DE3904346A1 - Vorrichtung zum entkeimen von fluessigkeiten und gasen mittels ultravioletter strahlen im gegenstromprinzip - Google Patents

Description

Ultraviolett-Entkeimungsgeräte für Flüssigkeiten werden üblicherweise so kon­ struiert, daß das zu entkeimende Medium das gesamte Volumen der Entkeimungs­ kammer beim Durchfließen insgesamt einmal einnimmt und somit das Kammervolu­ men proportional der Durchflußzeit ist. Hieraus errechnet sich auch die Dau­ er t der Bestrahlung und die Bestrahlungsdosis D. Jeder Konstrukteur weiß, daß die Erfüllung dieser Bedingung nicht immer einfach ist, weil es auch be­ vorzugte Strömungen zwischen dem Ein- und Auslauf geben kann und das Medium stellenweise mehr oder weniger "durch" das in der Kammer befindliche Medium fließen kann, was man durch Einbauten wie Leitbleche, oder spiralige Einsät­ ze zu verhindern sucht. Am besten gestaltet man die Entkeimungskammer so lang und schmal wie möglich, d. h. so rohrförmig wie möglich, um den ge­ wünschten Bedingungen nahe zu kommen, was natürlich aus wirtschaftlichen Gründen und wegen der zur Verfügung stehenden Einbauräume seine Grenzen hat.

Am wirtschaftlichsten wären allerdings gedrungene Entkeimungskammern, bei denen das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser klein ist. Dies würde auch zu kürzeren UV-Strahlungsquellen führen und den Einbauaufwand dersel­ ben vermindern. Beispielhaft seien an dieser Stelle Entkeimungsgeräte ge­ nannt, die eine kleine Leistung haben und für Haushalte oder Zapfstellen in Krankenhäusern etc. eingesetzt werden können, welche hinter handelsübliche Patronenfilter in Serie geschaltet werden. Diese Patronenfilter haben schon Abmessungen derart, daß man sie in den vorhandenen Einbauräume, wie bei­ spielsweise unter Waschbecken leicht unterbringen kann. Gelingt es nun, ein UV-Entkeimungsgerät mit etwa gleichen äußeren Abmessungen und etwa form­ gleich zu gestalten, so ergibt sich eine weitere Möglichkeit für den Ein­ satz dieser Technik im Anschluß an die vorhandenen Patronenfilter und für die Kombination solcher handelsüblicher Patronenfilter mit einem wirtschaft­ lichen UV-Entkeimungsgerät. Diese erstrebenswerten Geräte hätten dann eine gedrungene Form aufzuweisen, wie sie bisher bei den "normalen" UV-Entkei­ mungsgeräten aus konstruktiven Gründen vermieden werden.

Nach dem Stand der Technik gibt es Kombinationen von Patronenfilter, UV-Ent­ keimungsvorrichtung und Magnetfeld, deren äußere Abmessungen durchaus den Anforderungen des hier vorliegenden erfinderischen Gedankens entsprechen. Die UV-Quelle befindet sich dort aber innerhalb der Filterpatrone, d. h. in einem extrem kleinen Raum, in den das gefilterte Wasser einfließt, der in gar keinem Verhältnis steht zu dem Raum, der innerhalb der Gefäßwandungen zur Verfügung steht; die sinnvolle technische Ausnützung des gesamten Rau­ mes innerhalb des Gehäuses steht aber gerade beim vorliegenden erfinderi­ schen Gedanken im Vordergrund. Der Raum innerhalb einer Filterpatrone ist vergleichsweise sehr klein im Vergleich zum Gesamtraum innerhalb des Gehäu­ ses, wie er nach dem erfinderischen Gedanken ausgenutzt werden kann, so daß ein Vergleich dieser Kombinationsgeräte mit dem hier vorliegenden Vorschlag in keiner Weise vorgenommen werden darf; schließlich führt ein größerer Innenraum der Entkeimungskammer zu längeren Bestrahlungszeiten und damit zu größeren Leistungen.

Fig. 1 zeigt im Prinzip eine zylindrische UV-Entkeimungskammer 1 im Längs­ schnitt mit einem zentral angeordneten UV-Strahler 4, einem Einlauf 2 und einem Auslauf 3. Ist die Entkeimungskammer verhältnismäßig lang und schmal, so kann angenommen werden, daß das Durchlaufvolumen des Mediums beim Durch­ laufen der Kammer einmal das ganze Kammervolumen einnimmt und dieses ein Maß für die Bestrahlungszeit ist.

