DE3208519A1

DE3208519A1 - Vorrichtung zum entkeimen von fluessigkeiten oder gasen

Info

Publication number: DE3208519A1
Application number: DE19823208519
Authority: DE
Inventors: Georg 4902 Bad Salzuflen Horstmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-06
Filing date: 1982-03-06
Publication date: 1983-09-08
Also published as: DE3208519C2

Description

Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten
oder Gasen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten oder Gasen mittels ultravioletter (UV-) Strahlung. unter Verwendung von UV-Brennerlampen, die als Flachstrahler'mit einem länglich flachen Querschnitt, bei dem die Strahlung vornehmlich an den beiden Breitseiten nach außen abgegeben wird, ausgebildet sind.
Die Durchführung von fotochemischen Reaktionen mit Hilfe von UV-Strahlung hat in letzter Zeit eine zunehmende Bedeutung gewonnen, wobei die fotochemischen Entkeimungs- und Sterilisierungsvorgänge ein besonderes wichtiges Gebiet darstellen. Es hat sich gezeigt, daß die fotochemischen Entkeimungs- und Sterilisierungsvorgänye eine ausgeprägte Abhängigkeit von der Intensität der UV-Strahlung. zeigen, so daß es vor allem auf eine möglichst hohe Strahlungsintensität ankommt.
Dies ist darauf'zurückzuführen, daß die betreffenden Reaktionen eine gleichzeitige Anwesenheit einer bestimmten Mindestzahl von (z. B. vier oder fünf) Lichtquanten an der zu reagierenden Molekülstelle benötigen und deshalb bei Anwendung einer Strahlung geringer Intensität, welche diese Mindestzahl von Lichtquanten nicht gleichzeitig zur Verfügung zu stellen vermag, nicht ablaufen können. Dem kann dann beispielsweise auch nicht durch eine Verlängerung der Bestrahlungsdauer abgeholfen werden.
Durch die DE-OS 28 25 018 ist zum Entkeimen von Flüssigkeiten oder Gasen mittels UV-Strahlung schon eine UV-Brnnerlampe in Form einer Quecksilber-Niederdrucklampe bekannt geworden, welche das Erfordernis der gewünschten hohen Strahlungsintensität bestens erfüllt. In der Praxis ist diese Lampe inzwischen als sogenannter Flachstrahler bekannt geworden.
Während die bisher eingesetzten UV-Brennerlampen als Rundstrahler.stets kreisförmig ausgebil'det waren, hat es sich gezeigt, daß mit den Flachstrahlern erheblich größere Strahlungsdichten erzielt werden können, da das innerhalb der Brennerlampe befindliche leuchtende Plasma die Form eines "Brettes", also eines Körpers mit großer Breite und nur ge-' ringer Tiefe, hat.
Häufig werden die Flachstrahler als Tauchlampen eingesetzt, wobei die Flachstrahler mit einem für UV-Strahlung durchlässigen Hüllrohr aus Quarz umgeben sind und in das zu entkeimende Medium, z. B. Wasser, eingetaucht' werden. Bei der Verwendung der Flachstrahler ist allerdings zu berücksichtigen, daß sie ihre Strahlung bevorzugt nur an den beiden gegenüberliegenden Breitseiten - dort mit außerordentlich hoher Strahlungsdichte - abgeben, während an den Schmalseiten nur eine geringere Strahlung austritt. Dadurch ist die Anwendung der'Flachstrahler vorzugsweise auf solche das zu entkeimende Medium beinhaltende'Reakionsräume begrenzt, die rechteckförmig ausgebildet sind. Vielfach besteht aber der Wunsch ~nach kreisförmigen ReaktiSnsräumen, die üblicherweise, durch runde Durchflußrohre gebildet werden, weil diese sich preiswerter als die rechteckförmigen Reaktionsräume herstellen'lassen.
