DE102017117324A1

DE102017117324A1 - Desinfektionsanlage für Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE102017117324A1
Application number: DE102017117324.2A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-01-31
Also published as: WO2019025199A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Desinfektionsanlage (20) für Fluide, aufweisend einen mit dem zu desinfizierenden Fluid durchströmbaren Gehäusekörper (22) mit einem Einlass (24) und einem Auslass (26) und mindestens einer UV-Lichtquelle (34) zur Bestrahlung des durch den Gehäusekörper (22) strömenden Fluids. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass- der Gehäusekörper (22) zumindest bereichsweise durch mindestens eine Glasfläche (32) gebildet ist, wobei die Glasfläche (32) auf ihrer Außenseite (42) eine nach innen gerichtete Verspiegelung (28) aufweist, und- die Glasfläche (32) durchlässig für von der UV-Lichtquelle (34) emittierte Strahlung ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Desinfektionsanlage für Fluide, aufweisend einen mit dem zu desinfizierenden Fluid durchströmbaren Gehäusekörper mit einem Einlass und einem Auslass und mindestens einer UV-Lichtquelle zur Bestrahlung des durch den Gehäusekörper strömenden Fluids.
Die keimtötende, desinfizierende Wirkung von UV-Licht zur Keimabtötung ist bekannt und wird häufig bei der Wasseraufbereitung verwendet. Beispielsweise werden UV-Strahler seit vielen Jahrzehnten für die Desinfektion von Trinkwasser und Abwasser, zur Desinfektion von Arbeitsbereichen in biologischen Laboratorien und in Klimaanlagen eingesetzt. Mit entsprechender Dosis und Wellenlänge eignet sich UV-Licht sehr gut, um Mikroorganismen wie beispielsweise Sporen, Pilze, Bakterien, Parasiten, Algen usw. zu deaktivieren.
Desinfektionsanlagen dieser Art können für Flüssigkeiten und Gase eingesetzt werden.
Im Gegensatz zu chemischen Wasserdesinfektionsverfahren beruht die UV-Desinfektion auf einem physikalischen Prozess. Wenn Bakterien, Viren usw. mit der keimtötenden Wellenlänge der UV-Strahlung bestrahlt werden, verlieren sie ihre Reproduktions- und Infektionsfähigkeit. Die Mikroorganismen werden somit durch Photooxidation ihrer DNA deaktiviert. Mehr als 99,9 % aller Pathogene können auf diese Weise innerhalb von Sekundenbruchteilen unschädlich gemacht werden.
Die energiereiche, kurzweilige UV-Strahlung weist dabei hauptsächlich eine Länge von 200 bis 280, vorzugsweise von 265 bis 280 nm auf. Sie fällt damit in den sogenannten kurzwelligen UV-C-Bereich und hat einen stark keimtötenden Effekt.
Die UV-Desinfektion weist viele Vorteile auf und hat sich seit langem bewährt. Beispielsweise werden Gehäusekörper mit einem Einlass und einem Auslass verwendet, die mit der zu desinfizierenden Flüssigkeit durchströmt werden und in ihrem Inneren eine Lichtquelle in Form einer UV-Lampe aufweisen. Ein solcher Gehäusekörper oder Reaktor ist relativ robust und kompakt. Allerdings ist der Wirkungsgrad solcher Anlagen noch nicht zufriedenstellend.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine solche Desinfektionsanlage bezüglich ihres Wirkungsgrades zu verbessern. Die Desinfektionsanlage soll dabei trotzdem robust und kompakt aufgebaut sein und insbesondere lange Standzeiten aufweisen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Desinfektionsanlage gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass

- der Gehäusekörper zumindest bereichsweise durch mindestens eine Glasfläche gebildet ist, wobei die Glasfläche auf ihrer Außenseite eine nach innen gerichtete Verspiegelung aufweist,
- die Glasfläche durchlässig für von der UV-Lichtquelle emittierte Strahlung ist.

