DE102021200037A1

DE102021200037A1 - Vorrichtung und verfahren zum entkeimen eines durchfliessenden fluids

Info

Publication number: DE102021200037A1
Application number: DE102021200037.1A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hartwig; Norbert Magg; Andreas Lovich
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2022-07-07
Also published as: US20240059589A1; WO2022148606A1; CN116568640A

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids mittels UV-Strahlung (UV-Reaktor) umfasst einen Behälter (20) mit einem Zulauf (22) zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Ablauf (24) zum Abgeben des Fluids aus dem Behälter (20), wobei innerhalb des Behälters (20) eine veränderbare bzw. einstellbare Bestrahlungszone (12) zum Bestrahlen des Fluids mit UV-Strahlung vorgesehen ist. Die Bestrahlungszone (12) ist als Spalt ausgebildet, der sich zwischen zwei gegenüberstehend angeordneten Reaktorwänden (14, 26) erstreckt, und durch den das Fluid strömt. Der gegenseitige Abstand (D) der Reaktorwände (14, 26), und damit auch das Spaltmaß (D) des Spalts, ist veränderbar, indem zumindest eine Reaktorwand (14) bewegbar ausgelegt ist. Beispielsweise ist die bewegbare Reaktorwand (14) eine Wand eines innerhalb des Behälters (20) angeordneten oder in den Behälter hineinragenden, verschiebbaren Körpers (9). Durch Anpassung des Abstands der Reaktorwände (14, 26) im Bereich der spaltförmigen Bestrahlungszone (12), und damit der Schichtdicke (D) der durch den Spalt durchströmenden Flüssigkeit, wird ein effizienzoptimierter Betrieb des UV-Reaktors (10) bei unterschiedlichen Streu- und Absorptionseigenschaften des Fluids erzielt. Optional wird die Eindringtiefe der Strahlung mit einem Sensor (7) erfasst und das Spaltmaß (D) anhand des Sensorsignals angepasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids, insbesondere einer durchfließenden Flüssigkeit. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter mit einem Zulauf zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Ablauf, an dem das Fluid nach dem Durchfließen aus dem Behälter abgegeben werden kann. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl von Strahlungsquellen, vorzugsweise LEDs, die jeweils dafür ausgelegt sind, das in einem Innenraum des Behälters fließende Fluid mit Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-Strahlung, bevorzugt der UV-C Strahlung, zu bestrahlen. Solche Vorrichtungen werden auch als UV-Reaktoren bezeichnet.
UV-Reaktoren können vielfältig eingesetzt werden, etwa zur Aufbereitung von Trinkwasser oder zur Sterilisation bzw. Entkeimung von Brauchwasser oder Betriebswasser, welches beispielsweise in gewerblichen, landwirtschaftlichen oder hauswirtschaftlichen Anwendungen (z.B. Spülmaschinen, etc.) eingesetzt wird. Auch andere Fluide als Wasser wie beispielsweise Blut oder Milch können durch solche UV-Reaktoren entkeimt werden.
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.
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.
Für eine effiziente Entkeimung sollte dabei die Strahlendosis pro Volumeneinheit der durchströmenden Flüssigkeit eine Konstante sein. Zumindest muss die Strahlendosis pro Volumeneinheit der durchströmenden Flüssigkeit aber oberhalb eines Grenzwertes liegen, der eine bestimmungsgemäße Entkeimung der jeweiligen Volumeneinheit gewährleistet.
Die Effizienz von UV-Reaktoren zur Entkeimung von Flüssigkeiten wird von der Eindringtiefe der Strahlung in das Flüssigkeitsvolumen beeinflusst. Insbesondere bei UV-C Strahlung und trüben Medien ist durch Absorption und/oder Streuung bereits nach wenigen Millimetern die eingestrahlte Lichtintensität auf wenige Prozent abgefallen, so dass keine relevante Desinfektionswirkung für bestrahlte Schichtdicken von einigen cm oder mehr erreicht werden können oder eine sehr hohe initiale optische Leistung verwendet werden müsste, um nach der Abschwächung noch eine ausreichende Wirkung zu erzielen. Die Trübung eines Mediums kann beispielsweise verursacht werden durch streuende oder absorbierende Partikel. Diese können organischen oder anorganischen Ursprungs sein. Beispiele wären Schmutzpartikel, Mikroorganismen, Algen oder Schwebteilchen, Kalkteilchen oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Trübung auch durch Emulsionen oder Mischung mit anderen Flüssigkeiten (z.B. mit Kolloid-Bestandteilen) hervorgerufen werden.
Um die Bedingung konstanter Dosis über das Gesamtvolumen zu gewährleisten bedarf es daher besonderer Vorkehrungen. Insbesondere dann, wenn sich die Eindringtiefe der Strahlung im Laufe der Zeit verändert.
Durch geeignete Erhöhung der Strahlungsleistung über einen kritischen Schwellwerte hinaus, beispielsweise um mehr als einen Faktor 10⁴, kann im Prinzip in allen zu desinfizierenden Bereichen der Flüssigkeit eine ausreichende Strahlungsleistung zur Reduktion der fortpflanzungsfähigen Keime erreicht werden. Viele Entkeimungszellen setzten in der Vergangenheit auf UVC-Lampenquellen, insbesondere Gasentladungslampen. Eine massive Überdosierung der erforderlichen Strahlung ist hier möglich, da die Kosten der Quellen pro Watt Strahlungsleistung gering sind und die Strahlungsquellen prinzipiell in der Lage sind große Strahlungsmengen abzugeben (mehrere hundert bis mehrere tausend Watt je nach Lampenart). Im einfachsten Fall kann bei der Auslegung des Entkeimungssystems der „schlimmste Fall“ (trübste mögliche Flüssigkeit) angenommen werden und der Reaktor und die Strahlungsquelle auf diesen Fall ausgelegt werden. Dieser Lösungsansatz führt jedoch zu einer starken Reduktion der Energieeffizienz des Systems aufgrund von UV-Überdosierungen in einem Großteil des bestrahlten Bereiches. Bei LED-basierten Applikationen ist dieser Lösungsansatz aufgrund der deutlich geringen maximalen UV-Strahlungsmengen und der hohen Kosten aktueller UV-LEDs, insbesondere UV-C-LED, kein gangbarer Weg.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids derart weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere soll die Entkeimungswirkung auch bei sich ändernder Eindringtiefe, beispielsweise aufgrund sich ändernder Streu- und Absorptionseigenschaften der zu entkeimenden Flüssigkeit, möglichst effizient gewährleistet werden.