Bei dem Einsatz der Durchflußrohre wurden bisher stets die voranstehend schon erwähnten bekannten Rundstrahler verwendet, um an allen Punkten der Querschnittsfläche des Durchflußrohres eine möglichst gleichmäßige Strahlungsintensität zu erzielen. Der Einsatz der an sich sehr viel vorteilhafteren Flachstrahler mit ihren bevorzugten Abstrahlungsrichtungen ist dagegen daran gescheitert, daß es gerade wegen der bevorzugten definierten Abstrahlungsrichtungen nicht möglich war, alle Bereiche des Querschnitts des Durchflußrohres, und damit alle Volumenelemente des zu entkeimenden Mediums, mit einer in etwa gleichmäßigen Strahlungsintensität zu,bestrahlen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich der an sich so sehr vorteilhaften Flachstrahler zu erweitern und eine Vorrichtung anzugeben, bei der auch kreisförmige Reaktionsräume bei Einsatz der Flachstrahler als Tauchlampen verwendet werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der im'Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Vorrichtung dadurch, daß die bevorzugten Strahlungsrichtungen mindestens zweier Flachstrahler voneinander abweichen.
Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Anwendung der Flachstrahler, wobei trotz deren von Haus aus gegebenen bevorzugten Strahlungsrichtungen erreicht werden kann, daß in einem kreisförmigen Reaktionsraum der gesamte Querschnitt einer möglichst gleichmäßigen und starken Strahlung ausgesetzt ist. Man kann die einzelnen Flachstrahler nämlich so gegeneinander verdrehen bzw. versetzen, daß die Strahlen der bevorzugten Strahlungsrichtung alle Bereiche des Reaktionsraumes erfassen, womit eine optimale Entkeimung und Sterilisierung gewährleistet ist. Somit lassen sich die vorteilhaften Flachstrahler anstelle der bisher verwendeten Rundstrahler einsetzen, und zwar unter Ausnutzung der Vorteile der Flachstrahler, die in der Gewährleistung einer hohen Strahlungsintensität bestehen.
Als besonders vorteilhaft hat sich innerhalb eines kreisförmigen Durchflußrohres eine Anordnung erwiesen, bei der zwei Gruppen von Flachstrahlern vorgesehen sind, die in Kreuzform angeordnet sind. Die erste Gruppe der Flachstrahler ist in einer Reihe mit ihren gegenüberliegenden Schmalseiten benachbart zueinander angeordnet während die zweite Gruppe sich senkrecht dazu befindet. Dabei werden die Abstände und die gegenseitigen Anordnungen so geWählt, daß sich die Flachstrahler nicht direkt bestrahlen, weil sonst eine gegenseitige Zerstörung eintreten könnte. Bei dem Einsatz als Tauchlampen, ist jeder Flachstrahler in zweckmäßiger Weise mit einem kreisförmigen Hüllrohr aus Quarz umgeben, welches für UV-Strahlung durchlässig ist'.
Um die u. U. gegebene Gefahr der'gegenseitigen Zerstörung der einzelnen Flachbrenner weiter' zu vermindern, können letztere an ihren Schmalseiten mit einer Schwärzung versehen oder verspiegelt sein, so daß an den Schmalseiten keinerlei Strahlung austreten kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht-darin, daß die mit einem kreisförmigen Hüllrohr umgebenen Flachstrahler mit ihren Querschnittsmittelpunkten auf einem Kreisbogen innerhalb eines Durchflußrohres angeordnet sind, wobei die bevorzugten Strahlungsrichtungen der ~ein zelnen'Flachstrahler etwa um den gleichen Winkel gegeneinander versetzt sind. Die genauen Winkelstellungen zur Erzielung der jeweiligen Strahlungsrichtungen läßt sich durch ein Ausrichten der einzelnen Flachstrahler gegeneinander ermitteln, wobei mittels Sensoren die resultierenden Strahlungsdichten innerhalb des Reaktionsraumes festgestellt werden können. Um ein solches Ausrichten der #Flachstrahler zu ermöglich, sind diese gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung um ihre Längsachse drehbar innerhalb der Hüllrohre angebracht.
