DE60004584T2

DE60004584T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Pasteuriesieren von Flüssigkeiten.

Info

Publication number: DE60004584T2
Application number: DE60004584T
Authority: DE
Inventors: Albert Richard Rochester Szembrot; Charles Stewart Rochester Christ; Daniel Charles Rochester Davis
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2020-03-07
Also published as: EP1036999B1; US6186681B1; DE60004584D1; EP1036999A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln wässriger Flüssigkeiten, etwa fotografischer Entwicklungslösungen, im Hinblick auf die Beherrschung eines möglichen Biowachstums. Damit stellt die Erfindung ein Verfahren zum Sterilisieren solcher Lösungen bereit. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Wärmeübertragungsvorrichtung zum Einsatz in dem genannten Verfahren. Die Erfindung ist mit Nutzen in der Fotografie, der chemischen Nahrungsmittelverarbeitung und im Gesundheitswesen einsetzbar.
In verschiedenen Branchen, einschließlich der fotografischen Entwicklung, kann in wässrigen Lösungen unter bestimmten Bedingungen ein Biowachstum auftreten. Das Biowachstum, d.h. das Wachstum von Bakterien und/oder Pilzen, kann in der Nahrungsmittel-, der chemischen, fotografischen Industrie und im Gesundheitswesen aus vielen Gründen für die Gesundheit, Sicherheit und Qualität zum Problem werden. Um das Problem des Biowachstums zu verringern oder auszuschließen, hat man unter anderem die Flüssigkeiten durch Ableitung in die Umwelt entsorgt und anschließend die Maschinen und Entwicklungstanks und Geräte durch Zugabe chemischer Biozide, Strahlenbehandlung von Flüssigkeiten und unterschiedliche Filtriertechniken gereinigt. Wegen des Biowachstums wurden in der fotografischen Industrie bisher die Einsatzdauer fotografischer Entwicklungslösungen unnötig verkürzt, Entwicklungsgeräte zu häufig gereinigt und jeweils frische Lösungen eingesetzt, was zusätzliche Arbeit und Chemiekosten verursachte.
Jedes der bekannten Verfahren zur Reduzierung des Biowachstums bringt Nachteile mit sich. Der Einsatz chemischer Biozide etwa führt zu unsicheren Ergebnissen und erfordert die Handhabung teurer und oftmals gefährlicher Chemikalien. Die häufige Ableitung von Flüssigkeiten in die Umwelt ist mit offensichtlichen Problemen verbunden und unterliegt in vielen Ländern immer strengeren Vorschriften. Eine ultraviolette Bestrahlung und Behandlung farbiger Lösun gen ist nicht effizient, die Zugabe von Schwermetallen wie Silber und Kupfer zur Beherrschung des Biowachstums steht oftmals den behördlichen Vorschriften über die Entsorgung verbrauchter Flüssigkeiten entgegen, die Zugabe von Silber zu fotografischen Entwicklungslösungen führt zur Bildung von Silberkomplexen, die das Mikrobenwachstum nicht mehr verhindern. Filter verstopfen häufig rasch und müssen dann oft ausgetauscht oder gereinigt werden und können sich sogar zu mikrobiellen Brutstätten entwickeln.
Der Einsatz von Wärme zur Steuerung des Biowachstums ist insbesondere in der Nahrungsmittelindustrie bekannt. Unter den für die Wärmeerzeugung eingesetzten Verfahren (einschließlich des Kochens und Drucksterilisierens) wird beim Pasteurisieren die Flüssigkeit während relativ kurzer Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt. Bei der Mengenpasteurisierung wird normalerweise eine Flüssigkeit 30 Minuten lang auf etwa 65°C erhitzt. Bei der Schnellpasteurisierung wird die Flüssigkeit während einer sehr viel kürzeren Zeit (z.B. 15 Sekunden) auf eine höhere Temperatur (über 70°C) erhitzt.
