Title of Invention

DEVICE FOR THE TREATMENT OF A LIQUID OR GASEOUS MEDIUM BY MEANS OF UV RADIATION

Abstract The invention relates to a device for the treatment of a liquid or gaseous medium, in particular, water or air, by means of UV radiation, comprising a UV radiation source (24), with an axial longitudinal direction and an essentially perpendicular, in particular, radial irradiation direction (R), with several layers of treatment chambers (K1 - K4), serially arranged one on the other in the radiation direction (R) through which the radiation can pass, separated from the UV radiation source (24) and from each other by a transparent separating layer (TI - T4) which is UV transparent. Said chambers, beginning with a first treatment chamber (KI), adjacent to the UV radiation source, form a flow channel for the medium running in the longitudinal direction of the UV radiation source (24), opening (26) into the next treatment chamber (K2, K3, K4) further from the UV radiation source (24) in the direction of irradiation (R).
Full Text FORM 2
THE PATENT ACT 1970 (39 of 1970)
&
The Patents Rules, 2 003 COMPLETE SPECIFICATION
(See Section 10, and rule 13)
TITLE OF INVENTION ....
DEVICE FOR THE TREATMENT OF A LIQUID OR GASEOUS MEDIUM BY MEANS OF
UV RADIATION

2. APPLICANT(S)
a) Name
b) Nationality
c) Address

ARAIZA RAFAEL SWISS National HALTENSTRASSE 15, CH-6318WALCHWIL SWITZERLAND

3. PREAMBLE TO THE DESCRIPTION
The following specification particularly describes the invention and the manner in which it is to be performed : -

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines fliissigen oder gasformigen Mediums mittels ultravioletter Strahlen (UV-Strahlen). Ferner betrifft die Erfindung eine besonders geeignete Verwendung dieser Vorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Als UV-Strahlung bezeichnet man die elektromagnetische Strahlung, die zwischen der sichtbaren Grenze von kurzwelligem Licht und Rontgenstrahlung angesiedelt ist und in einem Wellenlangenbereich von ca. 100 nm bis 400 nm liegt. Man unterscheidet folgenden Bereiche: UVA-Strahlung: 400 - 315 nm; UVB-Strahlung: 315 - 280 nm; UVC-Strahlung: ca. 280 - 200 nm; und VUV-Strahlung: ca. Bei der UV-Entkeimung wird in der Regel UVC-Strahlung verwendet, welche Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen und Pilze durch Schadigung der DNS (Desoxiribonucleinsaure) wirksam abgetotet. Eine Wellenlange der UV-Strahlung in einem Bereich von ca. 260 nm bis 280 nm, insbesondere bei ca. 254 nm, erzielt hierbei eine besonders hohe Entkeimungswirkung, da das Absorbtionsspektrum der DNS bei ca. 254 nm ein Maximum besitzt. Durch die hohe Absorption der DNS in diesem UV-Strahlungsbereich wird eine fotochemische Reaktion ausgelost, die in den bestrahlten Mikroorganismen eine Unterbrechung der genetischen Information zur Zellvermehrung und fur den Stoffwechsel bewirkt. Die Mikroorganismen werden auf diese Weise inaktiviert und unschadlich gemacht. Eine Zugabe von Chemikalien ist bei der UV-Entkeimung nicht erforderlich.
Bei Wellenlangen unter 230nm ist die Energie der UV-Strahlung bereits ausreichend, um chemische Bindungen aufzubrechen. UV-Strahlung mit Wellenlangen kleiner 200 nm beinhaltet ionisierende Strahlen, die fotochemische Oxidationsprozesse auslosen, die zur Reinigung von Gasen oder Fliissigkeiten, wie z.B. Abwassern, genutzt werden konnen, die mit organischen Schadstoffen, wie z.B. Pflanzenschutzmitteln, Hormonen, Dioxinen, Medikamentresten, etc. kontaminiert sind. Bei dieser UV-Oxidation werden die Molekule der organischen Substanzen oxidiert und zu ungiftigen Verbindungen abgebaut. Dieses Verfahren wird auch als photpchemische Nassverbrennung bezeichnet. Fur industrielle Anwendungen wird dem Abwasser noch ein separates Oxidationsmittel (z.B. H202, Ozon) beigegeben. Durch die UV-Strahlung werden die oxidierbaren Substanzen im Abwasser mineralisiert. Zusatzlich wird das Oxidationsmittel in hoch reaktive Radikale gespalten. Diese Radikale tragen ebenfalls zur vollstandigen Oxidation der unerwunschten Abwasserinhaltstoffe bei.
Aus der EP 0 470 518 Al ist eine in Form eines fotochemischen Durchflussreaktors ausgestaltete Vorrichtung zur Behandlung eines fliissigen oder gasformigen Mediums mittels UV-Strahlen bekannt. Diese zur UV-Oxidation verwendete Vorrichtung arbeitet vorzugsweise unter Verwendung eines zusatzlich zugefuhrten Oxidationsmittels. Die Vorrichtung umfasst eine UV-Strahlungsquelle mit einer axialen Langserstreckung und einer dazu im Wesentlichen sertkrechten, radialen Abstrahlungsrichtung. Ferner besitzt die Vorrichtung eine einzelne Behandlungskammern in Gestalt eines langen Edelstahlbehalters, in welchem die UV-Strahlungsquelle angeordnet ist. Die Innenwand des Edelstahlbehalters ist poliert und dient als Reflektor fur die UV-Strahlung. An der Innenwand des Edelstahlbehalters sind Verwirbelungselemente angebracht, welche das durchstromende Medium verwirbeln und vermischen und in den Wirkungsbereich der UV-Strahlungsquelle
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leiten sollen. Zur Erzielung einer hinreichenden Entkeimungs- oder Oxidationswirkungsgrades sowie zur Erreichung eines ausreichenden Durchsatzes miissen konventionelle Vorrichtungen zur Behandlung eines flussigen oder gasformigen Mediums mittels UV-Strahlen eine erhebliche Baugrofie aufweisen. Diese Baugrofie erfordert nicht nur einen erheblichen Platzbedarf, sondern bedingt auch, dass die betreffende Vorrichtung nur mit relativ geringen Driicken arbeiten kann, da andernfalls Festigkeitsprobleme auftreten. Dariiber hinaus ist bei vorbekannten Vorrichtungen eine sehr hohe Leistung der UV-Strahlungsquelle erforderlich. Bei konventionellen Vorrichtungen, die zur UV-Entkeimung verwendet werden, hat es sich ferner gezeigt, dass oftmals ein Teil der Mikroorganismen in dem zu behandelnden Medium nicht vollstandig inaktiviert wird. Dariiber hinaus ist festzustellen, dass selbst bei einer vollstandigen Inaktivierung der Mikroorganismen durch Zerstorung von deien DNS die Zellhiille der Mikroorganismen sowie deren Zusammensetzung weitgehend intakt bleibt. Dies kann bei Personen, die Unvertraglichkeiten gegen bestimmte Proteine oder chemische Zusammensetzungen aufweisen, nachteilig sein. Im Falle einer unvollstandigen UV-Oxidation wiederum konnen organische Schadstoffe in dem Medium verbleiben, was ebenfalls nicht erstrebenswert ist. Ferner ware es wiinschenswert, bei der UV-Oxidation moglichst weitgehend auf zusatzlich beizufugende Oxidationsmittel verzichten zu konnen.
DARSTELLUNG DER ERF1NDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, eine einfache und effektive Vorrichtung zur Behandlung eines flussigen oder gasformigen Mediums mittels UV-Strahlen zu schaffen, welche die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile moglichst vermeidet. Gemafi einem weiteren Aspekt dieser Aufgabe soil eine besonders geeignete Verwendung fur eine solche Vorrichtung aufgezeigt werden. Diese Aufgabe wird gemafi einem ersten Aspekt gelost durch eine erfindungsgemafie Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Vorrichtung zur Behandlung eines flussigen oder gasformigen Mediums, insbesondere Wasser oder Luft, mittels UV-Strahlen, umfasst: eine UV-Strahlungsquelle mit einer axialen Langserstreckung und einer dazu im Wesentlichen senkrechten, insbesondere radialen Abstrahlungsrichtung; und mehrere (d.h. mindestens zwei) Schichten von in Abstrahlungsrichtung ubereinander angeordneten, aufeinanderfolgenden, durchstrahlbaren Behandlungskammern, die von der UV-Strahlungsquelle und voneinander jeweils durch eine transparente, UV-durchlassige Trennschicht getiennt sind, und die, beginnend bei einer der UV-Strahlungsquelle in Abstrahlungsrichtung nachstliegenden, ersten Behandlungskarhmer, jeweils einen entlang der Langserstreckung der UV-Strahlungsquelle verlaufenden Durchstromungskanal fur das Medium bilden, der in die jeweils nachfolgende, von der UV-Strahlungsquelle in Abstrahlungsrichtung weiter entfernte Behandlungskammer miindet.
