DE10221037A1 - Doppelwandkammer zur UV-Desinfektion von Flüssigkeiten, vorzugsweise von Trink- und /oder Abwasser - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Doppelwandkammer zur UV-Desinfektion von Flüssigkeiten, vorzugsweise von Trink- und Abwasser. Sie realisiert auch bei höheren Drücken eine rechtwinklige und/oder quadratische Querschnittsform der UV-Bestrahlungskammer, die überdies dünnwandig ausgeführt werden kann und die gegenüber einer runden Kammer eine optimale und enge UV-Strahleranordnung erlaubt. Durch die Anwendung des erfinderischen Gedankens werden darüber hinaus die bekannten Totzonen am Eintritt vollkommen eliminiert und eine Eintrittsverwirbelung erzeugt, welche mit der Kolbenströmung in der Kammer mitläuft.

Description

• Gegenstand der Erfindung ist eine Doppelwandkammer zur UV-Desinfektion von Flüssigkeiten, vorzugsweise von Trink- und/oder Abwasser.
• UV-Bestrahlungskammern sind überwiegend vom Medium axial durchflossene runde Kessel mit meist seitlich am Ende angesetzten Zu- und Ablaufanschlüssen, teilweise auch mit axial gerichteten Abläufen und werden wie alle Druckgefäße aus runden Rohren, meist genormten Edelstahlröhren gefertigt. Das Rohr oder auch ein runder Kessel erlauben hohe Innendrücke bei einem minimalen Materialeinsatz. Die kreisrunde Form ist die optimale Lösung. In solchen runden Gefäßen befinden sich dann die Bestrahlungseinrichtungen. Diese sind Konfigurationen (arrays) von UV-Strahlern, welche zum Schutze vor Untertemperatur und Feuchtigkeit in UV-durchlässigen dünnwandigen Quarzrohren eingeschoben werden. In den rohrförmigen UV- Bestrahlungskammern werden sie bis auf wenige Ausnahmen längs, das heißt, parallel zur Achse und zur Durchflußströmung angeordnet. Es ist dabei das Ziel des Konstrukteurs, ein möglichst homogenes UV-Bestrahlungsfeld mit annähernd gleicher Bestrahlungsstärke an jeder Stelle im Raume zu erzeugen und zu versuchen, daß die zu desinfizierenden Flüssigkeitsteilchen in ihrer Gesamtheit und jedes Teilchen im einzelnen einer gleiche Bestrahlung "H" (mJ/cm²; J/m²) ausgesetzt werden. Was dabei die Hydraulik angeht, soll die Durchströmung der Bestrahlungskammer möglichst in Form einer "Kolbenströmung" (Pfropfenströmung) entlang der Kammerachse mit einer Überlagerung durch viele mitlaufende innere Querströmungskomponenten, das heißt radialen Strömungsnebenbewegungen erfolgen. Nur so nämlich kommen die einzelnen Flüssigkeitsteilchen immer wieder in die unmittelbar Nähe der Quarzhüllrohre, in denen sich die UV-Strahler befinden, wo eine sehr hohe Bestrahlungsstärke herrscht und die Abtötung von Keimen oder Mikroorganismen fast unmittelbar erfolgt. Ein solches Strömungsverhalten verstärkt die Desinfektionsleistung eines Gerätes. Das klassische ideale und laminare Strömungsbild ist daher gar nicht erwünscht. Es hat sich aber gezeigt, daß ein solches Strömungsbild technisch eher zu erreichen ist als die wirklich "ideale" Strömung für eine wirksame UV- Entkeimung, was überwiegend mit der Bauart der Kammer sowie den Ein- und Ablaufverhältnissen derselben zusammenhängt. Totzonen durch den seitlichen Eintritt des Mediums in die zylindrische Bestrahlungskammer, verursacht durch zu schnelle und unkontrollierbare Umlenkung des einlaufenden Wasserstromes und ein Mangel an inneren radialen Bewegungskomponenten verhindern zudem oft die Ausnutzung des theoretisch zur Verfügung stehenden Bestrahlungsraumes (Bestrahlungsdauer) in den zylindrischen Bestrahlungskammern. Hinzukommt, daß sich die längs in der Kammer angeordneten UV-Strahler in die kreisrunde Form nicht derart anordnen fassen, daß man von einem homogenen Bestrahlungsfeld über den Querschnitt und damit in dem ganzen Kammervolumen sprechen kann. Homogene Bestrahlungsfelder erreicht man nur mit