DE4305227C1 - Vorrichtung zur Entkeimung von strömenden Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entkeimung von strömenden Medien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Entkeimung von Medien, insbesondere Flüssigkeiten mittels UV-Licht wird bereits seit langem bei zum unmit­ telbaren menschlichen Genuß bestimmten Flüssigkeiten, wie Trinkwasser durchgeführt. Daneben gewinnt aber auch die Entkeimung von Flüssigkeiten an Bedeutung, die als Abwäs­ ser aus Kläranlagen in die Umwelt gelangen oder aber in Kreisläufen mehrfach wiederverwendet werden, wie es z. B. bei der Bewässerung von in Treibhäusern gezüchteten Pflanzen der Fall ist.

Die Entkeimung dient dem Zweck, Krankheitserreger in die­ sen Medien abzutöten, um damit Infektionskrankheiten zu verhindern.

Abwässer aus Kläranlagen und Kreislaufwässer in Bewässe­ rungssystemen weisen neben mikrobiologischen Verunreini­ gungen massenhaft gelöste und ungelöste Inhaltsstoffe auf, die UV-Strahlen absorbieren und damit die Entkei­ mungswirkung im Vergleich zu klarem Wasser erheblich ein­ schränken. Um auch hier eine ausreichende Entkeimungswir­ kung zu erzielen, muß eine ausreichende Bestrahlungs­ stärke im Medium und auf der Innenwand der Reaktionskam­ mer sichergestellt werden.

Aus der DE-AS 10 03 404 ist ein Gerät zum Sterilisieren strömender Flüssigkeit mittels UV-Lichtes bekannt. Bei diesem Gerät sind innerhalb einer rohrförmigen zylindri­ schen Reaktionskammer UV-Strahler kreisringförmig und mit gleichem Abstand zueinander angeordnet, wobei die UV- Strahler achsparallel zur Längsachse der Reaktionskammer ausgerichtet sind. Das zu entkeimende Medium strömt axial an den UV-Strahlern vorbei und wird dabei dem von den UV- Strahlern ausgesandten UV-Licht ausgesetzt, das die Ent­ keimung bewirkt.

Da sich das UV-Licht radial von der Achse der UV-Strahler ausbreitet, nimmt die Intensität mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche der UV-Strahler ab. Weiter entfernt liegende Flüssigkeitsgebiete erhalten somit eine gerin­ gere Strahlendosis als unmittelbar an die Wand der UV- Strahler angrenzende Flüssigkeitsgebiete. Wenn die Flüs­ sigkeit zusätzlich noch mit Verunreinigungen belastet ist, die UV-Licht absorbieren, so tritt eine weitere Schwächung der Strahlungsintensität mit zunehmendem Ab­ stand vom UV-Strahler ein.

Bei der bekannten Vorrichtung gibt es somit Gebiete, die zwischen zwei UV-Strahlern in der Nähe der Wand der Re­ aktionskammer liegen, in denen nur noch eine geringe Strahlungsintensität herrscht, die bei stark verschmutz­ ten Medien eventuell nicht mehr zu einer zuverlässigen Entkeimung führt.

Außerdem ist aus der DE 37 10 555 C2 eine Vorrichtung zur UV-Entkeimung von Flüssigkeiten bekannt, bei der eine Verteilerkammer und eine Sammelkammer durch mehrere Rohre miteinander verbunden sind, wobei in jedem Rohr zentral ein stabförmiges Strahlerelement als UV-Lichtquelle ange­ ordnet ist. Durch einen tangential in die Verteilerkammer einmündenden Einlaßstutzen wird in der Verteilerkammer ein Strömungswirbel erzeugt, der dazu führt, daß auch beim Durchfließen der einzelnen Rohre die Flüssigkeit schraubenförmige Strömungsbahnen beschreibt und dadurch der von den Strahlerelementen erzeugten UV-Strahlung gleichmäßig ausgesetzt wird.

