DE102018222307A1

DE102018222307A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Entkeimen eines durchfliessenden Fluids

Info

Publication number: DE102018222307A1
Application number: DE102018222307.6A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Klebba; Matthias Bruemmer; Tobias Gleitsmann; Christian Swarlik; Ulrich Hartwig; Rainer Seidel
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: CN211797808U

Abstract

Eine Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids umfasst ein rohrartiges Behältnis mit einem Einlass zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Auslass, an dem das Fluid aus dem Behältnis abgegeben werden kann, sowie eine Mehrzahl von LEDs, die jeweils konfiguriert sind, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-C Strahlung über eine zumindest teilweise transparente Außenwand des Behältnisses in einen Innenraum des Behältnisses abzugeben, um das durchfließende Fluid zu bestrahlen. Die LEDs sind über den Umfang des Behältnisses verteilt angeordnet und eingerichtet, Licht von in Querschnittsebenen verschiedenen Winkelpositionen aus in dessen Innenraum abstrahlen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids. Die Vorrichtung umfasst ein rohrartiges Behältnis mit einem Einlass zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Auslass, an dem das Fluid nach dem Durchfließen aus dem Behältnis abgegeben werden kann, sowie eine Mehrzahl von LEDs, die jeweils konfiguriert sind, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-Strahlung, bevorzugt der UV-C Strahlung, über eine Außenwand des Behältnisses beziehungsweise von der Außenwand aus in einen Innenraum des Behältnisses abzugeben, um das darin durchfließende Fluid zu bestrahlen. Solche Vorrichtungen werden auch als UV-Reaktoren bezeichnet.
Stand der Technik
UV-Reaktoren können vielfältig eingesetzt werden, etwa zur Aufbereitung von Trinkwasser oder zur Sterilisation bzw. Entkeimung von Brauchwasser in Spülmaschinen etc. Auch andere Fluide als Wasser wie beispielsweise Blut oder Milch können durch solche UV-Reaktoren entkeimt werden. Denkbare sind aber auch nicht-flüssige Fluide wie etwa Luft oder Aerosole etc. 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-Strahlung bezeichnet wird, sowie der sich daran anschließende Bereich von 100 nm bis 200 nm, der entsprechend als Vakuum UV-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 werden hier 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 genannten Wellenlängenbereiche werden als UV-C 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 Begriff UV-C Strahlung erfasst.
Konventionell wurden zu diesem Zweck bisher insbesondere Quecksilberniederdrucklampen mit einer charakteristischen Emission bei etwa 253,7 nm verwendet. Diese weisen allerdings bestimmte Nachteile auf, beispielsweise eine erhöhte Degradation innerhalb der ersten 500 Betriebsstunden sowie eine mittlere Lebensdauer von nur 8.000 Betriebsstunden, ferner das Erfordernis einer Wechselspannungsquelle für den Betrieb oder erhöhte Entsorgungskosten aufgrund des verwendete Quecksilbers. Weiterhin haben Quecksilberniederdrucklampen den Nachteil, einen verhältnismäßig großen Bauraum zu benötigen und die Entsorgung des Leuchtmittels ist aufgrund der Verwendung von Quecksilber problematisch. Außerdem weisen Quecksilberniederdrucklampen signifikante Einschränkungen auf, wenn es um Anwendungen geht, bei denen schnelle An-AUS Schaltzyklen erforderlich sind
Demgegenüber werden in jüngerer Zeit zunehmend auch im UV-C Wellenlängenbereich Strahlung emittierende LEDs zur Sterilisation bzw. Entkeimung von Fluiden eingesetzt. In Frage kommen hier Materialen für die LEDs, deren Bandlücke übertragen in Wellenlängen in den Bereich der UV-C-Strahlung fällt, beispielsweise Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN; darunter AlN: 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 Quanteneffizienz (abgegebene Strahlung pro eingesetzter Energie) der LEDs im UV-C-Bereich allerdings derzeit immer noch unter derjenigen der Quecksilberniederdrucklampen, wobei die Effizienz zu immer kürzeren Wellenlängen hin dramatisch abnimmt, allerdings werden hier weiter Fortschritte erzielt.
Ein Beispiel der Verwendung von UV-Strahlung abgebenden LEDs in einer Vorrichtung zur Behandlung eines Fluids, insbesondere in einem Reaktor für die Trinkwasseraufbereitung, ist in DE 10 2014 015 049 A1 beschrieben. Um eine hohe Strahlungseffizienz zu erzielen, werden Leiterelemente bereitgestellt, in welche die z.B. von LEDs abgegebene Strahlung eingeleitet wird, und welche sich in das das Fluid aufnehmende rohrartige Behältnis erstrecken, wo sie die Strahlung an das Fluid abgeben. Die Lichtleiter können aus flexiblen Fasern, beispielsweise aus Quarzglas, aufgebaut sein. Ein Nachteil besteht allerdings darin, dass der Querschnitt des rohrartigen Behältnisses verengt wird, die gleichmäßige Strahlungsabdeckung des durchfließenden Fluids kaum gewährleistet ist (nicht kalkulierbare Trajektorien in nicht laminarer Strömung) und die ohnehin geringe Leistungseffizienz der LEDs durch Verluste über den Lichtlaufweg im Leiterelement noch einmal verringert sein kann.
In DE 10 2013 017 377 A1 ist daher ein UV-Reaktor als Durchflussreaktor für die Wasserentkeimung vorgeschlagen, bei dem z.B. UV-LEDs mit Emissionsmaxima bei 270 und 280 nm verwendet werden, die sich entlang einer UV-transparenten Außenwand des Reaktors in Fließrichtung des Wassers erstrecken und über die entsprechende Länge hinweg von oben UV-Licht durch die Außenwand einstrahlen. Allerdings ist auch hier ein Lichtleiter vorgesehen, der sich durch den Reaktor erstreckt, der hier aber zum Erfassen der Strahlung im entsprechenden Behältnis dient. Dadurch wird es möglich, dass ein einziger Sensor die Strahlung überwacht und z.B. die Fluoreszenz der Mikroorganismen im durchströmenden Wasser entdeckt. Die Bestrahlung von einer Seite her führt bei diesem Aufbau allerdings dazu, dass die Entkeimung im Fluid inhomogen erfolgt, wenn die Strömung im Reaktor beispielsweise laminar ist. Ist sie nicht laminar oder beispielsweise spiralförmig, so stellt sich die Schwierigkeit zu prüfen, welche Anteile des Fluids welche Strahlungsdosen unterliegen. In jedem Fall scheint sich ein ineffizienter Einsatz der LEDs zu ergeben.
Die vorgeschlagenen UV-Reaktoren mit Verwendung von LEDs beschränken sich zudem auf die Trinkwasseraufbereitung. Im Fall stärkerer Wassertrübungen, wie sie etwa bei der Brauchwasseraufbereitung in Spülmaschinen etc. vorkommt, sind den UV Strahlung abgebenden LEDs aufgrund der geringeren Eindringtiefe und deren geringerer Effizienz stärkere Grenzen gesetzt, zumal der Reaktor einen Mindestdurchmesser aufweisen muss, der ein Zusetzen des Reaktors verhindert. In Spülmaschinen kann die Transmission bei einer Brauchwassersäule von 10 mm nur noch 0,5 bis 4,0 % betragen. Kirschkerne müssen zudem den Reaktor ungehindert passieren können, weshalb in dem speziellen Anwendungsbeispiel ein Mindestdurchmesser von 7 mm gefordert wird. Ferner müssen alle Trajektorien des Fluids (bzw. dessen mitfließender Elemente) durch den Reaktor eine gleichmäßige Dosierung mit UV-Strahlung gewährleisten.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids derart weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile überwunden werden, insbesondere der derzeit noch geringeren Effizienz von UV-Strahlung abgebenden LEDs Rechnung getragen und eine ausreichende UV-Strahlungsdosis für die Entkeimung bereitgestellt wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ausgangspunkt ist eine Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids, die ein rohrartiges Behältnis umfasst mit einem Einlass zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Auslass, an dem das Fluid nach dem Durchfließen aus dem Behältnis abgegeben werden kann. Im Kern handelt es sich hier folglich um einen Durchflussreaktor. Gleichwohl schließt die Erfindung ein im Behältnis stehendes Fluid mit ein, das vorher eingelassen und später ausgelassen wird. Das Behältnis ist vorzugsweise ein Rohr, um einen hinreichend geringen Durchmesser und damit einhergehend eine weitgehende Durchstrahlung zu verwirklichen, kann aber grundsätzlich beliebige Formen besitzen. Im Hinblick auf die angestrebte, ausreichend gleichmäßig verteilte Strahlungsdosis über das Fluid hinweg sollten solche die laminare Strömung oder eine absichtlich herbeigeführte Verwirbelung nachteilhaft beeinflussenden Vorsprünge oder Vertiefungen vermieden werden. Von runden Querschnitten des Behältnisses abweichende Formen sind möglich, wie auch nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele zeigen werden. Das Behältnis kann den eigentlich für die Bestrahlung vorgesehenen Abschnitt (d.h. den im funktionalen Sinn eigentlichen Reaktor) sowie gegebenenfalls daran z.B. über Dichtungen angekoppelte Flansche oder Anschlussrohre oder -kammern umfassen.
