DE102011112994A1

DE102011112994A1 - Vorrichtung zur Entkeimung von Gasen und/oder Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE102011112994A1
Application number: DE102011112994A
Authority: DE
Inventors: Jörg Blechschmidt; Reiner Bartsch
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-03-14
Also published as: EP2567713B1; ES2520665T3; EP2567713A1; JP2013056159A; TW201313262A; JP5890285B2; TWI583406B; US9381458B2; CN102989030A; KR20130028008A; CN102989030B; US20130236353A1; KR101971131B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entkeimung von Gasen und/oder Flüssigkeiten, umfassend ein Rohr (10) aus UV-transparentem Glas, das einen hohlen Innenraum (40) und eine Rohrwand mit einer Rohrinnenwand (70) und einer Rohraußenwand (60) aufweist, sowie mindestens eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...), wobei das UV-transparente Glasrohr (10) an mindestens einer Stelle eine Einbuchtung (25a, 25b, 25c...) in den Innenraum (40) und/oder eine Aussparung (50a, 50b, 50c...) in der Rohraußenwand (60) aufweist und in der mindestens einen Einbuchtung (25a, 25b, 25c...) und/oder Aussparung (50a, 50b, 50c...) mindestens eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Geometrie bewirkt, dass die UV-Lichtquellen näher beim zu entkeimenden Medium vorliegen, so dass ein großer Anteil des UV-Lichts auf direktem Weg durch das Glas in den Innenraum (40) gelangt und eine verlustärmere Einkopplung des UV-Lichts möglich wird. Es resultiert eine bessere Ausnutzung der UV-Strahlung. Durch die erfindungsgemäß bereitgestellte Geometrie wird weiterhin eine homogenere Lichtverteilung im Rohrinnenraum erzielt, wodurch die Entkeimungsleistung erhöht wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird zudem eine höhere Kompaktheit des Systems zur Verfügung gestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entkeimung von Gasen und/oder Flüssigkeiten.
Es ist bereits bekannt UV-Strahlung zur Behandlung, insbesondere Entkeimung oder Sterilisierung bzw. Desinfizierung, von Wasser, Luft oder Oberflächen einzusetzen. Relativ verbreitet ist bislang die Trinkwasseraufbereitung mit UV-Strahlung, wobei die Keimzahl im Wasser zuverlässig und in Abhängigkeit zur Dosis stark reduziert werden kann. Durch die UV-Strahlung werden Mikroorganismen, wie Krankheitserreger, insbesondere Bakterien oder Viren, inaktiviert.
Die UV-Entkeimung weist eine Reihe an Vorteilen gegenüber der herkömmlichen Desinfektion, basierend auf chemischen Verfahren, auf:
Bei der UV-Entkeimung handelt es sich um ein einfaches und schnell wirksames Verfahren, wobei die Entkeimung unmittelbar während der Belichtung des Mediums erfolgt. Ein großer Vorteil der UV-Entkeimung ist weiterhin, dass weder Geschmack, Geruch noch der pH-Wert des entkeimten Mediums beeinflusst wird, was einen wesentlichen Unterschied zur chemischen Behandlung von Trink- oder Prozesswasser darstellt. Im Gegensatz zum chemischen Desinfektionsverfahren sind zusätzliche Zugaben von desinfizierenden Mitteln nicht erforderlich, Wartung- und Überwachung von Dosieranlagen entfallen und spezielle Sicherheitsbestimmungen sind ebenfalls nicht notwendig. Ein weiterer Vorteil ist die Umweltfreundlichkeit, da keine Nebenreaktionen unter Bildung unerwünschter Verbindungen auftreten. Anders als übliche Desinfektionsmittel werden bei einer UV-Entkeimung keine mutationsbedingten Resistenzen entwickelt, wie dies beispielsweise bei krankenhausspezifischen Keimen (z. B. Antibiotika-Resistenz) häufig der Fall ist.
Die UV-Entkeimung ist auch im großen Maßstab möglich, beispielsweise in der kommunalen Trinkwasseraufbereitung. Auch ein Dauerbetrieb ist möglich, um die Keimzahl ständig gering zu halten.
Bei der UV-Entkeimung werden üblicherweise Quecksilberdampflampen eingesetzt, welche Strahlung bei einer Wellenlänge um 254 nm emittieren. Kürzere Wellenlängen unterhalb 200 nm sind so kurzwellig, dass sie durch molekularen Sauerstoff absorbiert werden, wodurch der molekulare Sauerstoff in freie Sauerstoffradikale gespalten wird, und mit weiteren Sauerstoffmolekülen zu Ozon weiterreagieren kann. Derartige kurzwellige UV-Strahlung wird u. a. zur Herstellung von hochreinem Wasser eingesetzt.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Vorschläge für die UV-Entkeimung bekannt geworden. Einige hiervon sollen nachfolgend erläutert werden:
So beschreibt die DE 38 37 905 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere Entkeimung, von Flüssigkeiten und/oder Gasen mittels UV-Lichtquellen, wobei die Vorrichtung eine rohrförmige Reaktionskammer für das zu behandelnde Medium und mindestens zwei UV-Lichtquellen umfasst, wobei voneinander verschiedene UV-Lichtquellen vorgesehen sind, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen abstrahlen und gemeinsam, in wählbaren Kombinationen miteinander oder getrennt im Wechsel betreibbar sind. Die UV-Lichtquellen befinden sich entweder in der Reaktionskammer und werden in das Medium eingetaucht und von diesem umspült oder werden außerhalb und auch mit Abstand von der Reaktionskammer angebracht.
Die DE 38 24 647 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestrahlung von Medien mittels UV-Licht, bestehend aus einem vom Medium durchströmten Rohrkörper aus UV-durchlässigem Werkstoff und mindestens zwei außen achsparallel angeordneten UV-Lichtquellen mit Reflektoren, wobei die Lichtquellen UV-Flachstrahler darstellen, die einen länglich, flachovalen Querschnitt mit Breit- und Schmalseite aufweisen, wobei die Hauptachsen der UV-Lichtquellen jeweils auf den Mittelpunkt des Rohrkörperquerschnitts gerichtet sind. Die UV-Lichtquellen sind kranzförmig und achsparallel um den mediumdurchströmten Rohrkörper angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform liegen die Flachstrahler mit der dem Rohrkörper zugewandten Schmalseite am Rohrkörper an.
Die US 5 133 932 offenbart eine Vorrichtung zur Sterilisierung von Blut und anderen Flüssigkeiten biologischen Ursprungs, indem ein für UV-Strahlung transparenter Behälter mit der zu sterilisierenden Flüssigkeit gedreht und gleichzeitig von außen mit UV-Strahlung bestrahlt wird. Der Behälter kann eine wellenförmige Oberfläche aufweisen. Die UV-Lichtquellen sind jedoch außerhalb des drehbaren Behälters angeordnet.
Weiterhin beschäftigt sich die DE 196 17 467 A1 mit einer Vorrichtung zum Entkeimen von Wasser mittels UV-C-Strahlen, wobei das Wasser durch ein Quarzglasrohr fließt und die ein oder mehreren UV-Strahler um das Quarzglasrohr herum angeordnet sind.
Aus dem Stand der Technik sind demnach im Wesentlichen zwei unterschiedliche Aufbaukonzepte für UV-Entkeimungsanlagen bekannt:

