WO2018050144A1

WO2018050144A1 - Decentralized water disinfection apparatus

Info

Publication number: WO2018050144A1
Application number: PCT/DE2017/000304
Authority: WO
Inventors: Andreas Kolch; Hongbin Xu
Original assignee: Hytecon AG
Current assignee: Hytecon AG
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: DE102016117583A1

Abstract

What is provided is a decentralized water disinfection apparatus in the region of a drinking water drawing point at the "point of use" (POU), having a housing (2) with a reactor chamber (3) through which drinking water flows only during drawing and is otherwise filled with drinking water and which has LEDs (5) which are arranged so as to be able to irradiate the drinking water (4), which apparatus requires no additional energy expenditure and reduced overall power of the sterilization system and therefore is of reduced construction size; also provided is a working method for cooling such a decentralized water disinfection apparatus, which is achieved by the LEDs (5) being arranged on a device support (6) that has a side which is oriented away from the reactor chamber (3) and is equipped with LED cooling fins (7) that extend into a coolant reservoir (8) filled with a coolant (9) which can receive the heat produced by the LEDs (5) and dissipated via the device support (6) into the LED cooling fins (7), which heat can be dissipated therefrom with a delay.

Description

Dezentrale Wasserdesinfektions Vorrichtung Decentralized water disinfection device

Die Erfindung betrifft eine dezentrale Wasserdesinfektionsvorrichtung und ein Arbeitsverfahren zur Kühlung einer solchen Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 7. Es ist eine Anlage zur Herstellung von Reinstwasser mit UV-Strahlen emittierenden Lichtquellen bekannt, DE 10 2010 005 893 A1 , die zur Bestrahlung des durch die Anlage hindurchströmenden Wassers ausgebildet sind. The invention relates to a decentralized water disinfection device and a working method for cooling such a device according to the preambles of claims 1 and 7. It is a plant for the production of ultrapure water with UV-emitting light sources known, DE 10 2010 005 893 A1, for irradiating the formed by flowing through the system water.

Eine solche vorbekannte Anlage weist jedoch keine ausreichende Kühlung der aus LEDs bestehenden Strahlungsquellen auf, wobei jedoch eine ausreichende Kühlung für die UV-Ausbeute aus den LEDs essentiell ist. Ohne eine solche Kühlung nimmt die Desinfektionsleistung einer solchen Vorrichtung drastisch ab ebenso wie die Alterung der LEDs dramatisch zunimmt, sodass vergleichsweise große Kühlkörper oder aktiv durch Lüfter betriebene Wärmeableitungen vorgesehen werden. However, such a prior art system does not provide adequate cooling of the radiation sources of LEDs, but sufficient cooling for the UV output from the LEDs is essential. Without such cooling, the disinfection performance of such a device decreases dramatically as the aging of the LEDs increases dramatically, providing comparatively large heatsinks or fan-driven heat dissipation.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine dezentrale Wasserdesinfektionsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ohne zusätzlichen Energieaufwand und eine reduzierte Gesamtleistung des Entkeimungssystems auskommt und dabei eine verringerte Baugröße aufweist, ebenso wie ein Arbeitsverfahren zur Kühlung einer solchen dezentralen Wasserdesinfektionsvorrichtung zur Verfügung zu stellen. The object of the invention is to provide a decentralized water disinfection device that manages without additional energy consumption and reduced overall performance of the sterilization system and thereby has a reduced size, as well as to provide a working method for cooling such a decentralized water disinfection device.