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 mittels UV-Strahlung, die einen Behälter umfasst mit einem Zulauf zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Ablauf, an dem das Fluid nach dem Durchfließen aus dem Behälter abgegeben werden kann. Im Kern handelt es sich hier folglich um einen Durchflussreaktor. Gleichwohl schließt die Erfindung ein im Behälter stehendes Fluid mit ein, das vorher eingelassen, mittels UV-Strahlung entkeimt und später ausgelassen wird. Im Folgenden wird der Behälter der Vorrichtung, d.h. des UV-Reaktors, gelegentlich auch als Reaktorkammer bezeichnet.
Außerdem kann eine Sensorvorrichtung vorgesehen sein, die die Eindringtiefe der Strahlung sensorisch erfasst, z.B. mittels Trübungssensor, und die Reaktorkammerdimensionen anpasst, so dass auch bei zunehmender Trübung eine ausreichende Entkeimungsleistung gewährleistet wird. Außerdem kann auch die Durchflussgeschwindigkeit angepasst bzw. nachgeregelt werden. Eine zu grobe Überdosierung oder eine zu geringe Dosierung der Strahlung kann so verhindert werden.
Die Durchflussgeschwindigkeit kann durch Steuerung des Drucks eingestellt werden, z. B. über ein steuerbares Ventil oder der Leistungsaufnahme einer Pumpe, die das Fluid durch den UV-Reaktor pumpt. Die Steuerung kann beispielsweise abhängig vom Messergebnis eines Trübungssensors erfolgen.
Das Anpassen der Reaktorkammerdimensionen kann beispielsweise so erfolgen, dass die Schichtdicke der an den Strahlungsquellen vorbeiströmenden Flüssigkeit durch Verändern des Abstands zwischen den diese Bestrahlungszone begrenzenden Reaktorwänden angepasst wird, beispielsweise mit Hilfe einer Verschiebeeinheit. Bei hoher Extinktion, d.h. geringer Eindringtiefe der Strahlung, wird der Abstand zwischen den Reaktorwänden und folglich die Schichtdicke des Fluids in der Bestrahlungszone passend verringert. Umgekehrt kann bei geringer Extinktion, d.h. größerer Eindringtiefe der Strahlung, der Abstand zwischen den Reaktorwänden und folglich die Schichtdicke des Fluids passend vergrößert werden. Darüber hinaus kann die Durchflussgeschwindigkeit entsprechend angepasst werden, um im gesamten Volumen der Bestrahlungszone die gewünschte Bestrahlungsdosis zu erzielen. Das kann beispielsweise durch das Nachregeln des Volumenstromes oder des Drucks im Zulauf des Reaktors erfolgen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die veränderbare Bestrahlungszone durch eine Wand des Reaktorbehälters (erste Reaktorwand) und eine Wand eines verschiebbaren Körpers (zweite Reaktorwand) - im Folgenden wird der verschiebbare Körper der Einfachheit halber auch als Schlitten bezeichnet - gebildet. Dabei ist der verschiebbare Körper (Schlitten) innerhalb des Reaktorbehälters so angeordnet, dass sich die Wand des Schlittens (Schlittenwand) und die Wand des Behälters (Behälterwand) einander gegenüberstehen. Die Formen der Behälterwand und der Schlittenwand sind dabei innerhalb der Bestrahlungszone vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass dazwischen, zumindest abschnittsweise, ein möglichst gleichmäßiger Spalt für das hindurch strömende Fluid gebildet ist, also ein Spalt mit einem einheitlichen, gleichbleibendem Spaltmaß. Bei einem gleichmäßigen Spalt kann innerhalb der Bestrahlungszone bei gleichmäßiger Bestrahlung eine gleichmäßige Entkeimungswirkung des durchströmenden Fluids erzielt werden. Alternativ kann mit einer entsprechend lokal angepassten Strahlungsleistung auch bei einem nicht gleichmäßigen Spalt eine gleichmäßige Entkeimungswirkung erzielt werden.
Die den Spalt bzw. die Bestrahlungszone bildenden Wände können beispielsweise beide eben sein oder auch räumlich gekrümmt, wobei im letzteren Fall die Krümmungen beider Wände vorzugsweise gegengleich sind, damit ein passend räumlich gekrümmter, möglichst gleichmäßiger Spalt entsteht. Für weitere Details hierzu wird auf die bevorzugten Ausführungen der Erfindung weiter unten verwiesen.
Durch Verschieben des Schlittens lässt sich das Spaltmaß, d.h. der Abstand zwischen der Behälterwand und der Schlittenwand, geeignet einstellen und bei Bedarf ändern. Außerdem sind die Behälterwand, die Schlittenwand und die Verschiebeeinheit vorzugsweise so ausgelegt, dass sich innerhalb der gesamten spaltförmigen Bestrahlungszone das Spaltmaß gleichmäßig ändert.
Der Schlitten kann mechanisch mit der Verschiebeeinheit verbunden sein, beispielsweise direkt auf der Verschiebeeinheit angeordnet sein. Die Verschiebeeinheit kann beispielsweise eine am Boden innerhalb des Reaktors angeordnete Linearführungsschiene sein, in der der Schlitten beweglich gehaltert ist. Die Koppelung zwischen Schlitten und Verschiebeeinheit kann auch anderweitig erfolgen, beispielsweise magnetisch durch die Wand des Reaktorbehälters hindurch.
Vorteilhafterweise kann die Bewegung des Schlittens auch rein durch die Kraft der strömenden Flüssigkeit ausgeführt werden. Dazu wird Flüssigkeit über einen regelbaren Bypass auf die dem Zulauf abgewandte Rückseite des Schlittens (Lee-Seite) geführt. Steigender Flüssigkeitsdruck im Bypass verschiebt den Schlitten entsprechend ein Stück entgegen dem vom Zulauf direkt kommenden Hauptstrom der Flüssigkeit. Für die Rückstellkräfte bei sinkendem Flüssigkeitsdruck sind Rückhaltefedern, Dämpfungs- bzw. Rückstellelemente oder ähnliches vorgesehen, an denen der Schlitten im Behälter federnd aufgehängt ist. Damit das Verschieben des Schlittens durch den jeweiligen Flüssigkeitsdruck im Hauptstrom bzw. Bypass eine passende Änderung des Spaltmaßes bewirkt, wird der Schlitten durch die Rückhaltefedern im unbelasteten Zustand in einem geeigneten Arbeitspunkt, beispielsweise in etwa mittig im Reaktor, gehaltert. Für weitere Details hierzu wird auf die Ausführungsbeispiele verwiesen.