Für die Erfindung ist unter anderem entscheidend, dass die Glasfläche des Gehäusekörpers auf ihrer Außenseite eine Verspiegelung aufweist, die verhindert, dass von der UV-Lichtquelle emittierte Strahlung aus dem Gehäusekörper austreten kann. Wesentlich ist dabei, dass die Verspiegelung auf der Außenseite angeordnet ist, da dadurch eine Verschmutzung der Verspiegelung durch Schmutzpartikel in dem Fluid ausgeschlossen ist. Bei einer Anordnung im Inneren des Gehäusekörpers besteht die Gefahr, dass die Vorspiegelung blind wird. Hinzu kommt, dass im Innern des Gehäusekörpers, also in dem Bereich, in dem desinfiziert werden soll, durch Anordnung auf der Aussenseite im Innern kein zusätzliches Fremdmaterial angeordnet ist. Voraussetzung hierfür ist, dass die Glasfläche durchlässig für die von der UV-Lichtquelle emittierte Strahlung ist. Von innen auf eine Innenfläche des Gehäusekörpers bzw. der Glasfläche auftreffende Strahlung kann also die Glasfläche durchdringen, um dann an der auf der Außenseite angeordneten Verspiegelung zurück in den Innenraum des Gehäusekörpers reflektiert zu werden.
Als durchlässiges Glas eignet sich insbesondere Quarzglas oder synthetisches Quarzglas. Dieses ist für UV-Licht im Wellenlängenbereich von 220 nm bis 280 nm durchlässig.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante weist der durchströmte Gehäusekörper mindestens eine Querschnittsveränderung auf seiner Innenseite auf. Dadurch wird einerseits das durchströmende Fluid verwirbelt, andererseits die Strahlung in unterschiedliche Richtungen reflektiert und damit gestreut.
Die Querschnittsveränderungen können beispielsweise durch Vertiefungen auf der Außenseite des Gehäusekörpers gebildet sein, die entsprechende Ausbeulungen auf der Innenseite bewirken. Auch sind Einschnürungen oder ähnliche Querschnittsveränderungen denkbar. Es kann sich dabei um eine einzige Querschnittsveränderung oder um eine Vielzahl an Querschnittsveränderungen handeln.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist der gesamte Gehäusekörper aus Glas gefertigt, er bildet sozusagen nur eine einzige Glasfläche aus. Bereits bei der Herstellung können die Querschnittsveränderungen in den Gehäusekörper eingebracht werden. Anschließend kann eine Verspiegelung von außen durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß sind im Wesentlichen zwei Ausführungsvarianten denkbar. Bei einer ersten Ausführungsvariante ist die UV-Lichtquelle auf der Außenseite des Gehäusekörpers angeordnet. Dementsprechend weist der Gehäusekörper je UV-Lichtquelle einen nicht verspiegelten Bereich auf, durch den die UV-Lichtquelle in den Innenraum einstrahlt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die gesamte Elektronik außerhalb des Gehäusekörpers angeordnet ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante wird als UV-Lichtquelle mindestens eine, vorzugsweise werden aber eine Vielzahl an LED-Lichtquellen verwendet. Werden mehrere LED-Lichtquellen verwendet, sind diese vorzugsweise entlang einer Längsachse des Gehäusekörpers und somit in Strömungsrichtung des zu desinfizierenden Fluids angeordnet sind. LED-Lichtquellen haben den Vorteil, dass sie wesentlich weniger Energie benötigen. Weiterhin wird die entstehende Wärme auf der Rückseite abgegeben und strahlt nicht in das zu desinfizieren Fluid ein.
Erfindungsgemäß kann ein Kühlsystem vorgesehen sein, dass die LED-Lichtquellen auf ihrer Rückseite kühlt.
Vorzugsweise können die UV-Lichtquellen, insbesondere die LED-Lichtquellen im Bereich der Querschnittsveränderungen an der Außenseite des Gehäusekörpers angeordnet sein. Die Querschnittsveränderungen- bzw. -vertiefungen auf der Außenseite und die UV-Leuchtmittel können dabei derart aufeinander abgestimmt sein, dass die UV-Leuchtmittel nicht oder nur unwesentlich über den maximalen Durchmesser des Gehäusekörpers vorstehen. Somit bleibt die Desinfektionsanlage, insbesondere der Gehäusekörper, unverändert schlank. Beschädigungen an den UV-Lichtquellen können reduziert werden, da diese nicht oder nur kaum über den Außenumfang vorstehen.
Die mindestens eine UV-Lichtquelle kann gemäß der zweiten Ausführungsvariante auch im Inneren des Gehäusekörpers angeordnet sein. Beispielsweise ist auch ein Röhrenstrahler mit Schutzrohr (Tauchstrahler) verwendbar, die sich in Längsrichtung durch den Gehäusekörper erstreckt und in Richtung der Innenseite des Gehäusekörpers strahlt. Das zu desinfizierende Fluid bzw. gasförmige Medien strömen somit durch den Ringraum zwischen der Zentrallampe und der Innenseite des Gehäusekörpers.
Alternativ ist eine Anordnung der LED-Lichtquellen im Inneren des Gehäusekörpers denkbar. Sie können beispielsweise auf einem rohrförmigen Träger angeordnet sein, wobei die elektrischen Verbindungen im Inneren des Trägers nach außen aus dem Gehäusekörper herausgeführt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante wird zu desinfizierendes Fluid, vorzugsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, als Kühlmittel für die im Inneren des Gehäusekörpers angeordneten LED-Lichtquellen verwendet. In diesem Fall sind die LED-Lichtquellen auf einem Innenrohr angeordnet, in das das Fluid durch einen Innenrohreinlass an einem Ende einströmt und dieses zunächst in Längsrichtung durchströmt. Dabei kühlt das Fluid die Rückseite der LED-Lichtquellen. Ist die Desinfektionsanlage für Flüssigkeiten ausgelegt, sind elektrische Anschlüsse und Leitungen und andere Bauteile vorzugsweise durch eine Kapselung oder eine Zwischenwand gegen die Flüssigkeit abgedichtet.
Am entgegengesetzten Ende des Innenrohrs strömt die Flüssigkeit durch einen Innenrohrauslass aus diesem heraus, gelangt in einen Ringraum zwischen einer Innenrohraußenseite und einer Innenseite des Gehäusekörpers und strömt in entgegengesetzter Richtung zurück. Dabei trifft die von den LED-Lichtquellen emittierte Strahlung direkt oder von der Verspiegelung reflektiert auf das Fluid und desinfiziert dieses.
Insbesondere ist bei einer Verwendung von LED-Lichtquellen eine Kombination mit einer regenerativen Energiequelle aufgrund deren geringer Leistungsaufnahme möglich und sinnvoll. Beispielsweise kann eine autonome Desinfektionsanlage durch Verwendung und Kombination mit einem Solarpanel realisiert werden.
Abweichend von der geometrischen Gestaltung als des Gehäusekörpers als Rohrkörper sind auch andere Formen denkbar, z.B. quadratisch, rechteckig kreisförmig, sowie jede andere technisch herstellbare Geometrie. Auch kann der Reaktor als Planarreaktor ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Desinfektionsanlage eignet sich insbesondere auch als Photolyse-Reaktor für die gezielte Entfernung von unerwünschten Begleitstoffen bzw. selektive Abscheidung durch UV-Strahlung mit angepasster Wellenlänge von beispielsweise 220 nm bis 400 nm. Auch ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Stoffen geeignet, beispielsweise Vitamin D.
Die Verwendung von LED als UV-Lichtquelle hat die folgenden weiteren Vorteile:

- Die UV-Strahlung der LED steht unmittelbar nach dem Einschalten zur Verfügung. Bisherige Strahler benötigen eine Aufwärmzeit von 10 bis 20 Minuten,
- bei Schaltvorgängen weisen die LED keine Alterung oder Reduzierung der Lebensdauer auf. Bisherige Strahler verlieren etwa 2-6 Stunden an Lebensdauer je Schaltvorgang. Dadurch und aufgrund der Aufwärmzeit sind herkömmliche Strahler für sogenannte „Point of Use Anwendungen“ nicht geeignet, LED Strahler dagegen schon,
- durch die Verspiegelung der Glasflächen kann der Wirkungsgrad der Desinfektion bis über 70 % gesteigert werden, und
- die LED Lichtquellen weisen einen definierten engen Wellenlängenbereich auf. Zudem sind die emittierten Wellenlängen je nach Anwendungszweck und Kundenwunsch einstellbar.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Diese sind nicht einschränkend zu verstehen, sondern sollen die Erfindung lediglich besser beschreiben. Es zeigen:

1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Desinfektionsanlage im Längsschnitt
2 eine Ausschnittsvergrößerung eines Bereichs a aus 1,
3 eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Desinfektionsanlage im Längsschnitt,
4 eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung in perspektivischer Darstellung,
5 im Querschnitt der Ausführungsvariante gemäß 4.