Die Lösung dieser Aufgaben ergibt sich in Verbindung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 7 aus deren kennzeichnenden Teilen. The solution to these problems arises in conjunction with the features of the preambles of claims 1 and 7 of the characterizing parts.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Die dezentrale Wasserdesinfektionsvorrichtung ist dabei im Bereich einer Trinkwasserentnahmestelle am "Point-Of-Use" (POU) angeordnet, wobei davon ausgegangen wird, dass die Frequenz einer Trinkwasserentnahme nicht sehr hoch ist, etwa 1-2 Minuten pro Stunde und in dem Gehäuse der Vorrichtung ein Reaktorraum mit in das Trinkwasser UV-Strahlung einstrahlen könnenden LEDs vorgesehen ist, die auf einem Geräteträger angeordnet sind, der auf einer dem Reaktorraum abgewandten Seite mit LED-Kühllamellen ausgestattet ist, die sich in ein Kühlmittelreservoir erstrecken, welches mit einem Kühlmedium gefüllt ist, sodass die von den LEDs erzeugte Abwärme durch den Geräteträger über die LED-Kühllamellen anschließend ins Kühlmedium gelangt, das die Abwärme dann verzögert an seine Umgebung ableitet. Da die LEDs nur intermittierend betrieben werden, wird ein verhältnismäßig schneller Wärmeübergang von den LEDs in das Kühlmedium erreicht und anschließend eine langsamere Übertragung aus dem als Puffermedium dienenden Kühlmedium verwirklicht. Durch die hohe Wärmekapazität des Kühlmediums wird ein schneller Anstieg der LED-Temperatur vermieden. CONFIRMATION COPY The decentralized water disinfection device is arranged in the area of a drinking water supply point at the "point-of-use" (POU), it being assumed that the frequency of drinking water removal is not very high, about 1-2 minutes per hour and in the housing of the device a reactor chamber is provided with LEDs that can irradiate UV radiation into the drinking water, which are arranged on a device carrier which is equipped on a side facing away from the reactor space with LED cooling fins which extend into a coolant reservoir which is filled with a cooling medium, so that the waste heat generated by the LEDs through the equipment carrier via the LED cooling fins then passes into the cooling medium, which then dissipates the waste heat to its environment delayed. Since the LEDs are operated only intermittently, a relatively rapid heat transfer from the LEDs is achieved in the cooling medium and then realized a slower transfer from serving as a buffer medium cooling medium. Due to the high heat capacity of the cooling medium, a rapid increase in the LED temperature is avoided.

Die gesamte Wasserdesinfektionsvorrichtung kann so ohne zusätzlichen Energieaufwand betrieben werden, ebenso wie sich die erforderliche Gesamtleistung des Entkeimungssystems reduziert, da keine separaten Lüfter oder andere Kühlvorrichtungen benötigt werden und auch deren Energieverbrauch wegfällt und deren beanspruchter Platz frei wird, ebenso wie sich auch die benötigte Fläche an Kühllamellen verringert. Insgesamt lässt sich die erfinderische Vorrichtung dadurch volumenmäßig recht klein gestalten und sich sehr unauffällig am POU anordnen. Die Wärmeentwicklung der LEDs wird energieneutral, effektiv und kostengünstig abgeleitet. The entire water disinfection device can be operated without additional energy expenditure, as well as the required overall performance of the sterilization system is reduced because no separate fans or other cooling devices are needed and their energy consumption is eliminated and their claimed space is free, as well as the required area Cooling fins reduced. Overall, the inventive device can make it relatively small in volume and arrange very unobtrusively at the POU. The heat development of the LEDs is derived energy-neutral, effective and cost-effective.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung und des Verfahrens ergeben sich mit und in Kombination aus den nachfolgenden Unteransprüchen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfinderischen dezentralen Wasserdesinfektionsvorrichtung weist das Kühlmittelreservoir ein weiteres inneres Kühllamellenpaket auf, welches sich in das Kühlmedium erstreckt, sodass dieses die darin eingeleitete Abwärme verbessert aufnehmen kann, wobei das Kühlmittelreservoir ein äußeres Kühllamellenpaket aufweist, welches mit dem inneren Kühllamellenpaket wärmeleitend verbunden ist, sodass die davon aufgenommene Abwärme direkt auf das äußere Kühllamellenpaket abgeleitet und von diesem an die Umgebungsluft abführbar ist. Hierdurch wird die Betriebssicherheit der Wasserdesinfektionsvorrichtung weiter vergrößert, da dadurch sichergestellt werden kann, dass das Kühlmedium bzw. die LEDs auch bei oftmaliger Trinkwasserentnahme nicht zu heiß werden, ohne dazu das benötigte Volumen des Kühlmittelreservoirs der Wasserdesinfektionsvorrichtung unnötig vergrößern zu müssen. Further advantageous embodiments of the subject matter of the invention and of the method will become apparent with and in combination from the following subclaims. According to a particularly preferred embodiment of the inventive decentralized water disinfection device, the coolant reservoir has a further inner cooling disk pack, which extends into the cooling medium, so that it can absorb the waste heat introduced therein improved, wherein the coolant reservoir has an outer cooling fin package, which is thermally conductively connected to the inner cooling fin package is, so that the waste heat absorbed directly derived from the outer cooling fin package and can be discharged from this to the ambient air. As a result, the reliability of the water disinfection device is further increased, since it can be ensured that the cooling medium or the LEDs are not too hot even with frequent drinking water removal, without having to unnecessarily increase the required volume of the coolant reservoir of the water disinfection device.

