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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingrührvorrichtung für Sterilisationszwecke,
eine Sterilisationsvorrichtung, die die Schwingrührvorrichtung enthält, und
ein Sterilisationsverfahren für
Flüssigkeiten
oder feste Gegenstände,
bei dem diese Sterilisationsvorrichtung verwendet wird.
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2. Stand der Technik
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Bei
einem herkömmlichen
Sterilisationsverfahren für
Wasser ist es üblich
ein Oxidationsmittel wie Natriumhypochlorit oder dergleichen in
Wasser zu geben, um das Wasser zu sterilisieren. Dieses Verfahren
hat jedoch zur Folge, dass das Wasser nach Chlor riecht, da in dem
behandelten Wasser Chlorionen zurückbleiben und das Wasser selbst
somit schlecht schmeckt. Wenn die Chemikalienmenge verringert wird,
um den schlechten Geschmack des Wasser abzuschwächen, wird auch die Sterilisationswirkung
abgeschwächt. Wenn
andererseits die Chemikalienmenge erhöht wird, ist sie für Menschen
schädlich.
Daher sollte dieses Verfahren nach Möglichkeit nicht verwendet werden.
Insbesondere im Fall von Trinkwasser, das in Tanks (Wasserreservoirs)
gespeichert wird, die sich auf den Dächern von Gebäuden oder
an ähnlichen
Stellen befinden, verlieren Chemikalien, die dem Wasser zugesetzt
werden, ihre Wirkung, und das Wasser wird somit durch Keime (Bakterien)
und Mikrostaub in der Luft kontaminiert und verunreinigt. Daher
ist es unerlässlich,
regelmäßig die
Innenfläche
von Tanks zu reinigen und das in den Tanks verbleibende Wasser zu
entsorgen.
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Weiter
werden Desinfektionsmittel aller Art in großen Mengen verwendet, um medizinische
Instrumente zu sterilisieren. Daher entstehen verschiedenen Probleme,
zu denen nicht nur das Kostenproblem gehört, sondern auch das Entsorgungsproblem.
Verschiedene schwierig zu lösende
Probleme ergeben sich auch bei der Sterilisation von Tischgeschirr
in Krankenhäusern,
Schulen, usw.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Daher
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schwingrührvorrichtung
für Sterilisationszwecke,
eine Sterilisationsvorrichtung, mit der ohne Verwendung eines Desinfektions-
oder Sterilisationsmittels eine hinreichende Menge Flüssigkeit
oder fester Gegenstände
sterilisiert werden kann, sowie ein Verfahren zur Sterilisation
von Flüssigkeiten
und festen Gegenständen
unter Verwendung der Schwingrührvorrichtung
verfügbar
zu machen.
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Um
die vorstehend dargestellte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Schwingrührvorrichtung
für die
Sterilisation von Flüssigkeit
und/oder eines in Flüssigkeit
eingetauchten Gegenstands vorgestellt umfassend:
- eine schwingungserzeugende
Einheit, die einen Schwingungsmotor enthält;
- wenigstens einen schwingenden Stab, der funktionell mit der
schwingungserzeugenden Einheit verbunden ist;
- wenigstens ein Schwingblatt, das an dem schwingenden Stab befestigt
ist; und
- – ein
Schwingblattbefestigungselement, um das genannten Schwingblatt an
dem genannten schwingenden Stab zu befestigen,
- wobei das Schwingblatt und/oder das Schwingblattbefestigungselement
eine Oberfläche
aufweisen, die aus einem Metall mit sterilisierender Wirkung besteht,
welches aus Silber, Gold oder einer Legierung daraus ausgewählt ist,
oder aus einer Metallverbindung mit sterilisierender Wirkung besteht,
welche aus Ti-Oxid oder Zn-Oxid
ausgewählt
ist, und in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Metall
bestehen, das ein Magnetfeld erzeugt.