Eine bekannte Technologie ist die thermoelektrische Kühlung [CRC Handbook of Thermoelectrics (Handbuch der Thermoelektrik), Rowe (Ed.), CRC Press, Inc., 1995, S. 597–676]. Bei dieser Technik wird ein Strom durch eines oder mehrere Paare von N- und P-Halbleitern geleitet, die sowohl heiße als auch kalte Seiten aufweisen, welche mit der zu behandelnden Flüssigkeit in Berührung gebracht werden. Auf der kalten Seite fließt ein Gleichstrom vom N- zum P-Halbleiter, und die Wärme wird von der Umgebung (in diesem Fall von der behandelten Flüssigkeit) aufgenommen. Die aufgenommene Wärme wird durch Elektronentransport durch die Halbleitermaterialien zur anderen Seite des Übergangs übertragen und, wenn die Elektronen ein niedrigeres Energieniveau im P-Material annehmen, freigesetzt. Man bezeichnet dieses Phänomen als Peltier-Effekt und die auf diese Weise eingesetzten Vorrichtungen als Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtungen. Normalerweise werden mehrere Halbleiterpaare zu ein- oder mehrstufigen thermoelektrischen Modulen zusammengebaut.
Beim Einsatz derartiger Module als Wärmeübertragungsvorrichtungen wird normalerweise eine Flüssigkeit erhitzt, während eine andere gekühlt wird (siehe z.B. US-A-3 506 543 und US-A-5 027 145 ). Alternativ können diese Wärmeübertragungsvorrichtungen auch Wärme für die Verdampfung einer Flüssigkeit und die Kondensation einer anderen Flüssigkeit liefern, wie dies zum Beispiel in US-A-4 316 774 beschrieben ist.
Bei dem genannten Patent wird eine Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtung in Verbindung mit fotografischen Filmentwicklungsgeräten verwendet, die sowohl ein Entwicklerbad als auch eine Wässerungsbad aufweisen. Durch die Wärmeübertragungsvorrichtung wird der Entwickler gekühlt und das Wasser erhitzt.
Es besteht ein Bedarf an einer verbesserten Einrichtung zum Verhindern des Biowachstums in verschiedenen wässrigen Flüssigkeiten, insbesondere fotografischen Entwicklerlösungen, wo zur Steigerung der Effizienz dieselbe Flüssigkeit zu beiden Seiten der Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtung behandelt wird.
Die Probleme der derzeit bekannten Verfahren zum Verhindern des Biowachstums werden überwunden durch den Einsatz einer thermoelektrischen Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtung mit einer kalten Seite und einer heißen Seite, die in direkter Strömungsverbindung stehen, so dass dieselbe Flüssigkeit sowohl auf der kalten als auch auf der heißen Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung behandelt wird.
Diese Wärmeübertragungsvorrichtung ist in einem Verfahren zum Behandeln einer Flüssigkeit mit den folgenden Schritten einsetzbar:

A) Inberührungbringen einer Flüssigkeit mit der heißen Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verweilzeit, die für eine Schnellpasteurisierung der Flüssigkeit ausreicht, ohne dass das Volumen der Flüssigkeit abnimmt, und
B) direktes Inberührungbringen nur der pasteurisierten Flüssigkeit mit der kalten Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung, um die schnellpasteurisierte Flüssigkeit rasch abzukühlen.

Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Behandeln einer fotografischen Entwicklerlösung in einer thermoelektrischen Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtung bereit, die eine kalte und eine heiße Seite aufweist, welche in direkter Strömungsverbindung zueinander stehen, so dass dieselbe Flüssigkeit sowohl auf der kalten als auch auf der heißen Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung behandelt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

A) Inberührungbringen einer fotografischen Entwicklerlösung mit der heißen Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verweilzeit, die für eine Schnellpasteurisierung der fotografischen Entwicklerlösung ausreicht, ohne dass das Volumen der schnellpasteurisierten fotografischen Entwicklerlösung abnimmt, und
B) direktes Inberührungbringen nur der schnellpasteurisierten fotografischen Entwicklerlösung mit der kalten Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung, um die schnellpasteurisierte fotografischen Entwicklerlösung rasch abzukühlen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die behandelte Flüssigkeit auf einer Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung (der heißen Seite) durch Schnellpasteurisierung sterilisiert und anschließend mittels der kalten Seite derselben Vorrichtung rasch auf eine geeignete Temperatur abgekühlt werden. Hierzu wird dieselbe Flüssigkeit gleichzeitig sowohl mit der heißen als auch mit der kalten Seite der thermoelektrischen Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtung in Berührung gebracht. Die heiße und die kalte Seite sind hierzu in geeigneter Weise so miteinander verbunden, dass eine "direkte" Strömungsverbindung ohne zwischengeschaltete Tanks, Abteile oder Behandlungen gegeben ist. Anders ausgedrückt, geht die behandelte Flüssigkeit direkt von der heißen Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung zu ihrer kalten Seite über.
Durch die Schnellpasteurisierung auf der heißen Seite der Vorrichtung werden in der Flüssigkeit vorhandene Mikroorganismen und Pilze abgetötet. Beim Einsatz der Erfindung in der fotografischen Entwicklung kann die behandelte Flüssigkeit innerhalb weniger Behandlungssekunden ohne wesentliche Temperaturveränderung wieder in den Entwicklungstank zurückgeleitet werden. Bei diesem Verfahren geht praktisch keine Flüssigkeit verloren, weil bei der Schnellpasteurisierung in dem erfindungsgemäßen geschlossenen System nur eine geringe Verdampfung eintritt. Wichtig ist dabei, dass die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eine Pastindeurisierung ohne Unterbrechung des Entwicklungsprozesses bzw. anderer chemischer Prozesse ermöglichen, für die die behandelten Flüssigkeiten eingesetzt werden. Dieser Vorteil ist für den Benutzer gewöhnlich einsehbar, weil die Flüssigkeit mit annähernd derselben Temperatur aus dem Entwicklungstank (bzw. dem anderen Flüssigkeitsbehälter) austritt und wieder in ihn eintritt, wobei die Vorrichtung und die Flüssigkeitsanschlüsse so gestaltet werden können, dass sie nicht sichtbar sind, was die Sicherheit zusätzlich verbessert.
Unter "heißer Seite" und "kalter Seite" der erfindungsgemäßen Vorrichtung verstehen wir, dass die heiße Seite der Vorrichtung eine Wärmequelle zum Aufheizen der behandelten Flüssigkeit ist. Dadurch wird die Flüssigkeit auf der heißen Seite zu einem Kühlkörper. Umgekehrt wird unter kalter Seite der Vorrichtung die Seite verstanden, die Wärme aus der behandelten Flüssigkeit aufnimmt und damit die Flüssigkeit kühlt. Damit wirkt die Flüssigkeit auf der kalten Seite als Wärmequelle.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtung mit zwei thermoelektrischen Wärmeübertragungs-Einheiten;
2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtung;
3 eine schematische Querschnittsansicht der in 2 dargestellten Vorrichtung; und
4–6 verschiedene Strömungskanal-Ausbildungen für erfindungsgemäße thermoelektrische Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtungen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schnellpasteurisierung zum raschen Erhitzen einer Flüssigkeit eingesetzt, um ein eventuell vorhandenes Biowachstum abzutöten. Dabei werden potentielle nachteilige Auswirkungen auf die Flüssigkeit minimiert, weil die Flüssigkeit nur für sehr kurze Zeiten auf hohe Temperaturen erhitzt wird. Da die Flüssigkeit in einer kleinen, gut isolierten Vorrichtung erhitzt und abgekühlt wird, ist die Effizienz dieses Verfahrens sehr viel größer, als wenn die Flüssigkeit in großer Menge in einem großen Behälter (z.B. einem Entwicklungstank oder einer Wanne) erhitzt und abgekühlt würde. Und da die Flüssigkeit in einer geschlossenen Umgebung behandelt wird, tritt auch keine echte Verdampfung der Flüssigkeit ein.
