit einem Strahlungsfeld in den Innenraum des Behältnisses abzugeben, wobei die Form zumindest des Teilabschnitts der dem Innenraum zugewandten Oberfläche der Außenwand im Wesentlichen an eine Iso-Intensitätsfläche des von den LEDs überlagerten Lichts angepasst ist. Das von mehreren LEDs herrührende, überlagerte Strahlungsfeld erlaubt eine bessere und vor allem homogenere Ausleuchtung des Innenraums im UV-Reaktor. Die geometrischen Anforderungen an die angepasste Form der Innenoberflächen sind dadurch einfacher zu erfüllen.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge umfasst die Lichtquelle zwei, drei oder mehr als drei LEDs, die ausgelegt sind, von unterschiedlichen Positionen entlang einer geraden oder gekrümmten Linie aus jeweils Licht über die Außenwand des Behältnisses beziehungsweise von einer entsprechenden Position nahe der Außenwand aus mit einem resultierenden Strahlungsfeld in den Innenraum des Behältnisses abzugeben, wobei die Form der dem Innenraum zugewandten Oberfläche der Außenwand, jeweils betrachtet in Querschnitten des Behältnisses senkrecht zu der Linie, an eine Iso-Intensitätsfläche des von der wenigstens einen LED in den Innenraum abgegebenen Lichts angepasst ist. Dieser Aspekt bezieht sich insbesondere auf einen Durchflussreaktor, bei dem das Behältnis als solches röhrenförmig ausgebildet ist und die LEDs entlang der Längsachse jener Röhre auf einer Line platziert sein können. Hier überlagern sich ggf. nur benachbarte LEDs hinsichtlich des von ihnen erzeugten Strahlungsfelds. Bei diesem Aspekt kommt es vielmehr darauf an, dass jede LED den gerade ihr zugeordneten Querschnitt auf einer gewissen Längendistanz (der z. B. dem Abstand zur nächsten LED auf der Linie entspricht) für sich allein möglichst optimal ausleuchtet. Dazu ist dieser Weiterbildung zufolge der Querschnitt (betrachtet als Raum über die Längendistanz hinweg) hinsichtlich der Form seiner Innenoberfläche an das Strahlungsfeld angepasst.
Die beiden letztgenannten Aspekte (Überlagerung des Strahlungsfelds mehrerer LEDs, Anordnung der LEDs in Reihe entlang Röhre im Durchflussreaktor) können mit Vorteil auch kombiniert werden.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge entspricht die Form der dem Innenraum zugewandten Oberfläche des Behältnisses einer Kegelstumpfform mit einer ebenen oder in den Innenraum hinein gewölbten Deckfläche, einer Mantelfläche und einer ebenen oder aus dem Innenraum herausgewölbten Grundfläche, wobei die Lichtquelle beziehungsweise die wenigstens eine LED an oder nahe der Deckfläche der kegelstumpfförmigen Oberfläche des Behältnisses angeordnet ist. Diese Form hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn nur eine LED oder nur wenige nahe beieinander platzierte LEDs eingesetzt werden, deren durch UV-Licht erzeugtes Strahlungsfeld sich überlagert. Die ebene oder in den Innenraum hinein gewölbte Deckfläche ermöglicht einen kegelförmigen UV-Lichteinfall in den Innenraum, wenn die LED oder die LEDs nahe der Deckfläche als Einkoppelfenster außerhalb des Fensters platziert sind.
Die Mantelfläche ist in Form und Platzierung dem Strahlungskegel angepasst, wobei vorzugsweise die Innenoberfläche auf einer Iso-Intensitätsoberfläche entsprechend einer Mindestintensität wie oben beschrieben liegt, also möglichst nicht gerade im außerhalb des Kegels liegenden Schatten. Die Mantelfläche darf eine geringe Wölbung aufweisen, da mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle die Iso-Intensitätsflächen zur optischen Achse (Kegelstumpfachse) hin von der idealen Kegelform auch zunehmend abweichen.
Auch die Grundfläche kann hier in Form und Platzierung dem Strahlungsfeld angepasst sein. Abhängig von der Abstrahlcharakteristik der LED(s) kann diese Grundfläche aus dem Innenraum herausgewölbt sein, um beispielsweise einer vorgegebenen Iso-Intensitätsfläche zu folgen. Ein Oberflächenpunkt mit dem größten Abstand von der Lichtquelle kann auf der optischen bzw. Kegelstumpfachse liegen.
Das kegelstumpfförmige Behältnis kann ein wiederbefüllbarer Tank mit nur einem Ein-/Auslass sein oder einen Einlass und einen weiteren Auslass besitzen und somit als Durchflussreaktor betrieben werden.
Dieser Aspekt bzw. diese Weiterbildung bringt den besonderen Vorteil mit sich, dass im Wesentlichen die komplette Innenoberfläche des Behältnisses auf einer Iso-Intensitätsoberfläche liegen kann - mit Ausnahme natürlich des transparenten Einkoppelfensters, d. h. der Deckfläche, und optionaler Ein- und/oder Auslässe. Die Vermeidung der Keimbildung und/oder Entstehung von Biofilmen ist hier besonders effizient. Gleichzeitig wird hier ein gutes Verhältnis von eingesetztem Außenwandmaterial zu eingeschlossenem Volumen erzielt, während ein nur geringer Aufwand im Hinblick auf die Struktur der LED-Anordnung entsteht.
Einer Weiterbildung des vorbeschriebenen Aspekts der Erfindung zufolge (d. h. der Kegelstumpfform) weist die Mantelfläche einen halben Öffnungswinkel θ auf, wobei der halbe Öffnungswinkel θ im Wesentlichen dem Winkel der Totalreflexion entspricht, der für eine Grenzfläche zwischen dem Fluid und Luft gilt. Diese Eigenschaft gewährleistet, dass die Innenoberfläche der Außenwand der Mantelfläche des Kegelstumpfs gerade auf die Lichtschattengrenze des einfallenden Lichts fällt.
Der halbe Öffnungswinkel θ kann in dem speziellen Fall von Wasser und Luft beispielsweise zwischen 40° und 55° betragen, vorzugsweise zwischen 45° und 50°, weiter vorzugsweise zwischen 48° und 49°, am bevorzugtesten zwischen 48,5° und 48,8°. Der exakte Wert für die Totalreflexion an der Grenze zwischen Luft (Normbedingung) und flüssigem, reinen Wasser beträgt etwa 48,75°.
Einer weiteren Weiterbildung des vorbeschriebenen Aspekts betreffend die Kegelstumpfform zufolge besitzt die Grundfläche der kegelstumpfförmigen Oberfläche die Form einer aus dem Innenraum herausgewölbten Kugeloberfläche mit einem Kugelradius r. Zusammen mit der Mantelfläche ergibt sich dadurch eine einfache geometrische Form für das Behältnis, die zudem ein vergleichsweise großes Volumen besitzt. Das entsprechend gebildete und an das weite Ende der Mantelfläche aufgesetzte Kugelsegment schließt sich zudem ausgezeichnet an eine entsprechende Iso-Intensitätsfläche des Strahlungsfelds im Innenraum an. Diese kann einer vorgegebenen Mindestintensität entsprechen, wie sie oben beschrieben ist.
