WO2022148606A1 - Vorrichtung und verfahren zum entkeimen eines durchfliessenden fluids - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum entkeimen eines durchfliessenden fluids Download PDF

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WO2022148606A1
WO2022148606A1 PCT/EP2021/085441 EP2021085441W WO2022148606A1 WO 2022148606 A1 WO2022148606 A1 WO 2022148606A1 EP 2021085441 W EP2021085441 W EP 2021085441W WO 2022148606 A1 WO2022148606 A1 WO 2022148606A1
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fluid
container
wall
radiation
gap
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PCT/EP2021/085441
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Ulrich Hartwig
Norbert Magg
Andreas Lovich
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Osram Gmbh
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    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
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    • C02F2303/04—Disinfection

Definitions

  • the present invention relates to a device and a corresponding method for sterilizing a fluid flowing through it, in particular a liquid flowing through it.
  • the device comprises a container with an inlet for receiving the fluid and with an outlet at which the fluid can be discharged from the container after it has flowed through.
  • the device comprises a plurality of radiation sources, preferably LEDs, each of which is designed to irradiate the fluid flowing in an interior space of the container with light having wavelengths in the UV radiation range, preferably UV-C radiation.
  • Such devices are also referred to as UV reactors.
  • UV reactors can be used in a variety of ways, for example for the treatment of drinking water or for the sterilization or disinfection of process water or process water, which is used, for example, in commercial, agricultural or domestic applications (e.g. dishwashers, etc.). Fluids other than water, such as blood or milk, can also be sterilized by such UV reactors.
  • UV radiation in the wavelength range from 200 nm to 280 nm has proven to be particularly effective.
  • DIN 5031-7 is also referred to as far UV or FUV radiation.
  • UV-C radiation examples include those from 280 nm to 315 nm as UV-B radiation and those from 315 nm to 380 nm as UV-A radiation and predominantly used in UV reactors.
  • UV-C radiation used here also includes the range from 10 nm to 121 nm (extreme ultraviolet).
  • the radiation dose per unit volume of the liquid flowing through should be constant. However, the radiation dose per unit volume of the liquid flowing through must at least be above a limit value that ensures proper disinfection of the respective unit volume.
  • the efficiency of UV reactors for sterilizing liquids is influenced by the penetration depth of the radiation into the liquid volume.
  • the incident light intensity has fallen to a few percent after just a few millimeters due to absorption and/or scattering, so that no relevant disinfection effect can be achieved for irradiated layer thicknesses of a few cm or more, or a very high initial one optical power would have to be used in order to still achieve a sufficient effect after the weakening.
  • the turbidity of a medium can be caused, for example, by scattering or absorbing particles. These can be of organic or inorganic origin. Examples would be dirt particles, microorganisms, algae or suspended particles, lime particles or the like. Alternatively or additionally, turbidity can also be caused by emulsions or by mixing them with other liquids (e.g. with colloid components).
  • a sufficient radiation power to reduce the reproductive germs can in principle be reached in all areas of the liquid to be disinfected.
  • many sterilization cells relied on UVC lamp sources, in particular gas discharge lamps.
  • a massive overdose of the required radiation is possible here, since the costs of the sources per watt of radiation power are low and the radiation sources are in principle able to emit large amounts of radiation (several hundred to several thousand watts depending on the type of lamp).
  • the "worst case" cloudiest possible liquid
  • the reactor and the radiation source can be designed for this case.
  • the sterilization effect should be ensured as efficiently as possible even with changing penetration depths, for example due to changing scattering and absorption properties of the liquid to be sterilized.
  • the starting point is a device for sterilizing a fluid flowing through by means of UV radiation, which comprises a container with an inlet for receiving the fluid and with egg nem outlet at which the fluid after flowing through from the container can be delivered.
  • this is a flow reactor.
  • the invention includes a standing fluid in the container, which is let in beforehand, sterilized by means of UV radiation and later let out.
  • the container of the device ie the UV reactor, is sometimes also referred to as the reactor chamber.
  • a sensor device can be provided that detects the penetration depth of the radiation, e.g. by means of a turbidity sensor, and adjusts the reactor chamber dimensions so that adequate disinfection performance is ensured even with increasing turbidity.
  • the flow rate can also be adjusted or readjusted. In this way, excessive overdosing or underdosing of the radiation can be prevented.
  • the flow rate can be adjusted by controlling the pressure, e.g. B. via a controllable valve or the power consumption of a pump that pumps the fluid through the UV reactor.
  • the control can take place, for example, depending on the measurement result of a turbidity sensor.
  • the reactor chamber dimensions can be adjusted, for example, by adjusting the layer thickness of the liquid flowing past the radiation sources by changing the distance between the reactor walls delimiting this irradiation zone, for example with the aid of a displacement unit.
  • the distance between the reactor walls and consequently the layer thickness of the fluid in the irradiation zone is appropriately reduced.
  • the distance between the reactor walls and consequently the layer thickness of the fluid can be appropriately increased.
  • the flow rate can be adjusted accordingly in order to achieve the desired radiation dose in the entire volume of the irradiation zone. This can be done, for example the volume flow or the pressure in the inlet of the reactor can be readjusted.
  • the changeable irradiation zone is formed by a wall of the reactor container (first reactor wall) and a wall of a displaceable body (second reactor wall)—hereinafter, for the sake of simplicity, the displaceable body is also referred to as a slide.
  • the displaceable body (carriage) is arranged inside the reactor vessel in such a way that the wall of the carriage (carriage wall) and the wall of the vessel (vessel wall) face each other.
  • the shapes of the container wall and the carriage wall are preferably matched to one another within the irradiation zone such that a gap that is as uniform as possible is formed between them, at least in sections, for the fluid flowing through, i.e.
  • a gap with a uniform, constant gap size With a uniform gap, a uniform sterilization effect of the fluid flowing through can be achieved within the irradiation zone with uniform irradiation. Alternatively, a uniform disinfection effect can be achieved with a correspondingly locally adapted radiation power even with a non-uniform gap.
  • the walls forming the gap or the irradiation zone can, for example, both be flat or also spatially curved, in which case the curvatures of the two walls are preferably opposite, so that a suitably spatially curved gap that is as uniform as possible is formed.
  • the curvatures of the two walls are preferably opposite, so that a suitably spatially curved gap that is as uniform as possible is formed.
  • the gap dimension ie the distance between the container wall and the carriage wall
  • the container wall, the carriage wall and the displacement unit are preferably designed so that within the entire gap-shaped irradiation zone changes the gap size evenly.
  • the carriage can be mechanically connected to the displacement unit, for example it can be arranged directly on the displacement unit.
  • the displacement unit can be, for example, a linear guide rail arranged on the floor within the reactor, in which the carriage is movably mounted.
  • the coupling between the carriage and the displacement unit can also take place in some other way, for example magnetically through the wall of the reactor vessel.
  • the movement of the carriage can also be carried out purely by the force of the flowing liquid.
  • liquid is fed via a controllable bypass to the back of the carriage facing away from the inlet (leeward side).
  • Increasing liquid pressure in the bypass shifts the carriage accordingly a bit against the main flow of liquid coming directly from the inlet.
  • the return restoring forces at falling liquid pressure are retaining spring countries, see damping or restoring elements or the like provided, on which the carriage is suspended resiliently in the container. So that the displacement of the carriage by the respective liquid pressure in the main flow or bypass causes a suitable change in the gap size, the carriage is aged by the retaining springs in the unloaded state at a suitable operating point, for example approximately in the middle of the reactor.
  • a suitable operating point for example approximately in the middle of the reactor.
  • At least one body is provided which can be displaced through the container wall and which forms an adjustable constriction for the fluid flow.
  • this displaceable body is a sliding wall that is designed to be pushed into or out of the container in the area of the irradiation zone in the manner of a slide. can be drawn.
  • the gap of the variable Be radiation zone between the front side of the sliding wall, which is located within the container, and the opposite lying container wall is formed. The gap size is suitably adjusted by moving the sliding wall relative to the loading container wall.
  • the UV radiation sources can only be arranged on the side of the container wall.
  • the sliding wall has only a mechanical function and can be made relatively simple, for example solid.
  • the UV radiation sources can be arranged on or behind the front side of the sliding wall or integrated into it. Compared to the first case, this has the advantage that no radiation escapes past the sliding wall, so the irradiation zone and its gap size are more clearly defined.
  • two sliding walls are provided which face each other with their end faces. It is particularly advantageous for the two sliding walls to be moved to the same extent on both sides of the container in order to ensure the symmetry of the reactor.
  • adjustable constrictions for the liquid flow can be implemented relatively easily with a sliding wall (asymmetrical variant) or with two opposing sliding walls (symmetrical variant). They are therefore particularly suitable for irradiation zones that are relatively short in the direction of flow, e.g millimeters to a few centimetres.
  • a sensor can be provided in the sensor device which measures the radiation which penetrates the reactor chamber in the irradiation zone.
  • an additional auxiliary radiation source can also be provided outside the radiation zone with an associated radiation sensor.
  • the measured value of the radiation sensor is a measure of the Turbidity and can then be used to control the reactor chamber dimensions for a suitable layer thickness of the liquid flowing past the radiation sources.
  • the measurement signal from the sensor can be routed to the controller of the displacement unit.
  • UV radiation sources in particular UVC LEDs, are preferred as UV radiation sources, since they have a number of advantages over conventional UV light sources such as mercury vapor discharge lamps, for example no mercury, little installation space, good controllability and fast switching times, mechanical stability and a long service life, etc .
  • the UV radiation sources for example UV-C LEDs
  • the sensor device are each arranged in the region of two opposing reactor walls, between which the liquid flows.
  • the reactor walls at least in the area of the LEDs and optionally the radiation sensor, are designed to be transparent to the UV-C radiation.
  • the reactor walls can also be provided with UV-C transparent windows through which the LEDs radiate the UV-C radiation into the interior of the reactor chamber.
  • the measurement signal from the radiation sensor is then a measure of the extinction of the UV radiation after it has passed the distance between the two reactor walls.
