(57)【要約】  内容物を含んだ液体を浄化する方法が開示される。液体は、反応器容器内で円運動させられ、超音波および／または紫外線を当てられる。局所的な照射強度は、液体中の内容物の濃度に適合される。この場合、濃度が高い場合に、局所的な照射強度は、濃度が低い場合よりも高くされている。さらに方法を実施するための装置が開示される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
内容物を含んだ液体（８）を浄化する方法であって、
前記液体（８）を、反応器容器（２）内で強制的に円運動（１４）させ、かつ前記液体（８）に超音波および／または紫外線（２２）を当てる方法において、
局所的な照射強度を、前記液体（８）中の前記内容物の濃度（１８，２０）に適合させ、濃度が高い場合（２０）に、前記局所的な照射強度は、濃度が低い場合（１８）よりも高いことを特徴とする、内容物を含んだ液体（８）を浄化する方法。
【請求項２】
前記局所的な照射強度の照射深度は、内容物の濃度（２０）が高い場合、濃度（１８）が低い場合よりも小さい、請求項２記載の方法。
【請求項３】
前記局所的な照射強度を、半径方向で外方から内方に向ける、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
内容物を含んだ前記液体（８）を、接線方向で前記反応器容器（２）内に導入し、かつ／または接線方向で前記反応器容器（２）から導出する、請求項１，２または３記載の方法。
【請求項５】
内容物を含んだ液体（８）を浄化する方法を実施するための装置（１）であって、該浄化中に円運動が実施され、前記液体を円形にガイドするための反応器容器（２）と、前記液体（８）を供給するための供給部および導出するための導出部と、前記反応器容器（２）に、または前記反応器容器（２）内に配置されかつ該反応器容器（２）内に向けられた、局所的な照射強度で超音波および／または紫外線を生ぜしめるための照射源（２２）と、を有する装置において、
前記局所的な照射強度が、前記液体（８）中の内容物の濃度（１８，２０）に適合されており、濃度が高い場合（２０）、前記局所的な照射強度は、濃度が低い場合（１８）よりも高いことを特徴とする、内容物を含んだ液体（８）を浄化する方法を実施するための装置。
【請求項６】
前記局所的な照射強度は、回転軸線（３）の方向で可変の照射源密度を有する同一の複数の照射源（２２）によって調節される、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記局所的な照射強度は、周方向（ｙ）で可変の照射源密度を有する同一の複数の照射源（２２）によって調節される、請求項５または６記載の装置。
【請求項８】
前記局所的な照射強度は、種々異なる出力を有する複数の照射源（２２）により調節される、請求項５，６または７記載の装置。
【請求項９】
前記局所的な照射強度は、種々異なる出力を備え、かつ周方向（ｙ）および／または回転軸線（３）の方向で可変の照射源密度を有する複数の照射源（２２）によって調節される、請求項５から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記反応器容器（２）の組込み位置において、前記導入部（６）はカバー面側で、前記導出部（１２）は底面側で、前記反応器容器（２）に配置されている、または前記導入部（６）は底面側で、前記導出部（１２）はカバー面側で、前記反応器容器（２）に配置されている、請求項５から９までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の内容物を含んだ液体を浄化するための方法ならびに請求項５の上位概念部に記載の形式の、該方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
固体または微生物を負荷された液体を処理するためには、種々異なる化学的かつ物理的な方法が使用される。特に、物理的な方法の範囲では、液体の不所望の成分を分離するためにフィルタおよび遠心力分離器が使用される。微生物が単に分離または濾過されるだけではなく、殺されもするように、しばしば超音波または紫外線光（ＵＶ）の照射が行われる。
【０００３】
独国実用新案第２０２０１２００９２２０号明細書（DE202012009220U1）から遠心力分離器が知られている。この遠心力分離器は、小型生物を負荷された液体に、反応器容器内への進入時に超音波を当てる。この場合、超音波ソノトロードは正面側で流入領域に配置されており、ガイドエレメントとして役立つ。液体は、超音波ソノトロードと遠心力分離器の壁との間でガイドされ、能動的にまたは受動的に回転させられる。この場合に、液体の、超音波で処理される濃密な成分は、半径方向で遠心力分離器の縁部領域へと押し退けられて、分離される。
【０００４】
この遠心力分離器は技術的な実現が困難である他にも、上述の超音波領域におけるそれぞれの液体の滞留時間が短い。さらに、効果的な処理のために、負荷された液体は、少なくとも規定された時間の長さだけ、超音波場に曝されていなければならない。上述の装置が効果的に小型生物を殺すことができるように、ソノトロードが高い出力を有していなければならないか、または遠心力分離器内に流入する液体容量が小さくなければならない。
【０００５】
