DE102021204080A1

DE102021204080A1 - Vorrichtung zum entkeimen einer flüssigkeit

Info

Publication number: DE102021204080A1
Application number: DE102021204080.2A
Authority: DE
Inventors: Nico Morgenbrod; Tobias Gleitsmann; Andreas Lovich; Norbert Magg
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2022-10-27
Also published as: US20220340450A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit umfasst ein Behältnis (10) mit einem Einlass (12), einem Auslass (14) und einem Innenraum (16) mit einer Außenwand (18), und wenigstens eine Lichtquelle (32), die eingerichtet ist, eine Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere UV-C-Strahlung, durch die Außenwand (18) in den Innenraum (16) abzugeben, wobei die Außenwand (18) des Innenraums (16) zu diesem Zweck zumindest teilweise transparent ausgebildet ist. Der Einlass (12) weist wenigstens eine Öffnung (28), die in Bezug auf die Außenwand (18) des Innenraums (16) und die wenigstens eine Lichtquelle (32) positioniert und ausgerichtet ist, um bei Ausübung eines Drucks auf die durch die wenigstens eine Öffnung (28) einzulassende und zu entkeimende Flüssigkeit einen auf die Außenwand (18) in einem Bereich der wenigstens einen Lichtquelle (32) und/oder oberhalb davon gerichteten Flüssigkeitsstrahl (30) und/oder dort einen Flüssigkeitsfilm (31) auszubilden. Der auf die Außenwand (18) treffende Flüssigkeitsstrahl (30) kann zum Beispiel an dieser als dünner Flüssigkeitsfilm (31) vor der wenigstens einen Lichtquelle (32) ablaufen und dadurch auch bei geringer Eindringtiefe der UV-Strahlung zu einer wirksamen Entkeimung führen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit, die ein Behältnis zum Aufnehmen der Flüssigkeit mit einer einen Innenraum einhüllenden Außenwand und mindestens eine Lichtquelle aufweist, die konfiguriert ist, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-Strahlung, insbesondere der UV-C Strahlung, über die Außenwand des Behältnisses in einen Innenraum des Behältnisses abzugeben, um darin aufgenommene Flüssigkeit zu bestrahlen. Solche Vorrichtungen werden auch als UV-Reaktoren bezeichnet.
Stand der Technik
Es ist bekannt, UV-Reaktoren zur Aufbereitung von Trinkwasser oder zur Sterilisation bzw. Entkeimung von Brauchwasser in Spülmaschinen etc. einzusetzen. Durch die auf die betreffende Flüssigkeit 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 oder RNA 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 nichtflüssige 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 auch 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 und zudem auch eine Bruchgefahr hinsichtlich der verwendeten Lampen. 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. Während die Betriebsdauern mehrere 10.000 Stunden betragen können, liegt die sog. wall plug efficiency (abgegebene Strahlung pro eingesetzter Energie) der LEDs im UV-C-Bereich allerdings derzeit immer noch unter derjenigen der Quecksilberniederdrucklampen oder anderer UV-Lampen (z.B. etwa 3 % bis hin zu 6 % gegenüber z.B. 25 % bis 30 %), wobei die Effizienz zu immer kürzeren Wellenlängen hin sogar noch dramatisch abnimmt, wenn auch weiterhin Fortschritte erzielt werden.
Ein Problem besonders bei der Desinfektion von ausgesprochen trüben Flüssigkeiten wie etwa in Geschirrspülern etc. stellt die erhebliche Abschwächung der zur Desinfektion eingesetzten UV-Strahlung in der zu desinfizierenden Flüssigkeit dar. Bereits reguläres Trinkwasser kann zu einer signifikanten Reduktion der Transmission als Funktion der Schichtdicke führen. Im Falle von noch stärker verschmutztem Abwasser ist zu erwarten, dass die Strahlungsintensität bereits bei einer Schichtdicke von 5 mm auf 10 % des Ausgangswerts abgesunken ist.
Im Stand der Technik wird daher zum Einen vorgeschlagen, die Strahlungsleistung so hoch auszulegen, dass in allen zu desinfizierenden Bereichen der Flüssigkeit eine ausreichende Verringerung der Keimbelastung erreicht wird, beispielsweise eine Reduktion der keimbildenden Einheiten (KBE) um einen Faktor von weniger als 10^-5 oder sogar weniger als 10^-6.
Bei diesem Ansatz ist allerdings eine Energieeffizienz des Systems aufgrund von UV-Überdosierungen in einem überwiegenden Teil des bestrahlten Bereiches reduziert. Werden dagegen LEDs als UV-Lichtquellen verwendet, kommt aufgrund der begrenzten maximalen UV-Strahlungsmengen dieser Ansatz ohnehin kaum in Frage.
Alternativ wurde vorgeschlagen, die Dicke der zu durchstrahlenden Flüssigkeitsschicht zu reduzieren, beispielsweise durch Reduktion des Reaktordurchmessers beziehungsweise durch geeignete Festlegung eines flachen Pegelstands auf einer zu bestrahlenden Oberfläche. Dies macht aber eine Erhöhung der Durchflussgeschwindigkeit erforderlich, um keine Einbuße an Durchsatz pro Zeiteinheit zu erleiden. Dadurch wird aber die Einwirkzeit verringert was wiederum zu nicht ausreichender Entkeimung führt.
In der Druckschrift US 5,626,768 A ist eine Vorrichtung zum Inaktivieren bzw. Abtöten von Bakterien in einer opaken Flüssigkeit mittels UV-Strahlung offenbart. Die Vorrichtung umfasst eine quaderförmige Box mit einem Einlass und einem Auslass sowie darin 8 parallel zueinander in einem Abstand von 2 cm angeordneten, flächigen Excimer-Strahlern mit Ausdehnungen von 30 Zoll (ca. 76,2 cm) Länge mal 30 Zoll (ca. 76, 2cm) Breite mal 0,5 Zoll (ca. 1,27 cm) Dicke. Die Excimer-Strahler sind alternierend an einander gegenüberliegenden Wänden der Box fixiert, so dass zwischen ihnen ein in der Druckschrift als „serpentinenartig“ bezeichneter Fließpfad mit einer Gesamtlänge von 240 Zoll (ca. 6,09 m) gebildet wird, der durch die Excimer-Strahler beidseitig mit UV-Strahlung einer Wellenlänge von 282 nm bei einer Ausstrahlungsstromdichte (radiant exitance) von 125 mW/cm² bestrahlt wird. Diese Strahlung reicht bei dem gegebenen Abstand nicht aus, um die opake Flüssigkeit vollständig zu durchdringen. Jedoch wird die Fließgeschwindigkeit ausreichend hoch eingestellt, um anhand von dadurch gebildeten Turbulenzen eine Durchmischung zu bewirken, so dass über die Gesamtlänge des Fließwegs hinweg alle Bakterien nahe zur Oberfläche der Excimer-Strahler gelangen und abgetötet werden. Ferner ist eine ein- oder mehrfache Rezirkulation vom Auslass zurück zum Einlass vorgesehen, um das Desinfektionsergebnis weiter zu verbessern.