  • the distance between the two reactor walls can then be adjusted in order to achieve the desired sterilization effect. This adjustment of the distance preferably takes place automatically on the basis of the sensor reading.
  • dose intensity/time
  • the measurement signal from the sensor and/or the b unit set position of the reactor walls are used.
  • the minimum average irradiation intensity of a volume element on possible trajectories through the reactor is also known via the known geometric and optical properties of the UVC reactor, e.g. B. by simulations or measurements of the sterilization performance. With the water information can then for a desired dose, z. B.
  • a specific flow rate or a specific volume flow can be set.
  • the UV radiation sources in the irradiation zone are not only arranged on one side, but in the area of the opposite reactor walls between which the liquid flows, so that some of the UV radiation sources radiate in the opposite direction to the other part of the UV radiation sources .
  • absorption and scattering of the liquid can result in a more uniform intensity distribution in the irradiation zone of the reactor.
  • the distance between the two reactor walls can also be correspondingly increased without sacrificing the sterilization effect.
  • the UV radiation sources in the region of the opposite other reactor wall can also be arranged slightly offset downstream.
  • the sensor device can then continue to be arranged directly opposite the UV radiation sources of one reactor wall and measure the extinction of the radiation emitted by these UV radiation sources.
  • This arrangement also makes it possible to switch on the UV radiation sources arranged offset on the other side downstream only if the extinction is correspondingly high, ie there is a corresponding measurement signal from the sensor device.
  • UV reactors can be arranged in parallel or in series in order to be able to irradiate larger amounts of fluid simultaneously by appropriate division or to gradually improve the degree of sterilization.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a section of a UV flow reactor with one-sided UV irradiation according to the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a section of a UV flow reactor with UV irradiation on both sides according to the present invention
  • Fig. 4 is a schematic representation of a sectional view ei nes embodiment of the invention with a movable conical slide;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a sectional view of another embodiment of the invention having a movable cone-shaped carriage;
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a section of a further exemplary embodiment of a UV flow reactor according to the invention with a sliding wall.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a section of a UV flow reactor to illustrate the basic idea of the present invention.
  • a UV radiation source 1 which preferably comprises a plurality of UV-C LEDs, radiates into a reactor chamber (only a section shown).
  • the radiation 6 penetrates through a first reactor wall 2, which is permeable to UV radiation, into the reactor chamber and traverses the latter up to the reactor wall 3 lying opposite at a distance D ge.
  • a liquid 4 flows between the reactor walls 2, 3, the flow direction of which is indicated by the arrow 8 is symbolized. As a result, the radiation 6 is weakened transversely to the flow layer in the reactor.
  • a sensor 7 for example a SiC (silicon carbide) UV photodiode, is arranged on the opposite second reactor wall 3, which sensor measures the radiation 6 arriving there.
  • the second reactor wall 3 is designed to be displaceable, namely in the direction of the first reactor wall 2 arranged opposite.
  • the liquid flow can be adjustable, for example via an adjustable valve or an adjustable pump (not shown in FIG. 1). provides), with which or with which the amount of liquid flowing through the reactor per unit of time can be regulated.
  • Fig. 2 schematically shows a further development of the concept representation of FIG. 1, in which case a second UV radiation source 1' radiates through the second reactor wall 3 in the opposite direction (indicated by the arrow 6) into the reactor.
  • This section is therefore a UV flow reactor with UV irradiation of the liquid layer on both sides.
  • the distance D between the two reactor walls 2, 3 can be correspondingly increased compared to the arrangement with one-sided UV irradiation in FIG. 1, without sacrificing the sterilization effect.
  • the second UV radiation source 1′ can also be switched off again, controlled by the measurement signal of the sensor 7, in order to save energy, provided that the sterilization effect is then still sufficient.
  • the wide UV radiation source 1' can also be used in order to achieve a more uniform UV intensity distribution transverse to the flow direction of the liquid layer in the reactor.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a sectional view of an embodiment of the invention with a movable wedge-shaped slide for changing the distance between the walls delimiting the liquid layer.
  • a reactor 10 is shown with a container 20 and an inlet 22 and an outlet 24 for a liquid to be sterilized. The liquid to run or run off is symbolized by corresponding arrows and dashed lines.
  • the inlet 22 is formed at one end of the container 20, the outlet 24 in a straight extension at the other end of the container 20. After the inlet 22 follows a first reactor region 12 in which the layer thickness D of the liquid flowing through can be changed.
  • the container 20 has an inclined container wall 26 (first reactor wall) and a wedge-shaped carriage 9 arranged inside the container 20 a likewise sloping carriage wall 14 (second reactor wall), parallel to the sloping container wall 26.
  • first reactor wall first reactor wall
  • second reactor wall second reactor wall
  • the liquid flowing through the first reactor area 12 flows out of the container 20 of the reactor 10 via the second reactor area 18 and finally the outlet 24 .
  • the UV irradiation of the liquid layer adapted according to the gap dimension D takes place by means of the UV-C LEDs 1 or 1 ′, which are arranged on both sides in the area of the sloping container wall 26 and the sloping carriage wall 14 .
  • the areas mentioned are designed to be transparent to UV-C radiation, at least in the immediate area of the LEDs. It is therefore a UV flow reactor with UV irradiation of the liquid layer on both sides, with the first reactor region 12 being designed as an irradiation zone.
  • a UV sensor 7 is arranged in the area of the sloping container wall 26, which measures the UV-C radiation arriving through the liquid and emitted by the LEDs 1' arranged in the area of the opposite sloping carriage wall 14.
  • the reactor 10 is preferably designed (not shown) so that the adjustment of the gap dimension D takes place automatically based on the measured values of the UV sensor 7, in which the carriage 9 is correspondingly displaced by means of a suitable controller.
  • a corresponding manual displacement of the carriage 9 is also included according to the invention.
  • a magnetic drive is that leaks in the reactor are ruled out and no corrosion of the drive system can occur.
  • Such a drive system is preferred in particular for reactors in which the liquid is irradiated from all three spatial directions, for example in the following exemplary embodiment.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a sectional view of an embodiment of the invention with a movable conical carriage 9 with a conical section 14' (conical carriage wall 14').
  • the movable conical carriage 9 serves to change the distance D between the walls 14', 26' delimiting the liquid layer of a reactor 10' which is rotationally symmetrical with respect to the axis A.
  • the wall 26' of the container 20' (container wall 26') of the reactor 10' is designed in the shape of a funnel.
  • the layer thickness of the fluid flowing through the gap and to be irradiated (again symbolized by corresponding arrows with dashed lines) can be adapted directly to any changing conditions, such as turbidity of the fluid.
  • the UV irradiation of the liquid layer adapted according to the gap dimension D takes place by means of UV-C LEDs 1, 1', which are located both in the first reactor region 12' of the funnel-shaped container wall 26' (LEDs 1) and the conical carriage wall 26 (LEDs 1' ) are arranged.
  • This is also a UV flow reactor 10' with UV irradiation of the liquid layer on both sides, with the first reactor area 12' being designed as an irradiation zone.
  • the areas mentioned, at least in the immediate area of the LEDs are designed to be transparent to UV-C radiation.
  • a UV radiation sensor 7 is provided, which detects changes in the turbidity of the fluid and transmits the measurement signals to a controller for setting the appropriate gap dimension D by moving 16 the carriage 9'. Appropriate gap dimensions D for different fluid properties, in particular degrees of turbidity, can be stored in the controller.
  • the first reactor area 12' with the funnel-shaped container wall 26' is adjoined by a second pot-shaped reactor area. rich 18 ', in which the carriage 9 with a change in the gap dimension D can move in and out of this.
  • an outlet 24 At the end of the pot-shaped reactor area 18' there is an outlet 24, through which the liquid flowing in the inlet 22, after it has flowed through the first reactor area 12' and has been irradiated there with UV radiation, again out of the container 20' of the reactor 10 ' can drain.
  • the movement of the carriage can also be carried out purely by the force of the flowing liquid.
  • the movable conical carriage 9 is suspended by means of retaining springs within the container 20' and is held in the unloaded state at a suitable operating point, for example approximately in the center of the reactor (not shown here for the sake of clarity). This means that the spring forces on the one hand and the water power on the other hand can be used to regulate the flow rate. Increasing water pressure on the inlet side 22 causes the carriage 9 to move a little in the direction of the outlet side 24, depending on the selected spring forces.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a sectional view of a variant of the exemplary embodiment from FIG.
  • a sensor 28 is provided for this purpose, which measures the turbidity and forwards the measurement signal to a control device 30 for a three-way valve 32 .
  • the bypass pipe 34 serves to bring the liquid pressure to the rear side (lee side) of the conical carriage 9', which is remote from the main flow.
  • the free end of the bypass pipe 34 is guided by means of a plain bearing 36 in a cylindrical depression 38 of the conical carriage 9'.
  • a flexible hose for example in the manner of an accordion, can also be used for the connection between the bypass pipe and the movable carriage (not shown).
  • the carriage 9' moves a little in or against the Direction of the main flow (indicated by the double arrow).
  • the gap dimension D in the slit-shaped irradiation zone 12' increases, in the second case the gap dimension D decreases.
  • the three-way valve 32 is preferably controlled as a function of the measurement signal from the turbidity sensor 28.
  • the control unit 30 is designed to control the three-way valve 32 with increasing turbidity in such a way that an increasing proportion of the liquid flows through the bypass pipe to the rear of the carriage leads and thus an increasing pressure in the bypass flow 34 builds up.
  • the conical slide 9' is pressed a little in the direction of the inlet 22 and the gap dimension D or the fluid layer thickness in the gap-shaped irradiation zone 12' is reduced.
  • pairs of values for different measured values of the degree of turbidity of a fluid and the respective associated control signals for the three-way valve 32 corresponding to suitable gap dimensions D are stored in the control unit 30 .
  • a control curve can also be provided depending on the degree of turbidity.
  • the control unit can also issue a warning signal if the measured degree of turbidity exceeds a limit value.