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Um
die vorstehend dargestellte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Sterilisationsvorrichtung
für Flüssigkeit
und/oder einen in Flüssigkeit
eingetauchten Gegenstand vorgestellt umfassend:
- die vorstehend
dargestellt Schwingrührvorrichtung;
und
- einen Behandlungsbehälter
zur Aufnahme der genannten Flüssigkeit,
in dem sich das Schwingblatt und das Schwingblattbefestigungselement
befinden,
- wobei das Schwingblatt und/oder das Schwingblattbefestigungselement
eine Oberfläche
aufweisen, die aus einem Metall mit sterilisierender Wirkung besteht,
welches aus Silber, Gold oder einer Legierung daraus ausgewählt ist,
oder aus einer Metallverbindung mit sterilisierender Wirkung besteht,
welche aus Ti-Oxid oder Zn-Oxid
ausgewählt
ist, und in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Material
bestehen, das ein Magnetfeld erzeugt.
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Es
kann ein Halter verwendet werden, um den Gegenstand in den Behandlungsbehälter zu
halten.
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Es
kann ein Antriebsmittel verwendet werden, um den Halter zu bewegen.
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Die
Verwendung des Schwingrührens
von Abwasser, das Metallionen enthält, wird in
USP 5.730.856 offenbart, wobei die
elektrolytische Oxidation der Flüssigkeit
in einem Behälter
erfolgt, der mit einem Schwingrührwerk
ausgestattet ist, dessen Zweck darin besteht, die Prozess der elektrolytischen
Oxidation zu verbessern. Die Frequenz des Schwingungserzeugers liegt
vorzugsweise zwischen 25 und 500 Hz. In diesem Dokument, das den
Stand der Technik repräsentiert,
wird der Sterilisationsprozess durch Schwingrühren der Flüssigkeit in der Gegenwart von
Oberflächen
mit sterilisierender Wirkung nicht erwähnt.
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USP 5.626.824 offenbart
einen Autoklav zur Sterilisation von Flüssigkeiten, wobei Rühren die
Aufgabe hat, eine gleichmäßige Temperatur
in der Flüssigkeit
zu bewirken. Eine Sterilisationswirkung, die mit dem besonderen
Material der Innenflächen
des Autoklavs oder mit dem möglichen
Schwingrühren
der Flüssigkeit
in Zusammenhang steht, wird nicht erwähnt.
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EP 306 301 offenbart eine
Behandlung mit UV-Licht in der Gegenwart photoaktiver Metallverbindungen
(wie TiO
2, ZnO) zur Reinigung von Wasser
von organischen Verunreinigungen. Bei dem offenbarten Verfahren
wird vorzugsweise UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 300 ÷ 425 nm
verwendet und die wässrige
Flüssigkeit
wird dabei überhaupt
nicht gerührt.
Dementsprechend wird das für
die vorliegende Erfindung wesentliche Schwingrühren weder angewendet noch
vorgeschlagen.
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In
der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise das sterilisierende
Metall Silber, Gold oder eine Legierung dieser Metalle, und die
sterilisierende Metallverbindung ist Titanoxid oder Zinkoxid und
die schwingungserzeugende Einheit versetzt das Schwingblatt in der
Flüssigkeit
in Schwingungen mit einer Amplitude von 0,1 bis 15,0 mm und mit
einer Schwingungsfrequenz von 200 bis 1000 Schwingungen pro Minute,
und ein Wechselrichter kann zur Regelung des Schwingungsmotors verwendet
werden, um Schwingungen von 10 bis 200 Hz zu erzeugen.
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Die
Sterilisationsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine innerhalb oder außerhalb des Behandlungsbehälters untergebrachte
Einrichtung umfassen, um das Schwingblatt and/oder das Schwingblattbefestigungselement
mit ultraviolettem Licht zu bestrahlen.
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Um
die vorstehend dargestellte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Sterilisationsverfahren
für Flüssigkeit
und/oder einen in Flüssigkeit
eingetauchten Gegenstand vorgestellt umfassend:
- Bereitstellung
der vorstehend dargestellten Schwingrührvorrichtung; Eintauchen des
Schwingblatts und des Schwingblattbefestigungselements in der Flüssigkeit,
die sich in einem Behandlungsbehälter
befindet; und
- Versetzen des Schwingblatts in Schwingungen mit einer Amplitude
von 0,1 bis 15,0 mm und einer Frequenz von 200 bis 1000 Hz durch
die schwingungserzeugende Einheit, um das Schwingrühren der
Flüssigkeit
zu bewirken und dadurch die Flüssigkeit
zu sterilisieren.