Eine ähnliche Vorrichtung ist auch in der DE 39 35 941 A1 beschrieben, wobei der Querschnitt zwischen der Einlauf- und Ablaufzone einer Entkeimungskammer derart gestaltet ist, daß er sich auf eine Anzahl von achsparallelen Ein­ zelrohren in Form eines Rohrbündels verjüngt. Innerhalb jedes Rohres befindet sich zentral eine Bestrahlungs­ lampe, die die Flüssigkeitsschicht in dem von der Flüs­ sigkeit durchströmten Ringraum zwischen der Rohrwandung und einem Hüllrohr der Bestrahlungslampe bestrahlt.

Schließlich ist aus der DE 39 35 941 A1 eine Vorrichtung zum Bestrahlen von strömenden Flüssigkeiten und/oder Ga­ sen mit UV-Licht bekannt, bei der UV-Lichtquellen mit ge­ richteter Strahlung verwendet werden. Das die UV-Licht­ quellen aufnehmende Gehäuse ist zylindrisch ausgestaltet und besitzt einander gegenüberliegende Zu- und Ablauf­ öffnungen. Die Ausrichtung der UV-Lichtstrahlung liegt mit ihrem Maximum in die Richtungen des zu- und abströ­ menden Mediums.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Entkeimung von strömenden Medien der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine zuver­ lässige Entkeimung der die Reaktionskammer durchströmen­ den Medien erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebe­ nen Merkmale gelöst.

Im Gegensatz zur bekannten Vorrichtung, bei der die Wand der Reaktionskammer durch die Mantelfläche eines Zylin­ ders gebildet ist, wird bei der erfindungsgemäßen Vor­ richtung von der zylindrischen Ausgestaltung der Wand ab­ gewichen. Vielmehr ist hier die Wand in Abschnitte unter­ teilt, die an die Kontur der UV-Strahler oder deren Schutzrohr angepaßt ist, so daß das in die Reaktionskam­ mer eingeleitete Medium zwangsweise in der Nähe der UV- Strahler verbleiben muß und so der erforderlichen Strah­ lendosis ausgesetzt wird, die zum Entkeimen erforderlich ist.

Der erfindungsgemäße Aufbau läßt sich auf Vorrichtungen mit einer beliebigen Anzahl von UV-Strahlern in einer Re­ aktionskammer anwenden, so daß auch insgesamt große Strö­ mungsquerschnitte für eine hohe Entkeimungsleistung re­ alisierbar sind.

Die Kontur der Wand der Abschnitte verläuft vorzugsweise innerhalb eines kreisringförmigen Bandes, das zwischen einem minimalen und einem maximalen Abstandsradius bezo­ gen auf die Längsachse des zugeordneten UV-Strahlers ge­ bildet ist.

Diese Bemessungsregel bietet einen Rahmen der freien Ge­ staltungsmöglichkeit des Konturverlaufs nach fertigungs­ technischen Gesichtspunkten sowie nach Gesichtspunkten der Überlagerung der Strahlungsfelder benachbarter UV- Strahler. Außerdem ist es möglich, im Falle von UV-Licht reflektierenden Oberflächen eine Form zu wählen, die durch Reflexion eine Verstärkung des Strahlungsfeldes in weiter von dem UV-Strahler entfernt liegenden Bereichen bewirkt.

Bei einer ersten Ausführung ist die Kontur der Wand der Abschnitte stetig gekrümmt.

Diese Ausführung ist fertigungstechnisch aufwendig, bie­ tet aber den Vorzug, daß die Feldstärke der Strahlung über Reflektionen auf ein gleichmäßiges Niveau einge­ stellt werden kann.

Bei einer anderen Ausführung ist die Kontur der Wand der Abschnitte aus mehreren geraden, abgewinkelt aneinander­ gereihten Unterabschnitten gebildet.

Diese Ausführung hat unter fertigungstechnischen Ge­ sichtspunkten Vorzüge, da plane Bleche verarbeitet werden können.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besitzt die Wand der Reaktionskammer eine UV-Lichtreflektierende Innen­ oberfläche.