Einer weiteren Weiterbildung des vorbeschriebenen Aspekts mit Mantelfläche und Kugelsegment zufolge besitzt das Behältnis eine Höhe H, die von einem Mittelpunkt der Deckfläche ausgehend entlang einer Symmetrieachse des Behältnisses bis zu einem Schnittpunkt mit der Kugeloberfläche gemessen wird. Bei dieser Ausführungsform beträgt das Verhältnis zwischen dieser Höhe H des Behältnisses und dem Kugelradius r der herausgewölbten Kugeloberfläche zwischen 1,25 und 2,01, vorzugsweise zwischen 1,35 und 1,91, weiter vorzugsweise zwischen 1,35 und 1,85. Für diese Wertebereiche wurden - Wasser als Fluid vorausgesetzt - besonders gute Anpassungen des geometrischen Aufbaus an die sich darin ausbildenden Iso-Intensitätsflächen gefunden.
Speziellen Ausführungsformen des genannten Aspekts zufolge ist die Vorrichtung zum Entkeimen eines solchen (insbesondere wasserbasierten) Fluids bestimmt, das eine Transmission T- gemessen durch bzw. normiert auf 10 mm Flüssigkeit - aufweist, wobei das Verhältnis H/r zwischen der Höhe H und dem Kugelradius r des Behältnisses ungefähr 0,62 . T + 1,29 beträgt. Mit anderen Worten, für spezielle Fluidtrübungen ergeben sich besonders optimierte Geometrien im Hinblick auf die beschriebene Kegelstumpfform.
Einer weiteren Weiterbildung des vorbeschriebenen Aspekts mit Mantelfläche und Kugelsegment zufolge sind an der der wenigstens einen LED gegenüberliegenden Kugeloberfläche ein oder mehrere Sensoren angeordnet. Diese erfassen das in den Innenraum abgegebene und über die Kugeloberfläche hinaustretende Licht. Dadurch kann einerseits die Funktion der LED(s) festgestellt und andererseits die Transmission des aktuell durchfließenden oder im Behältnis stehenden Fluids gemessen werden. Mit Hilfe des oder der Sensoren kann dann im Lichte des oben beschriebenen optimalen Verhältnisses zwischen der Höhe H des Behältnisses und dem Radius r der Kugelsegmentoberfläche bestimmt werden, ob für die gemessene Transmission die Annäherung an die Iso-Intensitätsflächen aktuell zutrifft oder nicht. Ist dies z. B. über eine längere Zeitdauer nicht der Fall, könnten Maßnahmen getroffen werden, um eine mögliche Keimbildung oder Entstehung von Biofilmen zu verhindern, im einfachsten Fall eine Erhöhung der Strahlungsleistung der LED(s).
Einer weiteren Weiterbildung des vorbeschriebenen Aspekts mit Mantelfläche und Kugelsegment zufolge ist die Deckfläche eben und kreisförmig, und besitzt einen Radius p, der höchstens R + 14 mm, vorzugsweise R + 1,6 mm beträgt wobei R der Radius der jeweils verwendeten kreisförmigen (Licht-)Quellfläche in der Lichtquelle ist (d. h. beispielsweise der halbe Lichtquellendurchmesser).
Der Radius ρ kann sich Ausführungsbeispielen zufolge errechnen zu einem maximalen Wert gemäß $ρ = R + I \cdot t a n (α) + d \cdot t a n (a r c s i n (n_{1} / n_{3} \cdot s i n (α)))$
wobei α ein Maximalwinkel (gegenüber der optischen bzw. Symmetrieachse) ist, bis zu dem Strahlen im Glas der Deckfläche eingefangen und in den Innenraum übertragen werden können (und nicht reflektiert werden). Der Maximalwinkel kann 75° oder mehr, vorzugsweise 80° oder mehr, weiter vorzugsweise 85° oder mehr betragen. R ist wieder der Radius der jeweils verwendeten kreisförmigen (Licht-)Quellfläche, / ist der Abstand der Quelle zum Fenster (zur Deckfläche) und kann rein beispielhaft zwischen 0,2 mm und 1 mm betragen, und d ist die Dicke des transparenten Glasmaterials und kann beispielhaft zwischen 1 mm und 3 mm betragen. n₁ und n₃ sind entsprechend die Brechungsindizes von Luft (z. B. n₁ = 1,0) und Glas (z. B. n₃ = 1,46 im Fall von Quarzglas).
Einer völlig anderen Weiterbildung der Erfindung zufolge wird das Strahlungsfeld des von der Lichtquelle mit der wenigstens einen LED in den Innenraum abgegebenen Lichts durch eine optische Anordnung der Lichtquelle bewirkt. Die optische Anordnung bündelt dabei das Licht zu einer Symmetrieachse des Behältnisses hin und begrenzt es dadurch auf einen Raumbereich mit einer Einhüllenden. Die Form zumindest des Teilabschnitts der dem Innenraum zugewandten Oberfläche der Außenwand des Behältnisses stimmt dabei im Wesentlichen mit der Einhüllenden überein. Die optische Anordnung kann Spiegel- und Linsenelemente umfassen, in einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine TIR-Linse (TIR: Total Internal Reflection). Es handelt sich dabei um eine Kombination von Linse und Reflektor. Ziel ist es in jedem Fall, einen kollimierten oder dispergierten oder fokussierten, jedenfalls gebündelten Lichtstrahl aus der oder den Punktlichtquellen zu erzeugen. Die Bündelung führt zu einem sehr steilen Intensitätsgradienten quer (d. h. im Wesentlichen senkrecht) zur optischen Achse am Rande des Strahlungsfelds des Lichtbündels. Das Strahlungsfeld ist scharf abgegrenzt. Dieser Rand mit sehr steilem Gradienten ist die Einhüllende.
In diesem Strahlungsfeld ist die Innenoberfläche so genau an die Einhüllende angepasst, dass sie noch mit Strahlung einer Mindestintensität erreicht wird, so dass Keimbildung und Entstehung von Mikrofilmen verhindert wird. In diesem Fall wird das Strahlungsfeld optimal genutzt und die Bildung unerwünschter Nischen verhindert.
Einer Weiterbildung dieses Aspekts zufolge entspricht die Form zumindest des Teilabschnitts der dem Innenraum zugewandten Oberfläche der Außenwand einer sich entlang der Symmetrieachse erstreckenden Röhre. An deren einem Ende kann die Lichtquelle mit der zumindest einen LED und der optischen Anordnung positioniert sein. Das Strahlenbündel ist dann entlang der Symmetrie- bzw. Röhrenachse gerichtet, d. h. optische Achse und Fließrichtung fallen zusammen. Das Fluid fließt hier auf die Lichtquelle zu oder von ihr weg durch die Röhre. Diese Ausführungsform eröffnet besondere Vorteile im Hinblick auf eine homogene Ausleuchtung und damit Entkeimung, sowie eine hohe Durchflussgeschwindigkeiten und damit auch mechanische Filmentfernung.