In der Druckschrift JP 2000-288559 A ist eine Abwasser-Aufbereitungsvorrichtung offenbart. Über eine Pumpe wird einem Überlaufbehälter Abwasser zugeführt, das mit Wasserstoffperoxid versetzt wird. Über einen Überlauf gelangt das Abwasser auf eine flache, im Wesentlichen horizontale, seitlich begrenzte Fließwegoberfläche mit 30 cm Länge und 20 cm Breite, auf der sich das Abwasser ausbreitet und einen etwa 10 mm dicken Flüssigkeitsfilm bildet der sich in Richtung eines Auffangbehälters bewegt. Die Dicke des Flüssigkeitsfilms wird über den Zulauf in den bzw. aus dem Überlaufbehälter gesteuert. Über der Fließwegoberfläche ist eine Anzahl von UV-Lampen und über diesen ein domartiger Reflektor positioniert, die zusammen UV-Strahlung einer Wellenlänge von weniger als 254 nm bei einer Ausstrahlungsstromdichte von 123 W/m² in Richtung auf den Flüssigkeitsfilm abgibt. Durch die UV-Strahlung reagiert das Wasserstoffperoxid zu Hydroxyl-Radikalen, die wiederum aggressiv organische Substanzen im Abwasser oxidieren.
In der Druckschrift US 5,069,885 A ist eine Vorrichtung zum photokatalytischen Reinigen von Flüssigkeiten offenbart, die insbesondere mit Schadstoffen wie Trihalogenmethanen, polychlorierten Biphenylen (PCB), Pestiziden, Benzolderivaten belastet sein können. Die Vorrichtung umfasst einen zylindrischen Mantel mit einem Einlass und einem Auslass, und eine in den Innenraum des Mantels eingelassene Spiralwendel, die außen dichtend mit der Mantelwand abschließt und innen mit einer sich entlang der Zylinderachse erstreckenden transparenten Hülse abschließt, in welcher eine UV-Lampe angeordnet ist. Die Spiralwendel bildet einen helixförmigen Kanal im Mantel aus, der sich um die Hülse mit der UV-Lampe vom Einlass bis zum Auslass windet und von der UV-Lampe innen bestrahlt wird. Die Oberfläche des Substrats der Spiralwendel ist mit photoreaktivem Material wie etwa Titanoxid beschichtet. Die Bestrahlung mit UV-Licht führt zur Zersetzung organischer Komponenten in der Flüssigkeit, die durch Turbulenzen während des Durchflusses an die Oberfläche gelangen.
In den obigen Vorschlägen wird versucht, die zu desinfizierende Flüssigkeit als quasi zwei-dimensionale Schicht der UV-Strahlung auszusetzen. Dabei wirkt sich aber immer noch nachteilig aus, dass die mitunter voluminösen, teilweise sogar offenen Aufbauten einer Miniaturisierung entgegenstehen und gleichzeitig immer noch unter geringen Durchflussmengen leiden. Eine Anwendung z.B. in heutigen Wasch- oder Spülautomaten stellt sich daher äußerst schwierig dar.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit bereitzustellen, bei der ein hoher Durchsatz an ausreichend desinfizierter Flüssigkeit bei wenig Bauraum erzielt wird. Es ist auch eine Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ausgangspunkt ist eine Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit, die ein Behältnis mit einem Einlass, einem Auslass und einem Innenraum mit einer Außenwand. Die Vorrichtung umfasst ferner wenigstens eine Lichtquelle, die eingerichtet ist, eine Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere UV-C-Strahlung, durch die Außenwand oder von einer Position an der Außenwand aus in den Innenraum abzugeben, je nachdem ob die wenigstens eine Lichtquelle vom Innenraum aus gesehen hinter oder vor der Außenwand platziert ist. Die wenigstens eine Lichtquelle kann auch in der Außenwand integriert sein. Im ersten Fall kann die Außenwand des Innenraums zu diesem Zweck zumindest teilweise transparent ausgebildet sein. Es kann sich hierbei insbesondere um einen UV-C-Reaktor handeln.
Der Einlass weist wenigstens eine Öffnung auf, die in Bezug auf die Außenwand des Innenraums und die wenigstens eine Lichtquelle positioniert und ausgerichtet ist, um bei Ausübung eines Drucks auf die durch die wenigstens eine Öffnung einzulassende und zu entkeimende Flüssigkeit einen auf die Außenwand in einem Bereich der wenigstens einen Lichtquelle und/oder oberhalb davon gerichteten Flüssigkeitsstrahl und/oder dort einen Flüssigkeitsfilm auszubilden.
Speziellen Weiterbildungen zufolge kann die Öffnung so ausgelegt sein, den auf die Außenwand gerichteten Flüssigkeitsstrahl derart auszubilden, dass dieser als fokussierter oder aufgefächerter Strahl auf die Außenwand treffen und an dieser als dünner Flüssigkeitsfilm vor der wenigstens einen Lichtquelle ablaufen kann, oder als fein verteilter Sprühnebel ein Volumen angrenzend an den Bereich der wenigstens einen Lichtquelle ausfüllt. Es ist dabei auch nicht notwendig, dass die auf die Außenwand gestrahlte bzw. gespritzte Flüssigkeit vollständig an der Außenwand, z.B. unter Einwirkung von Adhäsion und Gravitation abläuft. Durch Spritzer abprallende Flüssigkeit und herunterfallende Tropfen sind durch aus möglich. Da auch auf dem Weg von der Öffnung zur Außenwand eine Bestrahlung mit UV-C-Strahlung erfolgen kann, kann der Effekt gemäß Ausführungsbeispielen dabei ebenso eintreten. Dies trifft insbesondere für den Fall des feinen Sprühnebels zu. Einer Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge ist die wenigstens eine Öffnung jeweils als Düse ausgebildet.
Ein Gegenüberliegen von Öffnung und Außenwand im Bereich der wenigstens einen Lichtquelle und/oder oberhalb davon umfasst die direkte (lineare) Sichtlinie, die folglich vorzugsweise frei von sperrenden Gegenständen sein sollte, um das Auftreffen des Flüssigkeitsstrahls zu ermöglichen. Effekte aufgrund der während des Sprühens einwirkenden Gravitation oder auch aufgrund eines mitreißenden Luftstroms im Innenraum sind aber denkbar und auch mit umfasst. In diesem Fall braucht keine direkte Sichtlinie zu bestehen, wobei wegen der vorzugsweise geringen Dimensionierung der Vorrichtung dieser Effekt eher nachrangig sein wird.