In alternativen erfindungsgemäßen Ausführungen der veränderbaren Bestrahlungszone ist mindestens ein durch die Behälterwand hindurch verschiebbarer Körper vorgesehen, durch den eine einstellbare Verengung für die Fluidströmung ausgebildet ist. Im einfachsten Fall handelt es sich bei diesem verschiebbaren Körper um eine Schiebewand, die dazu ausgelegt ist, dass sie im Bereich der Bestrahlungszone in der Art eines Schiebers in den Behälter hineingeschoben bzw. herausgezogen werden kann. Dabei wird der Spalt der veränderbaren Bestrahlungszone zwischen der Stirnseite der Schiebewand, die sich innerhalb des Behälters befindet, und der gegenüberliegenden Behälterwand gebildet. Das Spaltmaß wird durch die entsprechende Verschiebung der Schiebewand gegenüber der Behälterwand geeignet eingestellt.
Für die Bestrahlungszone können die UV-Strahlungsquellen nur auf der Seite der Behälterwand angeordnet sein. In diesem Fall hat die Schiebewand nur eine mechanische Funktion und kann relativ einfach ausgeführt sein, beispielsweise auch massiv. Alternativ können die UV-Strahlungsquellen auf oder hinter der Stirnseite der Schiebewand angeordnet oder in diese integriert sein. Das hat gegenüber dem ersten Fall den Vorteil, dass keine Strahlung an der Schiebewand vorbei strahlt, die Bestrahlungszone und deren Spaltmaß also klarer definiert sind.
In einer Weiterbildung sind zwei sich mit ihren Stirnseiten gegenüberstehende Schiebewände vorgesehen. Besonders vorteilhaft können die beiden Schiebewände beidseitig des Behälters jeweils in gleichem Maße verschoben werden, um die Symmetrie des Reaktors zu gewährleisten.
Bei diesen Ausführungsformen lassen sich mit einer Schiebewand (asymmetrische Variante) oder mit zwei entgegengesetzten Schiebewänden (symmetrische Variante) relativ einfach einstellbare Engstellen für die Flüssigkeitsströmung realisieren. Sie eignen sich deshalb besonders gut für in Strömungsrichtung relativ kurze Bestrahlungszonen, beispielsweise von einigen Millimetern bis wenigen Zentimetern.
In der Sensorvorrichtung kann ein Sensor vorgesehen sein, der die Strahlung, die die Reaktorkammer in der Bestrahlungszone durchdringt, misst. Alternativ oder ergänzend kann auch eine zusätzliche Hilfsstrahlungsquelle außerhalb Bestrahlungszone mit zugeordnetem Strahlungssensors vorgesehen sein. Jedenfalls ist der Messwert des Strahlungssensors ein Maß für die Trübung und kann dann zur Steuerung der Reaktorkammerdimensionen für eine geeignete Schichtdicke der an den Strahlungsquellen vorbeiströmenden Flüssigkeit dienen. Dazu kann beispielsweise das Messsignal des Sensors an die Steuerung der Verschiebeeinheit geführt werden.
Als UV-Strahlungsquellen sind Halbleiter-UV-Strahlungsquellen, insbesondere UVC-LEDs bevorzugt, da sie gegenüber konventionellen UV-Lichtquellen wie Quecksilberdampfentladungslampen etliche Vorteile haben, beispielsweise Quecksilberfreiheit, geringer Bauraum, guter Ansteuerbarkeit und schnelle Schaltzeiten, mechanische Stabilität und lange Lebensdauer, etc.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die UV-Strahlungsquellen, beispielsweise UV-C LEDs, und die Sensorvorrichtung jeweils im Bereich zweier gegenüberliegender Reaktorwände, zwischen denen die Flüssigkeit strömt, angeordnet. Dazu sind die Reaktorwände, zumindest im Bereich der LEDs und gegebenenfalls des Strahlungssensors, für die UV-C Strahlung transparent ausgeführt. Beispielsweise können die Reaktorwände auch mit UV-C transparenten Fenstern versehen sein, durch die hindurch die LEDs die UV-C Strahlung in das Innere der Reaktorkammer hinein strahlen. Das Messsignal des Strahlungssensors ist dann ein Maß für die Extinktion der UV-Strahlung nach Passieren der Strecke zwischen den beiden Reaktorwänden. Abhängig von diesem Messwert kann dann der Abstand zwischen den beiden Reaktorwände angepasst werden, um die gewünschte Entkeimungswirkung zu erzielen. Vorzugsweise erfolgt diese Anpassung des Abstands automatisch auf der Basis des Sensormesswerts.
Für eine gewünschte minimale UVC-Strahlungsdosis (Dosis = Intensität / Zeit) kann der Flüssigkeitsstrom angepasst werden, beispielsweise über ein regelbares Ventil, mit welchem die pro Zeiteinheit durch den Reaktor fließende Flüssigkeitsmenge geregelt werden kann. Zur Steuerung des Ventils können das Messsignal aus dem Sensor und/oder die durch die Verschiebeinheit eingestellte Position der Reaktorwände verwendet werden.
Misst der UVC-Sensor beispielsweise eine Intensität von 1000 W/m², so ist über die bekannten geometrischen und optischen Eigenschaften des UVC-Reaktors auch die minimale durchschnittliche Bestrahlungsintensität eines Volumenelements auf möglichen Trajektorien durch den Reaktor bekannt, z. B. durch Simulationen oder Messungen der Entkeimungsleistung. Mit dieser Information kann dann für eine gewünschte Dosis, z. B. 400 J/m², eine bestimmte Flussgeschwindigkeit oder ein bestimmter Volumenstrom eingestellt werden.
In einer Weiterbildung sind die UV-Strahlungsquellen in der Bestrahlungszone nicht nur einseitig, sondern im Bereich beider gegenüberliegender Reaktorwände, zwischen denen die Flüssigkeit strömt, angeordnet, so dass ein Teil der UV-Strahlungsquellen in Gegenrichtung des anderen Teils der UV-Strahlungsquellen strahlt. Dadurch kann bei Absorption und Streuung der Flüssigkeit einerseits eine gleichmäßigere Intensitätsverteilung in der Bestrahlungszone des Reaktors erreicht werden. Andererseits kann auch der Abstand der beiden Reaktorwände entsprechend vergrößert werden, ohne Einbuße der Entkeimungswirkung.
Die UV-Strahlungsquellen im Bereich der gegenüberliegenden anderen Reaktorwand können auch stromabwärts leicht versetzt angeordnet sein. Dann kann die Sensorvorrichtung weiterhin direkt gegenüber den UV-Strahlungsquellen der einen Reaktorwand angeordnet sein und die Extinktion der von diesen UV-Strahlungsquellen emittierten Strahlung messen. Diese Anordnung ermöglicht es zudem, die stromabwärts versetzt auf der anderen Seite angeordneten UV-Strahlungsquellen nur bei entsprechend hoher Extinktion, also entsprechendem Messsignal von der Sensorvorrichtung, hinzuzuschalten.
