[发明专利]用于照射液体的装置和方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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-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。

背景技术

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。

200nm到280nm的波长范围中的辐射(根据DIN 5031-7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。

在本申请中，上述至280nm的波长范围概括为UV-C辐射，280nm至315nm的波长范围概括为UV-B辐射，315nm至380nm的波长范围概括为UV-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-C辐射也涵盖了10nm至121nm(极紫外线)的范围。

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。

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。

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。

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。

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(-kD(t))，其中D是剂量，k是病菌和环境特定的常数。

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-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 294-1:2006-06)。