Alternativen Aspekten zufolge kann die Öffnung oder Düse auch im spitzen Winkel oder gar tangential zur Außenwand oder den Lichtquellen ausgerichtet sein. Liegt die Öffnung in diesem Fall nah zur Außenwand oder den Lichtquellen, so wird der Flüssigkeitsstrahl direkt in einen schnell an der Außenwand bzw. den Lichtquellen entlang strömenden Flüssigkeitsfilm transformiert. Der durch die Düse der Strömung mitgegebene Impuls kann beispielsweise in einem vertikalen Zylinder als Innenraum bei horizontaler Ausstrahlung der Flüssigkeit mit Vorteil zu einem sich an der Außenwand spiralförmig abwärts bewegenden Flüssigkeitsfilm führen.
Der Grundgedanke besteht also darin, dass die zu entkeimende Flüssigkeit nach Art einer Sprinklervorrichtung aus dem Innenraum heraus auf eine gegenüberliegende Oberfläche gerichtet wird, d.h. die Außenwand des Innenraums, wobei diese Oberfläche von der Rückseite her, d.h. von außerhalb der Außenwand des Innenraums mit UV-Licht bzw. UV-C-Strahlung bestrahlt wird und dadurch entkeimt wird. Es tritt z.B. die in der Beschreibungseinleitung im Detail beschriebene, solche die Keime inaktivierende Wirkung ein. An der Außenwand bildet sich ein dünner Film der Flüssigkeit mit einer Schichtdicke, die aufgrund des Ablaufens der Flüssigkeit aufgrund der Gravitation so dünn ist, dass selbst bei hohem Verschmutzungsgrad immer noch eine vollständige Durchstrahlung mit einer auch noch an der Oberfläche des Films (zur Innenseite des Behältnisses hin) für die Keiminaktivierung hinreichend hohen Transmission erfolgen kann.
Die geringe Eindringtiefe der UV-Strahlung in stärker verunreinigte Flüssigkeiten wie z.B. Abwasser, Spülwasser und/oder trübe Flüssigkeiten wie z.B. Suspensionen oder Emulsionen, insbesondere Milch, Fruchtsäfte, Blut oder dergleichen kann infolgedessen mit Hilfe der vorgeschlagenen Lösung von einem dreidimensionalen Problem in ein quasi zweidimensionales Problem überführt werden.
Im Vergleich zum Stand der Technik, der wie beschrieben auch bereits eine Reduzierung von Schichtdicken anhand einer solchen Überführung in ein quasi zweidimensionales Problem grundsätzlich kennt, werden durch die vorgeschlagene Lösung aber auch noch zusätzlich Effekte erzielt. Zum einen betrifft dies die Möglichkeit, den UV-Reaktor in einer geschlossenen und kompakten Bauform bereitzustellen. Da die Außenwand mit der Flüssigkeit von außen bestrahlt wird, kann der Innenraum auch für den Einlass mit der Öffnung genutzt werden, ohne dass eine Erweiterung des Innenraums im Vergleich zu einem herkömmlichen Durchflussreaktor erfolgen müsste. Der Einlass mit Öffnung könnte Ausführungsbeispielen zufolge in einem einfachen Fall auch bloß in einem solchen Teil der Außenwand des Innenraums selbst ausgebildet sein, der demjenigen Teil der Außenwand gegenüberliegt, der den Auftreffbereich gemäß der vorgeschlagenen Lösung gegenüberliegt. Das heißt, der Strahl ist von einer Außenwand (in der sich der Einlass mit der Öffnung befindet) auf die gegenüberlegende Außenwand (hinter der oder in deren Nähe sich die wenigstens eine Lichtquelle befindet) gerichtet. Sind mehrere Öffnungen vorgesehen, könnte diese sogar spiegelbildlich aufgebaut sein, d.h. beide gegenüberliegende Außenwände sprühen und werden besprüht.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen sehen aber die Platzierung des Einlasses in dem Innenraum vor, um die Oberfläche der Außenwand optimal zu nutzen, d.h. um eine möglichst große Oberfläche zu erzielen, was einen höheren Durchsatz erlaubt. Diese werden nachfolgend in größerem Detail beschrieben.
Jedenfalls erlaubt die vorgeschlagene Lösung eine gleichmäßige und homogene Verteilung der Flüssigkeit über die Oberfläche der Außenwand des Innenraums hinweg. Gleichzeitig ist dadurch aber auch die Durchflussrate ist über einen großen Bereich hinweg einstellbar.
Ferner ist die vorgeschlagene Lösung auch besonders geeignet, gemäß einer Weiterbildung mit UV-C-LEDs als Lichtquellen kombiniert zu werden, da diese dicht aneinander über den Bauraum verteilt angeordnet werde können und dadurch eine homogene Bestrahlung der weiten Oberfläche der Außenwände möglich wird.
Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass ein fokussierter Flüssigkeitsstrahl eine abrasive Wirkung an der Außenwand erzielen kann. Die Bildung von Biofilmen kann dadurch wirksam verhindert oder zumindest reduziert werden. Da der UV-Reaktor vorzugsweise durch das Behältnis geschlossen ist, stellt sich dadurch ein vorteilhafter Selbstreinigungseffekt ein. Vorkehrungen für die Wartung können entfallen, wie etwa separate Wischerblätter oder anderer Verschleißteile, was noch einmal den Bauraum verkleinern kann und die Gesamtnutzungszeit verlängern, sowie die Kosten reduzieren kann.
Durch die abrasive Wirkung ist zudem ein schonender Abtrag nicht nur von Biofilmen sondern auch anderer Aufwachsungen an den Reaktorwänden möglich. Dies betrifft beispielsweise ausgefallene Mineralien wie Kalzium. Die Gefahr von Verkratzungen, Rillenbildungen oder Aufrauhungen an den Außenwänden, die wiederum für die Ausbildung von Biofilmen förderlich sein können, wird dadurch vermieden oder zumindest reduziert.