Für diese Anordnung eines Reaktors ist nun eine Mehrzahl von LEDs vorgesehen, die jeweils konfiguriert sind, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-C Strahlung über eine zumindest teilweise transparente Außenwand des Behältnisses in einen Innenraum des Behältnisses abzugeben, um das darin durchfließende Fluid zu bestrahlen. Die Mehrzahl kann wenigstens zwei oder auch mehr betragen. Das Licht der UV-C Strahlung liegt 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) mit erfasst sein. Die Außenwand des rohrartigen Behältnisses bzw. eigentlichen Reaktors ist dazu insbesondere gegenüber UV-C bzw. UV-B 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 %, beispielweise 80 % oder mehr, vorzugsweise auch 90 % oder mehr. 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.
Ferner sind die LEDs über den Umfang des rohrartigen Behältnisses verteilt angeordnet und eingerichtet, Licht von in Querschnittsebenen verschiedenen Winkelpositionen aus senkrecht zu einer sich entlang der Fließrichtung des Fluids erstreckenden Längsachse des rohrartigen Behältnisses in dessen Innenraum abzustrahlen. Der Umfang des rohrartigen Behältnisses entspricht dabei einer Linie oder Fläche, die außen am Behältnis um die Längsachse des Behältnisses herumführt. Diese Verteilung der LEDs muss nicht notwendig einem Außenkreis des Behältnisses in der zur Längsachse senkrechten Querschnittsebene entsprechen. Eine spiralförmig auf dem Umfang (bzw. der Umfangsfläche) des rohrartigen Behältnisses angeordnete LED-Verteilung ist folglich ebenso umfasst wie eine geschlossen ringförmige Anordnung auf jener Umfangsfläche innerhalb der Querschnittsebene. Für die LEDs dieser Anordnung ergeben sich daher für die jeweilige Querschnittsebene einander gegenüber unterschiedliche (Azimutal-)Winkelpositionen in Bezug auf die Längsachse des rohrartigen Behältnisses.
Dadurch entsteht eine besonders positive Wirkung, indem nämlich das durchströmende Fluid von allen Seiten mit UV-C Licht gleichmäßig bestrahlt und damit wirksam und effizient entkeimt wird. Folglich wird die Gesamteffizienz verbessert, die Homogenität der UV-C Bestrahlung erhöht und auch die Umfangsrichtung für die Platzierung von Lichtquellen sinnvoll genutzt.
Einer nicht einschränkenden, speziellen Ausgestaltung zufolge strahlen die LEDs ihr Licht insbesondere auch senkrecht zur Längsachse des Behältnisses in den Innenraum ab. Abgesehen davon, dass sich der optische Lichtlaufweg durch das Fluid dadurch verringert, wird dadurch einer möglichen Reflexion an der Glaswand beim Einkoppeln der UV-Strahlung in den Reaktor vorgebeugt. Insgesamt wird erfindungsgemäß ein vergleichsweise breiter Öffnungswinkel der von der einzelnen UV-C LED abgegebenen Strahlung um eine zur Längsachse senkrechte, durch die LED verlaufende optische Achse herum angestrebt, damit das durchströmende Fluid kontinuierlich und gleichmäßig ausgeleuchtet mit UV-C Licht bestrahlt wird.
Einer Weiterbildung der Erfindung zufolge sind die LEDs sowohl über den Umfang des Behältnisses als auch an mehreren Positionen entlang der Längsachse des Behältnisses verteilt angeordnet. Dadurch wird eine noch effizientere Verteilung der LEDs erzielt. Einzelne Azimutalpositionen in Bezug auf die Längsachse dürfen sich dabei durchaus für verschiedene LEDs wiederholen, jedoch bewirkt eine möglichst gleichmäßig verteilte Abdeckung aller möglichen Azimutalwinkelbereiche optimale Ergebnisse im Hinblick auf die Homogenität der Bestrahlung bzw. Entkeimung. Dieser Vorteil tritt besonders dann auf, wenn eine nahezu ideal laminare Strömung bei konstanter Durchflussgeschwindigkeit erreicht wird. Ein mitströmendes Fluidelement wird dann jedenfalls zu einem von der betreffenden LED-Position gelegten Zeitpunkt an genau dieser ihm nächsten LED vorbeiströmen und maximal bestrahlt werden.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge sind die LEDs der Mehrzahl in wenigstens zwei Gruppen unterteilt, die jeweils einem ersten und wenigstens einem zweiten UV-C Strahlungsmodul zugeordnet sind. Diese sind dadurch festgelegt, dass die LEDs des ersten UV-C Strahlungsmoduls und des wenigstens einen zweiten UV-C Strahlungsmoduls jeweils gemeinsam innerhalb einer Querschnittsebene senkrecht zu der Längsachse des rohrartigen Behältnisses angeordnet sind. Die LEDs der beiden Gruppen bilden sozusagen ringförmige Anordnungen über die Umfangfläche, wobei die LEDs dieser Anordnungen dann jeweils aufeinander folgend die mitströmenden Fluidelemente bestrahlen. Die Unterteilung in Gruppen bzw. Module bringt den Vorteil mit sich, dass jeweils geeignete, voneinander unabhängige Anbringstrukturen entwickelt werden können und ein modulhafter Aufbau erzielt wird. Beispielsweise können LEDs mit unterschiedlichen Parametern (z.B. Wellenlängen, Beleuchtungsstärke, etc.) eingesetzt werden, oder die Module können unterschiedlich montiert sein oder die Anzahl der Module kann an den für eine konkrete UV-Entkeimungsapplikation zu erwartenden Verkeimungsgrad oder die für eine konkrete UV-Entkeimungsapplikation zu erwartende Trübung des zu entkeimenden Fluides angepasst sein. Daraus ergibt sich der Vorteil einer einfachen Skalierbarkeit des Grundsystems über ein weites Anwendungsspektrum hinweg (Art der Flüssigkeit, Trübheit, Verkeimungsgrad etc.). In jedem Fall wird der Austausch von defekten Moduln oder LEDs erleichtert.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge besitzt eine erste Anzahl der LEDs des ersten UV-C Strahlungsmoduls und/oder eine zweite Anzahl der LEDs des wenigstens einen zweiten UV-C Strahlungsmoduls jeweils eine ungerade Zähligkeit. Beispielsweise können vorzugsweise 3, 5 oder 7 LEDs in jedem Modul vorgesehen sein.
Die LEDs können dabei innerhalb der betreffenden Querschnittsebene in gleichen Winkelabständen voneinander um die Längsachse herum über den Umfang des rohrartigen Behältnisses hinweg verteilt angeordnet sein. Aus dieser Geometrie bzw. Symmetrie folgt ein besonderer Vorteil: Es liegt der jeweils einen LED auf der anderen Seite des Behältnisses keine andere LED zumindest direkt gegenüber. Die von einer gegenüberliegenden LED selbst eingenommene Raumwinkelfläche steht nämlich für eine Reflektion des von deren LED emittierten Lichts in den Innenraum des Behältnisses nicht zu Verfügung, da das Halbleitermaterial die UV-C Strahlung absorbiert.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge sind die Winkelpositionen der LEDs des wenigstens einen zweiten UV-C Strahlungsmoduls innerhalb der entsprechenden Querschnittsebene in Bezug auf die Längsachse verschieden sind von denjenigen der LEDs des ersten UV-C Strahlungsmoduls. Mit anderen Worten, die Strahlungsmodule sind in der gegenüber der Längsachse des Behältnisses azimutalen Richtung zueinander verdreht. Dies gewährleistet, dass jeweils zwei in Durchflussrichtung aufeinanderfolgende LEDs im Fall laminarer Strömung nicht das gleiche mitströmende und unmittelbar passierende Fluidelement mit gleicher maximaler Intensität bestrahlen.