欧州特許出願公開第２１９９２６０号明細書（EP2199260A1）は、負荷された液体を浄化するための管状の装置を示している。この場合、導入された液体は、反応器容器を通流し、この液体には通流中に超音波および紫外線が当てられる。超音波ソノトロードおよび紫外線照射器の配置は、この場合、通流する液体が紫外線照射器を取り囲んで流れなければならず、かつ超音波により乱されるように選択される。しかし、負荷された液体を浄化するこの可能性では、液体は別の方法ステップにおいて固体または殺された微生物から分離される必要がある。さらに、液体の成分の濃度は、欧州特許出願公開第２１９９２６０号明細書に記載の装置に沿って変化する。これにより、多くの出力が失われる。なぜならば、乱流によって、明確に場所依存した液体の処理が不可能であるからである。
【０００６】
別の先行技術は、特に独国実用新案第２０２０１２００９２２１号明細書（DE202012009221）、独国特許出願公開第１０２０１２０１８９９６号明細書（DE102012018996）および独国特許出願公開第１０２０１２０１８９９５号明細書（DE102012018995）から公知である。
【０００７】
本発明の課題は、上述の欠点を克服し、内容物を含んだ液体の効果的な処理を可能にする方法を提供することにある。さらに本発明の課題は、本発明に係る方法を実施するための装置を提供することにある。
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法により、かつ請求項５に記載の特徴を有する装置により解決される。
【０００９】
内容物を含んだ液体を浄化するための方法では、負荷された液体が反応器容器内で円運動させられ、この液体に超音波および／または紫外線が当てられる。本発明によれば、局所的な照射強度は、液体中の内容物の濃度に適合される。この場合、濃度が高い場合、局所的な照射強度は、濃度が低い場合よりも高い。
【００１０】
内容物を含む液体を回転させることにより、反応器容器内の内容物の、特に反応器容器および通流方向に依存する大部分で予測可能な特定の濃度分布が生じることが判った。液体および導入された液体中に位置する内容物の回転速度および密度に応じて、内容物は回転中に種々異なる強さで反応器容器の縁部領域へと押し退けられる。したがって、本発明による、特定の濃度分布に依存した照射によって、運転条件、ひいては反応器容器内の特定の濃度分布への効果的な適合が行われ得る。
【００１１】
有利な態様では、局所的な照射強度の照射深度は、内容物の濃度が高い場合、濃度が大きな場合よりも、小さく調節される。負荷された液体の回転速度に依存して、液体の内容物には、半径方向でいわば回転運動の回転軸線から離れる方向に、つまり半径方向外方に向けられた遠心力が作用するので、内容物を含んだ液体の内容物の濃度は、反応器容器の縁部に向かって増大する。特に負荷された液体の流入領域では、内容物は比較的均一に分配されていて、したがって小さな濃度で存在している。この場合、照射強度は小さく調整されるが、液体の回転運動の回転軸線に向かう方向でできるだけ深く作用させられると有利である。流出部の領域では、内容物に、規定された時間だけ遠心力が作用する。内容物は、回転させられた、負荷された液体の外側の縁部領域に位置しているので、すぐ近傍で作用するできるだけ高い照射強度が最適な結果を生ぜしめる。この両方の状態の間では、濃度の連続的な変化が行われるので、照射強度は相応して物理的な規則性に応じて調節されかつ最適化され得る。
【００１２】
別の有利な態様によれば、局所的な照射強度は、半径方向で反応器容器の縁部から内方に向かって、反応器容器内の負荷された液体の回転軸線に向けられている。この措置により、超音波ソノトロードもしくは紫外線照射器は、反応器容器の壁に、または壁内に特に簡単に取り付けられ得る。
【００１３】
有利な態様によれば、内容物を含んだ液体は、接線方向で反応器容器内に導入され、かつ／または反応器容器から導出される。この措置により、導入された液体を、能動的に駆動される装置の補助なしに受動的に回転させることができる。
【００１４】
液体が浄化中に円運動を実施する、内容物を含んだ液体を浄化するための本発明に係る方法を実施するための装置は、液体をガイドするための反応器容器と、液体を供給するための供給部および導出するための導出部と、反応器容器に、または反応器容器内に配置された、局所的な照射強度を有する超音波および／または紫外線を生ぜしめるための、反応器容器内に向けられた照射源とを備えている。本発明によれば、局所的な照射強度は、液体中の内容物の濃度に適合されている。この場合、濃度が高い場合、局所的な照射強度は、濃度が低い場合よりも高い。
【００１５】
有利には、反応器容器は円筒状に構成されており、負荷された液体を回転運動させるための、接線方向で反応器容器の周壁面に配置された導入部および導出部を有している。照射源は、規定された照射出力もしくは照射強度を有する超音波および／または紫外線を生ぜしめ、この超音波および／または紫外線を、反応器容器を通流する液体に当てる。導入部および導出部の接線方向の配置により、液体は回転させられるので、液体中に含まれる固体および微生物の規定された特定の濃度分布が得られる。特定の濃度分布は、容量毎の濃度であっても、質量毎の濃度であってもよく、反応器容器内の液体の無限小の空間部分に関する液体中の内容物の濃度が記載される。反応器容器内で生じた濃度は、負荷された液体の回転速度および回転期間に比例する。