Die erfindungsgemafie Vorrichtung arbeitet im Durchflussverfahren. Die UV-Strahlungsquelle emittiert vorzugsweise UV-Strahlen im UVC und/oder VUV- Bereich. Die UV-Strahlungsquelle kann eine einzige oder mehrere UV- Einzelstrahlungsquellen umfassen, die an einer gemeinsamen Stelle oder auch an unterschiedlichen Stellen der Vorrichtung angeordnet sind. Falls mehrere UV- Einzelstrahlungsquellen Anwendung finden, so ist es moglich, dass diese sowohl gleiche als auch unterschiedliche UV-Strahlungspektren aufweisen. Beispielsweise kann dann eine UV-Einzelstrahlungsquellen im UVC- und die andere und VUV- Bereich strahlen. Je nach konkretem Anwendungsfall sind als UV-Strahlungsquelle Nieder-, Mittel- und Hochdruckstrahler einsetzbar. Die Anzahl der Schichten von Behandlungskammern kann insbesondere in Abhangigkeit der UV-Strahlungsquelle, des zu behandelnden Mediums und seiner Verunreinigungen
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variieren. Ferner konnen die Abmessungen und Geometrien der jeweiligen Behandlungskammern, insbesondere ihre Dicke in Strahlungsrichtung bzw. ihre Stromungsquerschnitte gleich oder unterschiedlich sein. In Verbindung mit dem jeweils zu behandelnden Medium ist dadurch eine gewiinschte Stromungsdynarruk sowie eine optimale Ausnutzung der Eindringtiefe der UV-Strahlung oder eines bestimmten Spektralbereichs in das Medium und ein bestimmte Absorptions- und Reaktionsverhalten des Mediums erreichbar. Auch die transparenten, UV- durchlassigen Trennschichten oder Teilbereiche davon konnen gleiche oder unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere UV-Transmissionseigenschaften, und Abmessungen bzw. Dicken aufweisen. Die erfindungsgemafie Vorrichtung ist gegeniiber konventionellen gattungsgemafien Vorrichtungen vergleichsweise klein, kompakt und mit einem niedrigen Bauvolumen ausfuhrbar und benotigt nur einen geringen Platzbedarf. Dennoch ist sie sehr robust. Die kompakte Bauweise ermoglicht es auch, mit hoheren Drucken als beim Stand der Technik zu arbeiten, wodurch der Durchsatz des Mediums erhoht bzw. mit einer kleineren Vorrichtung ein gleicher Durchsatz wie bei einer grofieren vorbekannten Vorrichtung erzielt werden kann. Wahrend vorbekannte Vorrichtungen beispielsweise mit ca. 1,5 bar arbeiten, so ist die erfindungsgemafie Vorrichtung z.B. ohne Weiteres mit 4,5 bar betreibbar. Durch die geschichtete bzw. mehrfach geschichtete Anordnung der Behandlungskammern lasst sich trotz der geringen Baugrofie die Verweilzeit des zu behandelnden Mediums und der darin enthaltenen Verunreinigungen im Wirkungsbereich der UV- Strahlungsquelle erheblich erhohen. Infolge der erfindungsgemafien Bauweise wird hierbei der Strahlungsbereich der UV-Strahlungsquelle optimal genutzt und die Einwirkungsdauer der UV-Strahlen auf kleinstem Raum maximiert, da das zu behandelnde Medium wahrend eines einzigen Durchlaufs durch die Vorrichtung mehrfach durch den Wirkungsbereich der UV-Strahlungsquelle geleitet wird. Die erfindungsgemafie Vorrichtung bietet aufgrund ihrer speziellen Konstruktionsweise daruber hinaus weitere Moglichkeit zur Verlangerung der Verweilzeit, auf die weiter unten noch naher eingegangen werden wird. Aufgrund der erhohten Verweilzeit des zu behandelnden Mediums im Strahlungsbereich der UV-Strahlungsquelle besitzt die erfindungsgemafie Vorrichtung gegeniiber vorbekannten Losungen einen erheblich verbesserten Entkeimungs- und/oder Oxidationswirkungsgrad. In dem Medium enthaltene Mikroorganismen somit zuverlassig deaktivierbar. Und etwaige organische Schadstoffe lassen sich vollstandig zu ungiftigen Verbindungen oxidieren bzw. abbauen. Daruber hinaus ist es jedoch ein besonderer Vorteil der erfindungsgemafien - Vorrichtung, dass sich mit dieser innerhalb eines einzelnen Gerates ein kombinierter UV-Entkeimungs- und UV-Oxidationsprozess (nachfolgend kurz kombinierter UV- Prozess genannt) durchfiihren lasst. Diese Moglichkeit ergibt sich primar durch die spezielle Schichtanordnung der aufeinanderfolgenden, von der UV-Strahlung durchstrahlbaren Behandlungskammern in Verbindung mit der Erhohung der Verweilzeit des Medium und der Einwirkdauer der UV-Strahlung auf das Medium und dessen Verunreinigungen. Bei geeigneter Wahl des Spektralbereichs der UV- Strahlungsquelle wird bei dem kombinierten UV-Prozess das Medium sowohl durch Schadigung der DNS der enthaltenen Mikroorganismen entkeimt, als auch die molekulare Zusammensetzung der verbleibenden inaktivierten Mikroorganismen oder Viren durch photochemische Oxidation (z.B. im Rahmen einer Nassverbrennung) zerstort und vollstandig abgebaut. Es ergibt sich somit ein sehr hoher Reinigungsgrad.
Bei der konventionellen UV-Entkeimung ggf. auftretende Unvertraglichkeiten gegen bestimmte Proteine oder chemische Zusammensetzungen von inaktivierten aber physikalisch noch im Medium existenten Mikroorganismen oder -resten sind somit wirkungsvoll vermeidbar. Je nach Art der verwendeten UV-Strahlungsquelle bzw. der
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Anordnung ihrer UV-Einzelstrahlungsquelle kann bei dem so erzielbaren kombinierten UV-Prozess die UV-Entkeimung und UV-Oxidation gewissermafien fliefiend ineinander iiber gehen oder aber auch sequentiell in aufeinanderfolgenden Behandlungskammern ausgefiihrt werden.
Mit der erfindungsgemafien Vorrichtung ist somit ein Verfahren ausfuhrbar, welches einem natiirlichen, durch die UV-Strahlung der Sonne erzielbaren Prozess gleicht, bei dem letztendlich ungiftige, nicht mehr aktive Stoffe bzw. Verbindungen zurtickbleiben, die ihrerseits wieder in den Biokreislauf zuriickgefuhrt werden konnen.
Obwohl bei dem mit der erfindungsgemafien Vorrichtung realisierbaren kombinierten UV-Prozess grundsatzlich separate Oxidationsmittel bei der UV- Oxidation eingesetzt werden konnten, ist dies aufgrund des erreichbaren hohen Wirkungsgrades in der Regel nicht erforderlich. Eine Gefahrdung durch die Nutzung derartiger- Chemikalien ist damit vermeidbar. Infolge der optimalen Ausnutzung der UV-Strahlung benotigt die erfindungsgemafie Vorrichtung auch nur eine UV- Strahlungsquelle mit einer vergleichsweise geringen Leistung. Die erfindungsgemafie Vorrichtung arbeitet ergo mit hohem Wirkungsgrad, niedrigen Betriebskosten, geringem Wartungsaufwand und folglich hoher Wirtschaftlichkeit.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemafien Vorrichtung sind Gegenstand der Unteranspruche 2 bis 35.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemafi einem zweiten Aspekt gelost durch die erfindungsgemafie Verwendung nach Anspruch 36. Diese sieht eine Verwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anspriiche 1 bis 35 zur kombinierten UV-Entkeimung und UV-Oxidation (oben kombinierter UV- Prozess genannt), insbesondere zur Wasseraufbereitung vor.
Durch die erfindungsgemafie Verwendung sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile zur erreichen, die zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemafien Vorrichtung dargelegt wurden.
Bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung mit zusatzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefugten Zeichnungen naher beschrieben und erlautert. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi einer ersten Ausfuhrungsform;; Fig. 2 eine schematische Langsschnittansicht durch eine wesentliche Komponenten der erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi der ersten Ausfuhrungsform;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 2; Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in Fig. 2; Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in Fig. 2; Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 2 mit Blickrichtung gemafi dem Pfeil D in Fig. 1;
Fig. 7 eine schematische Langsschnittansicht durch eine erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi einer zweiten Ausfuhrungsform;
Fig. 8 eine schematische Querschnittansicht durch eine erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi einer dritten Ausfuhrungsform;
Fig. 9 eine schematische Querschnittansicht durch eine erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi einer vierten Ausfuhrungsform;
Fig. 10 eine schematische Langsschnittansicht durch einen wesentlichen Bereich einer erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi einer funften Ausfuhrungsform;
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Fig. 11 eine Vergrofierung des Bereiches X aus Fig. 10;
Fig. 12 eine schematische Querschnittansicht durch einen wesentlichen Bereich einer erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi einer sechsten Ausfuhrungsform; Fig. 13 eine schematische Langsschnittansicht durch eine erfindungsgemafie Vorrichtung gemafi einer siebten Ausfuhrungsform;
Fig. 14 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie XIV-XIV in Fig. 13; und Fig. 15 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie XV-XV in Fig. 13.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSBEISPIELEN In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich oder sinnvoll ist. Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemafien Vorrichtung zur Behandlung eines fliissigen oder gasformigen Mediums mittels UV- Strahlen, gemafi einer ersten Ausfuhrungsform. Die Vorrichtung umfasst als wesentliche Komponenten einen fotochemischen Reaktor 2 mit einem Einspeisungskanal 4 fur das zu behandelnde flussige oder gasformige Medium und einem Auslasskanal 6 fur das behandelte Medium. Als zu behandelndes Medium wird im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel Wasser verwendet, das durch Mikroorganismen bzw. Viren und organische Schadstoffe verunreinigt ist. Der Reaktor 2 ist mit einer Kontrolleinrichtung 8 gekoppelt, die hier iiber zwei Sicherheits-und Kontrollsensoren 10,12 (hier: ein optischer Sensor und ein Temperatursensor) verfugt. Die Vorrichtung besitzt des weiteren eine Vorfiltereinrichtung 14, die dem Einspeisungskanal 4 vorgeschaltet ist, sowie eine Pumpe 16, die in einer an den Auslasskanal 6 angeschlossenen Leitung 18 angeordnet ist. Zwischen dem Auslasskanal 6 und der Pumpe 16 ist ein Magnetventil 20 vorgesehen. In der Leitung 18 kann auch eine dem Auslasskanal 6 nachgeschaltete Filtereinrichtung 22 (z.B. ein Aktivkohlefilter) vorgesehen werden, welche zum Herausfiltern etwaiger Radikalenreste und/oder Ozonreste in dem behandelten Medium dient.
In Fig. 2 ist ein schematischer Langsschnittansicht durch den fotochemischen Durchflussreaktor 2 der erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi der ersten Ausfuhrungsform dargestellt. Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 2. Die Vorrichtung bzw. der Reaktor 2 umfasst eine UV- Strahlungsquelle 24 mit einer axialen Langserstreckung und einer dazu im Wesentlichen senkrechten, insbesondere radialen Abstrahlungsrichtung R. Die UV-Strahlungsquelle 24 besitzt ein UV-Strahlungsspektrum von mindestens 180 nm bis zumindest 254 nm Wellenlange. Im vorliegenden Fall liegt das UV- Strahlungsspektrum in einem Bereich von ca. 180nm bis ca. 260 nm.