(a) Anlagen, bei denen die UV-Lichtquellen vom zu entkeimenden Medium umspült werden, und
(b) Anlagen, bei denen die Lichtquellen außerhalb des zu entkeimenden Mediums angeordnet sind.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit Anlagen vom Typ (b) und stellt eine Verbesserung derartiger Anlagen des Typs (b) dar.
Nachteile der bekannten Anlagen vom Typ (b) sind geringe Effizienz und großer Bauraum. Die UV-Lichtquellen befinden sich bei diesen Anlagen außerhalb eines UV-durchlässigen Rohres, in dem das zu entkeimende Medium fließt. Um eine zur Entkeimung erforderliche Mindestbestrahlung im vollständig durchflossenen Innenraum zu garantieren, muss entweder eine Vielzahl von UV-Lichtquellen um das Rohr herum angeordnet werden oder über ein aufwändiges, vergleichsweise viel Platz benötigendes Reflektorsystem die UV-Strahlung weniger Lichtquellen in ausreichendem Maße verteilt werden. Um eine ausreichende Entkeimungsleistung zu erreichen, müssen jedoch insbesondere zwei Kriterien erfüllt werden: Die Strahlungsintensität muss über den gesamten zu entkeimenden Bereich ausreichend hoch sein, d. h. die Intensität der Strahlung zur Entkeimung sollte ein bestimmtes Strahlungsminimum nicht unterschreiten. Weiterhin sollte eine möglichst homogene Verteilung der Strahlung im zu entkeimenden Medium vorliegen. Aus dem Stand der Technik bekannte Anlagen haben jedoch typischerweise das Problem einer schlechten UV-Lichtausnutzung, verursacht durch Abschattungen, Mehrfachreflexionen und Verlustmechanismen, insbesondere an den Spiegeloberflächen des Reflektorsystems. Durch die in der Regel ungerichtete Abstrahlung der UV-Lichtquellen geht nur ein geringer Anteil der Strahlung auf direktem Weg durch das UV-durchlässige Rohr in das zu entkeimende Medium. Der übrige Anteil muss über Reflektoren in das Rohr gelenkt werden. Reflektormaterialien, wie etwa Aluminium, absorbieren jedoch einen signifikanten Teil der UV-Strahlung, beispielsweise bei Aluminium sind dies ca. 15% bei einer Wellenlänge von 254 nm. Dieser Anteil der UV-Strahlung geht verloren und steht für die Entkeimung nicht mehr zur Verfügung.
Weiterhin benötigen die bekannten Anordnungen von UV-Lichtquellen und Reflektoren viel Platz und eignen sich daher nur bedingt für Anwendungen mit geringem Bauraum.
Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine effektive Entkeimung von Flüssigkeiten oder Gasen mittels UV-Strahlung unter Beibehaltung der bekannten Vorteile einer UV-Entkeimung bereitstellt, wobei eine bessere Ausnutzung der durch die Lichtquellen erzeugten UV-Strahlung erzielt wird. Weiterhin soll die erfindungsgemäße Vorrichtung eine höhere Kompaktheit hinsichtlich der Bauweise ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung zur Entkeimung von Gasen und/oder Flüssigkeiten gelöst, umfassend ein Rohr aus UV-transparentem Glas, das einen hohlen Innenraum und eine Rohrwand mit einer Rohrinnenwand und einer Rohraußenwand aufweist, sowie mindestens eine UV-Lichtquelle, wobei das UV-transparente Glasrohr an mindestens einer Stelle eine Einbuchtung in den Innenraum und/oder eine Aussparung in der Rohraußenwand aufweist und in der mindestens einen Einbuchtung und/oder Aussparung mindestens eine UV-Lichtquelle angeordnet ist.
Die Geometrie der Erfindung basiert daher auf einer Anordnung mindestens einer UV-Lichtquelle, die zumindest teilweise in der Glaswand des Rohrs angeordnet ist. Zum Vorsehen der einen oder mehreren UV-Lichtquellen in der Glaswand des Rohrs werden Einbuchtungen und/oder Aussparungen in der Glasrohrwand bereitgestellt.
Eine „Einbuchtung” soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Einstülpung der Glaswand des Glasrohres vorbestimmter Größe darstellen, in der zumindest eine UV-Lichtquelle angeordnet ist. Dabei sind die Rohrinnenwand und die Rohraußenwand gleichzeitig an derselben Stelle nach innen gestülpt und bilden zusammen einen zur Rohraußenseite offenen Hohlraum aus, in den die mindestens eine UV-Lichtquelle aufgenommen wird. Der von der Einbuchtung gebildete Hohlraum ist zur Rohraußenseite offen, um den Zugang zur UV-Lichtquelle zu erleichtern. Hierdurch kann die UV-Lichtquelle in einfacher Weise an die elektrischen Anschlüsse angebracht und wieder von diesen abgekoppelt werden, so dass die UV-Lichtquellen ohne weiteres ausgetauscht werden können.
Eine „Aussparung” bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vertiefung vorbestimmter Größe, die in der Rohraußenwand des Glasrohrs vorgesehen ist, welche zumindest eine UV-Lichtquelle aufnimmt. Es liegt daher eine Vertiefung nur in der Rohraußenwand des Glasrohres vor, die Rohrinnenwand bleibt hiervon unberührt.
Die Anzahl der verwendeten UV-Lichtquellen kann hierbei erfindungsgemäß relativ beliebig ausgewählt werden. Es ist zumindest eine UV-Lichtquelle vorhanden. Es können auch mindestens 2 UV-Lichtquellen vorliegen. Beispielhafte Ausführungsformen umfassen 1 bis 8 UV-Lichtquellen, bevorzugter 1 bis 6 UV-Lichtquellen, insbesondere 1 bis 5 UV-Lichtquellen, ganz besonders bevorzugt sind 1 bis 4 oder 1 bis 3 UV-Lichtquellen im Glasrohr. Wenn relativ stark strahlende UV-Lichtquellen, wie übliche UV-Stablampen, zum Einsatz kommen, ist es aus Kostengründen bevorzugt, eine möglichst geringe Anzahl an UV-Lichtquellen einzusetzen, bevorzugt 1 bis maximal 3 UV-Lampen. Wenn relativ schwach strahlende UV-Lampen zum Einsatz kommen, wie UV-LEDs, so kann erfindungsgemäß auch eine deutlich größere Anzahl an UV-Lichtquellen eingesetzt werden, beispielsweise 100 UV-LEDs oder mehr. In jedem Fall sollte eine vordefinierte Mindeststrahlungsintensität nicht unterschritten werden und eine möglichst gleichmäßige Verteilung des UV-Lichts vorliegen, um eine ausreichende Entkeimung zu gewährleisten.
Die Anordnung der UV-Lichtquellen erfolgt, je nach der gewählten Anzahl, derart, dass vorzugsweise eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Lichtquellen über den gesamten Rohrumfang vorliegt. Besonders bevorzugt sind daher symmetrische Anordnungen, wie z. B. achsen- bzw. spiegelsymmetrische, rotationssymmetrische oder punktsymmetrische Anordnungen. Bei einer nicht symmetrischen Anordnung der UV-Lichtquellen, können Stellen im zu entkeimenden Medium resultieren, an die deutlich weniger UV-Licht gelangt, was vermieden werden sollte. Bei Vorsehen von 3 UV-Lichtquellen werden die UV-Lichtquellen daher vorzugsweise derart angeordnet, dass diese ein gleichseitiges Dreieck aufspannen (gedachte Verbindungslinien zwischen den einzelnen UV-Lichtquellen als Ecken stellen ein gleichseitiges Dreieck dar). Bei 4 UV-Lichtquellen werden diese vorzugsweise an den Ecken eines gedachten Quadrats angeordnet. Bei 5 UV-Lichtquellen befinden sich diese vorzugsweise in den Ecken eines Fünfecks mit gleichlangen Seiten etc.
Die Auswahl einer geeigneten Anordnung der UV-Lichtquellen hängt neben der Anzahl, Größe und Form der UV-Lichtquellen auch von der gewählten Form, Größe und dem Querschnitt des Glasrohrs ab. Ein Fachmann aus dem Stand der Technik kann ohne weiteres eine geeignete, vorzugsweise möglichst symmetrische Anordnung der UV-Lichtquellen für jeden Rohrtyp auswählen.
Die Anzahl der Einbuchtungen und/oder Aussparungen stimmt vorzugsweise mit der Anzahl der verwendeten UV-Lichtquellen überein. In Einzelfällen können aber auch mehr Einbuchtungen und/oder Aussparungen vorliegen als UV-Lichtquellen oder es können mehrere UV-Lichtquellen in einer Einbuchtung und/oder in einer Aussparung vorliegen.
Weiterhin bevorzugt ist jeweils nur eine UV-Lichtquelle in einer Einbuchtung und jeweils nur eine UV-Lichtquelle in einer Aussparung vorgesehen. Dies führt zu einer besseren Ausnutzung der UV-Strahlung unter Vermeidung einer gegenseitigen Abschattung der UV-Lichtquellen. Bei Verwendung von UV-LEDs sind im Gegensatz hierzu mehrere, möglicherweise sogar eine große Anzahl an UV-Lichtquellen in einer Einbuchtung und/oder Aussparung angeordnet. Dies liegt daran, dass LEDs gerichtet abstrahlen und so eine gegenseitige Abschattung vermieden werden kann.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat besonders bei nicht vollständig UV-transparenten Rohrmaterialien, insbesondere bei den eingesetzten UV-transparenten Gläsern Vorteile. Da Glasrohre von UV-transparenten Gläsern bei einer Wellenlänge von 254 nm eine Absorption von > 10% auf 1 mm Materialdicke zeigen können, ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft, dass das Licht nur kurze Wege durch das Glas zurücklegt, und nicht bereits im Rohrmaterial zu hohen Anteilen absorbiert wird.
Der Begriff „UV-transparent” bedeutet, dass das erfindungsgemäß eingesetzte Glas des Rohrs eine hohe UV-Transmission aufweist, was bedeutet, dass eine UV-Transmission von mindestens 75% bei einer Wellenlänge von 254 nm und einer Schichtdicke des Glases von 1 mm vorliegt. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform zeigt das Glas des Rohrs eine Transmission bei einer Schichtdicke von 1 mm im UV-Bereich, die bei 200 nm < 0,5% liegt und bei 254 nm > 75% liegt. Noch bevorzugter wird eine Transmission bei einer Schichtdicke von 1 mm im UV-Bereich bei 200 nm < 0,3% und bei 254 nm > 80% erhalten.
Die erfindungsgemäße Lösung der Bereitstellung der UV-Lichtquellen in Einbuchtungen und/oder Aussparungen zeichnet sich dadurch aus, dass die UV-Lichtquellen in Richtung zum Innenraum des Rohrs versetzt sind. Es resultiert ein hoher Anteil an UV-Strahlung, der direkt durch das Glasrohr in das Medium geführt wird, ohne vorher unter Verlusten reflektiert zu werden. Durch die erfindungsgemäß bereitgestellte Geometrie wird weiterhin eine homogenere Lichtverteilung im Rohrinnenraum erzielt, wodurch die Entkeimungsleistung erhöht wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird zudem eine hohe Kompaktheit des Systems zur Verfügung gestellt.