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In
die Flüssigkeit
kann ein Gegenstand eingetaucht werden und durch Schwingrühren der
Flüssigkeit sterilisiert
werden. Die Flüssigkeit
wird beispielsweise so schwinggerührt, dass sie in jeder der
drei Raumrichtungen eine Strömungsgeschwindigkeit
von mindestens 100 mm/s aufweist.
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Bei
dem Sterilisierungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Flüssigkeit
schwinggerührt
werden, während
das Schwingblatt und/oder das Schwingblattbefestigungselement mit
ultraviolettem Licht bestrahlt werden.
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Die
Bedeutung des Ausdrucks „Sterilisation" oder „Sterilisieren" umfasst im Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung „Pasteurisierung", „Desinfektion", „Mikrobiostase", „mikrobielle
Kontrolle", „Beseitigung
von Mikroorganismen" und „antimikrobiell".
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Die
vorliegende Erfindung lässt
sich zur Sterilisation von Flüssigkeiten
verwenden, die behandelt werden sollen, beispielsweise Stastwasser,
Wasser für
die Trinkwasserzubereitung, Wasser für Schwimmbäder, Wasser zum Baden, Tee,
Saft, Milch und dergleichen. Außerdem
lässt sich
die vorliegende Erfindung zur Sterilisation von festen zu behandelnden
Gegenständen
verwenden, beispielsweise von Obst, Gemüse, Fisch, medizinischen Instrumenten
und Teilen davon, Geräten
zur Herstellung und Verarbeitung von Lebensmitteln und Teilen davon,
Bekleidung, die in Krankenhäusern
verwendet wird, und dergleichen. Wenn die Sterilisation durchgeführt wird,
wird der feste Gegenstand einer Reinigungsbehandlung unterzogen.
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Weiter
lässt sich
die vorliegende Erfindung anwenden, um Flüssigkeit mit anderem Material
zu mischen, während
diese sterilisiert und gerührt
werden. Ein Beispiel dafür
ist die Herstellung verschiedener Arten von verzehrbaren Flüssigkeiten
beispielsweise von gemischtem Saft, Spirituosen, Mayonnaise, verarbeiteter Milch
und dergleichen, oder das Auftauen von gefrorenen Lebensmitteln,
beispielsweise von gefrorenem Fisch, in einer Flüssigkeit wie Wasser.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung lassen sich die folgenden Wirkungen erzielen.
- (1) Die neue Erfindung bietet eine neue Möglichkeit der Sterilisation
und Reinigung ohne Einsatz von Chemikalien. Weiter macht die herkömmliche
Sterilisation eine erste Reinigung, eine nachfolgende chemische Behandlung
und eine darauf erfolgende zweite Reinigung erforderlich. Daher
ist die Zahl der Arbeitsschritte hoch. Bei der vorliegenden Erfindung
ist dagegen nur ein Schritt erforderlich.
- (2) Mittels der vorliegenden Erfindung lässt sich Wasser gewinnen, das
für die
Floristik geeignet ist.
- (3) Bei der vorliegenden Erfindung lassen sich, wenn magnetische
Materialien verwendet werden, im Wasser enthaltene Eisenpulver und
Eisenkolloide wirksam entfernen.
- (4) Bei der vorliegenden Erfindung bewegt sich, wenn magnetische
Materialien verwendet werden, eine große zirkulierende Menge Wasser
durch ein starkes Magnetfeld, wodurch die Wassercluster kleiner
werden und somit die Reinigungswirkung verstärkt wird.
- (5) Die Verwendung von magnetischen Materialien ermöglicht eine
höchst
wirksame Weise Bakterien wie Colon bacillus, 0-157, Salmonella,
Streptococcus usw. einzufangen.
- (6) Die vorliegende Erfindung ist bei der Sterilisation von
Wassertanks auf Gebäudedächern und
in den Wassertanks gespeichertem Wasser äußerst wirksam. Weiter ist sie
auch bei der Sterilisation von Wasserbecken und darin befindlichem
Wasser äußerst wirksam.
- (7) Die vorliegende Erfindung ist bei der Sterilisation von
Tischgeschirr in Krankenhäusern,
Restaurants, Schulen usw. und von ähnlichen Instrumenten äußerst wirksam,
und sie trägt
daher bedeutend zur Vorbeugung gegen Lebensmittelvergiftungen bei.
