本发明专利技术涉及一种利用电磁辐射照射液体并且尤其是借助于UV辐射(UV反应器)对尤其是流动的液体进行杀菌的装置，该装置包括容器，该容器具有用于接收液体的入口和用于从容器排出液体的出口，其中在容器内部设有可变的或可调节的照射区以用于利用由辐射源发射的电磁辐射、尤其是UV辐射照射液体(26)。在照射区中，液体设置成具有层厚度H的液体层的形式，该液体层在容器的下侧与在液体层上方膨胀的气泡之间延伸。通过调节容器内的气泡的膨胀，例如通过改变气体压力从而改变照射区中所引起的液体的层厚度H，在液体的不同浑浊度下实现(UV)反应器的有效操作。可选地，利用传感器检测辐射的穿透深度并且根据传感器信号适当地调节层厚度H。调节层厚度H。调节层厚度H。
【技术实现步骤摘要】
用于照射液体的装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种利用电磁辐射照射液体、尤其是流动液体并且尤其是借助于紫外线辐射对液体进行杀菌的装置和相应的方法。该装置包括容器，该容器具有用于接收液体的入口和液体从容器中流过后能够在其处排的出口。此外，该装置包括多个辐射源，优选LED，这些辐射源分别设计成利用电磁辐射、尤其是波长在UV辐射、优选UV
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C辐射范围中的电磁辐射来照射在容器的内部空间中流动的液体。这种装置也称为UV反应器。
技术介绍
[0002]UV反应器能够用于多种用途，例如用于饮用水的处理或用于商业、农业或家庭应用(例如洗碗机等)。除水以外的液体、例如血液或牛奶也能够通过这种UV反应器进行杀菌。
[0003]200nm到280nm的波长范围中的辐射(根据DIN 5031
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7也称为远UV辐射或FUV辐射)已被证明是特别有效的。此外，还有其相邻的100nm到200nm的范围，该范围相应地称为真空UV或VUV辐射。
[0004]在本申请中，上述至280nm的波长范围概括为UV
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C辐射，280nm至315nm的波长范围概括为UV
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B辐射，315nm至380nm的波长范围概括为UV
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A辐射，并且这些波长范围主要使用在UV反应器中。出于本申请的目的，此处使用的术语UV
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C辐射也涵盖了10nm至121nm(极紫外线)的范围。
[0005]为了有效杀菌，在这种情况下，每单位体积流过的液体的辐射剂量(剂量＝强度乘以时间[Ws/m2])应该是一个常数。然而，至少每单位体积流过的液体的辐射剂量必须位于极限值之上，该极限值确保确保按照要求对相应单位体积进行杀菌。
[0006]具有不同光学特性、尤其是散射和吸收特性的液体介质例如由于浑浊度而具有不同的电磁辐射穿透深度。如果使用电磁辐射以便通过辐射剂量来改变介质的特性，则装置的几何形状、辐射源的功率和辐射引导必须相应地适应该介质的光学特性。
[0007]在浑浊介质中，辐射强度强烈依赖于相对于辐射源的距离。为了防止剂量在较大的距离上减少太多，因此有必要随距离改变流速。在反应器内部很难在大范围上控制流速。非常低的流速也会增加沉积的风险。尤其是在浑浊度随时间变化的介质的情况下，均匀剂量是困难的。
[0008]例如，介质的浑浊能够由散射或吸收颗粒引起。这些颗粒能够是有机或无机来源的。例如，污垢颗粒、微生物、藻类或悬浮颗粒、石灰颗粒等。替代地或附加地，还能够由乳浊液或与其他液体(例如与胶体组分)的混合物引起浑浊。
[0009]一个示例是对水进行杀菌的UVC反应器。UV反应器的杀菌性能由其病菌减少系数RF＝lg(N(t)/N0)决定，其中N0是初始病菌数量，N(t)是时间t后减少的病菌数量。在大范围内，病菌减少简化为以下关系式：N(t)＝N0·
exp(
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kD(t))，其中D是剂量，k是病菌和环境特定的常数。
[0010]UV反应器对液体进行杀菌的效率受辐射在液体体积中的穿透深度影响。尤其是在UV
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C辐射和浑浊介质的情况下，由于吸收和/或散射，入射光强度在几毫米后就已经下降到
百分之几，使得对于几厘米厚或更厚的照射层来说，不能实现相关的消毒效果，或者必须使用非常高的初始光功率，以便在衰减后仍能获得足够的效果。为了确保足够的消毒效果，消毒设备在实践中通常仅许可最大UV透射(参见DVGW W 294
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1:2006
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06)。
[0011]因此，确保在整个剂量范围内保持恒定剂量需要特别的预防措施。尤其是当辐射的穿透深度随时间变化时。
[0012]通过将辐射功率适当提高到临界阈值以上，例如提高104倍以上，原则上能够在待消毒液体的所有区域中获得用于减少细菌繁殖的足够辐射功率。
[0013]在传统的UV反应器中，通常存在足够的UVC辐射，以便即使在不同的浑浊度下也始终能够获得足够的剂量。为此，曾经使用UVC灯源、尤其是气体放电灯。由于每瓦特辐射功率的辐射源成本较低，且辐射源原则上能够发射大量辐射(数百至数千瓦特，取决于灯的类型)，因此此处可能会出现所需辐射的严重过量。在最简单的情况下，在设计杀菌系统时能够假设“最坏情况”(最浑浊的液体)，并且针对该情况设计反应器和辐射源。然而，由于大部分照射区域中的UV过量，这种解决方式会导致系统能量效率的大幅降低。