Mit dieser Maßnahme kann gezielt die Intensität des re­ flektierten UV-Lichts verbessert werden und damit eine bessere Ausnutzung der eingesetzten elektrischen Energie erreicht werden.

Zweckmäßig besteht die Wand der Reaktionskammer aus Edel­ stahl, Chrom oder Nickel oder aus einem innen mit Edel­ stahl, Chrom, Nickel oder Emaille beschichteten Material.

Bei der Materialauswahl entsprechend dieser Weiterbildung ist einmal gewährleistet, daß das Material auch von che­ misch aggressiven Medien nicht angegriffen wird, so daß die reflektierenden Eigenschaften beibehalten werden und daß außerdem ein vergleichsweise hoher Reflexionsfaktor im Bereich zwischen 30 und 60% gewährleistet ist.

Bei einer ersten Ausgestaltung ist die Oberfläche der Wand der Reaktionskammer innen poliert.

Durch diese Maßnahme wird eine Reflexion des auftreffen­ den Lichtes nach dem Gesetz Einfallswinkel gleich Aus­ fallswinkel erzielt, so daß in Abhängigkeit der Krümmung der Kontur des Abschnittes der Wand die sich einstellende Feldstärke genau bemessen werden kann bzw. die Krümmung so gewählt werden kann, daß eine gewünschte Feldstärke erzielt wird.

Eine alternative Ausführung sieht vor, daß die Oberfläche der Wand der Reaktionskammer innen rauh ist.

Hierbei tritt eine Streustrahlung auf, die eine homogene Verteilung der Feldstärke der UV-Strahlung auch dann er­ reicht, wenn die Kontur der Wand z. B. aus mehreren gera­ den, abgewinkelt aneinandergereihten Unterabschnitten ge­ bildet ist. Außerdem wird vermieden, daß ein zu großer Anteil des UV-Lichtes über Totalreflexion wieder in den UV-Strahler zurück gelangt.

Gemäß einer Weiterbildung sind in der Reaktionskammer we­ nigstens in einem den Zu- und Ablauföffnungen benachbar­ ten Bereichen Stauscheiben angeordnet, die quer zur Achse der Reaktionskammer liegen. Die Hauptdurchlaßöffnungen der Stauscheiben liegen koaxial zu den UV-Strahlen oder deren Schutzrohren.

Mit Hilfe dieser Stauscheiben wird erreicht, daß in Be­ reichen der Reaktionskammer, die von den UV-Strahlern entfernt liegen, die Strömungsgeschwindigkeit herabge­ setzt wird, während andererseits in Bereichen, die den UV-Strahlern benachbart sind, eine höhere Strömungsge­ schwindigkeit zugelassen wird. Dadurch werden die Medien­ anteile, die sich in weiter von den UV-Strahlern entfernt liegenden Bereichen befinden und einer geringeren Bestrah­ lungsstärke ausgesetzt sind, länger bestrahlt als die in unmittelbarer Nähe der UV-Strahler befindlichen Medien­ anteile. Auf diese Weise wird den Medienanteilen unab­ hängig vom Abstand zu den UV-Strahlern etwa die gleiche Strahlendosis appliziert.

Vorzugsweise ist die Kontur der Hauptdurchlaßöffnungen an die Kontur der Oberfläche der UV-Strahler oder deren Schutzrohre angepaßt.

Auf diese Weise wird ein konstanter Ringspalt geschaffen, so daß das durchtretende Medium an jeder Stelle der Hauptdurchlaßöffnung nahe an den UV-Strahler herangeführt wird.

Bei einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzliche Durchlaßöffnungen zwischen den UV-Strahlern und deren Schutzrohren angeordnet.

Durch diese Maßnahme wird auch ein Flüssigkeitsdurchtritt in solchen Bereichen ermöglicht, in denen durch Überlage­ rung der Strahlungsfelder benachbarter UV-Strahler eine ausreichende Bestrahlungsstärke gewährleistet ist.

Die zusätzlichen Durchlaßöffnungen haben einen kleineren Durchlaßquerschnitt als die koaxial zu den UV-Strahlern oder deren Schutzrohren liegenden Hauptdurchlaßöffnungen.