したがって、負荷された液体に含まれる内容物には、該内容物が反応器容器の縁部領域へと押し退けられるように、規定された期間の間、遠心力が作用しなければならない。この期間は、より高い回転速度、ひいてはより高い遠心力により減じられ得る。これにより、高い回転速度を有する領域において、もしくは比較的長い回転期間後に、反応器容器の縁部領域において高い濃度が生じる。負荷された液体を効果的に処理するために、照射源はその照射出力もしくは照射強度を回転速度もしくは反応器容器内の内容物の滞留期間に合わせて、ひいては負荷された液体中の内容物の濃度に適合されている。これにより、負荷された液体を処理するために必要となるエネルギは正確に調量され得るので、装置の効率が向上する。有利には、照射源は、反応器容器の周壁面側の壁（反応器壁）にもしくは壁内に取り付けられている。しかし照射源は、反応器容器の容積内または導入部または導出部内に配置されていてもよい。
【００１６】
或る態様では、照射強度は、回転軸線の方向で可変の照射源密度を有する同一の複数の照射源によって調節される。この措置により、反応器壁に配置された照射源の照射強度は、高められた個数の照射源により実現される。この態様では、照射源の互いに対する間隔は、液体の回転の回転軸線の方向に沿って、つまり鉛直方向で小さくされるので、反応器壁はこの領域においてより多くの照射源を収容することができる。
【００１７】
別の態様によれば、局所的な照射強度は、周方向で可変の照射源密度を有する同一の複数の照射源により調節される。この措置によれば、照射源の互いに対する間隔が、反応器容器の周壁面の円周に沿って小さくされるので、反応器壁は、この領域でより多くの照射源を収容することができ、これにより照射強度は部分的に上昇する。
【００１８】
或る態様によれば、局所的な照射強度は、種々異なる出力を有する複数の照射源により調節されている。照射源の個数による照射強度の調節は、専ら反応器容器の製造プロセスにおいて行われ得る。特に、照射強度のフレキシブルな適合が必要である場合、個別の照射源の出力が手動でまたは自動的に、反応器容器内の液体の各濃度に合わせて適合され得ると有利である。
【００１９】
有利な態様では、局所的な照射強度が、種々異なる出力を備え、かつ周方向および／または回転軸線の方向で可変の照射源密度を有する複数の照射源によって調節されている。この措置により、内容物を含んだ液体の処理時に最大限のフレキシビリティが達成される。
【００２０】
或る態様によれば、反応器容器の組込み位置において、導入部は上方で、かつ導出部は下方で、または導入部が下方で、かつ導出部が上方で反応器容器に配置されている。これにより、導入された液体は、円形に、反応器容器の全体容積を通ってガイドされるので、反応器壁全体が、液体を超音波および／または紫外線で処理するために使用され得る。有利には、導入部および／または導出部は、接線方向で反応器壁に配置されているので、既にこの配置により、導入された液体は別の補助手段なしに回転させられる。
【００２１】
他の有利な態様は、別の従属請求項の対象である。
【００２２】
以下に、著しく簡略化された概略的な図面につき本発明の有利な実施の形態を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の縦断面である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の縦断面である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の縦断面である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の横断面である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の横断面である。
【００２４】
図面において、同一の構造エレメントは、それぞれ同一の参照符号を有している。
【００２５】
図１は、内容物を含んだ液体８を浄化するための本発明に係る装置１の縦断面を示している。装置１は、たとえばコンテナ船のような船舶においてバラスト水を処理するために適している。本実施の形態では、装置１は、液体８を収容するための円筒状の反応器容器２を有している。
【００２６】
反応器容器２は、円筒状の反応器周壁もしくは反応器壁１６、反応器カバー４および反応器底部１０により画定される内室を有している。反応器容器２は、基本的にその円筒軸線３に対して回転対称的である。反応器カバー４の領域で、反応器容器２は流入部６を有している。この流入部６は、接線方向で内室内に開口している。流入部６を通じて、液体８が反応器容器２内に導入され得る。反応器底部１０の領域には、流出部１２が配置されている。この流出部１２は、接線方向で内室から出て延びており、液体８が反応器容器２から出て流れることを可能にする。
【００２７】
反応器周壁１６には、液体８の内容物の破壊もしくは殺菌のための照射源２２が配置されている。これらの照射源２２は、この実施の形態では周方向かつ円筒軸線３の方向で均一に分配されており、この場合、半径方向で円筒軸線３に向けられている。照射源２２は、この実施の形態では、超音波ソノトロードとして構成されているが、紫外線ランプであってもよく、または超音波および／または紫外線を生ぜしめるための類似する機器であってもよい。照射源２２は、この場合、周方向で列設されており、この列は、鉛直方向で互いに対して規定された同一の間隔ｘ１＝ｘ２＝ｘ３＝ｘ４を有している。