gleichmäßigen rechtwinkligen Strahlergittern, die einen rechteckigen, am besten quadratischen Strömungsquerschnitt verlangen, der allerdings dann problematisch wird, wenn im . Innern der Kammern ein erheblicher Druck herrscht, was bei der Trinkwasserbehandlung fast immer der Fall ist. Zusammengefaßt kann man sagen, daß die üblichen Zylindrischen UV-Bestrahlungskammern mit den seitlichen Zuläufen und achsparallelen UV-Strahleranordnungen drei besondere Mängel aufweisen, nämlich, daß Toträume entstehen, daß sich in dem runden Querschnitt ein Strahlerbündel nicht gleichmäßig anordnen läßt und daß die durchlaufende Hauptströmung nicht von ausreichend vielen radialen Nebenströmungen überlagert wird. Alle drei Mängel lassen sich nach der Lehre der Erfindung ausräumen, wie an Fig. 1 gezeigt werden kann, in welche der Übersichtlichkeit halber die UV-Bestrahlungseinrichtungen, d. h. die UV-Strahler mit den Hüllrohren und den Strahlerschleusen nicht mit eingezeichnet sind, sondern nur die Doppelkammer mit der Führung des durchlaufenden Mediums gezeigt wird, auf die es hier ankommt.
• In Fig. 1 sollen 1 die dünnwandige innere Röhre von beliebigem Querschnitt sein, beispielsweise von quadratischem Querschnitt, in der sich die UV- Strahlerkonfiguration befinden soll, 2 eine äußere druckfeste runde Röhre mit einem Zulaufstutzen 4 und einem Ablaufstutzen 5. Und 3 soll der Zwischenraum zwischen den beiden Röhren 1 und 2 sein. Die innere Röhre 1 soll mit dem runden Boden 6 dicht verbunden sein, zum Beispiel durch Anschweißen der Stirnfläche und am Ablaufende der Kammer mittels einer eingepaßten Trennwand 7 endseitig zentriert werden. Die innere Röhre 1, das ist die eigentliche Bestrahlungskammer mit den hier nicht eingezeichneten Bestrahlungseinrichtungen, soll an ihrem Einlaufende einen umlaufenden Kranz von runden Einlauföffnungen 8 haben, sowie die Prallscheibe 9 am Auslaufende. Nach dem erfinderischen Gedanken gelangt das flüssige Medium vom Zulaufstutzen 4 zunächst in den Zwischenraum 3 und erst von da durch die rundum angeordneten Einlauföffnungen in die innere Röhre 1, die eigentliche Bestrahlungskammer. Da im Zwischenraum 3 und in der inneren Röhre 1 nahezu der gleiche Druck herrscht, kann die innere Röhre 1 unabhängig von ihrer Form aus dünnwandigem Blech hergestellt werden, was die Fertigung sehr erleichtert. Die äußere Röhre 2 ist ein rundes, von innen mit Druck beaufschlagtes Rohr, das relativ dünnwandig gefertigt werden kann. Wie in Schnitt A-B dargestellt, umläuft das Medium die innere Röhre von quadratischem Querschnitt, gelangt unter nahezu gleichem Druck an die konformen Einlauföffnungen 8 und tritt durch diese in getrennten Teilströmen mit annähernd gleicher Einstrahlgeschwindigkeit peripher in die innere Röhre 1 ein. Die Teilströme stoßen aufeinander und vermischen sich. Es ist leicht einzusehen, daß hierbei Verwirbelungen und Querbewegungen entstehen, wenn die Teilströme aufeinandertreffen und daß ein Totraum am Einlauf nicht entstehen kann. Es soll noch erwähnt werden, daß die Flüssigkeitsströmung an den Engstellen 9 in axiale Richtung ausweichen wird und sich dadurch den "Kanalquerschnitt" erweitert. Gleichgültig ist, wo genau sich der Zulaufstutzen an der Äußeren Röhre befindet. Er könnte auch, wie gestrichelt eingezeichnet, bei 10 von unten angesetzt sein. Dies kann von Bedeutung bei einem nachträglichen Einbau eines Gerätes sein, weil dadurch für den nachträglichen Einbau die Rohrleitung nur ein kurzes Stück geöffnet werden muß, wenn der Zulaufstutzen und der Ablaufstutzen eng nebeneinander liegen. Ein Vorteil bei Anordnung des Zulaufstutzens bei 10 besteht auch darin, daß der Zwischenraum 3 ständig durchgespült wird.
• Das im vorangegangenen genannte Ziel der Erfindung ist damit voll erreicht
  