  • the shape of the reactors 10, 10', 10'' shown in FIGS. 3 to 5 is to be understood purely as an example. Depending on the appli cation case or specific design, other shapes can also be appropriate. For example, the essentially rotationally symmetrical reactors 10', 10'' in the exemplary embodiments according to FIGS. 3 to 5
  • the reactor 10 shown in FIG. 3 can be constructed, that is to say asymmetrically with a slide which is arranged on the bottom of the reactor and is movably mounted, for example, in a linear guide rail. Such a bearing can then at least partially replace the retaining springs 40 shown in FIG. It is then also conceivable to use encapsulated damping or restoring elements, for example in the manner of a shock absorber, which are embedded in the linear guide rail.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a section of a further exemplary embodiment of a UV flow reactor according to the invention.
  • This section is a further development of the UV flow reactor shown in FIG. 1 with one-sided UV irradiation of the liquid layer in the irradiation zone 12''.
  • a plurality of UV-C LEDs 1, which are arranged on the first reactor wall 2 are provided for the UV radiation 6 in the irradiation zone 12''.
  • the development consists essentially in the fact that the adaptation of the distance D to the irradiation zone 12'' is locally limited. In other words, the irradiation zone 12'' is an adjustable constriction for the flow fluid flow 4 designed.
  • a flat sliding wall 9'' is provided which, opposite the plurality of UV-C LEDs 1, can be at least partially pushed into or pulled out of the irradiation zone 12'' through a suitable opening in the opposite reactor wall 3, for example with the aid of a Shifting unit (not shown).
  • the displacement 16 (indicated by the double arrow) of the sliding wall 9'' takes place transversely to the direction of flow 8 of the liquid 4 flowing between the sliding wall 9'' and the opposite reactor wall 2, i.e. in the direction of the broad side of the opposite reactor wall 2.
  • this corresponds to a displacement 16 essentially perpendicular to the opposite reactor wall 2 first reactor wall 2 and thus the gap dimension D between the flow-facing end face 13 of the sliding wall 9'' and the opposite reactor wall 2.
  • the layer thickness D can be increased by the irradiation zone 12 '' Flowing liquid 4 changed, in particular adapted to different degrees of turbidity of the liquid (or generally of the fluid).
  • a turbidity sensor 7 is provided, which is arranged on the reactor wall 3 opposite the UV-C LEDs 1 .
  • the turbidity sensor 7 can also be arranged on the end face 13 of the sliding wall 9'' facing the liquid flow 8 (not shown). Under certain circumstances, this arrangement has the advantage that the signal of the turbidity sensor 7 cannot also be influenced by shadowing by the sliding wall 9''.
  • sensors for scattered or backscattered radiation can also be provided.
  • the UV-C LEDs are arranged on the front side of the sliding wall facing the liquid flow. net (not shown). This variant has the advantage over the embodiment shown in FIG. 6 that no UV-C radiation can bypass the sliding wall.
  • an additional second sliding wall is provided, which is arranged opposite to the first sliding wall and can be moved like the latter (not shown).
  • the gap size can be adjusted in a defined manner via the distance between the opposing end faces of the two sliding walls. It is particularly advantageous to move the two sliding walls symmetrically for the desired gap size. As a result, the flow symmetry of the reactor can be maintained.
  • An advantage of these embodiments with at least one sliding wall as a displaceable body compared to the cone shape previously shown in FIGS. 4 and 5 is that the number of UV-C LEDs 1 can be evenly distributed along the irradiation zone. Due to the flat geometry of the walls delimiting the irradiation zone, the mutual distance between the individual LEDs then also remains constant. In the case of the cone shape, on the other hand, the number of LEDs along the cone’s surface must also increase accordingly with the increasing circumference (seen from the cone tip) for uniform irradiation, so that the mutual distance between the individual LEDs in the circumferential direction remains constant.
  • the UV-C LEDs are finally arranged on both sides of the liquid layer on the reactor walls delimiting this liquid layer. It is therefore a UV flow reactor with UV irradiation of the liquid layer on both sides. This allows a more uniform UV intensity distribution to be achieved transversely to the flow direction of the liquid layer in the reactor.
  • a device for sterilizing a fluid flowing through it by means of UV radiation comprises a container with an inlet for receiving the fluid and with an outlet for dispensing the fluid from the container, a changeable or adjustable irradiation zone for irradiating the fluid with UV radiation being provided inside the container.
  • the irradiation zone is in the form of a gap which extends between two oppositely arranged reactor walls and through which the fluid flows.
  • the mutual distance (D) of the reactor walls, and thus also the gap dimension (D) of the gap can be changed by at least one reactor wall being designed to be movable.
  • the movable reactor wall is a wall of a displaceable body arranged inside the container or protruding into the container.
  • the distance between the reactor walls in the area of the gap-shaped irradiation zone, and thus the layer thickness (D) of those flowing through the gap Liquid an efficiency-optimized operation of the UV reactor is achieved with different scattering and absorption properties of the fluid.
  • the penetration depth of the radiation is recorded with a sensor and the gap dimension (D) is set appropriately based on the sensor signal.

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Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids mittels UV-Strahlung (UV-Reaktor) umfasst einen Behälter (20) mit einem Zulauf (22) zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Ablauf (24) zum Abgeben des Fluids aus dem Behälter (20), wobei innerhalb des Behälters (20) eine veränderbare bzw. einstellbare Bestrahlungszone (12) zum Bestrahlen des Fluids mit UV-Strahlung vorgesehen ist. Die Bestrahlungszone (12) ist als Spalt ausgebildet, der sich zwischen zwei gegenüberstehend angeordneten Reaktorwänden (14, 26) erstreckt, und durch den das Fluid strömt. Der gegenseitige Abstand (D) der Reaktorwände (14, 26), und damit auch das Spaltmaß (D) des Spalts, ist veränderbar, indem zumindest eine Reaktorwand (14) bewegbar ausgelegt ist. Beispielsweise ist die bewegbare Reaktorwand (14) eine Wand eines innerhalb des Behälters (20) angeordneten oder in den Behälter hineinragenden, verschiebbaren Körpers (9). Durch Anpassung des Abstands der Reaktorwände (14, 26) im Bereich der spaltförmigen Bestrahlungszone (12), und damit der Schichtdicke (D) der durch den Spalt durchströmenden Flüssigkeit, wird ein effizienzoptimierter Betrieb des UV-Reaktors (10) bei unterschiedlichen Streu- und Absorptionseigenschaften des Fluids erzielt. Optional wird die Eindringtiefe der Strahlung mit einem Sensor (7) erfasst und das Spaltmaß (D) anhand des Sensorsignals angepasst.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM ENTKEIMEN EINES DURCHFLIESSENDEN FLUIDS
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids, insbesondere einer durchfließenden Flüssigkeit. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter mit einem Zulauf zum Auf nehmen des Fluids und mit einem Ablauf, an dem das Fluid nach dem Durchfließen aus dem Behälter abgegeben werden kann. Au ßerdem umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl von Strahlungs quellen, vorzugsweise LEDs, die jeweils dafür ausgelegt sind, das in einem Innenraum des Behälters fließende Fluid mit Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-Strahlung, bevorzugt der UV-C Strahlung, zu bestrahlen. Solche Vorrichtungen wer den auch als UV-Reaktoren bezeichnet.
UV-Reaktoren können vielfältig eingesetzt werden, etwa zur Aufbereitung von Trinkwasser oder zur Sterilisation bzw. Ent keimung von Brauchwasser oder Betriebswasser, welches bei spielsweise in gewerblichen, landwirtschaftlichen oder haus wirtschaftlichen Anwendungen (z.B. Spülmaschinen, etc.) ein gesetzt wird. Auch andere Fluide als Wasser wie beispielswei¬ se Blut oder Milch können durch solche UV-Reaktoren entkeimt werden.
Besonders wirksam erweist sich dabei die Strahlung im Wellen längenbereich von 200 nm bis 280 nm, die gern. DIN 5031-7 auch als Ferne UV bzw. FUV-Strahlung bezeichnet wird. Hinzu kommt der sich daran anschließende Bereich von 100 nm bis 200 nm, der entsprechend als Vakuum UV bzw. VUV-Strahlung bezeichnet wird.
Die oben angegebenen Wellenlängenbereiche bis hin zu 280 nm werden in vorliegender Anmeldung als UV-C Strahlung, jene von 280 nm bis 315 nm als UV-B Strahlung sowie jene von 315 nm bis 380 nm als UV-A Strahlung zusammengefasst und überwiegend in UV-Reaktoren eingesetzt. Für die Zwecke dieser Anmeldung wird auch der Bereich von 10 nm bis 121 nm (Extremes Ultravi olett) von dem hier verwendeten Begriff UV-C Strahlung er fasst.
Für eine effiziente Entkeimung sollte dabei die Strahlendosis pro Volumeneinheit der durchströmenden Flüssigkeit eine Kon stante sein. Zumindest muss die Strahlendosis pro Volumenein heit der durchströmenden Flüssigkeit aber oberhalb eines Grenzwertes liegen, der eine bestimmungsgemäße Entkeimung der jeweiligen Volumeneinheit gewährleistet.
Die Effizienz von UV-Reaktoren zur Entkeimung von Flüssigkei ten wird von der Eindringtiefe der Strahlung in das Flüssig keitsvolumen beeinflusst. Insbesondere bei UV-C Strahlung und trüben Medien ist durch Absorption und/oder Streuung bereits nach wenigen Millimetern die eingestrahlte Lichtintensität auf wenige Prozent abgefallen, so dass keine relevante Desin fektionswirkung für bestrahlte Schichtdicken von einigen cm oder mehr erreicht werden können oder eine sehr hohe initiale optische Leistung verwendet werden müsste, um nach der Ab schwächung noch eine ausreichende Wirkung zu erzielen. Die Trübung eines Mediums kann beispielsweise verursacht werden durch streuende oder absorbierende Partikel. Diese können or ganischen oder anorganischen Ursprungs sein. Beispiele wären Schmutzpartikel, Mikroorganismen, Algen oder Schwebteilchen, Kalkteilchen oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Trübung auch durch Emulsionen oder Mischung mit an deren Flüssigkeiten (z.B. mit Kolloid-Bestandteilen) hervor gerufen werden.