【００２８】
反応器容器２は、連続的に液体８により通流される。この場合、流入部６および流出部１２の接線方向の配置に基づいて、液体８は回転する１４。液体８、ひいては内容物はしたがって強制的に回転運動させられる。円筒軸線３は、反応器容器２が円筒状に形成されている場合、回転させられた１４、導入された液体８の回転軸線３に相当する。回転運動の結果として内容物に作用する遠心力に基づいて、液体８中に含まれる内容物は半径方向外方に向かって反応器容器２の反応器壁１６の方向へと追いやられる。したがって、液体８の回転速度および回転期間に依存して、液体８中に含まれる固体または微生物のような内容物は反応器容器２の反応器壁１６に向かって押し退けられる。周壁面側の壁部１６の近傍の液体８中の内容物の濃度は、流入部６の近傍では低く１８、流出部１２の領域では高い２０。照射源２２は、この場合、液体８中の内容物の高い濃度２０を伴う領域において、低い濃度１８を伴う領域よりも高性能に構成されている。これにより、液体８中の内容物の高い濃度２０を伴う領域には、低い濃度１８を伴う領域におけるよりも高い照射強度が当てられる。照射源２２の出力は、したがってこの実施の形態では反応器底部１０に向かう方向で連続的に上昇する。
【００２９】
図２には、第２の実施の形態による円筒状の反応器容器２の、その円筒軸線３に沿った縦断面が図示されている。第１の実施の形態との主な差異は、反応器壁１６において円周側の列に配置された照射源２２が互いに対して可変の鉛直方向の間隔を有していることにある。この第２の実施の形態では、照射源２２の互いに対する鉛直方向の間隔ｘ５〜ｘ８が反応器容器２の反応器底部１０に向かって減少している。したがって、ｘ５＞ｘ６＞ｘ７＞ｘ８の関係が生じる。反応器容器２を通過する液体８に、これにより反応器容器２の鉛直方向の延在に沿って可変の照射強度が割当てられる。照射源２２の可変の照射強度は、反応器壁１６のすぐ近傍における液体８中の内容物の固有の濃度１８，２０（ハッチング線）に適合されている。液体８中の内容物の濃度が高ければ高いほど、より多くの照射源２２がこの液体に超音波および／または紫外線を当て、逆に濃度が低ければ低いほど、より少ない照射源２２がこの液体に超音波および／または紫外線を当てる。照射強度はこの場合、照射源２２の個数に比例する。
【００３０】
図３は、第３の実施の形態による円筒状の反応器容器２の、その円筒軸線３に沿った縦断面を示している。特に、第１および第２の実施の形態に対する差異は、流入部６および流出部１２の交換された配置にある。液体８は、この実施の形態では、底部プレート１０の領域で反応器容器２内に到達し、この反応器容器２を反応器カバー４の領域で出る。相応して、反応器壁１６近傍における液体８中の内容物の濃度１８，２０は、鉛直方向で反応器カバー４の方向で上昇する。反応器壁１６に配置された照射源２２は、この特定の濃度分布に適合されている。照射源２２の、互いに対する鉛直方向の間隔ｘ９〜ｘ１４は、濃度の減少に伴い反応器底部１０の方向で増大する。したがって第３の実施の形態では、ｘ９＜ｘ１０＜ｘ１１＜ｘ１２＜ｘ１３＜ｘ１４の互いに対する間隔の相対関係が生じる。
【００３１】
図４では、第１の実施の形態が、反応器容器２の、その円筒軸線３に対して垂直方向の横断面で示されている。照射源２２は、反応器壁１６の鉛直方向の１平面上で円周側に配置されている。照射源２２は、周方向で互いに対して同一の間隔ｙ１＝ｙ２＝ｙ３を有していて、半径方向で円筒軸線３の方向に向かって反応器容器２内へと配向されている。接線方向に配置された流入部６において導入された、内容物を含んだ液体８は、回転させられる１４。反応器容器２の鉛直方向での通流時に、液体８中の内容物は、ますます強く反応器壁１６の方向に押し退けられる。
【００３２】
図５は、第４の実施の形態を、反応器容器２の鉛直方向の１つの平面位置での、円筒軸線３に対して垂直方向の横断面で示しており、この平面位置では、反応器壁１６のすぐ近くの液体８中の内容物が高い濃度２０を示している。この実施の形態では、照射強度は同様に照射源２２の高い個数により実現されるが、これらの照射源は、鉛直方向ではなく、円周方向で互いに対して近傍に配置されている。照射源２２の円周方向の互いに対する間隔ｙ４＝ｙ５＝ｙ６は、この場合、液体８中の内容物が低い濃度１８を有している反応器容器２の鉛直方向の別の平面位置における照射源の間隔よりも小さい。しかし、第２の実施の形態と同様に、第４の実施の形態でも、照射源２２の互いに対する鉛直方向の間隔も変更することができる。
【００３３】
内容物を含んだ液体８を浄化するための方法が開示される。液体８は、反応器容器２内で円運動１４をさせられ、超音波および／または紫外線２２を当てられる。局所的な照射強度は、液体中の内容物の濃度１８，２０に適合される。この場合、濃度が高い場合２０では、局所的な照射強度は、濃度が低い場合１８よりも高い。さらに、方法を実施するための装置１が開示される。
【符号の説明】
【００３４】
１  装置
２  反応器容器
３  円筒軸線もしくは回転軸線
４  反応器カバー
６  流入部
８  内容物を含んだ液体
１０  反応器底部
１２  流出部
１４  液体の回転方向
１６  反応器壁
１８  低い濃度の領域
２０  高い濃度の領域
２２  照射源
２４  内容物の押退け方向
ｘ  回転軸線の方向の間隔
ｙ  周方向の間隔
【図１】
2017525566.tif 000002