Es sind auch andere optische Anordnungen denkbar, wie beispielsweise Linse, Reflektoren, Beugungsoptiken (Gitter, Spalte, etc.), Hologramme etc.
Einer Weiterbildung dieses Aspekts zufolge besitzt die Röhre einen inneren Durchmesser, welcher sich mit zunehmenden Abstand entlang der Symmetrieachse von der optischen Anordnung bis zu einer Engstelle verringert. An einer Position dieser Engstelle ist das von der optischen Anordnung der Lichtquelle gebündelt abgegebene Licht fokussiert. Diese Anordnung bringt besondere Vorteile mit sich: Durch die Fokussierung wird auch mit größerer Entfernung von der Lichtquelle ein flacheres Intensitätsprofil aufrechterhalten, so dass die mitfließenden Keime wie aber auch die Innenoberflächen der Außenwände über eine längere Distanz einem etwa gleichen UV-Intensitätslevel ausgesetzt sind. Ferner erhöht die Engstelle lokal die Durchflussgeschwindigkeit, so dass die Entstehung von Biofilmen in diesem zentralen Bereich weiter erschwert wird. Ein sich wieder aufweitender Bereich hinter der Engstelle - von der Lichtquelle aus gesehen - kann z. B. durch eine spezielle Einlassdüse für das Fluid gereinigt werden. Oder es ist alternativ in z. B. spiegelsymmetrischer Anordnung eine zweite Lichtquelle mit korrespondierender optischer Anordnung auf der entsprechend anderen Seite der ersten Lichtquelle vorgesehen.
Einer weiteren Weiterbildung dieses Aspekts zufolge ist die Vorrichtung als Durchflussreaktor mit je einem Einlass und einem Auslass in dem Behältnis für das Fluid ausgebildet ist, wobei die Einlässe jeweils an Enden der Röhre vorgesehen sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Lichtquelle mit optischer Anordnung vom durchfließenden Fluid umspült sein, welches eine lineare, geradlinige Anordnung bietet.
Erfindungsgemäß ist auch eine Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung wie oben beschrieben bereitgestellt. Es umfasst die Schritte:

Vorgeben einer Lichtquelle umfassend wenigstens eine LED, wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-C Strahlung über eine Außenwand eines Behältnisses zum Aufnehmen des Fluids, wobei das Behältnis eine einen Innenraum einhüllende Außenwand besitzt, beziehungsweise von einer entsprechenden Position nahe der Außenwand aus mit einer Strahlungscharakteristik in einen Innenraum des Behältnisses abzugeben, um das darin enthaltene Fluid zu bestrahlen,
Bestimmen einer Form für die dem Innenraum zugewandte Oberfläche der Außenwand in zumindest einem Teilabschnitt derselben, die im Wesentlichen an die Strahlungscharakteristik des in den Innenraum abgegebenen Lichts angepasst ist,
Herstellen des Behältnisses mit einer Außenwand, deren dem Innenraum zugewandte Oberfläche die Form aufweist, und Zusammensetzen der Lichtquelle und des Behältnisses.

Es ergeben sich dieselben Vorteile, wie sie mit Bezug auf die Vorrichtung und deren Weiterbildungen beschrieben wurden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung in Querschnittsansicht eines UV-Durchflussreaktors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen einer Höhe H des Durchflussreaktors im Verhältnis zu einem Radius r des aufgesetzten Kugelsegments der Kegelstumpfform einerseits und der Transmission T des durchfließenden Fluids andererseits, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung in Querschnittsansicht eines UV-Durchflussreaktors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel (mit den LEDs 8a, 8b, 8c) bzw. gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel (mit der LED 8d);
4 eine schematische Darstellung in halbtransparenter perspektivischer Ansicht eines Durchflussreaktors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel mit einem nun röhrenförmigen Behältnis;
5 eine schematische Darstellung in Querschnittsansicht eines UV-Durchflussreaktors mit TIR-Linse und taillierter Röhrenform gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6. eine schematische Darstellung in Querschnittsansicht eines UV-Durchflussreaktors mit TIR-Linse und taillierter Röhrenform gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsform(en) der Erfindung
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Entkeimen eines Fluids ist in 1 in schematischer Darstellung im Querschnitt gezeigt. Es handelt sich hierbei um einen Durchflussreaktor mit Einlass 4 und separatem Auslass 6. Das hier zu entkeimende Fluid kann wie eingangs beschrieben z. B. Spül- oder Brauchwasser etc. sein. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Behältnis 2, d. h. den eigentlichen UV-Reaktor, sowie eine Lichtquelle 8, die hier als eine UV-C Strahlung abgebende LED ausgebildet ist. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Technologien beschränkt, es kann sich um SMD- (surface mounted device) oder COB- (chip-on-board) montierte LEDs handeln. Ebenfalls können in diesem und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen eine oder mehrere Steuervorrichtungen vorgesehen sein (nicht gezeigt), welche den Betrieb der Lichtquelle, eines beispielsweise in 1 gezeigten Sensors 10 und ggf. Pumpen (nicht gezeigt) für den Durchfluss steuern. Mit dem Sensor 10 kann die Transmission durch das aktuell durchfließende Fluid bestimmt sowie die Funktion bzw. der Zustand, beispielsweise der Alterungsgrad, der LED überprüft werden.
Das Behältnis 2 ist in diesem speziellen Ausführungsbeispiel in einer Kegelstumpfform ausgebildet. Es umfasst eine Außenwand 12 mit einer Innenoberfläche 14, die eine Deckfläche 16, eine Mantelfläche 18 und eine (hier stark) herausgewölbte Grundfläche 20 aufweist. Die Deckfläche 16 bzw. Deckwand ist kreisförmig und eben ausgebildet und fungiert als Einkoppelfenster. Die Lichtquelle 8 bzw. die UV-LED besitzt eine Quellfläche (Licht abstrahlende Substratoberfläche) die in einem Abstand I von der äußeren Oberfläche der Deckfläche 16 bzw. des Einkoppelfensters entfernt angeordnet ist. In diesem Beispiel ist die Lichtquelle außerhalb des Behältnisses 2 angeordnet. Der Abstand / ist so gering wie möglich gewählt, um möglichst viele UV-Lichtleistung nutzen zu können. Er sollte 0,5 mm oder weniger, vorzugsweise 0,2 mm oder weniger betragen. Der Abstand I kann auch zwischen 0,2 mm und 0,5 mm bevorzugt ausgewählt sein.
Als Material für das Einkoppelfenster wird in dem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft Quarzglas verwendet. Es ist möglich, dass das Einkoppelfenster, d. h. die Deckfläche 16, als wirkliches Fenster im Behältnis 2 ausgebildet ist, d. h., dass die Außenwand 12 im Bereich der Mantelfläche 18 und der Grundfläche 20 aus einem anderen intransparenten Material wie etwa Stahl oder Messing gebildet sein kann. Es ist aber auch möglich, dass die gesamte Außenwand 12 aus einem für die jeweilige UV-Strahlung (UV-A, UV-B oder UV-C) transparenten und im Übrigen auch jeweils beständigen Material gebildet ist und sich die Funktion des Einkoppelfensters allein aus der relativen Position gegenüber der Lichtquelle 8 ergibt.