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragungsvorrichtung bietet darüber hinaus mehrere weitere Vorteile. Sie kann so konstruiert werden, dass die Bedienungspersonen gegen zur Behandlung der Flüssigkeiten eingesetzte Extremtemperaturen abgeschirmt sind, und sie ist klein im Vergleich zu herkömmlichen Wärmetauschern. Sie lässt sich in einfacher Weise in unterschiedliche Behandlungssysteme, zum Beispiel für Nahrungsmittel, Chemikalien, fotografische oder hygienische Prozesse, integrieren.
Zwar können in der Praxis wässrige Flüssigkeiten aus den unterschiedlichsten Industrien behandelt werden, die Erfindung ist aber mit besonderem Vorteil in der fotografischen Industrie einsetzbar, wo fotografische (oder fotochemische) Entwicklungslösungen an Ort und Stelle in den verschiedenen Entwicklungstanks behandelt werden, um das Biowachstum zu beherrschen. Zu diesen Entwicklungslösungen gehören unter anderem Farbentwicklerlösungen, Bleichlösungen, Bleich/Fixier-Lösungen, Fixierlösungen, Vorbleichlösungen, Stabilisierlösungen, Spül- und sonstige Lösungen, wie dies für den Fachmann in der fotografischen Entwicklung naheliegend ist. Bei den behandelten Flüssigkeiten kann es sich um Lösungen in Betriebskonzentration, um Konzentrate, Nachfülllösungen, Regenerierlösungen oder zum Auffüllen verwendetes Auffüllwasser handeln.
Im ersten Verfahrensschritt wird die behandelte Flüssigkeit während einer zum Schnellpasteurisieren ausreichenden Verweilzeit mit der heißen Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung in Berührung gebracht. Diese Verweilzeit ist je nach dem chemischen Prozess, in dem die behandelte Flüssigkeit eingesetzt wird, der Konstruktion und den Abmessungen der Vorrichtungen, den gewünschten Betriebstemperaturen und den Eigenschaften der Flüssigkeit unterschiedlich. Im allgemeinen bleiben die meisten Flüssigkeiten mit der heißen Seite mindestens 5 Sekunden, vorzugsweise mindestens 15 Sekunden in Berührung. Bei den meisten fotografischen Entwicklerlösungen werden die Flüssigkeiten mindestens 10 Sekunden, vorzugsweise mindestens 20 Sekunden, in Berührung gehalten. Die maximale Verweilzeit ist abhängig von der jeweiligen zu behandelnden Flüssigkeit.
Die Verweilzeit für die Berührung mit der kalten Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung kann entsprechend der erforderlichen Abkühlung der behandelten Flüssigkeit auf die gewünschte Temperatur gewählt werden. Dabei kann sie gleich der Verweilzeit auf der heißen Seite sein oder von dieser abweichen.
Die Verweilzeit kann durch Verwendung unterschiedlicher Strömungskanäle oder Strömungsmuster (s. zum Beispiel die nachstehend noch zu besprechenden 4–6) oder durch Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit oder der Turbulenz mittels geeigneter Pumpeinrichtungen oder Einrichtungen zum Bewegen der Flüssigkeit oder durch Hindernisse in den Strömungskanälen variiert werden.
Das Pasteurisieren ist in verschiedenen Branchen, einschließlich der Nahrungsmittelindustrie, wo es zum Abtöten des Biowachstums in Milch eingesetzt wird, bekannt und wurde zum Beispiel in Principles and Practice of Disinfection, Preservation, and Sterilization (Prinzipien und Praxis der Desinfizierung, Konservierung und Sterilisierung) (2. Ausgabe), Russell, Hugo and Ayliffe (Eds.), Blackwell Scientific Publications, 1992, S. 494–495, und in der McGraw-Hill Enzyklopädie der Wissenschaft und Technologie, (7. Ausgabe), 1992, S. 172 im einzelnen beschrieben. Es besteht aus dem raschen Erhitzen und raschen Abkühlen einer Flüssigkeit. Sein Einsatz in der vorliegenden Erfindung ist gegenüber den herkömmlichen Verfahren insofern modifiziert, als die Flüssigkeit nicht in der Masse behandelt wird, sondern in einem Flüssigkeitsstrom, der aus dem Prozess herausgeleitet wird und nach der Behandlung wieder in den Prozess zurückgeführt werden kann.
