WO2008080181A1 - Einrichtung zur entkeimung eines fluids - Google Patents

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WO2008080181A1
WO2008080181A1 PCT/AT2007/000570 AT2007000570W WO2008080181A1 WO 2008080181 A1 WO2008080181 A1 WO 2008080181A1 AT 2007000570 W AT2007000570 W AT 2007000570W WO 2008080181 A1 WO2008080181 A1 WO 2008080181A1
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light source
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light
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PCT/AT2007/000570
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Richard HÖRMANN
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Hoermann Richard
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • C02F1/325—Irradiation devices or lamp constructions
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    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/11—Turbidity

Definitions

  • the present invention relates to a device for sterilizing a fluid with a container provided for receiving the fluid and at least one UV light source for sterilizing the fluid and with at least one measuring device for determining absorption properties and / or turbidity of the fluid.
  • microbiologically contaminated media such as. Drinking water or purified waste water, by irradiation with ultraviolet light
  • UV light to sterilize.
  • Such a device has become known from applicant's AT 411 250 B, wherein a UV reference sensor and an additional UV measuring sensor for
  • Measuring the provided by a reference medium or the light passing through the fluid light are provided.
  • the evaluation of the light signals measured by the UV measuring sensor and the UV reference sensor provides a characteristic of the intensity and optionally of the spectral composition of the measured UV light
  • Object of the present invention is to propose an improved device of the type mentioned, which is characterized by a high measurement accuracy and a simple structure.
  • the measuring device is associated with a light source, wherein the light from the light source to the measuring device in a first operating mode at least on a partial route through the fluid leads and in a second mode of operation on this section by a reference medium known absorption properties and / or turbidity leads.
  • the emitted light of the light source in the first operating mode, can be passed through the sub-section filled with the fluid, wherein the measuring device detects the intensity and optionally the spectral distribution of the transmitted light as a characteristic measured value.
  • the emitted light of the light source in the second operating mode, can be passed through the sub-section filled with the reference medium, which corresponds to the same sub-section of the first operating mode, from the value measured for the intensity and optionally in the second operating mode for the spectral distribution, a characteristic reference value for the light emitted by the light source can be calculated.
  • a particular advantage of the present invention lies in the fact that the light beam emanating from the detection of the measured value emanates from the same point of the light source as the light beam of the light source emanating from the determination of the reference value. As a result, all changes of the components lying in the beam path affecting the measured variables outside the measuring interval (time interval between the determination of the measured value and the determination of the reference value) are compensated. In particular, a spatial and temporal inhomogeneity of the radiation emitted by the light source is compensated.
  • exactly one measuring device is provided for the first and second operating modes.
  • the detection of the measured value of the light passing through the fluid and the detection of the light passing through the reference medium when determining the reference value by the same measuring device is a direct comparison of measurement and reference value and thus an assessment of the fluid to be sterilized in a precise manner possible.
  • there are equal environmental conditions e.g., identical detection locations of the light beam emanating from the light source and equal ambient temperatures
  • a separate measuring device for the detection of the measurement and reference value is not absolutely necessary, whereby the device can be realized cost-effective.
  • the reference medium is a fluid different from the fluid to be sterilized and having known absorption properties and / or known turbidity.
  • the reference medium is air.
  • the Reference medium with respect to the UV light emitted from the UV light source has defined filter properties. This can be used, for example, to make defined light wavelength ranges better evaluable.
  • the light source of the measuring device is expediently a UV light source.
  • An advantageous embodiment of the invention results from the fact that the light source of the measuring device is the UV light source used for sterilizing the fluid.
  • the measuring device has a measuring chamber for receiving the fluid and / or the
  • Reference medium has. It is advantageous if the measuring chamber for receiving the fluid to be sterilized the same measuring chamber as that for receiving the
  • Reference medium is.
  • An expedient development of the invention results from the fact that the measuring chamber is arranged at least partially, preferably completely, spatially outside the container provided for sterilization of the fluid.
  • the measuring chamber and / or the measuring device per se outside of the treatment of the fluid.
  • Fluid provided chamber system arranged so that temperature
  • Embodiment can be provided that the measuring device is cooled by a cooling device at least partially.
  • the measuring device is associated with a light source, the light from the light source to the measuring device at least over a first path through the fluid and on this or a separate section by a reference medium with known absorption properties and / or Turbid leads and wherein the light of the light source for the first and second leg from the same area of the light source can be emitted.
  • a further expedient variant of the invention results from the fact that a device for generating at least two regions with different pressure ratios in the chamber system, preferably a throttle, is arranged, wherein fluid can be supplied from the region of higher pressure ratio of the fluid of the measuring device and then the region of the lower Pressure ratio of the fluid can be fed.
  • another variant of the invention is characterized in that in the chamber system at least one movable relative to the UV light source section is provided, wherein in a first operating position of the partial section, the light of the UV light source via the filled with the fluid to be disinfected part of the measuring device can be fed and wherein in a second operating position of the partial section, the light of the UV light source on the filled with a reference medium section the measuring device can be fed.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for
  • FIG. 2 shows another embodiment of the invention with a throttle in the
  • Fig. 1 shows schematically an embodiment of a device 1 according to the invention in a vertical section.
  • a cylindrical container 2 for example a PVC pipe
  • a tubular, elongated UV light source 3 is arranged, which is surrounded by a transparent cylindrical quartz glass vessel 4.
  • the reference numeral 5 generally indicates the electrical connection and the control devices of the UV light source 3.
  • the UV light source 3 mounted in the quartz glass vessel 4 is surrounded by a chamber system 6, through which the fluid 7 to be sterilized flows.
  • the container 2 has an inlet 8 into the chamber system 6 for the fluid 7 to be sterilized and an outlet 9 for the essentially sterilized fluid 7.
  • the fluid 7 to be treated is therefore sterilized on its way between inlet 8 and outlet 9 from the UV light of the UV light source 3.
  • a measuring device 11 comprises a measuring chamber 12 with a partial section 13 arranged therein, which in accordance with a first operating mode can be filled with a sample of the fluid 7 to be sterilized and according to a second operating mode with a reference medium, for example air.
  • the measuring chamber 12 with the partial section 13 is arranged completely outside the container 2 provided for the sterilization of the fluid 7.
  • the light emitted by the rod-shaped UV light source 3 therefore passes through the light channel 14 into the partial section 13 and subsequently encounters a measuring sensor 16, which comprises, for example, at least one photodiode.
  • the measuring device 11 has a signal amplification device 17 for amplifying the measurement signals.
  • the intensity and optionally the spectral distribution of the light passing through the fluid 7 to be sterilized by the UV light source 3 is characterized by the measuring device 11 as being more characteristic
  • the device 1 a sampling device for measuring the blood pressure.
  • the device 1 a sampling device for measuring the blood pressure.
  • Fluid 7 can be removed from the container 2 and fed via a line 18 of the measuring chamber 12 and the subsection 13.
  • the sampling device comprises for this purpose a
  • Conveying device 19 with a pump 19a for generating a negative or positive pressure of a control medium for the transport of the fluid 7 in the line 18.
  • the pump 19a generates depending on the switching position of the valves 20, a negative pressure with which the fluid 7 from the container. 2 is sucked in, or even a pressure with which, after the measurement, the fluid 7 is pressed out of the measuring chamber 12 and preferably transported back into the container 2.
  • Denoted by the reference numeral 20a is generally a safety device (e.g., a pressure switch, a float, or the like).
  • a fluid sample is now sucked from the container 2 into the measuring chamber 12 by a negative pressure generated by the pump 19a.
  • a fluid detector device 21 detects the height of the fluid 7 in the measuring chamber 12, wherein at
  • the fluid detection device 21 may be e.g. comprise at least two arranged in the measuring chamber 12 electrodes, the fluid contact a switching signal for switching off the
  • Trigger conveyor 19 The now in the measuring chamber 12 and in the leg 13 located fluid 7 is now exposed to the UV light source 3 emitted and entering through the measuring window 15 UV radiation.
  • the intensity of the UV radiation which has passed through the fluid 7 and impinges on the measuring sensor 16 depends on organic substances / particles present in the fluid 7.
  • the measuring sensor 16 converts the incident radiation energy into electrical current, which is amplified by the signal amplification device 17 and forwarded as a voltage signal to an evaluation device 22 (for example, an analog-to-digital converter of a microcontroller 22a) and stored there as a measured value.