Mit Vorteil kann die vorgeschlagene Lösung auch in bestehende UV-Desinfektionssysteme als zusätzliche Komponente integriert werden.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge umfasst der Einlass eine zumindest teilweise durch den Innenraum geführte Zulaufleitung, wobei die wenigstens eine Öffnung in der Zulaufleitung ausgebildet ist. Die Zulaufleitung ermöglicht eine geeignete Platzierung der wenigstens einen Öffnung oder Düse im Innenraum, so dass diese eine Position mit Hauptstrahlrichtung gegenüber der Außenwand einnehmen sein kann. Die Zulaufleitung selbst kann auch beweglich eingerichtet sein, etwa zu Reinigungs- oder Wartungszwecken oder auch um die Düsen oder Öffnungen während des Betriebs zu bewegen, oder um verschiedene Betriebsmodi einzustellen. So kann es möglich sein, beispielsweise abhängig vom Strahldruck eine andere Position einzunehmen, um eine optimale Tropfenverteilung im Innenraum und an der Außenwand zu erzielen.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge besitzt der Innenraum beziehungsweise dessen Außenwand einen Abschnitt, der eine Mittenachse aufweist. Dieser Abschnitt könnte zum Beispiel bevorzugt zylindrisch ausgeführt sein. Aber kegelförmige bzw. kegelstumpfförmige Abschnitte, oder Quader mit polygonalem Querschnitt können ebenso in Frage kommen. Ferner sind z.B. auch Abschnitte mit ellipsoidem Querschnitt oder in Form einer Kugel oder einer Halbkugel in Betracht zu ziehen. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Formen für den Abschnitt beschränkt.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge erstreckt sich die Zulaufleitung im Wesentlichen entlang oder in einem Abstand parallel zu der Mittenachse des Abschnitts.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge ist eine Vielzahl von Öffnungen in der Zulaufleitung vorgesehen. Dadurch wird es möglich, durch eine geeignete Führung der Zulaufleitung durch den Innenraum eine ideale Verteilung der Öffnungen bzw. Düsen sowie der Hauptstrahlrichtungen zu erreichen, insbesondere z.B. im Hinblick auf eine homogene Besprühung der Außenwand im Bereich der Strahlungsquellen. Die Vielzahl von Öffnungen in der Zulaufleitung kann dabei in einer Richtung entlang der Mittenachse angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Vielzahl an Öffnungen in der Zulaufleitung in einer zur Mittenachse azimutalen Richtung angeordnet sein.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge ist die wenigstens eine Öffnung jeweils eingerichtet, einen fokussierten Flüssigkeitsstrahl auf die Außenwand zu richten. Wie beschrieben kann dadurch unter anderem eine gezielte lokale Bildung des Flüssigkeitsfilms erreicht werden. Ferner ist eine abrasive Wirkung an der Außenwand möglich.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge ist die Zulaufleitung oder zumindest ein Abschnitt derselben, welcher die wenigstens eine Öffnung aufweist, bewegbar ausgelegt. Im Fall des Abschnitts des Innenraums mit der Mittenachse kann die Zulaufleitung oder ihr Abschnitt insbesondere um die Mittenachse (oder um eine beliebige dazu im wesentlichen parallele Achse, wenn die Zulaufleitung dezentriert, d.h., „off-center“, positioniert ist) herum drehbar eingerichtet sein, um eine Hauptstrahlrichtung des Flüssigkeitsstrahls umzuorientieren, wobei insbesondere eine gesonderte Vorrichtung zum Bewegen der Zulaufleitung oder des Abschnitts derselben vorgesehen sein kann, welche die Bewegung, insbesondere eine Drehung antreibt. Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise einen Motor umfassen, welcher elektronisch gesteuert die Bewegung antreibt. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung aber auch aus einer mechanischen Anordnung gebildet sein, welche den Antrieb für die Bewegung aus dem Flüssigkeitsdruck bezieht, d.h. passiv den Flüssigkeitsstrom in Drehbewegung der Zulaufleitung bzw. ihres die wenigstens eine Öffnung umfassenden Abschnitts umsetzt.
Der Erfindung lag dabei die Idee zugrunde, aus der Praxis im Gartenbau bekannte Sprinkleranlagen miniaturisiert in UV-C-Reaktoren einzusetzen. Es wurde gefunden, dass diese Übertragung durchaus machbar und funktionell ist. Es kommen dazu beispielweise verschiedene Typen von Vorrichtungen in Betracht: Getrieberegner, Impulsregner oder Viereckregner.
Beim Getrieberegner ist beispielsweise der Druck in der Zulaufleitung dafür verantwortlich, dass sich das im Inneren der Vorrichtung verbaute Getriebe in Bewegung setzt. Dieses Getriebe sorgt dafür, dass sich der Abschnitt der Zulaufleitung in Drehung versetzt. Normalerweise kann dadurch der Flüssigkeitsstrahl im 360 Grad Radius verteilt werden, Der z.B. als drehbarer Kopf ausgebildete Abschnitt kann also beliebig oft um seine eigene Achse drehen. Es kann aber auch nur ein bestimmtes Kreissegment eingestellt sein, so dass das Getriebe den Kopf hin und her bewegt.
Beim Impulsregner ist beispielsweise der Kopf (d.h., der drehbare Abschnitt der Zulaufleitung) ohne Getriebe frei drehbar. Dafür ist ein federvorgespannter Strahltrenner am Kopf eingerichtet, der vom Flüssigkeitsstrahl angetrieben hin und her bzw. aus der Strahlrichtung heraus und wieder hinein schwingt (sog. Hubschwünge), wobei er jeweils durch die Strahlablenkung einen (Dreh-)Impuls mitnimmt und den Kopf so stückweise dreht. Durch optionale sogenannte Sektorbegrenzer kann es auch hier ermöglicht werden, einen Vollkreis zu vermeiden und den Kopf auf eine Ausgangsstellung zurückzufahren, wobei die Sektorbegrenzer mechanisch eine Anströmung an den Strahltrenner umschalten, so dass der Rücklauf in die Ausgangsstellung sehr schnell erfolgen kann.
Beim Rechteck- oder Viereckregner dreht sich ein größerer Abschnitt der Zulaufleitung um die eigene Achse, pendelt aber zwischen Intervallgrenzen.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge umfasst diese ein Ablenkelement, das in oder an der wenigstens einen Öffnung vorgesehen und eingerichtet ist, eine Hauptstrahlrichtung des Flüssigkeitsstrahls in dem Innenraum abzulenken. Dadurch kann die Öffnung oder Düse fixiert eingerichtet sein, während nur das Ablenkelement beweglich eingerichtet ist, dafür aber für die Verteilung des Flüssigkeitsstrahls im Innenraum sorgt.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge umfasst diese eine Vorrichtung zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung vor der wenigstens einen Öffnung, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, die Stärke des Flüssigkeitsstrahls einzustellen.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge ist die Vorrichtung zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung eingerichtet ist, einen pulsierenden Flüssigkeitsstrahl zu erzeugen.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge umfasst diese eine Vorrichtung zum Einstellen einer Düse, die eingerichtet ist, wenn die wenigstens eine Öffnung eine Düse ist, wahlweise einen räumlich aufgefächerten Flüssigkeitsstrahl mit vergleichsweise großem Öffnungswinkel, oder einen stark fokussierten Flüssigkeitsstrahl mit vergleichsweise kleinem Öffnungswinkel einzustellen.
Einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit zufolge umfasst diese einen Sensor, der ausgelegt ist, eine Trübung der an der Außenwand abgelaufenen Flüssigkeit in dem Behältnis zu erfassen. Ferner kann sie eine Steuervorrichtung umfassen, die mit dem Sensor und wahlweise mit der Vorrichtung zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung, der Vorrichtung zum Einstellen der Düse und/oder dem bewegbaren Abschnitt verbunden und ausgelegt ist, abhängig von der erfassten Trübung der Flüssigkeit entsprechend den Druck in der Zulaufleitung, den Öffnungswinkel des Flüssigkeitsstrahls oder die Hauptstrahlrichtung anzupassen.