Die für die Durchführung der Erfindung erforderlichen Temperaturen variieren auch in Abhängigkeit von der Verweilzeit; im allgemeinen wird die Temperatur der behandelten Flüssigkeit jedoch durch die Berührung mit der heißen Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung auf mindestens 65°C, vorzugsweise auf mindestens 70°C, erhöht. Die maximalen und optimalen Temperaturen sind in einfacher Weise durch routinemäßige Versuche unter Berücksichtigung der Strömungskanalmuster, der Verweilzeit auf der heißen Seite der Vorrichtung, des Flüssigkeitsvolumens und anderer Faktoren bestimmbar. Eine nützliche Wahl von Bedingungen würde zum Beispiel darin bestehen, bei der Behandlung einer Flüssigkeit ihre Temperatur für eine Zeit von etwa 15 Sekunden bis etwa 2 Minuten auf etwa 70°C bis etwa 80°C zu erhöhen.
Nach der Schnellpasteurisierung der Flüssigkeit wird diese direkt mit einer kalten Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung in Berührung gebracht und sofort und schnell abgekühlt. Die Abkühlzeit ist abhängig vom Flüssigkeitsvolumen, der Temperatur, auf die die Flüssigkeit aufgeheizt wurde, der gewünschten Abkühltemperatur und dem Flüssigkeits-Strömungsmuster. Erreicht wird dies dadurch, dass die heiße und die kalte Seite in "direkter Strömungsverbindung" stehen, was bedeutet, dass die Flüssigkeit nicht durch Abteile oder Tanks geleitet oder auf andere Weise zwischen dem Schnellpasteurisieren und Abkühlen gesammelt oder behandelt wird. Im allgemeinen wird die Flüssigkeit durch Leitungen, die den Flüssigkeits-Strömungskanal auf der einen Seite mit dem Flüssigkeits-Strömungskanal auf der anderen Seite direkt verbinden, direkt von der heißen Seite zur kalten Seite geleitet. Die Bewegung der Flüssigkeit durch die Vorrichtung kann mittels geeigneter Pumpen, durch Schwerkraft oder in anderer Weise erfolgen.
Als Wärmeübertragungsvorrichtungen werden für die praktische Durchführung der Erfindung sogenannte Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtungen eingesetzt, wie sie in verschiedenen Veröffentlichungen, unter anderem dem vorstehend erwähnten CRC Handbook of Thermoelectics, Rowe (Ed.), beschrieben werden. Verschiedene Internet-Veröffentlichungen über diese Vorrichtungen finden sich unter http://www.ferrotec-america.com/reference1.html, http://www.ferrotec-america.com/reference2.html, und http://www.ferrotec-america.com/reference3.html. Die Vorrichtungen bestehen aus einem oder mehreren Sätzen von N- und P-Halbleitermaterialien, in denen durch Strom eine Temperaturdifferenz erzeugt wird. Die Halbleitermaterial-Sätze werden gelegentlich auch als thermoelektrische "Module" bezeichnet, wobei eine Wärmeübertragungsvorrichtung eine Vielzahl (zwei oder mehr) derartiger Module aufweisen kann. Die Anzahl der Module ist abhängig von der Wärmepumpleistung der Module und der benötigten Gesamt-Temperatur differenz. Ein im Handel erhältliches Wärmeübertragungsmodul ist das Modell CP 1.4-71-06L der Melcor Materials Electronic Products Corporation (Trenton, N.J.). Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden acht derartige Module zum Aufbau von vier zweistufigen (gestapelten) Elementen verwendet, die zwischen zwei Wärmetauscher eingefügt werden.