  • an evaluation device 22 for example, an analog-to-digital converter of a microcontroller 22a
  • the fluid 7 After the measurement of the UV radiation passing through the fluid 7 in the measuring chamber 12, the fluid 7 is pressed out of the measuring chamber 12 and preferably into the chamber system 6 of the container 2 by a pressure generated by the pump 19a and released by the valve 20.
  • the radiation emitted by the UV light source 3 enters the measuring chamber 12, which is now filled with air, or the partial section 13 filled with air through the measuring windows 15.
  • the light of the UV light source 3 strikes the photodiode of the measuring sensor 16.
  • the photodiode converts the incident radiant energy into electrical current amplified by the signal amplifying device 17 and as a voltage signal to the AD converter the microcontroller 22 a forwarded and stored there as a reference value.
  • the microcontroller 22a calculates the spectral attenuation coefficient (SSK) from the stored measurement and reference value and from the measurement path (distance between the measurement windows 15 in the measurement chamber 12).
  • the evaluation device 22 comprises a display device 22b with a plurality of light-emitting diodes, which serves to visualize the measured measurement signals, in particular the SSK value.
  • the data may be provided via an interface 23 to an external data processing system (e.g., a personal computer).
  • the reference value provides a clear statement about the light emitted by the UV light source 3.
  • the measurable quantity is the spectral absorption coefficient (SAK), which is a measure of the dissolved organic substances contained in the fluid 7.
  • SAK spectral absorption coefficient
  • the value of the SSK measured by the measuring device 11 is also a measure of the turbidity of the fluid 7.
  • the value of the SSK is therefore both a measure of the dissolved organic matter (SAK) contained in the fluid 7 as well as the turbidity of the fluid 7. From the SSK can not be decided whether the fluid 7 is organically polluted or cloudy.
  • the control medium acted upon by the delivery device 19 can be introduced into the container 2 provided for receiving the fluid 7, so that the fluid 7 located in the container 2 or in the chamber system 6 is discharged via the outlet 9 essentially completely out of the container 2 can be transported out.
  • both the measuring chamber 12 and the conduit system 6 in the container 2 can be cleaned of contamination arising during operation.
  • contamination of the measuring window 15 is largely prevented.
  • the measuring device 11 or the UV sensor is thus maintenance-free. As a stand-alone device, no operation of the probe is necessary.
  • the determination of the quality of the fluid 7 is made via the display device 22b, i. via an LED status indicator that displays four areas according to a traffic light system:
  • Fluid 7 is within the tolerable range
  • Fluid 7 is in transition from the tolerable to the intolerable range
  • Red-Yellow Fluid 7 is transitioning from the intolerable to the tolerable range
  • Fluid 7 is in the intolerable range
  • Fig. 2 shows an alternative variant according to the invention.
  • Fluid 7 provided chamber system 6 is in contrast to the embodiment of FIG. 1, a device for generating at least two areas with different
  • the throttle 25 in the area near the bottom of the container 2 causes a reduction of the flow cross-section for the fluid 7, which enters the chamber system 6 through the inlet 8 and leaves the chamber system 6 through the outlet 9 as a substantially sterilized fluid 7.
  • a dynamic pressure forms near the bottom of the container 2, wherein the flow cross-section is narrowed in the region of the throttle 25 and downstream causes a pressure drop of the fluid 7, so that P1 is greater than P2.
  • This increased pressure P1 is now exploited to continuously supply fluid 7 via a line 18 to the measuring chamber 12, the measuring value for the intensity and optionally for the spectral distribution of the through the measuring window being measured by the measuring device 11, preferably continuously 15 and passing through the section 13 light can be determined.
  • the fluid 7 then returns via a line 18a back into the chamber system 6 in the region of lower pressure P2.
  • the corresponding reference value is detected in the embodiment shown by means of a separate measuring device 11a.
  • the measuring window 15 adjacent to the transparent quartz glass vessel 4 is designed as a scattered window, the photodiode of the measuring device 11a being arranged close to this window 15, so that scattered light signals (identified by dashed lines) can be detected, preferably continuously.
  • the scattered light signals are fed via a line R to the microcontroller 22a and stored there as a reference value.
  • the corresponding measured values of the measuring device 11 are supplied to the microcontroller 22 via a line M, whereupon the parameters already described can be calculated.
  • Fig. 3 shows schematically a further variant according to the aspect of the present invention.
  • a "point light” emitted by the UV light source 3 is split over a collimating lens 26 into parallel light beams.
  • the parallel rays emanating from the collimating lens 26 are deflected via a beam splitter 27a, 27b (prisms) and via deflection mirrors 28 to different optical paths.
  • the light is thus guided on the one hand over a partial section 13 (whereby this partial section 13 is preferably flowed through continuously with the fluid 7 to be sterilized) and on the other hand via a separate section 13 from the partial section 13 (which is constantly filled or flowed through with the reference medium).
  • the light from the two partial sections 13, 13a becomes the deflecting mirrors 28 which project the light onto prisms 27c and 27d.
  • the light beam X emanating from the prism 27c is thus a measure of the quality of the fluid 7 to be sterilized, while the light beam Y is a signal characteristic of the reference value.
  • the light beams X and Y can be supplied as a sum signal of the measuring device 11, wherein the corresponding measurement and reference value can be detected.
  • the structural configuration shown in the figure shown has the advantage that the light of the light source 3 for the detection of the measurement and reference value is emitted from the same area of the light source 3. In this way, the same prerequisites or environmental conditions prevail for the detection of these values, whereby a direct comparison of them is possible in a precise manner.
  • FIGS. 4a and 4b show a further alternative variant of the invention.
  • Fig. 4a shows schematically the structure of the device 1- in a vertical section, wherein a longitudinally extended UV light source 3 is surrounded by a transparent quartz glass vessel 4.
  • the transparent quartz glass vessel 4 is movable relative to the UV light source 3, preferably rotatably arranged around the UV light source 3.
  • a disc-shaped rotor 28 is non-rotatably connected to the quartz glass vessel 4, so that the transparent quartz glass vessel 4 together with the rotor 28 can be rotated around the UV light source 3 by means of a schematically illustrated drive device 29 with a stepping motor 29a and a toothed belt 29b.
  • the quartz glass vessel 4 is rotatably arranged by means of bearing devices 30a-30d (for example, ball bearings). With the disturbances Serviceen 31a-31d seals are marked, so that the container 2, except for the inlet 8 and the outlet 9 is formed fluid-tight.
  • a device 32 for utilizing the flow energy of the fluid 7 transported through the chamber system 6 can also be provided for the shown drive device 29 for moving the quartz glass vessel 4 or the rotor 28.
  • this device 32 comprises two impellers 32a, which convert the flow energy of the fluid 7 into a rotational movement of the rotor 28.
  • the rotatable about the UV light source 3 rotor 28 includes a plurality of flow channels 33 a, 33 b for the fluid 7, which are formed as through holes through the disk-shaped rotor 28. These axially extending flow channels 33a, 33b allow the fluid 7 to flow through the rotor 28 and not only through the narrow annular gap between the peripheral surface of the rotor 28 and the inside of the container 2.
  • a measuring device 11 (with a photodiode and an amplifier stage) is inserted from the outside of the container 2 ago in the container wall and is used depending on the rotational position of the rotor 28 for the detection of the measurement or reference value.
  • FIG. 4b shows a sectional view along the axis AA according to FIG. 4a, that is to say essentially a top view of the rotor 28 arranged in the container 2.
  • the UV light source 3 can be seen, which is rotatable by the relative to the UV light source 3 , transparent quartz glass vessel 4 is surrounded.
  • the disc-shaped rotor 28 is non-rotatably connected to the quartz glass vessel 4.
  • the rotor 28 extends substantially from the quartz glass vessel 4 to the inside of the container 2, except for the annular gap 34.
  • the flow channels 33a-33f passing through the rotor 28 can be seen, which generate turbulences of the fluid 7 passing through these flow channels 33a-33f.
  • the rotor 28 has two radial bores offset by 90 °, which are identified as partial sections 13 and 13a.
  • the light emitted by the UV light source 3 penetrates the quartz glass vessel 4 on the one hand and secondly the partial section 13 filled with the fluid 7 to be sterilized, the light intensity detected by the measuring device 11 corresponding to the quality of the fluid 7 to be sterilized of the reference value, the rotor 28 is now starting from the Ste. 4b shown in Fig. 4b Insertion rotated 90 ° counterclockwise, so now the section 13 a of the measuring device 11 is opposite.