【図２】
2017525566.tif 000003
【図３】
2017525566.tif 000004
【図４】
2017525566.tif 000005
【図５】
2017525566.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月2日(2017.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
クロスリファレンス
本出願は、２０１４年８月２４日に出願された独国における出願番号１０  ２０１４  ２１７  ２２４．１の優先権を主張する、２０１５年８月５日に出願された国際出願の欧州特許出願公開第２０１５０６８０５３号明細書の米国における国内段階である。
【０００２】
本開示は、内容物を含んだ液体を浄化するための方法ならびに該方法を実施するための装置に関する。
【０００３】
背景技術
固体または微生物を負荷された液体を処理するためには、種々異なる化学的かつ物理的な方法が使用される。特に、物理的な方法の範囲では、液体の不所望の成分を分離するためにフィルタおよび遠心力分離器が使用される。微生物が単に分離または濾過されるだけではなく、殺されもするように、しばしば超音波または紫外線光（ＵＶ）の照射が行われる。
【０００４】
独国実用新案第２０２０１２００９２２０号明細書（DE202012009220U1）から遠心力分離器が知られている。この遠心力分離器は、小型生物を負荷された液体に、反応器容器内への進入時に超音波を当てる。この場合、超音波ソノトロードは正面側で流入領域に配置されており、ガイドエレメントとして役立つ。液体は、超音波ソノトロードと遠心力分離器の壁との間でガイドされ、能動的にまたは受動的に回転させられる。この場合に、液体の、超音波で処理される濃密な成分は、半径方向で遠心力分離器の縁部領域へと押し退けられて、分離される。
【０００５】
この遠心力分離器は技術的な実現が困難である他にも、上述の超音波領域におけるそれぞれの液体の滞留時間が短い。さらに、効果的な処理のために、負荷された液体は、少なくとも規定された時間だけ、超音波場に曝されていなければならない。上述の装置が効果的に小型生物を殺すことができるように、ソノトロードが高い出力を有していなければならないか、または遠心力分離器内に流入する液体容量が小さくなければならない。
【０００６】
欧州特許出願公開第２１９９２６０号明細書（EP2199260A1）は、負荷された液体を浄化するための管状の装置を示している。この場合、導入された液体は、反応器容器を通流し、この液体には通流中に超音波および紫外線が当てられる。超音波ソノトロードおよび紫外線照射器の配置は、この場合、通流する液体が紫外線照射器を取り囲んで流れなければならず、かつ超音波により乱されるように選択される。しかし、負荷された液体を浄化するこの可能性では、液体は別の方法ステップにおいて固体または殺された微生物から分離される必要がある。さらに、液体の成分の濃度は、欧州特許出願公開第２１９９２６０号明細書に記載の装置に沿って変化する。これにより、多くの出力が失われる。なぜならば、乱流によって、明確に場所依存した液体の処理が不可能であるからである。
【０００７】
別の先行技術は、特に独国実用新案第２０２０１２００９２２１号明細書（DE202012009221）、独国特許出願公開第１０２０１２０１８９９６号明細書（DE102012018996）および独国特許出願公開第１０２０１２０１８９９５号明細書（DE102012018995）から公知である。
【０００８】
発明の概要
本開示の局面は、内容物を含んだ液体の効果的な処理を可能にする、上述の欠点を有しない方法を提供することにある。さらに本開示の局面は、本開示に係る方法を実施するための装置を提供することにある。
【０００９】
内容物を含んだ液体を浄化するための方法では、負荷された液体が反応器容器内で円運動させられ、この液体に超音波および／または紫外線が当てられる（照射される）。本開示によれば、局所的な照射強度は、液体中の内容物の濃度に適合される。この場合、高い濃度を有する領域では、局所的な照射強度は、低い濃度を有する領域におけるよりも高く設定される。
【００１０】
内容物を含む液体を回転させることにより、反応器容器内の内容物の、特に反応器容器および通流方向に依存する大部分で予測される特定の濃度分布が生じることが判った。液体および導入された液体中に位置する内容物の回転速度および密度に応じて、内容物は回転中に種々異なる強さで反応器容器の縁部領域へと押し退けられる。したがって、本発明による、特定の濃度分布に依存した照射によって、運転条件、ひいては反応器容器内の特定の濃度分布への効果的な適合が行われ得る。
【００１１】
有利な態様では、局所的な照射強度の照射深度は、内容物の濃度が高い場合、濃度が低い場合よりも、小さく調節される。負荷された液体の回転速度に依存して、液体の内容物には、半径方向で（いわば）回転運動の回転軸線から離れる方向に、つまり半径方向外方に向けられた遠心力が作用するので、内容物を含んだ液体の内容物の濃度は、反応器容器の縁部に向かって増大する。特に負荷された液体の流入領域では、内容物は比較的均一に分配されていて、したがって小さな濃度で存在している。この場合、照射強度は小さく調整されるが、液体の回転運動の回転軸線に向かう方向でできるだけ深く作用させられると有利である。流出部の領域では、内容物に、規定された時間だけ遠心力が作用する。内容物は、回転させられた、負荷された液体の外側の縁部領域に位置しているので、すぐ近傍で作用するできるだけ高い照射強度が最適な結果を生ぜしめる。この両方の状態の間では、濃度の連続的な変化が行われるので、照射強度は相応して物理的な規則性に応じて調節されかつ最適化され得る。