Das Kühlmedium kann dabei vorteilhafterweise auf Wasser, Antifrogengemischen, Kühlpasten, Kühlsolen, Glykolen oder stabilisiertem Wasser basieren, sodass die Wasserdesinfektionsvorrichtung in einem Temperaturbereich von -10°C bis zu 70°C sicher arbeitet. The cooling medium can advantageously be based on water, anti-frictional mixtures, cooling pastes, cooling brines, glycols or stabilized water, so that the water disinfection device operates safely in a temperature range from -10 ° C up to 70 ° C.

Die erfinderische dezentrale Wasserdesinfektionsvorrichtung ist zwar explizit nicht für den Dauerbetrieb ausgelegt, jedoch ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung möglich, dass Kühlmittelreservoir mit einem zusätzlichen Zusatzkühlkreislauf auszustatten, um die von den LEDs erzeugte Abwärme noch sicherer und wirksamer abführen zu können, wobei es besonders vorteilhaft ist, den Zusatzkühlkreislauf an dem Trinkwasserzulauf anzuschließen, sodass das Trinkwasser, bevor es in dem Reaktorraum desinfiziert wird, selber vorteilhaft dazu genutzt werden kann, das Kühlmedium herunter zu kühlen. Die vorgenannten technischen Merkmale erlauben es, die Vorrichtung vollkommen lüfterlos und/ oder umwälzpumpenlos auszubilden, wodurch nicht nur der zusätzliche Energieaufwand eingespart wird, sondern ebenfalls eine vollkommen betriebssichere Lösung erzielt wird, die keines mechanischen Eingriffes bedarf. Although the inventive decentralized water disinfection device is explicitly not designed for continuous operation, however, it is possible according to a further advantageous embodiment of the invention to equip the coolant reservoir with an additional additional cooling circuit to dissipate the waste heat generated by the LEDs even safer and more effective, it is particularly advantageous to connect the additional cooling circuit to the drinking water supply, so that the drinking water before it is disinfected in the reactor space, itself can be advantageously used to cool down the cooling medium. The above-mentioned technical features make it possible to design the device completely fanless and / or circulating pump-less, which not only the additional energy consumption is saved, but also a completely reliable solution is achieved, which requires no mechanical intervention.

Nachfolgend wird das Arbeitsverfahren zur Kühlung der dezentrale Wasserdesinfektionsvorrichtung und diese Vorrichtung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen: The working method for cooling the decentralized water disinfection device and this device will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer dezentralen Wasserdesinfektionsvorrichtung im Schnitt, und 1 is a schematic diagram of a decentralized water disinfection device in section, and

Fig. 2 eine Prinzipskizze der Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Fig. 1 von oben mit einem zusätzlichen Zusatzkühlkreislauf. Fig. 2 is a schematic diagram of the water disinfection device of FIG. 1 from above with an additional additional cooling circuit.