So gelangt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehr UV-Strahlung an/in das Medium, als bei einer herkömmlichen Anordnung, wo sich die UV-Lichtquellen außerhalb des das zu entkeimende Medium führenden Rohrs befinden. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Anlagen gemäß Typ (a), die in der Regel auf einem sehr komplexen Systemaufbau beruhen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung relativ einfach aufgebaut. Insbesondere muss in Systemen vom Typ (a) die UV-Lichtquelle von außen zugänglich sein, was zusätzlichen konstruktiven Aufwand bedeutet, womit wiederum hohe Kosten verbunden sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht demgegenüber einen einfachen Zugang zur UV-Lichtquelle, so dass diese ohne weiteres ausgetauscht werden kann. Aufgrund des erfindungsgemäß einfachen Systemaufbaus kann ein nahezu ungestörter Durchfluss des Mediums durch das Glasrohr erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Form der Aussparungen und/oder Einbuchtungen an die Form der verwendeten UV-Lichtquellen angepasst sein. Die Einbuchtung und/oder Aussparung ist zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass diese die UV-Lichtquelle zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in sich aufnehmen kann. Die auf die Lichtquelle angepasste spezielle Form der Einbuchtung oder Aussparung dient zur Optimierung der Lichtverteilung, so dass alle Bereiche innerhalb des Rohres möglichst eine ausreichende Bestrahlungsstärke erhalten. Dies spielt insbesondere am inneren Rohrrand, mittig zwischen einzelnen Lichtquellen eine Rolle, wo ansonsten nur geringe Strahlungsintensität vorliegen würde.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist/sind die UV-Lichtquelle/n in der mindestens einen Aussparung derart angeordnet, dass die UV-Lichtquelle/n zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig, innerhalb der Rohraußenwand des UV-transparenten Glasrohrs vorliegt/vorliegen, so dass die UV-Lichtquelle teilweise, bevorzugt vollständig, von der Wand des Rohrs aufgenommen wird/werden und nur noch teilweise, bevorzugt nicht mehr, nach außen übersteht/überstehen. Unter „Rohraußenwand” wird hier die Außenseite des Rohrs verstanden, wie diese ohne Aussparungen aussehen würde, d. h. wenn keine Aussparungen im Glasrohr vorhanden wären.
Noch bevorzugter wird die mindestens eine UV-Lichtquelle in der mindestens einen Einbuchtung derart angeordnet, dass sich die mindestens eine UV-Lichtquelle zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig, innerhalb der Rohrinnenwand des UV-transparenten Glasrohrs befindet, wenn die Rohrinnenwand ohne Einbuchtungen vorliegen würde. Unter „Rohrinnenwand” wird hier die Innenseite des Rohrs verstanden, wie diese ohne Aussparungen aussehen würde, d. h. wenn keine Aussparungen im Glasrohr vorhanden wären.
Im Falle, dass das Glasrohr einen runden Querschnitt aufweist, liegen die Aussparungen derart in der Glaswand angeordnet, insbesondere der Rohraußenwand, vor, dass sich die darin vorliegenden UV-Lichtquellen zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig, innerhalb des Außenradius des Rohrs befinden. Unter „Rohraußenradius” wird hier die Außenseite des Rohrs verstanden, wie diese ohne Aussparungen aussehen würde, d. h. wenn keine Aussparungen im Glasrohr vorhanden wären.
Nach der weiteren bevorzugten Ausführungsform, für den Falle, dass das Glasrohr einen runden Querschnitt aufweist, reichen die Einbuchtungen vorzugsweise so weit in den Innenraum des Glasrohrs, dass sich die darin befindlichen UV-Lichtquellen zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig, innerhalb des Innenradius des Rohrs befinden. Unter „Rohrinnenradius” wird hier die Innenseite des Rohrs verstanden, wie diese ohne Einbuchtungen aussehen würde, d. h. wenn keine Einbuchtungen im Glasrohr vorhanden wären.
Durch diese erfindungsgemäße Geometrie kann ein Großteil der Strahlung (mindestens 180°-Abstrahlwinkel) auf direktem Weg durch die Glaswand in den Innenbereich gelangen und geht nicht durch Rückreflektionen in die Lichtquellen und/oder anderweitige Absorption beispielsweise am Reflektor verloren. Besonders bevorzugt sind Anordnungen, bei denen die UV-Lichtquellen derart angeordnet werden, dass sich diese innerhalb der Rohrinnenwand befinden, wie oben definiert, so dass eine besonders günstige Strahlungsverteilung resultiert, bei der der überwiegende Teil des UV-Lichts auf direktem Weg durch das Glas in den Innenraum gelenkt wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen gelingt es erfindungsgemäß daher, dass nur noch ein geringer Strahlungsanteil über Reflektoren zurückreflektiert wird. Es resultiert somit eine höhere Gesamteffizienz des Systems.
Die Einbuchtungen oder Aussparungen sind erfindungsgemäß bevorzugt lokal begrenzt im Glasrohr vorgesehen, d. h. die Einbuchtungen oder Aussparungen weisen eine vordefinierte Form und Größe auf; diese liegen vorzugsweise nur im Bereich einer UV-Lichtquelle oder einer Gruppe von UV-Lichtquellen vor und dehnen sich nicht weiter längs der Rohrachse aus. Es kann aber auch vorteilhaft sein, beispielsweise aus produktionstechnischen Gründen, eine Aussparung oder Einbuchtung vorzusehen, die größer ist als die enthaltene UV-Lichtquelle. Die Aussparungen und/oder Einbuchtungen können beispielsweise auch umlaufend um das Rohr vorliegen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen entweder nur Einbuchtungen oder nur Aussparungen im Glasrohr vor, wobei dann vorzugsweise jeweils nur eine UV-Lichtquelle oder eine Gruppe von UV-Lichtquellen in einer Einbuchtung und jeweils nur eine UV-Lichtquelle oder eine Gruppe von UV-Lichtquellen in einer Aussparung vorgesehen ist. Entweder nur Einbuchtungen oder nur Aussparungen im Glasrohr vorzusehen ist aufgrund der eingesetzten unterschiedlichen Herstellungsverfahren zweckmäßig und wird noch im Einzelnen beschrieben.
Eine weitere bevorzugte Komponente in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Reflektor, der außerhalb des Rohres angeordnet wird, um das nach außen abgestrahlte UV-Licht wieder in das Rohr hinein zu reflektieren. Die Reflektoren dienen zudem dazu, durch eine gezielte Reflektorgeometrie den Anteil der in die Lichtquelle zurückreflektierten UV-Strahlung auf ein Minimum zu reduzieren, bzw. aus dem Medium, insbesondere auf der gegenüberliegenden Seite, austretendes UV-Licht in das Medium zurück zu reflektieren.
Die Art, Form, Größe und der Aufbau des Reflektors sind erfindungsgemäß nicht weiter beschränkt. Ein Reflektor kann jede Art von Bauteil sein, umfassend eine Oberfläche zur Reflektion von Licht. Der Reflektor kann in verschiedenen Varianten ausgeführt werden. Der Reflektor kann beispielsweise aus flexiblem oder starrem bzw. festem Material aufgebaut sein. Bevorzugt weist der Reflektor eine Form und Größe auf, die an die Form und Größe der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere das UV-transparente Glasrohr mit mindestens einer UV-Lichtquelle, angepasst ist.
Vorteilhafterweise kann der Reflektor beispielsweise um das Glasrohr herum angeordnet sein und dieses vollständig einhüllen, d. h. der Reflektor ist um die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung herum angeordnet. Der Reflektor kann hierfür vorzugsweise die Form eines Rohrs aufweisen, beispielsweise ein Rohr aus Aluminium, Edelstahl oder einem anderen Material, kann gegebenenfalls mit einer entsprechenden reflektierenden Beschichtung versehen sein und einen größeren Durchmesser als das Glasrohr aufweisen, das der Reflektor vollumfänglich umschließt. Dabei kann die Form und insbesondere der Querschnitt des Reflektorrohrs der Form bzw. dem Querschnitt des Glasrohres ähnlich sein. Das Reflektorrohr kann gleichzeitig als Schutz für das Glasrohr dienen.
Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Reflektor unmittelbar auf dem Glasrohr angebracht, wobei gegebenenfalls im Bereich der Einbuchtungen und/oder Aussparungen kein Reflektor vorgesehen ist. Beispielsweise kann der Reflektor auf der Rohraußenwand aufgebracht sein, ausgenommen in dem Bereich, wo die Einbuchtungen und/oder Aussparungen vorliegen, bevorzugt in Form einer UV-reflektierenden Beschichtung auf der Rohraußenwand.
Der Reflektor kann sich auch aus mehreren verschiedenen Komponenten zusammensetzen, z. B. einzelnen Reflektoren, die vorzugsweise hinter den UV-Lichtquellen angeordnet sind. Bevorzugt ist dann jeder UV-Lichtquelle oder einer Gruppe von UV-Lichtquellen ein Reflektor zugeordnet, um eine möglichst hohe Strahlungsenergie für die Bestrahlung des im Rohr fließenden oder strömenden Mediums zur Verfügung zu stellen. Die einzelnen den jeweiligen UV-Lichtquellen zugeordneten Reflektoren sind in Form und Gestalt vorzugsweise den Formen eines Kegelschnitts angenähert, beispielsweise parabolisch oder elliptisch.
Es kann auch eine Kombination von unterschiedlichen Reflektoren vorliegen. Bevorzugt ist auf der Außenseite des Glasrohrs ein Reflektor vorgesehen und zusätzlich an jeder UV-Lichtquelle ebenfalls ein Reflektor vorgesehen.
Beispielsweise kann ein Reflektor um das Glasrohr herum angeordnet sein oder unmittelbar auf dem Glasrohr angebracht sein, ausgenommen im Bereich der Einbuchtungen und/oder Aussparungen, wo für jede UV-Lichtquelle ein zusätzlicher Reflektor vorgesehen ist. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise auf der Rohraußenwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine UV-reflektierende Beschichtung vorgesehen und in dem Bereich, wo sich die Aussparungen und/oder Einbuchtungen befinden und die Strahlung in den Innenraum gelangen soll, liegt keine Beschichtung vor, da hier die Oberfläche unterbrochen ist, so dass jeweils separate Reflektoren vorgesehen sein können.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher eine einfache Reflektorgeometrie möglich, wobei der Reflektor um das oder auf dem Glasrohr mit den UV-Lichtquellen angeordnet sein kann.
Auch Form, Größe oder der Querschnitt des Glasrohrs ist erfindungsgemäß nicht besonders beschränkt. Der Querschnitt des Rohrs ist beliebig wählbar, sofern die baulichen Gegebenheiten für die beabsichtigte Verwendung dies ermöglichen. Der Querschnitt des Rohrs ist beispielsweise ausgewählt aus rund, oval, eckig, insbesondere 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-eckig, bevorzugt rund oder oval. Beispielsweise kann der Rohrquerschnitt eine fünfeckige Grundkontur mit Einbuchtungen/Aussparungen für die Lampen an den fünf Ecken darstellen oder der Rohrquerschnitt kann eine elliptische Grundkontur mit Einbuchtungen/Aussparungen an den spitzeren Rundungen aufweisen oder der Rohrquerschnitt ist rund mit vorzugsweise gleichmäßiger Verteilung der UV-Lichtquellen über den gesamten Rohrumfang.
Besonders bevorzugt ist erfindungsgemäß ein rundes Rohr oder ein Rohr, das eine im Wesentlichen runde Grundkontur aufweist. Wenn Einbuchtungen und/oder Aussparungen in einem Rohr mit runder Grundkontur in der Glaswand vorliegen, so kann die Rohrinnenwand eine runde Innenkontur aufweisen und die Rohraußenwand kann ebenfalls eine runde Außenkontur aufweisen, die nur durch die vorliegenden Einbuchtungen/Aussparungen unterbrochen wird.