  • This section 13a is sealed in contrast to the section 13 and filled with a reference medium, preferably air.
  • the light of the UV light source 3 emitted from the same location as previously during the detection of the measured value now strikes the measuring device 11 after passing through the transparent quartz glass vessel 4 and through the partial section 13a filled with the reference medium, the corresponding reference value being determined.
  • FIG. 5a and FIG. 5b show in highly schematic form another embodiment of the device 1 in a horizontal and a vertical section.
  • the fluid 7 UV light source 3 which is surrounded by a UV light transmitting quartz glass vessel 4.
  • the preferably cylindrical Quartz glass vessel 4 is rotatably mounted around the UV light source 3 around.
  • the means for relative rotatability of the quartz glass vessel 4 can be formed as in FIGS. 4a, 4b.
  • a rotor 28 is attached, which in the embodiment shown has two rotor blades 28a, 28b of different lengths.
  • the rotation of the two rotor blades 28a, 28b causes a turbulent flow in the sterilization zone, so that the particles of the fluid 7 are irradiated by the induced turbulence from different sides of the UV light, whereby the degerming performance can be optimized.
  • partial sections 13, 13a of different lengths are arranged or formed, which are each filled with a reference medium (eg air).
  • a reference medium eg air
  • FIG. 5b (sectional plane AA) corresponds to the operating position of the rotor 28 for determining the reference value.
  • the UV light emitted by the UV light source 3 transmits the quartz glass vessel 4 and the movable section 13 filled with the reference medium and the additional section 35a, whereby a corresponding reference value can be detected by the measuring device 11. If the rotor 28 is rotated by 180 ° starting from the position shown in FIG. 5b, the shorter rotor blade 28a directly adjoins the shorter movable section 13a and the longer additional section 35b of the measuring device 11, whereupon a corresponding measured value can be detected by the measuring device 11 is.
  • both a reference value (shorter auxiliary section 35a through the fluid 7) and a measured value (longer auxiliary section 35b through the fluid 7) can be determined. From the reference value and the measured value, the absorption and all the associated measured quantities (SSK, SAK, transmission, TOC, etc.) can be determined by calculation.
  • Another advantage of the proposed device 1 is that the surface of the rotatably mounted quartz glass vessel 4 is continuously scanned by the UV light. Namely, the disinfecting effect of the UV light source 3 may be lessened if the outer surface of the quartz glass vessel 4 is occupied with contents of the fluid 7 or if the surface of the quartz glass vessel 4 has scratches. In the case of such an impairment, it may happen that no longer sufficient UV light transmitted through the quartz glass vessel 4 in the liquid to be sterilized.
  • the UV light of the UV light source 3 passes through the wall of the quartz glass vessel 4 and strikes the at least one measuring device 11, wherein any deposits and scratches on the surface of the quartz glass vessel 4 in a distortion of the received signal from the measuring device 11 noticeable. These signal deviations can be evaluated statistically, whereby a warning signal can be generated when a predefined or specifiable threshold value is exceeded.
  • the evaluation device 22 with the microcontroller 22a expediently comprises a set of rules for the control of the data exchange (Programmable Input / Output, in short: PIO) as well as a bus system, e.g. a Serial Peripheral Interface (SPI).
  • PIO Programmable Input / Output
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • the measuring windows 15 may, according to a further embodiment, also have light guide rods.
  • the device 1 according to the invention is particularly suitable for the precise detection of the parameters described over long periods of time without the need for recalibration.

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Abstract

Einrichtung (1 ) zur Entkeimung eines Fluids (7) mit einem zur Aufnahme des Fluids (7) vorgesehenen Behälter (2) und mindestens einer UV-Lichtquelle (3) zur Entkeimung des Fluids (7) sowie mit mindestens einer Messeinrichtung (11) zur Bestimmung von Absorptionseigenschaften und/oder Trübe des Fluids (7), wobei der Messeinrichtung (11) eine Lichtquelle (3) zugeordnet ist und wobei das Licht von der Lichtquelle (3) zur Messeinrichtung (11) in einem ersten Betriebsmodus zumindest auf einer Teilstrecke (13) durch das Fluid (7) führt und in einem zweiten Betriebsmodus auf dieser Teilstrecke (13) durch ein Referenzmedium mit bekannten Absorptionseigenschaften und/oder Trübe führt.

Description

Einrichtung zur Entkeimung eines Fluids
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Entkeimung eines Fluids mit einem zur Aufnahme des Fluids vorgesehenen Behälter und mindestens einer UV- Lichtquelle zur Entkeimung des Fluids sowie mit mindestens einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Absorptionseigenschaften und/oder Trübe des Fluids.
Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, mikrobiologisch kontaminierte Medien, wie z.B. Trinkwasser oder auch gereinigtes Abwasser, durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht
(UV-Licht) zu entkeimen. Eine derartige Vorrichtung ist aus der AT 411 250 B des Anmelders bekannt geworden, wobei ein UV-Referenzsensor und ein zusätzlicher UV-Messsensor zur
Messung des durch ein Referenzmedium bzw. des durch das Fluid hindurchtretenden Lichts vorgesehen sind. Die Auswertung der von dem UV-Messsensor und dem UV- Referenzsensor gemessenen Lichtsignale liefert ein für die Intensität und gegebenenfalls für die spektrale Zusammensetzung des gemessenen UV-Lichtes charakteristisches
Messsignal.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Einrichtung der eingangs erwähnten Gattung vorzuschlagen, die sich durch eine hohe Messgenauigkeit und einen einfachen Aufbau auszeichnet.
Dies wird erfindungsgemäß in einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erreicht, dass der Messeinrichtung eine Lichtquelle zugeordnet ist, wobei das Licht von der Lichtquelle zur Messeinrichtung in einem ersten Betriebsmodus zumindest auf einer Teilstrecke durch das Fluid führt und in einem zweiten Betriebsmodus auf dieser Teilstrecke durch ein Referenzmedium mit bekannten Absorptionseigenschaften und/oder Trübe führt.
Auf diese Weise kann im ersten Betriebsmodus das emittierte Licht der Lichtquelle durch die mit dem Fluid befüllte Teilstrecke hindurchgeführt werden, wobei durch die Messeinrichtung die Intensität und gegebenenfalls die spektrale Verteilung des hindurchtretenden Lichts als charakteristischer Messwert erfasst werden. Im zweiten Betriebsmodus hingegen kann das emittierte Licht der Lichtquelle durch die mit dem Referenzmedium befüllte Teilstrecke - die derselben Teilstrecke des ersten Betriebsmodus entspricht - hindurchgeführt werden, wobei aus dem im zweiten Betriebsmodus gemessenen Wert für die Intensität und gegebenenfalls für die spektrale Verteilung ein für das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht charakteristischer Referenzwert berechenbar ist.
Durch die Erfassung eines Messwertes und der Ermittlung eines Referenzwertes kann zusätzlich zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Lichtquelle eine Aussage über die Lichtabsorptionseigenschaften des zu entkeimenden Fluids und damit über das Fluid selber getroffen werden. Hierbei wird ausgenützt, dass zahlreiche organische Stoffe ultraviolettes Licht absorbieren. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt nun darin, dass der für die Erfassung des Messwertes ausgehende Lichtstrahl von derselben Stelle der Lichtquelle ausgeht wie der bei Ermittlung des Referenzwertes ausgehende Lichtstrahl der Lichtquelle. Dadurch werden alle die Messgrößen beeinflussenden Veränderungen der im Strahlengang liegenden Komponenten außerhalb des Messintervalls (zeitlicher Abstand zwischen der Bestimmung des Messwertes und der Bestimmung des Referenzwertes) kompensiert. Im Besonderen wird eine räumliche und zeitliche Inhomogenität der von der Lichtquelle abgegebenen Strahlung kompensiert.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass für den ersten und zweiten Betriebsmodus genau eine Messeinrichtung vorgesehen ist. Durch die Erfassung des Messwertes des durch das Fluid hindurchtretenden Lichtes und die Erfassung des durch das Referenzmedium hindurchtretenden Lichtes bei Ermittlung des Referenzwertes durch ein- und dieselbe Messeinrichtung ist ein direkter Vergleich von Mess- und Referenzwert und damit eine Bewertung des zu entkeimenden Fluids in präziser Weise möglich. Zusätzlich herrschen bei Erfassung des Mess- und Referenzwertes gleiche Umgebungsbedingungen (z.B. idente Erfassungsorte des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahles und gleiche Umgebungstemperaturen), um eine Verfälschung des Messergebnisses - insbesondere durch die Temperaturabhängigkeit der Sensoren - zu verhindern. Eine gesonderte Messeinrichtung für die Erfassung des Mess- und Referenzwertes ist dabei nicht zwingend notwendig, wodurch sich die Einrichtung kostengünstiger realisieren lässt.