Die dezentrale Wasserdesinfektionsvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 2 mit einem unteren Reaktorraum 3, durch den nur während einer Entnahme von Trinkwasser 4 in diesen einstrahlende LEDs 5 zur Erzeugung von UV-Strahlung in Betrieb gesetzt werden, wobei diese auf einer Trägerplatine 14 angeordnet sind, die auf einem LED-Geräteträger 6 angeordnet ist, wobei dieser rückseitig des LED-Geräteträgers 6 LED-Kühllamellen 7 aufweist, die sich in ein mit Kühlmedium 9 gefülltes Kühlmittelreservoir 8 erstrecken, welches seinerseits einen Deckel 15 aufweist, der wiederum ein inneres Kühllamellenpaket 10 besitzt, welches sich in das Kühlmedium 9 erstreckt, ebenso ein äußeres Kühllamellenpaket 11 , welches gegenüber dem inneren Kühllamellenpaket 10 auf dem Deckel 15 des Kühlmittelreservoirs 8 angeordnet ist und sich frei in die Umgebung erstreckt. The decentralized water disinfection device 1 consists essentially of a housing 2 with a lower reactor chamber 3, are set by the only during removal of drinking water 4 in these einstrahlende LEDs 5 for generating UV radiation in operation, which are arranged on a support plate 14 , which is arranged on a LED device carrier 6, which has the back of the LED device carrier 6 LED cooling fins 7, which extend into a filled with cooling medium 9 coolant reservoir 8, which in turn has a lid 15, which in turn an inner cooling fin package 10th has, which extends into the cooling medium 9, as well as an outer cooling fin package 11, which is arranged opposite the inner cooling fin package 10 on the lid 15 of the coolant reservoir 8 and extends freely into the environment.

Die möglichst direkte Anbringung der LEDs an dem Geräteträger 6 überführt die Wärme schnell an die Kühllamellen 7 und aus diesen in das Kühlmedium 9. Durch den Temperaturanstieg im Kühlmittelreservoir 8 kommt es darin zur Konvektion, wobei die ansteigende Wärme auf die Kühlrippen des gegenüberliegenden inneren Kühllamellenpaketes 10 und von diesem direkt über die Kühlrippen des äußeren Kühllamellenpaketes 1 1 , mit denen es wärmeleitend verbunden ist, an die Umgebung abgegeben werden kann. The most direct attachment of the LEDs to the equipment carrier 6 transfers the heat quickly to the cooling fins 7 and from these into the cooling medium 9. The temperature rise in the coolant reservoir 8, it comes to convection, wherein the rising heat on the cooling fins of the opposite inner cooling fins 10th and from this directly over the cooling fins of the outer cooling fin package 1 1, with which it is thermally conductively connected, can be delivered to the environment.

Der Reaktorraum 3 und das Kühlmittelreservoir 8 weisen jeweils Dichtungen 16;17 auf und der Deckel 15 des Kühlmittelreservoirs 8 einen Verschluss 13 der Füllöffnung zum Befüllen mit einem Kühlmedium 9, welches auf Wasser, Antifrogengemischen, Kühlpasten, Kühlsolen, Glykolen oder stabilisiertem Wasser basieren kann. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann die Wasserdesinfektionsvorrichtung 1 auch mit einem Zusatzkühlkreislauf 12 ausgestattet sein. Der Zusatzkühlkreislauf 1 2 durch eine Wasserzusatzkühlung wird dabei in Betrieb gesetzt, wenn bei längerer Wasserentnahme die Temperatur der LEDs 5 oder des Kühlmediums 9 oder des Gehäuses 2 oder einer anderen Messstelle über einen für die Funktion oder die Lebensdauer der LEDs kritischen Wert ansteigt. Als Kühlmedium kann das zu desinfizierende Trinkwasser 4 selbst durch den Zusatzkühlkreislauf 12 im Kühlmittelreservoir 8 hindurch geführt werden. The reactor chamber 3 and the coolant reservoir 8 each have seals 16, 17 and the lid 15 of the coolant reservoir 8 a closure 13 of the filling opening for filling with a cooling medium 9, which can be based on water, Antifrogengemischen, cooling pastes, cooling brines, glycols or stabilized water. As shown in FIG. 2, the water disinfection device 1 can also be equipped with an additional cooling circuit 12. The additional cooling circuit 1 2 by an additional water cooling is thereby put into operation, if with prolonged removal of water, the temperature of the LEDs 5 or the cooling medium 9 or the housing 2 or another measuring point increases over a critical for the function or the life of the LEDs value. As the cooling medium, the drinking water 4 to be disinfected can itself be passed through the additional cooling circuit 12 in the coolant reservoir 8.