Um die Bedingung konstanter Dosis über das Gesamtvolumen zu gewährleisten bedarf es daher besonderer Vorkehrungen. Insbe sondere dann, wenn sich die Eindringtiefe der Strahlung im Laufe der Zeit verändert.
Durch geeignete Erhöhung der Strahlungsleistung über einen kritischen Schwellwerte hinaus, beispielsweise um mehr als einen Faktor 104, kann im Prinzip in allen zu desinfizieren den Bereichen der Flüssigkeit eine ausreichende Strahlungs leistung zur Reduktion der fortpflanzungsfähigen Keime er reicht werden. Viele Entkeimungszellen setzten in der Vergan genheit auf UVC-Lampenquellen, insbesondere Gasentladungslam pen. Eine massive Überdosierung der erforderlichen Strahlung ist hier möglich, da die Kosten der Quellen pro Watt Strah lungsleistung gering sind und die Strahlungsquellen prinzipi ell in der Lage sind große Strahlungsmengen abzugeben (mehre re hundert bis mehrere tausend Watt je nach Lampenart). Im einfachsten Fall kann bei der Auslegung des Entkeimungssys tems der „schlimmste Fall" (trübste mögliche Flüssigkeit) an genommen werden und der Reaktor und die Strahlungsquelle auf diesen Fall ausgelegt werden. Dieser Lösungsansatz führt je doch zu einer starken Reduktion der Energieeffizienz des Sys tems aufgrund von UV-Überdosierungen in einem Großteil des bestrahlten Bereiches. Bei LED-basierten Applikationen ist dieser Lösungsansatz aufgrund der deutlich geringen maximalen UV-Strahlungsmengen und der hohen Kosten aktueller UV-LEDs, insbesondere UV-C-LED, kein gangbarer Weg.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids derart weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere soll die Entkeimungswirkung auch bei sich ändernder Eindringtiefe, beispielsweise aufgrund sich ändernder Streu- und Absorptionseigenschaften der zu entkei menden Flüssigkeit, möglichst effizient gewährleistet werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids mit den Merkmalen von Patentan spruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ausgangspunkt ist eine Vorrichtung zum Entkeimen eines durch fließenden Fluids mittels UV-Strahlung, die einen Behälter umfasst mit einem Zulauf zum Aufnehmen des Fluids und mit ei nem Ablauf, an dem das Fluid nach dem Durchfließen aus dem Behälter abgegeben werden kann. Im Kern handelt es sich hier folglich um einen Durchflussreaktor. Gleichwohl schließt die Erfindung ein im Behälter stehendes Fluid mit ein, das vorher eingelassen, mittels UV-Strahlung entkeimt und später ausge lassen wird. Im Folgenden wird der Behälter der Vorrichtung, d.h. des UV-Reaktors, gelegentlich auch als Reaktorkammer be zeichnet .
Außerdem kann eine Sensorvorrichtung vorgesehen sein, die die Eindringtiefe der Strahlung sensorisch erfasst, z.B. mittels Trübungssensor, und die Reaktorkammerdimensionen anpasst, so dass auch bei zunehmender Trübung eine ausreichende Entkei mungsleistung gewährleistet wird. Außerdem kann auch die Durchflussgeschwindigkeit angepasst bzw. nachgeregelt werden. Eine zu grobe Überdosierung oder eine zu geringe Dosierung der Strahlung kann so verhindert werden.
Die Durchflussgeschwindigkeit kann durch Steuerung des Drucks eingestellt werden, z. B. über ein steuerbares Ventil oder der Leistungsaufnahme einer Pumpe, die das Fluid durch den UV-Reaktor pumpt. Die Steuerung kann beispielsweise abhängig vom Messergebnis eines Trübungssensors erfolgen.
Das Anpassen der Reaktorkammerdimensionen kann beispielsweise so erfolgen, dass die Schichtdicke der an den Strahlungsquel len vorbeiströmenden Flüssigkeit durch Verändern des Abstands zwischen den diese Bestrahlungszone begrenzenden Reaktorwän den angepasst wird, beispielsweise mit Hilfe einer Verschie beeinheit. Bei hoher Extinktion, d.h. geringer Eindringtiefe der Strahlung, wird der Abstand zwischen den Reaktorwänden und folglich die Schichtdicke des Fluids in der Bestrahlungs zone passend verringert. Umgekehrt kann bei geringer Extink tion, d.h. größerer Eindringtiefe der Strahlung, der Abstand zwischen den Reaktorwänden und folglich die Schichtdicke des Fluids passend vergrößert werden. Darüber hinaus kann die Durchflussgeschwindigkeit entsprechend angepasst werden, um im gesamten Volumen der Bestrahlungszone die gewünschte Be strahlungsdosis zu erzielen. Das kann beispielsweise durch das Nachregeln des Volumenstromes oder des Drucks im Zulauf des Reaktors erfolgen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die veränderbare Bestrahlungszone durch eine Wand des Reaktorbe hälters (erste Reaktorwand) und eine Wand eines verschiebba ren Körpers (zweite Reaktorwand) - im Folgenden wird der ver schiebbare Körper der Einfachheit halber auch als Schlitten bezeichnet - gebildet. Dabei ist der verschiebbare Körper (Schlitten) innerhalb des Reaktorbehälters so angeordnet, dass sich die Wand des Schlittens (Schlittenwand) und die Wand des Behälters (Behälterwand) einander gegenüberstehen. Die Formen der Behälterwand und der Schlittenwand sind dabei innerhalb der Bestrahlungszone vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass dazwischen, zumindest abschnittsweise, ein möglichst gleichmäßiger Spalt für das hindurch strömende Flu id gebildet ist, also ein Spalt mit einem einheitlichen, gleichbleibendem Spaltmaß. Bei einem gleichmäßigen Spalt kann innerhalb der Bestrahlungszone bei gleichmäßiger Bestrahlung eine gleichmäßige Entkeimungswirkung des durchströmenden Flu ids erzielt werden. Alternativ kann mit einer entsprechend lokal angepassten Strahlungsleistung auch bei einem nicht gleichmäßigen Spalt eine gleichmäßige Entkeimungswirkung er zielt werden.
Die den Spalt bzw. die Bestrahlungszone bildenden Wände kön nen beispielsweise beide eben sein oder auch räumlich ge krümmt, wobei im letzteren Fall die Krümmungen beider Wände vorzugsweise gegengleich sind, damit ein passend räumlich ge krümmter, möglichst gleichmäßiger Spalt entsteht. Für weitere Details hierzu wird auf die bevorzugten Ausführungen der Er findung weiter unten verwiesen.
Durch Verschieben des Schlittens lässt sich das Spaltmaß, d.h. der Abstand zwischen der Behälterwand und der Schlitten wand, geeignet einstellen und bei Bedarf ändern. Außerdem sind die Behälterwand, die Schlittenwand und die Verschiebe einheit vorzugsweise so ausgelegt, dass sich innerhalb der gesamten spaltförmigen Bestrahlungszone das Spaltmaß gleich mäßig ändert.
Der Schlitten kann mechanisch mit der Verschiebeeinheit ver bunden sein, beispielsweise direkt auf der Verschiebeeinheit angeordnet sein. Die Verschiebeeinheit kann beispielsweise eine am Boden innerhalb des Reaktors angeordnete Linearfüh rungsschiene sein, in der der Schlitten beweglich gehaltert ist. Die Koppelung zwischen Schlitten und Verschiebeeinheit kann auch anderweitig erfolgen, beispielsweise magnetisch durch die Wand des Reaktorbehälters hindurch.
Vorteilhafterweise kann die Bewegung des Schlittens auch rein durch die Kraft der strömenden Flüssigkeit ausgeführt werden. Dazu wird Flüssigkeit über einen regelbaren Bypass auf die dem Zulauf abgewandte Rückseite des Schlittens (Lee-Seite) geführt. Steigender Flüssigkeitsdruck im Bypass verschiebt den Schlitten entsprechend ein Stück entgegen dem vom Zulauf direkt kommenden Hauptstrom der Flüssigkeit. Für die Rück stellkräfte bei sinkendem Flüssigkeitsdruck sind Rückhaltefe dern, Dämpfungs- bzw. Rückstellelemente oder ähnliches vorge sehen, an denen der Schlitten im Behälter federnd aufgehängt ist. Damit das Verschieben des Schlittens durch den jeweili gen Flüssigkeitsdruck im Hauptstrom bzw. Bypass eine passende Änderung des Spaltmaßes bewirkt, wird der Schlitten durch die Rückhaltefedern im unbelasteten Zustand in einem geeigneten Arbeitspunkt, beispielsweise in etwa mittig im Reaktor, geh altert. Für weitere Details hierzu wird auf die Ausführungs beispiele verwiesen.
In alternativen erfindungsgemäßen Ausführungen der veränder baren Bestrahlungszone ist mindestens ein durch die Behälter wand hindurch verschiebbarer Körper vorgesehen, durch den ei ne einstellbare Verengung für die Fluidströmung ausgebildet ist. Im einfachsten Fall handelt es sich bei diesem ver schiebbaren Körper um eine Schiebewand, die dazu ausgelegt ist, dass sie im Bereich der Bestrahlungszone in der Art ei nes Schiebers in den Behälter hineingeschoben bzw. herausge- zogen werden kann. Dabei wird der Spalt der veränderbaren Be strahlungszone zwischen der Stirnseite der Schiebewand, die sich innerhalb des Behälters befindet, und der gegenüberlie genden Behälterwand gebildet. Das Spaltmaß wird durch die entsprechende Verschiebung der Schiebewand gegenüber der Be hälterwand geeignet eingestellt.
Für die Bestrahlungszone können die UV-Strahlungsquellen nur auf der Seite der Behälterwand angeordnet sein. In diesem Fall hat die Schiebewand nur eine mechanische Funktion und kann relativ einfach ausgeführt sein, beispielsweise auch massiv. Alternativ können die UV-Strahlungsquellen auf oder hinter der Stirnseite der Schiebewand angeordnet oder in die se integriert sein. Das hat gegenüber dem ersten Fall den Vorteil, dass keine Strahlung an der Schiebewand vorbei strahlt, die Bestrahlungszone und deren Spaltmaß also klarer definiert sind.