Die 1, 3 und 4 zeigen erfindungsgemäße Desinfektionsanlagen 20 von außen, beziehungsweise im Längsschnitt. Erkennbar ist, dass eine solche Desinfektionsanlage einen Gehäusekörper 22 mit einem Einlass 24 und einem Auslass 26 aufweist. Zu desinfizierendes Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, strömt durch den Einlass 24 in den Gehäusekörper 22 beziehungsweise in einen Innenraum 46 des Gehäusekörpers 22 hinein und wird dort mit Licht einer UV-Lichtquelle 34 bestrahlt. Die Wellenlänge des ausgesendeten Lichts liegt dabei bevorzugt im Wellenlängenbereich von 265 nm bis 280 nm.
Wie insbesondere 2 verdeutlicht, ist der Gehäusekörper 22 zumindest bereichsweise mit einer Glasfläche 32 versehen, die für von der UV-Lichtquelle 34 emittierte Strahlung durchlässig ist. Erkennbar ist dies insbesondere durch eingezeichneten exemplarischen Strahlengang 48. Dieser wird von der UV-Lichtquelle 34 emittiert, durchtritt die Glasfläche 32 und wird an einer Verspiegelung 28 zurück in Richtung des Innenraums 46 reflektiert. Die Verspiegelung 28 ist auf der Außenseite des Quarzglas-Gehäusekörpers 22 angeordnet.
3 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung. Als UV-Lichtquellen 34 sind LED-Lichtquellen 30 vorgesehen, die auf einem Innenrohr 50 angeordnet sind, das koaxial durch den Gehäusekörper 22 verläuft. Die LED-Lichtquellen 30 strahlen in einen Ringraum 54 beziehungsweise den Innenraum 46, der zwischen dem Innenrohr 50 und einer Innenseite 40 des Gehäusekörpers 22 ausgebildet ist. Das zu desinfizierende Fluid wird durch einen Innenrohreinlass 56 in das Innenrohr 50 eingeleitet und durchströmt das Innenrohr 50, wobei es die LED-Lichtquellen 30 auf ihren Rückseiten kühlt. An einem freien Ende des Innenrohrs 50 ist zumindest einer, vorzugweise sind mehrere Innenrohrauslässe angeordnet, durch die das Fluid zurück in den Ringraum 54 gelangt. Von dort strömt das Fluid, beispielsweise Wasser, in entgegengesetzter Richtung zum Auslass 26 des Gehäusekörpers 22. Während des Zurückströmens wird das Fluid von den LED-Lichtquellen 30 beleuchtet und desinfiziert.
Die 3 und 4 verdeutlichen weiterhin, dass der Gehäusekörper 22 Querschnittsveränderungen 36 aufweisen kann, die zu Ausbeulungen 38 auf der Innenseite 40 des Gehäusekörpers 22, also im Innenraum 46 führen. Diese können nahezu jede beliebige Form aufweisen, wesentlich ist, dass sie im Inneren des Gehäusekörpers 22 zu einer Verwirbelung des Fluids und zu einer Streuung des emittierten Lichts durch Reflektion führen.
Die Gehäusekörper 22 gemäß der 3 und 4 sind vorzugweise vollständig aus Quarz-Glas gefertigt. Nicht erkennbar ist, dass sie vorzugsweise auf ihrer Außenseite vollständig verspiegelt sind, die Verspiegelung 28 also die gesamte Außenseite 42 bedeckt. Einzige Ausnahme bilden nicht verspiegelte Bereiche, durch die die LED-Lichtquellen 30 in den Innenraum 46 einstrahlen können.
4 zeigt beispielhaft lediglich vier LED-Lichtquellen 30, diese können jedoch auch über die gesamte Länge des Gehäusekörpers 22 verteilt angeordnet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Darstellungsbereiche beschränkt, sondern erfasst auch weitere Ausführungsvarianten der Erfindung.
Bezugszeichenliste