Des weiteren besitzt die Vorrichtung mehrere Schichten von in Abstrahlungsrichtung iibereinander angeordneten bzw. geschichteten, aufeinanderfolgenden, durchstrahlbaren Behandlungskammern Kl bis K4. Die Behandlungskammern Kl - K4 sind von der UV-Strahlungsquelle 24 und voneinander jeweils durch eine transparente, UV-durchlassige Trennschicht Tl bis T4 getrennt. Beginnend bei einer der UV-Strahlungsquelle 24 in Abstrahlungsrichtung R nachstliegenden, ersten Behandlungskammer Kl , bilden die Behandlungskammern Kl - K4 jeweils einen entlang der Langserstreckung der UV-Strahlungsquelle 24 verlaufenden Durchstromungskanal fur das Medium, der in die jeweils nachfolgende, von der UV- Strahlungsquelle 24 in Abstrahlungsrichtung R weiter entfernte Behandlungskammer miindet.
Wie in den Fig. 2 und 3 angedeutet ist, besitzt der Reaktor 2 im vorliegenden Beispiel vier Behandlungskammern Kl, K2, K3, K4, deren Lange im Wesentlichen der axialen Lange der UV-Strahlungsquelle 24 entspricht. Die Behandlungskammern Kl - K4 sind in radialer
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Richtung konzentrisch um die UV- Strahlungsquelle 24 herum angeordnet. Der Querschnitt der Behandlungskammem Kl - K4 ist jeweils kreisringformig. Die Behandlungskammem K5 - K5 sind durch ftinf Trennschichten voneinander separiert. Zumindest die ausgehend von der UV- Strahlungsquelle 24 ersten vier Trennschichten Tl - T4 sind transparent und fur UV- Strahlung durchlassig.
Bei der ersten Ausfuhrungsform sind ausgehend von der UV-Strahlungsquelle 24 in Abstrahlungsrichtung R sowohl die erste Trennschicht Tl, die zwischen der UV-Strahlungsquelle 24 und der ersten Behandlungskammer Kl angeordnet ist und der UV-Strahlungsquelle 24 am nachsten liegt, als auch die in radialer Richtung nachfolgende zweite Trennschicht T2 aus einem ersten Trennschicht-Material hergestellt. Dieses erste Trennschicht-Material besitzt eine UV-Durchlassigkeit, die im Wesentlichen das gesamte UV-Strahlungsspektrum der UV-Strahlungsquelle 24 einschliefilich eines ersten Teilspektrums mit Wellenlangen kleiner 200nm, also auch die UV-Strahlung mit ca. 180 nm durchlasst. Die ersten beiden Trennschichten Tl, T2 sind in Form von Glasrohren ausgestaltet, die aus synthetischem Quarzglas als das erste Trennschicht-Material hergestellt sind.
Grundsatzlich konnte die erste Trennschicht Tl bzw. das erste Glasrohr auch eine transparente Hullenwandung der UV-Strahlungsquelle 24 selbst sein, die fur den genannten Spektralbereich durchlassig ist. Dies bietet sich z.B. dann an, wenn als UV-Strahlungsquelle 24 eine in der ersten Behandlungskammer Kl angeordnete UV-Tauchlampe verwendet wird.
Die in Abstrahlungsrichtung R gemessene Gesamtdicke der Teilschicht, die aus den ersten beiden Glasrohren Tl , T2 und den ersten beiden Behandlungskammem Kl , K2 gebildet wird, in welche die UV-Strahlung durch das synthetische Quarzglas eintritt, ist so gewahlt, dass sie im Wesentlichen einer maximalen effektiven Eindringtiefe des ersten Teilspektrums der UV-Strahlung entspricht, die sich in Abhangigkeit der Absorptionsfahigkeit des zu behandelnden Wassers und der UV- Durchlassigkeit der ersten beiden Glasrohre Tl, T2 fur dieses erste Teilspektrum ergibt. Die gewahrleistet eine optimale Ausnutzung der kurzwelligen, harten UV- Strahlung kleiner 200 nm zum Zwecke einer nachfolgend noch beschriebenen Ozon- bzw. Radikalenerzeugung. Eine grofiere Schichtdicke ist nicht sinnvoll, sondern ggf. sogar gefahrlich, da dann Bereiche des zu behandelnden Wassers in Abstrahlrichtung R nicht mehr zuverlassig durchdrungen bzw. erfasst werden konnten. Die radial weiter aufien liegenden Trennschichten, d.h. hier zumindest die dritte und vierte Trennschicht T3, T4 in Abstrahlungsrichtung R der ersten und zweiten Trennschicht Tl, T2 nachfolgen, sind aus einem zweiten Trennschicht-Material hergestellt. Dieses zweite Trennschicht-Material besitzt eine UV-Durchlassigkeit, die von dem UV-Strahlungsspektrum der UV-Strahlungsquelle 24 nur UV-Strahlung in einem zweiten Teilspektrum mit Wellenlangen grofier gleich 200nm durchlasst. Die dritte und vierte Trennschicht T3, T4 sind ebenfalls in Form von Glasrohren ausgebildet, die natiirlichem Quarzglas als das zweite Trennschicht-Material hergestellt sind.
Die erfindungsgemafie Vorrichtung verfugt des Weiteren tiber eine Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung zum Verlangern der Verweilzeit des zu behandelnden Wassers und der darin enthaltenen Verunreinigungen bzw. Schadstoffe im Strahlungsbereich der UV-Strahlungsquelle 24. Die aufeinanderfolgenden Behandlungskammem Kl - K4 bilden hierbei einen Teil der Verweilzeit- Verlangerungseinrichtung. Denn das Wasser stromt im Betrieb der Vorrichtung zunachst durch den Einspeisungskanal 4 in die erste, radial innere Kammer Kl, in dieser entlang der axialen Langserstreckung der UV-Strahlungsquelle 24 bis zu einer endseitigen Austrittsoffhung 26, die gleichzeitig eine ehdseitige EintrittsSffhung 26 fiir die nachste, d.h. die zweite, radial nachfolgende Behandlungskammer K2 bildet. Hierbei
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wird das Wasser um ca. 180° umgelenkt, stromt wieder entlang der Langserstreckung der UV-Strahlungsquelle 24 und tritt in die dritte, radial weiter auSen liegende Behandlungskammer K4, wobei es wiederum um 180° umgelenkt wird. Von der dritten Behandlungskammer K3 gelangt es auf analoge Art und Weise in die vierte, radial aufierste Kammer K4 und verlasst die Vorrichrung durch den Auslasskanal 6. Auf dem gesamten Stromungsweg durch die Behandlungskammern Kl - K4 ist das Wasser der UV-Strahlung ausgesetzt.
Die Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung umfasst jedoch noch weitere Detailelemente, weiche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben werden. Hierbei zeigt Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in Fig. 2; Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in Fig. 2; und Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichrung von Fig. 2 mit Blickrichtung. gemafi dem Pfeil Din Fig. 1.
Wie in der Fig. 4 angedeutet ist, ist der Einspeisungskanal 4 als Teil der Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung so ausgestaltet, dass er bezogen auf die radiale Abstrahlungsrichtung R bzw. die kreisringformige Querschnittsform der ersten Behandlungskammern Kl im Wesentlichen tangential in die erste Behandlungskammer Kl miindet. Dem einzuspeisenden Wasser wird dadurch ein Drall verliehen, so dass es in der ersten Behandlungskammer Kl auf einer annahernd spiralfdrmigen Bahn um die UV-Strahlungsquelle 24 herum von der Einspeisungsoffnung 4 zu der Austrittsoffnung 26 der ersten Behandlungskammer Kl stromt. Die Austfittsoffhung 26 der ersten Behandlungskammer Kl bzw. die Eintrittsoffnung 26 der zweiten Behandlungskammer K2 ist z.B. schlitzformig mit einem linsenartigen Schlitzquerschnitt ausgestaltet (vgl. auch Fig. 2 und 3), so dass das Wasser weitgehend ungehindert in Drallrichtung in die zweite Behandlungskammer K2 stromen kann. Dieser Vorgang wird durch die infolge des Dralls hervorgerufenen Fliehkrafte unterstutzt. Die folgenden Austritts- bzw. Eintrittsoffnung 26 der jeweiligen radial nachfolgenden Behandlungskammern K3, K4 sind entsprechend konstruiert.
Auch der Auslasskanal 6 ist als Teil der Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung ausgestaltet. Bezogen auf die radiale Abstrahlungsrichtung R bzw. die kreisringformige Querschnittsform der Behandlungskammern Kl - K4 tritt er im Wesentlichen tangential und in Drallrichtung aus der letzten, der UV- Strahlungsquelle 24 in Abstrahlungsrichtung R am weitesten entfernten Behandlungskammer K4 heraus und tragt somit zur Aufrechterhaltung der spiralformigen Stromung um die UV-Strahlungsquelle 24 bei.
Zusatzlich kann die Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung Verwirbelungselemente 28 oder Turbulatoren aufweisen, die zum Beispiel in den Behandlungskammern Kl - K4, dem Einspeisungskanal 4, dem Auslasskanal 6, Eintritts- oder Austrittsoffnungen 26 zwischen aufeinanderfolgenden Behandlungskammern oder weiteren Zu- und Ableitungen angeordnet sind. Als Verwirbelungselemente 28 kommen z.B. noppenartige ErhShungen, Vertiefungen, Schaufeln, Fliigel, Zaune, rotierende oder schwingende Teile o.a. auf den Wandungen der genannten Komponenten in Betracht. Sofern diese Verwirbelungselemente 28 in Verbindung mit dem besagten tangentialen Einspeisungskanal 4 und Auslasskanal 6 verwendet werden, sollten sie zur Aufrechterhaltung der griindlegenden Drallrichtung beitragen. Die Verwirbelungselemente 28 konnen fest installiert oder aber auch an herausnehmbaren Einsatzen angeordnet sein, was Reinigungsarbeiten erleichtert. In der Fig. 2 sind Wirbel-Noppen angedeutet, die an den Glasrohren Tl - T4 angeordnet sind. Die letzte, d.h. hier die vierte Behandlungskammer K4 besitzt an ihrer von der UV-Strahlungsquelle 24 in Abstrahlungsrichtung am weitesten entfernten Seite eine UV-Reflektionseinrichtung 30; weiche die von der UV-Strahlungsquelle 24 emittierte und bis zur
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au˚Ζeren Wandung KL durchgedrungene UV-Strahlung wieder zuruckreflekfiert und somit zu einem hohen Ausnutzungsgrad der UV-Strahlung und einer intensiven Behandlung des Wassers beitragt. Falls die aufiere Wandung KL der letzten Behandlungskammer K4 fur das UV-Licht undurchlassig ist, kann es sich bei der UV-Reflektionseinrichtung 30 z.B. um eine auf die Innenseite dieser Wandung KL aufgetragende Spiegelschicht oder eine stark polierte, reflektierende Oberflache handeln. 1st die aufiere Wandung KL fur die UV-Strahlung hingegen durchlassig (z.B. aus natiirlichem Quarzglas, so kann die UV-Reflektionseinrichtung 30 z.B. in Form einer um das Glas herum angebrachten Reflektions-oder Spiegelschicht oder dergleichen ausgefuhrt werden.