Die erfindungsgemäßen Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtungen und Verfahren werden aus den verschiedenen Zeichnungen besser verständlich.
In 1 wird eine zu behandelnde Flüssigkeit durch den Flüssigkeits-Strömungskanal 10 auf der heißen Seite der Vorrichtung 20 gepumpt (Pfeil 1), der mit der heißen Seite 30 im Berührung steht, die ihrerseits mit den Peltier-Wärmeübertragungsvorrichtungen 40 und 45 in wärmeleitendem Kontakt steht. Wenn die angelegte Spannung eine derartige Polarität aufweist, dass Wärme zur heißen Seite 30 übertragen wird, wird die Flüssigkeit im Flüssigkeits-Strömungskanal 10 auf der heißen Seite einer Schnellpasteurisierung unterzogen. Die Flüssigkeit wird dann sofort in den Flüssigkeits-Strömungskanal 50 auf der kalten Seite geleitet (Pfeil 2), der mit der kalten Seite 60 der Wärmeübertragungsmodule 40 und 45 in wärmeleitendem Kontakt steht, so dass die Flüssigkeit schnell abgekühlt wird. Anschließend kann die abgekühlte Flüssigkeit aus der Vorrichtung 20 herausgeführt werden (Pfeil 3).
Die Zahl der möglichen Strömungsmuster in den Flüssigkeits-Strömungskanälen ist zwar groß, im allgemeinen werden die Kanäle aber derart ausgebildet, dass der Strömungsweg für eine geeignete Wärmeübertragungsgeschwindigkeit und Verweilzeit der Flüssigkeit sorgt. Die Flüssigkeits-Strömungskanäle beiderseits der Wärmeübertragungsvorrichtung können gleich oder auch unterschiedlich sein, um auf der jeweiligen Seite die gewünschte Verweilzeit zu erreichen. Außerdem können die Flüssigkeits-Strömungskanäle innen in beliebiger Weise so aufgebaut sein, dass in den behandelten Flüssigkeiten Turbulenzen entstehen. Zum Beispiel kann eine Turbulenz durch Oberflächenrippen, Vorsprünge, Prallbleche oder Hindernisse im Strömungskanal erzeugt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 2 und 3 dargestellt, wo die zu behandelnde Flüssigkeit (zum Beispiel eine fotografische Entwicklerlösung) in den (gestrichelt angedeuteten) Strömungskanal 105 des Wärmetauschers 110 der Vorrichtung 120 geleitet wird (Pfeil 1), der mit der heißen Seite 130 (Wärmeleiter) der Peltier-Wärmeübertragungs-Einheit 140 in Berührung steht. Die Flüssigkeit wird einer Schnellpasteurisierung unterzogen und sofort durch die Leitung 141 in den Strömungskanal 145 des Wärmetauschers 150 geleitet (Pfeil 2), der mit der kalten Seite 160 der Peltier-Wärmeübertragungs-Einheit 140 in wärmeleitendem Kontakt steht, so dass die Flüssigkeit rasch abgekühlt wird. Anschließend kann die abgekühlte Flüssigkeit aus der Vorrichtung herausgeführt werden (Pfeil 3).
Die in 1–3 dargestellten, in die Vorrichtung hinein und aus ihr heraus führenden Strömungsanordnungen sollen die Erfindung nur veranschaulichen. Für den Fachmann sind ohne weiteres auch verschiedene andere Strömungsanordnungen naheliegend. Zum Beispiel könnte die Flüssigkeit, statt an der Oberseite der Vorrichtung in diese hinein und aus ihr heraus geführt zu werden, wie dies in 2 und 3 dargestellt ist, auch im Boden der Vorrichtung eingeführt und an der Oberseite der Vorrichtung abgeleitet oder umgekehrt an der Oberseite eingeführt und am Boden der Vorrichtung abgeleitet werden.