Vorzugsweise beträgt dabei ein Drehwinkel θ, um welchen zwei verschiedene UV-C Strahlungsmodule gegenseitig innerhalb der entsprechenden Querschnittsebenen verdreht sind: $θ = 360 ° / (Z \cdot M),$
oder ein Vielfaches davon, wobei Z eine miteinander übereinstimmende Zähligkeit der LEDs innerhalb der UV-C Strahlungsmodule ist (z.B. 3, 5, 7, ...) und Meine Gesamtanzahl der UV-C Strahlungsmodule ist. Liegen beispielsweise 2 Strahlungsmodule mit je 3 LEDs vor, so würden diese um 60° gegeneinander in azimutaler Richtung verdreht. Dies gewährleistet eine optimale Abdeckung durch die LEDs in Umfangrichtung.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge strahlen die LEDs zwischen den verschiedenen UV-C Strahlungsmodulen jeweils eine UV-C Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen ab, d.h. von Modul zu Modul verschieden. Durch diese Eigenschaft können Module mit Entkeimungseigenschaften in Bezug auf gezielt verschiedene Mikroorganismen miteinander kombiniert werden.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge sind die LEDs jeweils auf Stromzuführungen aufweisenden flächigen Substraten angeordnet sind, die sich zusammengesetzt in jedem der UV-C Strahlungsmodule in Umfangsrichtung außen um das Behältnis erstrecken, wobei die LEDs dem Innenraum des Behältnisses zugewandt sind. Bei den Substraten kann es sich um Leiterplatten (PCB: Printed Circuit Boards) handeln. Gerade im Fall von UV-LEDs sind für das Material der Substrate stark wärmeableitende Eigenschaften bevorzugt. Z.B. kommen FR-4 ggf. in Kombination mit thermischen Durchkontaktierungen aus Kupfer etc. oder bestimmte Keramikmaterialen in Frage. Einer bevorzugten Ausführungsform zufolge umfasst das Substrat einen Metallkern und Aluminiumnitrid. Die Stromzuführungen liefern eine Leistungsversorgung für die LEDs, wobei entsprechende Schaltkreise und Steuervorrichtungen bereitgestellt sein können, wie sie allgemein für den Betrieb von UV-LEDs bekannt sind. Die LEDs können in SMD- oder COB-Technologie etc. auf dem Substrat angebracht sein. Es ist auch möglich, dass mehrere LEDs auf ein und demselben Substrat vorgesehen sind.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge sind in jedem der UV-C Strahlungsmodule eine Anzahl von UV-C strahlungsempfindlichen Sensoren vorgesehen, die jeweils einzeln den entsprechenden LEDs auf der jeweils anderen Seite des Behältnisses gegenüberliegend angeordnet sind. Die Sensoren können eingesetzt werden, um den Betrieb zu überwachen. So können verschiedene Informationen zur optischen Leistung der LEDs sowie aber auch der optischen Eigenschaften des Fluids erfasst werden. Durch die individuelle Zuordnung kann dies auf die einzelne UV-LED bezogen erfolgen.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge sind die Sensoren jeweils angrenzend an eine Position zwischen zwei benachbarten Substraten angeordnet. Dadurch wird eine besonders effiziente Aufteilung der über den Umfang des rohrartigen Behältnisses hinweg verfügbaren Raums erzielt.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge ist ein Reflektor vorgehen, der - das jeweilige Substrat abdeckend - dem Innenraum des Behältnisses zugewandt ist und eine Aussparung für die jeweilige LED sowie gegebenenfalls für den entsprechenden Sensor aufweist, soweit ein solcher vorhanden ist. Durch diesen Aufbau wird ein maximaler Anteil des ausgestrahlten Lichts zurück in das Behältnis geworfen um dort weiter zur Homogenisierung der Ausleuchtung und damit der Entkeimung beizutragen.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge ist der Reflektor als ein vom Behältnis getrennter, untereinander zusammenhängende, vorzugsweise flächige oder gewölbte Reflektorelemente aufweisender Ring ausgebildet ist, der sich um das Behältnis herum in Umfangrichtung erstreckt. Ein solcher Ring kann jeweils einzelnen Strahlungsmodulen wie oben beschrieben zugeordnet sein. Der Ring kann aus gebogenen Metall- oder Blechteilen gebildet sein und erlaubt daher eine kostengünstige Herstellung. Im Fall von Korrosion oder Beschädigung kann er getrennt vom rohrartigen Behältnis ausgetauscht werden. Ähnliches gilt, wenn nur das Rohr auszutauschen ist: der Reflektor kann weiterverwendet werden. Der Reflektor kann ein mit Aluminium beschichtetes oder bedampftes Substrat sein und dabei individuell an die Strahlung der LEDs des betreffenden Strahlungsmoduls angepasst sein. Ferner kann dazu die Oberfläche mit dielektrischen Schichten ausgestattet sein, um den UV-Reflexionsgrad zu erhöhen.
Einer dazu alternativen Ausführungsform der Erfindung zufolge ist der Reflektor als äußere oder innere Beschichtung einer Wand des Behältnisses ausgebildet, wofür insbesondere Aluminium in Frage kommt.
Beiden Weiterbildungen bzw. Ausführungsformen zufolge kann die dem Innenraum zugewandte Oberfläche des Reflektors so beschaffen sein, dass sie das einfallende Licht bzw. die UV-Strahlung nicht spekular sondern diffus zurückwirft, wodurch ein weiterer Beitrag zu einer möglichst homogenen Ausleuchtung geleistet wird. Als Material dafür kann beispielsweise PTFE (Polytetrafluorethylen) dienen.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge ist eine Kühlkörperanordnung vorgesehen, bei der das jeweilige Substrat, auf welchem die LEDs jeweils entsprechend angeordnet sind, direkt oder über ein wärmeleitendes Material mit dem Kühlkörper verbunden ist. Durch die vergleichsweise geringere Effizienz der UV-LEDs gegenüber den im visuellen oder IR-Wellenlängenbereich abstrahlenden LEDs wird im vorliegenden Fall mehr Leistung in Wärme umgewandelt. Daher hat sich in Versuchen eine z.B. aus Strangguss hergestellte Kühlkörperanordnung als vorteilhaft erwiesen. Das beispielhafte wärmeleitende Material zwischen dem Substrat und der Kühlkörperanordnung kann u.a. eine dünne Wärmeleitpastenschicht mit einer Dicke von weniger als 20 µm sein. Alternativ sind auch andere sogenannte Thermal Interface Materials (TIM) denkbar.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge weist die Anordnung, bei der sich die Substrate im zusammengesetzten Zustand in jedem der UV-C Strahlungsmodule in Umfangsrichtung um das Behältnis herum erstrecken, eine der Zähligkeit ihrer LEDs entsprechende Symmetrie auf. Zum Beispiel besitzt die Anordnung aus 3 Substraten mit entsprechend 3 UV-LEDs eine Dreiecks-Prismenform (ähnlich wie 3 zusammengestellte Rechteckflächen). Entsprechend dieser Ausführungsform bildet nun die Kühlkörperanordnung eine dieser Symmetrie entsprechende Kavität aus, in der die Anordnung der Substrate aufgenommen ist. Idealerweise kontaktieren die Substrate rückseitig entsprechende Flächen, die der Kavität ausgebildet sind, um bestmöglich Wärme abzugeben. Mit anderen Worten, die Anordnung von Substraten ist formschlüssig und/oder komplementär in der Kavität aufgenommen.
Da die Anordnung von Substraten nicht notwendig zusammenhängend ist (Sensoren können bevorzugt zwischen den Substraten platziert sein, siehe oben), ist eine Anbringung derselben direkt oder mittelbar an der Kühlkörperanordnung bevorzugt. Um den Auseinander- bzw. Zusammenbau der Vorrichtung insbesondere in Bezug auf die einzelnen Strahlungsmodule zu erleichtern ist daher in einer Ausführungsform die Kühlkörperanordnung in eine der Symmetrie entsprechende Anzahl von Kühlkörperelementen fragmentiert - beispielsweise im Fall von 3 Substraten bzw. LEDs in 3 Kühlkörperelemente.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge ist eine der Anzahl von Kühlkörperelementen entsprechende Anzahl von Strahlungsschutzriegeln vorgesehen, die ein Austreten von UV-C Strahlung durch Spalte zwischen den fragmentierten Kühlkörperelementen verhindern. Jeweils wenigstens ein Strahlungsschutzriegel besitzt dabei eine Aufnahme für einen der Sensoren. Alternativ oder zusätzlich umfasst er eine integral oder zumindest fest verbundene Verriegelung, mit welcher die Kühlkörperelemente miteinander verriegelt und wieder gelöst werden können. Durch diesen kosten- und platzsparenden Aufbau werden gleichzeitig eine Verriegelung, der Strahlungsschutz und ein Sitz für die Sensoren bereitgestellt.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge ist ein Lüfter vorgesehen, der ausgelegt ist, einen Luftstrom zu erzeugen, mit welchem die Kühleranordnung versorgt wird, wobei die Kühlköperanordnung integral verbundene Finnen aufweist, die von dem Luftstrom durchströmt werden können. Um den Luftstrom auf die Finnen zu begrenzen bzw. zu lenken ist vorzugsweise ein Gehäuse vorgesehen, welches die gesamte Vorrichtung auch als mechanischen Schutz einhausen kann.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge ist ferner wenigstens eine wärmeleitende Komponente vorgesehen, die mit den LEDs thermisch verbunden ist und sich bis zu dem Innenraum des Behältnisses erstreckt, um von dem Fluid durchflossen zu werden, so dass die von den LEDs herrührende Wärme an das Fluid abgegeben wird. Vorzugsweise ist diese wärmeleitende Komponente eine Metallkomponente, die durch den Einlass und/oder den Auslass oder durch entsprechende Flansche ausgebildet wird, die z.B. an dem zumindest teilweise transparenten Abschnitt des rohrartigen Behältnisses (z.B. über Dichtungen, s.u.) angebracht sind. Diese Flansche können gleichzeitig auch der Anbringung an externen Zuleitungen dienen. Durch diesen Mechanismus wird ein zusätzlicher Wärmeabflussweg bereitgestellt.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge kann eine Dichtung vorgesehen sein, die eine Verbindung zwischen einem zumindest teilweise für UV-C Strahlung transparenten Abschnitt des rohrartigen Behältnisses und einem Flansch für den Einlass oder den Auslass gegenüber einem Austritt des durchfließenden Fluids abdichtet. Das der Dichtung zugewandte Ende des transparenten Abschnitts ist dabei beispielsweise verformt, mechanisch, chemisch oder physikalisch strukturiert, beschichtet, oder speziell dotiert, um Lichtleiteffekten entgegenzuwirken, die UV-C-Strahlung in dem transparenten Abschnitt zu der Dichtung leiten.