Es wird nun die Funktionsweise der erfindungsgemafien Vorrichtung beschreiben werden. Die Vorrichtung wird iiber die Kontrolleinrichtung 8 in Betrieb gesetzt und die UV-Strahlungsquelle 24 aktiviert. Nach einer vorgegebenen Einbrennzeit wird das Magnetventil 20 geoffnet und die Pumpe 16 betatigt. Kontaminiertes Wasser wird iiber die Vorfiltereinrichtung 14 in den Reaktor 2 und durch dessen Behandlungskammern Kl - K4 hindurch gesaugt, dort entkeimt und von chemischen Verunreinigungen befreit und fliefit iiber den Auslasskanal 6, den eventuellen Nachfilter 22, das Magnetventil 20 und die Pumpe 16 aus.
Der optische Sensor 10 hat im Betrieb die Aufgabe, eine Trubung der Glaswande der Glasrohre Tl - T4 zu erfassen. Eine Trubung kann z.B. durch Kalkablagerungen und/oder durch trubes Wasser verursacht werden. Sie wiirde die Leistung des Reaktors einschranken. Bei einer definierten Trubung wird dies der Kontrolleinrichtung 8 iiber ein entsprechendes Sensorsignal gemeldet. Bei einer zu starken Trubung schaltet die Kontrolleinrichtung 8 die UV-Strahlungsquelle 24, das Magnetventil 20 und die Pumpe 16 ab und lasst einen erneuten Start nicht zu. Erst nach einer Reinigung oder Fehlerbeseitigung wird der Betrieb wieder freigegeben. Der Temperatursensor 12 hat die Aufgabe, den Reaktor vor Uberhitzung zu schiitzen. Bei einem eventuell blockiertem Wasserfluss, wiirde sich der Reaktor aufheizen und das darin befindliche Wasser eventuell kochen. Der Sensor 12 meldet solch einen gefahrlichen Zustand an die Kontrolleinrichtung 8 und diese schaltet dann die UV-Strahlungsquelle 24, das Magnetventil 20 und die Pumpe 16 ab.
Der Reinigungsvorgang als solcher lauft in de erfindungsgemafien Vorrichtung wie folgt ab: Das schadstoffbelastete, mit Mikroorganismen bzw. Viren kontaminierte Wasser wird in der ersten und zweiten Behandlungskammer Kl , K2 mit UV-Strahlung beaufschlagt, welches ein UV-Strahlungsspektrum mit Wellenlangen von sowohl kleiner als auch grolier 200nm besitzt. Die UV-Strahlung grofier 200 nm, insbesondere um 254 nm, bewirkt hierbei die UV-Entkeimung durch Zerstorung der DNS der im Wasser enthaltenen Mikroorganismen. Die Strahlung unterhalb 200nm, insbesondere um ca. 180 nm setzt die UV-Oxidation im Rahmen einer photochemischen Nassverbrennung in Gang.
Die Strahlung unter 200nm produziert aus dem im Wasser befindlichen molekularen Sauerstoff (02) Ozon (03). Dies erfolgt in der ersten und zweiten Kammer. Das Ozon wird durch die vorhandene UV-Strahlung oberhalb von 200nm in einzelne (single) Sauerstoffatome (O) zerlegt. Diese an sich schon hoch reaktiven Sauerstoffatome verbinden sich infolge der fotochemischen Reaktion mit Wasserstoffatomen (H+) zu OH-Molekiilen. OH-Molekiile sind freie Radikale, welche im Wesentlichen alle Arten der zuvor beschriebenen organischen Schadstoffe, insbesondere die molekularen Reste oder Hiillen der deaktivierten Mikroorganismen, zerstort. OH-Radikale besitzen eine max. Lebensdauer von ca. 100 Millisekunden. Danach zerfallen sie wieder zu Wasserstoff und Sauerstoff und damit zu absolut ungiftigen Stoffen. Es bleiben bei einer photochemischen Reaktion keinerlei schadliche Substanzen zuriick. Alle organischen Stoffe werden vollie oxidiert
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(verbrannt). Auch Stoffe wie z.B. Pflanzenschutzmittel (DDT, Atrazirie usw.) oder Zwischenprodukte von chemischen Reaktionen werden zu ungiftigen Resten oxidiert. Bei der erfindungsgemafien Vorrichtung erfolgt die Radikalerzeugung in den ersten beiden Behandlungskammern Kl , K2. Da das die Radikale enthaltene Wasser fortwahrend weiterstromt, findet die Oxidationen („der Verbrauch") der Radikale hingegen weitgehend in der dritten und vierten Behandlungskammer K3, K4 statt. Die oben beschriebene inharente bzw. zusatzlich ausgestaltete Verweilzeit- Verlangerungsvorrichtung der erfindungsgemafien Vorrichtung ermoglicht die Erzeugung einer hohen Radikalendichte und steigert durch die Verwirbelung des Wassers gleichzeitig die Treffsicherheit der OH-Radikale auf die zu zerstorenden Molekularstrukturen. Die zur photochemischen Nassverbrennung notwendige Verweilzeit wird mit der erfindungsgemafien Konstruktion mehr als erfullt. Die notwendige Verweilzeit zur Oxidation von Eiweifikorpern liegt z.B. bei ca. 100 mS. Die bei einer Stiomungsgeschwindigkeit von z.B. 3,81/min in dem Reaktor der erfindungsgemafien Vorrichtung erzielbare max. Verweilzeit liegt bei ca. 6000 - 7000 mS. Da das dritte und vierte Glasrohr T3, T4 aus normalem bzw. natiirlichem Quarzglas hergestellt ist und UV-Strahlung unterhalb 200nm nicht durchlasst und die UV- Strahlung unterhalb 200nm zudem bereits in der ersten und zweiten Behandlungskammer Kl, K2 im Wesentlichen vollstandig absorbiert wurde, ist sie in der dritten und vierten Behandlungskammer K3, K4 nicht mehr wirksam. Fiir die dritte und vierte Behandlungskammer K3, K4 sind die Trennschichten T3, T4 aus normalem bzw. natiirlichem Quarz, welches fur UV-Strahlung oberhalb von 200nm durchlassig ist, daher vollig ausreichend. Aus der letzten Behandlungskammer K4 tritt das Wasser tangential aus und steht dann entkeimt und von organischen Schadstoffen und Ruckstanden von Mikroorganismen bzw. Viren befreit zur Verfugung.
In der erfindungsgemafien Vorrichtung findet somit fortlaufend eine kombinierte UV-Entkeimung und UV-Oxidation statt (weiter oben als kombinierter UV-Prozess bezeichnet), welcher einen sehr hohen Reinigungsgrad des kontaminierten Wassers gewahrleistet. Nach der Behandlung im Reaktor 2 sollte das entkeimte und gereinigte Wasser zur Sicherheit iiber Aktivkohle geleitet werden, was in der Nachfiltereinrichtung 22 erfolgen kann. Aktivkohle stellt wieder einen naturlichen Redox-Wert her. Denn bedingt durch die OH-Radikale herrscht in den Behandlungskammern Kl - K4 des Reaktors 2 ein enorm hohes Redoxpotential von bis zu 2VoIt. Dieses ist schadlich und muss wieder auf die naturlichen Verhaltnisse (250 - 450 mV) eingestellt werden.
Fig. 7 zeigt eine schematische Langsschnittansicht durch eine erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi einer zweiten Ausfuhrungsform. Bei dieser Variante erstrecken sich die jeweiligen, schichtweise angeordneten Behandlungskammern Kl - K4 jeweils spiralformig um die UV-Strahlungsquelle 24 herum.
Fig. 8 zeigt eine schematische Querschnittansicht durch eine erfindungsgemafie Vorrichtung gemafi einer dritten Ausfuhrungsform. Das Funktionsprinzip dieser Variante entspricht im Wesentlichen dem der ersten Ausfuhrungsform, jedoch sind die schichtweise angeordneten Behandlungskammern Kl - K4 in einer plattenartigen bzw. kastenartigen Anordnung gruppiert, und die UV- Strahlungsquelle 24 ist seitlich dieser Anordnung platziert. Jede Behandlungskammer Kl - K4 besitzt eine meanderformige Stromungsbahn (nicht gezeigt) fur das zu behandelnde Medium. Fiir eine hohere UV-Lichtausbeute ist die Vorrichtung mit einer parabolischen Reflektoreinrichtung 32 ausgestattet, welche das von der UV-Strahlungsquelle 24 emittierte UV-Licht auf die geschichteten Behandlungskammern Kl -K4 biindelt.
In der Fig. 9 ist eine schematische Querschnittansicht durch eine erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi einer vierten Ausfuhrungsform dargestellt. Die Ausfuhrungsform nach
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Fig. 9 ahnelt vom Prinzip her der nach Fig. 8, jedoch sind zwei UV-Einzelstrahlungsquellen 24a, 24b vorgesehen, welche die geschichteten Behandlungskammem Kl - K4 von zwei unterschiedlichen Seiten her durchstrahlen. Die erste UV-Einzelstrahlungsquelle 24a emittiert hierbei UV-Licht in einem Spektrum kleiner 200 nm und die zweite 24b in einem Spektrum grofier 200 nm. Wird diesen UV-Einzelstrahlungsquelle 24a, 24b jeweils eine Gruppe von Behandlungskammem zugeordnet und zwischen diesen z.B. jeweils ein Filter oder eine trennende UV-Reflektionseinrichtung 34 angeordnet, so kann innerhalb der Vorrichtung die UV-Entkeimung und UV-Oxidation zeitlich und ortlich getrennt ausgefiihrt werden, z.B. erst nur die UV-Entkeimung und anschliefiend die UV- Oxidation. Als Filter konnen hierbei auch das erste oder zweite Material fur die jeweiligen transparenten, UV-durchlassigen Trennschichten fungieren.