Durch die beschriebene Anpassung des Abstands der Wände der Reaktorkammer im Bereich der spaltförmigen Bestrahlungszone, und damit der Schichtdicke der durch den Spalt zwischen den Wänden durchströmenden Flüssigkeit, wird ein effizienzoptimierter Betrieb des UV-Reaktors bei unterschiedlichen Streu- und Absorptionseigenschaften der Flüssigkeit erzielt.
Selbstverständlich können mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen bzw. UV-Reaktoren parallel oder seriell angeordnet sein, um größere Fluidmengen durch entsprechendes Aufteilen gleichzeitig bestrahlen zu können bzw. den Entkeimungsgrad stufenweise zu verbessern.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines UV-Durchflussreaktors mit einseitiger UV-Bestrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines UV-Durchflussreaktors mit beidseitiger UV-Bestrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem beweglichen keilförmigen Schlitten;
4 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem beweglichen kegelförmigen Schlitten;
5 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem beweglichen kegelförmigen Schlitten;
6 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen UV-Durchflussreaktors mit einer Schiebewand.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
Gleiche oder gleichartige Merkmale können im Folgenden der Einfachheit halber auch mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines UV-Durchflussreaktors zur Veranschaulichung des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausschnitt handelt sich um einen UV-Durchflussreaktors mit einseitiger UV-Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht. Eine UV-Strahlungsquelle 1, die vorzugsweise eine Mehrzahl UV-C-LEDs umfasst, strahlt in eine Reaktorkammer (nur ein Ausschnitt dargestellt) ein. Dabei dringt die Strahlung 6 durch eine für UV-Strahlung durchlässige erste Reaktorwand 2 in die Reaktorkammer ein und durchquert letztere bis zur im Abstand D gegenüberliegenden Reaktorwand 3. Zwischen den Reaktorwänden 2, 3 strömt eine Flüssigkeit 4, deren Strömungsrichtung durch den Pfeil 8 symbolisiert ist. Dadurch wird die Strahlung 6 quer zur Strömungsschicht im Reaktor abgeschwächt. Mögliche Ursachen sind Absorption und Streuung durch die Flüssigkeit 4. An der gegenüberliegenden zweiten Reaktorwand 3 ist ein Sensor 7, beispielsweise eine SiC (Siliciumcarbid) -UV-Photodiode angeordnet, der die dort ankommende Strahlung 6 misst. Bei hoher Extinktion ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Abstand zwischen den Reaktorwänden 2 und 3 und folglich die Schichtdicke D der Flüssigkeit 4 soweit zu verringern bis die mit dem Sensor 7 gemessene Strahlungsleistung eine ausreichende Entkeimung der Flüssigkeit 4 gewährleistet. Zu diesem Zweck ist beispielsweise die zweite Reaktorwand 3 verschiebbar ausgelegt und zwar in Richtung der gegenüber angeordneten ersten Reaktorwand 2. Die Verschiebbarkeit der zweiten Reaktorwand 3 ist durch den Doppelpfeil 16 angedeutet.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Flüssigkeitsstrom anpassbar ist, beispielsweise über ein regelbares Ventil oder eine einstellbare Pumpe (in 1 nicht dargestellt), mit welchem bzw. mit welcher die pro Zeiteinheit durch den Reaktor fließende Flüssigkeitsmenge geregelt werden kann.
2 zeigt schematisch eine Weiterbildung der Konzeptdarstellung von 1, wobei hier eine zweite UV-Strahlungsquelle 1' durch die zweite Reaktorwand 3 hindurch in Gegenrichtung (angedeutet durch die Pfeile 6) in den Reaktor strahlt. Es handelt sich also bei diesem Ausschnitt um einen UV-Durchflussreaktors mit beidseitiger UV-Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht. Dadurch kann, wie dargestellt, bei gleichem Trübungsgrad der Abstand D der beiden Reaktorwände 2, 3 gegenüber der Anordnung mit einseitiger UV-Bestrahlung in 1 entsprechend vergrößert werden, ohne Einbuße der Entkeimungswirkung. Bei sich verringernder Trübung kann die zweite UV-Strahlungsquelle 1' gesteuert vom Messsignal des Sensors 7 auch wieder abgeschaltet werden, um Energie zu sparen sofern die Entkeimungswirkung dann noch ausreichend ist. Alternativ kann die weite UV-Strahlungsquelle 1' auch genutzt werden, um eine gleichmäßigere UV-Intensitätsverteilung quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeitsschicht im Reaktor zu erreichen.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem beweglichen keilförmigen Schlitten zur Abstandsänderung der die Flüssigkeitsschicht begrenzenden Wände. Dargestellt ist ein Reaktor 10 mit einem Behälter 20 und einem Zulauf 22 sowie einem Ablauf 24 für eine zu entkeimende Flüssigkeit. Die zulaufende bzw. ablaufende Flüssigkeit ist durch entsprechende Pfeile und gestrichelte Linien symbolisiert. Der Zulauf 22 ist an einem Ende des Behälters 20 angeformt, der Ablauf 24 in geradliniger Verlängerung am anderen Ende des Behälters 20. Nach dem Zulauf 22 folgt ein erster Reaktorbereich 12, in dem die Schichtdicke D der hindurchströmenden Flüssigkeit veränderbar ist. Dazu weist der Behälter 20 eine schräge Behälterwand 26 auf (erste Reaktorwand) sowie einen im Inneren des Behälters 20 angeordneten keilförmigen Schlitten 9 mit einer ebenfalls schrägen Schlittenwand 14 (zweite Reaktorwand), parallel zur schrägen Behälterwand 26. Durch hin und her Verschieben des keilförmigen Schlittens 9 in der Richtung bzw. Gegenrichtung von Zu- und Ablauf 22, 24, symbolisiert durch den Doppelpfeil 16, vergrößert bzw. verkleinert sich das Spaltmaß D zwischen den beiden schrägen Wänden 14 und 26 und damit die Schichtdicke der dazwischen hindurchströmenden Flüssigkeit. Um das Verschieben des Schlittens 9 zwischen dem vorgesehenen minimalen und maximalen Spaltmaß D zu ermöglichen, ist ein zweiter Reaktorbereich 18 vorgesehen, in den der Schlitten 9 gegebenenfalls hinein- bzw. hinausgeschoben werden kann. Die durch den ersten Reaktorbereich 12 strömende Flüssigkeit fließt über den zweiten Reaktorbereich 18 und schließlich den Ablauf 24 aus dem Behälter 20 des Reaktors 10 ab. Die UV-Bestrahlung der gemäß des Spaltmaßes D angepassten Flüssigkeitsschicht erfolgt mittels der UV-C LEDs 1 bzw. 1', die beidseits im Bereich der schrägen Behälterwand 26 und der schrägen Schlittenwand 14 angeordnet sind. Dazu sind die genannten Bereiche, zumindest im unmittelbaren Bereich der LEDs, für die UV-C Strahlung transparent ausgeführt. Es handelt sich also um einen UV-Durchflussreaktors mit beidseitiger UV-Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht, wobei der erste Reaktorbereich 12 als Bestrahlungszone ausgelegt ist.