Günstigerweise ist vorgesehen, dass das Referenzmedium ein vom zu entkeimenden Fluid verschiedenes Fluid mit bekannten Absorptionseigenschaften und/oder bekannter Trübe ist. In diesem Zusammenhang kann es zweckmäßig sein, wenn das Referenzmedium Luft ist. Bei der Wahl des Referenzmediums wird in der Regel darauf geachtet, dass dieses konstante Übertragungseigenschaften für das von der UV-Lichtquelle abgestrahlte UV-Licht aufweist. Bei ausgewählten Ausführungsvarianten kann auch vorgesehen sein, dass das Referenzmedium bezüglich des von der UV-Lichtquelle abgestrahlten UV-Lichtes definierte Filtereigenschaften aufweist. Dies kann z.B. dazu verwendet werden, definierte Lichtwellenlängenbereiche besser auswertbar zu gestalten.
Die Lichtquelle der Messeinrichtung ist zweckmäßigerweise eine UV-Lichtquelle. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die Lichtquelle der Messeinrichtung die zur Entkeimung des Fluids eingesetzte UV-Lichtquelle ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung eine Messkammer zur Aufnahme des Fluids und/oder des
Referenzmediums aufweist. Dabei ist es günstig, wenn die Messkammer zur Aufnahme des zu entkeimenden Fluids dieselbe Messkammer wie diejenige zur Aufnahme des
Referenzmediums ist. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die Messkammer zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, räumlich außerhalb des zur Entkeimung des Fluids vorgesehenen Behälters angeordnet ist. Somit ist die Messkammer und/oder die Messeinrichtung per se außerhalb des zur Behandlung des
Fluids vorgesehenen Kammersystems angeordnet, sodass temperaturbedingte
Fluktuationen weitgehend verhindert werden können. Gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass die Messeinrichtung durch eine Kühleinrichtung zumindest bereichsweise kühlbar ist.
Eine vorteilhafte Variante der Erfindung ergibt sich dadurch, dass der Messeinrichtung eine Lichtquelle zugeordnet ist, wobei das Licht von der Lichtquelle zur Messeinrichtung zumindest auf einer ersten Teilstrecke durch das Fluid führt und auf dieser oder einer gesonderten Teilstrecke durch ein Referenzmedium mit bekannten Absorptionseigenschaften und/oder Trübe führt und wobei das Licht der Lichtquelle für die erste und zweite Teilstrecke von demselben Bereich der Lichtquelle abstrahlbar ist.
Eine weitere zweckmäßige Variante der Erfindung ergibt sich dadurch, dass eine Vorrichtung zur Erzeugung wenigstens zweier Bereiche mit unterschiedlichen Druckverhältnissen im Kammersystem, vorzugsweise eine Drossel, angeordnet ist, wobei Fluid aus dem Bereich des höheren Druckverhältnisses des Fluids der Messeinrichtung zuführbar und anschließend dem Bereich des niedrigeren Druckverhältnisses des Fluids zuführbar ist.
Schließlich ist eine weitere Variante der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass im Kammersystem wenigstens eine relativ zur UV-Lichtquelle bewegbare Teilstrecke vorgesehen ist, wobei in einer ersten Betriebsstellung der Teilstrecke das Licht der UV- Lichtquelle über die mit dem zu entkeimenden Fluid befüllte Teilstrecke der Messeinrichtung zuführbar ist und wobei in einer zweiten Betriebsstellung der Teilstrecke das Licht der UV- Lichtquelle über die mit einem Referenzmedium befüllte Teilstrecke der Messeinrichtung zuführbar ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert. Dabei zeigt bzw. zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur
Entkeimung eines Fluids, Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Drossel im
Kammersystem,
Fig. 3 eine alternative Ausgestaltung der Erfindung mit zwei Teilstrecken auf zwei gesonderten optischen Pfaden,
Fig. 4a, 4b eine alternative Variante der Erfindung in verschiedenen Schnittansichten und Fig. 5a, 5b ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Rotor mit Rotorflügeln sowie unterschiedliche lange Zusatzteilstrecken vorgesehen sind.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung 1 in einem Vertikalschnitt. In einem zylindrischen Behälter 2, beispielsweise einem PVC-Rohr, ist eine rohrförmige, längserstreckte UV-Lichtquelle 3 angeordnet, die von einem transparenten zylindrischen Quarzglasgefäß 4 umgeben ist. Mit dem Bezugszeichen 5 ist allgemein der elektrische Anschluss sowie die Steuereinrichtungen der UV-Lichtquelle 3 gekennzeichnet. Die im Quarzglasgefäß 4 gelagerte UV-Lichtquelle 3 wird von einem Kammersystem 6 umgeben, durch welches das zu entkeimende Fluid 7 strömt. Der Behälter 2 weist einen Einlass 8 in das Kammersystem 6 für das zu entkeimende Fluid 7 sowie einen Auslass 9 für das im Wesentlichen entkeimte Fluid 7 auf. Das zu behandelnde Fluid 7 wird also auf seinem Weg zwischen Einlass 8 und Auslass 9 vom UV-Licht der UV-Lichtquelle 3 entkeimt. Um die Dauer der UV-Lichteinwirkung und damit der Entkeimung des zu behandelnden Fluids 7 weiter zu verlängern, kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, dass das zu behandelnde Fluid 7 im Gegenstromprinzip zweimal oder mehrmals an der UV-Lichtquelle 3 vorbeigeführt wird. Hierdurch wird grundsätzlich die Einstrahlungszeit erhöht und damit die insgesamt erreichte Entkeimung verbessert. Eine Messeinrichtung 11 umfasst eine Messkammer 12 mit einer darin angeordneten Teilstrecke 13, die gemäß einem ersten Betriebsmodus mit einer Probe des zu entkeimenden Fluids 7 und gemäß einem zweiten Betriebsmodus mit einem Referenzmedium - beispielsweise Luft - befüllbar ist. Die Messkammer 12 mit der Teilstrecke 13 ist vollständig außerhalb des zur Entkeimung des Fluids 7 vorgesehenen Behälters 2 angeordnet. Ein Lichtkanal 14 mit Messfenstern 15 aus transparentem Quarzoder Saphirglas durchsetzt das Edelstahlrohr 10 samt dem Behälter 2, sodass der Messkammer 12 bzw. der Teilstrecke 13 Licht der UV-Lichtquelle 3 zuführbar ist. Das von der stabförmigen UV-Lichtquelle 3 emittierte Licht gelangt also durch den Lichtkanal 14 hindurch in die Teilstrecke 13 und trifft im Anschluss daran auf einen Messsensor 16, der beispielhaft wenigstens eine Photodiode umfasst. Im Weiteren weist die Messeinrichtung 11 eine Signalverstärkungseinrichtung 17 zur Verstärkung der Messsignale auf.
In einem ersten Betriebsmodus gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die Messeinrichtung 11 die Intensität und gegebenenfalls die spektrale Verteilung des durch das zu entkeimenden Fluid 7 hindurchtretenden Lichts der UV-Lichtquelle 3 als charakteristischer
Messwert erfassbar. Hierzu weist die Einrichtung 1 eine Probenahmevorrichtung zum
Entnehmen von Fluid 7 - vorzugsweise Fluidproben - aus dem Behälter 2 auf, mit der das
Fluid 7 aus dem Behälter 2 entnehmbar und über eine Leitung 18 der Messkammer 12 bzw. der Teilstrecke 13 zuführbar ist. Die Probenahmevorrichtung umfasst zu diesem Zweck eine
Fördereinrichtung 19 mit einer Pumpe 19a zur Erzeugung eines Unter- bzw. Überdrucks eines Steuermediums für den Transport des Fluids 7 in der Leitung 18. Die Pumpe 19a erzeugt je nach der Schaltstellung der Ventile 20 einen Unterdruck, mit dem das Fluid 7 aus dem Behälter 2 angesaugt wird, oder auch einen Druck, mit dem nach erfolgter Messung das Fluid 7 aus der Messkammer 12 hinausgepresst und vorzugsweise zurück in den Behälter 2 transportiert wird. Mit dem Bezugszeichen 20a ist allgemein eine Sicherheitsvorrichtung (z.B. ein Druckschalter, ein Schwimmer, o.a.) gekennzeichnet.