Eine im Wesentlichen runde Grundkontur ist erfindungsgemäß möglichst breit gefasst zu verstehen, wonach ein Rohr im Querschnitt beispielsweise auch eine stern- oder wellenförmige Gestalt aufweisen kann, die sich von der runden Grundform ableitet, die noch vorhanden ist, wenn man sich die zusätzlichen Strukturen wegdenkt. Der Rohrquerschnitt kann selbstverständlich auch eine exakt runde Außen- und Innenkontur aufweisen, d. h. mit einem vordefinierten Innen- und Außenradius.
Die Einbuchtungen und Aussparungen können erfindungsgemäß beliebige Form und Größe aufweisen, können beispielsweise spitz zulaufend und/oder abgerundet ausgebildet sein. Bevorzugt sind jedoch runde oder abgerundete Formen, die an die Form der UV-Lichtquelle angepasst sind. Weiterhin bevorzugt sind Formen, die eine gezielte Lenkung des UV-Lichts in den Glasinnenraum ermöglichen. Besonders bevorzugt sind sämtliche im Glasrohr vorhandenen Einbuchtungen von gleicher Form und Größe. Besonders bevorzugt sind auch sämtliche Aussparungen, die im Glasrohr vorhanden sind, von gleicher Form und Größe.
Die erfindungsgemäß eingesetzten UV-Lichtquellen sind im Rahmen der Erfindung ebenfalls nicht besonders beschränkt, es kann jede Art an bekannten UV-Lichtquellen zum Einsatz kommen, wobei üblicherweise UV-Strahlung bei einer Wellenlänge von 253,7 nm eingesetzt wird. Dies stellt die Hauptemissionswellenlänge von Niederdruck-UV-Lampen und ein wesentliches Strahlungsmaximum anderer UV-Lampen dar. Eingesetzt werden daher beispielsweise Mitteldruck-, Hochdruck- oder Niederdruck-UV-Lampen, bevorzugt Quecksilberdampf-Mitteldruck-, -Hochdruck- oder Niederdruck-Lampen, welche Strahlung bei einer Wellenlänge um 254 nm emittieren. Niederdruck-UV-Lampen, insbesondere Niederdruck-Quecksilberdampflampen sind besonders bevorzugt. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind UV-Lichtquellen in Form von CCL (Cold Cathode Lamp) besonders bevorzugt. Diese basieren auf der bewährten CCFL-Technologie (Cold Cathode Fluorescent Lamp) wobei auf die Fluoreszenz-Beschichtung verzichtet wird und können heute bereits frei am Markt bezogen werden. Erfindungsgemäß können auch UV-LEDs zum Einsatz kommen. Beim Einsatz von UV-LEDs kann eine höhere Wellenlänge im Bereich von 270 nm gewählt werden, bei der einerseits die Entkeimungswirkung größer ist. Andererseits besitzen typische UV-transparente Gläser bei diesen Wellenlängen eine höhere Transmission, was die Effizienz zusätzlich erhöht.
Generell zeichnen sich Rohre dadurch aus, dass deren Rohrwand eine bestimmte Gestalt in Form einer Kontur aufweist, die sich in Richtung der Längsachse des Rohres in bestimmter Länge erstreckt. Die Kontur (Profil) wird in der vorliegenden Erfindung bestimmt durch Aussparungen und/oder Einbuchtungen, die vorzugsweise jeweils im Wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufen. Eine Kontur kann auf der Außenseite eines Rohres als sog. Außenkontur und/oder auf der Innenseite eines Rohres als sog. Innenkontur vorliegen. Die Innen- und Außenkontur können derart kombiniert und aufeinander abgestimmt sein, dass die Wandstärke des Rohres längs des Rohrumfangs konstant ist oder variiert.
Erfindungsgemäß ist bei Vorsehen von ein oder mehreren Einbuchtungen in der Rohrwand die Wandstärke des Rohres vorzugsweise längs des Rohrumfangs konstant. Bei einer erfindungsgemäßen Einbuchtung stimmt die Außenkontur mit der Innenkontur überein, die Außenkontur weist immer dann eine Einbuchtung auf, wenn die Innenkontur auch eine Einbuchtung aufweist.
Die Innen- und Außenkontur können auch derart kombiniert und aufeinander abgestimmt sein, dass die Wandstärke des Rohres längs des Rohrumfangs variiert wird. Bei Vorsehen von erfindungsgemäßen Aussparungen befinden sich diese vorzugsweise nur in der Außenkontur, während die Innenkontur unverändert, beispielsweise rund ist. Die Wandstärke des Rohrs ist daher bevorzugt bei der Position der Aussparung geringer als an Stellen, wo keine Aussparung vorliegt und variiert daher.
Bevorzugt wird die Wandstärke des Glasrohrs je nachdem ob Einbuchtungen und/oder Aussparungen vorgesehen sind, ausgewählt. Bei Aussparungen ist es zweckmäßig eine größere Wandstärke vorzusehen, da die UV-Lichtquellen in den entstehenden Vertiefungen untergebracht werden. Vorzugsweise ist die Wandstärke des Glasrohrs daher größer als der Durchmesser der UV-Lichtquellen.
Generell kann die Kontur eine regelmäßige Form oder eine unregelmäßige Form aufweisen. Aufgrund der bevorzugten symmetrischen Anordnung der UV-Lichtquellen ist eine regelmäßige Form bevorzugt. Die Einbuchtung oder Aussparung kann z. B. eine Wellenform besitzen oder eine abgerundete, recheckige oder Zackenform aufweisen. Kombinationen von unterschiedlichen Formen sind möglich.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Aussparungen und/oder Einbuchtungen in einem Glasrohr beliebiger Form können gemäß dem Wissen des Fachmanns im Bereich der Glastechnologie ohne weiteres hergestellt werden. Hierbei handelt es sich um die sog. Konturgebung, auch bezeichnet als Profilierung oder Strukturierung, der Oberfläche beispielsweise der Außenseite und/oder Innenseite eines Glasrohres. Dies kann zum Beispiel durch eine Oberflächenentmischung im Glas und anschließende Herauslösung einer Phase aufgrund beispielsweise unterschiedlicher Löslichkeit erreicht werden. Dies ist in der DE 10 2004 008 931 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen werden soll. Die Entmischung des Glases kann durch kurzzeitige lokale Erhitzung des Glaskörpers beispielsweise mit Hilfe einer IR-Heizung oder eines Lasers erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Konturen ist es, eine spezielle Kontur durch Beschichtung(en), sowohl Innen- wie Außenbeschichtung(en), aufzubringen.
Die Konturen, wie Aussparungen und/oder Einbuchtungen, können aber auch bereits während der Glasherstellung erzeugt werden. In einem besonders bevorzugten Verfahren werden die Konturen direkt im Heißformgebungsverfahren in das Glasrohr eingebracht. Das Einbringen von Konturen bzw. Profilen in ein Glasrohr sind in der DE 10 2004 018 148 A1 (Conturax^®-Technologie) beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird.
Bei dem aus der DE 10 2004 018 148 A1 bekannten Verfahren wird ein kontinuierliches Rohrziehverfahren verwendet, um kalibrierte runde oder profilierte Glasrohre mit einem vorgegebenen Innenprofil und/oder einem vorgegebenen Außenprofil herzustellen. Hierbei wird die Glasschmelze während des Ziehvorganges über einen speziellen Profilformungskörper gezogen. Das Verfahren kann beispielsweise auf das bekannte Down-Draw- oder Vello-Verfahren und das Danner-Verfahren angewendet werden.
Bei diesen kontinuierlichen Rohrziehverfahren sind neben der Viskosität des Glases die Parameter Innendruck, Glasdurchsatz, Ziehgeschwindigkeit und Abmessungen der Formwerkzeuge entscheidend, wobei alle Parameter entsprechend aufeinander abgestimmt werden. Rohrdurchmesser und Wanddicke sind unabhängig voneinander wählbar. Die Ziehgeschwindigkeit ist dabei für eine vorgegebene Rohrabmessung (Außendurchmesser und Wanddicke) aufgrund des Kontinuitätsgesetzes mit dem Glasdurchsatz korreliert.
Bei Herstellung von Glasrohren gemäß der DE 10 2004 018 148 A1 kann das Vorsehen einer größeren Aussparung in der Außenkontur des Glasrohrs bei entsprechender Verfahrensführung auch zu einer Veränderung der Innenkontur führen, so dass eine Einbuchtung erhalten wird. So können bei entsprechender Anwendung des Conturax^®-Verfahrens sowohl Aussparungen als auch Einbuchtungen in einem Glasrohr hergestellt werden.
Mit der Conturax^®-Technologie kann demnach direkt ein Glasrohr mit den erforderlichen Aussparungen und/oder Einbuchtungen und damit verhältnismäßig kostengünstig aus der Schmelze gezogen werden. Jedoch ist die Conturax^®-Technologie nicht für Quarzglas einsetzbar, so dass hierfür auf andere Verfahren zurückgegriffen werden muss.
Ein Glasrohr kann auch durch entsprechende Nachbearbeitung mit entsprechenden Konturen, insbesondere Einbuchtungen und/oder Aussparungen, versehen werden. Beispielsweise können Konturen mittels eines Lasers, durch Fräsen, Schleifen, Heißprägen und/oder Walzen in die Glasoberfläche eingebracht werden, bevorzugt ist das Heißprägen.
Die Wandstärke des Glasrohrs kann erfindungsgemäß zunächst beliebig eingestellt werden. Beschränkungen liegen nur im Hinblick auf den geplanten Einsatzzweck, die gewünschte Form und Größe sowie die gewünschten mechanischen Stabilitätsanforderungen vor. Beispielsweise liegen im Haushaltsbereich Außenanschlussdrücke von 4 bis 6 bar vor, die aber im weiteren Verlauf, z. B. bei Auslauf eines Wasserhahns, deutlich abfallen können, z. B. auf < 1 bar. In der großtechnischen Wasseraufbereitung liegen die Drücke oft wesentlich höher, so dass das Glasrohr – je nach Einsatzzweck und Einsatzort – für bestimmte Drücke ausgelegt sein sollte. Dies stellt jedoch Wissen des Fachmanns dar, der ohne weiteres die geeignete Wandstärke für ein Glasrohr für das Anwendungsgebiet auswählen kann. Dem Fachmann aus dem Stand der Technik ist ebenfalls bekannt, wie derartige Glasrohre hergestellt werden können.
Das verwendbare UV-transparente Glas ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls nicht besonders beschränkt. Es kann jedes dem Fachmann bekannte UV-transparente Glas zum Einsatz kommen. Erfindungsgemäß bevorzugte UV-transparente Gläser sind beispielsweise Quarzgläser, Silicatgläser, besonders bevorzugt Borosilcatgläser oder Natrium-Kalium-Barium-Silicatgläser, ganz besonders bevorzugt Quarzgläser und Borosilicatgläser.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten Gläsern ist neben der erwünscht hohen UV-Durchlässigkeit darauf zu achten, dass diese gegenüber dem zu entkeimenden Medium eine ausreichende Stabilität aufweisen. Wenn beispielsweise Wasser entkeimt werden soll, wird vorzugsweise ein hydrolytisch ausreichend stabiles Glas eingesetzt. Nach DIN ISO 719 werden Gläser in 5 Wasserbeständigkeitsklassen eingeteilt. Wenn Wasser entkeimt werden soll, wird daher bevorzugt ein UV-transparentes Glas eingesetzt, das je nach gewählter Zusammensetzung, eine hydrolytische Beständigkeit der Klasse 1 bis 3 gemäß ISO 719 (auch bezeichnet als Wasserbeständigkeitsklasse oder WBK), besonders bevorzugt eine hydrolytische Beständigkeit der Klasse 1 gemäß ISO 719 aufweist.