Einer weiteren Weiterbildung der Erfindung zufolge weist das rohrartige Behältnis einen zumindest teilweise für UV-C Strahlung transparenten Abschnitt auf, durch welchen die von den LEDs abgestrahlte UV-C Strahlung in den Innenraum eintritt, wobei der für UV-C Strahlung transparente Abschnitt einen im Wesentlichen runden kreisförmigen Querschnitt oder davon abweichend mehrseitige Abflachungen oder Vertiefungen aufweist, die der Zähligkeit der LEDs in einer Querschnittsebene entsprechen. Dieser Aufbau hat sich als besonders effizient für eine homogene Ausleuchtung des Innenraums erwiesen. Die runde Form sichert eine möglichst laminare und damit weitgehend kontrollierbare Entkeimung ab. Die abweichenden Abflachungen oder Vertiefungen lassen für die betreffenden LEDs eine nähere und breitere Ausleuchtung des Innenraums zu, zumal ein Winkelbereich mit starker Reflektion an der Außenwand des Behältnisses durch diese Merkmale verringert wird, welches wiederum die Gesamteffizienz verbessert.
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 Seitenansicht einer Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittansicht der Vorrichtung aus 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, mit entferntem Gehäuse;
4 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 3;
5 eine Schnittansicht der Vorrichtung aus 2 ohne Kühlkörperanordnung und Lüfter zur Verdeutlichung des Kernmoduls;
6 eine Schnittansicht durch die in 4 gezeigte Kühlkörperanordnung;
7 eine Schnittansicht durch die in 4 gezeigte Kühlkörperanordnung mit eingesetzten Strahlungsschutzriegeln;
8A-C perspektivische Ansichten eines ersten Strahlungsschutzriegels ohne Sitz für einen Sensor (8A und 8B) sowie eines zweiten Strahlungsschutzriegels mit Sitz für einen Sensor (8C);
9 eine vergrößerte perspektivische Darstellung des Kernmoduls aus 5 mit zwei Strahlungsmoduln gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
10 eine perspektivische Ansicht eines der beiden Strahlungsmoduln aus 9;
11 eine perspektivische Ansicht nur des Reflektors des Strahlungsmoduls aus 10;
12 eine UV-C Strahlung lichtemittierende Diode (UV-C LED) auf einem Substrat, wie es in dem Strahlungsmodul gemäß 10 verwendet wird;
13A eine schematische Darstellung eines Kernmoduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit 5 anstatt drei UV-C LEDs;
13B ein Diagramm mit einer Intensitätsverteilung im Querschnitt des Innenraums des rohrartigen Behältnisses des Kernmoduls aus 13A;
14A ein modifizierter Querschnitt eines rohrartigen Behältnisses eines Kernmoduls mit Vertiefungen in der Außenwand und daran positionierten 5 UV-C LEDs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
14B ein modifizierter Querschnitt eines rohrartigen Behältnisses eines Kernmoduls mit Abflachungen in der Außenwand und daran positionierten 3 UV-C LEDs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
15 eine perspektivische Ansicht lediglich eines Flansches einer modifizierten Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
16 eine perspektivische Querschnittsansicht der modifizierten Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids gemäß 15 mit aufgesetztem Rohr.

Bevorzugte Ausführungsform(en) der Erfindung
In den 1 bis 12 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das spezielle Ausführungsbeispiel betrifft einen UV-C Reaktor für den Einsatz beispielsweise in einer Spülmaschine. Gleiche oder ähnliche UV-C Reaktoren wie die hier gezeigten können aber auch in Waschmaschinen, gewerblichen Geschirrspülern, Waschkreisläufen in der Lebensmittelindustrie, anderweitigen Brauchwasseraufbereitungsanlagen in Kreisläufen wie zum Beispiel in mobilen Systemen (Busse, Bahnen, Campingfahrzeuge, IDC.) oder in stationären Systemen (Horticulture, Urban Farming, Aquaristik, Aquakulturen, etc), oder auch in der Klarwasserentkeimung wie beispielsweise für Wasserspender oder für den Zulauf von Kaffeeautomaten, etc., eingesetzt werden. Im Einzelfall sind lediglich die Dimensionen, Anschlüsse, elektrische und Strahlungsleistungen entsprechend an die jeweiligen Anforderungen anzupassen.
In den 1 und 2 ist die Vorrichtung 1 einschließlich eines äußeren Gehäuses 10 illustriert. Die Vorrichtung 1 umfasst ein rohrartiges Behältnis 24 mit einem Einlass 13 und einem Auslass 15. Der Einlass 13 ist in einem ersten Flansch 12 gebildet und der Auslass 15 ist in einem zweiten Flansch 14 gebildet. Zwischen dem ersten Flansch 12 und dem zweiten Flansch 14 erstreckt sich ein Rohr 26 aus Quarz- oder hochborhaltigem Borsilicatglas, das gegenüber UV-C Strahlung im Wesentlichen transparent ist. Das Rohr 26 ist in entsprechende Passungen der beiden Flansche 12,14 eingesetzt und über Dichtungen 36 (siehe 5) abgedichtet. Das rohrartige Behältnis 24 umfasst somit in diesem speziellen Beispiel eine sich an das eine Ende des Rohrs 26 anschließende Bohrung des ersten Flanschs 12 mit hier im wesentlichen gleichen Durchmesser, die sich bis zu einer Öffnung 12a zum Anschluss einer flexiblen oder starren externen Leitung (nicht gezeigt) zum Zuführen eines Fluids erstreckt, sowie eine sich an das andere Ende des Rohrs 26 anschließende Bohrung des zweiten Flanschs 14 mit hier ebenfalls im wesentlichen gleichen Durchmesser, die sich bis zu einer Öffnung 14 a zum Anschluss einer weiteren flexiblen oder starren externen Leitung (nicht gezeigt) zum Ableiten des Fluids mit dem Ziel einer Rückführung in einen entsprechenden Kreislauf erstreckt. Das rohrartige Behältnis 24 im zweiten Flansch 14 umfasst dabei insbesondere einen Abknickpunkt mit zwei senkrecht zueinander stehenden Bohrungen. Die Flansche 12,14 sowie das Rohr 26 werden durch Schrauben oder Stifte 46,48 zusammengehalten, die in entsprechende Bohrungen 40,42 (siehe 5) eingepasst oder geschraubt sind.
Das Rohr 26 aus Quarz-oder hochborhaltigem Borsilicatglas ist, wie in 2 zu sehen ist, von zwei Strahlungsmodulen 44A, 44B umschlossen, welche dazu eingerichtet sind, UV-C Strahlung in den Innenraum 50 des Rohrs 26 abzugeben. Die Strahlungsmodule 44A, 44B werden nachfolgend im Detail beschrieben.
Die Vorrichtung 1 weist ferner einen elektrischen Anschluss 16 auf, welcher in den Figuren lediglich als rohrförmiges, einschraubbares Anschlussstück gezeigt ist, durch welches elektrische Leitungen für eine Leistungsversorgung hindurch geführt sind. Der Einfachheit der Darstellung halber sind diese in 2 weggelassen. Die Leistungsversorgung dient insbesondere zur Versorgung der die UV-C Strahlung abgebenden Lichtquellen, einer zugehörigen Sensorik, einem Motor (nicht gezeigt) eines die Vorrichtung kühlenden Lüfters 52 sowie einer diese und andere elektronische Einheiten kontrollierenden Steuervorrichtung (nicht gezeigt) mit Leistung.
Der Lüfter 52 ist in der Vorrichtung 1 an dem einen Ende des Gehäuses 10 angeordnet, welches dem Einlass 13 für das Fluid an dem anderen Ende des Gehäuses 10 gegenüberliegt (siehe auch 3). Der Lüfter 52 umfasst einen Propeller mit Schaufeln 54 der auf einer Drehachse rotierbar gelagert ist, die in Verlängerung im Wesentlichen mit einer Längsachse 51 des Rohrs 26 zusammenfällt. Der Lüfter 52 ist dazu einschließlich seines Antriebsmotors an einer Platte 56 im hinteren Teil des Gehäuses 10 angebracht, die wiederum über Streben 58 am zweiten Flansch 14 befestigt ist. Im Betrieb erzeugt der Lüfter 52 einen Luftstrom 18, welcher die Anordnung um das Kernmodul mit dem Rohr 26 parallel zu dessen Längsachse 51 umströmt. Zu diesem Zweck ist an dem hinteren Ende des Gehäuses 10 eine ringförmige Eintrittsöffnung 20 sowie an dem vorderen Ende des Gehäuses 10 eine Austrittsöffnung 22 vorgesehen, über die der Lüfter 52 entsprechend Luft zum Kühlen des Reaktors einsaugen (Bezugszeichen 18a) bzw. wieder ausgeblasen (Bezugszeichen 18b) kann.