Die, Einstellung bzw. das Verdrehen der einzelnen Flachstrahler braucht nur einmal bei der Erstellung der kompletten Vorrichtung durchgeführt zu werden, danach können die drehbar angeordneten Flachstrahler in ihren optimalen Positionen arretiert werden.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Darstellung zur Verdeutlichung der bevorzugten Strahlunysrichtungen eines Flachstrahlers, Fig. 2 die Querschnittsansicht eines kreisförmigen Durchflußrohres mit mehreren als Tauchlampen vorgesehenen Flachstrahlern, und Fig. 3 eine weitere Querschnittsansicht, ähnlich derjenigen in Fig. 2, ebenfalls mit mehreren als Tauchlampen eingesetzten Flachstrahlern.
Die in Fig. 1 im Querschnitt schematisch yezeigte Quecksilber-Niederdrucklampe ist als Flachstrahler 1 mit einem länglich flachen Querschnitt ausgebildet. Gefüllt ist der Flachstrahler 1 mit Quecksilberdampf im üblichen'Niederdruckbereich.
Der an sich bekannte Flachstrahler 1 besitzt aufgrund seiner besonderen Querschnittsform zwei Breitseiten 2 sowie zwei Schmalseiten 4. Der in dieser Weise ausgestaltete Flachstrahler besitzt die beiden bevorzugten'Strahlungsrichtungen 6, da die. Strahlung mit hoher Intensität vornehmlich an'den beiden Breitseiten 2 austritt. Demgegenüber ist die an den Schmalseiten 4 austretende Strahlung geringer.
Die schematische Querschnittsansicht in Fig. 2 zeigt einen kreisförmigen Reaktor, bei welchem innerhalb eines Durchflußrohres 8 das zu entkeimende Wasser 10 quer zur Zeichenebene strömt. In das Wasser sind mehrere Flachstrahler eingetaucht, die alle von einem Hüllrohr 18 umgeben. sind.
Um eine möglichst gleichmäßige Entkeimung zu gewährle#isten und innerhalb des durch das Durchflußrohr 8 begrenzten Reaktorraumes eine möglichst gleichmänige Strahlungsintensität zu erzielen, sind die verwendeten Flachstrahler so angeordnet, daß sich unterschiedliche bevorzugte Strahlungsrichtungen 6 bzw. 6' ergeben. Im einzelnen sind hier vier Flachstrahler 12 bis 15 in axialer Anordnung in einer Reihe angebracht, wobei die Schmalseiten der Flachstrahler jeweils einander gegenüber liegen. Diese Gruppe von Flachstrahlern 12 bis 15 besitzt die beiden bevorzugten Strahlungsrichtungen 6'.
Die Anordnung gemäß Fig. 2 umfaßt noch zwei weitere Flachstrahler 16 und 17, deren bevorzugte Abstrahlungsrichtungen 6 von den zuvor genannten Abstrahlungsrichtungen 6' abweichen und senkrecht zu letzteren verlaufen. Durch die als kreuzförmig zu bezeichnende Anordnung der Flachstrahler 12 - 15 sowie 16 und 17 läßt sich innerhalb des Querschnitts des Durchflußrohres 8 ein komplettes Strahlungafeld erzielen, das an allen Punkten in etwa die gleiche Intensität besitzt, so daß auch eine gleichmäßige'Entkeimung des Wåssers 10 gewährleistet ist.
Bei der Verwendung mehrerer benachbarter Flachstrahler ist allerdings darauf zu achten, daß sie sich nicht direkt mit hoher Strahlungsintensität anscheinen, da sich die Flachstrahler sonst gegenseitig. zerstören können. Es kann daher u. U. angebracht sein, bei der Anorndung in Fig. 2 die einander gegenüberliegenden Schmalseiten der Flachstrahler 12 - 15 zu schwärzen bzw. zu verspiegeln, so daß an diesen Stellen keine Strahlung austreten kann.