Außerdem ist im Bereich der schrägen Behälterwand 26 ein UV-Sensor 7 angeordnet, der die durch die Flüssigkeit hindurch ankommende UV-C-Strahlung misst, die von den im Bereich der gegenüberliegenden schrägen Schlittenwand 14 angeordneten LEDs 1' emittiert wird. Bevorzugt ist der Reaktor 10 dazu ausgelegt (nicht dargestellt), dass die Anpassung des Spaltmaßes D automatisch anhand der Messwerte des UV-Sensors 7 erfolgt, in dem der Schlitten 9 mittels geeigneter Steuerung entsprechend verschoben wird. Gleichwohl ist auch eine entsprechende manuelle Verschiebung des Schlittens 9 erfindungsgemäß eingeschlossen.
Der Schlitten kann mittels einer Verschiebeeinheit, beispielsweise über im Stand der Technik prinzipiell bekannte Linearpositionierungssysteme mechanisch bewegt werden, zum Beispiel über eine Gewindeschnecke oder eine Zahnstange, welche über einen Elektromotor bewegt werden (nicht dargestellt). Alternativ sind auch Piezo-Aktoren einsetzbar, beispielsweise in sogenannten Stick-Slip-Antrieben. Der Reaktor besteht dann vorzugsweise aus einem metallischen Gehäuse, an dem der Schlitten montierbar ist und hat ein UV-transparentes Fenster zur Einkopplung der UV-Strahlung. Die Materialien des Antriebssystems sollten dabei so gewählt sein, dass eine Korrosion durch geringe Mengen möglicherweise eindringenden Wassers vermieden wird. Auch eine magnetische Kraft durch die Reaktorwand hindurch kann realisiert werden. Dabei kann ein Magnet fest in den Schlitten verbaut werden, der von einem beweglichen Magneten außerhalb des Reaktors mitgenommen wird. Vorteil eines magnetischen Antriebs ist, dass Undichtigkeiten des Reaktors ausgeschlossen werden und keine Korrosion des Antriebssystems auftreten kann. Bevorzugt ist solch ein Antriebssystem insbesondere bei Reaktoren, bei denen die Flüssigkeit aus allen drei Raumrichtungen bestrahlt wird, beispielsweise beim nachfolgenden Ausführungsbeispiel.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem beweglichen kegelförmigen Schlitten 9' mit einem konusförmigen Abschnitt 14' (konusförmige Schlittenwand 14'). Der bewegliche kegelförmige Schlitten 9' dient zur Änderung des Abstands D der die Flüssigkeitsschicht begrenzenden Wände 14', 26' eines bezüglich der Achse A rotationssymmetrischen Reaktors 10'. Dazu ist in einem ersten Bereich 12' des Reaktors 10', der Bestrahlungszone, die Wand 26' des Behälters 20' (Behälterwand 26') des Reaktors 10' trichterförmig ausgebildet. Dabei sind die Trichterform der Behälterwand 26' und die Konus- oder Kegelform der Schlittenwand 14' (konus- oder kegelförmige Abschnitt des Schlittens 9') so aufeinander abgestimmt, dass sich im ersten Reaktorbereich 12' ein umlaufender Spalt zwischen der trichterförmigen Behälterwand 26' und der gegenüberliegenden konusförmigen Schlittenwand 14' ergibt. Dieser Spalt dient als Bestrahlungszone. Durch axiales Verschieben (symbolisiert durch den Doppelpfeil 16) des kegelförmigen Schlittens 9' entlang der Rotationsachse A lassen sich verschiedene Spaltmaße D zwischen der trichterförmigen Behälterwand 26' und der konusförmigen Schlittenwand 14' einstellen.
Mit Hilfe des auf diese Weise einstellbaren Spaltmaßes D lässt sich direkt die Schichtdicke des durch den Spalt strömenden und zu bestrahlenden Fluids (wiederum durch entsprechende Pfeile mit gestrichelten Linien symbolisiert) auf sich gegebenenfalls ändernde Bedingungen, beispielsweise Trübung des Fluids, anpassen. Dadurch ist es bei unterschiedlichen Bedingungen weitgehend möglich, ein optimales Spaltmaß im Hinblick auf möglichst hohe Durchflussmenge (größeres Spaltmaß) und ausreichende Effizienz der Entkeimung, d.h. Eindringtiefe der Strahlung in das Fluid (kleineres Spaltmaß), einzustellen.
Die UV-Bestrahlung der gemäß des Spaltmaßes D angepassten Flüssigkeitsschicht erfolgt mittels UV-C LEDs 1, 1', die sowohl im ersten Reaktorbereich 12' der trichterförmigen Behälterwand 26' (LEDs 1) als auch der kegelförmigen Schlittenwand 26' (LEDs 1') angeordnet sind. Es handelt sich also auch hier um einen UV-Durchflussreaktor 10' mit beidseitiger UV-Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht, wobei der erste Reaktorbereich 12' als Bestrahlungszone ausgelegt ist. Dazu sind die genannten Bereiche, zumindest im unmittelbaren Bereich der LEDs, für die UV-C Strahlung transparent ausgeführt.
Außerdem ist ein UV-Strahlungssensor 7 vorgesehen, der Änderungen der Trübung des Fluids erfasst und die Messsignale an eine Steuerung weitergibt für die Einstellung des geeigneten Spaltmaßes D durch Verschieben 16 des Schlittens 9'. In der Steuerung können entsprechende Spaltmaße D für verschiedene Fluideigenschaften, insbesondere Trübungsgrade, hinterlegt sein.
Dem ersten Reaktorbereich 12' mit der trichterförmigen Behälterwand 26' schließt sich ein zweiter topfförmiger Reaktorbereich 18' an, in den sich der Schlitten 9' bei einer Veränderung des Spaltmaßes D hinein- bzw. aus diesem hinausbewegen kann. Am Ende des topfförmigen Reaktorbereichs 18' ist ein Ablauf 24 vorgesehen, durch den die im Zulauf 22 einfließende Flüssigkeit, nachdem sie durch den ersten Reaktorbereich 12' hindurchgeströmt und dort mit UV-Strahlung bestrahlt worden ist, wieder aus dem Behälter 20' des Reaktors 10' abfließen kann.