Besonders bevorzugt eingesetzte UV-transparente Gläser weisen eine der nachfolgenden Glaszusammensetzungen (in Gew.-% auf Oxidbasis) auf: Glaszusammensetzung 1:

SiO₂	75–85	Gew.-%
B₂O₃	8–15	Gew.-%
Al₂O₃	0,5–4	Gew.-%
Na₂O	1–6	Gew.-%
K₂O	0,1–2	Gew.-%
ZrO₂	< 0,005	Gew.-%

mit einem Gehalt an Fe₂O₃ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm,
einem Gehalt an TiO₂ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm
und einem Gehalt an Läutermittel;
oder Glaszusammensetzung 2:

SiO₂	65–75	Gew.-%
B₂O₃	15–22	Gew.-%
Al₂O₃	4,5–7	Gew.-%
Na₂O	1,5–4	Gew.-%
K₂O	0,5–3	Gew.-%
Li₂O	0,1–1,5	Gew.-%
BaO	0,5–4	Gew.-%
CaO	0,1–2	Gew.-%
MgO	< 0,01	Gew.-%

mit einem Gehalt an Fe₂O₃ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm,
einem Gehalt an TiO₂ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm
und einem Gehalt an Läutermittel;
oder Glaszusammensetzung 3:

SiO₂	65–78	Gew.-%
B₂O₃	0,5–4	Gew.-%
Al₂O₃	0,5–4	Gew.-%
Na₂O	5–10	Gew.-%
K₂O	8–14	Gew.-%
BaO	5–8	Gew.-%

mit einem Gehalt an Fe₂O₃ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm,
einem Gehalt an TiO₂ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm,
einem Gehalt an CaO < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm,
einem Gehalt an MgO < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm
und einem Gehalt an Läutermittel.