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 in einem Diagramm die spektrale UV-C-Transmission T [in %] bei einer Wellenlänge von 254 nm in Wasser als Funktion der Schichtdicke d [in mm], und zwar für Reinstwasser (SSK254 bei d=10mm: 99%), Trinkwasser (SSK254 bei d=10mm: 98%), Trinkwasser (SSK254 bei d=10mm: 85%), Abwasser (SSK254 bei d=10mm: 75%),und Abwasser (SSK254 bei d=10mm: 50%);
2A einen vertikalen UV-C-Reaktor gemäß einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht von der Seite;
2B den vertikalen UV-C-Reaktor aus 2A in einer schematischen Querschnittsansicht von oben;
3A einen horizontalen UV-C-Reaktor gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht von der Seite;
3B den horizontalen UV-C-Reaktor aus 3A in einer schematischen Querschnittsansicht von der Stirnseite her;
4 in schematischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel z.B. basierend auf der ersten oder zweiten Ausführungsform, mit der Möglichkeit einer Rückführung der desinfizierten Flüssigkeit sowie einer entsprechenden Steuervorrichtung.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ist zu berücksichtigen, dass die vorliegende Offenbarung der verschiedenen Aspekte nicht auf die Details des Aufbaus und der Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele können auf verschiedenen Wegen in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden. Es ist des Weiteren zu berücksichtigen, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie lediglich zum Zweck der konkreten Beschreibung verwendet wird und diese sollten nicht durch den Fachmann als solche in einschränkender Weise ausgelegt werden.
Zunächst wird in 1 in einem Diagramm der Einfluss einer Reduktion der Transmission als Funktion der Schichtdicke aufgrund einer Trübung bzw. Verschmutzung in verschiedenen Wasserqualitäten illustriert. Gezeigt ist spektrale UV-C-Transmission T [in %] bei einer üblicherweise zu diesem Zweck verwendeten Wellenlänge von 254 nm in Wasser als Funktion der Schichtdicke d [in mm], und zwar für Reinstwasser (Kurve T(Wc): SSK254 bei d=10mm: 99%), Trinkwasser (Kurve T(Wt1): SSK254 bei d=10mm: 98%), Trinkwasser (Kurve T(Wt2): SSK254 bei d=10mm: 85%), Abwasser (Kurve T(Ww1): SSK254 bei d=10mm: 75%), und Abwasser (Kurve W(w2): SSK254 bei d=10mm: 50%).
Wie zu sehen ist, absorbiert Reinstwasser das eingestrahlte UV-C-Licht vergleichsweise schwach. Aufgrund von im Wasser gelösten Verbindungen und aber auch durch ungelöste Stoffe wird die wellenlängenabhängige Strahlungsabsorption aber stark beeinflusst, wie in 1 an den Kurven für Trinkwasser und Abwasser deutlich zu erkennen ist. Das Maß der UV-C-Absorption steht infolgedessen mit der Wasserqualität in Zusammenhang. Die Schwächung der Strahlung in Abhängigkeit von der Schichtdicke wird durch eine optische Messung bestimmt und kann als spektraler Schwächungskoeffizient SSK ausgedrückt werden. Als Referenzschichtdicke kann z.B. 10 mm hergenommen werden. Im Rahmen von Entkeimung und Wasseraufbereitung finden Messwerte für den Schwächungskoeffizienten häufig Verwendung. Insbesondere wird der spezielle Koeffizient SSK254 ohne Vorab-Filtration bei der Wellenlänge 254 nm bestimmt, so dass bei diesem Koeffizienten auch Trübstoffe und Partikel mit erfasst werden. Der Messwert ist daher im Vergleich zu anderen Koeffizienten (z.B. SAK) erhöht, jedoch ist gerade dieser Koeffizient für die Praxis in Reaktoren relevant, weil es auf das Maß der tatsächlichen Durchstrahlung der Flüssigkeit bei gegebener Gesamtschichtdicke ankommt.
Für eine beispielhafte Anwendung der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen in Geschirrspülern oder Waschmaschinen sind in 1 die beiden Kurven T(w1) und T(w2) für Abwasser relevant, insbesondere die Kurve für stärker verschmutztes Abwasser T(w2). Sie zeigen, dass bereits bei Schichtdicken von 5 mm nur noch 10 % der Ausgangsintensität der UV-C-Strahlung bereitstehen.
Eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit ist in den 2A und 2B gezeigt. Die Vorrichtung umfasst ein Behältnis 10 mit einem Einlass 12, einem Auslass 14 und einem Innenraum 16 mit einer Außenwand 18. Der Innenraum 16 weist einen oberen zylindrischen Abschnitt 19 sowie einen unteren konischen oder trichterförmigen Abschnitt 17 auf, der sich von dem zylindrischen Abschnitt zu dem Auslass 14 hin verjüngt. Der zylindrische Abschnitt und der konische Abschnitt bilden einen Abschnitt mit gemeinsamer Mittenachse X aus. Die Mittenachse X erstreckt sich in diesem speziellen Ausführungsbeispiel parallel zur Gravitationskraft G. Die Außenwand 18 kann vollständig oder nur im Bereich einer Anzahl von Lichtquellen 32, in diesem Ausführungsbeispiel von UV-C-LEDS, transparent ausgebildet sein. Insbesondere ist sie durchlässig für die von den UV-C-LEDs abgebebene Strahlung. Die UV-C-LEDS können zum Beispiel Strahlung mit einer Wellenlänge von 265 nm abgeben und die jeweils Leistung 50 bis 100 mW betragen.
Wie in Zusammenschau von 2A und 2B zu erkennen ist, sind die Lichtquellen 32 in 3 Gruppen zu jeweils 9 LEDs angeordnet. Die UV-LEDs sind dabei in gleichen Abständen untereinander rings um die Mittenachse X an (bzw. hinter) der Außenwand 18 verteilt und geben ihre Strahlung mit Hauptstrahlrichtung auf die Mittenachse X ab.
Die drei Gruppen von Lichtquellen 32 sind wiederum in gleichen Abständen zueinander entlang der Mittenachse X im Bereich des zylindrischen Abschnitts angeordnet. Es können in diesem Ausführungsbeispiel wie auch in anderen auch mehr oder weniger LEDs in den Reihen vorgesehen sein, die Anzahl der Reihen kann ebenfalls variiert werden, und die LEDs können auch Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge abgeben, um sich ergänzende Wirkungen zu erzielen. Die Leistungsversorgung und Steuerung der LEDs ist in den Figuren der einfachen Darstellung halber nicht wiedergegeben.
Der Einlass 12 wird in dem in 2A und 2B gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Zulaufleitung 13 ausgebildet, die als drehbare Röhre mit einem Abschnitt 24 am distalen Ende versehen ist, in welchem eine Öffnung 28 eingerichtet ist, durch welche die zu entkeimende Flüssigkeit in den Innenraum 16 eingelassen wird. Insbesondere kann die Öffnung 28 als Düse ausgelegt sein. Die Öffnung 28 bzw. die Düse ist auf die Außenwand 18 ausgerichtet, d.h., sie weist z.B. eine Strömungsachse auf, die quer zur Mittenachse X des Innenraums 16 liegt ist und vorzugsweise senkrecht auf ihr steht. Insbesondere ist die Strömungsachse auf die Außenwand 18 gerichtet, und zwar auf einen Bereich der Außenwand 18, in welchem die UV-C-Lichtquellen 32 angeordnet sind. Die Lichtquellen 32 liegen somit der Öffnung 28 bzw. Düse gegenüber. Im Abschnitt 24 können auch mehrere solcher Öffnungen 28 oder Düsen eingerichtet sein.