In einer Weiterbildung sind zwei sich mit ihren Stirnseiten gegenüberstehende Schiebewände vorgesehen. Besonders vorteil haft können die beiden Schiebewände beidseitig des Behälters jeweils in gleichem Maße verschoben werden, um die Symmetrie des Reaktors zu gewährleisten.
Bei diesen Ausführungsformen lassen sich mit einer Schiebe wand (asymmetrische Variante) oder mit zwei entgegengesetzten Schiebewänden (symmetrische Variante) relativ einfach ein stellbare Engstellen für die Flüssigkeitsströmung realisie ren. Sie eignen sich deshalb besonders gut für in Strömungs richtung relativ kurze Bestrahlungszonen, beispielsweise von einigen Millimetern bis wenigen Zentimetern.
In der Sensorvorrichtung kann ein Sensor vorgesehen sein, der die Strahlung, die die Reaktorkammer in der Bestrahlungszone durchdringt, misst. Alternativ oder ergänzend kann auch eine zusätzliche Hilfsstrahlungsquelle außerhalb Bestrahlungszone mit zugeordnetem Strahlungssensors vorgesehen sein. Jeden falls ist der Messwert des Strahlungssensors ein Maß für die Trübung und kann dann zur Steuerung der Reaktorkammerdimensi onen für eine geeignete Schichtdicke der an den Strahlungs quellen vorbeiströmenden Flüssigkeit dienen. Dazu kann bei spielsweise das Messsignal des Sensors an die Steuerung der Verschiebeeinheit geführt werden.
Als UV-Strahlungsquellen sind Halbleiter-UV- Strahlungsquellen, insbesondere UVC-LEDs bevorzugt, da sie gegenüber konventionellen UV-Lichtquellen wie Quecksilber dampfentladungslampen etliche Vorteile haben, beispielsweise Quecksilberfreiheit, geringer Bauraum, guter Ansteuerbarkeit und schnelle SchaltZeiten, mechanische Stabilität und lange Lebensdauer, etc.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die UV- Strahlungsquellen, beispielsweise UV-C LEDs, und die Sensor vorrichtung jeweils im Bereich zweier gegenüberliegender Re aktorwände, zwischen denen die Flüssigkeit strömt, angeord net. Dazu sind die Reaktorwände, zumindest im Bereich der LEDs und gegebenenfalls des Strahlungssensors, für die UV-C Strahlung transparent ausgeführt. Beispielsweise können die Reaktorwände auch mit UV-C transparenten Fenstern versehen sein, durch die hindurch die LEDs die UV-C Strahlung in das Innere der Reaktorkammer hinein strahlen. Das Messsignal des Strahlungssensors ist dann ein Maß für die Extinktion der UV- Strahlung nach Passieren der Strecke zwischen den beiden Re aktorwänden. Abhängig von diesem Messwert kann dann der Ab stand zwischen den beiden Reaktorwände angepasst werden, um die gewünschte Entkeimungswirkung zu erzielen. Vorzugsweise erfolgt diese Anpassung des Abstands automatisch auf der Ba sis des Sensormesswerts.
Für eine gewünschte minimale UVC-Strahlungsdosis (Dosis = In tensität / Zeit) kann der Flüssigkeitsstrom angepasst werden, beispielsweise über ein regelbares Ventil, mit welchem die pro Zeiteinheit durch den Reaktor fließende Flüssigkeitsmenge geregelt werden kann. Zur Steuerung des Ventils können das Messsignal aus dem Sensor und/oder die durch die Verschie- beinheit eingestellte Position der Reaktorwände verwendet werden.
Misst der UVC-Sensor beispielsweise eine Intensität von 1000 W/m2, so ist über die bekannten geometrischen und optischen Eigenschaften des UVC-Reaktors auch die minimale durch schnittliche Bestrahlungsintensität eines Volumenelements auf möglichen Trajektorien durch den Reaktor bekannt, z. B. durch Simulationen oder Messungen der Entkeimungsleistung. Mit die ser Information kann dann für eine gewünschte Dosis, z. B.
400 J/m2, eine bestimmte Flussgeschwindigkeit oder ein be stimmter Volumenstrom eingestellt werden.
In einer Weiterbildung sind die UV-Strahlungsquellen in der Bestrahlungszone nicht nur einseitig, sondern im Bereich bei der gegenüberliegender Reaktorwände, zwischen denen die Flüs sigkeit strömt, angeordnet, so dass ein Teil der UV- Strahlungsquellen in Gegenrichtung des anderen Teils der UV- Strahlungsquellen strahlt. Dadurch kann bei Absorption und Streuung der Flüssigkeit einerseits eine gleichmäßigere In tensitätsverteilung in der Bestrahlungszone des Reaktors er reicht werden. Andererseits kann auch der Abstand der beiden Reaktorwände entsprechend vergrößert werden, ohne Einbuße der Entkeimungswirkung .
Die UV-Strahlungsquellen im Bereich der gegenüberliegenden anderen Reaktorwand können auch stromabwärts leicht versetzt angeordnet sein. Dann kann die Sensorvorrichtung weiterhin direkt gegenüber den UV-Strahlungsquellen der einen Reaktor wand angeordnet sein und die Extinktion der von diesen UV- Strahlungsquellen emittierten Strahlung messen. Diese Anord nung ermöglicht es zudem, die stromabwärts versetzt auf der anderen Seite angeordneten UV-Strahlungsquellen nur bei ent sprechend hoher Extinktion, also entsprechendem Messsignal von der Sensorvorrichtung, hinzuzuschalten.
Durch die beschriebene Anpassung des Abstands der Wände der Reaktorkammer im Bereich der spaltförmigen Bestrahlungszone, und damit der Schichtdicke der durch den Spalt zwischen den Wänden durchströmenden Flüssigkeit, wird ein effizienzopti mierter Betrieb des UV-Reaktors bei unterschiedlichen Streu- und Absorptionseigenschaften der Flüssigkeit erzielt.
Selbstverständlich können mehrere erfindungsgemäße Vorrich tungen bzw. UV-Reaktoren parallel oder seriell angeordnet sein, um größere Fluidmengen durch entsprechendes Aufteilen gleichzeitig bestrahlen zu können bzw. den Entkeimungsgrad stufenweise zu verbessern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines UV-Durchflussreaktors mit einseitiger UV-Bestrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines UV-Durchflussreaktors mit beidseitiger UV-Bestrahlung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht ei nes Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem be weglichen keilförmigen Schlitten;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht ei nes Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem be weglichen kegelförmigen Schlitten;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht ei nes weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem beweglichen kegelförmigen Schlitten;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen UV-Durchflussreaktors mit einer Schiebewand. ll
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
Gleiche oder gleichartige Merkmale können im Folgenden der Einfachheit halber auch mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines UV-Durchflussreaktors zur Veranschaulichung des Grund gedankens der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausschnitt handelt sich um einen UV-Durchflussreaktors mit einseitiger UV-Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht. Eine UV- Strahlungsquelle 1, die vorzugsweise eine Mehrzahl UV-C-LEDs umfasst, strahlt in eine Reaktorkammer (nur ein Ausschnitt dargestellt) ein. Dabei dringt die Strahlung 6 durch eine für UV-Strahlung durchlässige erste Reaktorwand 2 in die Reaktor kammer ein und durchquert letztere bis zur im Abstand D ge genüberliegenden Reaktorwand 3. Zwischen den Reaktorwänden 2, 3 strömt eine Flüssigkeit 4, deren Strömungsrichtung durch den Pfeil 8 symbolisiert ist. Dadurch wird die Strahlung 6 quer zur Strömungsschicht im Reaktor abgeschwächt. Mögliche Ursachen sind Absorption und Streuung durch die Flüssigkeit 4. An der gegenüberliegenden zweiten Reaktorwand 3 ist ein Sensor 7, beispielsweise eine SiC (Siliciumcarbid) -UV- Photodiode angeordnet, der die dort ankommende Strahlung 6 misst. Bei hoher Extinktion ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Abstand zwischen den Reaktorwänden 2 und 3 und folglich die Schichtdicke D der Flüssigkeit 4 soweit zu verringern bis die mit dem Sensor 7 gemessene Strahlungsleistung eine aus reichende Entkeimung der Flüssigkeit 4 gewährleistet. Zu die sem Zweck ist beispielsweise die zweite Reaktorwand 3 ver schiebbar ausgelegt und zwar in Richtung der gegenüber ange ordneten ersten Reaktorwand 2. Die Verschiebbarkeit der zwei ten Reaktorwand 3 ist durch den Doppelpfeil 16 angedeutet.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Flüssigkeits strom anpassbar ist, beispielsweise über ein regelbares Ven til oder eine einstellbare Pumpe (in Fig. 1 nicht darge stellt), mit welchem bzw. mit welcher die pro Zeiteinheit durch den Reaktor fließende Flüssigkeitsmenge geregelt werden kann.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Weiterbildung der Konzeptdar stellung von Fig. 1, wobei hier eine zweite UV- Strahlungsquelle 1' durch die zweite Reaktorwand 3 hindurch in Gegenrichtung (angedeutet durch die Pfeile 6) in den Reak tor strahlt. Es handelt sich also bei diesem Ausschnitt um einen UV-Durchflussreaktors mit beidseitiger UV-Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht. Dadurch kann, wie dargestellt, bei gleichem Trübungsgrad der Abstand D der beiden Reaktorwände 2, 3 gegenüber der Anordnung mit einseitiger UV-Bestrahlung in Fig. 1 entsprechend vergrößert werden, ohne Einbuße der Entkeimungswirkung. Bei sich verringernder Trübung kann die zweite UV-Strahlungsquelle 1' gesteuert vom Messsignal des Sensors 7 auch wieder abgeschaltet werden, um Energie zu spa ren sofern die Entkeimungswirkung dann noch ausreichend ist. Alternativ kann die weite UV-Strahlungsquelle 1' auch genutzt werden, um eine gleichmäßigere UV-Intensitätsverteilung quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeitsschicht im Reaktor zu erreichen .