Gas 1 ist beispielsweise für die Entkeimung von Wasser besonders bevorzugt, da es eine hydrolytische Beständigkeit der Klasse 1 aufweist. Die Gläser 2 und 3 werden besonders bevorzugt für die Entkeimung Von Gasen verwendet.
Auch das zu entkeimende Medium ist erfindungsgemäß nicht besonders beschränkt. Es kann jede Flüssigkeit oder jedes Gas oder auch eine Mischung von mehreren Flüssigkeiten oder Gasen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung behandelt werden. Ein bevorzugtes Medium ist Wasser. Wenn besonders aggressive Gase oder Flüssigkeiten entkeimt werden sollen, kann eine entsprechende Auswahl aus geeigneten Glaszusammensetzungen getroffen werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entkeimung von Flüssigkeiten und/oder Gasen in ruhendem oder strömendem Zustand, insbesondere zur Trinkwasseraufbereitung und -entkeimung, Entkeimung von Reinstwasser, Abwasser, Flüssigkeiten aus dem pharmazeutischen und Lebensmittel-Bereich, zur Entkeimung von Gasen, wie Luft oder Industriegasen und dergleichen sowie bei der Reinstwassererzeugung.
Die Vorteile der Erfindung sind außerordentlich vielschichtig:
So stellt die Erfindung erstmals ein UV-transparentes Rohr, versehen mit mindestens einer Einbuchtung/Aussparung, in Verbindung mit mindestens einer UV-Lichtquelle zur Verfügung.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die UV-Lichtquelle(n) in den ein oder mehreren Einbuchtung und/oder in den ein oder mehreren Aussparungen derart angeordnet, dass sich sämtliche UV-Lichtquellen zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig, innerhalb der Rohraußenwand (bei nicht rundem Rohrquerschnitt), bevorzugt innerhalb des Rohraußenradius (bei rundem Rohrquerschnitt), des UV-transparenten Glasrohrs befinden, wobei man die Rohraußenwand bzw. den Rohraußenradius so auffasst, als ob die Einbuchtungen und/oder Aussparungen nicht vorhanden sind. Noch bevorzugter sind die Einbuchtungen innerhalb der Rohrinnenwand (bei nicht rundem Rohrquerschnitt), bevorzugt innerhalb des Rohrinnenradius (bei rundem Rohrquerschnitt), des UV-transparenten Glasrohrs vorgesehen, wobei man die Rohrinnenwand bzw. den Rohinnenradius so auffasst, als ob die Einbuchtungen nicht vorhanden sind. Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäß Anordnungen, bei denen sich die UV-Lichtquellen innerhalb der Rohrinnenwand bzw. innerhalb des Rohrinnenradius befinden, wie oben definiert, so dass eine besonders günstige Strahlungsverteilung resultiert, bei der nur noch ein geringer UV-Strahlungsanteil nicht auf direktem Wege durch das Glasrohr in den Rohrinnenraum gelangt.
Die erfindungsgemäße Geometrie bewirkt, dass die UV-Lichtquellen näher beim zu entkeimenden Medium vorliegen, d. h. in Richtung zum Innenraum des Rohrs versetzt sind. Es resultiert ein hoher Anteil an UV-Strahlung, der direkt in das Medium geführt wird, ohne vorher reflektiert zu werden. Durch die erfindungsgemäß bereitgestellte Geometrie wird weiterhin eine homogenere Lichtverteilung im Rohrinnenraum erzielt, wodurch die Entkeimungsleistung erhöht wird. Es resultiert somit eine höhere Gesamteffizienz des Systems.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird zudem eine höhere Kompaktheit des Systems zur Verfügung gestellt.
Von großem Vorteil ist auch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ein in sich geschlossenes System darstellt, das ohne Einwirkung von außen funktioniert. Während das zu entkeimende Medium, beispielsweise Wasser, durch das UV-transparente Glasrohr strömt, wird bestrahlt, ohne dass dem Medium irgendwelche Zusätze zugegeben werden müssten. Die UV-Lichtquellen werden gegebenenfalls sogar vom Medium umströmt, ohne in direkten Kontakt mit dem Medium zu kommen. Es wird daher größte Nähe zum Medium erreicht, aber gleichzeitig sind die UV-Lichtquellen durch eine Glasummantelung vor dem Medium geschützt.
Aufgrund der besonderen Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Glasrohr zusammen mit den zumindest teilweise in der Glaswand angeordneten UV-Lichtquellen und gegebenenfalls einem oder mehreren Reflektoren beispielsweise in einem kompakten Gehäuse untergebracht werden. Die Vorrichtung kann problemlos in größeren Einheiten, beispielsweise mit fließendem Medium, wie einem Rohrsystem, oder auch mit ruhendem Medium, wie einem Tank oder dergleichen, eingesetzt werden. Die Vorrichtung kann stationär, fest eingebaut, als Teil eines größeren Systems oder flexibel handhabbar als Handgerät zum Einsatz kommen. Die eigentliche Entkeimungsvorrichtung ist hierbei aus einem UV-transparenten Glasrohr mit darin vorzugsweise parallel zur Rohrachse verlaufenden Einbuchtungen bzw. Aussparungen angeordneten UV-Lichtquellen und vorzugsweise einem oder mehreren Reflektoren aufgebaut.
Ferner ist die Herstellung speziell ausgeformter UV-transparenter Glasrohre, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Verwendung finden, in einfacher Weise möglich.
Die Besonderheit der Erfindung ist daher die Nutzung der speziellen Glasrohrform mit Einbuchtungen und/oder Aussparungen. Durch die erfindungsgemäß mögliche besondere Bestrahlungsgeometrie wird eine sehr hohe Entkeimungsleistung erzielt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielt damit einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei relativ geringem Kostenaufwand bei der Herstellung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch für sehr spezielle Anforderungen geeignet. Beispielsweise für die Herstellung von hochreinem Wasser, das insbesondere im Bereich der Pharma-, Kosmetik- und Halbleiterindustrie benötigt wird.
Die Vorrichtung zeigt Ihre Vorteile insbesondere bei kleineren Systemen mit hoher Kompaktheit, beispielsweise mit Drücken im Haushaltsbereich. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird der Wirkungsgrad gegenüber bekannten Anwendungen deutlich erhöht.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben, welche die vorliegende Erfindung nicht beschränken sollen. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines runden UV-transparenten Glasrohrs mit 3 UV-Lichtquellen, die sich jeweils in einer Aussparung befinden, wobei um das Rohr und die UV-Lichtquellen ein Reflektor vorgesehen ist;
2 eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines runden UV-transparenten Glasrohrs mit 3 UV-Lichtquellen, die sich jeweils in einer Aussparung befinden, wobei um das Rohr und die UV-Lichtquellen ein Reflektor vorgesehen ist;
3 eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines UV-transparenten Glasrohrs mit wellenförmiger Außenkontur und runder Innenkontur mit 3 UV-Lichtquellen, die sich jeweils in einer Aussparung befinden, wobei um das Rohr und die UV-Lichtquellen ein Reflektor vorgesehen ist;
4 eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines runden UV-transparenten Glasrohrs mit 3 UV-Lichtquellen, die sich jeweils in einer Aussparung befinden, wobei das Glasrohr einen Reflektor aufweist und zusätzlich jeder UV-Lichtquelle ein Reflektor zugeordnet ist;
5 eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines 5-eckigen UV-transparenten Glasrohrs mit 5 UV-Lichtquellen, die sich jeweils in einer Aussparung befinden, wobei das Glasrohr einen Reflektor aufweist und zusätzlich jeder UV-Lichtquelle ein Reflektor zugeordnet ist;
6 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines runden UV-transparenten Glasrohrs mit 3 UV-Lichtquellen, die sich jeweils in einer Einbuchtung befinden, und einem Reflektor, wobei um das Glasrohr und die UV-Lichtquellen ein Reflektor vorgesehen ist;
7 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines runden UV-transparenten Glasrohrs mit 3 UV-Lichtquellen, wobei das Rohr einen Reflektor aufweist und zusätzlich jeder UV-Lichtquelle ein Reflektor zugeordnet ist;
8a eine dreidimensionale schematische Ansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung der Erfindung;
8b eine dreidimensionale schematische Ansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines UV-transparenten Glasrohrs mit mehreren UV-Lichtquellen;
8c eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines runden UV-transparenten Glasrohrs mit 8 UV-Lichtquellen, wobei das Glasrohr einen Reflektor aufweist und zusätzlich jeder UV-Lichtquelle ein Reflektor zugeordnet ist; und
9 eine graphische Darstellung, bei der die Transmission gegen die Wellenlänge (Transmissionsverlauf) für 3 bevorzugt verwendete UV-transparente Gläser aufgetragen ist.
Die verschiedenen in der Zeichnung dargestellten Elemente sind nur repräsentativ und nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet. Bestimmte Abschnitte hiervon können übertrieben sein, während andere minimiert sein können. Die Zeichnung soll eine beispielhafte Ausführungsform der Offenbarung veranschaulichen, die vom Fachmann im Stand der Technik verstanden und geeigneterweise ausgeführt werden kann. In den Figuren werden gleiche Komponenten und Elemente mit gleichen Bezugszeichen und Symbolen bezeichnet.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rohrs 10 mit rundem Querschnitt, das 3 UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c und einen rund ausgestalteten Reflektor 30 aufweist. Die in 1 dargestellte Ausführungsform weist einen rohrförmigen Innenraum 40 auf, durch den senkrecht zur Zeichenebene ein oder mehrere Flüssigkeiten und/oder ein oder mehrere Gase strömen. Das Rohr 10 ist aus einem UV-transparenten Glas aufgebaut. In der Rohrwand sind UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c angeordnet, die vorzugsweise parallel zur Strömungsrichtung des zu entkeimenden Mediums angeordnet sind. Die UV-Lichtquellen 20a, 20b, und 20c sind jeweils in einer Aussparung 50a, 50b und 50c angeordnet. Die UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c sind im vorliegenden Fall nur teilweise in die jeweiligen Aussparungen 50a, 50b und 50c aufgenommen und stehen daher über die Rohraußenwand 60, in diesem Fall den Außenradius des Glasrohrs 10, hinaus. Die Aussparungen 50a, 50b und 50c sind dabei in der Rohraußenwand 60 angeordnet, die genauso wie die Rohrinnenwand 70 rund ausgestaltet ist. Die Außenkontur und die Innenkontur des Rohrs sind daher beide rund, in der Außenkontur wird die runde Form nur jeweils durch die Aussparungen 50a, 50b und 50c unterbrochen.
Im gezeigten Beispielfall stimmt die Anzahl der UV-Lichtquellen 20a, 20b, und 20c mit der Anzahl der Aussparungen 50a, 50b und 50c überein, so dass in jeder Aussparung 50a, 50b und 50c jeweils eine UV-Lichtquelle 20a, 20b und 20c vorhanden ist. Dies ist jedoch nicht in jedem Fall erforderlich. Beispielsweise könnten zusätzliche Aussparungen vorliegen oder in einer Aussparung könnten mehrere UV-Lichtquellen angeordnet sein.
Die eingesetzten UV-Lichtquellen unterliegen keinerlei Beschränkung, sofern diese für den Einsatzzweck geeignet sind. Es kann jede Art an bekannter UV-Lichtquelle zum Einsatz kommen, wobei üblicherweise UV-Strahlung bei einer Wellenlänge von 253,7 nm eingesetzt wird. Bevorzugt verwendet werden beispielsweise Niederdruck-UV-Lampen, insbesondere Niederdruck-Quecksilberdampflampen. Besonders bevorzugt sind auch UV-Lichtquellen in Form von CCL. Erfindungsgemäß können auch UV-LEDs zum Einsatz kommen.
Die in 1 gezeigten 3 UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c sind im runden Glasrohr 10 symmetrisch angeordnet. Stellt man sich Verbindungslinien zwischen den einzelnen UV-Lichtquellen vor, so bilden diese Linien ein gleichseitiges Dreieck mit den UV-Lichtquellen jeweils an den Ecken des Dreiecks, d. h. die UV-Lichtquellen spannen ein gleichseitiges Dreieck auf und sind daher im Sinne der vorliegenden Erfindung symmetrisch im Glasrohr verteilt angeordnet. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein großer Anteil des UV-Lichts auf direktem Weg durch die Rohrwand in den Innenraum 40 gefangen, wo sich das zu entkeimende Medium befindet. Diese Geometrie ist vorteilhaft, um eine möglichst homogene Strahlungsverteilung mit hoher Strahlungsdichte zu erhalten, wobei ein üblicherweise zwischen den einzelnen UV-Lichtquellen auftretendes Strahlungsintensitätsminimum weitestgehend vermieden werden kann.
Selbstverständlich sind auch andere Rohrquerschnitte und Geometrien mit einer anderen Zahl von Aussparungen und eine anderen Anzahl von UV-Lichtquellen als die gezeigten möglich.
Die in 1 gezeigten Aussparungen 50a, 50b und 50c sind an die Form der UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c angepasst, so dass diese von den Aussparungen 50a, 50b und 50c teilweise aufgenommen werden.
Weiterhin ist in 1 ein Reflektor 30 vorgesehen, um das nach außen abgestrahlte UV-Licht wieder in das Rohr 10 hinein zu reflektieren. Der Reflektor 30 kann in verschiedenen Varianten ausgeführt werden. Im gezeigten Beispielfall ist der Reflektor 30 um die gesamte Anordnung herum angeordnet. Der Reflektor 30 hat im gezeigten Beispielfall die Form eines Rohrs mit größerem Durchmesser als das Glasrohr 10, aber geringerer Dicke bzw. Wandstärke, und umschließt dieses zusammen mit den UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c vollständig.
Die Art und der Aufbau des Reflektors 30 sind erfindungsgemäß nicht weiter beschränkt. Ein Reflektor 30 kann jede Art von Bauteil sein, umfassend eine Oberfläche zur Reflektion von Licht, wie eine reflektierende Beschichtung, eine Reflexfolie, einen Spiegel und dergleichen. Durch den gezeigten Aufbau wird eine einfache Reflektorgeometrie möglich. In der vorliegend dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird eine besonders große Kompaktheit des Systems erhalten, da das System vollständig vom Reflektor 30 umschlossen werden kann, der beispielsweise die Form eines runden Rohrs aufweist. Beispielsweise kann der Reflektor 30 ein Aluminiumrohr oder eine Folie sein, das/die auf der Innenseite eine reflektierende Beschichtung aufweist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform stellt der Reflektor 30 eine Beschichtung dar, die auf die Außenwand 60 des Rohrs 10 aufgebracht wird, beispielsweise aufgedampft wird. Innerhalb der Aussparungen wird jedoch kein Reflektor aufgebracht, da das UV-Licht ansonsten nicht in den Innenraum des Glasrohrs abgestrahlt werden würde.