Im ersten Betriebsmodus wird nun durch einen von der Pumpe 19a erzeugten Unterdruck eine Fluidprobe aus dem Behälter 2 in die Messkammer 12 hineingesaugt. Eine Fluid- detektoreinrichtung 21 erfasst die Höhe des Fluids 7 in der Messkammer 12, wobei bei
Erreichen oder Überschreitung der Fluidhöhe in der Messkammer 12 die Pumpe 19a ausgeschaltet wird, sodass es zu keinem Überlauf des Fluids 7 in der Messkammer 12 kommt. Die Fluiddetektoreinrichtung 21 kann z.B. wenigstens zwei in der Messkammer 12 angeordnete Elektroden umfassen, die bei Fluidkontakt ein Schaltsignal zur Abschaltung der
Fördereinrichtung 19 auslösen. Das nunmehr in der Messkammer 12 bzw. in der Teilstrecke 13 befindliche Fluid 7 wird jetzt der von der UV-Lichtquelle 3 abgegebenen und durch die Messfenster 15 eintretenden UV-Strahlung ausgesetzt. Dabei hängt die Intensität der durch das Fluid 7 hindurchgegangenen und auf den Messsensor 16 treffenden UV-Strahlung von im Fluid 7 vorhandenen organischen Substanzen/Partikel ab. Der Messsensor 16 wandelt die auftreffende Strahlungsenergie in elektrischen Strom um, der von der Signalverstärkungseinrichtung 17 verstärkt und als Spannungssignal an eine Auswerteeinrichtung 22 (beispielsweise einem Analog-Digital-Wandler eines MikroControllers 22a) weitergeleitet und dort als Messwert gespeichert wird.
Nach der Messung der durch das Fluid 7 in der Messkammer 12 hindurchgehenden UV- Strahlung wird das Fluid 7 durch einen von der Pumpe 19a erzeugten und vom Ventil 20 freigegebenen Druck aus der Messkammer 12 heraus und vorzugsweise in das Kammersystem 6 des Behälters 2 zurückgepresst. Die von der UV-Lichtquelle 3 abgegebene Strahlung tritt durch die Messfenster 15 in die jetzt mit Luft gefüllte Messkammer 12 bzw. mit Luft gefüllte Teilstrecke 13 ein. Nach dem Durchgang durch die mit Luft befüllte Teilstrecke 13 trifft das Licht der UV-Lichtquelle 3 auf die Photodiode des Messsensors 16. Die Photodiode wandelt die auftreffende Strahlungsenergie in elektrischen Strom um, der von der Signalverstärkungseinrichtung 17 verstärkt und als Spannungssignal an den AD-Wandler des Mikrocontrollers 22a weitergeleitet und dort als Referenzwert gespeichert wird.
In einem nachfolgenden Schritt berechnet der Mikrocontroller 22a aus dem gespeicherten Mess- und Referenzwert und aus der Messstrecke (Abstand zwischen den Messfenstern 15 in der Messkammer 12) den spektralen Schwächungskoeffizienten (SSK). Die Auswerteeinrichtung 22 umfasst eine Anzeigevorrichtung 22b mit mehreren Leuchtdioden, die zur Visualisierung der gemessenen Messsignale, insbesondere des SSK-Wertes, dient. Zudem können die Daten über eine Schnittstelle 23 einer externen Datenverarbeitungsanlage (z.B. einem Personalcomputer) zur Verfügung gestellt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird erreicht, dass aus dem im zweiten Betriebsmodus gemessenen Wert für die Intensität und gegebenenfalls für die spektrale Verteilung ein für das von der Lichtquelle 3 abgestrahlte Licht charakteristischer Referenzwert berechenbar ist. Der Referenzwert liefert eine eindeutige Aussage zu dem von der UV-Lichtquelle 3 abgestrahlten Licht. Anhand eines Vergleichs des Referenzwertes mit der zu Betriebsbeginn gemessenen, von der UV-Lichtquelle 3 abgegebenen Strahlungsleistung ist eine Bestimmung der Lampenleistung und der Alterung der UV- Lichtquelle 3 möglich. Als messbare Größe ist der spektrale Absorptionskoeffizient (SAK) erfassbar, der ein Maß für die im Fluid 7 enthaltenen gelösten organischen Stoffe ist. Durch die im Fluid 7 vorhandenen gelösten organischen Stoffe, die in der Regel ein Absorptionsmaximum bei 260nm besitzen, erfolgt eine Schwächung der UV-Strahlung beim Durchgang durch das Fluid 7. Der von der Messeinrichtung 11 gemessene SSK-Wert enthält den SAK.
Da auch durch Streuung an den im Fluid 7 vorhandenen Partikeln eine Schwächung der UV- Strahlung erfolgt, ist der von der Messeinrichtung 11 (UV-Sonde) gemessene Wert des SSK auch ein Maß für die Trübe des Fluids 7. Der Wert des SSK ist daher sowohl ein Maß für die im Fluid 7 enthaltenen gelösten organischen Stoffe (SAK) als auch für die Trübe des Fluids 7. Anhand des SSK kann nicht entschieden werden, ob das Fluid 7 organisch belastet oder trüb ist.
Günstigerweise ist vorgesehen, dass in einem dritten Betriebsmodus das von der Fördereinrichtung 19 (Pumpe 19a) beaufschlagte Steuermedium in den zur Aufnahme des Fluids 7 vorgesehenen Behälter 2 einbringbar ist, sodass das im Behälter 2 bzw. im Kammersystem 6 befindliche Fluid 7 über den Auslass 9 im Wesentlichen vollständig aus dem Behälter 2 heraus transportierbar ist. Mit anderen Worten kann durch die von der Pumpe 19a erzeugte Druckluft sowohl die Messkammer 12 als auch das Leitungssystem 6 im Behälter 2 von im Betrieb anfallender Verschmutzung gereinigt werden. Somit wird auch eine Verunreinigung der Messfenster 15 weitgehend verhindert. Bei nicht zu stark verunreinigtem Fluid 7 ist die Messeinrichtung 11 bzw. die UV-Sonde somit wartungsfrei. Als Stand-alone-Gerät ist keine Bedienung der Sonde notwendig. Die Feststellung der Qualität des Fluids 7 erfolgt über die Anzeigevorrichtung 22b, d.h. über eine LED-Statusanzeige, die vier Bereiche gemäß einem Ampelsystem anzeigt:
- Grün: Fluid 7 ist im tolerierbaren Bereich
- Grün-Gelb: Fluid 7 ist im Übergang vom tolerierbaren zum nicht tolerierbaren Bereich - Rot-Gelb: Fluid 7 ist im Übergang vom nicht tolerierbaren zum tolerierbaren Bereich
- Rot: Fluid 7 ist im nicht tolerierbaren Bereich
Fig. 2 zeigt eine alternative Variante gemäß der Erfindung. In dem zur Behandlung des
Fluids 7 vorgesehenen Kammersystem 6 ist im Gegensatz zu der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung wenigstens zweier Bereiche mit unterschiedlichen
Druckverhältnissen P1 , P2 vorgesehen, was mit der schematisch dargestellten Drossel 25 ermöglicht wird. Die Drossel 25 im bodennahen Bereich des Behälters 2 bewirkt eine Verringerung des Strömungsquerschnittes für das Fluid 7, das durch den Einlass 8 in das Kammersystem 6 eintritt und durch den Auslass 9 als ein im Wesentlichen entkeimtes Fluid 7 das Kammersystem 6 verlässt. Somit bildet sich im bodennahen Bereich des Behälters 2 ein Staudruck, wobei der Strömungsquerschnitt im Bereich der Drossel 25 verengt ist und stromabwärts einen Druckabfall des Fluids 7 bewirkt, sodass P1 größer als P2 ist. Diesen erhöhten Druck P1 macht man sich nun zunutze, über eine Leitung 18 der Messkammer 12 kontinuierlich Fluid 7 zuzuführen, wobei im Zuge dessen durch die Messeinrichtung 11 - vorzugsweise kontinuierlich - der entsprechende Messwert für die Intensität und gegebenenfalls für die spektrale Verteilung des durch die Messfenster 15 und durch die Teilstrecke 13 hindurchtretenden Lichts ermittelbar ist. Das Fluid 7 gelangt anschließend über eine Leitung 18a wieder zurück in das Kammersystem 6 in den Bereich des niedrigeren Drucks P2.