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittan sicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem be weglichen keilförmigen Schlitten zur Abstandsänderung der die Flüssigkeitsschicht begrenzenden Wände. Dargestellt ist ein Reaktor 10 mit einem Behälter 20 und einem Zulauf 22 sowie einem Ablauf 24 für eine zu entkeimende Flüssigkeit. Die zu laufende bzw. ablaufende Flüssigkeit ist durch entsprechende Pfeile und gestrichelte Linien symbolisiert. Der Zulauf 22 ist an einem Ende des Behälters 20 angeformt, der Ablauf 24 in geradliniger Verlängerung am anderen Ende des Behälters 20. Nach dem Zulauf 22 folgt ein erster Reaktorbereich 12, in dem die Schichtdicke D der hindurchströmenden Flüssigkeit veränderbar ist. Dazu weist der Behälter 20 eine schräge Be hälterwand 26 auf (erste Reaktorwand) sowie einen im Inneren des Behälters 20 angeordneten keilförmigen Schlitten 9 mit einer ebenfalls schrägen Schlittenwand 14 (zweite Reaktor wand), parallel zur schrägen Behälterwand 26. Durch hin und her Verschieben des keilförmigen Schlittens 9 in der Richtung bzw. Gegenrichtung von Zu- und Ablauf 22, 24, symbolisiert durch den Doppelpfeil 16, vergrößert bzw. verkleinert sich das Spaltmaß D zwischen den beiden schrägen Wänden 14 und 26 und damit die Schichtdicke der dazwischen hindurchströmenden Flüssigkeit. Um das Verschieben des Schlittens 9 zwischen dem vorgesehenen minimalen und maximalen Spaltmaß D zu ermögli chen, ist ein zweiter Reaktorbereich 18 vorgesehen, in den der Schlitten 9 gegebenenfalls hinein- bzw. hinausgeschoben werden kann. Die durch den ersten Reaktorbereich 12 strömende Flüssigkeit fließt über den zweiten Reaktorbereich 18 und schließlich den Ablauf 24 aus dem Behälter 20 des Reaktors 10 ab. Die UV-Bestrahlung der gemäß des Spaltmaßes D angepassten Flüssigkeitsschicht erfolgt mittels der UV-C LEDs 1 bzw. 1', die beidseits im Bereich der schrägen Behälterwand 26 und der schrägen Schlittenwand 14 angeordnet sind. Dazu sind die ge nannten Bereiche, zumindest im unmittelbaren Bereich der LEDs, für die UV-C Strahlung transparent ausgeführt. Es han delt sich also um einen UV-Durchflussreaktors mit beidseiti ger UV-Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht, wobei der erste Reaktorbereich 12 als Bestrahlungszone ausgelegt ist.
Außerdem ist im Bereich der schrägen Behälterwand 26 ein UV- Sensor 7 angeordnet, der die durch die Flüssigkeit hindurch ankommende UV-C-Strahlung misst, die von den im Bereich der gegenüberliegenden schrägen Schlittenwand 14 angeordneten LEDs 1' emittiert wird. Bevorzugt ist der Reaktor 10 dazu ausgelegt (nicht dargestellt), dass die Anpassung des Spalt maßes D automatisch anhand der Messwerte des UV-Sensors 7 er folgt, in dem der Schlitten 9 mittels geeigneter Steuerung entsprechend verschoben wird. Gleichwohl ist auch eine ent sprechende manuelle Verschiebung des Schlittens 9 erfindungs gemäß eingeschlossen.
Der Schlitten kann mittels einer Verschiebeeinheit, bei spielsweise über im Stand der Technik prinzipiell bekannte Linearpositionierungssysteme mechanisch bewegt werden, zum Beispiel über eine Gewindeschnecke oder eine Zahnstange, wel che über einen Elektromotor bewegt werden (nicht darge stellt) . Alternativ sind auch Piezo-Aktoren einsetzbar, bei spielsweise in sogenannten Stick-Slip-Antrieben. Der Reaktor besteht dann vorzugsweise aus einem metallischen Gehäuse, an dem der Schlitten montierbar ist und hat ein UV-transparentes Fenster zur Einkopplung der UV-Strahlung. Die Materialien des Antriebssystems sollten dabei so gewählt sein, dass eine Kor rosion durch geringe Mengen möglicherweise eindringenden Was sers vermieden wird. Auch eine magnetische Kraft durch die Reaktorwand hindurch kann realisiert werden. Dabei kann ein Magnet fest in den Schlitten verbaut werden, der von einem beweglichen Magneten außerhalb des Reaktors mitgenommen wird. Vorteil eines magnetischen Antriebs ist, dass Undichtigkeiten des Reaktors ausgeschlossen werden und keine Korrosion des Antriebssystems auftreten kann. Bevorzugt ist solch ein An triebssystem insbesondere bei Reaktoren, bei denen die Flüs sigkeit aus allen drei Raumrichtungen bestrahlt wird, bei spielsweise beim nachfolgenden Ausführungsbeispiel.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittan sicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem be weglichen kegelförmigen Schlitten 9 mit einem konusförmigen Abschnitt 14' (konusförmige Schlittenwand 14'). Der bewegli che kegelförmige Schlitten 9 dient zur Änderung des Abstands D der die Flüssigkeitsschicht begrenzenden Wände 14', 26' ei nes bezüglich der Achse A rotationssymmetrischen Reaktors 10'. Dazu ist in einem ersten Bereich 12' des Reaktors 10', der Bestrahlungszone, die Wand 26' des Behälters 20' (Behäl terwand 26') des Reaktors 10' trichterförmig ausgebildet. Da bei sind die Trichterform der Behälterwand 26' und die Konus oder Kegelform der Schlittenwand 14' (konus- oder kegelförmi ge Abschnitt des Schlittens 9') so aufeinander abgestimmt, dass sich im ersten Reaktorbereich 12' ein umlaufender Spalt zwischen der trichterförmigen Behälterwand 26' und der gegen überliegenden konusförmigen Schlittenwand 14' ergibt. Dieser Spalt dient als Bestrahlungszone. Durch axiales Verschieben (symbolisiert durch den Doppelpfeil 16) des kegelförmigen Schlittens 9 entlang der Rotationsachse A lassen sich ver schiedene Spaltmaße D zwischen der trichterförmigen Behälter wand 26' und der konusförmigen Schlittenwand 14' einstellen.
Mit Hilfe des auf diese Weise einstellbaren Spaltmaßes D lässt sich direkt die Schichtdicke des durch den Spalt strö menden und zu bestrahlenden Fluids (wiederum durch entspre chende Pfeile mit gestrichelten Linien symbolisiert) auf sich gegebenenfalls ändernde Bedingungen, beispielsweise Trübung des Fluids, anpassen. Dadurch ist es bei unterschiedlichen Bedingungen weitgehend möglich, ein optimales Spaltmaß im Hinblick auf möglichst hohe Durchflussmenge (größeres Spalt maß) und ausreichende Effizienz der Entkeimung, d.h. Ein dringtiefe der Strahlung in das Fluid (kleineres Spaltmaß), einzustellen .
Die UV-Bestrahlung der gemäß des Spaltmaßes D angepassten Flüssigkeitsschicht erfolgt mittels UV-C LEDs 1, 1', die so wohl im ersten Reaktorbereich 12' der trichterförmigen Behäl terwand 26' (LEDs 1) als auch der kegelförmigen Schlittenwand 26 (LEDs 1') angeordnet sind. Es handelt sich also auch hier um einen UV-Durchflussreaktor 10' mit beidseitiger UV- Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht, wobei der erste Reaktor bereich 12' als Bestrahlungszone ausgelegt ist. Dazu sind die genannten Bereiche, zumindest im unmittelbaren Bereich der LEDs, für die UV-C Strahlung transparent ausgeführt.
Außerdem ist ein UV-Strahlungssensor 7 vorgesehen, der Ände rungen der Trübung des Fluids erfasst und die Messsignale an eine Steuerung weitergibt für die Einstellung des geeigneten Spaltmaßes D durch Verschieben 16 des Schlittens 9'. In der Steuerung können entsprechende Spaltmaße D für verschiedene Fluideigenschaften, insbesondere Trübungsgrade, hinterlegt sein.
Dem ersten Reaktorbereich 12' mit der trichterförmigen Behäl terwand 26' schließt sich ein zweiter topfförmiger Reaktorbe- reich 18' an, in den sich der Schlitten 9 bei einer Verände rung des Spaltmaßes D hinein- bzw. aus diesem hinausbewegen kann. Am Ende des topfförmigen Reaktorbereichs 18' ist ein Ablauf 24 vorgesehen, durch den die im Zulauf 22 einfließende Flüssigkeit, nachdem sie durch den ersten Reaktorbereich 12' hindurchgeströmt und dort mit UV-Strahlung bestrahlt worden ist, wieder aus dem Behälter 20' des Reaktors 10' abfließen kann.