Ist nach Fig. 2 die zylindrische Kammer 1 gedrungen, also verhältnismäßig groß im Durchmesser, dann besteht die Gefahr, daß sich eine bevorzugte in­ nere Strömung 5 zwischen Einlauf 2 und Auslauf 3 bildet, der die Berechnung der Durchlaufzeit in Frage stellt und je nach Durchlaufgeschwindigkeit, sprich Förderstrom, verschiedene Durchlaufzeiten nach sich ziehen wird.

Der erfindungsgemäße Gedanke ermöglicht nun bei relativ gedrungenen Entkei­ mungskammern ähnlich Fig. 2 oder Fig. 3 eine kontrollierte Durchströmung der Entkeimungskammer, d. h. eine Durchströmung derart, daß man sagen kann, daß während der Entkeimung mittels UV-Strahlung eine Aufenthaltszeit angenommen werden kann, die sich aus Förderstrom und Kammervolumen errechnet. Eine sol­ che Entkeimungskammer zeigt Fig. 3.

Auf einer Seite der Entkeimungskammer 1 nach Fig. 3, hier beispielhaft am oberen Ende, befinden sich der Einlauf 2, der Auslauf 3 und die UV-Lampen­ schleuse (Quarzmantelabdichtung) 12. Der Einlauf in den eigentlichen Bestrah­ lungsraum 14 wird von einer als Ringdüse ausgebildeten Öffnung 13 gebildet. So fließt mit relativ großer Strömungsgeschwindigkeit ein ringförmiger Flüs­ sigkeitsstrahl 5, auf dem Umfang des Quarzmantels 6 entlanglaufend, in das Kammervolumen ein, der schließlich auf dem Boden 7 des Gefäßes 1 auftrifft. Dieser Ringstrom befindet sich in unmittelbarer Nähe der UV-Strahlenquelle 4, wo eine Keimtötung durch die sehr hohe UV-Bestrahlungsstärke praktisch unmittelbar geschieht; wenn also in der Grenzschicht dieses Ringstrahles Flüssigkeitsteilchen in den aufwärts fließenden Wirbelstrom 9 gelangen, so spielt dies keine nachteilige Rolle. Beim Aufprall des langsamer und brei­ ter gewordenen Ringstrahles 5 am Boden 7 der Kammer 1 wird sich dieser un­ ter Wirbelbildung seitlich umlenken und eine nach aufwärts gerichtete tur­ bulente Strömung zum Auslauf 3 hin bilden. Für eine gleichmäßige Abströmung über den ganzen Querschnitt soll in diesem Beispiel eine Lochwand 10 die­ nen. Ebenso denkbar ist für die Zerteilung größerer Umkehrwirbel am Boden 7 eine weitere Lochwand 15, die in der Mitte einen ringförmigen Durchlaß 18 für den von oben kommenden Ringstrahl aufweist.

Die beispielhaft gezeigte Entkeimungskammer nach Fig. 3, entsprechend dem er­ finderischen Gedanken erfüllt die Forderung nach Durchfluß des gesamten Kam­ mervolumens und ist darüber hinaus noch aus anderen Gründen interessant. Ist oben schon gesagt worden, daß das Abtriften kleiner Wassermengen aus der Grenzschicht 16 des abwärtsgerichteten Ringstrahles nicht von Bedeutung ist, weil in UV-Lampennähe die Bestrahlungsstärke besonders groß ist, so ist es in diesem Zusammenhang von besonderem Vorteil, daß zunächst die ge­ samte durchströmende Mediumsmenge als Ringstrahl in der unmittelbaren UV-Strahlernähe bis zum Boden fließt. Dasselbe Medium steigt dann mit ein­ hergehender Wirbelbildung am Ringstrahl entlang wieder nach oben. Zahlreiche benachbarte Verwirbelungen verbessern die Wirksamkeit der UV-Ent­ keimung erheblich, da schattenbildende Verunreinigungen im Medium von verschiedenen Seiten bestrahlt werden. Zwischen den beiden Strömen, dem ab­ wärtsgerichteten Ringstrom und dem nach oben gerichteten verwirbelten Strom befindet sich keine Trennwand, die, auch wenn sie aus Quarzglas bestünde, eine Minderung der Strahlen bedeuten würde.