Wird die vorliegende Erfindung weiter auf Gemüse/Obst angewandt, können das
Waschen und die Sterilisation in nur einem Schritt erfolgen. Weiter
können
Getränke wirksam
sterilisiert werden.
- (8) Die vorliegende Erfindung ist bei der Reinigung und Sterilisation
von medizinischen Instrumenten, Bettwäsche und Krankenhausbedarf
wirksam, und sie ist trägt
auch äußerst wirksam
zur Vorbeugung gegen Infektionen im Krankenhaus bei.
- (9) Die vorliegende Erfindung eignet sich für die praktische Anwendung
oder Durchführung
bei Raumtemperatur, und die Qualität des behandelten Gegenstands
wird daher nicht durch Wärmeeinwirkung
gemindert. Weiter werden bei der vorliegenden Erfindung Sterilisationsmittel
verwendet, die im Wesentlichen ohne Chemikalien auskommen, und sie
ist somit bemerkenswert umweltfreundlich.
- (10) Die vorliegende Erfindung macht ein Sterilisationsmittel
verfügbar,
das gut zur Bereitung von Trinkwasser geeignet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Sterilisationsvorrichtung
zeigt, welche eine Schwingrührvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält;
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2 ist
eine Ansicht der Vorrichtung aus 1 von oben;
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die eine andere Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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4 zeigt
einen vergrößerten Querschnitt
einer Einheit zum Auffangen der Schwingbeanspruchung;
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5 ist
ein vergrößerter Querschnitt
einer anderen einer Einheit zum Auffangen der Schwingbeanspruchung;
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6 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt mit einem Schwingblatt
zeigt;
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Die 7A und 7B sind
jeweils die Ansicht eines Schwingblatts von oben;
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Die 8A und 8B sind
jeweils die Ansicht eines Schwingblatts von oben;
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die noch eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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10 ist
eine andere Querschnittsdarstellung der Vorrichtung aus 9;
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11 ist
eine Ansicht der Vorrichtung aus 9 von oben;
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12 ist
eine Querschnittsansicht, die noch eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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13 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Flatterns eines
Schwingblatts;
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14 ist
eine Querschnittsansicht, die noch eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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15 ist
eine andere Querschnittsdarstellung der Vorrichtung aus 14;
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16 ist
eine Ansicht der Vorrichtung aus 14 von
oben;
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17A ist eine Ansicht eines schwingungsdämpfenden
Elements von oben;
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Die 17B und 17C sind
Ansichten von Varianten des schwingungsdämpfenden Elements von oben;
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Die 17D und 17E sind
Querschnittsdarstellungen des schwingungsdämpfenden Elements;
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Die 18A bis 18E sind
Ansichten des schwingungsdämpfenden
Elements von vorne;
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19 ist
eine perspektivische Ansicht einer Variante des schwingungsdämpfenden
Elements, teilweise im Querschnitt;
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20 ist
eine Querschnittsansicht, die noch eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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21 ein
eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Sterilisationsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, welche eine Einrichtung zum Einstrahlen von ultraviolettem
Licht enthält;
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22 ist
eine Querschnittsansicht der Vorrichtung aus 21;
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23 in
eine Teilansicht in Querschnittsdarstellung, die eine andere Ausführungsform
einer Sterilisationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, welche eine Einrichtung zum Einstrahlen von ultraviolettem
Licht enthält;
und
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24 ist
eine Teilansicht in Querschnittsdarstellung der Vorrichtung aus 23.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Eine
Ausführungsform
einer Sterilisationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
wird jetzt mit Bezugnahme auf die 1 und 2 detailliert
beschrieben.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
einer Sterilisationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei
es sich um eine Ansicht der Vorrichtung im Längsquerschnitt handelt. 2 ist
eine Ansicht der Vorrichtung von oben. Die Sterilisationsvorrichtung
besitzt eine oben offenen, runden Behandlungsbehälter (Sterilisationskammer) 13,
in den Behandlungsflüssigkeit
FLÜ, z.B.
zu behandelndes Wasser, eingefüllt
wird. Eine Aufspannfläche 40 ist
auf der Kante des oberen Rands des Behandlungsbehälters 13 über ein
schwingungsdämpfendes
Element 41 befestigt. Eine Schwingrührvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in der Aufspannfläche 40 montiert.