Ein weiterer Teil der Innenoberfläche 14 ist als Kegel-Mantelfläche 18 geformt, die sich von der Deckfläche 16 erstreckt und sich entlang einer Symmetrieachse 22 mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle 8 und der Deckfläche 16 mit konstantem Öffnungswinkel aufweitet. Die Aufweitung muss nicht konstant sein, sie kann auch leicht glockenförmig (Aufweitung nimmt mit Abstand zu) oder leicht parabolförmig sein (Aufweitung nimmt leicht ab), etc. Der halbe Öffnungswinkel θ der Mantelfläche (d. h., der Winkel der Mantelfläche gegenüber der Symmetrieachse 22) beträgt hier 47,5 °. Dieser Winkel entspricht ungefähr dem Winkel der Totalreflexion für Strahlung aus dem Inneren des Behältnisses an der Grenze zwischen Wasser und Luft (kritischer Winkel im UV-C-Bereich: etwa 48 °, wobei das transparente Material des Behältnisses in dieser Betrachtung vernachlässigt wurde, da sich die Beiträge beim Übergang der Strahlung von Wasser ins Behältnis und vom Behältnis in die Umgebungsluft im Wesentlichen aufheben). Dieser berechnet sich aus: $θ_{c r i t} = a r c s i n (n_{1} / n_{2})$
wobei n₁ der Brechungsindex der Quellenumgebung und n₂ der Brechungsindex des Fluids (z. B. Wasser) bei der entsprechenden Wellenlänge des eingestrahlten Lichts ist. Der für den Öffnungswinkel gewählte Wert liegt etwas unterhalb des kritischen Winkels der Totalreflexion, damit die Innenoberfläche 14 der Außenwand 12 im Bereich der Mantelfläche 18 mit einer festgelegten Strahlung beaufschlagt wird.
Im Innenraum 24 des Behältnisses 2 bildet das über das Einkoppelfenster (Deckfläche 16) von der Lichtquelle 8 aus eingestrahlte UV-C Licht abhängig von der Strahlungscharakteristik der Lichtquelle (Strahlungsintensität in verschiedenen Raumrichtungen), der optischen Eigenschaften des Einkoppelfensters und der Reflexion und/oder der Rückstreuung von der Innenoberfläche 14 der Außenwand 12 ein Strahlungsfeld aus. 1 zeigt schematisch - als im Querschnitt gestrichelte oder gepunktete Linien - sogenannte Iso-Intensitätsflächen 11, 12, 13, 14, die Flächen im Raum mit jeweils vorgegebener gleicher konstanter Intensität darstellen. Da die Intensität mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle abnimmt, bilden die Iso-Intensitätsflächen 11 bis 14 grob wiedergegebene Kugelflächen im Innenraum 24 aus. Es gilt: Intensität der Fläche 11 > Intensität der Fläche 12 > Intensität der Fläche 13 > Intensität der Fläche 14.
Was aber in 1 zumindest andeutungsweise erkennbar ist: aufgrund der Annäherung an den kritischen Winkel θ_crit bildet sich zum seitlichen Rand des Innenraums 24, d. h. zur Außenwand 12 hin ein steiler Intensitätsgradient aus, da zu größeren Winkeln relativ zur optischen bzw. Symmetrieachse 22 hin keine Strahlung mehr von der Lichtquelle 8 aus in das im Innenraum 24 aufgenommene Fluid eintreten kann. Dieser Übergang ist vergleichsweise abrupt. In der schematischen Darstellung sind die Iso-Intensitätsflächen 11 bis 14 noch innerhalb des Innenraums vorhanden. Der halbe Öffnungswinkel θ ist hier aber wie beschrieben so gewählt, dass an der Innenoberfläche immer noch eine Mindestintensität vorliegt, aber nur so groß, dass maximal 10 % der Strahlungsleistung auf die Innenoberfläche 14 der Außenwand 12 fällt.
Dadurch erreicht aber immer noch ein ausreichender Betrag der UV-C Strahlungsleistung die Außenwand 12, so dass an deren Innenoberfläche 14 sich weder Keime bilden noch Biofilme entstehen können. Gleichzeitig wird ein Großteil der Strahlungsleistung für eine weitreichende Transmission genutzt.
Wie in 1 zu sehen ist, schließt sich an den äußeren Rand 26 der Mantelfläche 18 die aus dem Innenraum herausgewölbte Grundfläche 20 der Kegelstumpfform an. Die Innenoberfläche kann in diesem Bereich (wie aber auch im Bereich der Mantelfläche zur Reflexion oder Rückstreuung mit entsprechendem Material, z. B. durch Aluminium, PTFE oder TiO2 gefüllte Materialen, oder dielektrische Beschichtungssysteme etc. beschichtet sein.
Wie beschrieben können die Iso-Intensitätsflächen im Wasser in einem Bereich der Transmission von 0,1 bis 1,0 auf 10 mm Tiefe weiter innerhalb und weg von der seitlichen Außenwand 12 durch Kugeloberflächen angenähert werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Grundfläche im Wesentlichen kugelsegmentförmig. Ihre Form nähert sich grob an die Iso-Intensitätsfläche der Intensität 14 an. Deshalb ist sie hier auch herausgewölbt. Dieser Intensitätslevel 14 ist in gleicher Weise auch durch die Innenoberfläche 14 im Bereich der Mantelfläche 18 angenähert. Ein Wert geringfügig unterhalb von 14 stellt in diesem Ausführungsbeispiel die in jedem Teilabschnitt der Innenoberfläche 14 der Außenwand 12 vorhandene Mindestintensität dar - mit Ausnahme der Innenoberfläche der Deckfläche 16 und der Ein- bzw. Auslässe 4, 6. Dadurch wird ein Schwachpunkt in der Oberfläche des Behältnisses vermieden, an welchem sich vornehmlich Keime bilden oder Biofilme entstehen.