Die Zulaufleitung 13 erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Mittenachse X des zylindrischen Abschnitts 19. Wie beschrieben kann die Zulaufleitung oder auch nur ein begrenzter Abschnitt 24 mit dem Düsenkopf, insbesondere ein vorderer Abschnitt 24 wie in 2A angedeutet, zumindest in diesem Abschnitt 19 drehbar eingerichtet sein, wobei die Drehachse mit der Mittenachse X zusammenfällt, wie in 2A schematisch angedeutet ist. Ebenfalls schematisch angedeutet ist eine Vorrichtung 44 zum Bewegen der Zulaufleitung 13 mit dem Abschnitt 24 an deren distalen Ende. Anders als in 2A impliziert kann die Vorrichtung 44 auch außerhalb des Innenraums 16 angeordnet sein. Die Vorrichtung kann mit der nicht gezeigten Leistungsversorgung verbunden sein, um die Drehung der Zulaufleitung 13 bzw. des Abschnitts 24 mit der Öffnung 28 um die Mittenachse X anzutreiben. Es ist aber auch möglich, dass die Drehung aus dem Strömungsdruck der durchströmenden Flüssigkeit angetrieben wird und die Vorrichtung 44 lediglich die Kräfte in Drehung überträgt, wie es z.B. aus der Mechanik konventioneller Sprinkler- und (Garten- )Beregnungsanlagen bekannt ist.
Wie in 2A und 2B dargestellt ist, die Öffnung 28 bzw. die Düse ausgelegt, einen Flüssigkeitsstrahl 30 auf die Außenwand 18 zu richten. Dieser kann als fokussierter oder aufgefächerter Strahl auf die Außenwand 18 treffen und an dieser als dünner Flüssigkeitsfilm 31 vor der jeweiligen Lichtquelle 32 vorbei nach unten, d.h. gravitationsgetrieben, in Richtung Auslass 14 ablaufen. Alternativ oder zusätzlich kann die Düse die Flüssigkeit als fein verteilten Sprühnebel abstrahlen und dadurch ein Volumen angrenzend an den Bereich ausfüllen, in welchem die Lichtquellen 32 angeordnet sind. Die UV-C-LEDs bestrahlen somit den vorbeilaufenden Flüssigkeitsfilm, der eine Dicke deutlich geringer als die Eindringtiefe der UV-C-Strahlung besitzt, oder eine Vielzahl feinster Tröpfchen, wobei die Eindringtiefe auch hier ausreicht, so dass eine wirksame Entkeimung erfolgen kann.
Ferner kann durch die Düse ein scharf fokussierter Strahl erzeugt werden, der hinsichtlich sich an der Außenwand anlagernder Keime mit einer möglichen Bildung von Biofilmen eine mechanisch abrasive Wirkung erzielen kann, so dass die Keime bzw. Biofilme entfernt und ggf. letztere überhaupt an ihrer Entstehung gehindert werden können. Um einen entsprechenden Druck in der Flüssigkeit zu erzeugen, kann - wie in 2A schematisch dargestellt - eine Vorrichtung 38 zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung 13 in Strömungsrichtung vor der oder den Öffnungen 28 vorgesehen sein. Die Vorrichtung 38 kann beispielsweise nach Art einer Pumpe aufgebaut sein. Die Vorrichtung ist dabei ausgelegt, durch Einstellen des Drucks indirekt die Stärke des Flüssigkeitsstrahls 30 einzustellen. Die Vorrichtung 38 zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung 13 kann von der oben beschriebenen oder einer anderen ebf. nicht dargestellten Steuervorrichtung gesteuert werden. Dabei kann ein Betriebsmodus vorgesehen sein, bei dem ein pulsierender Flüssigkeitsstrahl 30 erzeugt wird. Dies kann die abrasive Wirkung an der Außenwand 18 weiter verbessern.
Es ist anzumerken, dass in dem in 2A und 2B gezeigten Ausführungsbeispiel mehrere Düsen in azimutaler Richtung an dem distalen Abschnitt eingerichtet sein können. Optional kann die Zulaufleitung 13 auch in Richtung der Mittenachse X verfahrbar eingerichtet sein, um verschiedene Abschnitte und Bereiche des Innenraums 16 abfahren und abrasiv behandeln zu können. Es können auch mehrere Abschnitte 24 mit je einer oder mehreren Düsen vorgesehen sein. Ferner können auch die Abschnitte 24 gegenüber der Zulaufleitung 13 drehbar eingerichtet sein, die dann selbst fest installiert, also nicht drehbar zu sein braucht.
Eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit ist in den 3A und 3B gezeigt. 3A zeigt insbesondere einen horizontalen UV-C-Reaktor zum Entkeimen einer Flüssigkeit in einer Seitenansicht, während 3B den horizontalen UV-C-Reaktor aus 3A in einer schematischen Querschnittsansicht von der Stirnseite her zeigt. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein Behältnis 10 mit einem Einlass 12 mit einer Zulaufleitung 13, einem Auslass 14 und einem Innenraum 16 mit einer Außenwand 18. Anders als bei der ersten Ausführungsform ist der Innenraum 16 bzw. ein zylindrischer Abschnitt 19 mit Mittenachse X nahezu liegend ausgebildet, d.h., die Mittenachse X ist beinahe senkrecht zur Gravitationsrichtung, siehe 3A. Allerdings verbleibt hier eine geringfügige Neigung der Mittenachse X gegenüber einer horizontalen Richtung, um einen Ablauf der versprühten Flüssigkeit (siehe die ablaufende Flüssigkeit 31a in 3A) zu erlauben. Ein trichterförmiger Abschnitt 17 bildet den Übergang zu einem vertikal ausgerichteten Auslass 14, zu welchem hin er sich verjüngt.
Im Übrigen ist der Aufbau sehr ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Lichtquellen 32 sind in 11 Gruppen zu je 9 in Reihen angeordneten UV-C-LEDs rings um die Mittenachse X an der Außenwand 18 positioniert. Die Gruppen sind in gleichen Abständen untereinander entlang der Mittenachse X angeordnet. Die Zulaufleitung 13 erstreckt sich auch hier entlang der Mittenachse, kann aber dieser gegenüber auch versetzt angeordnet sein, beispielsweise um einen geringfügigen Versatz in vertikaler Richtung nach oben, da z.B. ein nach oben gerichteter Strahl der Schwerkraft entgegen wirken muss und die Strahlkraft hier daher leicht verringert ist.