Vorteilhafterweise kann die Bewegung des Schlittens auch rein durch die Kraft der strömenden Flüssigkeit ausgeführt werden. In diesem Fall sind keine der oben genannten Antriebssysteme notwendig und es besteht dann auch keine Gefahr einer Undichtigkeit des Reaktors oder einer Korrosion von Antriebsbauteilen. Dazu ist der bewegliche kegelförmige Schlitten 9' mittels Rückhaltefedern innerhalb des Behälters 20' aufgehängt und im unbelasteten Zustand in einem geeigneten Arbeitspunkt beispielsweise in etwa mittig im Reaktor gehaltert (hier der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt). Damit können die Federkräfte einerseits und die Wasserkraft andererseits zur Regelung der Durchflussgeschwindigkeit genutzt werden. Ein zunehmender Wasserdruck auf der Zulaufseite 22 bewirkt, dass sich der Schlitten 9' - abhängig von den gewählten Federkräften - ein Stück in Richtung Ablaufseite 24 bewegt. Dadurch verringern sich der Wasserdruck und damit die Durchflussgeschwindigkeit in der spaltförmigen Bestrahlungszone 12'. Wenn der Wasserdruck auf der Zulaufseite 22 wieder abnimmt, bewegt sich der Schlitten 9' aufgrund der Federkräfte wieder ein Stück in Richtung Zulaufseite 22 und wirkt einem Absinken der Durchflussgeschwindigkeit in der spaltförmigen Bestrahlungszone 12' entgegen. Sobald also eine Flüssigkeit in den Reaktor strömt, wird der Schlitten vom Zufluss wegbewegt und sorgt für eine Anpassung des Flüssigkeitsdrucks und damit der Durchflussgeschwindigkeit. Über den Trübungssensor 7 und ein ansteuerbares Ventil (nicht dargestellt) lässt sich dann wiederum über die Einstellung des Flüssigkeitsdruckes die Positionierung des Schlittens 9' einstellen.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittansicht einer Variante des Ausführungsbeispiels von 4, bei der auch eine Trübungsänderung ausgeregelt werden kann. Dazu ist ein Sensor 28 vorgesehen, der die Trübung misst und das Messsignal an ein Steuergerät 30 für ein Dreiwege-Ventil 32 weitergibt. Mit Hilfe des Dreiwege-Ventils 32 kann ein Teil des vom Zulauf kommenden Flüssigkeitsstroms in ein Bypass-Rohr 34 abgezweigt werden. Das Bypass-Rohr 34 dient dazu, den Flüssigkeitsdruck an die bezüglich des Hauptstroms strömungsabgewandte Rückseite (Lee-Seite) des kegelförmigen Schlittens 9' zu bringen. Dazu ist das freie Ende des Bypass-Rohrs 34 mittels eines Gleitlagers 36 in eine zylindrische Vertiefung 38 des kegelförmigen Schlittens 9' geführt. Alternativ kann auch ein flexibler Schlauch, beispielsweise nach Art einer Ziehharmonika, für die Verbindung zwischen Bypass-Rohr und beweglichem Schlitten verwendet werden (nicht dargestellt).
Darüber hinaus ist der kegelförmige Schlitten 9' - wie in der Beschreibung zu 4 bereits erwähnt, dort aber nicht dargestellt - mittels Rückhaltefedern 40 innerhalb des Behälters 20' federnd aufgehängt. Abhängig vom Verhältnis der mit Hilfe des Dreiwege-Ventils 32 eingestellten Wasserdrücke in der spaltförmigen Bestrahlungszone 12' (Hauptstrom) bzw. in der Vertiefung 38 des Schlittens 9' (Bypass-Strom 34) bewegt sich der Schlittens 9' ein Stück in oder entgegen der Richtung der Hauptströmung (angedeutet durch den Doppelpfeil). Im ersten Fall vergrößert sich das Spaltmaß D in der spaltförmigen Bestrahlungszone 12', im zweiten Fall verkleinert sich das Spaltmaß D.
Vorzugsweise erfolgt die Steuerung des Dreiwege-Ventils 32 in Abhängigkeit von dem Messsignal des Trübungssensors 28. Dazu ist das Steuergerät 30 ausgelegt das Dreiwege-Ventil 32 bei zunehmender Trübung so anzusteuern, dass es einen zunehmenden Teil der Flüssigkeit über das Bypass-Rohr auf die Rückseite des Schlittens führt und damit einem zunehmenden Druck im Bypass-Strom 34 aufbaut. Dadurch wird der kegelförmige Schlitten 9' ein Stück in Richtung des Zulaufs 22 gedrückt und dabei das Spaltmaß D bzw. die Fluidschichtdicke in der spaltförmigen Bestrahlungszone 12' verringert. Dazu sind im Steuergerät 30 beispielsweise Wertepaare für verschiedene Messwerte des Trübungsgrads eines Fluids und die jeweils zugehörigen Steuersignale für das Dreiwege-Ventil 32 entsprechend geeigneter Spaltmaße D hinterlegt. Alternativ kann auch eine Steuerkurve in Abhängigkeit vom Trübungsgrad vorgesehen sein. Außerdem kann auch ein Warnsignal durch das Steuergerät ausgegeben werden, wenn der gemessene Trübungsgrad einen Grenzwert übersteigt.
Die in den 3 bis 5 gezeigte Form der Reaktoren 10, 10', 10'' ist rein exemplarisch zu verstehen. Je nach Anwendungsfall oder konkreter Ausgestaltung können auch andere Formen zweckmäßig sein. Beispielsweise können die in den Ausführungsbeispielen gemäß 4 und 5 im Wesentlichen rotationssymmetrischen Reaktoren 10', 10'' auch nach Art des in 3 gezeigten Reaktors 10 aufgebaut sein, also asymmetrisch mit einem am Boden des Reaktors angeordneten Schlitten, der beispielsweise in einer Linearführungsschiene beweglich gehaltert wird. Eine solche Lagerung kann dann die in 5 gezeigten Ruckhaltefedern 40 zumindest teilweise ersetzen. Denkbar ist dann auch der Einsatz von gekapselten Dämpfungs- bzw. Rückstellelementen, beispielsweise nach Art eines Stoßdämpfers, die in der Linearführungsschiene eingebettet sind.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen UV-Durchflussreaktors. Bei diesem Ausschnitt handelt sich um eine Weiterbildung des in 1 dargestellten UV-Durchflussreaktors mit einseitiger UV-Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht in der Bestrahlungszone 12''. Für die UV-Strahlung 6 in der Bestrahlungszone 12'' sind eine Mehrzahl UV-C-LEDs 1 vorgesehen, die auf der ersten Reaktorwand 2 angeordnet sind. Die Weiterbildung besteht im Wesentlichen darin, dass die Anpassung des Abstands D auf die Bestrahlungszone 12'' lokal begrenzt ist. Mit anderen Worten ist die Bestrahlungszone 12'' als einstellbare Engstelle für die Flüssigkeitsströmung 4 ausgelegt. Dazu ist eine ebene Schiebewand 9'' vorgesehen, die gegenüber der Mehrzahl UV-C-LEDs 1 durch eine geeignete Öffnung der gegenüberliegenden Reaktorwand 3 hindurch zumindest teilweise in die Bestrahlungszone 12'' hineingeschoben bzw. aus dieser herausgezogen werden kann, beispielsweise mit Hilfe einer Verschiebeeinheit (nicht dargestellt). Dabei erfolgt das Verschieben 16 (angedeutet durch den Doppelpfeil) der Schiebewand 9'' quer zur Strömungsrichtung 8 der zwischen Schiebewand 9'' und gegenüberliegenden Reaktorwand 2 strömenden Flüssigkeit 4, also in Richtung auf die Breitseite der gegenüberliegenden Reaktorwand 2 zu. In der in 6 gezeigten Ausführungsform entspricht dies einer Verschiebung 16 im Wesentlichen senkrecht zur gegenüberliegenden Reaktorwand 2. Auf diese Weise wird durch das Verschieben 16 der Schiebewand 9'' der (kürzeste) Abstand zwischen der Schiebewand 9'' und der ersten Reaktorwand 2 eingestellt und damit das Spaltmaß D zwischen der strömungszugewandten Stirnseite 13 der Schiebewand 9'' und der gegenüberliegenden Reaktorwand 2. Mit anderen Worten kann durch Verschieben 16 der Schiebewand 9'' die Schichtdicke D der durch die Bestrahlungszone 12'' hindurchströmenden Flüssigkeit 4 verändert, insbesondere an unterschiedliche Trübungsgrade der Flüssigkeit (bzw. allgemein des Fluids) angepasst werden.