【００１２】
別の有利な態様によれば、照射は、半径方向で反応器容器の縁部から内方に向かって、反応器容器内の負荷された液体の回転軸線に向けられている。この措置により、超音波ソノトロードもしくは紫外線照射器は、反応器容器の壁に、または壁内に特に簡単に取り付けられ得る。
【００１３】
有利な態様によれば、内容物を含んだ液体は、接線方向で反応器容器内に導入され、かつ／または反応器容器から導出される。この措置により、導入された液体を、能動的に駆動される装置の補助なしに受動的に回転させることができる。
【００１４】
内容物を含んだ液体を浄化するための本発明に係る方法を実施するための装置は、液体をガイドするための反応器容器と、液体を供給するための供給部および導出するための導出部と、反応器容器に、または反応器容器内に配置された、局所的な照射強度を有する超音波および／または紫外線を生ぜしめるための、反応器容器内に向けられた照射源とを備えている。本発明によれば、局所的な照射強度を設定するための装置は、回転軸線の方向および／または周方向で変化する照射源密度を有しており、これにより、局所的な照射強度は、液体中の内容物の濃度に適合されている。この場合、濃度が高い場合、局所的な照射強度は、濃度が低い場合よりも高い。
【００１５】
有利には、反応器容器は円筒状に構成されており、負荷された液体を回転運動させるための、接線方向で反応器容器の周壁面に配置された導入部および導出部を有している。照射源は、規定された照射出力もしくは照射強度を有する超音波および／または紫外線を生ぜしめ、この超音波および／または紫外線を、反応器容器を通流する液体に当てる。導入部および導出部の接線方向の配置により、液体は回転させられるので、液体中に含まれる固体および微生物の規定された特定の濃度分布が設定される。特定の濃度分布は、容量毎の濃度であっても、質量毎の濃度であってもよく、反応器容器内の液体の無限小の空間部分に関する液体中の内容物の濃度が記載される。反応器容器内で生じた濃度は、負荷された液体の回転速度および回転期間に比例する。したがって、負荷された液体に含まれる内容物には、該内容物が反応器容器の縁部領域へと押し退けられるように、規定された期間の間、遠心力が作用しなければならない。この期間は、より高い回転速度、ひいてはより高い遠心力により減じられ得る。これにより、高い回転速度を有する領域において、もしくは比較的長い回転期間後に、反応器容器の縁部領域において高い濃度が生じる。負荷された液体を効果的に処理するために、照射源はその照射出力もしくは照射強度を回転速度もしくは反応器容器内の内容物の滞留期間に合わせて、ひいては負荷された液体中の内容物の濃度に適合されている。これにより、負荷された液体を処理するために必要となるエネルギは正確に調量され得るので、装置の効率が向上する。有利には、照射源は、反応器容器の周壁面側の壁（反応器壁）にもしくは壁内に取り付けられている。しかし照射源は、反応器容器の容積内または導入部または導出部内に配置されていてもよい。
【００１６】
或る態様では、照射強度は、回転軸線の方向で変化する照射源密度を有する同一の複数の照射源によって調節される。この措置により、反応器壁に配置された照射源の照射強度は、高められた個数の照射源により実現される。この態様では、照射源の互いに対する間隔は、液体の回転の回転軸線の方向に沿って、つまり鉛直方向で小さくされるので、反応器壁はこの領域においてより多くの照射源を収容することができる。
【００１７】
別の態様によれば、局所的な照射強度は、周方向で変化する照射源密度を有する同一の複数の照射源により調節される。この措置によれば、照射源の互いに対する間隔が、周壁面の円周に沿って小さくされるので、反応器壁は、この領域でより多くの照射源を収容することができ、これにより照射強度は部分的に上昇する。
【００１８】
或る態様によれば、局所的な照射強度は、種々異なる出力を有する複数の照射源により調節されている。照射源の個数による照射強度の調節は、専ら反応器容器の製造プロセスにおいて行われ得る。特に、照射強度のフレキシブルな適合が必要である場合、個別の照射源の出力が手動でまたは自動的に、反応器容器内の液体の各濃度に合わせて適合され得ると有利である。
【００１９】
有利な態様では、局所的な照射強度が、種々異なる出力を備え、かつ周方向および／または回転軸線の方向で変化する照射源密度を有する複数の照射源によって調節されている。この措置により、内容物を含んだ液体の処理時に最大限のフレキシビリティが達成される。
【００２０】
或る態様によれば、反応器容器の組込み位置において、導入部は上方で、かつ導出部は下方で、または導入部が下方で、かつ導出部が上方で反応器容器に配置されている。これにより、導入された液体は、円形に、反応器容器の全体容積を通ってガイドされるので、反応器壁全体が、液体を超音波および／または紫外線で処理するために使用され得る。有利には、導入部および／または導出部は、接線方向で反応器壁に配置されているので、既にこの配置により、導入された液体は別の補助手段なしに回転させられる。