Fig. 10 zeigt eine schematische Langsschnittansicht durch einen wesentlichen Teilbereich einer erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi einer funften Ausfuhrungsform. Bei dieser Variante sind die Verwirbelungselemente 28 bzw. Wirbelnoppen der Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung transparent und UV-durchlassig ausgebildet. Die transparenten und UV-durchlassigen Verwirbelungselemente 28 sind gleichzeitig integraler Bestandteil einer jeweiligen transparenten, UV-durchlassigen Trennschicht Tl, T2, T3 . Genauer gesagt bilden in diesem Beispiel dreidimensional verformte Bereiche der jeweiligen Trennschicht Tl, T2, T3 die transparenten und UV- durchlassigen Verwirbelungselemente 28. Sie konnen zum Beispiel bei der Herstellung der die Trennschichten Tl, T2, T3 bildenden Glasrohre durch plastisches Verformen der Glasrohre unter Warmeeinwirkung hergestellt werden. Ebenso ist es jedoch moglich, separate, d.h. als unabhangige Einzelteile ausgestaltete transparente und UV-durchlassige Verwirbelungselemente 28 zu verwenden, die an oder auf der betreffenden transparenten, UV-durchlassigen Trennschicht Ti, T2, T3 befestigt werden.
Im vorliegenden Fall sind die transparenten, UV-durchlassigen Verwirbelungselemente 28 als optische Linsen (z.B. Sammellinsen oder Streulinsen) und/oder als Lichtleiter mit genau definierten optischen Eigenschaften ausgebildet. Sie besitzen also eine Doppelfunktion, denn sie verwirbeln zum einen das zu behandelnde Medium und erhohen dadurch dessen Verweilzeit in der UV-Strahlung und zum anderen fokussieren (bzw. streuen) sie die UV-Strahlen in einer genau vorbestimmten Art und Weise und konnen dadurch eine erhohte Ausbeute der UV-Strahlung erzielen. Sie werden deshalb nachfolgend kurz opto-mechanische Noppen 28 genannt. Bei Betrachtung in Abstrahlungsrichtung R besitzen die opto-mechanischen Noppen 28 eine im Wesentlichen kreisrunde Grundrissform. Sie konnen je nach Ausgestaltungsform jedoch auch oval, viereckig, rechteckig, polygonal geformt sein oder eine unregelmafiige bzw. asymmetrische Grundrissform aufweisen. Wie in der Fig. 10 erkennbar ist, wolben sich die opto-mechanischen Noppen 28 der jeweiligen Trennschichten Tl, T2, T3 in diesem Beispiel mit ihrer Ausbuchtung entgegen der Abstrahlungsrichtung R der UV-Strahlen. Mit anderen Worten sind sie auf der der UV-Strahlung zugewandten Seite der jeweiligen Trennschicht Tl, T2, T3 angeordnet. Je nach Linsentyp, den eine opto-mechanische Noppe 28 bildet, konnen die opto-mechanischen Noppen 28 jedoch auch auf der der UV-Strahlung abgewandten Seite oder sogar auf beiden Seiten angeordnet sein. Die Riickseite der Noppen 28 bildet eine Einbuchtung, die wie die Ausbuchtung auf der Vorderseite wiederum als ein Verwirbelungselement dient. Wie aus der Fig. 10 des Weiteren deutlich hervorgeht, sind die Noppen 28 einer ersten Trennschicht (z.B. Tl) gegeniiber den Noppen einer zweiten Trennschicht (z.B. T2) seitlich versetzt. Die Noppenhohe bzw. der Abstand der Noppenspitzen ist in Abhangigkeit der in Abstrahlungsrichtung R gemessenen Breite einer durch die jeweiligen Trennschichten Tl, T2, T3 begrenzten Behandlungskammer so gewahlt, dass die H6he bzw. der Abstand einen
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vorbestimmten Wert aufweist. Genauer gesagt ist der Abstand einer optischen Eingangsebene (oder Ausgangsebene) eines opto-mechanischen Noppens 28 einer in Abstrahlungsrichtung R von der UV-Strahlungsquelle distal angeordneten Trennschicht (z.B. T2) in einem Abstand von der optischen Ausgangsebene (oder Eingangsebene) einer in Abstrahlungsrichtung R von der UV-Strahlungsquelle proximal angeordneten Trennschicht (z.B. Tl) angeordnet, der vorzugsweise kleiner gleich 15, insbesondere kleiner gleich 10 mm ist (je nach Ausgestaltungsform insbesondere auch kleiner gleich 9 mm, kleiner gleich 8 mm, kleiner gleich 7 mm, kleiner gleich 6 mm, kleiner gleich 5 mm, kleiner gleich 4 mm, kleiner gleich 3 mm, kleiner gleich 2 mm, kleiner gleich 1 mm, kleiner gleich 0,5 mm, kleiner gleich 0,25 mm). So ist die Noppenspitze bzw. der Noppenkopf eines opto-mechanischen Noppens 28 der Trennschicht T2 in diesem Beispiel ca. 0,5 mm von der der UV-Strahlungsquelle abge wand ten Seite der Trennschicht Tl beabstandet, so dass die o.g. Bedingung erfullt ist. Fur die Noppen 28 der weiteren Trennschichten (hier: T3 in Bezug zu T2) werden vorzugsweise entsprechende Abstande gewahlt.
Auf diese Weise muss sich die UV-Strahlung mit einer Wellenlange kleiner 200nm (hier: z.B. 185 nm) zwischen der jeweiligen optischen Ausgangs- und Eingangsebene nur eine kurze Strecke von max. ca. 10 mm durch das zu behandelnde Medium (z.B. Wasser) bewegen und wird nicht zu stark gedampft. Durch die opto-mechanischen Noppen 28 kann diese kurzwellige UV-Strahlung daher in weiter von der UV-Strahlungsquelle 24 angeordnete Behandlungskammern transportiert werden und dort zur Photoreaktion/UV- Oxidation und zur Bildung von Ozon bzw. Radikalen verwendet werden.
Der gleiche Effekt ist mit Hilfe der opto-mechanischen Noppen 28 bei Bedarf auch fur die langerwellige, entkeimend wirkende UV-Strahlung grofier 200nm (z.B. 254 nm) realisierbar. Grundsatzlich sollte der jeweilige Abstand in Abhangigkeit der jeweiligen Wellenlange des zu betrachtenden UV- Teilspektrums, der durch den gegenseitigen Abstand der Trennschichten bestimmten Breite der Behandlungskammer und damit der von der UV-Strahlung im zu behandelnden Medium zu uberbriickenden Strecke zwischen zwei benachbarten Trennschichten und der Art des zu behandelnden Mediums gewahlt werden. Die erfindungsgemafie Vorrichtung kann somit ohne eine Erhohung der Leistung bzw. des elektrischen Energieverbrauchs der UV-Strahlungsquelle mit einer grofieren Anzahl von Behandlungskammern ausgestattet werden und eine grofiere Menge des zu behandelnden Mediums reinigen, als dies ohne die opto-mechanischen Noppen 28 mOglich ware. Der erreichbare Nutzungsgrad ist hierbei insbesondere von der Anzahl der opto- mechanischen Noppen 28, deren optischer Giite und dem zu behandelnden Medium abhangig. In der Fig. 11, die eine Vergrofierung des Bereiches X aus Fig. 10 zeigt, ist der durch einen opto-mechanischen Noppen 28 erzeugte Strahlengang der UV- Strahlen nochmals deutlicher dargestellt. Wie zu erkennen ist, wirkt der opto- mechanische Noppen 28 im Wesentlichen als eine Sammellinse (in der Art einer Domlinse), welche die ankommenden UV-Strahlen fokussiert und gebiindelt weiterleitet.
Fig. 12 zeigt eine schematische Querschnittansicht durch einen wesentlichen Bereich einer erfindungsgemafien Vorrichtung gemafi einer sechsten Ausfuhrungsform. Diese Variante ahnelt weitgehend der von Fig. 10 und 11. Jedoch sind in diesem Fall die opto-mechanischen Noppen 28 jeweils aufeinanderfolgender Trennschichten Tl, T2, T3 in Abstrahlungsrichtung R der UV-Lichtquelle gesehen hintereinander angeordnet. Eine Mischform aus der Anordnungsweise der Noppen 28 in Fig. 10,11 und 12 ist ebenfalls moglich. In der Fig. 12 ist durch diinne, gestrichelte Linien auch nochmals die durch die opto-mechanischen Noppen 28 verursachte Verwirbelung des zu behandelnden Mediums angedeutet, welche eine Erhohung der Verweilzeit des Mediums in den UV-Strahlen bewirkt.
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Bei der erfindungsgemafien Vorrichtung nach Fig. 12 sind die in Abstrahlungsrichtung R der UV-Lichtquelle gesehen hintereinander angeordneten opto-mechanischen Noppen 28 so zueinander ausgerichtet, dass eine optische Ausgangsebene (bzw. Eingangsebene) einer opto- mechanischen Noppe 28 einer ersten Trennschicht (z.B. Tl) in einem Abstand von einer optischen Eingangsebene (bzw. Ausgangsebene) einer opto- mechanischen Noppe 28 einer in Abstrahlungsrichtung R nachfolgenden, zweiten Trennschicht (z.B. T2) angeordnet ist, der vorzugsweise kleiner gleich 15mm, insbesondere kleiner gleich 10 mm ist (in bestimmen Anwendungsfallen insbesondere auch kleiner gleich 9 mm, kleiner gleich 8 mm, kleiner gleich 7 mm, kleiner gleich 6 mm, kleiner gleich 5 mm, kleiner gleich 4 mm, kleiner gleich 3 mm, kleiner gleich 2 mm, kleiner gleich 1 mm, kleiner gleich 0,5 mm, kleiner gleich 0,25 mm). Dadurch sind die gleichen Effekte und Vorteile zu erzielen, die bereits weiter oben in Zusammenhang mit den aquivalenten Abstanden bei der Vorrichtung nach Fig. 10 beschrieben wurden.