Zur Messung des Trübungsgrads ist ein Trübungssensor 7 vorgesehen, der an der den UV-C-LEDs 1 gegenüberliegenden Reaktorwand 3 angeordnet ist. Alternativ kann der Trübungssensor 7 auch auf der der Flüssigkeitsströmung 8 zugewandten Stirnseite 13 der Schiebewand 9'' angeordnet sein (nicht dargestellt). Diese Anordnung hat unter Umständen den Vorteil, dass das Signal des Trübungssensors 7 nicht auch von einer Abschattung durch die Schiebewand 9'' beeinflusst werden kann. Des Weiteren können neben Sensoren für die direkte Strahlung auch zusätzlich Sensoren für gestreute bzw. rückgestreute Strahlung vorgesehen sein.
In einer Variante sind die UV-C-LEDs auf der der Flüssigkeitsströmung zugewandten Stirnseite der Schiebewand angeordnet (nicht dargestellt). Diese Variante hat gegenüber der in 6 dargestellten Ausführung den Vorteil, dass keine UV-C-Strahlung an der Schiebewand vorbeigeht.
In einer weiteren Variante ist eine zusätzliche zweite Schiebewand vorgesehen, die entgegengesetzt zur ersten Schiebewand angeordnet und wie letztere verschiebbar ist (nicht dargestellt). Dabei ist das Spaltmaß über den Abstand zwischen den einander gegenüberstehenden Stirnseiten der beiden Schiebewände definiert einstellbar. Dabei ist es besonders vorteilhaft, für das jeweilige gewünschte Spaltmaß die beiden Schiebewände symmetrisch zu verschieben. Dadurch kann die Strömungssymmetrie des Reaktors erhalten werden.
Ein Vorteil dieser Ausführungsformen mit mindestens einer Schiebewand als verschiebbarem Körper gegenüber der zuvor in den 4 und 5 dargestellten Kegelform ist, dass die Anzahl der UV-C-LEDs 1 entlang der Bestrahlungszone gleichverteilt sein kann. Aufgrund der ebenen Geometrie der die Bestrahlungszone begrenzenden Wände bleibt dann auch der gegenseitige Abstand der einzelnen LEDs konstant. Bei der Kegelform hingegen muss für eine gleichmäßige Bestrahlung die Anzahl der LEDs entlang des Kegelmantels mit dem zunehmendem Umfang (von der Kegelspitze aus betrachtet) ebenfalls entsprechend zunehmen, damit der gegenseitige Abstand der einzelnen LEDs in Umfangsrichtung konstant bleibt.
In einer weiteren Variante sind die UV-C-LEDs schließlich beidseits der Flüssigkeitsschicht an den diese Flüssigkeitsschicht begrenzenden Reaktorwänden angeordnet. Dabei handelt es sich also um einen UV-Durchflussreaktors mit beidseitiger UV-Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht. Damit lässt sich eine gleichmäßigere UV-Intensitätsverteilung quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeitsschicht im Reaktor zu erreichen.
Eine Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids mittels UV-Strahlung (UV-Reaktor) umfasst einen Behälter mit einem Zulauf zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Ablauf zum Abgeben des Fluids aus dem Behälter, wobei innerhalb des Behälters eine veränderbare bzw. einstellbare Bestrahlungszone zum Bestrahlen des Fluids mit UV-Strahlung vorgesehen ist. Die Bestrahlungszone ist als Spalt ausgebildet, der sich zwischen zwei gegenüberstehend angeordneten Reaktorwänden erstreckt, und durch den das Fluid strömt. Der gegenseitige Abstand (D) der Reaktorwände, und damit auch das Spaltmaß (D) des Spalts, ist veränderbar, indem zumindest eine Reaktorwand bewegbar ausgelegt ist. Beispielsweise ist die bewegbare Reaktorwand eine Wand eines innerhalb des Behälters angeordneten oder in den Behälter hineinragenden, verschiebbaren Körpers. Durch Anpassung des Abstands der Reaktorwände im Bereich der spaltförmigen Bestrahlungszone, und damit der Schichtdicke (D) der durch den Spalt durchströmenden Flüssigkeit, wird ein effizienzoptimierter Betrieb des UV-Reaktors bei unterschiedlichen Streu- und Absorptionseigenschaften des Fluids erzielt. Optional wird die Eindringtiefe der Strahlung mit einem Sensor erfasst und das Spaltmaß (D) anhand des Sensorsignals passend eingestellt.