【００２１】
他の有利な態様は、別の従属請求項の対象である。
【００２２】
以下に、著しく簡略化された概略的な図面につき本発明の有利な実施の形態を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の縦断面である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の縦断面である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の縦断面である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の横断面である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の横断面である。
【００２４】
詳細な説明
図面において、同一の構造エレメントは、それぞれ同一の参照符号を有している。
【００２５】
図１は、内容物を含んだ液体８を浄化するための本発明に係る装置１の縦断面を示している。装置１は、たとえばコンテナ船のような船舶においてバラスト水を処理するために適している。本実施の形態では、装置１は、液体８を収容するための円筒状の反応器容器２を有している。
【００２６】
反応器容器２は、円筒状の反応器周壁もしくは反応器壁１６、反応器カバー４および反応器底部１０により画定される内室を有している。反応器容器２は、基本的にその円筒軸線３に対して回転対称的である。反応器カバー４の領域で、反応器容器２は流入部６を有している。この流入部６は、接線方向で内室内に開口している。流入部６を通じて、液体８が反応器容器２内に導入され得る。反応器底部１０の領域には、流出部１２が配置されている。この流出部１２は、接線方向で内室から出て延びており、液体８が反応器容器２から出て流れることを可能にする。
【００２７】
反応器周壁１６には、液体８の内容物の破壊もしくは殺菌のための照射源２２が配置されている。これらの照射源２２は、この実施の形態では周方向かつ円筒軸線３の方向で均一に分配されており、この場合、半径方向で円筒軸線３に向けられている。照射源２２は、この実施の形態では、超音波ソノトロードとして構成されているが、紫外線ランプであってもよく、または超音波および／または紫外線を生ぜしめるための類似する機器であってもよい。照射源２２は、この場合、周方向の列に配置されており、この列は、鉛直方向で互いに対して規定された同一の間隔ｘ１＝ｘ２＝ｘ３＝ｘ４を有している。
【００２８】
反応器容器２は、連続的に液体８により通流される。この場合、流入部６および流出部１２の接線方向の配置に基づいて、液体８は回転する１４。液体８、ひいては内容物はしたがって強制的に回転運動させられる。円筒軸線３は、反応器容器２が円筒状に形成されている場合、回転させられた１４、導入された液体８の回転軸線３に相当する。回転運動の結果として内容物に作用する遠心力に基づいて、液体８中に含まれる内容物は半径方向外方に向かって反応器容器２の反応器壁１６の方向へと追いやられる。したがって、液体８の回転速度および回転期間に依存して、液体８中に含まれる（固体または微生物のような）内容物は反応器容器２の反応器壁１６に向かって押し退けられる。周壁面側の壁部１６の近傍の液体８中の内容物の濃度は、流入部６の近傍では低く１８、流出部１２の領域では高い２０。照射源２２は、この場合、液体８中の内容物の高い濃度２０を伴う領域において、低い濃度１８を伴う領域よりも高性能に構成されている。これにより、液体８中の内容物の高い濃度を伴う領域には、低い濃度１８を伴う領域におけるよりも高い照射強度が当てられる（照射される）。照射源２２の出力は、したがってこの実施の形態では反応器底部１０に向かう方向で連続的に上昇する。
【００２９】
図２には、第２の実施の形態による円筒状の反応器容器２の、その円筒軸線３に沿った縦断面が図示されている。第１の実施の形態との主な差異は、反応器壁１６において周方向の列に配置された照射源２２が互いに対して変化する鉛直方向の間隔を有していることである。この第２の実施の形態では、照射源２２の互いに対する鉛直方向の間隔ｘ５〜ｘ８が反応器容器２の反応器底部１０に向かう方向で減少している。したがって、ｘ５＞ｘ６＞ｘ７＞ｘ８の関係が生じる。反応器容器２を通過する液体８に、これにより反応器容器２の鉛直方向の延在に沿って可変の照射強度が割当てられる。照射源２２の可変の照射強度は、反応器壁１６のすぐ近傍における液体８中の内容物の固有の濃度１８，２０（ハッチング線）に適合されている。液体８中の内容物の濃度が高ければ高いほど、より多くの照射源２２がこの液体に超音波および／または紫外線を当て、逆に濃度が低ければ低いほど、より少ない照射源２２がこの液体に超音波および／または紫外線を当てる。照射強度はこの場合、照射源２２の個数に比例する。
【００３０】
図３は、第３の実施の形態による円筒状の反応器容器２の、その円筒軸線３に沿った縦断面を示している。特に、第１および第２の実施の形態に対する差異は、流入部６および流出部１２の交換された配置にある。液体８は、この実施の形態では、底部プレート１０の領域で反応器容器２内に到達し、この反応器容器２を反応器カバー４の領域で出る。相応して、反応器壁１６近傍における液体８中の内容物の濃度１８，２０は、鉛直方向で反応器カバー４の方向で上昇する。反応器壁１６に配置された照射源２２は、この特定の濃度分布に適合されている。照射源２２の、互いに対する鉛直方向の間隔ｘ９〜ｘ１４は、濃度の減少に伴い反応器底部１０の方向で増大する。したがって第３の実施の形態では、ｘ９＜ｘ１０＜ｘ１１＜ｘ１２＜ｘ１３＜ｘ１４の互いに対する間隔の相対関係が生じる。