• 1. Ein nicht runder, sondern beispielsweise quadratischer Querschnitt der eigentlichen UV-Bestrahlungskammer für eine optimale Strahlerkonfiguration, Kammer mit dünnwandigem Gehäuse,
• 2. Verhinderung von Toträumen im Einströmungsbereich und
• 3. Eine hervorragende Verwirbelung des Mediums nach dem Eintritt in die UV-Bestrahlungskammer, die von der Hauptströmung mitgenommen wird.
Anwendungsbeispiel nach Fig. 2
• Die Fig. 2 zeigt eine Doppelwandkammer nach dem erfinderischen Gedanken in einer beispielhaften technischer Ausführung in etwas vereinfachter Darstellung. Materialwahl: Edelstahl in allen Teilen. Es sollen 1 die innere dünnwandige Röhre mit einem quadratischen Querschnitt, die eigentliche UV-Bestrahlungskammer, 2 eine äußere druckfeste und runde Röhre und 3 der Zwischenraum zwischen den beiden Röhren sein. Die Wandstärken sollen für die innere Röhre 1,5 mm und für die äußere runde Röhre 3 mm, der Durchmesser der äußeren Röhre ca. 320 mm sein. Die Querschnitte und die Hüllrohranordnung 19 sind gestrichelt eingezeichnet. Es sollen ferner 4 der Zulaufstutzen, ausgeführt als loser Drehflansch, 6 der vordere Boden mit den Herausführungen der Hüllrohre 14, in denen die UV-Strahler 15 eingesetzt sind, und 16 Druckringe mit den Strahlerkabelverschraubungen 17 mit flach am Boden aufliegenden O-Ringen sein, welche die Hüllrohre 14 druckwasserdicht nach außen abdichten. Der Ablauf des bestrahlten Wassers soll über einen zentralen Flanschenanschluß 28 mit den eingeschweißten Stiftschrauben 30 im hinteren Kammerboden 29 erfolgen. Die innere Röhre 1, die eigentliche UV-Bestrahlungskammer, soll am Einlaufende die kranzförmig angeordneten Einlauföffnungen 8 haben und an der Innenseite des Bodens rundum dicht an diesen angeschweißt sein. Der Zulaufstutzen 4 ist etwas nach hinten versetzt, damit die einkommende Flüssigkeit nicht verstärkt in die oberen Einlauföffnungen einstrahlen kann. Am Ablaufende der Doppelwandkammer ist die innere quadratische Röhre in die Trennwand 7, ein Laserschnitt mit 1.5 mm Blechstärke eingepaßt und verschweißt. Die Form der Trennwand 7 zeigt Fig. 2a. Die innere Röhre selbst soll aus zwei gelaserten und mit definiertem Radius gekanteten 1.5 mm Blechhälften, die an einer dafür vorgesehenen schmalen Abkantung 18 zusammengeschweißt sein sollen, bestehen. Die in Fig. 2 im Schnitt gezeigte Konfiguration 19 der neun vorgesehenen UV-Niederdruckstrahler ist in der Konstruktion durchgehend und fluchtend übernommen: vom Boden 6 aus, im Fangschild 20 nach Fig. 2c und im Strömungssieb 21 nach Fig. 2d. Im Strömungssieb 21 werden die Hüllrohre 14 eingesteckt und gehalten und es ist eine Prallplatte 27 mit eingelasert. Der mittlere Strahlerhalter 20 hat die Aufgabe, die Hüllrohre beim Einbau aufzunehmen und am Herabfallen und damit am Zerbrechen zu hindern. Sind die Hüllrohre im mittleren Strahlerhalter 20 einmal eingesteckt, finden sie beim weiteren Einschieben immer ihre Halterung im Strömungssieb 21. Auch die Bauteile 20 und 21 sind Laserschnitte. Sie lassen sich leicht, genau und billig herstellen. Wichtig ist, was eigens erwähnt sei, daß die Halterung der Hüllrohre im Strömungssieb spielfrei vorgenommen ist, damit sie nicht vibrieren können, was zu Zerstörungen führen kann. Die Augen 22 im Strömungssieb 21 nach Fig. 2d besitzen Ausbiegelaschen 23, die soweit ausgebogen werden können, daß die Hüllrohre beim Einschieben mit dem runden Ende 24 praktisch spielfrei einfedern und damit fest sitzen. Das Einschweißen des Strömungssiebes 21 geschieht durch Verdrehen der Anschweißlaschen 25 um 90°, wonach man sie an beiden Seiten mit einer Naht im Rohr anschweißen kann und so Spaltkorrosion vermeidet. Im Falle des mittleren Strahlerhalters 20 werden die Laschen 26 um 90° gebogen, jeweils ein Bolzen aufgeschweißt, der in Position durch das vorgesehene Loch einfedert und von außen mit einer HV-Naht durchgehend angeschweißt wird, um auf diese Weise Spaltkorrosion zu vermeiden. Die Öffnungen 31 dienen zur Entleerung. Mit den neun Niederdruckstrahlern mit der Leistung von 230 W und einem 253.7 nm Strahlungsfluß von 80 W können noch ca. 60 m3/h geklärtes und vorgefiltertes Abwässer mit einer Transmission von nur 0.55% durch 1 cm nach den EU Richtlinien für Badegewässer desinfiziert werden.