2 zeigt in einem Diagramm einen Zusammenhang zwischen einer Höhe H des Durchflussreaktors bzw. des Behältnisses 2 (nur hinsichtlich der Innenraumhöhe) im Verhältnis zu einem Radius r des aufgesetzten Kugelsegments der Grundfläche 20 der Kegelstumpfform einerseits, und der Transmission T des aktuell durchfließenden Fluids andererseits. In 1 ist der Radius r der kugelförmigen Grundfläche 20 zu ihrem Mittelpunkt M schematisch eingezeichnet. Eine reduzierte Transmission wirkt sich auf den Grad der Rückstreuung und Reflexion von der Innenoberfläche und damit auch indirekt auf das Strahlungsfeld aus, so dass auch die Kugelsegmentform mit ihrem Radius r anzupassen wäre, wenn eine optimale Annäherung an Iso-Intensitätsflächen angestrebt ist. Die im Diagramm der 2 eingezeichnete Linie gibt daher für die entsprechende Transmission T das jeweils in dieser Hinsicht optimale Verhältnis (H/r) für das Behältnis 2 wieder. Dem Diagramm liegen Simulationen zugrunde. Für die Linie in 2 kann angenähert eine Gleichung angegeben werden: $H / r = 0,62 \cdot T + 1,29$
Auch die Deckfläche 16 der Kegelstumpfform kann berechnet werden. Deren maximaler Radius ρ kann wie oben beschrieben berechnet werden durch $ρ = R + I \cdot t a n (α) + d \cdot t a n (a r c s i n (n_{1} / n_{3} \cdot s i n (α)))$
wobei α ein Maximalwinkel (gegenüber der optischen bzw. Symmetrieachse) ist, bis zu dem Strahlen im Glas der Deckfläche eingefangen und in den Innenraum übertragen werden können und nicht vom Glas reflektiert werden. R ist Radius der jeweils verwendeten kreisförmigen (Licht-)Quellfläche, I ist der Abstand der Quelle zum Fenster (zur Deckfläche) und d ist die Dicke des transparenten Glasmaterials. n₁ und n₃ sind entsprechend die Brechungsindizes von Luft (z. B. n₁ = 1,0) und Glas (z. B. n₃ = 1,46 im Fall des hier verwendeten Quarzglases). Die drei Terme auf der rechten Seite der Gleichung ergeben sich aus einer ebenen geometrische Betrachtung der Beiträge durch die Ausdehnung der Quellfläche selbst, durch den sich aufweitenden Lichtlaufweg bis zum Fenster und durch den sich fortgesetzt aufweitenden Lichtlaufweg durch das Material des Fensters, in dieser Reihenfolge. Die bevorzugten Werte für den Abstand I zwischen Quellfläche und Fenster sind oben angegeben (0,5 mm oder geringer bzw. 0,2 mm oder geringer). Das Quarzglasfenster der Deckfläche 16 kann eine Dicke d von 1 mm besitzen. Im Hinblick auf größere Druckstabilität im Behältnis 2 können auch 3-5 mm erforderlich sein (insgesamt ein Bereich von 1 bis 5 mm). Diese speziellen Werte sind aber nicht gedacht, das Ausführungsbeispiel einzuschränken und andere Werte sind genauso möglich, insbesondere wenn andere materialen verwendet werden oder andere Geometrien oder zumindest Abwandlungen davon implementiert werden, oder wenn andere Fluide mit dieser Vorrichtung zu entkeimen sind.
Es ist anzumerken, dass die in 1 gezeigte Ein- und Auslässe optional sind und stattdessen genauso ein gemeinsamer Ein-und Auslass (nicht gezeigt) einsetzbar ist. In diesem Fall ist das Behältnis 2 ein wiederbefüllbarer Tank, und das Fluid steht darin während der Entkeimung. Es kann in letzterem Fall aber auch ein Quirl oder Rührer (nicht gezeigt) vorgesehen sein, der dauerhaft oder nur intervallweise betätigt wird, um eine gleichmäßige Dosierung der Strahlung über das Fluid hinweg zu verwirklichen. Alternativ kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die das Behältnis 2 solchermaßen bewegt, dass eine Verwirbelung im Innenraum hervorgerufen wird, z. B. eine Schüttelbewegung.
3 zeigt ein zweites bzw. drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1' in einem schematischen Querschnitt. Details der 1 wie etwa der Sensor oder die Ein- und Auslässe sind hier weggelassen. Das Beispiel der 1 ist hierbei so abgewandelt, dass gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel 3 oder mehr LEDs 8a, 8b, 8c die Lichtquelle 8 bilden, wobei sich deren in den Innenraum 24 eingestrahltes UV-Licht zu einem gemeinsamen Strahlungsfeld überlagert. Die LEDs 8a bis 8c können dabei verschiedene optische Achsen bzw. Symmetrieachsen 22a, 22b, 22c besitzen um den Innenraum 24 besser und effektiver auszuleuchten. Das resultierende Strahlungsfeld ist breiter aufgefächert, so dass die durch den kritischen Winkel der nun auch komplexeren Deckfläche 16' bewirkte einhüllende Kegelform eine weiteren Öffnungswinkel aufweist. Die kugelförmige Grundfläche 20 wird dadurch dominanter.
Das dritte Ausführungsbeispiel betrifft alternativ zu den LEDs 8a bis 8c die nur eine LED 8d, die nun aber im Innenraum 24 und nicht außerhalb platziert ist. Mangels eines Einkoppelfensters ist nun das Strahlungsfeld im Innenraum 24 vornehmlich durch die Strahlungscharakteristik der Lichtquelle 8 selbst bestimmt, die in einem weiteren Winkel von ihrer Quellfläche aus in den Innenraum 24 abstrahlen kann. Die Innenoberfläche 14 der Außenwand 12 des Behältnisses 2' ist hier in sehr ähnlicher Form wie im zweiten Ausführungsbeispiel an Iso-Intensitätsflächen angepasst.
Ein viertes Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt. In der halbtransparenten perspektivischen Ansicht sind die LEDs 8e, 8f, 8g, 8h, 8i der Lichtquelle 8 auf einer Linie angeordnet. Die gezeigte Vorrichtung 1" ist ein Durchflussreaktor, wobei der in 1 gezeigte Querschnitt eines an sich rotationssymmetrischen Behältnisses 2 hier auf ein röhrenförmiges Behältnis 2" übertragen ist, durch das sich das Fluid in Längsrichtung 28 bewegt. Zwar überlagert sich das UV-Licht der LEDs 8e bis 8i auch hier zumindest teilweise. Der Grundgedanke liegt hier aber darin, dass jede der LEDs 8e bis 8i der Lichtquelle 8 für sich genommen zumindest eine Querschnittsfläche 34 (schraffierte Fläche in 4) des röhrenförmigen Behältnisses über eine ihr zugeordnete Länge oder Distanz 30 hinweg so ausleuchtet, wie es im ersten Ausführungsbeispiel die eine LED der Lichtquelle 8 für das ganze Behältnis durchführt. In dem entsprechenden Teilabschnitt 32 z. B. für das von der LED 8i eingestrahlte UV-Licht ist dann die Form der Innenoberfläche 14 an das Strahlungsfeld im Innenraum 24 angepasst. Die Anordnung der LEDs relativ zur Deckfläche 16 ist ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel (1). Vom Grundprinzip her sind die der Vielzahl von LEDs entsprechenden Behältnisse gemäß 1 nebeneinander gereiht, wobei deren Formen durch Überlagerung zu einer Röhre geöffnet und verbunden werden.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel ist in 5 gezeigt. In der Querschnittsansicht einer Vorrichtung 1"' ist an der Röhrenform des betreffenden Behältnisses 2"' zu erkennen, dass es sich um einen Durchflussreaktor handelt. An dem einen Ende (5 links) des Behältnisses 2"' ist außerhalb eines Einkoppelfensters eine LED 8k einer Lichtquelle 8 vorgesehen, die UV-Licht über im Innenraum 24 angeordnete Spiegel 81, 8m einer TIR-Linse in diesen einstrahlt. Es kann sich dabei wie oben ausgeführt um UV-C, UV-B oder UV-A Strahlung handeln. Die TIR-Linse bewirkt ein kollimiertes bzw. leicht fokussiertes bzw. leicht divergentes Strahlenbündel 36, das entlang der Längs- und Symmetrieachse 42 des röhrenförmigen Behältnisses 2"' geleitet wird. Wie zu erkennen ist (nur die äußeren Strahlen sind schematisch angedeutet), besitzt das Strahlenbündel 36 eine Einhüllende 44, deren Durchmesser sich mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle 8 bis zu einer Engstelle 46 in einer bestimmten Entfernung von der Lichtquelle 8 verringert.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Form in einem der Außenwand des Rohres entsprechenden Teilabschnitt 48 von der TIR-Linse (Spiegel 81, 8m) der Lichtquelle 8 bis zu der Engstelle 46 an diese Einhüllende angepasst. Mit anderen Worten, das Behältnis 2"' ist selbst tailliert und besitzt die gleiche Engstelle 46 in dem vorbestimmten Abstand von der Lichtquelle 8. Die Einhüllende repräsentiert ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel einen steilen Intensitätsgradienten, in welchen durch die Anpassung der Form des Behältnisses 2"' die Innenoberfläche 14 dieses Teilabschnitts 48 „hineingestellt“ wird, sodass noch eine Mindestintensität an dieser Innenoberfläche vorliegt.