【００３１】
図４では、第１の実施の形態が、反応器容器２の、その円筒軸線３に対して垂直方向の横断面で示されている。照射源２２は、反応器壁１６の鉛直方向の１平面上で周方向に配置されている。照射源２２は、周方向で互いに対して同一の間隔ｙ１＝ｙ２＝ｙ３を有していて、半径方向で円筒軸線３の方向に向かって反応器容器２内へと配向されている。接線方向に配置された流入部６において導入された、内容物を含んだ液体８は、回転させられる１４。反応器容器２の鉛直方向での通流時に、液体８中の内容物は、ますます強く反応器壁１６の方向に押し退けられる。
【００３２】
図５は、第４の実施の形態を、反応器容器２の鉛直方向の１つの平面位置での、円筒軸線３に対して垂直方向の横断面で示しており、この平面位置では、反応器壁１６のすぐ近くの液体８中の内容物が高い濃度２０を示している。この実施の形態では、照射強度は同様に照射源２２の高い個数により実現されるが、これらの照射源は、鉛直方向ではなく、円周方向で互いに対して近傍に配置されている。照射源２２の円周方向の互いに対する間隔ｙ４＝ｙ５＝ｙ６は、この場合、液体８中の内容物が低い濃度１８を有している反応器容器２の鉛直方向の別の平面位置における照射源の間隔よりも小さい。しかし、第２の実施の形態と同様に、第４の実施の形態でも、照射源２２の互いに対する鉛直方向の間隔も変更することができる。
【００３３】
内容物を含んだ液体８を浄化するための方法が開示される。液体８は、反応器容器２内で円運動１４をさせられ、超音波および／または紫外線２２を当てられる。局所的な照射強度は、液体中の内容物の濃度１８，２０に適合される。この場合、濃度が高い場合２０では、局所的な照射強度は、濃度が低い場合１８よりも高い。さらに、方法を実施するための装置１が開示される。
【符号の説明】
【００３４】
１  装置
２  反応器容器
３  円筒軸線もしくは回転軸線
４  反応器カバー
６  流入部
８  内容物を含んだ液体
１０  反応器底部
１２  流出部
１４  液体の回転方向
１６  反応器壁
１８  低い濃度の領域
２０  高い濃度の領域
２２  照射源
２４  内容物の押退け方向
ｘ  回転軸線の方向の間隔
ｙ  周方向の間隔
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内容物を含んだ液体（８）を浄化する方法であって、
前記液体（８）を、反応器容器（２）内で強制的に円運動（１４）させ、かつ前記液体（８）に超音波および／または紫外線（２２）を照射する方法において、
局所的な照射強度を、前記液体（８）中の前記内容物の濃度（１８，２０）に適合させ、高い濃度を有する領域（２０）では、前記局所的な照射強度は、低い濃度を有する領域（１８）におけるよりも高く設定することを特徴とする、内容物を含んだ液体（８）を浄化する方法。
【請求項２】
前記局所的な照射強度の照射深度は、内容物の濃度（２０）が高い場合、濃度（１８）が低い場合よりも小さく設定する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記照射を、半径方向で外方から内方に向ける、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
内容物を含んだ前記液体（８）を、接線方向で前記反応器容器（２）内に導入し、かつ／または接線方向で前記反応器容器（２）から導出する、請求項１，２または３記載の方法。
【請求項５】
内容物を含んだ液体（８）を浄化する方法を実施するための装置（１）であって、該装置が、前記液体を円形にガイドするための反応器容器（２）と、前記液体（８）を供給するための供給部および導出するための導出部と、前記反応器容器（２）に、または前記反応器容器（２）内に配置されかつ該反応器容器（２）内に向けられた、局所的な照射強度で超音波および／または紫外線を生ぜしめるための照射源（２２）と、を有する装置において、
前記局所的な照射強度を設定するための前記装置が、前記回転軸線（３）の方向および／または前記周方向で変化する照射源密度を有しており、これにより、
前記局所的な照射強度が、前記液体（８）中の内容物の濃度（１８，２０）に適合されており、濃度が高い場合（２０）、前記局所的な照射強度は、濃度が低い場合（１８）よりも高いことを特徴とする、内容物を含んだ液体（８）を浄化する方法を実施するための装置。
【請求項６】
前記局所的な照射強度を設定するために、種々異なる出力を有する複数の照射源（２２）を有している、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記反応器容器（２）の組込み位置において、前記導入部（６）はカバー面側で、前記導出部（１２）は底面側で、前記反応器容器（２）に配置されている、または前記導入部（６）は底面側で、前記導出部（１２）はカバー面側で、前記反応器容器（２）に配置されている、請求項５または６記載の装置。
【国際調査報告】
2017525566.tif 000007
2017525566.tif 000008
2017525566.tif 000009
2017525566.tif 000010