In 4, 5 und 6 sind verschiedene Strömungsmuster dargestellt, die entweder an einer oder an beiden Seiten der Wärmeübertragungseinheit vorgesehen sein können. In 4 wird die Flüssigkeit durch einen Einlass 200 eingeleitet, fließt über Oberflächenrippen 210, 220, 230, 240 und 250, die zur Erzeugung von Turbulenzen in der Flüssigkeit in einem "Zickzack"-Muster angeordnet sind, und verlässt das Gerät durch den Auslass 260. In 5 wird die Flüssigkeit durch den Einlass 270 eingeführt, fließt durch den Kanal 280 und verlässt das Gerät durch den Auslass 290. In 6 wird die Flüssigkeit durch mehrere Einlässe 300, 310 und 320 eingeleitet, fließt durch die Kanäle 330, 340 und 350 und verlässt das Gerät durch die Auslässe 360, 370 und 380.
Die folgenden Beispiele sollen die praktische Durchführung der Erfindung darstellen, sind jedoch in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
Beispiel 1:
Etwa 700 ml Wasser wurden durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung ähnlich 2 mit 4 zweistufigen thermoelektrischen Einheiten (d.h. 8 einzelnen Wärmeübertragungs-Einheiten Modell CP 1.4-71-06L) umgewälzt. Dabei wiesen die Flüssigkeitskanäle auf der heißen und der kalten Seite der Vorrichtung jeweils ein Volumen von etwa 34 ml auf. Das Wasser wurde mit 20 ml/min. umgewälzt, woraus sich eine Verweilzeit bei der höchsten Temperatur von etwa 1,7 min. ableitete. Erwartet wurde eine vollständige Pasteurisierung innerhalb etwa 15 Sekunden bei 71°C. Bei dieser besonderen Wärmeübertragungsvorrichtung war die heiße Seite nach außen isoliert, die kalte Seite jedoch nicht. Die thermoelektrischen Einheiten wurden mit 18 Volt (Gleichstrom) und 4,5 A betrieben.
Aus der folgenden TABELLE I sind die auf beiden Seiten der Vorrichtung gemessenen Temperaturen sowie die Wasseraustrittstemperaturen, jeweils im Gleichgewichtszustand gemessen, ersichtlich.
TABELLE I
Dieses Beispiel zeigt, dass eine wässrige Lösung in einer geschlossenen Schleife wirksam schnellpasteurisiert werden kann, wobei die Temperatur der das Gerät verlassenden Flüssigkeit innerhalb eines für die fotografische Entwicklung geeigneten Bereichs gehalten werden kann. Die Wärmetauschleistung derartiger Vorrichtungen kann durch Verwendung unterschiedlicher Kanalausbildungen modifiziert und optimiert werden, die die Verweilzeiten oder Temperaturdifferenzen auf der heißen oder der kalten Seite oder auch auf beiden Seiten der Wärmeübertragungsvorrichtung verändern.
Beispiel 2:
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wurden die heiße und die kalte Temperatur durch Ein- und Ausschalten des Stromes mit 24 V (Gleichstrom) ohne besondere Steuerung des Stroms eingestellt und aufrechterhalten. Für diesen Versuch wurde dieselbe Vorrichtung eingesetzt wie für das Beispiel 1 und auch dieselbe Strömungsgeschwindigkeit des Wassers von 20 ml/min. gewählt. Die Abkühlung auf der kalten Seite wurde mittels eines kleinen Gebläses unterstützt. Die Geräte- und Lösungstemperaturen im Gleichgewichtszustand sind aus der nachstehenden Tabelle II ersichtlich.
TABELLE II
Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Steuerung der Flüssigkeits-Temperaturen durch Ein- und Abschalten des Stroms zur Erzeugung der gewünschten Temperaturunterschiede.
Beispiel 3:
Dieses Beispiel demonstriert die Durchführung der Erfindung anhand einer fotografischen Entwicklerlösung, d.h. einer gealterten fotografischen Stabilisierlösung (entsprechend der im Handel erhältlichen Lösung KODAK FLEXICOLOR Stabilizer LF).