Auf diese Weise wird eine Aufteilung der Strömung sowohl auf die zusätzlichen Durchlaßöffnungen als auch auf die koaxial zu den UV-Strahlern liegenden Hauptdurchlaßöff­ nungen erreicht. Anderenfalls könnte der Fall eintreten, daß eine zu große Menge Medium unter Umgehung der Hauptdurchlaßöffnungen koaxial zu den UV-Strahlern die Reaktionskammer durchströmt und dabei eine nicht ausreichende Strahlungsmenge aufnimmt.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Be­ schreibung und der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung er­ läutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrich­ tung gemäß der Erfindung mit drei UV- Strahlern,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Vorrich­ tung mit vier UV-Strahlern in einer ersten Ausführung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Vorrich­ tung mit vier UV-Strahlern in einer zweiten Ausführung und

Fig. 4. einen Längsschnitt durch eine Vor­ richtung gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Entkeimung von strömenden Medien. Die Vorrichtung umfaßt eine Reaktionskammer 10 mit Zulauföffnungen 12 und Ablauföffnungen 14. Die Reaktionskammer 10 ist in eine Mehrzahl gedachter Sektoren 16 unterteilt. In jedem Sek­ tor 16 befindet sich ein mit einem Schutzrohr 18 verse­ hener UV-Strahler 20. Die UV-Strahler 20 sind achsparal­ lel zur Achse 34 der Reaktionskammer 10 angeordnet.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel han­ delt es sich um drei Sektoren 16 mit drei UV-Strahlern 18. Die Wand 22 der Reaktionskammer 10 ist ebenfalls in drei Abschnitte 24 unterteilt, die die Sektoren 16 nach außen begrenzen. Dabei ist die Kontur der Wand 22 an die Kontur der UV-Strahler 20 oder deren Schutzrohre 18 ange­ paßt. Das strömende Medium wird dadurch zwangsweise in den UV-Strahlern 18 benachbarten Bereichen geführt.

Neben der Ausgestaltung der Kontur der Wand 22 des Ab­ schnittes 24 mit einer stetigen Krümmung ist es auch mög­ lich, die Kontur der Wand aus mehreren geraden, abgewin­ kelt aneinandergereihten Unterabschnitten zusammenzuset­ zen.

Auch bei einer stetigen Krümmung bestehen Variationsmög­ lichkeiten. So kann die Krümmung als Kreisbogen aber auch als Parabel ausgeführt sein. Die erfindungsgemäße Wirkung wird dann erreicht, wenn die Kontur der Wand 22 der Abschnitte 24 innerhalb eines kreisringförmigen Bandes 26 verläuft, das hier gestrichelt dargestellt ist. Dieses Band 26 ist zwischen einem minimalen und einem maximalen Abstandsradius bezogen auf die Längsachse 28 des zugeord­ neten UV-Strahlers 20 gebildet.

Die Wand 22 der Reaktionskammer 10 kann eine UV-Licht re­ flektierende Innenoberfläche besitzen. Als reflektieren­ des Material, das gleichzeitig resistent gegen aggressive Flüssigkeiten ist, eignet sich Edelstahl, Chrom oder Nic­ kel. Es ist auch die Verwendung eines Materials möglich, das mit Edelstahl, Chrom, Nickel oder Emaille beschichtet ist. Weiterhin kann die nach innen weisende Oberfläche der Wand 22 poliert oder rauh sein.