In den 3 und 4 ist die gleiche Vorrichtung ohne das Gehäuse 10 gezeigt. Die beiden in diesen Figuren nicht mehr sichtbaren Strahlungsmodulen 44A, 44B sind ringsum von einer Kühlkörperanordnung 60 umschlossen, die hier aus zwei getrennten Kühlkörperelementen 64A, 64B besteht, die den entsprechenden Strahlungsmodulen 44A, 44B zugeordnet sind. Kühlkörperelemente 64A, 64B sind beispielsweise aus Strangguss hergestellt und besitzen eine Vielzahl von Kühlfinnen 62, die sich von einem inneren, massiven Körperabschnitt 66 (siehe 6 und 7) radial nach außen weg von der zentralen Längsachse 26 des Rohrs 26 im Innern der Kühlkörper Anordnung 60 erstrecken. Eine leichte Wölbung der Finnen 62 verbessert die aerodynamischen Eigenschaften. Die Finnen 62 erstrecken sich außerdem entlang der Längsachse 51, sodass der von dem Lüfter 52 erzeugte Luftstrom 18 die Finnen 62 mit geringem Widerstand passieren kann. Das äußere Gehäuse 10 begrenzt den Luftstrom und zwingt diesen dazu, den Raum zwischen den Finnen 62 zu passieren. Mit diesem Aufbau wird die im inneren Kernmodul 80 erzeugte Wärme aufgrund der UV-C Strahlung sowie aufgrund der nicht in Strahlung umgesetzten Leistung der UV-C LEDs wirksam nach außen geführt und an den Luftstrom 18 abgegeben.
In 5 ist das die zwei Strahlungsmodulen 44 A, 44 B sowie das Rohr 26 aus Quarz-oder hochbordotiertem Borsilicatglas umfassende Kernmodul 80 in Kombination mit dem ersten Flansch 12 und dem zweiten Flansch 14 gezeigt. Mit anderen Worten, die Kühlkörperanordnung 60 ist in diese Abbildung entfernt ebenso wie der Lüfter 52. Das rohrartige Behältnis 24 erstreckt sich von der Öffnung 12a am Einlass 13 über die Bohrung 120 im Flansch 12, den durch eine Dichtung 38 abgedichteten Übergang zum Rohr 26, das durch eine zylindrische Außenwand 260 begrenzt ist, den durch eine Dichtung 36 abgedichteten Übergang zu einer Bohrung 141 im zweiten Flansch 14 sowie der senkrecht abknickenden Bohrung 140, ebenfalls im zweiten Flansch 14, bis zur Öffnung 14a. Der Innendurchmesser ist über die ganze Länge hinweg im Wesentlichen konstant. Die Bohrungen 120 und 141 sowie das zwischen liegende Rohr 26 erstrecken sich dabei linear und gerade entlang der Längsachse 51. Der Querschnitt der Bohrungen 120,141,140 sowie das Rohr 26 sind kreisrund, und es sind darin weder Vorsprünge noch Vertiefungen vorgesehen, mit denen beispielsweise absichtlich Turbulenzen oder Verwirbelungen herbeigeführt werden. Mit diesem Aufbau wird eine möglichst laminare Strömung erzielt. Rein beispielhaft beträgt ein Durchmesser des Rohrs 26 ungefähr 8 mm, wobei z.B. ein Volumendurchsatz von 50 Litern pro Stunde erzielbar ist.
Das Material für die Dichtungen 36, 38 sollte aus einem möglichst widerstandsfähigen Kunststoff bestehen, was jedoch im Fall von UV-C Strahlung nur eingeschränkt realisierbar sein kann. Um die Einsatzdauer zu verlängern, können einige Maßnahmen getroffen werden, um die Strahlung daran zu hindern, die Dichtungen zu erreichen. Hier sind besonders Lichtleiteffekte zu berücksichtigen, die im transparenten Glasmaterial des Rohrs 26 auftreten können.
Zum einen kann die Innen- und/oder die Außenseite des Rohres 26 lokal vor den Enden (1-10 mm) angeraut werden, sodass die von dem Glasmaterial in der Außenwand 260 geführte Strahlung kurz vor Erreichen der Dichtungen 36,38 an der Oberfläche der Außenwand 260 gestreut wird. Hierzu kommt beispielsweise ein Sandstrahlen der betreffenden Oberflächen in Betracht. Alternativ können auch optische mikroskopische Strukturen, beispielsweise Prismen an den Innen- und/oder Außenseiten des Rohres eingeprägt werden.
Zum anderen können die Stirnflächen des Rohres 26 an den Rohrenden beschichtet werden, beispielsweise mit Metall, das aufgedampft oder aufgesputtert wird, oder mit absorbieren oder streuender Farbe. Ferner ist es möglich, Dotierungen in das Rohrmaterial lokal an den Enden des Rohres 26 einzubringen, welche die UV-C Strahlung absorbieren. Beispielsweise kommt hierzu TiO₂ im Fall von Quarzglas in Betracht. Schließlich kann auch in Betracht gezogen werden, an den Enden des Rohres 26 eine Verringerung der Wandstärke des Rohres anzubringen, gegebenenfalls ergänzt durch eine zusätzliche Verformung des Rohres, beispielsweise einer Vergrößerung oder Verkleinerung seines Querschnitts.
Einer speziellen Ausgestaltung zufolge kann an dem Ende der Bohrung 141 im zweiten Flansch 14 ein durch Verkabelung 32 angeschlossener zusätzlicher Sensor 30 vorgesehen sein, welcher über ein Quarzglasfenster 34 die in Richtung der Längsachse 51 im Fluid gestreute UV-C Strahlung erfassen kann, um Aussagen über die Trübung des Fluids oder die Gesamtlichtleistung der Strahlungsmodulen 44A, 44B treffen zu können.
In den 6 und 7 sind Querschnitte durch die Kühlkörperanordnung 60 mit dem darin angeordneten Kernmodul 80 gezeigt. Wie noch mit Bezug auf die 9 und 10 erläutert werden wird, sind hier je Strahlungsmodul 44A, 44B drei UV-C LEDs 90 über den Umfang des rohrartigen Behältnisses 24 hinweg verteilt angeordnet. Daraus ergibt sich eine 3-zählige Symmetrie der Anordnung des Kernmoduls 80, die sich auch in einer 3-zähligen Symmetrie einer inneren Kavität 72 widerspiegelt, die in jedem der Kühlkörperelemente 64A, 64B zur Aufnahme des jeweiligen Strahlungsmoduls 44A, 44B des Kernmoduls 80 vorgesehen ist. Dies ergibt im Ausführungsbeispiel eine prismenförmige Kavität 72.
Wie in 12 zu sehen ist, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine jeweilige UV-C LED 90 auf einem flächigen Substrat 84 mit wärmeleitenden Metallkern und elektrisch isolierender Beschichtung in COB-Technik ausgebildet. Wenn die UV-C LED 90 zum Innenraum 50 des Rohrs 26 ausgerichtet ist, kann die Rückseitenoberfläche des Substrats 84 mit maximaler Kontaktfläche auf einer komplementären, hier ebenfalls planen Innenoberfläche der Kavität 72 des jeweiligen Kühlkörperelements 64A, 64B befestigt werden. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung kann bevorzugt eine dünne Wärmeleitpastenschicht (nicht gezeigt) mit einer Dicke von 20 µm oder weniger zwischen den beiden Kontaktflächen vorgesehen sein, die den Wärmewiderstand verringert.
Durch die 3-Zähligkeit der Symmetrie der Strahlungsmodule und der dazu angepassten 3-Zähligkeit der Symmetrie der inneren Qualität der Kühlkörperelemente 64A, 64B ist es praktisch, diese in eine entsprechende Anzahl (hier: 3) von Unterelementen zu fragmentieren, wie dies durch die strichpunktierten Linien in 6 angedeutet ist. Dies erleichtert den Zusammenbau des UV-Reaktors sowie auch die Entnahme der Strahlungsmodule daraus im Falle einer Wartung oder Fehlerbehebung erheblich.
In den 6 und 7 sind ferner Bohrungen 68 gezeigt, die der Aufnahme der teilweise in 2 gezeigten Schrauben oder Stifte 46,48 dienen. Durch den durch die Schrauben oder Stifte 46,48 erzeugten Kompressionsdruck werden die beiden Flansche 12,14 und die dazwischenliegenden Kühlkörperelemente 64 A, 44 B zusammengedrückt, sodass auch eine Wärmeübertragung von der Kühlkörperanordnung 60 auf die Flansche 12,14 erfolgt. Die Flansche 12,14 können bevorzugt aus einem wärmeleitenden Metall gebildet sein, beispielsweise Kupfer oder Stahl, wobei diese zusätzlich zur Kühlung der Kühlkörperanordnung über den Luftstrom 18 Wärme direkt an das durchfließende Fluid abgeben können. Dies verbessert die Wärmebilanz erheblich und ermöglicht es, noch mehr UV-C LEDs innerhalb des begrenzten Raums der Kavität 72 und um den engen Umfang des Rohrs 26 verteilt anzuordnen.