Vorteilhafterweise kann die Bewegung des Schlittens auch rein durch die Kraft der strömenden Flüssigkeit ausgeführt werden. In diesem Fall sind keine der oben genannten Antriebssysteme notwendig und es besteht dann auch keine Gefahr einer Undich tigkeit des Reaktors oder einer Korrosion von Antriebsbautei len. Dazu ist der bewegliche kegelförmige Schlitten 9 mit tels Rückhaltefedern innerhalb des Behälters 20' aufgehängt und im unbelasteten Zustand in einem geeigneten Arbeitspunkt beispielsweise in etwa mittig im Reaktor gehaltert (hier der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt). Damit können die Federkräfte einerseits und die Wasserkraft andererseits zur Regelung der Durchflussgeschwindigkeit genutzt werden. Ein zunehmender Wasserdruck auf der Zulaufseite 22 bewirkt, dass sich der Schlitten 9 abhängig von den gewählten Federkräf ten - ein Stück in Richtung Ablaufseite 24 bewegt. Dadurch verringern sich der Wasserdruck und damit die Durchflussge schwindigkeit in der spaltförmigen Bestrahlungszone 12'. Wenn der Wasserdruck auf der Zulaufseite 22 wieder abnimmt, bewegt sich der Schlitten 9 aufgrund der Federkräfte wieder ein Stück in Richtung Zulaufseite 22 und wirkt einem Absinken der Durchflussgeschwindigkeit in der spaltförmigen Bestrahlungs zone 12' entgegen. Sobald also eine Flüssigkeit in den Reak tor strömt, wird der Schlitten vom Zufluss wegbewegt und sorgt für eine Anpassung des Flüssigkeitsdrucks und damit der Durchflussgeschwindigkeit. Über den Trübungssensor 7 und ein ansteuerbares Ventil (nicht dargestellt) lässt sich dann wie derum über die Einstellung des Flüssigkeitsdruckes die Posi tionierung des Schlittens 9' einstellen. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittan sicht einer Variante des Ausführungsbeispiels von Fig. 4, bei der auch eine Trübungsänderung ausgeregelt werden kann. Dazu ist ein Sensor 28 vorgesehen, der die Trübung misst und das Messsignal an ein Steuergerät 30 für ein Dreiwege-Ventil 32 weitergibt. Mit Hilfe des Dreiwege-Ventils 32 kann ein Teil des vom Zulauf kommenden Flüssigkeitsstroms in ein Bypass- Rohr 34 abgezweigt werden. Das Bypass-Rohr 34 dient dazu, den Flüssigkeitsdruck an die bezüglich des Hauptstroms strömungs- abgewandte Rückseite (Lee-Seite) des kegelförmigen Schlittens 9' zu bringen. Dazu ist das freie Ende des Bypass-Rohrs 34 mittels eines Gleitlagers 36 in eine zylindrische Vertiefung 38 des kegelförmigen Schlittens 9' geführt. Alternativ kann auch ein flexibler Schlauch, beispielsweise nach Art einer Ziehharmonika, für die Verbindung zwischen Bypass-Rohr und beweglichem Schlitten verwendet werden (nicht dargestellt).
Darüber hinaus ist der kegelförmige Schlitten 9' - wie in der Beschreibung zu Fig. 4 bereits erwähnt, dort aber nicht dar gestellt - mittels Rückhaltefedern 40 innerhalb des Behälters 20' federnd aufgehängt. Abhängig vom Verhältnis der mit Hilfe des Dreiwege-Ventils 32 eingestellten Wasserdrücke in der spaltförmigen Bestrahlungszone 12' (Hauptstrom) bzw. in der Vertiefung 38 des Schlittens 9' (Bypass-Strom 34) bewegt sich der Schlittens 9' ein Stück in oder entgegen der Richtung der Hauptströmung (angedeutet durch den Doppelpfeil). Im ersten Fall vergrößert sich das Spaltmaß D in der spaltförmigen Be strahlungszone 12', im zweiten Fall verkleinert sich das Spaltmaß D.
Vorzugsweise erfolgt die Steuerung des Dreiwege-Ventils 32 in Abhängigkeit von dem Messsignal des Trübungssensors 28. Dazu ist das Steuergerät 30 ausgelegt das Dreiwege-Ventil 32 bei zunehmender Trübung so anzusteuern, dass es einen zunehmenden Teil der Flüssigkeit über das Bypass-Rohr auf die Rückseite des Schlittens führt und damit einem zunehmenden Druck im By pass-Strom 34 aufbaut. Dadurch wird der kegelförmige Schlit ten 9' ein Stück in Richtung des Zulaufs 22 gedrückt und da- bei das Spaltmaß D bzw. die Fluidschichtdicke in der spalt förmigen Bestrahlungszone 12' verringert. Dazu sind im Steu ergerät 30 beispielsweise Wertepaare für verschiedene Mess werte des Trübungsgrads eines Fluids und die jeweils zugehö rigen Steuersignale für das Dreiwege-Ventil 32 entsprechend geeigneter Spaltmaße D hinterlegt. Alternativ kann auch eine Steuerkurve in Abhängigkeit vom Trübungsgrad vorgesehen sein. Außerdem kann auch ein Warnsignal durch das Steuergerät aus gegeben werden, wenn der gemessene Trübungsgrad einen Grenz wert übersteigt.
Die in den Figuren 3 bis 5 gezeigte Form der Reaktoren 10, 10', 10'' ist rein exemplarisch zu verstehen. Je nach Anwen dungsfall oder konkreter Ausgestaltung können auch andere Formen zweckmäßig sein. Beispielsweise können die in den Aus führungsbeispielen gemäß Fig. 4 und 5 im Wesentlichen rotati onssymmetrischen Reaktoren 10', 10'' auch nach Art des in
Fig. 3 gezeigten Reaktors 10 aufgebaut sein, also asymmet risch mit einem am Boden des Reaktors angeordneten Schlitten, der beispielsweise in einer Linearführungsschiene beweglich gehaltert wird. Eine solche Lagerung kann dann die in Fig. 5 gezeigten Ruckhaltefedern 40 zumindest teilweise ersetzen. Denkbar ist dann auch der Einsatz von gekapselten Dämpfungs- bzw. Rückstellelementen, beispielsweise nach Art eines Stoß dämpfers, die in der Linearführungsschiene eingebettet sind.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen UV-Durchflussreaktors . Bei diesem Ausschnitt handelt sich um eine Weiterbildung des in Fig. 1 dargestellten UV- Durchflussreaktors mit einseitiger UV-Bestrahlung der Flüs sigkeitsschicht in der Bestrahlungszone 12''. Für die UV- Strahlung 6 in der Bestrahlungszone 12'' sind eine Mehrzahl UV-C-LEDs 1 vorgesehen, die auf der ersten Reaktorwand 2 an geordnet sind. Die Weiterbildung besteht im Wesentlichen da rin, dass die Anpassung des Abstands D auf die Bestrahlungs zone 12'' lokal begrenzt ist. Mit anderen Worten ist die Be strahlungszone 12'' als einstellbare Engstelle für die Flüs- sigkeitsströmung 4 ausgelegt. Dazu ist eine ebene Schiebewand 9 '' vorgesehen, die gegenüber der Mehrzahl UV-C-LEDs 1 durch eine geeignete Öffnung der gegenüberliegenden Reaktorwand 3 hindurch zumindest teilweise in die Bestrahlungszone 12'' hineingeschoben bzw. aus dieser herausgezogen werden kann, beispielsweise mit Hilfe einer Verschiebeeinheit (nicht dar gestellt) . Dabei erfolgt das Verschieben 16 (angedeutet durch den Doppelpfeil) der Schiebewand 9'' quer zur Strömungsrich tung 8 der zwischen Schiebewand 9'' und gegenüberliegenden Reaktorwand 2 strömenden Flüssigkeit 4, also in Richtung auf die Breitseite der gegenüberliegenden Reaktorwand 2 zu. In der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform entspricht dies einer Verschiebung 16 im Wesentlichen senkrecht zur gegenüberlie genden Reaktorwand 2. Auf diese Weise wird durch das Ver schieben 16 der Schiebewand 9'' der (kürzeste) Abstand zwi schen der Schiebewand 9'' und der ersten Reaktorwand 2 einge stellt und damit das Spaltmaß D zwischen der strömungszuge- wandten Stirnseite 13 der Schiebewand 9'' und der gegenüber liegenden Reaktorwand 2. Mit anderen Worten kann durch Ver schieben 16 der Schiebewand 9'' die Schichtdicke D der durch die Bestrahlungszone 12'' hindurchströmenden Flüssigkeit 4 verändert, insbesondere an unterschiedliche Trübungsgrade der Flüssigkeit (bzw. allgemein des Fluids) angepasst werden.
Zur Messung des Trübungsgrads ist ein Trübungssensor 7 vorge sehen, der an der den UV-C-LEDs 1 gegenüberliegenden Reaktor wand 3 angeordnet ist. Alternativ kann der Trübungssensor 7 auch auf der der Flüssigkeitsströmung 8 zugewandten Stirnsei te 13 der Schiebewand 9'' angeordnet sein (nicht darge stellt) . Diese Anordnung hat unter Umständen den Vorteil, dass das Signal des Trübungssensors 7 nicht auch von einer Abschattung durch die Schiebewand 9'' beeinflusst werden kann. Des Weiteren können neben Sensoren für die direkte Strahlung auch zusätzlich Sensoren für gestreute bzw. rückge streute Strahlung vorgesehen sein.
In einer Variante sind die UV-C-LEDs auf der der Flüssig keitsströmung zugewandten Stirnseite der Schiebewand angeord- net (nicht dargestellt). Diese Variante hat gegenüber der in Fig. 6 dargestellten Ausführung den Vorteil, dass keine UV-C- Strahlung an der Schiebewand vorbeigeht.
In einer weiteren Variante ist eine zusätzliche zweite Schie bewand vorgesehen, die entgegengesetzt zur ersten Schiebewand angeordnet und wie letztere verschiebbar ist (nicht darge stellt). Dabei ist das Spaltmaß über den Abstand zwischen den einander gegenüberstehenden Stirnseiten der beiden Schiebe wände definiert einstellbar. Dabei ist es besonders vorteil haft, für das jeweilige gewünschte Spaltmaß die beiden Schie bewände symmetrisch zu verschieben. Dadurch kann die Strö mungssymmetrie des Reaktors erhalten werden.
Ein Vorteil dieser Ausführungsformen mit mindestens einer Schiebewand als verschiebbarem Körper gegenüber der zuvor in den Fig. 4 und 5 dargestellten Kegelform ist, dass die Anzahl der UV-C-LEDs 1 entlang der Bestrahlungszone gleichverteilt sein kann. Aufgrund der ebenen Geometrie der die Bestrah lungszone begrenzenden Wände bleibt dann auch der gegenseiti ge Abstand der einzelnen LEDs konstant. Bei der Kegelform hingegen muss für eine gleichmäßige Bestrahlung die Anzahl der LEDs entlang des Kegelmantels mit dem zunehmendem Umfang (von der Kegelspitze aus betrachtet) ebenfalls entsprechend zunehmen, damit der gegenseitige Abstand der einzelnen LEDs in Umfangsrichtung konstant bleibt.