In den Ausfuhrungsformen nach Fig. 10 bis 12 konnen die transparenten, UV- durchlassigen Trennschichten Tl, T2, T3 je nach Kriimmung ebenfalls optische Bundelungs- oder Streueffekte bewirken, die mit denen der opto- mechanischen Noppen 28 kombinierbar sind. In der Fig. 13 ist eine schematische Langsschnittansicht durch eine erfindungsgemafie Vorrichtung gemafi einer siebten Ausfiihrungsform dargestellt. Fig. 14 ist eine schematische Qoerschnitteansicht entlang der Linie XIV-XIV in Fig. 13. Und Fig. 15 eine schematische Querschnittsansioht entlang der Linie XV-XV in Fig. 13. Diese siebte Variante entspricht von ihrem Grundprinzip her den zuvor erlauterten Ausfuhrungsformen, weist gegenuber diesen jedoch noch einige Besonderheiten auf. So besitzt die Vorrichtung nach Fig. 13 einen oberen 36 und einen unteren demontierbaren Deckel 38, zwischen denen sich vier konzentrisch angeordnete runde Quarzglasrohre, welche die UV-durchlassigen Trennschichten Tl - T4 bilden, sowie ein auiBeres rundes Quarzglasrohr T5 erstrecken, welches als eine UV-Reflektionseinrichtung 30 bildet. Das aufiere Quarzglasrohr T5 ist an seiner Aufienseite durch Aufdampfen einer Aluminiumschicht verspiegelt und reflektiert in Strahlungsrichtung R eintreffende und durch das Quarzglasrohr T5 bis zur Aluminiumschioht hindurchtretende UV-Strahlen entgegen der Strahlungsrichtung R wieder zuruck. Alle diese Quarzglasrohre Tl - T5 sind gegenuber den Deckeln 36, 38 durch nicht gezeigte Dichtungen abgedichtet. Auf diese Weise ist eine einfache Austauschbarkeit der jeweiligen Komponenten und insbesondere eine simple Montage und Demontage der Quarzglasrohr Tl- T5 sowie eine vereinfachte Warning oder Reparatur realisierbar. Das innerste Quarzglasrohr Tl erstreckt sich iiber jeweils eine zentrale Durchgangsoffnung 40 langs durch die Deckel 36, 38 hindurch und ist an mindestens einer Seite offen oder zu offnen. Dadurch kann die UV-Strahlungsquelle (hier der besseren Ubersichtlichkeit nicht gezeigt) durch die Rohroffnung hindurch im Inneren des Rohres Tl und der Vorrichtung angebracht oder bei Bedarf wieder entfernt werden, ohne dass eine Demontage der Trennschichten Tl - T5, oder der Deckel 36,38 erforderlich ist.
Die Deckel S6, 38 verfiigen jeweils iiber eine Zentrierungseinrichtung 42 fur die dazwischen angeordneten UV- durchlassigen Trennschichten Tl - T5 bzw. Rohre, so dass diese einfach und sicher an einer vorbestimmten Position zueinander und an den Deckeln 36, 38 angeordnet werden konnen. Die Zentrierungseinrichtung 42 umfasst in diesem Beispiel Nuten und/oder Vorspriinge und/oder Absatze oder dergleichen, in welche bzw. auf oder an welche die jeweiligen Rohre Tl - T5 einsteckbar oder aufsteokbar sind. Das innerste Rohr Tl wird durch die Durchgangsoffnungen 40 sowie seine Dichtungen zentriert. Aufgrund dieser Konstruktion ist es nicht erforderlich, die Quarzglasrohre Tl - T5 in die Deckel 36, 38 einzugieSen oder einzukleben, was eine Wartung oder Reparatur der Vorrichtung weiter erleichtert.
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Wie in den Fig. 13 und 14 erkennbar ist, besitzt der obere Deckel 36 einen Einlass 44 und einen Auslass 46 fur das zu behandelnde Medium. Grundsatzlich konnten Einlass 44 und Auslass 46 auch am unteren Deckel 38 vorgesehen sein. Ebenso ist es moglich, dass ein jeweiliger Deckel 36, 38 entweder nur Einlass 44 oder Auslass 46 aufweist. Der Einlass 44 miindet in die radial innerste Behandlungskammer Kl. Der Auslass 46 kommuniziert iiber einen halbkreisformigen Kanal 48 mit der radial aufiersten Behandlungskammer K4. Damit das zu behandelnde Medium von einer Behandlungskammer zur jeweils nachsten gelangen kann, sind im oberen Deckel 36 Verbindungskanale 50 oder „Ubergabekanale" vorgesehen, welche eine Behandlungskammer Kl - K3 mit der jeweils nachfolgenden Behandlungskammer K2 - K4 verbinden (siehe z.B. Fig. 15) . Die Verbindungskanale 50 konnen grundsatzlich auch in dem unteren Deckel 38 oder in beiden Deckeln 36, 38 angeordnet sein.
Die siebte Ausfuhrungsform verfiigt zudem iiber eine weiter ausgestaltete Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung. D.h., alternativ zu oder zusatzlich zu den oben beschrieben Komponenten der Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung weist diese einen Teil auf, der hier in dem oberen 36 und unteren Deckel 36 angeordnet ist. Genauer gesagt, besitzt der im oberen 36 und unteren Deckel 38 angeordnete Teil der Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung eine Verwirbelungs- einrichtung fur das zu behandelnde Medium. Diese Verwirbelungseinrichtung ist in diesem Ausfuhrungsbeispiel in die Verbindungskanale integriert.
Die Verwirbelungseinrichtung umfasst eine Duseneinrichtung mit einer Vielzahl von Diisen 50, deren Dusenkanale als die Verbindungskanale 52 ausgebildet sind, wie in der Fig. 15 angedeutet ist (in der Fig. 15 sind die Quarzglasrohre Tl - T5 der besseren Ubersichtlichkeit halber nicht dargestellt).
Zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Behandlungskammern (hier: K1-K2, K2-K3, K3-K4) ist eine Vielzahl von Diisen 50 vorgesehen, welche bezogen auf eine Langsachse L der Behandlungskammern (Kl - K4) bzw. der Vorrichtung kranzartig um die Langsachse L herum angeordnet sind. Die Diisen 50 eines solchen Dusenkranzes werden nachfolgend kurz als Dusenstufen Dl bis D3 bezeichnet. In der Fig. 15 sind am unteren Deckel 38 eine erste und eine zweite Dusenstufe Dl und D3 erkennbar. Eine dritte Dusenstufe (D3) befindet sich am oberen Deckel 36. Zwischen dem Einlaes 44 und der ersten Behandlungskammer Kl ist in diesem Beispiel keine Dusenstufe notwendig, da der Einlass 44 im Wesentlichen tangential in die erste Behandlungskammer Kl miindet, so dass das einstromende Medium in der Kammer Kl um die UV-Strahlungsquelle herum rotiert und spiralformig weiter zur ersten Dusenstufe Dl stromt. Grundsatzlich konnte jedoch auch an der Einmundung zur ersten Behandlungskammer Kl eine Dusenstufe bereit gestellt werden. Teilbereiche der Dusenstufen Dl bis D3 fungieren in diesem Beispiel gleichzeitig als Zentrierungseinrichtung 42 fur die Quarzglasrohre Tl - T4. Die Dusenstufen Dl bis D3 sind zwischen zwei aufeinanderfolgenden Behandlungskammern abwechselnd am oberen und am unteren Deckel 36, 38 angeordnet, so dass in der Fig. 15 nur die zwei Dueenstufen Dl und D3 erkennbar sind. Die Dusenstufen Dl - D3 sind jeweils in Absatzen (oder auch Einbuchtungen oder dergleichen) an der Unterseite des oberen Deckels 36 und an der Oberseite des unteren Deckels 38 vorgesehen. Grundsatzlich konnen die Dusenstufen auch in nur einem Deckel angebracht sein.
Die Diisen 50 sind jeweils so ausgestaltet, dass ihre in eine jeweilige Behandlungskammer K2 - K4 miindende Dusenaustrittsoffnung eine vorbestimmte Ausstofirichtung fur das zu behandelnden Mediums definiert. Diese Ausstofirichtung ist so gewahlt, dass sie in Bezug zu der Ringform der Behandlungskammern K2 - K4 und zur Abstrahlungsrichtung R der UV-Strahlungsquelle im Wesentlichen tangential oder in einem dazu schragen Winkel
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verlauft. Die Ausstofirichtung der Diisen 50 kann zusatzlich auch eine in Langsrichtung L verlaufende Komponente aufweisen. Diese sollte jedoch vorzugsweise klein sein. Durch diese Mafinahmen wird das in die jeweilige Behandlungskammer K2 - K4 eingespritzte Medium in Rotation versetzt. Und das zu behandelnde Medium rotiert - wie in der Kammer Kl auch - innerhalb der Behandlungskammern K2 bis K4 kreis- bzw. spiralformig um die UV-Strahlungsquelle herum.
Der Weg, den das zu behandelnde Medium innerhalb der Vorrichtung zuriicklegt, wird auf diese Weise um ca. 480% pro Behandlungskammer Kl - K4 verlangert. Das Medium dreht sich in den Behandlungskammern Kl - K4 mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit um die UV-Strahlungsquelle herum, bis es schliefilich die letzte Behandlungskammer K4 verlasst. Somit werden das Medium und darin ggf. enthaltene Verunreinigungen der Strahlung der UV-Strahlungsquelle langer ausgesetzt, was eine optimale Ausnutzung der Entkeimungs-und Oxidationsleistung gestattet.
Die Diisenaustrittsoffnungen und die Ausstofirichtungen der Diisen 50 von zwei aufeinanderfolgenden Behandlungskammern Kl- K2, K2-K3, K3-K4 sind vorzugsweise in entgegengesetzten Richtungen zueinander ausgerichtet, so dass sich die Rotationsrichtung des Mediums bei einem Ubergang von einer Behandlungskammer zur nachsten jeweils umgekehrt. Auch dies tragt zur Verlangerung der Verweilzeit des Mediums in der Strahlung der UV-Strahlungsquelle bei und fordert somit eine yerbesserte Ausnutzung der Entkeimungs- und Oxidationsleistung.
Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Behandlungskammern K1-K2, K2-K3, K3-K4, bei denen der Diisenkanal 52 den Verbindungskanal bildet> ist zudem jeweils eine Drosseleinrichtung fiir das von einer Behandlungskammer K2 - K4 zur nachsten stromende, zu behandelnde Medium angeordnet. Diese Drosseleinrichtung verursacht durch einen definierten Riickstau des Mediums einen Druckanstieg in derri Medium und beaufschlagt die Diisen 50 mit einem vorbestimmten Druck, so dass das Medium mit einer hohen Beschleunigung und einer hohen Geschwindigkeit in die jeweilige Behandlungskammer K2, K3, K4 eingespritzt werden kann. Im vorliegenden Ausfiihrungsbeispiel ist eine jeweilige Diise 50 an ihrer Medium-Eintrittsseite als Drosseleinrichtung ausgebildet, was durch eine geeignete Dueenform erreichbar ist.
Wie aus der Fig. 15 des Weiteren hervorgeht, ist der den jeweiligen Verbindungskanal bildende, sich in AusStofirichtung verjiingende Diisenkanal 52 einer Diise 50 bogenformig ausgebildet bzw. besitzt bogenformige oder parabolisch gekrixmmte Diisenkanal-Wandungen.
Eine jeweilige Diise 50 ist dariiber hinaus an ihrer Diisenaustrittsofmung mit einer kleinen Unstetigkeitsstelle ausgestattet (in den Figuren nicht erkennbar), welche innerhalb des aus der Diise 50 ausstromenden Mediums hochfrequente kleine Wirbel erzeugt. Bei einer Unstetigkeitsstelle kann es sich z.B. um eine Abrisskante bzw. -schwelle am Diisenausgang, einen asymmetrischen Diisenaustritt oder auch um eine vibrierende Diisenzunge handeln. Bei Verwendung einer vibrierenden Diisenzunge kann diese passiv (z.B. durch einen infolge des stromenden Mediums hervorgerufenen Resonanzeffekt) oder aktiv (z.B. durch einen Antrieb) in Schwingungen versetzt werden. Die hochfrequenten kleinen Wirbel mindern ahnlich dem sog. Haifischhauteffekt die Reibung des stromenden Mediums an den Wanden der Behandlungskammern K2-K4, wodurch ein iibermafiiger Druckverlust innerhalb der Behandlungskammern K2-K4 vermieden werden kann. Dies ist wichtig, weil der definierte Riickstau des Medium zur Druckbeaufschlagung der Diisen 50 ja durch die Form der als Verbindungskanale fungierenden Diisenkanale 52 erzeugt werden soil und nicht durch einen unzulassig gro6en reibungsbedingten Druckverlust. gemindert werden darf. Wenn das zu behandelnde Medium Wasser ist, so bewirken die Diisen der erfindungsgemaSen
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Vorrichtung gemafi der siebten Ausfiihrungsform einen weiteren positiven Effekt. Bekanntlich neigen Wassermolekule bei statischen Druck, wie z.B. in Wasserleitungen, zur Cluster-Bildung, wodurch sich die Losungseigenschaften des Wassers reduzieren. Durch die mechanischen Krafte des Diiseneffektes werden die Cluster der Wassermolekule wieder zerkleinert, wodurch die natiirlichen Losungseigenschaften des Wasser wiederhergestellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausfiihrungsbeispiele beschrankt, die lediglich der allgemeinen Erlauterung des Kerngedankens der Erfindung dienen. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemafie Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben konkret beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. So konnen die Behandlungskammern beispielsweise auch transparente, UV-durchlassige Trennschichten aufweisen, die pro einzelner Trennschicht unterschiedliche Durchlassigkeiten bzw. Transmissionseigenschaften fur unterschiedliche UV- Strahlimgsspektren bzw. Teilspektren aufweisen. Obwohl in den obigen Beispielen naturliches oder synthetisches Quarzglas fiir die Trennschichten verwendet wurde, konnen grundsatzlich auch andere UV-durchlassige Materialien Anwendung finden, wenn diese die fiir jeweils benotigten Wellenlangenbereich der UV-Strahlung die oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen. Je nach Anwendungsfall kann die Anzahl der Behandlungskammer variieren, die betragt jedoch mindestens zwei.
Die transparenten, UV-durchlassigen und als optische Linse bzw. Lichtleiter ausgestalteten Verwirbelungselemente 28 konnen zudem so geformt werden, dass sie ihre gewiinschte optische Wirkung bei Strahlungseinfall von beiden Seiten einer jeweiligen Trennebene her entfalten. Auf diese Weise kann die Vorrichtung nicht nur mit einer zentralen UV-Strahlungsquelle, sondern z.B. auch mit um die jeweiligen Behandlungskammern herum platzierten zusatzlichen UV-Strahlungsquellen ausgestattet werden und die oben beschriebenen gewiinschten Wirkungen erzielen.
Zusatzlich zu oder alternativ zu den obigen Ausfuhrungsbeispielen nach Fig. 10 bis 11 kann auch eine transparente, UV-durchlassige Trennschicht Bereiche aufweisen, die als optische Linse bzw. Lichtleiter ausgebildet sind. Diese Bereiche miissen nicht zwangslaufig auch die Wirbelelemente 28 bilden oder als solche fungieren. Diese Variante ist selbstverstandlich auch in Kombination mit den oben beschriebenen transparenten und UV- durchlassigen, als optische Linsen und/oder Lichtleiter verwendeten Verwirbelungselementen realisierbar. Bezugszeichen in den Anspruchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verstandnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschranken. Bezugszeichenliste Es bezeichnen:
2 Reaktor 4 Einspeisungskanai 6 Auslasskanal 8 Kontrolleinrichtung 10 Sensor 12 Sensor 14 Vorfiltereinrichtung 16 Pumpe 18 Leitung 20 Magnetventil 22 Nachgeschaltete Filtereinrichtung 24 UV-Strahlungsquelle 26 Austrittsoffhung / Eintrittsoffnung 28 Verwirbelungselemente 30 UV-Reflektionseinrichtung 32 UV-Reflektoreinrichtung 34 Trennende UV-Reflektionseinrichtung 36 Oberer Deckel 38 Unterer Deckel 40 Durohgangsof fnungen 42 Zentrierungseinrichtung 44 Einlass 46 Aus las s 48 Halbkreisformiger Kanal 50 Diise (n) 52 Dusenkanal / Verbindungskanal Dl - D4 Diiseneinrichtung / Diisenstufen
Kl - K4 Behandlungskammern KL Letzte bzw. aufierste Wandung L Langsachse R Abstrahlrichtung von 24 Tl , T2 Transparente, UV-durchlassige Trennschicht aus synthetischem Quarzglas T3, T4 Transparente, UV-durchlassige Trennschicht aus natiirlichem Quarzglas T5 Verspiegeltes Quarzglasrohr
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Patentanspriiche
1. Vorrichtung zur Behandlung eines flussigen oder gasformigen Mediums, insbesondere Wasser oder Luft, mittels UV-Strahlen, umfassend: - eine UV-Strahlungsquelle (24; 24a, 24b) mit einer axialen Langserstreckung und einer dazu im Wesentlichen senkrechten, insbesondere radialen Abstrahlungsrichtung (R); und mehrere Schichten von in Abstrahlungsrichtung (R) ubereinander angeordneten, aufeinanderfolgenden, durchstrahlbaren Behandlungskammem (Kl - K4), die von der UV-Strahlungsquelle (24; 24a, 24b) und voneinander jeweils durch eine transparente, UV-durchlassige Trennschicht (Tl - T4) getrennt sind, und die, beginnend bei einer der UV-Strahlungsquelle (24) in Abstrahlungsrichtung nachstliegenden, ersten Behandlungskammer (Kl ), jeweils einen entlang der Langserstreckung der UV- Strahlungsquelle (24; 24a, 24b) verlaufenden Durchstromungskanal fur das Medium bilden, der in die jeweils nachfolgende, von der UV-Strahlungsquelle (24, 24a, 24b) in Abstrahlungsrichtung (R) weiter entfernte Behandlungskammer (K2, K3, K4) miindet (26).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Strahlungsquelle (24; 24a, 24b) ein UV-Strahlungsspektrum von mindestens 180 nm bis zumindest 254 nm Wellenlange besitzt.
3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Anspriiche dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Schichten von Behandlungskammem (Kl , K4) in radialer Richtung (R) um die UV-Strahlungsquelle (24) herum angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Anspriiche dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Schichten von Behandlungskammem (Kl - K4) konzentrisch um die UV-Strahlungsquelle (24) herum angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Anspruche dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine der Behandlungskammem (Kl - K4) der mehreren Schichten von Behandlungskammern (Kl - K4) spiralformig um die UV-Strahlungsquelle (24) herum erstreckt.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der UV-Strahlungsquelle (24; 24a, 24b) in Abstrahlungsrichtung (R) mindestens die erste (Tl) der transparenten UV- durchlassigen Trennschichten (Tl - T4), die zwischen der UV- Strahlungsquelle (24; 24a, 24b) und der ersten Behandlungskammer (Kl) angeordnet ist und der UV-Strahlungsquelle (24; 24a, 24b) am nachsten liegt, aus einem ersten Trennschicht-Material hergestellt ist, welches eine UV-Durchlassigkeit besitzt, die im Wesentlichen das gesamte UV- Strahlungsspektrum der UV-Strahlungsquelle (24; 24a, 24b) einschlieClich eines ersten Teilspektrums mit Wellenlangen kleiner 200nm, insbesondere einen Wellenlangenbereich kleiner 200nm und grofier gleich 180nm, durchlasst.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere (T2) der Trennschichten (Tl - T4), welche der ersten Trennschicht (Tl) in Abstrahlungsrichtung (R) nachfolgt, aus dem ersten Trennschicht-Material hergestellt ist.