20: Desinfektionsanlage
22: Gehäusekörper
24: Einlass
26: Auslass
28: Verspiegelung
30: LED-Lichtquellen
32: Glasfläche
34: UV-Lichtquelle
36: Querschnittsveränderung
38: Ausbeulung
40: Innenseite
42: Außenseite
46: Innenraum
50: Innenrohr
52: Öffnungen
54: Ringraum

Claims

Desinfektionsanlage (20) für Fluide, aufweisend einen mit dem zu desinfizierenden Fluid durchströmbaren Gehäusekörper (22) mit einem Einlass (24) und einem Auslass (26) und mindestens einer UV-Lichtquelle (34) zur Bestrahlung des durch den Gehäusekörper (22) strömenden Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass - der Gehäusekörper (22) zumindest bereichsweise durch mindestens eine Glasfläche (32) gebildet ist, wobei die Glasfläche (32) auf ihrer Außenseite (42) eine nach innen gerichtete Verspiegelung (28) aufweist, - die Glasfläche (32) durchlässig für von der UV-Lichtquelle (34) emittierte Strahlung ist.
Desinfektionsanlage (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle (34) UV-Licht im Wellenlängenbereich von 220 nm bis 280 nm emittiert.
Desinfektionsanlage (20) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfläche (32) aus natürlichen oder synthetischen-Quarzglas besteht.
Desinfektionsanlage (20) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (22) mindestens eine Querschnittsveränderung (36) auf seiner Innenseite (40) aufweist.
Desinfektionsanlage (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsveränderung (36) durch eine Vertiefung auf einer Außenseite (42) gebildet ist, die eine Ausbeulung (38) auf der Innenseite (40) des Gehäusekörpers (22) bewirkt.
Desinfektionsanlage (20) nach Anspruch 4 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (22) mehrere Querschnittsveränderungen (36) aufweist.
Desinfektionsanlage (20) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (22) nahezu vollständig aus natürlichen oder synthetischen Quarzglas gefertigt ist.
Desinfektionsanlage (20) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle (34) auf der Außenseite (42) des Gehäusekörpers (22) angeordnet ist und die UV-Lichtquelle (34) in einen Innenraum (46) des Gehäusekörpers (22) hineinstrahlt.
Desinfektionsanlage (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle (34) im Bereich der Glasfläche (32) angeordnet ist und die Glasfläche (32) in ihrer Verspiegelung (28) einen nicht-verspiegelten Bereich aufweist, durch den die UV-Lichtquelle (34) in den Innenraum (46) des Gehäusekörpers (22) hineinstrahlen kann.
Desinfektionsanlage (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine UV-Lichtquelle (34) durch eine LED-Lichtquelle (30) gebildet ist.
Desinfektionsanlage (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Lichtquelle (30) über ein Kühlsystem (42) rückseitig gekühlt ist.
Desinfektionsanlage (20) nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle (34) im Inneren des Innenraums (46) des Gehäusekörpers (22) angeordnet ist und Strahlung in Richtung der Innenseite (40) des Gehäusekörpers (22) emittiert.
Desinfektionsanlage (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle (34) durch eine LED-Lichtquelle (30) gebildet ist, die auf einem Innenrohr (50) angeordnet ist, welches koaxial durch den Gehäusekörper (22) verläuft und derart ausgeführt ist, dass das zu desinfizierende Fluid zunächst durch das Innenrohr (50) in eine erste Strömungsrichtung strömt und dabei die LED-Lichtquelle (30) rückseitig kühlt, wobei das Innenrohr (50) mindestens eine Öffnung (52) aufweist, durch die das Fluid aus dem Innenrohr (50) in einen Ringraum (54) zwischen dem Innenrohr (50) und der Innenseite (40) des Gehäusekörpers (22) ausleitbar ist und durch den Ringraum (54) in eine zweite entgegengesetzte Strömungsrichtung zurückströmt und dabei von der Strahlung der LED-Lichtquelle (30) bestrahlt wird.
Desinfektionsanlage (20) nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von UV-Lichtquellen (34) vorgesehen ist, die in Strömungsrichtung des Fluids verteilt angeordnet sind.