In der Reaktionskammer 10 befinden sich ferner Stauschei­ ben 32, die die Strömungsgeschwindigkeit in den von den UV-Strahlern entfernt liegen Bereichen herabsetzen und in den den UV-Strahlern benachbarten Bereichen eine höhere Strömungsgeschwindigkeit zugelassen, so daß dem Medium eine etwa konstante Strahlendosis appliziert wird. Die Stauscheiben 32 sind quer zur Achse 34 der Reaktionskam­ mer 10 angeordnet. Sie umfassen Hauptdurchlaßöffnungen 36, die koaxial zu den UV-Strahlern 20 oder deren Schutz­ rohren 18 liegen. Dabei ist die Kontur der Hauptdurchlaßöffnungen 36 an die Kontur der Oberfläche der UV-Strahler 20 oder deren Schutzrohre 18 angepaßt, so daß ein Ring­ spalt um die UV-Strahler 20 gebildet ist. Zusätzlich be­ finden sich Durchlaßöffnungen 38 in Bereichen zwischen den UV-Strahlern 20 oder deren Schutzrohren 18. Diese zusätzlichen Durchlaßöffnungen 18 weisen einen kleineren Durchlaßquerschnitt als die koaxial zu den UV-Strahlern 20 und deren Schutzrohren liegenden Hauptdurchlaßöffnun­ gen 36 auf.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit vier UV-Strahlern. Aus dem Vergleich zwischen Fig. 1 und Fig. 2 erkennt man, daß sich das Aufbauprinzip der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung auf eine beliebige Anzahl von UV-Strahlern in einer Reaktionskammer 10 anwenden läßt.

Auch bei dieser Darstellung weist die Kontur der Wand 22 der Abschnitte 24 eine stetige Krümmung auf.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausgestaltung einer Vorrichtung mit vier UV-Strahlern 20. Hierbei ist die Kontur der Wand 22 der Abschnitte 24 aus mehreren geraden, abgewin­ kelt aneinandergereihten Unterabschnitten 30 gebildet.

Schließlich zeigt Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung. Man erkennt hier die An­ ordnung der Stauscheiben 32, von denen jeweils eine in einem der Zulauföffnung 12 benachbarten Bereich und eine weitere in einem der Ablauföffnung 14 benachbarten Be­ reich angeordnet ist. Dazwischen können auch weitere Stauscheiben 32 angeordnet sein, um eine intensive Vermi­ schung und größere Verweilzeit des Mediums in unmittelba­ rer Nähe der Oberfläche der UV-Strahler 20 zu bewirken.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Entkeimung von strömenden Medien, insbesondere Flüssigkeiten durch Bestrahlung mit UV- Licht, bestehend aus einer mit Zu- (12) und Ablauföffnun­ gen (14) versehenen rohrförmigen Reaktionskammer (10), die in eine Mehrzahl von Sektoren (16) unterteilt ist, wobei in jedem Sektor (16) ein mit einem Schutzrohr (18) versehener UV-Strahler (20) achsparallel zur Reaktions­ kammer (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (22) der Reaktionskammer (10) in Abschnitte (24) unterteilt ist, die die Sektoren (16) nach außen begren­ zen, und die Kontur der Wand (22) dieser Abschnitte (24) an die Kontur der UV-Strahler (20) oder deren Schutz­ rohre (18) angepaßt ist, und insbesondere innerhalb eines kreisringförmigen Bandes (26) verläuft, das zwischen ei­ nem minimalen und einem maximalen Abstandsradius bezogen auf die Längsachse (28) des zugeordneten UV-Strahlers (20) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Wand (22) der Abschnitte (24) eine stetige Krümmung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Wand (22) der Abschnitte (24) aus meh­ reren geraden, abgewinkelt aneinandergereihten Unterab­ schnitten (30) besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wand (22) der Reaktionskam­ mer (10) eine UV-Licht reflektierende Innen-Oberfläche besitzt, insbesondere poliert ist und aus Edelstahl, Chrom oder Nickel oder aus einem innen mit Edelstahl, Chrom, Nickel oder Emaille beschichteten Material be­ steht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Reaktionskammer (10) we­ nigstens in einem den Zu- (12) und Ablauföffnungen (14) benachbarten Bereich Stauscheiben (32) der Reaktionskammer (10) liegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Durchlaßöffnungen (38) zwischen den UV- Strahlern (20) oder deren Schutzrohren (18) angeordnet sind und diese einen kleineren Durchlaßquerschnitt als die koaxial zu den UV-Strahlern (20) oder deren Schutz­ rohren (18) liegenden Durchlaßöffnungen (36) aufweisen.