In den 6 und 7 sind außerdem 3 Verriegelungskavitäten 70 vorgesehen, die sich wie die prismenförmige Kavität 72 entlang der Längsachse 51 des innen verlaufenden Rohrs 26 erstrecken. In diese Verriegelungskavitäten 70 können die in den 8A bis 8C gezeigten Strahlungsschutzriegel 76, 76' eingeschoben werden. In dem gezeigten Beispiel besitzen diese einen im wesentlichen halbzylindrischen Strahlungsschutzabschnitt 78, der komplementär passend zu den Strahlungsschutzkavitäten 70 ist und im eingeschobenen Zustand verhindert, dass Strahlung aus etwaigen Spalten oder Lücken zwischen den fragmentierten Unterelementen der Kühlkörperelemente 64A, 64B selbst im zusammengebauten und verriegelten Zustand austritt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Strahlungsschutzriegel 76, 76' ferner mit einer Verriegelung 79 ausgestattet, die integral oder zumindest fest verbunden ist mit dem Strahlungsschutzabschnitt 78. Dies reduziert mit Vorteil die Anzahl der verwendeten Teile erheblich und vereinfacht den Aufbau. Die Verriegelung 79 weist Bohrungen 79A, 79B, 79C auf, in die Schrauben oder Stifte eingesetzt werden können (siehe 7). Jede Verriegelung 79 ist damit an jeweils zwei benachbarten Unterelementen der Kühlkörperelemente 64A, 64B befestigt. Die Verriegelung 79 als Ganzes ermöglicht dadurch auch eine Befestigung der miteinander zu verbindenden Unterelemente untereinander. Wie eingangs beschrieben werden dagegen die Kühlkörperelemente 64A, 64B mit Hilfe von Durchstecksschrauben o.ä. durch die Löcher 68 miteinander verbunden.
In 9 ist der Aufbau des Kernmoduls 80 beziehungsweise des eigentlichen UV-C Reaktors gezeigt. Das transparente Rohr 26 des rohrartigen Behältnisses 24 wird in Umfangsrichtung von den zwei Strahlungsmodulen 44A, 44B umschlossen, die jeweils aus einer Anordnung von drei Substraten 84 (printed circuit boards, PCB) mit darauf angeordneten UV-C LEDs 90 gebildet sind und wie beschrieben eine 3-zählige Symmetrie oder Prismenform ausbilden. Die UV-C LEDs 90 sind benachbart zur UV-transparenten Außenwand 260 platziert und sind hier als flache Halbleiterelemente ausgebildet, deren Hauptabstrahlrichtung auf der Flächennormalen der LED liegt, die vorzugsweise, aber nicht notwendig senkrecht zur Längsachse 51 ausgerichtet ist. Die im Wesentlichen rechteckförmigen oder quadratischen Substrate 84 besitzen einander zugewandte Kanten, sind an diesen jedoch nicht direkt miteinander verbunden. Vielmehr entsteht die räumliche Anordnung durch Anbringung der Substrate 84 rückseitig an den Innenflächen der Kavitäten 72 der Kühlkörperelemente 64A, 64B über Schrauben oder Stifte 86 in Bohrungen 85 des jeweiligen Substrats 84.
Wie in 12 zu sehen ist, besitzen die Substrate 84 an den einander zugewandten Kanten Aussparungen 88, die es erlauben, an den Positionen zwischen den in den Strahlungsmodulen 44A, 44B benachbarten Substraten 84 UV-empfindliche Sensoren 74 mit elektrischen Versorgungsleitungen 75 anzuordnen und das von einer gegenüberliegenden UV-C LED 90 emittierte Licht durch das UV-transparente Rohr 26 hindurch bis zu den jeweiligen Sensoren 74 passieren zu lassen. In 9 sind der Vereinfachung halber lediglich zwei Sensoren 74 gezeigt. Es versteht sich das im Idealfall alle Sensorenplätze besetzt sind.
Die Sensoren 74 können eingesetzt werden, um den Betrieb der Strahlungsmodule zu überwachen. Wenn UV-C LEDs 90 einzeln betrieben werden oder ihr Betriebsstrom variiert wird, beispielsweise periodisch, können verschiedene Informationen zur Leistung der LEDs und der optischen Eigenschaften der Flüssigkeit bestimmt werden. So können bei einem leeren Reaktor die optischen Eigenschaften des Reaktors bekannt sein. Aus dem Sensorsignal eines der jeweiligen UV-C LED 90 gegenüberliegenden Sensors 74 kann direkt auf dessen Leistung bzw. Alterungszustand über einen Kalibrierwert geschlossen werden.
Ferner kann bei bekannter Leistung der UV-C LED 90, die entweder im leeren Zustand gemessen wurde oder durch die Lebensdauer durch ein bekanntes Lebensdauerverhalten errechnet wird, die Eindringtiefe im Fluid im Rohr 26 durch den der LED 90 gegenüberliegenden Sensor 74 über einen Kalibrierwert ermittelt werden.
Schließlich kann bei bekannter Leistung und Eindringtiefe durch den stirnseitigen Sensor 30 oder durch einen weiteren Sensor 74, der in einem Winkel zur Hauptausbreitungsrichtung der UV-C LED 90 liegt, auf Streueigenschaften der Flüssigkeit geschlossen werden.
Über die ermittelten Eigenschaften der LEDs 90 und des Fluids kann der Strom bzw. die Leistung, mit welcher die LEDs versorgt werden, so angepasst werden, dass eine festgelegte minimale Intensität im UV-C Reaktor erreicht wird. Dadurch kann die Gesamteffizienz des Reaktorsystems und/oder die Lebensdauer optimiert werden. Zusätzlich kann eine Reduzierung der Entkeimungswirkung des Reaktors unterhalb eines kritischen Werts erkannt werden, der beispielsweise aufgrund eines zu sehr getrübten Mediums oder einer Degeneration der Optik, oder aufgrund von defekten UV-C LEDs 90 erreicht wird.
Im Hinblick auf ihre Positionierung bezüglich der Kühlkörperelemente 64A, 64B können die Sensoren 74 mit Vorteil in speziell eingerichteten Sensorsitzen 82 in den Strahlungsschutzriegeln 76' angeordnet werden, siehe 8C. Beim Einschieben der Riegel in die Strahlungsschutzkavitäten 70 sind die Sensoren 74 dann innerhalb dieser Strahlungsschutzkavitäten 70 genau an den Positionen zwischen zwei benachbarten Substraten 84 angeordnet. Dies erleichtert weiter den Einbau und/oder Ersatz von Sensoren 74.
Die beiden Strahlungsmodule 44A, 44B sind in 9 gegenüber der Längsachse 51 des Rohrs 26 um 60° zueinander verdreht angeordnet. Im Fall einer laminaren Strömung wird dadurch die Dichte der Verteilung von UV-C LEDs 90 über den Umfang des Rohrs 26 hinweg weiter verbessert. Werden mehr als zwei Strahlungsmodule verwendet, kann durch die gegenseitige Verdrehung in Umfangsrichtung mit Vorteil eine spiralförmige Anordnung der UV-C LEDs 90 erreicht werden.
Wie ferner in 9 zu sehen ist, besitzt das Rohr 26 an seinen beiden Enden außen jeweils eine Nut 261 zur Aufnahme jeweils eines der Dichtungsringe 36,38.
In 10 ist in vergrößerter Darstellung eines der Strahlungsmodule 44A mit der Anordnung von Substraten 84, LEDs 90 und Sensoren 74 (wieder stellvertretend nur eines) ohne das innen durchlaufende Rohr 26 gezeigt. Zu erkennen ist, dass Innen ein Reflektor 92 angebracht ist, der - wie aus 11 ersichtlich - eine Art Ringform besitzt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 92 aus gebogenen Blechen hergestellt und umfasst Reflektorflächen 98 und 100, die bevorzugt mit Aluminium zur verbesserten Reflexion von UV-Licht und zum Schutz vor Korrosion beschichtet sein können. Die Reflektorflächen 98 bedecken die Substrate 84, wobei Aussparungen 102 für die LEDs 90 vorgesehen sind. Die Reflektorflächen 100 verbinden benachbarte Reflektorflächen 98 und sind jeweils den Ecken der 3-zähligen Symmetrie bzw. der Prismenform des Kernmoduls 80 sowie entsprechend den Sensoren 74 zugewandt. Damit die Sensoren 74 das Licht gegenüberliegender UV-C LEDs 90 erfassen können, sind hier ebenfalls Aussparungen 96 vorgesehen.
Wie der 10 unmittelbar zu entnehmen ist, erlaubt die 3-zählige Symmetrie eine optimale Erfassung des von einer gegenüberliegenden UV-C LED 90 emittierten und das Rohr 26 transmittierenden Lichts durch den entsprechenden Sensor 74. Die gegenseitige Bestrahlung der UV-C LEDs 90 ist dagegen aufgrund der Positionierung etwas verringert. Da UV-C LEDs einfallende UV-C Strahlung absorbieren, stünde dieser Strahlungsanteil für eine weitere Reflexion und damit eine Weiterverwertung im Rohr 26bei der Entkeimung nicht zur Verfügung. Der vorliegende Aufbau verbessert damit die Effizienz des Strahlungsmoduls 44A, 44B erheblich. Analoges gilt beispielsweise auch für einen 5-zähligen Aufbau.