Der entsprechende Referenzwert wird im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels einer gesonderten Messeinrichtung 11a erfasst. Das dem transparenten Quarzglasgefäß 4 benachbarte Messfenster 15 ist als Streufenster ausgebildet, wobei die Photodiode der Messeinrichtung 11a nahe an diesem Fenster 15 angeordnet ist, sodass Streulichtsignale (strichliert gekennzeichnet) - vorzugsweise kontinuierlich - erfassbar sind. Die Streulichtsignale werden nach dem Durchlaufen einer Verstärkerstufe über eine Leitung R dem Mikrocontroller 22a zugeführt und dort als Referenzwert gespeichert. Die entsprechenden Messwerte der Messeinrichtung 11 werden über eine Leitung M dem Mikrocontroller 22 zugeführt, woraufhin die bereits beschriebenen Parameter berechenbar sind.
Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere Variante gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich die UV-Lichtquelle 3 des Behälters 2 dargestellt. Hierbei ist günstigerweise vorgesehen, dass ein von der UV-Lichtquelle 3 emittiertes "Punktlicht" über eine Kollimationslinse 26 zu parallelen Lichtstrahlen aufgespalten wird. Die von der Kollimationslinse 26 ausgehenden Parallelstrahlen werden über einen Strahlteiler 27a, 27b (Prismen) und über Umlenkspiegel 28 auf unterschiedliche optische Pfade umgelenkt. Das Licht wird somit einerseits über eine Teilstrecke 13 geführt (wobei diese Teilstrecke 13 vorzugsweise kontinuierlich mit dem zu entkeimenden Fluid 7 durchströmt wird) und andererseits über eine von der Teilstrecke 13 gesonderte Teilstrecke 13a (die ständig mit dem Referenzmedium befüllt oder durchströmt wird) geführt. Im Anschluss daran wird das Licht von den beiden Teilstrecken 13, 13a den Umlenkspiegeln 28 zugeführt, die das Licht auf Prismen 27c und 27d projizieren. Der von dem Prisma 27c ausgehende Lichtstrahl X ist somit ein Maß für die Qualität des zu entkeimenden Fluids 7, während der Lichtstrahl Y ein für den Referenzwert charakteristisches Signal ist. Die Lichtstrahlen X und Y sind als Summensignal der Messeinrichtung 11 zuführbar, wobei der entsprechende Mess- und Referenzwert erfassbar ist. Diese Werte werden im Anschluss daran dem Mikrocontroller 22a zugeführt. Die in der gezeigten Figur dargestellte konstruktive Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Licht der Lichtquelle 3 für die Erfassung des Mess- und Referenzwertes von demselben Bereich der Lichtquelle 3 abgestrahlt wird. Auf diese Weise herrschen für die Erfassung dieser Werte gleiche Voraussetzungen bzw. Umgebungsbedingungen, wodurch ein direkter Vergleich derselben in präziser Weise möglich ist.
Fig. 4a und Fig. 4b zeigen eine weitere alternative Variante der Erfindung. Fig. 4a zeigt schematisch den Aufbau der Einrichtung 1- in einem Vertikalschnitt, wobei eine längs erstreckte UV-Lichtquelle 3 von einem transparenten Quarzglasgefäß 4 umgeben ist. Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ist das transparente Quarzglasgefäß 4 relativ zur UV-Lichtquelle 3 bewegbar, vorzugsweise um die UV- Lichtquelle 3 herum drehbar angeordnet. Mit dem Quarzglasgefäß 4 ist drehfest ein scheibenförmiger Rotor 28 verbunden, sodass durch eine schematisch dargestellte Antriebsvorrichtung 29 mit einem Schrittmotor 29a und einem Zahnriemen 29b das transparente Quarzglasgefäß 4 samt dem Rotor 28 um die UV-Lichtquelle 3 herum drehbar ist. Das Quarzglasgefäß 4 ist mittels Lagervorrichtungen 30a-30d (beispielsweise Kugellagern) drehbar angeordnet. Mit den Bezugszeigen 31a-31d sind Dichtungen gekennzeichnet, sodass der Behälter 2 mit Ausnahme des Einlasses 8 und des Auslasses 9 fluiddicht ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend kann zu der gezeigten Antriebsvorrichtung 29 zum Bewegen des Quarzglasgefäßes 4 bzw. des Rotors 28 auch eine Vorrichtung 32 zur Nutzung der Strömungsenergie des durch das Kammersystem 6 transportierten Fluids 7 vorgesehen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst diese Vorrichtung 32 zwei Flügelräder 32a, die die Strömungsenergie des Fluids 7 in eine Drehbewegung des Rotors 28 umsetzen. Der um die UV-Lichtquelle 3 drehbare Rotor 28 umfasst mehrere Strömungskanäle 33a, 33b für das Fluid 7, die als Durchgangsbohrungen durch den scheibenförmigen Rotor 28 ausgebildet sind. Diese axial verlaufenden Strömungskanäle 33a, 33b ermöglichen es dem Fluid 7, durch den Rotor 28 zu strömen und nicht nur durch den schmalen Ringspalt zwischen der Umfangsfläche des Rotors 28 und der Innenseite des Behälters 2. Eine Messeinrichtung 11 (mit einer Photodiode und einer Verstärkerstufe) ist von der Außenseite des Behälters 2 her in die Behälterwand eingesetzt und dient je nach Drehstellung des Rotors 28 für die Erfassung des Mess- bzw. Referenzwertes.
Fig. 4b zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Achse A-A gemäß Fig. 4a, also im Wesentlichen eine Draufsicht auf den im Behälter 2 angeordneten Rotor 28. In der Mitte ist die UV-Lichtquelle 3 ersichtlich, die von dem relativ zur UV-Lichtquelle 3 verdrehbaren, transparenten Quarzglasgefäß 4 umgeben ist. Der scheibenförmige Rotor 28 ist drehfest mit dem Quarzglasgefäß 4 verbunden. Der Rotor 28 erstreckt sich bis auf den Ringspalt 34 im Wesentlichen vom Quarzglasgefäß 4 bis hin zur Innenseite des Behälters 2. Zu erkennen sind die den Rotor 28 durchsetzenden Strömungskanäle 33a-33f, die Turbulenzen des durch diese Strömungskanäle 33a-33f hindurchtretenden Fluids 7 erzeugen, dabei den „Schatteneffekt" vermindern und die Entkeimungsleistung erhöhen. Der Rotor 28 weist zudem zwei um 90° versetzte radiale Bohrungen auf, die als Teilstrecken 13 und 13a gekennzeichnet sind. Das von der UV-Lichtquelle 3 abgegebene Licht durchdringt das zum einen das Quarzglasgefäß 4 und zum anderen die mit dem zu entkeimenden Fluid 7 befüllte Teilstrecke 13, wobei die von der Messeinrichtung 11 erfasste Lichtintensität der Qualität des zu entkeimenden Fluids 7 entspricht. In der gezeigten Figur nimmt der Rotor 28 eine zur Erfassung des Messwertes vorgesehene Drehstellung ein. Zur Erfassung des Referenzwertes wird nun der Rotor 28 ausgehend von der in Fig. 4b gezeigten Stellung um 90° im Gegenuhrzeigersinn verdreht, sodass nunmehr die Teilstrecke 13a der Messeinrichtung 11 gegenüberliegt. Diese Teilstrecke 13a ist im Gegensatz zur Teilstrecke 13 abgedichtet und mit einem Referenzmedium, vorzugsweise Luft, befüllt. Das von derselben Stelle wie zuvor bei der Erfassung des Messwertes abgegebene Licht der UV- Lichtquelle 3 trifft jetzt nach dem Durchgang durch das transparente Quarzglasgefäß 4 und durch die mit dem Referenzmedium befüllte Teilstrecke 13a auf die Messeinrichtung 11 , wobei der entsprechende Referenzwert ermittelt wird. Durch eine kontinuierliche Drehbewegung des Rotors - initiiert durch die Antriebsvorrichtung 29 und/oder der Vorrichtung 32 zur Nutzung der Strömungsenergie des Fluids 7 - kann eine alternierende, fortlaufende Ermittlung des Mess- und Referenzwertes vorgesehen werden, die selbst bei kurzen Zeitabständen problemlos einem MikroController 22a zuführbar und von diesem erfassbar sind.