Durch die fokussierende Wirkung der TIR-Linse wird zudem der Intensitätslevel entlang der optischen bzw. Längsachse 42 über einen weiten Bereich hoch gehalten. Je nach Anwendung kann der Fokus, d. h., der Abstand der Engstelle 46 unterschiedlich gewählt sein. Bevorzugt sollte er im Bereich der Eindringtiefe liegen, bei der die Strahlung im Fluid etwa auf die Hälfte der Ausgangsleistung am Ort der Lichtquelle 8 gefallen ist. Besonders bevorzugt sollte die Engstelle 46 in einem Abstand liegen, bei dem die Strahlungsleistung auf einen Faktor 1/e² gefallen ist, d. h., auf etwa 0,135 (d. h., etwa 13,5 % der Strahlungsleistung).
Alternativen Ausführungsformen zufolge kann das durch die Lichtquelle 8 (mit optischer Anordnung einer TIR-Linse) auf ähnliche Weise wie in 5 erzeugte Strahlenbündel auch leicht divergent sein, mit einem Halbwinkel von 10° oder weniger.
Der Reaktor besitzt in diesen Ausführungsbeispielen (wie auch im folgenden) abhängig von der Transmission des zu entkeimenden Fluids eine Länge derart, dass die effektive Transmissivität am Ende des röhrenförmigen Behältnisses 2"' nur noch 0,1 oder weniger, bevorzugt 0,05 oder weniger im Vergleich zur Ausgangsleistung beträgt.
In dem fünften Ausführungsbeispiel ist die Flussrichtung 38 im Reaktor entgegen der Richtung des Strahlenbündels 36, d. h. auf die Lichtquelle zu. Sie kann aber auch umgekehrt von der Lichtquelle 8 weg gerichtet sein. Ferner ist im fünften Ausführungsbeispiel der Auslass 6 seitlich abknickend auf Höhe der TIR-Linse (Spiegel 81, 8m) vorgesehen. Im Fall einer zu 5 umgekehrten Flussrichtung kann eine Düse (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die durch einen scharfen Strahl die Keimbildung etc. im Bereich des Einlasses (an der Position des Auslasses 6 in 5) verhindert.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel ist in 6 anhand eines Querschnitts durch eine Vorrichtung 1"" zum Entkeimen eins Fluids gezeigt. Der Aufbau ist ähnlich wie in 5, so dass in der nachfolgenden Beschreibung nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Die Lichtquelle 8 besitzt eine LED 8n, die anstatt außerhalb nunmehr innerhalb des röhrenförmigen Behältnisses 2"" angeordnet ist. In analoger Anordnung zum vierten Ausführungsbeispiel ist eine optische Anordnung in Form einer TIR-Linse mit Spiegeln 81, 8m vorgesehen, die ein kollimiertes oder fokussiertes (oder auch leicht divergierendes) Strahlenbündel mit einer Einhüllenden wie oben beschrieben erzeugt. Die an die taillierte Einhüllende angepasste Form der Innenoberfläche 14 der Außenwand im Teilabschnitt 48 bis zur Engstelle 46 ist analog zur 5.
Durch die Anordnung der LED innerhalb des röhrenförmigen Behältnisses 2"" wird es möglich, wie in 6 durch die Pfeile 39a, 39b angedeutet, die Lichtquelle 8 mit dem Fluid zu umspülen. Dadurch kann die Lichtquelle 8 und insbesondere deren LED 8n wirksam gekühlt werden. Ferner wird durch diesen Aufbau eine gerade lineare Anordnung realisiert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Flussrichtung 39 umgekehrt zum fünften Ausführungsbeispiel gewählt, d. h., das Fluid umspült die Lichtquelle und fließt dann von dieser Weg durch das enger werdende rohrförmige Behältnis zum Auslass 6 hin.
Einer speziellen Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels zufolge ist der Auslass 6 auf der rechten Seite des Behältnisses 2"" in 6 aus einem transparenten Glas, z. B. als Quarzrohr, gebildet. In diesem Fall kann die lichtleitende Wirkung des Quarzglases zu einem Strahlungstransport bis zum Ausgang des Rohrs führen, wobei das Rohr im Bereich des Auslasses 6 auch gebogen sein kann. Dadurch wird eine entkeimende Wirkung bis zum Auslass 6 sowie bis zu dessen Ausgang realisiert.
Aber auch in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Umkehrung der Flussrichtung 39 möglich. Ein solcher Aufbau kann sinnvoll sein, wenn bei der Implementation der Vorrichtung ein Strahlungsaustritt am Auslass zu verhindern ist, der in diesem Fall ja hinter der Lichtquelle 8 auf der linken Seite in 6 liegt. Damit kann Sicherheitsvorschriften Rechnung getragen werden.
Weiterbildungen der fünften und sechsten Ausführungsbeispiele einschließlich ihrer Modifikationen etc. sehen eine Implementierung der Vorrichtung mit dem röhrenförmigen Behältnis 2"', 2"" in einem Wasserhahn (Küchen- oder Bad-Armatur) oder in ähnlichen Wasserversorgungsleitungen oder -zuläufen vor.
Es ist anzumerken, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele spezielle Ausführungsformen darstellen und den durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzumfang nicht eingrenzen. Insbesondere können auch einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele in jeweils andere Ausführungsbeispiele kombiniert werden. So können die für die ersten drei Ausführungsbeispiele beschriebenen Materialen für die Außenwand 12 auch in fünften und sechsten Ausführungsbeispiel und deren Modifikationen eingesetzt werden, insbesondere also Quarzglas, oder Quarz- oder hochborhaltige Borsilicatgläser, Kalziumfluorid, Saphir oder auch Natrium-Kalium-Silicatglas. Ferner können mit den beschriebenen Vorteilen Stahl oder Messing, alle einschl. entsprechender Auswahl von Legierungen, etc., in allen Ausführungsbeispielen verwendet werden, die nur eine geringe Reflektanz im UV-C Wellenlängenbereich besitzen.