Zum anderen bewirkt die liegende Anordnung des zylindrischen Abschnitts 19 des Innenraums eine Ansammlung ablaufender Flüssigkeit 31a an der unteren Seite des Zylinders (siehe 3B), wo folglich ein Abrasionseffekt schwieriger zu erzielen ist. Es ist aber auch möglich, dies auszugleichen, indem der Versatz der Zulaufleitung 13 gerade aus diesem Grund in vertikaler Richtung nach unten erfolgt, um mit scharfem und stärkerem (da nahem) Strahl die ablaufende Flüssigkeit zu durchstoßen und somit Biofilme an der Entstehung zu hindern.
In der zweiten Ausführungsform sind mehrere (in der schematischen Darstellung: fünf) drehbare Abschnitte 24 gezeigt, die entlang der Mittenachse in der Zulaufleitung 13 in äquidistanten Abständen eingerichtet sind. Es können auch mehr oder weniger drehbare Abschnitte 24 vorgesehen sein. Wie bei der ersten Ausführungsform sind darin auf die Außenwand gerichtete Öffnungen 28 oder Düsen vorgesehen, die die zu entkeimende Flüssigkeit als Flüssigkeitsstrahl 30 auf die Außenwand 18 richten, an der sie in Umfangsrichtung (siehe 3B) nach unten abläuft, sich dort sammelt und dann in axialer Richtung (parallel zur Mittenachse X) zum trichterförmigen Abschnitt 17 und von dort in der Auslass 14 abläuft. Die Abschnitte 24 können mit der Zulaufleitung 13 fest verbunden und mit ihr zusammen drehbar sein oder einzeln und getrennt gegenüber der Zulaufleitung 13 drehbar eingerichtet sein. Eine Vorrichtung 44 zum Bewegen der Zulaufleitung 13 und/oder der Abschnitte 24 kann vorgesehen sein wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben.
Im Hinblick auf eine auch bei der zweiten Ausführungsform optional vorgesehene Vorrichtung 38 zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung 13 kann auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform verwiesen werden.
Eine Vielzahl von Abwandlungen und Modifikationen der obigen Ausführungsbeispiele ist möglich soweit nicht von dem in den beigefügten Ansprüche festgelegten Umfang abgewichen wird. So kann die Vielzahl an Öffnungen 28 oder Düsen in der Zulaufleitung 13 in einer zur Mittenachse (X) azimutalen Richtung angeordnet sein. Ist die Dichte der Anordnung der Düsen hinreichend, so dass die gegenüberliegende Außenwand 18 flächendeckend im Bereich der UV-C-LEDs mit der zu entkeimenden Flüssigkeit besprüht bzw. bestrahlt wird (Flüssigkeitsstrahl 30) wird, und dies auch in hinreichender Stärke, so kann auf die Drehbarkeit von Zulaufleitung 13 und/oder Abschnitten 24 durchaus verzichtet werden. Es ist auch möglich, in statischer, nicht drehbarer Anordnung der Öffnungen 28 oder Düsen lediglich neuralgische Bereiche zu besprühen. Eine vollständige Abrasion der Außenwand ist nicht unbedingt erforderlich.
Ferner kann zusätzlich eine Vorrichtung 40 zum Einstellen einer oder mehrerer Düsen vorgesehen sein, die eingerichtet ist, wahlweise einen räumlich aufgefächerten Flüssigkeitsstrahl 30 mit vergleichsweise großem Öffnungswinkel, oder einen stark fokussierten Flüssigkeitsstrahl 30 mit vergleichsweise kleinem Öffnungswinkel einzustellen. Dies gilt für beide gezeigten Ausführungsformen.
Darüber hinaus kann ein Sensor 42 vorgesehen sein, der ausgelegt ist, eine Trübung oder eine Fluoreszenz der an der Außenwand abgelaufenen Flüssigkeit in dem Behältnis 10 zu erfassen. Mit Vorteil kann dazu eine Steuervorrichtung 50 vorgesehen sein (nur in 4 dargestellt), die mit dem Sensor 42, mit der Vorrichtung 38 zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung, mit der Vorrichtung 40 zum Einstellen der Düse und/oder dem bewegbaren Abschnitt verbunden ist und welche dazu ausgelegt ist, abhängig von der erfassten Trübung der Flüssigkeit entsprechend den Druck in der Zulaufleitung 13, den Öffnungswinkel des Flüssigkeitsstrahls 30 oder die Hauptstrahlrichtung oder die Rotationsgeschwindigkeit anzupassen.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, anhand dessen eine mögliche Rückführung und wiederholte UV-Desinfektion der Flüssigkeit durchgeführt werden kann, um die Qualität der Entkeimung weiter zu erhöhen. Das in 4 gezeigte Behältnis 10 einer Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit kann mitsamt der in ihm enthaltenen Merkmale einschließlich Einlass 12 und Auslass 14 im Wesentlichen den Ausführungsbeispielen der 2A und 2B oder 3A und 3B entsprechen. Eine Besonderheit stellt hier eine Rücklaufleitung 56 dar, die vom Auslass 14 wieder zum Einlass 12 zurückführt. Diese Rücklaufleitung 56 ermöglicht einen batchweisen Betrieb. An den Verbindungspunkten jeweils am Einlass 12 und am Auslass 14 zweigt die Rücklaufleitung 56 ab und wird dabei durch 3-Wege-Ventile 52, 54 gesteuert. In der Rücklaufleitung 56 kann sich optional eine Pumpe 58 befinden, die den Rücklauf antreibt. Alternativ kann die Pumpe 58 auch im Auslass 14 in Stromrichtung vor dem 3-Wege-Ventil 54 positioniert sein, wobei dann die gleiche Pumpe für den Rücklauf wie aber auch für den Durchflussbetrieb (d.h. zum Abpumpen des Reaktors) eingesetzt werden kann.
Die 3-Wege-Ventile 52, 54 können von einer Steuereinrichtung 50 gesteuert werden, die auch die in 2A oder 3A gezeigte Vorrichtung 38 zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung 13, die Vorrichtung 44 zum Bewegen der Zulaufleitung oder des drehbaren Abschnitts derselben, die Messung mit dem Sensor 42, und/oder die Vorrichtung 40 zum Einstellen der Düse und/oder dem bewegbaren Abschnitt steuert. Die Steuereinrichtung 50 kann auch mit der Pumpe 58 verbunden sein, um den Rücklauf abhängig von einem Messergebnis durch den Sensor 42 (z.B. Transmissionsmessung oder besonders auch Fluoreszenzmessung) so lange aufrechtzuerhalten, bis ein gewünschtes Messergebnis erhalten wird, wonach die - Wege-Ventile 52, 54 auf Durchfluss geschaltet werden. Die Position des Sensors 42 kann im Fall der Fluoreszenzmessung auch im Innenraum liegen, da die UV-C-LEDs hier die notwendige Fluoreszenzanregung liefern können. Durch eine Fluoreszenzanregung (z.B. durch die UV-C-Strahlungsquelle) und einen im UV-A, UV-B und/oder sichtbaren Bereich empfindlichen Sensor 42 kann auf die Menge und gegebenenfalls die Art der vorhandenen Verkeimung rückgeschlossen werden. Um Fehlmessungen zu vermeiden, kann der Sensor 42 hinsichtlich der Anregungslichtquelle befiltert werden, so dass die anregende UV-C-Strahlung also nicht transmittiert, sondern bevorzugt reflektiert wird. Die Steuereinrichtung 50 kann ferner auch die UV-C-Lichtquellen 32 steuern.