Die Lösung wurde durch eine Wärmeübertragungsvorrichtung ähnlich jener gemäß 2 mit 4 zweistufigen Einheiten umgewälzt, wie dies auch im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschrieben wurde. Die Vorrichtung wurde mit 24 V (Gleichstrom) betrieben. Bei diesem Beispiel wurde ein besonderer Aufnahmetank verwendet, womit ein fotografischer Entwicklungstank simuliert werden sollte. Die Temperatur der Lösung in diesem Aufnahmetank wurde mit Hilfe eines herkömmlichen Tauch-Umlauferhitzers auf etwa 38°C geregelt. Mittels einer peristaltischen Pumpe wurde die fotografische Entwicklerlösung vom Aufnahmetank zur heißen Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung und in den Aufnahmetank zurück gepumpt. Die Strömungsrate betrug etwa 5 ml/min.
Die Temperaturen der Vorrichtung und der Entwicklerlösung wurden im Gleichgewichtszustand gemessen und sind aus nachstehender Tabelle 3 ersichtlich: TABELLE III

Claims

Thermoelektrische Peltier Wärmeübertragungsvorrichtung (20) mit einer kalten Seite (60) und einer heißen Seite (30), dadurch gekennzeichnet, dass beide Seiten in direkter Strömungsverbindung stehen derart, dass dieselbe Flüssigkeit sowohl auf der kalten, wie auch auf der heißen Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung behandelbar ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens zwei thermoelektrische Module (40, 45).
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen entweder mit der heißen oder der kalten Seite in thermischer Verbindung stehenden Strömungskanal (10, 50), der derart ausgebildet ist, dass er in der in der Wärmeübertragungsvorrichtung behandelten Flüssigkeit Wirbelungen erzeugt.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch mehrfache Einlässe (300, 310, 320) zu der heißen und der kalten Seite.
Verfahren zum Behandeln einer fotografischen Entwicklerlösung in der thermoelektrischen Peltier Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: A) Inberührungbringen einer fotografischen Entwicklerlösung mit der heißen Seite (30) der Wärmeübertragungsvorrichtung (20) für eine Verweilzeit, die ausreicht für eine Schnellpasteurisierung der fotografischen Entwicklerlösung, ohne dass das Volumen der schnellpasteurisierten fotografischen Entwicklerlösung abnimmt, und B) direktes Inberührungbringen der schnellpasteurisierten fotografischen Entwicklerlösung ausschließlich mit der kalten Seite (60), um die schnellpasteurisierte fotografische Entwicklerlösung rasch abzukühlen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die fotografische Entwicklerlösung eine fotografische Farbentwickler-, Bleich-, Bleichfixier-, Vorbleich-, Stabilisierungs- oder Endwässerungslösung ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die fotografische Entwicklerlösung mit der heißen Seite (30) mindestens 10 Sekunden lang in Berührung steht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die fotografische Entwicklerlösung mit der Wärme abgebenden Quelle mindestens 20 Sekunden lang in Berührung steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die fotografische Entwicklerlösung sowohl auf der heißen, wie auch auf der kalten Seite durch Strömungskanäle (10, 50) fließt und dass die jeweiligen Strömungskanäle unterschiedlich ausgebildet sind und unterschiedliche Flüssigkeitsverweilzeiten ermöglichen.
Verfahren zum Behandeln einer Flüssigkeit in der thermoelektrischen Peltier Wärmeübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Schritte: A) Inberührungbringen einer Flüssigkeit mit der heißen Seite (30) der Wärmeübertragungsvorrichtung (20) für eine Verweilzeit, die ausreicht für eine Schnellpasteurisierung der Flüssigkeit, ohne dass deren Volumen abnimmt, und B) direktes Inberührungbringen der schnellpasteurisierten Flüssigkeit ausschließlich mit der kalten Seite der Wärmeübertragungsvorrichtung (20), um die schnellpasteurisierte Flüssigkeit rasch abzukühlen.