In den ersten drei Ausführungsbeispielen (1 bis 4) wurden die Lichtquellen 8 und die entsprechenden Einkoppelfenster als untenliegend aufgezeigt. Die entsprechenden Vorrichtungen oder Behältnisse können jedoch auch um 180 gedreht werden, so dass die Einkoppelfenster oben im Behältnis positioniert sind. In diesem Fall ist es möglich, das Einkoppelfenster bzw. die Deckfläche 16 auch wegzulassen. Ein Vorteil entsteht dadurch, dass das Fluid nicht mehr mit dem Fenster in Kontakt tritt und eine Biofilmbildung vermiesen wird. Ferner entfällt ein optisches Element. Die Lichtquelle kann durch Luftdruck, einen Luftstrahl oder einen Luftvorhang geschützt werden.
Gleichwohl kann auch im Fall eines vorhandenen Fensters (dies gilt für all Ausführungsbeispiele) ein mechanischer Wischer vorgesehen sein, der im Behältnis den Biofilm oder Keime z. B. in zeitlichen Abständen entfernt.
Ferner wurden lediglich für die ersten 3 Ausführungsbeispiele reflektierende oder rückstreuende Beschichtungen beschrieben (beispielsweise Aluminium oder PTFE etc.). Es ist aber sofort zu erkennen, dass diese in gleicher Weise auch in den vierten oder fünften Ausführungsbeispielen und deren Modifikationen mit ähnlicher Wirkung an den Innenoberflächen 14 der Außenwand 12 einsetzbar sind.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wurden im Hinblick auf die Lichtquelle 8 die LED(s) als UV-C Strahlung abgebend beschrieben. Je nach Anwendungsfall können aber durchaus auch UV-A oder UV-B Strahlung abgebende LEDs eingesetzt werden, oder insbesondere auch Kombinationen von LEDs verschiedener Strahlung in einer Anordnung.
Die Erfindung ist auch nicht auf das in den speziellen Ausführungsbeispielen verwendete Fluid in Form von Brauch- oder Spülwasser begrenzt. Auch andere Fluide als Wasser wie beispielsweise Blut, Milch oder Dieselpest können durch erfindungsgemäße UV-Reaktoren entkeimt werden. Umfasst sind auch nicht-flüssige Fluide wie etwa Luft oder Aerosole etc.
Bezugszeichenliste

1, 1', 1", 1"', 1"": Vorrichtung
2, 2', 2", 2'", 2"": Behältnis, Reaktor
4: Einlass
6: Auslass
8: Lichtquelle
8a-k,n: LEDs
8l,m: Spiegel der TIR-Linse
10: Sensor
12: Außenwand
14: Innenoberfläche
16: Deckfläche
16': Deckfläche mit komplexem Aufbau
18: Mantelfläche
20: Grundfläche, Kugeloberfläche
22, 22a: optische und Symmetrieachse
22b,c: weitere optische Achsen
24: Innenraum
26: Rand der Mantelfläche
28: Längsrichtung
30: Distanz (LED zugeordneter Abschnitt)
32: Teilabschnitt
34: Querschnitt (Behältnis) senkrecht zur LED-Anordnung
36: Strahlenbündel
38: Flussrichtung
39: Flussrichtung (umgekehrt)
42: Schnittstelle (DALI)
44: Einhüllende des Strahlenbündels
46: Engstelle
H: Höhe der Innenraums des Behältnisses
I1, I2, I3, I4: Iso-Intensitätsflächen
I: Abstand der LED zur Deckfläche bzw. Quarzglasfenster
M: Mittelpunkt der Kugeloberfläche
r: Radius der Kugeloberfläche
θ: halber Öffnungswinkel

Claims

Vorrichtung (1, 1', 1", 1"', 1"") zum Entkeimen eines Fluids, umfassend: ein Behältnis (2, 2', 2", 2"', 2"") zum Aufnehmen des Fluids, wobei das Behältnis eine einen Innenraum (24) einhüllende Außenwand (12) besitzt, eine Lichtquelle (8) umfassend wenigstens eine LED (8a-k,n), wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-Strahlung über eine Außenwand (12) des Behältnisses beziehungsweise von einer entsprechenden Position nahe der Außenwand aus mit einer Strahlungscharakteristik in einen Innenraum des Behältnisses abzugeben, um das darin enthaltene Fluid zu bestrahlen, wobei eine dem Innenraum (24) zugewandte Oberfläche (14) der Außenwand (12) in zumindest einem Teilabschnitt (18, 20, 32, 48) eine Form besitzt, die im Wesentlichen an die Strahlungscharakteristik des in den Innenraum (24) abgegebenen Lichts angepasst ist.
Vorrichtung (1, 1', 1", 1"', 1"") gemäß Anspruch 1, wobei die Form zumindest des Teilabschnitts der dem Innenraum (24) zugewandten Oberfläche (14) im Wesentlichen an eine Iso-Intensitätsfläche (11, 12, 13, 14) des von der Lichtquelle (8) in den Innenraum abgegebenen Lichts angepasst ist.
Vorrichtung (1, 1', 1", 1"', 1"") gemäß Anspruch 2, wobei die Iso-Intensitätsfläche (11, 12, 13, 14) einem Wert der Intensität größer als null entspricht, und/oder ein größter Abstand der Iso-Intensitätsfläche von der wenigstens einen LED 10 mm oder mehr und 20 cm oder weniger beträgt.
Vorrichtung (1') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtquelle (8) zwei oder mehr LEDs (8a-c, 8d) umfasst, die ausgelegt sind, von unterschiedlichen Positionen aus jeweils über die Außenwand (12) des Behältnisses (2') beziehungsweise von einer entsprechenden Position nahe der Außenwand (12) aus Licht mit einer Strahlungscharakteristik in den Innenraum (24) des Behältnisses abzugeben, wobei die Form zumindest des Teilabschnitts der dem Innenraum zugewandten Oberfläche der Außenwand im Wesentlichen an eine Iso-Intensitätsfläche des von den LEDs überlagerten Lichts angepasst ist.
Vorrichtung (1") gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtquelle (8) zwei, drei oder mehr LEDs (8e-i) umfasst, die ausgelegt sind, von unterschiedlichen Positionen entlang einer geraden oder gekrümmten Linie aus jeweils Licht über die Außenwand (12) des Behältnisses (2") beziehungsweise von einer entsprechenden Position nahe der Außenwand aus mit einer Strahlungscharakteristik in den Innenraum des Behältnisses abgeben, wobei die Form der dem Innenraum (24) zugewandten Oberfläche (14) der Außenwand, jeweils betrachtet in Querschnitten (34) des Behältnisses (2") senkrecht zu der Linie, an eine Iso-Intensitätsfläche des von den jeweiligen LEDs (8e-i) in den Innenraum abgegebenen Lichts angepasst ist.