Wie in 11 erkennbar ist, kann das gebogene Blech an einer Naht 104 zu einem geschlossenen Ring zusammengefügt werden, beispielsweise durch Schweißen oder Nieten. Mithilfe von gebogenen Laschen 94, die gegebenenfalls sogar eine geringfügige mechanische Vorspannung in Richtung aufeinander besitzen, können die Substrate 84 wie aus 10 ersichtlich an dem Ring angesetzt werden, oder auch umgekehrt der Reflektorring 92 in das Kernmodul 80 bzw. das Strahlungsmodul 44A, 44B eingesetzt oder daran befestigt werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in den 13A und 13B gezeigt. Das rohrartige Behältnis 24 bzw. das transparente Rohr 26 ist hierbei von einer Anordnung mit fünf anstatt drei LEDs 90 wie im ersten Ausführungsbeispiel - verteilt über den Umfang des Rohres 26 - umschlossen. Die anderen im Zusammenhang mit der Vorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels gezeigten Elemente der Anordnung (Kühlkörper 60, Flansche 12, 14, Substrate 84, Sensoren 74, separate Strahlungsmodule 44A, 44B, etc.) sind in dieser schematischen Darstellung weggelassen. Das Diagramm der 13B zeigt die Intensitätsverteilung über den Querschnitt des Rohres 26 hinweg. Es ist erkennbar, dass eine Erhöhung der Anzahl der UV-C LEDs 90 eine verstärkt homogene Ausleuchtung des Innenraums 50 des Rohrs 26 bewirken kann.
Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in 14A gezeigt. Auch hier sind - wie die Querschnittsansicht zeigt - fünf UV-C LEDs 90 über den Umfang eines Rohrs 26' hinweg angeordnet. Durch die Pfeile angedeutet sind hier jedoch abweichend von einer runden Querschnittsform Vertiefungen in der Außenwand des Rohrs 26' ausgebildet, sodass die in 13B immer noch wenig ausgeleuchteten Raumbereiche am Rand des Rohrs 26 zwischen benachbarten UV-C LEDs 90 im Fall des Rohrs 26' verschwinden. Dadurch wird eine weiter verbesserte Homogenität erreicht. Diese Anpassung des Reaktorquerschnitts kann zum Beispiel durch Einsatz geeigneter Walzwerke bewirkt werden, die eine mehrseitige Vertiefung während des Ziehens der Quarzrohre oder in einem nach Arbeitsschritt erzeugen. Diese Vertiefungen können kontinuierlich über die Länge hinweg wie aber auch periodisch eingebracht sein.
Ein analoges viertes Ausführungsbeispiel ist in 14B gezeigt. Rein beispielhaft ist hier wieder nur eine 3-Zähligkeit der verwendeten UV-C LEDs 90 illustriert. Abweichend von der Kreisform des Querschnitts des rohrartigen Behältnisses 24 bzw. des Rohrs 26 in den ersten zwei Ausführungsbeispielen sind hier - anstatt der Bereitstellung von Vertiefungen - Abflachungen im Rohr 26" zwischen den Positionen der UV-C LEDs 90 vorgesehen. Ähnlich wie im Beispiel der 14A verbleiben nur Bereiche hoher Intensität im Querschnitt des Rohres 26". Die Homogenität der Entkeimung wird auch hierbei verbessert. Die Form des Reaktors ist in diesen Ausführungsbeispielen in etwa genau so gewählt, dass die Abstrahlwinkel der UV-Strahlung nach der Brechung beim Übergang in das optisch dichtere Medium in etwa mit den Konstruktionswinkeln des Reaktorrohrs 26', 26" übereinstimmen (d.h., der Winkel zwischen der LED-Anlagefläche des Rohrs und den sich daran seitlich schließenden Seitenwänden des Rohrs).
In den 15 und 16 ist ein alternatives oder ergänzendes Ausführungsbeispiel für einen spiralförmigen Zulauf (13') gezeigt. 16 zeigt den Zulauf (13') im Querschnitt mit aufgesetztem Rohr 26"'. Der gesamte Aufbau mit den Moduln einschließlich der LEDs, den Kühlkörperelementen und deren Verbindungen etc. kann derselbe wie in den Figuren des ersten Ausführungsbeispiels sein und ist hier der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Der Zulauf 13' kann als monolithischer Block (z.B. Stahl) aufgebaut sein und den Flansch 12 mit der Öffnung 12a wie beschrieben aufweisen. Die entsprechende Bohrung 120 führt in einen zum Rohr 26'" hin offenen Kanal 13a, dessen Grundfläche 130 mit einer geringen konstanten Neigung in Richtung zur Längsachse des Rohrs 26'" hin allmählich ansteigt, bis sie eine Stirnfläche 150 desselben erreicht. Die Stirnfläche wird durch ein Fenster 34' aus Quarzglas gebildet. Hinter dem Fenster 34' sind eine oder mehrere LEDs 30' angeordnet (siehe 16), die - wie die in 5 gezeigte LED 30 - ihr UV-Licht in Längsrichtung abstrahlen.
Durch den Kanal 13a bzw. dessen sich spiral- oder schraubenförmig nach oben windender Grundfläche 130 wird dem einfließenden Fluid ein Drall aufgegeben, so dass sich das Fluid entsprechend schraubenförmig durch das im weiteren Verlauf mit UV-C Licht bestrahlte Rohr 26'" bzw. Behältnis 24 bewegt. Das Rohr 26'" selbst kann wie in den vorigen Ausführungsbeispielen beschrieben beschaffen sein (z.B. aus Quarzglas). Ein Dichtungsring 38 kann zwischen dem Ende des Rohrs 26'" und einer Anschlagfläche 12b des Flansches 12 vorgesehen sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel bewirkt der resultierende spiralförmige Durchfluss des Fluids eine homogene Strahlungseinwirkung auf die einzelnen Fluidanteile.
Insgesamt kann durch die sternförmige Bestrahlung des Fluids im Rohr 26 von mehreren Seiten eine Mindestintensität von Strahlung auch in absorbieren und streuenden Medien erreicht werden und gleichzeitig ein Mindestdurchmesser des Reaktors eingehalten werden. Die modulare Grundkonstruktion erlaubt eine Anpassung, beispielsweise eine Erweiterung der Anordnung durch ein weiteres Strahlungsmodul, gemäß den Wünschen der Anwender wie zum Beispiel eine minimale Durchflussrate, ein zu erwartender maximaler Entkeimungsgrad, Trübheit des Mediums, u.s.w. Durch diesen modularen Aufbau ist eine große Bandbreite von Kundenapplikationen adressierbar.
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 kann der spiralförmige Zulauf aus 15 oder 16 auch in dem in 2 gezeigten Aufbau auf der linken Seite angeflanscht werden. Ferner sind die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Materialen für die Außenwand des Rohrs nicht auf spezielle Gläser begrenzt, insbesondere also Quarzglas, oder Quarz- oder hochborhaltige Borsilicatgläser, Kalziumfluorid, Saphir oder auch Natrium-Kalium-Silicatglas. Auch können beispielsweise nur kleine Fenster den LEDs 90 in einem ansonsten intransparenten Rohr zugeordnet sein.
Ferner kann das Rohr 26 anders als in den Ausführungsbeispielen gezeigt auch gekrümmt sein oder gar abknicken.
In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die UV-C LEDs 90 als flache Halbleiterelemente beschrieben, deren Hauptabstrahlrichtung auf der Flächennormalen der LED liegt. Alternativen oder Weiterbildungen zufolge können die UV-C LEDs 90 aber auch mit einer Primäroptik versehen sein wie beispielsweise Linsen, TIR-Linsen oder Reflektoren, um die Strahlformung zu verbessern (fokussieren oder aufbereiten).