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8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Abstrahiungsrichtung (R) gemessene Gesamtdicke einer Teilschicht, die aus einer oder mehreren Trennschichten (Tl, T2) aus erstem 5 Trennschicht-Material und einer oder mehreren Behandlungskammern (Kl, K2) gebildet wird, in welche die UV-Strahlung durch das erste Trennschicht- Material eintritt, im Wesentlichen einer maximalen effektiven Eindringtiefe des ersten Teilspektrums der UV-Strahlung entspricht, lo die sich in Abhangigkeit der Absorptionsfahigkeit des jeweils zu behandelnden Mediums und der UV-Durchlassigkeit des ersten Trennschicht-Materials fur dieses erste Teilspektrum ergibt.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, 15 dadurch gekennzeichnet, dass L . mindestens eine weitere (T3, T4) der Trennschichten (Tl - T4), . welche in Abstrahiungsrichtung einer Trennschicht (Tl , T2) nachfolgt, die aus dem ersten Trennschicht-Material hergestellt ist, aus einem zweiten Trennschicht- Material gefertigt ist, welches eine UV-Durchlassigkeit besitzt, die von dem 20 UV-Strahlungsspektrum der UV-Strahlungsquelle (24; 24a, 24b) nur UV- Strahlung in einem zweiten Teilspektrum mit Wellenlangen grofier gleich 200nm durchlasst.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergenannten Anspriiche 25 dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Verweilzeit-Verlangerungseirtfichtung zum Verlangern der Verweilzeit des zu behandelnden Mediums im Strahlungsbereich der UV- Strahlungsquelle (24; 24a, 24b) besitzt.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung einen Einspeisungskanal (4) fur das zu behandelnde Medium besitzt, der bezogen auf die Abstrahiungsrichtung (R) im Wesentlichen tangential in die erste Behandlungskammer (Kl) mundet und dem einzuspeisenden Medium einen Drall verleiht.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung einen Auslasskanal (4) fur das behandelte Medium besitzt, der bezogen auf die Abstrahiungsrichtung (R) im Wesentlichen tangential und/oder in Drallrichtung aus der letzten, der UV-Strahlungsquelle (24) in Abstrahiungsrichtung (R) am weitesten entfernten 0 Behandlungskammer (K4) heraustritt.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung Verwirbelungselemente (28) 5 aufweist, die in Vorrichtungskomponenten angeordnet sind, die ausgewahlt sind aus einer Gruppe von Vorrichtungskomponenten, umfassend: die Behandlungskammern (Kl -K4), den Einspeisungskanal (4), den Auslasskanal (6), Eintritts- oder Austrittsoffnungen (26) zwischen aufeinanderfolgenden Behandlungskammern (Kl - K4). 0
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Behandlungskammern (Kl - K4) einen Teil der Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung bilden. 5
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte der Behandlungskammern (K4) an ihrer von der UV-
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Strahlungsquelle in Abstrahlungsrichtung am weitesten entfernten Seite eine o UV-Reflektionseinrichtung (30; 32) besitzt.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungselemente (28) der Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung transparent und UV-durchlassig ausgebildet sind.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten und UV-durchlassigen Verwirbelungselemente (28) Bestandteil einer transparenten, UV-durchlassigen Trennschieht (Tl; T2; T3, T4) sind.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten und UV-durchlassigen Verwirbelungselemente (28) jeweils als optische Linse ausgebildet sind.
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten und UV-durchlassigen Verwirbelungselemente (28) als optische Lichtleiter ausgebildet sind.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente, UV-durchlassige Trennschieht (Tl; T2; T3, T4) Bereiche aufweist, die als optische Linse ausgebildet sind.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass dreidimensional verformte Bereiche einer transparenten, UV-durchlassigen Trennschieht (Tl; T2; T3, T4) die transparenten, UV- durchlassigen und als optische Linsen oder Lichtleiter ausgebildeten Verwirbelungselemente (28) bilden.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Ausgangsebene (bzw. Eingangsebene) eines als optische Linse ausgebildeten Verwirbelungselementes (28) einer ersten Trennschieht (z.B. Tl) in einem Abstand von einer optischen Eingangsebene (bzw. Ausgangsebene) eines als optische Linse ausgebildeten Verwirbelungselementes (28) einer in Abstrahlungsrichtung (R) nachfolgenden, zweiten Trennschieht (z.B. T2) angeordnet ist, der kleiner gleich einem Abstand ist, der ausgewahlt ist aus einer Gruppen von Abstanden, umfassend: kleiner gleich 10 mm, kleiner gleich 9 mm, kleiner gleich 8 mm, kleiner gleich 7 mm, kleiner gleich 6 mm, kleiner gleich 5 mm, kleiner gleich 4 mm, kleiner gleich 3 mm, kleiner gleich 2 mm, kleiner gleich 1 mm, kleiner gleich 0,5 mm, kleiner gleich 0,25 mm.
23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Eingangsebene (bzw. Ausgangsebene) eines als optische Linse ausgebildeten Verwirbelungselementes (28) einer in Abstrahlungsrichtung (R) von der UV-Strahlungsquelle distal angeordneten Trennschieht (z.B. T2) in einem Abstand von der optischen Ausgangsebene (bzw. Eingangsebene) einer in Abstrahlungsrichtung (R) von der UV-Strahlungsquelle proximal angeordneten Trennschieht (z.B. Tl) angeordnet ist, der kleiner gleich einem Abstand ist, der ausgewahlt ist aus einer Gruppen von Abstanden, umfassend: kleiner gleich 10 mm, kleiner gleich 9 mm, kleiner gleich 8 mm, kleiner gleich 7 mm, kleiner gleich 6 mm, kleiner gleich 5 mm, kleiner gleich 4 mm, kleiner gleich 3 mm, kleiner gleich 2 mm, kleiner gleich 1 mm, kleiner gleich 0,5 mm, kleiner gleich 0,25 mm.
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24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen oberen (36) und einen unteren Deckel (38) aufweist, zwischen denen die UV-Strahlungsquelle (24) und die die Behandlungskammern (Kl - K4) voneinander trennenden UV-durchlassigen Trennschichten (Tl - T4) angeordnet sind, und mindestens einer der Deckel (36; 38) einen mit mindestens einer ersten der Behandlungskammern (Kl r K4) kommunizierenden Einlass (44) und/oder Auslass (46) fur das zu behandelnde Medium besitzt.
25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckel (36,38) jeweils eine Zentrierungseinrichtung (40; 42; D1-D3) fur die dazwischen angeordneten UV- durchlassigen Trennschichten (Tl - T4)aufweisen.
26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten .- Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Deckel (36, 38) wenigstens einen Verbindungskanal (52) aufweist, welcher eine jeweilige Behandlungskammer (Kl - K3) mit der jeweils nachfolgenden Behandlungskammer (K2 - K4) verbindet.
27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (50, 52; D1-D3) der Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung in mindestens einem der Deckel (36,38) angeordnet ist.
28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass der in mindestens einem der Deckel (36, 38) angeordnete Teil der Verweilzeit-Verlangerungseinrichtung eine Verwirbelungseinrichtung (50, 52; D1-D3) fur das zu behandelnde Medium besitzt.
29. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungseinrichtung (50) in den mindestens einen Verbindungskanal (52) integriert ist.
30. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungseinrichtung eine Duseneinrichtung (Dl - D3) mit mindestens einer Diise (50) aufweist.
31. .Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diise (50) eine in eine Behandlungskammer (Kl - K4) miindende Dusenaustrittsoffnung aufweist, welche in Bezug zu der Abstrahlungsrichtung (R) der UV-Strahlungsquelle eine in einem schragen oder tangentialen Winkel verlaufende Ausstofirichtung des zu behandelnden Mediums definiert und das in die jeweilige Behandlungskammer (K2 - K4) einstromende Medium in Rotation versetzt.
32. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diisenaustrittsoffnungen und die Ausstofirichtungen der Diisen (50) von zwei aufeinanderfolgenden Behandlungskammern (K1-.K2; K2-K3; K3-K4) in entgegengesetzten Richtungen zueinander ausgerichtet sind, so dass sich die Rotationsrichtung des Mediums bei einem Ubergang von einer Behandlungskammer zur nachsten umgekehrt.
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33. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Duse (50) an ihrer Diisenaustrittsoffnung eine Unstetigkeitsstelle aufweist, welche das aus der Duse (50) ausstromende Medium in hochfrequente Wirbel versetzt.
34. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Behandlungskammern (K1-K2, K2-K3; K3-K4) eine Vielzahl von Dusen (50; D1-D3) vorgesehen ist, welche bezogen auf eine Langsachse (L) der Behandlungskammern (Kl - K4) oder der UV-Strahlungsquelle kranzartig um die Langsachse (L) herum angeordnet sind.
35. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher genannten Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden und durch den Verbindungskanal (52) miteinander verbundenen Behandlungskammern (K1-K2; K2-K3; K3-K4) mindestens eine Drosseleinrichtung (50) fur das von einer Behandlungskaminer zur nachsten stromende zu behandelnde Medium angeordnet ist, welche (50) einen Druckanstieg in dem Medium verursacht und die Verwirbelungseinrichtung (50; D1-D3) mit einem vorbestimmten Druck des zu behandelnden Mediums beaufschlagt.
36. Verwendung derVorrichtungnacheinem odermehrerenderAnspriiche 1 bis 35 zur kombinierten UV-Entkeimung und UV-Oxidation, insbesondere zur Wasseraufbereitung.
HIRAL CHANDRAKANT JOSHI AGENT FOR
ARAIZA RAFAEL
Dated this 13th day of November, 2006

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Patent Number 226805
Indian Patent Application Number 1350/MUMNP/2006
PG Journal Number 10/2009
Publication Date 06-Mar-2009
Grant Date 24-Dec-2008
Date of Filing 13-Nov-2006
Name of Patentee ARAIZA RAFAEL
Applicant Address HALTENSTRASSE 15, CH-6318 WALCHWIL,
Inventors:
# Inventor's Name Inventor's Address
1 HARTIG HEINZ ECHELSBACHERSTR 5A 81373 MUNCHEN,
PCT International Classification Number C02F1/32
PCT International Application Number PCT/EP05/003776
PCT International Filing date 2005-04-11
PCT Conventions:
# PCT Application Number Date of Convention Priority Country
1 04008805.6 2004-04-13 EUROPEAN UNION
2 102004061253 2004-12-20 EUROPEAN UNION