Fig. 5a und Fig. 5b zeigen stark schematisiert ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einrichtung 1 in einem Horizontal- und einem Vertikalschnitt. Zu erkennen ist wenigstens eine für die Bestrahlung des Fluids 7 vorgesehene UV-Lichtquelle 3, die von einem das UV- Licht transmittierenden Quarzglasgefäß 4 umgeben ist. Das vorzugsweise zylindrische Quarzglasgefäß 4 ist um die UV-Lichtquelle 3 herum drehbar gelagert. Die Mittel zur relativen Verdrehbarkeit des Quarzglasgefäßes 4 können wie in den Fig. 4a, 4b ausgebildet werden. Am Quarzglasgefäß 4 ist wiederum ein Rotor 28 befestigt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Rotorflügel 28a, 28b unterschiedlicher Länge aufweist. Durch die Drehung der beiden Rotorflügel 28a, 28b wird eine turbulente Strömung in der Entkeimungszone herbeigeführt, sodass die Teilchen des Fluids 7 durch die herbeigeführte Verwirbelung von verschiedenen Seiten aus vom UV-Licht bestrahlt werden, wodurch die Entkeimungsleistung optimiert werden kann. An den beiden Rotorflügeln 28a, 28b sind Teilstrecken 13, 13a unterschiedlicher Länge angeordnet oder ausgebildet, die jeweils mit einem Referenzmedium (zB Luft) befüllt sind. Zwischen der Innenseite des Behälters 2 und den distalen Enden der beiden Rotorflügel 28a, 28b verbleiben Randspalten, die Zusatzteilstrecken 35a, 35b unterschiedlicher Länge darstellen, über die das UV-Licht zur Messeinrichtung 11 hin führbar ist. Die Stellung des Rotorflügels 28a gemäß den Fig. 5a und dem korrespondierenden Horizontalschnitt gemäß Fig. 5b (Schnittebene A-A) entspricht der Betriebsstellung des Rotors 28 zur Ermittlung des Referenzwertes. Das von der UV- Lichtquelle 3 ausgehende UV-Licht transmittiert das Quarzglasgefäß 4 sowie die mit dem Referenzmedium befüllte bewegbare Teilstrecke 13 und die Zusatzteilstrecke 35a, wodurch ein entsprechender Referenzwert durch die Messeinrichtung 11 erfassbar ist. Wird der Rotor 28 ausgehend von der in Fig. 5b gezeigten Stellung um 180° gedreht, so liegt der kürzere Rotorflügel 28a mit der kürzeren bewegbaren Teilstrecke 13a und der längeren Zusatzteilstrecke 35b der Messeinrichtung 11 unmittelbar gegenüber, woraufhin durch die Messeinrichtung 11 ein entsprechender Messwert erfassbar ist. Somit kann durch die Drehung des Rotors 28 sowohl ein Referenzwert (kürzere Zusatzteilstrecke 35a durch das Fluid 7) als auch ein Messwert (längere Zusatzteilstrecke 35b durch das Fluid 7) bestimmt werden. Aus dem Referenzwert und dem Messwert kann die Absorption und alle damit zusammenhängenden Messgrößen (SSK, SAK, Transmission, TOC etc.) rechnerisch ermittelt werden.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Einrichtung 1 besteht darin, dass die Oberfläche des drehbar gelagerten Quarzglasgefäßes 4 vom UV-Licht fortlaufend abtastbar ist. Die desinfizierende Wirkung der UV-Lichtquelle 3 kann nämlich nachlassen, wenn die äußere Oberfläche des Quarzglasgefäßes 4 mit Inhaltsstoffen des Fluids 7 belegt ist oder wenn die Oberfläche des Quarzglasgefäßes 4 Kratzer aufweist. Im Falle einer solchen Beeinträchtigung kann es vorkommen, dass nicht mehr ausreichend UV-Licht durch das Quarzglasgefäß 4 in die zu entkeimende Flüssigkeit transmittiert. Das UV-Licht der UV- Lichtquelle 3 tritt durch die Wandung des Quarzglasgefäßes 4 hindurch und trifft auf die zumindest eine Messeinrichtung 11 auf, wobei sich allfällige Ablagerungen und Kratzer an der Oberfläche des Quarzglasgefäßes 4 in einer Verzerrung der von der Messeinrichtung 11 empfangenen Signalform bemerkbar machen. Diese Signalabweichungen sind statistisch auswertbar, wobei bei Überschreitung eines vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwertes ein Warnsignal generierbar ist.
Grundsätzlich ist anzuführen, dass die in den Figuren gezeigte Einrichtung 1 nur mögliche Beispiele zur Ausführung der Erfindung wiedergeben. Die Auswerteeinrichtung 22 mit dem Microcontroller 22a umfasst zweckmäßigerweise ein Regelwerk zur Steuerung des Datenaustausches (Programmable Input/Output, kurz: PIO) sowie ein Bus-System, z.B. ein Serial Peripheral Interface (SPI). Die Messfenster 15 können gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel auch Lichtleitstäbe aufweisen. Die erfindungsgemäße Einrichtung 1 eignet sich in besonderer Weise zur präzisen Erfassung der beschriebenen Parameter über längere Zeiträume, ohne dass dabei die Notwendigkeit einer Nachkalibrierung besteht.

Claims

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Entkeimung eines Fluids mit einem zur Aufnahme des Fluids vorgesehenen Behälter und mindestens einer UV-Lichtquelle zur Entkeimung des
Fluids sowie mit mindestens einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Absorptionseigenschaften und/oder Trübe des Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass der Messeinrichtung (11) eine Lichtquelle (3) zugeordnet ist, wobei das Licht von der Lichtquelle (3) zur Messeinrichtung (11) in einem ersten Betriebsmodus zumindest auf einer Teilstrecke (13) durch das Fluid (7) führt und in einem zweiten
Betriebsmodus auf dieser Teilstrecke (13) durch ein Referenzmedium mit bekannten Absorptionseigenschaften und/oder Trübe führt. (Fig. 1)
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten und zweiten Betriebsmodus genau eine Messeinrichtung (11) vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (11) eine Messkammer (12) zur Aufnahme des Fluids (7) und/oder des Referenzmediums aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (12) zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, räumlich außerhalb des zur Entkeimung des Fluids (7) vorgesehenen Behälters (2) angeordnet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer
(12) in Bezug zum Behälter (2) derart angeordnet ist, dass der Messkammer (12) Licht der UV-Lichtquelle (3), vorzugsweise über wenigstens einen Lichtkanal (14), zuführbar ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Teilstrecke (13) in der Messkammer (12) angeordnet ist, wobei die Messkammer (12) im ersten Betriebsmodus mit dem Fluid (7) und im zweiten Betriebsmodus mit dem Referenzmedium befüllbar ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum
Befüllen der Messkammer (12) eine Probenahmevorrichtung zum Entnehmen von Fluid (7), vorzugsweise von Fluidproben, vorgesehen ist, mit der über wenigstens eine Leitung (18) Fluid (7) aus dem Behälter (2) entnehmbar und der Messkammer (12) zuführbar ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Probenahmevorrichtung wenigstens eine Fördereinrichtung (19) zur Erzeugung eines Unter- bzw. Überdrucks eines Steuermediums in der Leitung (18) aufweist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Fördereinrichtung (19) Fluid (7) aus der Messkammer (12) heraus, vorzugsweise zurück in den Behälter (2), transportierbar ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Betriebsmodus das von der Fördereinrichtung (19) beaufschlagte Steuermedium in den zur Aufnahme des Fluids (7) vorgesehenen Behälter (2) einbringbar ist, sodass das im Behälter (2) befindliche Fluid (7) über einen Auslass (9) im Wesentlichen vollständig aus dem Behälter (2) heraus transportierbar ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (19) wenigstens eine Pumpe (19a) aufweist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Probenahmevorrichtung eine Fluiddetektoreinrichtung (21) zum Erfassen der Fluidhöhe in der Messkammer (12) aufweist, wobei bei Erreichen oder Überschreitung der Fluidhöhe in der Messkammer (12) die Fördereinrichtung (19) abschaltbar ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluiddetektoreinrichtung (21) wenigstens einen Sensor zum Erfassen der Fluidhöhe in der Messkammer (12) aufweist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Betriebsmodus durch die Messeinrichtung (11) die Intensität und gegebenenfalls die spektrale Verteilung des hindurchtretenden Lichts als charakteristischer Messwert erfassbar ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem im zweiten Betriebsmodus gemessenen Wert für die Intensität und gegebenenfalls für die spektrale Verteilung ein für das von der Lichtquelle (3) abgestrahlte Licht charakteristischer Referenzwert berechenbar ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (11) wenigstens einen Messsensor (16), vorzugsweise eine Photodiode, aufweist, der ein für die Intensität und gegebenenfalls für die spektrale Zusammensetzung des gemessenen Lichtes abhängiges charakteristisches Messsignal liefert.