Bei dem in Fig. 3 ebenfalls in schematischer Querschnittsansicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind fünf Flachstrahler 20 bis 24'vorgesehen, deren Querschnittsmittelpunkte auf einem gedachten Kreisbogen liegen. Der Reaktionsraum wird wiederum durch das Durchflußrohr 8 gebildet, durch welches das zu entkeimende Wasser 10 geleitet wird. Die wie zuvor als Tauchlampen verwendeten Flachstrahler 20 bis 24 sind ebenfalls wieder mit Hüllrohren 18 umgeben.
Die bevorzugten Strahlungsrichtungen der einzelnen Flachstrahler 20 bis 24 sind jeweils etwa um den gleichen Winkel zueinander versetzt, indem die einzelnen Flachstrahler selbst gegeneinander versetzt angeordnet werden. Die, jeweils genaue Position der einzelnen Flachstrahler 20 bis 24 und d&-mit die bevorzugten Strahlungsrichtungen werden durch Verdrehen der einzelnen Flachstrahler um ihre Längsachsen eingestellt, Mit einem in der Darstellung nicht gezeigten Sensor wird dann an verschiedenen Stellen des Wassers 10 die Strahlungsintensität festgestellt, und die einzelnen Flachstrahler 20 bis 24 werden so lange verstellt, bis möglichst an allen Stellen ein Maximum entsteht. Wenn so die Positionen der einzelnen Flachstrahler 20 bis 24 festgelegt sind, werden die Flachstrahler fest positioniert. Die Einstellung braucht also nur einmalig beim Eintauchen der Flachstrahler in das Wasser 10 vorgenommen zu werden.
Bei der Anordnung in Fig, 3 strahlen die Flachstrahler 20 bis 24 jeweils mit ihren dem Inneren zugewandten Schmalseiten zur Mitte des Durchflußrohres hin, und obwohl# die an den Schmalseiten austretende Strahlung geringer als die Strahlung an den Breitseiten ist, entsteht durch die Überlagerung der von den einzelnen Schmalseiten ausgehenden. Strahlung ein für die Entkeimung hinreichend starkes Strahlungsfeld.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten oder Gasen mittels ultravioletter (UV-)Strahlung unter.Verwendung von UV-Brennerlampen, die als Flachstrahler mit einem länglich flachen Querschnitt, bei dem die Strahlung vornehmlich an den beiden Breitseiten nach außen abgegeben wird, ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die bevorzugten Strahlungsrichtungen (6 6') mindestens zweier Flachstrahler (12 - 15; 16, 17; 20 - 24) voneinander abweichen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe von Flachstrahlern (12 - 15) mit einer gemeinsamen ersten Strahlungsrichtung (6') und eine zweite Gruppe von Flachstrahlern (16, 17) mit einer senkrecht zur ersten Strahlungsrichtung verlaufenden zweiten Strahlungsrichtung (6) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstrahler (12 - 15) der ersten Gruppe in einer Reihe und mit-ihren Schmalseiten (4) benachbart angeordnet sind, und daß die Flachstrahler (16, 17) der zweiten Gruppe zu beiden Seiten der Reihe positioniert sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstrahler (16, 17) der zweiten Gruppe ebenfalls längs einer geraden Linie angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe vier (12 - 15) und die zweite Gruppe zwei Flachstrahler (16, 17) umfaßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere benachbarte Flachstrahler (20 - 24) vorgesehen sind, deren Querschnittsmittelpunkte auf einem Kreisbogen liegen, und daß die Flachstrahler benachbart zur Innenwand eines kreisförmigen Durchflußrohres (8) für das zu entkeimende Medium (10) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vier Flachstrahler (20 - 24) vorgesehen sind, deren bevorzugte Strahlungsrichtungen jeweils etwa um den gleichen Winkel gegeneinander versetzt sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstrahler '(12 - 15; 16, 17 20 - 24) jeweils von einem für UV-Strahlung durchlässigen Hüllrohr (18) umgeben sind, welche von dem zu entkeimenden Medium umspült sind, welches innerhalb eines Reaktorraumes geführt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstrahler (12 - 15; 16, 17; 20 - 24) um ihre Längsachse drehbar angebracht sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch kennzeichnet, daß der Reaktor (8) als Durchflußrohr ausgebildet ist.