In einer weiteren Variante sind die UV-C-LEDs schließlich beidseits der Flüssigkeitsschicht an den diese Flüssigkeits schicht begrenzenden Reaktorwänden angeordnet. Dabei handelt es sich also um einen UV-Durchflussreaktors mit beidseitiger UV-Bestrahlung der Flüssigkeitsschicht. Damit lässt sich eine gleichmäßigere UV-Intensitätsverteilung quer zur Strömungs richtung der Flüssigkeitsschicht im Reaktor zu erreichen.
Eine Vorrichtung zum Entkeimen eines durchfließenden Fluids mittels UV-Strahlung (UV-Reaktor) umfasst einen Behälter mit einem Zulauf zum Aufnehmen des Fluids und mit einem Ablauf zum Abgeben des Fluids aus dem Behälter, wobei innerhalb des Behälters eine veränderbare bzw. einstellbare Bestrahlungszo ne zum Bestrahlen des Fluids mit UV-Strahlung vorgesehen ist. Die Bestrahlungszone ist als Spalt ausgebildet, der sich zwi- sehen zwei gegenüberstehend angeordneten Reaktorwänden er streckt, und durch den das Fluid strömt. Der gegenseitige Ab stand (D) der Reaktorwände, und damit auch das Spaltmaß (D) des Spalts, ist veränderbar, indem zumindest eine Reaktorwand bewegbar ausgelegt ist. Beispielsweise ist die bewegbare Re- aktorwand eine Wand eines innerhalb des Behälters angeordne ten oder in den Behälter hineinragenden, verschiebbaren Kör pers. Durch Anpassung des Abstands der Reaktorwände im Be reich der spaltförmigen Bestrahlungszone, und damit der Schichtdicke (D) der durch den Spalt durchströmenden Flüssig- keit, wird ein effizienzoptimierter Betrieb des UV-Reaktors bei unterschiedlichen Streu- und Absorptionseigenschaften des Fluids erzielt. Optional wird die Eindringtiefe der Strahlung mit einem Sensor erfasst und das Spaltmaß (D) anhand des Sen sorsignals passend eingestellt.
BEZUGSZEICHENLISTE :
1 , r UV-Strahlungsquelle 2 erste Reaktorwand
3 zweite Reaktorwand
4 Flüssigkeit 6 UV-Strahlung
7 Strahlungssensor
8 Strömungsrichtung
9, 9‘, 9“ verschiebbarer Körper; keilförmiger bzw. kegelförmiger
Schlitten; Schiebewand
10, 10‘, 10“ Reaktor 12, 12‘, 12“ erster Reaktorbereich; Bestrahlungszone 13 Stirnseite der Schiebewand
14, 14' Schräge bzw. konusförmige Schlittenwand
16 Verschieberichtung
18, 18' zweiter Reaktorbereich
20, 20' Behälter; Reaktorkammer
22 Zulauf
24 Ablauf
26, 26' Schräge/trichterförm ige Behälterwand
28 Trübungssensor
30 Steuergerät
32 Dreiwege-Ventil
34 Bypass-Rohr
36 Gleitlager
38 Vertiefung
40 Rückhaltefeder
D Abstand der Wände der Bestrahlungszone; Spaltmaß
A Achse

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10, 10', 10'') zum Entkeimen eines durch fließenden Fluids mittels UV-Strahlung (UV-Reaktor), umfas send: einen Behälter (20, 20') mit einem Zulauf (22) zum Auf nehmen des Fluids und mit einem Ablauf (24) zum Abgeben des Fluids aus dem Behälter (20, 20'), wobei innerhalb des Behälters (20, 20') eine Bestrah lungszone (12, 12', 12'') zum Bestrahlen des Fluids vorgese hen ist, eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (1, 1'), bevorzugt
LEDs, die jeweils konfiguriert sind, Licht mit Wellenlängen im Bereich der UV-Strahlung, bevorzugt der UV-C Strahlung, in die Bestrahlungszone (12, 12', 12'') hinein abzugeben, wobei die Bestrahlungszone (12, 12', 12'') als Spalt ausgebildet ist, wobei der Behälter (20, 20') dazu ausgelegt ist, dass das Fluid durch diesen Spalt strömt, und wobei die Bestrahlungszone (12, 12', 12'') dazu aus gelegt ist, dass ein Spaltmaß (D) des Spalts veränderbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spalt durch ei nander gegenüberstehend angeordnete Wände (2, 3; 14, 26; 14', 26'; 2, 9'') gebildet ist und wobei der Abstand (D) zwischen den Wänden (2, 3; 14, 26; 14', 26'; 2, 9'') veränderbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine der gegenüber stehend angeordneten Wände eine Wand (26, 26') des Behälters (20, 20') ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine der ge genüberstehend angeordneten Wände eine Wand (26, 26', 13) ei nes zumindest teilweise innerhalb des Behälters (20, 20') an geordneten, verschiebbaren Körpers (9, 9', 9'') ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Formen der einander gegenüberstehend angeordneten Wände (2, 3; 14, 26; 14', 26'; 2, 9'') so aufeinander abgestimmt sind, dass der Spalt zwischen den Wänden (2, 3; 14, 26; 14', 26';
2, 9'') zumindest abschnittsweise, vorzugsweise innerhalb der gesamten Bestrahlungszone (12, 12', 12''), gleichmäßig ausge bildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 mit einer Verschiebe einheit, die dazu ausgelegt ist den verschiebbaren Körper (9, 9', 9'') gegenüber der Wand (26, 26', 2) des Behälters (20, 20') zu verschieben, vorzugsweise so, dass sich das Spaltmaß (D) gleichmäßig innerhalb der gesamten Bestrahlungszone (12, 12', 12") ändert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Körper (9, 9',
9'') mechanisch mit der Verschiebeeinheit gekoppelt ist, bei spielsweise indem der Körper (9, 9', 9'') in einer Linearfüh rungsschiene beweglich gehaltert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Körper (9, 9') magnetisch durch den Reaktorbehälter (20, 20') hindurch mit der Verschiebeeinheit gekoppelt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Verschiebeeinheit dazu ausgelegt ist, das Verschieben des Körpers (9, 9') durch die Kraft des strömenden Fluids zu ermöglichen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Verschiebeeinheit einen Bypass (34) für das Fluid umfasst und wobei der Bypass (34) dazu ausgelegt ist, das Fluid an die dem Zulauf (22) ab gewandte Rückseite des Körpers (9') zu leiten.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei der Körper (9') mittels Dämpfungs- bzw. Rückstellelementen, bei spielsweise Rückhaltefedern (40), innerhalb des Behälters (20, 20') aufgehängt ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der verschiebbare Körper (9, 9')), zumindest abschnittsweise, die Form eines Keils (14) oder Kegels (14') oder einer ebenen Wand (9'') aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die ebene Wand (9'') durch eine Öffnung in einer Wand (3) des Behälters hindurch quer zur Strömungsrichtung (8) des durch die spaltförmige Be strahlungszone (12'') fließenden Fluids und zu einer gegen über angeordneten anderen Wand (2) des Behälters hin ver schiebbar ist, wobei die spaltförmige Bestrahlungszone (12'') zwischen der Stirnseite (13) der verschiebbaren Wand (9'') und der gegenüber angeordneten Wand (2) gebildet ist und wo bei das Spaltmaß (D) durch Verschieben (16) der verschiebba ren Wand (9'') veränderbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer ersten ebenen Wand, die durch eine Öffnung in einer ersten Wand des Behälters hindurch verschiebbar ist, und mit einer zweiten ebenen Wand, die durch eine Öffnung in einer zweiten Wand des Behälters hindurch verschiebbar ist, wobei die bei den verschiebbaren Wände so angeordnet sind, dass sie sich mit jeweils einer ihrer Stirnseiten gegenüberstehen, und wo bei zwischen den gegenüberstehenden Stirnseiten der beiden verschiebbaren Wände die spaltförmige Bestrahlungszone mit dem veränderbaren Spaltmaß gebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Behälter (20, 20') bzw. die Wände (2, 3, 13, 14, 14', 26, 26') und/oder der Körper (9, 9', 9'') zumindest teilweise aus einem für die von den Strahlungsquellen (1, 1') abgegebene
Strahlung transparenten Material besteht bzw. bestehen.
16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Sensor (7, 28), der zur Messung einer Eigenschaft eines Fluids ausgelegt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, die dazu ausgelegt ist, dass die Verschiebeeinheit (32, 34, 36, 38) abhängig vom Messsignal des Sensors (28) angesteuert wird.
18. Verfahren zum Entkeimen eines fließenden Fluids, umfas send:
Bereitstellen einer Vorrichtung (10, 10', 10'') gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche;
Verbinden des Zulaufes (22) der Vorrichtung (10, 10', 10'') mit einer Quelle eines Fluids und der Mehrzahl von Strahlungsquellen (1, 1') mit einer elektrischen Energiever- sorgungsquelle;
Zulaufen des Fluids durch den Zulauf (22) in den Behäl ter (20, 20');
Durchströmen des Fluids durch die spaltförmige Bestrah lungszone (12, 12', 12'') und Bestrahlen des Fluids mit der UV-Strahlung, bevorzugt der UV-C Strahlung, der Strahlungs quellen (1, 1');
Anpassen des Spaltmaßes (D) der spaltförmigen Bestrah lungszone (12, 12', 12'') an zumindest eine Eigenschaft, bei spielsweise den Trübungsgrad, des Fluids.
19. Verfahren nach Anspruch 18, zusätzlich umfassend:
Messen zumindest einer Eigenschaft, beispielsweise des Trübungsgrads, des Fluids mit Hilfe des Sensors (7, 28) und Verwenden des Messsignals des Sensors (7, 28) zum Anpassen des Spaltmaßes (D).
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, zusätzlich umfassend:
Rückführung des Fluids zu der Quelle oder in ein anderes Reservoir über den Ablauf (24).
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