Bei der gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung ist der Aufbau sehr einfach ausgestaltet, woraus eine kostengünstige Herstellung und ein kostengünstiger Betrieb resultieren.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rohrs 10 mit 3 UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c und einem Reflektor 30. Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist ähnlich zu der von 1 gezeigten, aber die drei Aussparungen 50a, 50b und 50c sind derart ausgestaltet, dass die darin vorliegenden drei UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c praktisch vollständig von der Wand des Rohrs 10 aufgenommen werden und nicht mehr nach außen überstehen. Durch den gezeigten Aufbau wird eine besonders einfache Reflektorgeometrie möglich, der Reflektor 30 liegt dabei direkt am Rohr 10 an und wird durch dieses gehalten und stabilisiert. Der Reflektor kann beispielsweise unmittelbar am Rohr 10 befestigt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise vollständig vom Reflektor 30 umschlossen, beispielsweise in Form eines Aluminium- oder Edelstahlrohrs, und kann am Rohr 10 unmittelbar anliegen.
Die in 2 gezeigten Aussparungen 50a, 50b und 50c sind an die Form der UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c angepasst, so dass diese vollständig in die Rohrwand aufgenommen werden und nicht mehr über die Außenwand 60, im gezeigten Beispielfall den Außenradius, des Glasrohrs 10 überstehen.
In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird eine besonders große Effizienz der Vorrichtung bereitgestellt, da mehr UV-Licht durch das Glas direkt in den Innenraum 40 gelangt, wo sich das zu entkeimende Medium befindet. Diese Geometrie ist ebenfalls besonders vorteilhaft, um eine möglichst homogene Strahlungsverteilung mit hoher Strahlungsdichte zu erhalten.
3 veranschaulicht eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rohrs 10 mit 3 UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c sowie einem Reflektor 30. Im vorliegenden Fall handelt es sich um ein Rohr 10 aus UV-transparentem Glas, das mit Hilfe des Conturax^®-Verfahrens gemäß der DE 10 2004 018 148 A1 hergestellt wurde. Die Rohraußenwand 60 weist eine wellenförmige Kontur (Profil) auf, während die Rohrinnenwand 70 eine runde Kontur besitzt. In den Aussparungen 50a, 50c und 50e befinden sich die UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c, während die Aussparungen 50b, 50d und 50f keine UV-Lichtquellen aufweisen. Die Anordnung ist von einem Reflektor 30 umgeben, der beispielsweise ein Spiegel sein kann.
Bei der in 3 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird zwar weniger UV-Strahlung auf direktem Weg in den Innenraum 40 eingekoppelt, jedoch wird eine deutlich homogenere Strahlungsverteilung erzielt, wodurch sich gute Ergebnisse bei der Entkeimung ergeben.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rohrs 10 aus UV-transparentem Glas mit 3 UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c, die sich jeweils in einer Aussparung 50a, 50b und 50c befinden. Die in 4 gezeigten Aussparungen 50a, 50b und 50c sind an die Form der UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c angepasst, so dass diese von der Rohrwand teilweise aufgenommen werden. Die UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c sind im Glasrohr 10 symmetrisch angeordnet, d. h. an den Ecken eines gedachten gleichseitigen Dreiecks. Jeder UV-Lichtquelle 20a, 20b und 20c ist hierbei ein Reflektor 30.1, 30.2 und 30.3 zugeordnet. Zusätzlich zu den um die 3 UV-Lichtquellen zugeordneten 3 Reflektoren 30a (30.1, 30.2 und 30.3) befindet sich ein weiterer Reflektor 30b mit Öffnungen, wo sich die UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c befinden, um das Rohr 10 angeordnet. Hierdurch resultiert ein besonders vorteilhafter Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform stellt der Reflektor 30b eine Beschichtung dar, die auf die Außenwand 60 des Rohrs 10 aufgebracht wird, beispielsweise aufgedampft wird. Innerhalb der Aussparungen wird jedoch kein Reflektor aufgebracht, da das UV-Licht ansonsten nicht in den Innenraum des Glasrohrs abgestrahlt werden würde.
Die einzelnen den jeweiligen UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c zugeordneten Reflektoren 30a (30.1, 30.2 und 30.3) sind in Form und Gestalt vorzugsweise den Farmen eines Kegelschnitts angenähert, im Beispielfall sind elliptische Formen für die Reflektoren 30a (30.1, 30.2 und 30.3) dargestellt. Selbstverständlich sind auch andere Formen und Größen für die Reflektoren wählbar. Die Reflektoren 30a (30.1, 30.2 und 30.3) können bei den UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c hinsichtlich Form und Gestalt gleich oder verschieden sein.
In 5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines UV-transparenten Glasrohrs 10 mit 5 UV-Lichtquellen 20a, 20b, 20c, 20d und 20e dargestellt, die sich jeweils in einer Aussparung 50a, 50b, 50c, 50d und 50e befinden. Die Aussparungen befinden sich jeweils an den Ecken eines 5-Ecks. Im gezeigten Beispielfall sind die Seiten des 5-Ecks alle gleich lang. Dies ist im Hinblick auf einen möglichst symmetrischen Aufbau, insbesondere für eine homogene Lichteinkopplung und Verteilung vorteilhaft. Jeder UV-Lichtquelle 20a, 20b, 20c, 20d und 20e ist hierbei ein Reflektor 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 und 30.5 zugeordnet. Zusätzlich zu den um die 5 UV-Lichtquellen zugeordneten 5 Reflektoren 30a (30.1, 30.2, 30.3, 30.4 und 30.5) befindet sich ein weiterer Reflektor 30b um das Rohr 10 angeordnet. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine reflektierende Beschichtung, beispielsweise eine Aufdampfschicht, handeln, die direkt auf das Glasrohr 10 aufgebracht wird, aber nicht im Bereich der Aussparungen.
Die einzelnen den jeweiligen UV-Lichtquellen 20a, 20b, 20c, 20d und 20e zugeordneten Reflektoren 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 und 30.5 sind in Form und Gestalt frei wählbar. Im gezeigten Beispielfall sind ovale Formen für die Reflektoren 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 und 30.5 dargestellt. Es sind auch andere Reflektordesigns möglich.
6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rohrs 10 mit 3 UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c und einem Reflektor 30. Die in 6 dargestellte Ausführungsform weist einen rohrförmigen Innenraum 40 auf, durch den senkrecht zur Zeichenebene eine Flüssigkeit und/oder ein Gas strömt. Das Rohr 10 ist aus einem UV-transparenten Glas aufgebaut. Das Glas kann beliebig ausgewählt werden, sofern es für den Einsatzzweck geeignet ist. Die Rohrwand weist 3 Einbuchtungen 25a, 25b und 25c auf.
Im Gegensatz zu den erfindungsgemäßen Ausführungsformen mit Aussparungen gemäß der 1 bis 5 sind in 6 Einbuchtungen vorgesehen. Hierbei liegt in der Regel ein Unterschied hinsichtlich der Wandstärke des Glasrohrs 10 vor, da beim Vorsehen von Aussparungen zweckmäßigerweise eine größere Wandstärke vorgesehen wird, um die UV-Lichtquellen unterzubringen, als beim Vorsehen von Einbuchtungen.
Um eine Einbuchtung zu erhalten, ist sowohl die Rohraußenwand 60 als auch die Rohrinnenwand 70 gleichzeitig an der selben Stelle nach innen gestülpt, so dass die Einbuchtungen 25a, 25b und 25c in den Innenraum 40 hinein reichen. Die Einbuchtungen 25a, 25b und 25c bilden jeweils Hohlräume oder Vertiefungen aus, in denen jeweils UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c angeordnet sind, die vorzugsweise parallel zur Strömungsrichtung des zu entkeimenden Mediums angeordnet sind. Die UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c werden im vorliegenden Fall vollständig von den dargestellten Einbuchtungen 25a, 25b und 25c aufgenommen und befinden sich praktisch vollständig innerhalb der Rohrinnenwand 70, im gezeigten Fall des Rohrinnenradius, wenn man das Rohr 10 so ausführen würde, dass keine Einbuchtungen vorhanden sind. Im gezeigten Beispielfall stimmt die Anzahl der UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c mit der Anzahl der Einbuchtungen 25a, 25b und 25c überein, so dass in jeder Einbuchtung 25a, 25b und 25c jeweils eine UV-Lichtquelle 20a, 20b und 20c vorhanden ist. Beispielsweise könnten auch zusätzliche Einbuchtungen und/oder Aussparungen vorliegen oder in einer Einbuchtung und/oder Aussparung könnten mehr als eine UV-Lichtquelle, beispielsweise ein Bündel von UV-Lichtquellen, vorliegen.
Weiterhin sind in 6 die gezeigten Einbuchtungen 25a, 25b und 25c an die Form der UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c angepasst, so dass diese vollständig in den gebildeten Hohlraum aufgenommen werden und nicht mehr nach außen überstehen.
Die in 6 gezeigten 3 UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c sind im runden Glasrohr 10 symmetrisch angeordnet, d. h. diese spannen ein gleichseitiges Dreieck auf, mit den UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c jeweils an den Ecken des Dreiecks. Das UV-Licht muss aufgrund der nach innen reichenden Einbuchtungen 25a, 25b und 25c einen kürzeren Weg durch die Rohrwand nehmen, um zum Innenraum 40 zu gelangen, wo sich das zu entkeimende Medium befindet. Dadurch kann ein großer Anteil des UV-Lichts auf direktem Weg durch die Rohrwand in den Innenraum 40 gelangen, wo sich das zu entkeimende Medium befindet. Diese Geometrie ist vorteilhaft, um eine möglichst homogene Strahlungsverteilung mit hoher Strahlungsdichte zu erhalten, wobei ein üblicherweise zwischen den einzelnen UV-Lichtquellen auftretendes Strahlungsintensitätsminimum weitestgehend vermieden werden kann.
Selbstverständlich sind auch andere Rohrquerschnitte und Geometrien mit einer anderen Zahl von Einbuchtungen und/oder Aussparungen und eine andere Zahl an UV-Lichtquellen als die gezeigten möglich.
Weiterhin ist in 6 ein Reflektor 30 vorgesehen, um das nach außen abgestrahlte UV-Licht wieder in das Rohr 10 hinein zu reflektieren. Die Art, Form Größe und der Aufbau des Reflektors 30 sind erfindungsgemäß nicht weiter beschränkt. Ein Reflektor 30 kann jede Art einer beschichteten Oberfläche zur Reflektion von Licht darstellen, wie eine Reflexfolie, ein Spiegel und dergleichen. Im gezeigten Beispielfall ist der Reflektor 30 um die gesamte Anordnung herum liegend angeordnet. Der Reflektor 30 hat eine runde Form und liegt an der Rohraußenwand 60 an. Da die drei Einbuchtungen 25a, 25b und 25c derart ausgestaltet sind, dass die darin vorliegenden drei UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c vollständig von den Einbuchtungen 25a, 25b und 25c aufgenommen sind und damit in Richtung des Innenraums 40 des Rohrs 10 versetzt untergebracht werden und nicht mehr nach außen überstehen, kann der Reflektor 30 direkt auf die Rohraußenwand 60 aufgebracht werden. Durch den gezeigten Aufbau wird eine besonders einfache Reflektorgeometrie möglich, der Reflektor 30 liegt direkt am Rohr 10 an und wird durch dieses gehalten und stabilisiert. Der Reflektor kann auch direkt am Rohr 10 befestigt oder auf dieses aufgebracht sein. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird ein besonders einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt, da die Vorrichtung vollständig von einem Rohr umschlossen werden kann, das gleichzeitig als Reflektor dient und am Rohr 10 unmittelbar anliegt. Der Reflektor 30 kann in besonders vorteilhafter Weise auch eine UV-reflektierende Beschichtung darstellen, die unmittelbar auf das Rohr 10 aufgebracht, beispielsweise aufgedampft wird.
7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rohrs 10 mit 3 UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c und Reflektoren 30a und 30b. Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist ähnlich zu der in 6 gezeigten, aber zusätzlich ist jeder UV-Lichtquelle 20a, 20b und 20c jeweils ein Reflektor 30a (30.1, 30.2 und 30.3) zugeordnet.
Die einzelnen den jeweiligen UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c zugeordneten Reflektoren 30a (30.1, 30.2 und 30.3) sind in Form, Größe und Gestalt frei wählbar. Im gezeigten Beispielfall sind die Reflektoren 30.1, 30.2 und 30.3 in Form von Kugelausschnitten dargestellt. Die gezeigten 3 Reflektoren 30.1, 30.2 und 30.3 sind alte gleich groß und mit gleicher Form dargestellt. Dies ist jedoch nicht in jedem Fall erforderlich. Es sind auch andere Reflektorgrößen und -designs möglich, die bei jeder UV-Lichtquelle 20a, 20b und 20c anders ausgestaltet sein können.
Neben den um die 3 UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c angeordneten 3 Reflektoren 30a (30.1, 30.2 und 30.3) befindet sich ein weiterer Reflektor 30b um das Rohr 10 selbst angeordnet. Im gezeigten Aufbau befindet sich ein Reflektor 30b direkt um das Rohr 10 angeordnet und wird durch dieses gehalten und stabilisiert. Der Reflektor kann auch direkt am Rohr 10 befestigt oder in Form einer UV-reflektierenden Beschichtung auf dieses aufgebracht werden.
Das UV-Licht muss aufgrund der in den Einbuchtungen 25a, 25b und 25c vorliegenden UV-Lichtquellen 20a, 20b und 20c, die so angeordnet sind, dass sie sich innerhalb der (ohne Einbuchtungen vorliegenden) Rohrinnenwand 60 befinden, einen kürzeren Weg zum Innenraum 40 nehmen, wo sich das zu entkeimende Medium befindet. Der Anteil des UV-Lichts der zunächst über einen Reflektor reflektiert wird, bevor er in den Innenraum gelangt, wird deutlich reduziert, eine verlustarme Einkopplung des UV-Lichts resultiert, wodurch eine bessere Ausnutzung der UV-Strahlung erreicht wird.
In 8a ist eine dreidimensionale schematische Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das Rohr 10 ist in einem Rohrsystem eingebaut, beispielsweise eingebaut zwischen den Metallrohren 100.1 und 100.2. Das Rohr 10 ist aus UV-transparentem Glas aufgebaut und weist Aussparungen 50a, 50b, 50c... auf, in denen sich die UV-Lichtquellen 20a, 20b, 20c... befinden. In 8b ist eine dreidimensionale schematische Ansicht des Rohrs 10 von 8a mit mehreren UV-Lichtquellen 20a, 20b, 20c... dargestellt, die über die Anschlüsse 22 mit einer Stromquelle verbunden sind.
8c zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 8b dargestellten Rohrs 10 mit 8 UV-Lichtquellen 20a, 20b, 20c..., die jeweils in Aussparungen 50a, 50b, 50c... angeordnet sind, wobei jeder UV-Lichtquelle ein Reflektor 30.1, 30.2, 30.3... zugeordnet ist. Die UV-Lichtquellen 20a, 20b, 20c... spannen ein regelmäßiges 8-Eck mit gleichlangen Seiten auf, an dessen Ecken sie sich befinden.
Das verwendete UV-transparente Glas ist nicht besonders beschränkt. Für besonders bevorzugt eingesetzte UV-transparente Gläser ist in 9 der Transmissionsverlauf in einer graphischen Darstellung gezeigt. Hierbei wurde die Transmission (in %) gegen die Wellenlänge (in nm) für einige bevorzugt verwendete UV-transparente Gläser aufgetragen. 9 zeigt die UV-Transmission für Glas 1, Glas 2 und Glas 3.
Die 1 bis 9 verdeutlichen nur beispielhaft mögliche Ausgestaltungen. Diese sind nicht beschränkend zu verstehen, sondern stellen lediglich Beispiele möglicher Ausführungsformen dar. Andere Möglichkeiten zur Ausführung sind denkbar.
Bezugszeichenliste