Bezugszeichenliste

1,1': UV-Strahlungsquelle
2: erste Reaktorwand
3: zweite Reaktorwand
4: Flüssigkeit
6: UV-Strahlung
7: Strahlungssensor
8: Strömungsrichtung
9, 9', 9'': verschiebbarer Körper; keilförmiger bzw. kegelförmiger Schlitten; Schiebewand
10, 10', 10'': Reaktor
12, 12', 12'': erster Reaktorbereich; Bestrahlungszone
13: Stirnseite der Schiebewand
14, 14': Schräge bzw. konusförmige Schlittenwand
16: Verschieberichtung
18, 18': zweiter Reaktorbereich
20, 20': Behälter; Reaktorkammer
22: Zulauf
24: Ablauf
26, 26': Schräge/trichterförmige Behälterwand
28: Trübungssensor
30: Steuergerät
32: Dreiwege-Ventil
34: Bypass-Rohr
36: Gleitlager
38: Vertiefung
40: Rückhaltefeder
D: Abstand der Wände der Bestrahlungszone; Spaltmaß
A: Achse

Claims

Vorrichtung (10, 10', 10'') zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids mittels UV-Strahlung (UV-Reaktor), umfassend: einen Behälter (20, 20') mit einem Zulauf (22) zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Ablauf (24) zum Abgeben des Fluids aus dem Behälter (20, 20'), wobei innerhalb des Behälters (20, 20') eine Bestrahlungszone (12, 12', 12'') zum Bestrahlen des Fluids vorgesehen ist, eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (1, 1'), bevorzugt LEDs, die jeweils konfiguriert sind, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-Strahlung, bevorzugt der UV-C Strahlung, in die Bestrahlungszone (12, 12', 12'') hinein abzugeben, wobei die Bestrahlungszone (12, 12', 12'') als Spalt ausgebildet ist, wobei der Behälter (20, 20') dazu ausgelegt ist, dass das Fluid durch diesen Spalt strömt, und wobei die Bestrahlungszone (12, 12', 12'') dazu ausgelegt ist, dass ein Spaltmaß (D) des Spalts veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spalt durch einander gegenüberstehend angeordnete Wände (2, 3; 14, 26; 14', 26'; 2, 9'') gebildet ist und wobei der Abstand (D) zwischen den Wänden (2, 3; 14, 26; 14', 26'; 2, 9'') veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine der gegenüberstehend angeordneten Wände eine Wand (26, 26') des Behälters (20, 20') ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine der gegenüberstehend angeordneten Wände eine Wand (26, 26', 13) eines zumindest teilweise innerhalb des Behälters (20, 20') angeordneten, verschiebbaren Körpers (9, 9', 9'') ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Formen der einander gegenüberstehend angeordneten Wände (2, 3; 14, 26; 14', 26'; 2, 9") so aufeinander abgestimmt sind, dass der Spalt zwischen den Wänden (2, 3; 14, 26; 14', 26'; 2, 9") zumindest abschnittsweise, vorzugsweise innerhalb der gesamten Bestrahlungszone (12, 12', 12"), gleichmäßig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 mit einer Verschiebeeinheit, die dazu ausgelegt ist den verschiebbaren Körper (9, 9', 9") gegenüber der Wand (26, 26', 2) des Behälters (20, 20') zu verschieben, vorzugsweise so, dass sich das Spaltmaß (D) gleichmäßig innerhalb der gesamten Bestrahlungszone (12, 12 ', 12") ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Körper (9, 9', 9") mechanisch mit der Verschiebeeinheit gekoppelt ist, beispielsweise indem der Körper (9, 9', 9") in einer Linearführungsschiene beweglich gehaltert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Körper (9, 9') magnetisch durch den Reaktorbehälter (20, 20') hindurch mit der Verschiebeeinheit gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Verschiebeeinheit dazu ausgelegt ist, das Verschieben des Körpers (9, 9') durch die Kraft des strömenden Fluids zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Verschiebeeinheit einen Bypass (34) für das Fluid umfasst und wobei der Bypass (34) dazu ausgelegt ist, das Fluid an die dem Zulauf (22) abgewandte Rückseite des Körpers (9') zu leiten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei der Körper (9') mittels Dämpfungs- bzw. Rückstellelementen, beispielsweise Rückhaltefedern (40), innerhalb des Behälters (20, 20') aufgehängt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der verschiebbare Körper (9, 9')), zumindest abschnittsweise, die Form eines Keils (14) oder Kegels (14') oder einer ebenen Wand (9'') aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die ebene Wand (9'') durch eine Öffnung in einer Wand (3) des Behälters hindurch quer zur Strömungsrichtung (8) des durch die spaltförmige Bestrahlungszone (12'') fließenden Fluids und zu einer gegenüber angeordneten anderen Wand (2) des Behälters hin verschiebbar ist, wobei die spaltförmige Bestrahlungszone (12'') zwischen der Stirnseite (13) der verschiebbaren Wand (9'') und der gegenüber angeordneten Wand (2) gebildet ist und wobei das Spaltmaß (D) durch Verschieben (16) der verschiebbaren Wand (9'') veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer ersten ebenen Wand, die durch eine Öffnung in einer ersten Wand des Behälters hindurch verschiebbar ist, und mit einer zweiten ebenen Wand, die durch eine Öffnung in einer zweiten Wand des Behälters hindurch verschiebbar ist, wobei die beiden verschiebbaren Wände so angeordnet sind, dass sie sich mit jeweils einer ihrer Stirnseiten gegenüberstehen, und wobei zwischen den gegenüberstehenden Stirnseiten der beiden verschiebbaren Wände die spaltförmige Bestrahlungszone mit dem veränderbaren Spaltmaß gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Behälter (20, 20') bzw. die Wände (2, 3, 13, 14, 14', 26, 26') und/oder der Körper (9, 9', 9'') zumindest teilweise aus einem für die von den Strahlungsquellen (1, 1') abgegebene Strahlung transparenten Material besteht bzw. bestehen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Sensor (7, 28), der zur Messung einer Eigenschaft eines Fluids ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, die dazu ausgelegt ist, dass die Verschiebeeinheit (32, 34, 36, 38) abhängig vom Messsignal des Sensors (28) angesteuert wird.
Verfahren zum Entkeimen eines fließenden Fluids, umfassend: Bereitstellen einer Vorrichtung (10, 10', 10'') gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; Verbinden des Zulaufes (22) der Vorrichtung (10, 10', 10'') mit einer Quelle eines Fluids und der Mehrzahl von Strahlungsquellen (1, 1') mit einer elektrischen Energieversorgungsquelle; Zulaufen des Fluids durch den Zulauf (22) in den Behälter (20, 20'); Durchströmen des Fluids durch die spaltförmige Bestrahlungszone (12, 12', 12'') und Bestrahlen des Fluids mit der UV-Strahlung, bevorzugt der UV-C Strahlung, der Strahlungsquellen (1, 1'); Anpassen des Spaltmaßes (D) der spaltförmigen Bestrahlungszone (12, 12', 12'') an zumindest eine Eigenschaft, beispielsweise den Trübungsgrad, des Fluids.
Verfahren nach Anspruch 18, zusätzlich umfassend: Messen zumindest einer Eigenschaft, beispielsweise des Trübungsgrads, des Fluids mit Hilfe des Sensors (7, 28) und Verwenden des Messsignals des Sensors (7, 28) zum Anpassen des Spaltmaßes (D).
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, zusätzlich umfassend: Rückführung des Fluids zu der Quelle oder in ein anderes Reservoir über den Ablauf (24).