Die Wasserdesinfektionsvorrichtung 1 wird am POU kurz vor einem endgültigen Trinkwasserauslauf angeordnet und setzt ein neuartiges Kühlkonzept um, welches speziell die Betriebsweise einer dezentralen Wasserdesinfektion mittels UV-LEDs nutzt bzw. darauf angepasst ist, insbesondere für einen Leistungsbereich von bis zu 10 Litern Trinkwasser pro Minute bei einer elektrischen Leistung von bis zu 1000 Watt, wobei sie in einem Temperaturbereich von -10°C bis zu 70°C arbeiten kann. Die LEDs 5 werden dabei bei Beginn einer Entnahme von Trinkwasser 4 aktiviert und sofort oder einige Sekunden zeitverzögert nach einer Beendigung der Trinkwasserentnahme die LEDs 5 wieder abgeschaltet. The water disinfection device 1 is placed at the POU shortly before a final drinking water outlet and implements a novel cooling concept, which specifically uses the mode of operation of a decentralized water disinfection using UV LEDs or adapted to it, especially for a power range of up to 10 liters of drinking water per minute an electrical power of up to 1000 watts, where it can operate in a temperature range of -10 ° C up to 70 ° C. The LEDs 5 are activated at the beginning of a withdrawal of drinking water 4 and immediately or a few seconds delayed after a completion of drinking water removal, the LEDs 5 off again.

Claims

Patent claims

1. Decentralized water disinfection device in the area of a drinking water outlet at the "point-of-use" (POU), with a housing (2) with a drinking water flowed through during a withdrawal, otherwise drinking water-filled reactor chamber (3) into the drinking water (4) arranged LEDs (5), characterized in that the LEDs (5) are arranged on a device carrier (6) having a reactor chamber (3) facing away from the side, which is equipped with LED cooling fins (7), which in a coolant reservoir (8) extend, which is filled with a cooling medium (9), to which of the LEDs (5) generated and by the equipment carrier (6) in the

LED cooling fins (7) derived waste heat can be transmitted, the delay is derived from it.

2. Device according to claim 1, characterized in that the coolant reservoir (8) is equipped with a further inner cooling fin package (10) which extends into the cooling medium (9), so that waste heat introduced therein can be absorbed by it and that Coolant reservoir (8) has an outer cooling fin package (1 1), which is thermally conductively connected to the inner cooling fin package (10), so that it absorbed waste heat to the ambient air can be discharged.

3. Device according to one of the two preceding claims, characterized in that the coolant is based on water, Antifrogengemischen, cooling pastes, cooling brines, glycols or stabilized water.

Device according to one of the two preceding claims, characterized in that in the coolant reservoir (8) an additional cooling circuit (12) of a water additive cooling is arranged.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the additional cooling circuit (12) connected to a drinking water inlet upstream of the reactor space (3) and from the drinking water (4) can be flowed through, before it is led into the reactor space (3).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed fanless and / or circulating pump.

Working method for cooling a decentralized water disinfection device (1) in the area of a drinking water point at the point-of-use (POU) with a housing (2) in a drinking water only during a withdrawal, otherwise filled with drinking water reactor space (3) with then into the drinking water (4) radiating LEDs (5), characterized in that at the beginning of a withdrawal of drinking water (4) the LEDs (5) is activated and immediately or a few seconds delayed after completion of drinking water removal, the LEDs (5) are switched off again.

Working method according to claim 7, characterized in that the waste heat of the LEDs (5) through a device carrier (6) through in LED cooling fins (7) on the reactor chamber (3) facing away from the side, which is in a with a cooling medium ( 9) filled coolant reservoir (8) extend into it and in turn give the waste heat to this.

9. Working method according to one of the two preceding claims 7 or 8, characterized in that the waste heat of the coolant (9) by a further inner cooling fin package (10) of the coolant reservoir (8) is received, which extends thereon and to an outer cooling fin package ( 11) is further transported, which is thermally conductively connected to the inner cooling fin package (10) and dissipates the waste heat to the ambient air.

10. A method according to any one of the preceding claims 7 to 9, characterized in that an additional cooling circuit (12) of a water addition cooling is put into operation, if at longer water withdrawal, the temperature of the LEDs (5) or the cooling medium (9) or the housing (2 ) or another measuring point increases over a critical value for the function or lifetime of the LEDs.

1 1. A method according to any one of the preceding claims 7 to 10, characterized in that the drinking water to be disinfected (4) is previously performed as a cooling medium through an additional cooling circuit (12) in the coolant reservoir (8).