Bezugszeichenliste

10: Behältnis
12: Einlass
13: Zulaufleitung
14: Auslass
16: Innenraum
17: trichterförmiger Abschnitt des Innenraums
18: Außenwand des Inneraums
19: zyindrischer Abschnitt des Innenraums
24: drehbarer Abschnitt der Zulaufleitung
28: Öffnung für Flüssigkeitsstrahl, Düse
30: Flüssigkeitsstrahl
31: ablaufender Flüssigkeitsfilm
32: Lichtquellen, UV-C-LEDs
38: Vorrichtung zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung
40: Vorrichtung zum Einstellen der Öffnung/Düse
42: Fluoreszenz- oder Trübungssensor
44: Vorrichtung zum Bewegen der Zulaufleitung oder des drehbaren Abschnitts derselben
50: Steuervorrichtung
52, 54: 3-Wege-Ventile
56: Rücklaufleitung
58: Pumpe
G: Gravitation
P: erzeugter Druck in der Flüssigkeit
X: Mittenachse (zylindrischer Innenraum)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5626768 A [0009]
JP 2000288559 A [0010]
US 5069885 A [0011]

Claims

Vorrichtung zum Entkeimen einer Flüssigkeit, umfassend: ein Behältnis (10) mit einem Einlass (12), einem Auslass (14) und einem Innenraum (16) mit einer Außenwand (18); wenigstens eine Lichtquelle (32), die eingerichtet ist, eine Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere UV-C-Strahlung, durch die Außenwand (18) oder von einer Position an der Außenwand (18) aus in den Innenraum (16) abzugeben; dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (12) wenigstens eine Öffnung (28) aufweist, die in Bezug auf die Außenwand (18) des Innenraums (16) und die wenigstens eine Lichtquelle (32) positioniert und ausgerichtet ist, um bei Ausübung eines Drucks auf die durch die wenigstens eine Öffnung (28) einzulassende und zu entkeimende Flüssigkeit einen auf die Außenwand (18) in einem Bereich der wenigstens einen Lichtquelle (32) und/oder oberhalb davon gerichteten Flüssigkeitsstrahl (30) und/oder dort einen Flüssigkeitsfilm (31) auszubilden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Öffnung (28) jeweils als Düse ausgebildet ist, und/oder die Öffnung (28) ausgelegt ist, den auf die Außenwand (18) gerichteten Flüssigkeitsstrahl (30) derart auszubilden, dass dieser als fokussierter oder aufgefächerter Strahl auf die Außenwand (18) treffen und an dieser als dünner Flüssigkeitsfilm (31) vor der wenigstens einen Lichtquelle ablaufen kann, oder als fein verteilter Sprühnebel ein Volumen angrenzend an den Bereich der wenigstens einen Lichtquelle (32) ausfüllt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Einlass (12) eine zumindest teilweise durch den Innenraum (16) geführte Zulaufleitung (13) umfasst, wobei die wenigstens eine Öffnung in der Zulaufleitung ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Innenraum (16) beziehungsweise dessen Außenwand (18) einen Abschnitt (19) aufweist, der eine Mittenachse (X) besitzt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei sich die Zulaufleitung (13) im Wesentlichen entlang oder in einem Abstand parallel zu der Mittenachse (X) des Abschnitts (19) erstreckt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei eine Vielzahl von Öffnungen (28) in der Zulaufleitung (13) vorgesehen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Vielzahl von Öffnungen (28) in der Zulaufleitung (13) in einer Richtung entlang der Mittenachse (X) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Vielzahl an Öffnungen (28) in der Zulaufleitung (13) in einer zur Mittenachse (X) azimutalen Richtung angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die wenigstens eine Öffnung (28) jeweils eingerichtet sind, einen fokussierten Flüssigkeitsstrahl (30) auf die Außenwand (18) zu richten.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Zulaufleitung (13) oder zumindest ein Abschnitt (24) derselben, welcher die wenigstens eine Öffnung (28) aufweist, bewegbar, im Fall des Abschnitts (19) des Innenraums (16) insbesondere um die Mittenachse (X) herum drehbar, eingerichtet ist, um eine Hauptstrahlrichtung des Flüssigkeitsstrahls (30) umzuorientieren, wobei insbesondere eine Vorrichtung (44) zum Bewegen der Zulaufleitung (13) oder des Abschnitts (24) derselben vorgesehen sein kann, welche die Bewegung, insbesondere eine Drehung antreibt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, ferner umfassend ein Ablenkelement, das in oder an der wenigstens einen Öffnung (28) vorgesehen und eingerichtet ist, eine Hauptstrahlrichtung des Flüssigkeitsstrahls (30) in dem Innenraum (16) abzulenken.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Vorrichtung (38) zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung (13) vor der wenigstens einen Öffnung (28), wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, die Stärke des Flüssigkeitsstrahls (30) einzustellen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Vorrichtung (38) zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung (13) dazu eingerichtet ist, einen pulsierenden Flüssigkeitsstrahl (30) zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Öffnung (28) eine Düse ist, ferner umfassend eine Vorrichtung (40) zum Einstellen einer Düse, die eingerichtet ist, wahlweise einen räumlich aufgefächerten Flüssigkeitsstrahl (30) mit vergleichsweise großem Öffnungswinkel, oder einen stark fokussierten Flüssigkeitsstrahl (30) mit vergleichsweise kleinem Öffnungswinkel einzustellen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen Sensor (42), der ausgelegt ist, eine Trübung der an der Außenwand (18) abgelaufenen Flüssigkeit (13) in dem Behältnis (10) zu erfassen, und eine Steuervorrichtung, die mit dem Sensor (42) und wahlweise mit der Vorrichtung (38) zum Einstellen des Drucks der Flüssigkeit in der Zulaufleitung (13), der Vorrichtung (40) zum Einstellen der Düse und/oder dem bewegbaren Abschnitt verbunden ist und welche dazu ausgelegt ist, abhängig von der erfassten Trübung der Flüssigkeit entsprechend den Druck in der Zulaufleitung (13), den Öffnungswinkel des Flüssigkeitsstrahls (30) oder die Hauptstrahlrichtung oder die Rotationsgeschwindigkeit anzupassen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Lichtquelle (32) eine Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich, insbesondere UV-C-Strahlung, emittierende LED ist, wobei bevorzugt eine Vielzahl von LEDs vorgesehen ist.