Vorrichtung (1, 1', 1") gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Form der dem Innenraum (24) zugewandten Oberfläche (14) des Behältnisses (2, 2', 2") einer Kegelstumpfform mit einer ebenen oder in den Innenraum hinein- oder aus diesem herausgewölbten Deckfläche (16), einer Mantelfläche (18) und einer ebenen oder aus dem Innenraum herausgewölbten Grundfläche (20) entspricht, wobei die Lichtquelle (8) beziehungsweise die wenigstes eine LED (8, 8a-i) an oder nahe der Deckfläche (16) der kegelstumpfförmigen Oberfläche des Behältnisses angeordnet ist.
Vorrichtung (1, 1', 1") gemäß Anspruch 6, wobei die Mantelfläche (18) einen halben Öffnungswinkel (θ) aufweist, und (a) der halbe Öffnungswinkel (θ) im Wesentlichen dem Winkel der Totalreflexion entspricht, der für eine Grenzfläche zwischen Luft und dem Fluid gilt, oder (b) der halbe Öffnungswinkel (θ) zwischen 40° und 55° beträgt, vorzugsweise zwischen 45° und 50°, weiter vorzugsweise zwischen 48° und 49°, am bevorzugtesten zwischen 48,5° und 48,6°.
Vorrichtung (1, 1', 1") gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die Grundfläche (20) der kegelstumpfförmigen Oberfläche (14) die Form einer aus dem Innenraum (24) herausgewölbten Kugeloberfläche mit einem Kugelradius (r) besitzt.
Vorrichtung (1, 1', 1") gemäß Anspruch 8, wobei das Behältnis (2, 2', 2") eine Höhe (H) besitzt, die von einem Mittelpunkt der Deckfläche (16) ausgehend entlang einer Symmetrieachse (22,22a) des Behältnisses bis zu einem Schnittpunkt mit der Kugeloberfläche gemessen wird, und (a) das Verhältnis zwischen der Höhe (H) und dem Kugelradius (r) des Behältnisses zwischen 1,25 und 2,01, vorzugsweise zwischen 1,35 und 1,91, weiter vorzugsweise zwischen 1,35 und 1,85 beträgt, oder (b) die Vorrichtung zum Entkeimen eines solchen Fluids bestimmt ist, das eine Transmission (T) - gemessen durch bzw. normiert auf 10 mm Flüssigkeit - aufweist, und das Verhältnis (H/r) zwischen der Höhe (H) und dem Kugelradius (r) des Behältnisses ungefähr 0,62 . T + 1,29 beträgt.
Vorrichtung (1, 1', 1") gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei an der der wenigstens einen LED (8, 8a-i) gegenüberliegenden Kugeloberfläche ein oder mehrere Sensoren (10) angeordnet sind, der/die das in den Innenraum (24) abgegebene und über die Kugeloberfläche hinaustretende Licht erfassen.
Vorrichtung (1, 1', 1") gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Deckfläche (16) eben und kreisförmig ist und (a) einen Radius (ρ) besitzt, der höchstens R + 14 mm, vorzugsweise R + 1,6 mm; oder (b) einen Radius (ρ) besitzt, der sich zu einem Wert höchstens gemäß $ρ = R + I \cdot t a n (α) + d \cdot t a n (a r c s i n (n_{1} / n_{3} \cdot s i n (α)))$
errechnet, wobei α ein Maximalwinkel gegenüber der Symmetrieachse (22) ist, bis zu dem Strahlen im Glas der Deckfläche eingefangen und in den Innenraum übertragen werden können und nicht vom Glas reflektiert werden, R der Radius einer Quellfläche der LED (8, 8a-i) ist, I der Abstand zwischen der Quellfläche und der Deckfläche (16) und d ist die Dicke der Deckfläche (16) ist, und n₁ und n₃ die Brechungsindizes von Luft und dem transparenten Material der Deckfläche sind.
Vorrichtung (1"', 1"") gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Strahlungscharakteristik des von der Lichtquelle (8) mit der wenigstens einen LED (8k, 8n) in den Innenraum abgegebene Licht durch eine optische Anordnung (81, 8m) der Lichtquelle (8) bewirkt wird, wobei die optische Anordnung das Licht zu einer Symmetrieachse (42) des Behältnisses (2"', 2"") hin bündelt und es dadurch auf einen Raumbereich mit einer Einhüllenden (44) begrenzt, und die Form zumindest des Teilabschnitts (48) der dem Innenraum (24) zugewandten Oberfläche (14) der Außenwand (12) des Behältnisses mit der Einhüllenden (44) übereinstimmt.
Vorrichtung (1"', 1"") gemäß Anspruch 12, wobei die Form zumindest des Teilabschnitts (48) der dem Innenraum (24) zugewandten Oberfläche (14) der Außenwand (12) einer sich entlang der Symmetrieachse (42) erstreckenden Röhre entspricht, an deren einem Ende die Lichtquelle (8) mit der zumindest einen LED und der optischen Anordnung positioniert ist.
Vorrichtung (1"', 1"") gemäß Anspruch 13, wobei die Röhre einen inneren Durchmesser besitzt, welcher sich mit zunehmenden Abstand entlang der Symmetrieachse (42) von der optischen Anordnung bis zu einer Engstelle (46) an einer Position verringert, an welcher das von der optischen Anordnung der Lichtquelle (8) gebündelt abgegebene Licht fokussiert ist.
Vorrichtung (1"', 1"") gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die optische Anordnung (81, 8m) eine TIR-Linse umfasst.
Vorrichtung (1, 1', 1", 1"', 1"") gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Vorrichtung als Durchflussreaktor mit je einem Einlass (4) und einem Auslass (6) in dem Behältnis für das Fluid ausgebildet ist, wobei die Einlässe jeweils an Enden der Röhre vorgesehen sind.
Vorrichtung (1, 1', 1", 1"', 1"") gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Behältnis der Vorrichtung als wiederbefüllbarer Tank oder alternativ als Durchflussreaktor mit je einem Einlass und einem Auslass in dem Behältnis für das Fluid ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1, 1', 1", 1"', 1"") gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, umfassend: Vorgeben einer Lichtquelle (8) umfassend wenigstens eine LED, wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-C Strahlung über eine Außenwand (12) eines Behältnisses (2, 2', 2", 2"', 2"") zum Aufnehmen des Fluids, wobei das Behältnis eine einen Innenraum (24) einhüllende Außenwand (12) besitzt, beziehungsweise von einer entsprechenden Position nahe der Außenwand aus mit einer Strahlungscharakteristik in einen Innenraum des Behältnisses abzugeben, um das darin enthaltene Fluid zu bestrahlen, Bestimmen einer Form für die dem Innenraum (24) zugewandte Oberfläche (14) der Außenwand (12) in zumindest einem Teilabschnitt (18,20,32,48) derselben, die im Wesentlichen an die Strahlungscharakteristik des in den Innenraum (24) abgegebenen Lichts angepasst ist, Herstellen des Behältnisses (2, 2', 2", 2"', 2"") mit einer Außenwand (12), deren dem Innenraum (24) zugewandte Oberfläche (14) die Form aufweist, und Zusammensetzen der Lichtquelle (8) und des Behältnisses (2, 2', 2", 2"', 2"").