Die Erfindung nimmt allerdings auch eine Trennwand 17 aus Quarzglas für die Trennung der beiden verschieden gerichteten Mediumsströme für sich in An­ spruch, die an sich der vorbeschriebenen Art des Betriebes unterlegen ist, da sie unter Umständen von Zeit zu Zeit gereinigt werden muß. Im Falle einer sehr langsamen Durchströmung einer UV-Entkeimungsvorrichtung im Sinne der beschriebenen Erfindung, d. h. bei geringer Einstrahlgeschwindigkeit des Mediums, kann allerdings eine UV-Strahlen-durchlässige Trennwand 17 zwischen dem ab- und wieder aufwärtsfließenden Medium von Nutzen sein, da unter diesen Umständen der einkommende Strahl nicht bis ans andere Ende der Entkeimungskammer gelangt, weil er mangels Geschwindigkeitshöhe von der Reibung abgebremst wird. Aber auch bei einer solchen Konstruktion bleibt der erfinderische Vorteil erhalten, nämlich, die Strömung in sich turbulent auf den ganzen Querschnitt zu verteilen und das Medium insgesamt anfangs durch eine Zone höchster UV-Bestrahlungsstärke zu zwingen, was ohne Zweifel zu einer Verstärkung des UV-Entkeimungseffektes führt, weil die Geräte grundsätzlich für die ungünstigste Stelle, d. h. für die von der UV-Strahlenquelle am weitesten entfernten Punkte 19 ausgelegt werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten und/oder Gasen mittels ultravio­ letter Strahlen, bestehend aus einer Entkeimungskammer mit Zu- und Abfluß auf derselben Seite und einer oder mehrerer UV-Strahlenquellen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flüssigkeits- oder Gaseintritt wie eine Strahldüse um den oder die Quarzmäntel, in denen jeweils die UV-Strahlenquelle(n) zum Schutze gegen Feuchtigkeit eingebaut ist (sind), ringförmig angeordnet ist, so daß das eintretende Medium, d. h. der Flüssigkeits- oder Gasstrahl zu­ nächst mit relativ großer Fließgeschwindigkeit unvermischt durch das sich in der Entkeimungskammer befindliche Medium bis zum anderen Ende der Entkei­ mungskammer gelangt, um dann am Boden der Entkeimungskammer durch Aufprall die Strömungsrichtung umzukehren und unter Wirbelbildung am Eintrittsende über die Auslauföffnung die Kammer wieder zu verlassen.

2. Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten und/oder Gasen mittels ultravio­ letter Strahlen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entkei­ mungskammer nicht nur eine, sondern mehrere UV-Strahlenquellen eingebaut, das heißt ein oder mehrere der genannten Ringströmungen vorhanden sind.

3. Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten und/oder Gasen mittels ultravio­ letter Strahlen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein- und der Austritt des zu entkeimenden Mediums auf derselben Seite angeordnet sind.

4. Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten und/oder Gasen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Beeinflussung der Strö­ mung des Mediums noch weitere Einbauten wie Umlenkbleche, strömungsbeeinflus­ sende Oberflächengestaltung am Boden, der dem Einlauf gegenüberliegt oder beispielsweise Siebbleche zur Harmonisierung der Strömung oder zur Vermei­ dung zu großer Wirbelbildung in der Entkeimungskammer vorgesehen sind.

5. Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten und/oder Gasen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkeimungskammer eine Vorrichtung zur Begrenzung der maximalen Durchflußmenge besitzt.

6. Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten und/oder Gasen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringstrahl bzw. die Ringströmung, die aus der beschriebenen Einlaufdüse strömt durch ein Trennrohr, das beispielsweise aus UV-Strahlen-durchlässigem Quarzglas hergestellt sein kann, von der nach oben gerichteten turbulenten Strömung teilweise oder auf der ganzen Länge bis knapp über dem Kammerboden getrennt ist.

7. Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten und/oder Gasen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zu entkeimende Medium nicht als Ringstrahl um einen oder mehrere Quarzmäntel herum, sondern auf eine andere Weise in die Entkeimungskammer einschießt, um am anderen Ende der Entkeimungskammer aufzuprallen und eine Strömungsumkehr im Sinne des erfinderischen Gedankens zu erzeugen.