[0014]这种策略对于半导体紫外线源(例如LED)来说是不经济的，因为最大UV辐射量明显较低，而且目前的UV
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LED、尤其是UV
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C
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LED的成本很高。此外，在介质的浑浊度相对较低的情况下，这种途径会浪费能源。
技术实现思路
[0015]因此，本专利技术的目的是进一步改进一种克服了上述缺点的利用电磁辐射、尤其是UV辐射照射流动的液体的通用装置。特别地，即使穿透深度发生变化(例如由于待照射或待杀菌的液体的散射和吸收特性发生变化)也应尽可能有效地确保辐射效果、尤其是杀菌效果。
[0016]该目的是通过具有权利要求1的特征的用于对流动的液体进行照射、尤其是杀菌的装置来实现的。根据本专利技术的装置的有利的进一步改进方案和本专利技术的设计方案是从属权利要求、说明书和附图的主题。
[0017]出发点是一种借助于UV辐射对流动的液体进行照射/杀菌的装置，该装置包括容器，该容器具有用于接收液体的入口以及液体从容器中流过后能够在其处排出的出口。因此本质上，本文涉及流动反应器。然而，本专利技术包括位于容器中的液体，并且该液体预先进入容器，通过紫外线辐射进行照射/消毒，然后排放。
[0018]在容器内，为待照射液体设置照射区，其中，电磁辐射能够从底部(即容器的下侧)射入到该照射区中。此外，在液位上方设有气泡。术语“气体”或“气泡”在此应概括地包括单一气体和不同气体的任何混合物(例如尤其是空气或空气泡)。液位构成容器中液体与气泡之间的界面，由于两种介质的折射率不同，液位起到用于从容器下侧辐射进来的辐射的反射器，因此有助于效率的提高。通过气体供应部能够调节容器内部的气泡的气体压力和膨胀以及最终调节照射区中的液体横截面或者液体的层厚度或深度，该气体供应部优选地设置在容器的顶侧上。
[0019]这使得能够确保在反应器的整个照射区上，一定最小量的辐射穿过液体层，该液体层在其深度上适应于相应的液体特性(例如浑浊度)。例如，随着液体浑浊度的增加，气体压力增加，使气泡膨胀得更多，从而液体的剩余深度相应地减少，直到建立平衡。相反，一旦
浑浊度降低，气体压力就能够再次降低，由此气泡缩小从而液体深度增加直到再次建立平衡。
[0020]在根据本专利技术的装置的一个有利的进一步改进方案中，设有基于传感器的闭环控制回路，在这种情况下，根据透射辐射的介质的UV透射率来调整辐射通过的层厚度，例如，根据正在传输的光的传感器信号，例如来自一个或多个光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用电磁辐射照射液体(26)、尤其是流动液体并且尤其是借助于UV辐射(UV反应器)对液体进行杀菌的装置(10、10'、10”、10”')，所述装置包括：
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容器(20)，其具有用于接收液体(26)的入口(22)和用于从所述容器(20)排出液体(26)的出口(24)，
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其中，在所述容器(20)内设有用于照射液体(26)的照射区(40)，
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至少一个辐射源(38)，优选LED，其配置为将电磁辐射、尤其是波长在UV辐射、优选UV
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C辐射范围内的光发射到所述照射区(40)中，
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其中，所述装置(10、10'、10”、10”')设计成具有如下效果，能够在所述容器(20)内和位于所述容器(20)中的液体(26)的液位(28)之上产生气泡(30)从而调节所述照射区(40)中液体(26)的层厚度(H)。2.根据权利要求1所述的装置(10、10'、10”、10”')，其中所述装置包括用于调节所述容器(20)内的气泡(30)的膨胀从而调节液体(26)的所得到的层厚度(H)的可调节的气体供应部(34)。3.根据权利要求2所述的装置(10、10'、10”、10”')，其中所述气体供应部(34)设置在所述容器(20)的顶侧(32)处。4.根据权利要求2或3所述的装置(10”')，其中根据连接到所述气体供应部(34)的气体供应装置(58)的气体压力来调节所述气泡(30)的膨胀。5.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述装置包括传感器(52、54、56)，所述传感器设计成用于测量液体的特性、尤其是浑浊度。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述装置包括测量辐射源(50)，所述测量辐射源被设计和设置成发射用于所述传感器(52、54、56)的测量辐射。7.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述装置包括闭环控制电路，所述闭环控制电路设计成根据所述传感器(52、54、56)的测量信号来控制所述容器(20)内的气泡(30)的膨胀调节。8.根据前述权利要求之一所述的装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：托拜厄斯，
申请(专利权)人：欧司朗有限公司，
类型：发明
国别省市：
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