10: Glasrohr
20a, 20b, 20c...: UV-Lichtquelle
25a, 25b, 25c...: Einbuchtung
22: Anschlüsse
30, 30a, 30b, 30.1, 30.2, 30.3...: Reflektor
40: Rohrinnenraum
50a, 50b, 50c...: Aussparung
60: Rohraußenwand
70: Rohrinnenwand
100.1, 100.2: Metallrohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3837905 A1 [0006]
DE 3824647 A1 [0007]
US 5133932 [0008]
DE 19617467 A1 [0009]
DE 102004008931 A1 [0054]
DE 102004018148 A1 [0056, 0057, 0059, 0106]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN ISO 719 [0064]

Claims

Vorrichtung zur Entkeimung von Gasen und/oder Flüssigkeiten, umfassend ein Rohr (10) aus UV-transparentem Glas, das einen hohlen Innenraum (40) und eine Rohrwand mit einer Rohrinnenwand (70) und einer Rohraußenwand (60) aufweist, sowie mindestens eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...), wobei das UV-transparente Glasrohr (10) an mindestens einer Stelle eine Einbuchtung (25a, 25b, 25c...) in den Innenraum (40) und/oder eine Aussparung (50a, 50b, 50c...) in der Rohraußenwand (60) aufweist und in der mindestens einen Einbuchtung (25a, 25b, 25c...) und/oder Aussparung (50a, 50b, 50c.,.) mindestens eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) in der mindestens einen Aussparung (50a, 50b, 50c...) derart angeordnet ist, dass sich die mindestens eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig, innerhalb der Rohraußenwand (60) des UV-transparenten Glasrohrs (10) befindet, so dass die UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) teilweise, bevorzugt vollständig, von der Wand des Rohrs (10) aufgenommen wird und nur noch teilweise, bevorzugt nicht mehr, nach außen übersteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) in der mindestens einen Einbuchtung (25a, 25b, 25c...) derart angeordnet ist, dass sich die mindestens eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig, innerhalb der Rohrinnenwand (60) des UV-transparenten Glasrohrs (10) befindet, wenn die Rohrinnenwand (60) ohne Einbuchtungen vorliegen würde.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Einbuchtungen (25a, 25b, 25c...) und/oder Aussparungen (50a, 50b, 50c...) mit der Anzahl der UV-Lichtquellen (20a, 20b, 20c...) übereinstimmt und vorzugsweise jeweils nur eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) in einer Einbuchtung (25a, 25b, 25c...) und/oder Aussparung (50a, 50b, 50c...) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der UV-Lichtquellen (20a, 20b, 20c...), die im UV-transparenten Glasrohr (10) vorgesehen sind, ausgewählt ist aus 1 bis 8, bevorzugter 1 bis 6, insbesondere 1 bis 5, ganz besonders bevorzugt 1 bis 4 oder 1 bis 3 UV-Lichtquellen (20a, 20b, 20c...).
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das UV-transparente Glas ausgewählt ist aus Quarzglas, Silicatglas, bevorzugt Borosilicatglas, Natrium-Kalium-Barium-Silicatglas, ganz besonders bevorzugt Quarzglas oder Borosilicatglas.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas eine Zusammensetzung (in Gew.-%) aufweist, die ausgewählt ist aus Glaszusammensetzung 1: SiO₂ 75–85 Gew.-% B₂O₃ 8–15 Gew.-% Al₂O₃ 0,5–4 Gew.-% Na₂O 1–6 Gew.% K₂O 0,1–2 Gew.-% ZrO₂ < 0,005 Gew.-%

mit einem Gehalt an Fe₂O₃ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm, einem Gehalt an TiO₂ < 100 ppm bevorzugt < 10 ppm und einem Gehalt an Läutermittel; oder Glaszusammensetzung 2: SiO₂ 65–75 Gew.-% B₂O₃ 15–22 Gew.-% Al₂O₃ 4,5–7 Gew.-% Na₂O 1,5–4 Gew.-% K₂O 0,5–3 Gew.-% Li₂O 0,1–1,5 Gew.-% BaO 0,5–4 Gew.-% CaO 0,1–2 Gew.-% MgO < 0,01 Gew.-%

mit einem Gehalt an Fe₂O₃ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm, einem Gehaltan TiO₂ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm und einem Gehalt an Läutermittel; oder Glaszusammensetzung 3: SiO₂ 65–78 Gew.-% B₂O₃ 0,5–4 Gew.-% Al₂O₃ 0,5–4 Gew.-% Na₂O 5–10 Gew.-% K₂O 8–14 Gew.-% BaO 5–8 Gew.-%

mit einem Gehalt an Fe₂O₃ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm, einem Gehalt an TiO₂ < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm, einem Gehalt an CaO < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm, einem Gehalt an MgO < 100 ppm, bevorzugt < 10 ppm und einem Gehalt an Läutermittel.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Reflektor (30, 30b) um das Glasrohr (10) herum angeordnet ist und dieses vollständig einhüllt oder – ein Reflektor (30, 30b) auf dem Glasrohr (10) angebracht ist, wobei im Bereich der Einbuchtungen (25a, 25b, 25c...) und/oder Aussparungen (50a, 50b, 50c...) kein Reflektor vorgesehen ist oder – ein Reflektor (30, 30b) um das Glasrohr (10) herum angeordnet ist oder auf dem Glasrohr (10) angebracht ist, ausgenommen im Bereich der Einbuchtungen (25a, 25b, 25c...) und/oder Aussparungen (50a, 50b, 50c...), wobei für jede UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) ein zusätzlicher Reflektor (30a, 30.1, 30.2, 30.3...) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (30, 30b) auf die Rohraußenwand (60) aufgebracht ist, ausgenommen dem Bereich, wo die Einbuchtungen (25a, 25b, 25c...) und/oder Aussparungen (50a, 50b, 50c...), vorliegen, bevorzugt in Form einer UV-reflektierenden Beschichtung.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) ausgewählt ist aus einer Mitteldruck-, Hochdruck- oder Niederdruck-UV-Lampe, CCL oder UV-LEDs, insbesondere einer Niederdruck-Quecksilberdampflampe, CCL oder UV-LEDs.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtungen (25a, 25b, 25c...) und/oder Aussparungen (50a, 50b, 50c...) lokal begrenzt im Glasrohr (10) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Einbuchtungen (25a, 25b, 25c...) und/oder Aussparungen (50a, 50b, 50c...) an die Form der verwendeten UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) angepasst ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – bei Vorsehen von ein oder mehreren Einbuchtungen (25a, 25b, 25c...) die Wandstärke des Glasrohres (10) längs des Rohrumfangs konstant ist und – bei Vorsehen von ein oder mehreren Aussparungen (50a, 50b, 50c...) die Wandstärke des Rohres (10) längs des Rohrumfangs variiert.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Rohrs (10) ausgewählt ist aus rund, oval, eckig, insbesondere 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-eckig, bevorzugt rund oder oval.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entweder nur eine oder mehrere Einbuchtungen (25a, 25b, 25c...) oder nur eine oder mehrere Aussparungen (50a, 50b, 50c...) im Glasrohr (10) vorliegen und vorzugsweise jeweils nur eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) oder eine Gruppe von UV-Lichtquellen in einer Einbuchtung (25a, 25b, 25c...) bzw. jeweils nur eine UV-Lichtquelle (20a, 20b, 20c...) oder eine Gruppe von UV-Lichtquellen in einer Aussparung (50a, 50b, 50c...) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquellen (20a, 20b, 20c...) im Glasrohr (10) symmetrisch angeordnet sind, bevorzugt achsen-/spiegelsymmetrisch, rotationssymmetrisch oder punktsymmetrisch.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Entkeimung von Flüssigkeiten und/oder Gasen in ruhendem oder strömendem Zustand, insbesondere zur Trinkwasseraufbereitung und –entkeimung, Entkeimung von Reinstwasser, Abwasser, Flüssigkeiten aus dem pharmazeutischen und Lebensmittel-Bereich, zur Entkeimung von Gasen, wie Luft oder Industriegasen und dergleichen sowie bei der Reinstwassererzeugung.