17. Einrichtung nach einem der Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (11) eine Signalverstärkungseinrichtung (17) zur Verstärkung der Messsignale aufweist.
18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale, vorzugsweise der Messwert und/oder der Referenzwert, einer Auswerteeinrichtung (22) zuführbar ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswerteeinrichtung (22) eine elektronische Steuereinrichtung, vorzugsweise einen Mikrocontroller (22a), zur Speicherung und Verarbeitung der Messsignale aufweist.
20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (22) eine Anzeigevorrichtung (22b), vorzugsweise mehrere
Leuchtdioden, zur Visualisierung der gemessenen Messsignale aufweist.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (22) eine Schnittstelle (23), vorzugsweise eine RS-232- Schnittstelle, aufweist, mittels der die Messsignale einer externen
Datenverarbeitungsanlage, vorzugsweise einem Computer, zuführbar sind.
22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) der Messeinrichtung (11) eine UV-Lichtquelle ist.
23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) der Messeinrichtung (11) die zur Entkeimung des Fluids (7) eingesetzte UV-Lichtquelle (3) ist.
24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der UV-Lichtquelle (3) und der Messkammer (12) für das Fluid (7) eine Messeinrichtung (11a) angeordnet ist, durch die Streulicht des von der UV-Lichtquelle (3) abgegebenen und zur Messkammer (12) gerichteten Lichtes erfassbar ist. (Fig.2)
25. Einrichtung zur Entkeimung eines Fluids mit einem zur Aufnahme des Fluids vorgesehenen Behälter und mindestens einer UV-Lichtquelle zur Entkeimung des Fluids sowie mit mindestens einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Absorptionseigenschaften und/oder Trübe des Fluids, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Messeinrichtung (11) eine Lichtquelle (3) zugeordnet ist, wobei das Licht von der Lichtquelle (3) zur
Messeinrichtung (11) zumindest auf einer ersten Teilstrecke (13) durch das Fluid (7) führt und auf dieser oder einer gesonderten Teilstrecke (13, 13a) durch ein Referenzmedium mit bekannten Absorptionseigenschaften und/oder Trübe führt und wobei das Licht der Lichtquelle (3) für die erste und zweite Teilstrecke (13, 13a) von demselben Bereich der Lichtquelle (3) abstrahlbar ist. (Fig. 3)
26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Lichtquelle (3) über einen Strahlteiler einerseits über eine Teilstrecke (13) mit einer zumindest teilweise mit Fluid (7) befüllten Messkammer und andererseits über eine Teilstrecke (13a) mit einer zumindest teilweise mit dem Referenzmedium befüllten
Messkammer führbar ist und im Anschluss daran über eine Optik der Messeinrichtung zuführbar ist.
27. Einrichtung zur Entkeimung eines Fluids mit einem zur Behandlung des Fluids vorgesehenen Kammersystem und mit mindestens einer UV-Lichtquelle zur
Entkeimung des Fluids sowie mit mindestens einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Absorptionseigenschaften und/oder Trübe des Fluids, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (11) räumlich außerhalb des Kammersystems (6) angeordnet ist.
28. Einrichtung zur Entkeimung eines Fluids mit einem zur Behandlung des Fluids vorgesehenen Kammersystem und mit mindestens einer UV-Lichtquelle zur Entkeimung des Fluids sowie mit mindestens einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Absorptionseigenschaften und/oder Trübe des Fluids, insbesondere nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Vorrichtung zur Erzeugung wenigstens zweier Bereiche mit unterschiedlichen Druckverhältnissen (P1 , P2) im Kammersystem (6), vorzugsweise eine Drossel (25), angeordnet ist, wobei Fluid (7) aus dem Bereich des höheren Druckverhältnisses (P1) des Fluids (7) der Messeinrichtung (11) zuführbar und anschließend dem Bereich des niedrigeren Druckverhältnisses (P2) des Fluids (7) zuführbar ist. (Fig. 2)
29. Einrichtung zur Entkeimung eines Fluids mit einem zur Behandlung des Fluids vorgesehenen Kammersystem und mit mindestens einer UV-Lichtquelle zur Entkeimung des Fluids sowie mit mindestens einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Absorptionseigenschaften und/oder Trübe des Fluids, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass im Kammersystem (6) wenigstens eine relativ zur UV-Lichtquelle (3) bewegbare Teilstrecke (13, 13a) vorgesehen ist, wobei in einer ersten Betriebsstellung der Teilstrecke (13) das Licht der UV-Lichtquelle (3) über die mit dem zu entkeimenden Fluid (7) befüllte Teilr*recke (13) der Messeinrichtung (11) zuführbar ist und wobei in einer zweiten
Betriebsstellung der Teilstrecke (13a) das Licht der UV-Lichtquelle (3) über die mit einem Referenzmedium befüllte Teilstrecke (13a) der Messeinrichtung (11) zuführbar ist. (Fig. 4a, 4b)
30. Einrichtung zur Entkeimung eines Fluids mit einem zur Behandlung des Fluids vorgesehenen Kammersystem und mit mindestens einer UV-Lichtquelle zur Entkeimung des Fluids sowie mit mindestens einer Messeinrichtung zur Bestimmung von Absorptionseigenschaften und/oder Trübe des Fluids, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine bewegbare Teilstrecke (13) vorgesehen ist, wobei in einer ersten Betriebsstellung der bewegbaren Teilstrecke (13) das von der UV-Lichtquelle (3) emittierende Licht über eine mit dem zu entkeimenden Fluid (7) befüllte erste Zusatzteilstrecke (35a) der Messeinrichtung (11) zuführbar ist und wobei in einer zweiten Betriebsstellung der bewegbaren Teilstrecke (13) das von der UV-Lichtquelle (3) emittierende Licht über eine mit dem zu entkeimenden Fluid (7) befüllte zweite Zusatzteilstrecke (35b) der Messeinrichtung (11) zuführbar ist, wobei die beiden Zusatzteilstrecken (13c, 13d) unterschiedliche Längen aufweisen. (Fig. 5a, 5b)
31. Einrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine bewegbare Teilstrecke (13, 13a) in oder an einem um die UV- Lichtquelle (3) drehbaren Rotor (28) angeordnet oder ausgebildet ist.
32. Einrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) an einem die UV-Lichtquelle (3) zumindest bereichsweise umgebenden Quarzglasgefäß (4), angeordnet ist, wobei das Quarzglasgefäß (4) relativ zur UV-Lichtquelle (3) bewegbar, vorzugsweise um die UV-Lichtquelle (3) herum drehbar, angeordnet ist.
33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Drehstellung des Rotors (28) das von der UV-Lichtquelle (3) emittierte Licht durch eine Wandung des die UV-Lichtquelle (3) zumindest bereichsweise umgebenden Quarzgefäßes (4) hindurch der Messeinrichtung (11) zuführbar ist.
34. Einrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) wenigstens zwei Rotorflügel (28a, 28b), vorzugsweise unterschiedlicher Länge, aufweist, wobei die bewegbare Teilstrecke an oder in einem Rotorflügel (28a,
28b) angeordnet oder ausgebildet ist.
35. Einrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) über eine Antriebsvorrichtung (29), vorzugsweise einen elektrischen (Schritt-)Motor (29a), bewegbar ist.
36. Einrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (29) eine Vorrichtung (32) zur Nutzung der Strömungsenergie des Fluids (7), vorzugsweise wenigstens ein Flügelrad (32a) aufweist, wobei der Rotor (28) über diese Vorrichtung (32) bewegbar ist.
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