In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die kritische Kühlung mithilfe von Kühlkörperanordnungen beschrieben, die Wärme an zugeführte Luft abgeben. Ergänzt wird dies durch eine Wärmeabgabe an wärmeleitende Metalle, die in Berührung mit dem durchfließenden Fluid stehen, vorzugsweise bei einer Fluidtemperatur unterhalb von 50° C. Es ist aber ebenso möglich, dass nur die eine oder nur die andere Kühlung eingesetzt wird, oder dass anstelle dieser völlig andere Kühlmechanismen eingesetzt werden, wie beispielsweise Wärmepumpen oder Peltiers.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
10: Gehäuse
12: Erster Flansch
12a: Öffnung
12b: Anschlagfläche für Dichtung
13: Einlass (für laminaren Durchfluss)
13': Einlass (für spiralförmigen Durchfluss)
14: Zweiter Flansch
14a: Öffnung
15: Auslass
16: Elektrische Anschluss
18: Kühlender Luftstrom
18a,b: Eingesandte Luft, ausgeblasene Luft
20: Einlassöffnung für Luft
22: Auslassöffnung für Luft
24,24',24": Rohrartiges Behältnis
26,26',26",26'": Quarzglas oder Borsilicatglas
28: Abknickpunkt
30,30': Stirnseitiger Sensor
32: Elektrische Anschluss (Sensor)
34,34': Quarzglasfenster
36: Dichtung
38: Dichtung
40: Bohrungen
42: Bohrung
44A, B: Erstes, zweites Strahlungsmodul
46: Schraube oder Stift
48: Schraube oder Stift
50: Innenraum (Quarz-/Borsilicatglasrohr)
52: Lüfter
54: Schaufel
56: Befestigungsplatte
58: Befestigungsstrebe
60: Kühlkörperanordnung
62: Kühlfinne
64A, B: Kühlkörperelement
66: Hauptkörper
68: Bohrungen
70: Strahlungsschutzkavität
72: Innere Kavität
74: UV-Sensor
75: Elektrische Versorgungsleitung
76: Strahlungsschutzriegel
78: Strahlungsschutzabschnitt
79: Verriegelung
80: Kernmodul, eigentlicher UV-Reaktor
82: Sensorsitz
84: Substrat (PCB mit Metallkern)
85: Bohrungen
86: Schraube oder Stift
88: Aussparung
90: UV-C LED (lichtemittierende Diode)
92: Reflektor (-ring)
94: Lasche
96: Aussparung
98: Reflektorfläche (AI-Beschichtet)
100: Reflektorfläche (AI-Beschichtet)
102: Aussparung
104: Schweißnaht
120: Bohrung
130: Grundfläche (schraubenförmig ansteigend)
140: Bohrung
141: Bohrung
150: Stirnfläche
260: Außenwand (Quarz-/Borsilicatglasrohr)
261: Nut für Dichtungsring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014015049 A1 [0005]
DE 102013017377 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 5031-7 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids, umfassend: ein rohrartiges Behältnis (24) mit einem Einlass (13) zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Auslass (15), an dem das Fluid aus dem Behältnis (24) abgegeben werden kann, eine Mehrzahl von LEDs (90), die jeweils konfiguriert sind, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-Strahlung, bevorzugt der UV-C Strahlung, über eine zumindest teilweise transparente Außenwand (260) des Behältnisses in einen Innenraum (50) des Behältnisses (24) abzugeben, um das durchfließende Fluid zu bestrahlen, wobei die LEDs (90) über den Umfang des Behältnisses (24) verteilt angeordnet und eingerichtet sind, Licht von in Querschnittsebenen verschiedenen Winkelpositionen in dessen Innenraum (50) abzustrahlen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die LEDs sowohl über den Umfang des Behältnisses als auch an mehreren Positionen entlang der Längsachse des Behältnisses verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die LEDs der Mehrzahl in wenigstens zwei Gruppen unterteilt sind, die jeweils einem ersten und wenigstens einem zweiten UV-Strahlungsmodul zugeordnet sind, und die LEDs des ersten UV-Strahlungsmoduls und des wenigstens einen zweiten UV-Strahlungsmoduls jeweils gemeinsam innerhalb einer Querschnittsebene senkrecht zu der Längsachse des rohrartigen Behältnisses angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei eine erste Anzahl der LEDs des ersten UV-Strahlungsmoduls und/oder eine zweite Anzahl der LEDs des wenigstens einen zweiten UV-Strahlungsmoduls jeweils eine ungerade Zähligkeit besitzt beziehungsweise besitzen, vorzugsweise 3, 5 oder 7 jeweilige LEDs, und die LEDs innerhalb der betreffenden Querschnittsebene in gleichen Winkelabständen voneinander um die Längsachse herum über den Umfang des rohrartigen Behältnisses hinweg verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Winkelpositionen der LEDs des wenigstens einen zweiten UV-Strahlungsmoduls innerhalb der entsprechenden Querschnittsebene in Bezug auf die Längsachse verschieden sind von denjenigen der LEDs des ersten UV-Strahlungsmoduls, wobei vorzugsweise ein Drehwinkel θ, um welchen zwei verschiedene UV-Strahlungsmodule gegenseitig innerhalb der entsprechenden Querschnittsebenen verdreht sind, beträgt: $θ = 360 ° / (Z \cdot M),$
oder ein Vielfaches davon, wobei Z eine miteinander übereinstimmende Zähligkeit der LEDs innerhalb der UV-Strahlungsmodule ist und M eine Gesamtanzahl der UV-Strahlungsmodule ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die LEDs der UV-Strahlungsmodulen eine UV-Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen abstrahlen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die LEDs jeweils auf elektrisch leitfähige Verdrahtungen aufweisenden flächigen Substraten angeordnet sind, die sich zusammengesetzt in jedem der UV-Strahlungsmodule in Umfangsrichtung außen um das Behältnis erstrecken, wobei die LEDs dem Innenraum des Behältnisses zugewandt sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, ferner umfassend: in jedem der UV-Strahlungsmodule eine Anzahl von UV-strahlungsempfindlichen Sensoren, die jeweils einzeln den entsprechenden LEDs auf der jeweils anderen Seite des Behältnisses gegenüberliegend angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Sensoren jeweils angrenzend an eine Position zwischen zwei benachbarten Substraten angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner umfassend: einen Reflektor, der das jeweilige Substrat abdeckend dem Innenraum des Behältnisses zugewandt ist und eine Aussparung für die jeweilige LED sowie gegebenenfalls für den entsprechenden Sensor aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Reflektor als vom Behältnis getrennter, untereinander zusammenhängende, vorzugsweise flächige oder gewölbte Reflektorelemente aufweisender Ring ausgebildet ist, der sich um das Behältnis herum in Umfangrichtung erstreckt, oder als äußere oder innere Beschichtung einer Wand des Behältnisses ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, ferner umfassend: eine Kühlkörperanordnung, wobei das jeweilige Substrat, auf welchem die LEDs jeweils entsprechend angeordnet sind, direkt oder über ein wärmeleitendes Material mit dem Kühlkörper verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Anordnung der sich im zusammengesetzten Zustand in jedem der UV-Strahlungsmodule in Umfangsrichtung um das Behältnis erstreckenden Substrate eine der Zähligkeit ihrer LEDs entsprechende Symmetrie aufweist, wobei die Kühlkörperanordnung eine dieser Symmetrie entsprechende Kavität ausbildet, in der die Anordnung der Substrate aufgenommen ist, vorzugsweise eine Dreiecks- oder pentagonale Prismenform, wobei die Kühlkörperanordnung in eine der Symmetrie entsprechende Anzahl von Kühlkörperelementen fragmentiert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, ferner umfassend eine der Anzahl von Kühlkörperelementen entsprechende Anzahl von Strahlungsschutzriegeln, die ein Austreten von UV-Strahlung durch Spalte zwischen den fragmentierten Kühlkörperelementen verhindern, wobei jeweils wenigstens ein Strah lungsschutzriegel: eine Aufnahme für einen der Sensoren besitzt, und/oder eine integral oder zumindest fest verbundene Verriegelung umfasst, mit welcher die Kühlkörperelemente miteinander verriegelt und wieder gelöst werden können.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend: einen Lüfter, der ausgelegt ist, einen Luftstrom zu erzeugen, mit welchem die Kühleranordnung versorgt wird, wobei die Kühlköperanordnung integral verbundene Finnen aufweist, die von dem Luftstrom durchströmt werden können, wobei vorzugsweise ein Gehäuse vorgesehen ist, mit welchem der Luftstrom auf die Durchströmung der Finnen begrenzt wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: wenigstens eine wärmeleitende Komponente, die mit den LEDs thermisch verbunden ist und sich bis zu dem Innenraum des Behältnisses erstreckt, um von dem Fluid durchflossen zu werden, so dass die von den LEDs herrührende Wärme an das Fluid abgegeben wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die wärmeleitende Komponente eine Metallkomponente ist, die durch den Einlass und/oder den Auslass oder durch entsprechende Flansche ausgebildet wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Dichtung, die eine Verbindung zwischen einem zumindest teilweise für UV-Strahlung transparenten Abschnitt des rohrartigen Behältnisses und einem Flansch für den Einlass oder den Auslass gegenüber einem Austritt des durchfließenden Fluids abdichtet, wobei das der Dichtung zugewandte Ende des transparenten Abschnitts verformt, mechanisch, chemisch oder physikalisch strukturiert, beschichtet, oder dotiert ist, um Lichtleiteffekten entgegenzuwirken, die UV-Strahlung in dem transparenten Abschnitt zu der Dichtung leiten.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das rohrartige Behältnis einen zumindest teilweise für UV-Strahlung transparenten Abschnitt aufweist, durch welchen die von den LEDs abgestrahlte UV-Strahlung in den Innenraum eintritt, wobei der für UV-Strahlung transparente Abschnitt einen runden kreisförmigen Querschnitt oder davon abweichend mehrseitige Abflachungen oder Vertiefungen aufweist, die der Zähligkeit der LEDs in einer Querschnittsebene entsprechen.
Verfahren zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids, umfassend: Bereitstellen einer Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; Verbinden des Einlasses (13) der Vorrichtung (1) mit einer Quelle eines Fluids und der Mehrzahl von LEDs (90) mit einer Leistungsversorgungsquelle; Einlassen des Fluids in das rohrartige Behältnis (24); Bestrahlen des Fluids mit der UV-Strahlung, bevorzugt der UV-C Strahung, der LEDs (90); Rückführung des Fluids zu der Quelle oder in ein anderes Reservoir über den Auslass (15).