Claims (5)

1. Gegenstand der Erfindung ist eine Doppelwandkammer zur UV-Desinfektion von Flüssigkeiten, vorzugsweise von Trink- und/oder Abwasser, mit einem Zu- und Ablaufanschluß, bestehend aus einer äußeren Röhre, die eine innere Röhre, in der die UV-Strahler angeordnet sein sollen, umschließt, und an deren Enden jeweils ein Abschlußdeckel sein soll, in dem auch eine Ablauf- und/oder Zulauföffnung sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt der Flüssigkeit in die innere Röhre mit den Bestrahlungseinrichtungen durch den Zwischenraum zwischen der äußeren und der inneren Röhre hindurch erfolgen soll.

2. Doppelwandkammer zur UV-Desinfektion von Flüssigkeiten, vorzugsweise von Trink- und/oder Abwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die äußere druckfeste Röhre ein kreisrundes Rohr ist.

3. Doppelwandkammer zur UV-Desinfektion von Flüssigkeiten, vorzugsweise von Trink- und/oder Abwasser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß die innere Röhre einen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Querschnitt hat.

4. Doppelwandkammer zur UV-Desinfektion von Flüssigkeiten, vorzugsweise von Trink- und/oder Abwasser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß die innere Röhre einen kreisrunden Querschnitt hat.

5. Doppelwandkammer zur UV-Desinfektion von Flüssigkeiten, vorzugsweise von Trink- und/oder Abwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die äußere und/oder die innere Röhre einen anderen als den in den Ansprüchen 2, 3 und 4 genannten Querschnitt haben.