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Die
Schwingrührvorrichtung
besitzt ein Fußelement 42,
das auf der Aufspannfläche 40 befestigt
ist, vier vertikale Führungsstäbe 43,
deren untere Enden auf der Aufspannfläche 40 befestigt sind,
vier Schraubenfedern 44, die um die Führungsstäbe 43 gelegt sind,
und eine Motormontageplatte 45, die auf die oberen Enden
der Spiralfedern 44 gesetzt ist. Die oberen Abschnitte
der Führungsstäbe 43 sind
durch Öffnungen
geführt,
die in der Motormontageplatte 45 ausgebildet sind, und
beschränken
die horizontale Bewegung der Montageplatte 45 auf eine
gewissen Bereich. Die Schraubenfedern 44 wirken als Mittel
zur Schwingungsdämpfung.
Anstelle der Federn 44 kann auch ein dämpfendes Element wie eine Gummiplatte
oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall befinden sich
die Führungsstäbe 43 und
das dämpfende
Element an unterschiedlichen Stellen. Die Federn 44 stellen
einen Schwingungsdämpfmechanismus
dar, um eine Übertragung von
Schwingungen von der Motormontageplatte 45 auf den Behälter 13 zu
vermeiden.
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Die
Schwingrührvorrichtung
besitzt einen Schwingungsmotor 14, der auf die Montageplatte 45 montiert
ist. Dadurch ist eine schwingungserzeugende Einheit gegeben. Die
Montageplatte 45 ist in vertikaler Richtung längs der
Führungsstäbe 43 beweglich.
Ein schwingender Stab 7 ist an seinem oberen Ende mit der
Montageplatte 45 verbunden. Der schwingende Stab 7 erstreckt
sich in vertikaler Richtung durch Öffnungen, die in dem Fußelement 42 und
in der Aufspannfläche 40 ausgebildet
sind, in den Behandlungsbehälter 13.
Fünf Schwingblätter 10,
von denen jedes eine Oberfläche
aus wenigstens einer Art sterilisierenden oder bakteriziden Metalls
aufweist, sind durch (vorzugsweise aus magnetischem Material bestehende)
Schwingblattbefestigungselemente nicht drehbar an dem schwingenden
Stab befestigt. Die Schwingblattbefestigungselemente sind Muttern 9,
die in ein auf dem schwingenden Stab ausgebildetes Gewinde eingreifen,
und (nicht gezeigte) Spannscheiben, die jeweils zwischen die Mutter 9 und
das 10 Schwingblatt eingelegt sind. Jedes Schwingblatt 10 wird
durch ein Paar von Muttern 9, die oberhalb und unterhalb
angeordnet sind, festgehalten.
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Ein
Transistorwechselrichter 35 zur Regelung der Anzahl von
Schwingungen (Frequenz) des Schwingungsmotors 14 ist in
der Stromversorgungsleitung zwischen eine Stromquelle 136 und
den Schwingungsmotor 14 eingeschaltet. Die Federn 44 nehmen
einen Teil der von dem Schwingungsmotor 14 erzeugten Schwingungsenergie
auf, so dass die Übertragung
der Schwingungsenergie auf den Behandlungsbehälter 13 unterdrückt wird.
Der übrige
Teil der Schwingungsenergie wird auf den schwingenden Stab 7 übertragen
und weiter auf die Schwingblätter 10.
Die Schwingungsenergie wird von den Schwingblättern 10 auf das zu
behandelnde Wasser übertragen,
und das Wasser wird in Schwingungen versetzt und dazu veranlasst
zu strömen.
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Der
Schwingungsmotor 14 wird so betrieben, dass er gesteuert
durch den Wechselrichter 35 mit einer bestimmten Frequenz
im Bereich von 10 Hz bis 200 Hz, vorzugsweise aber von 20 Hz bis
60 Hz, schwingt, und das Material und die Dicke der Schwingblätter sind
vorzugsweise so gewählt,
dass die Schwingblätter
in der zu behandelnden Flüssigkeit
FLÜ durch
die von dem schwingenden Stab 7 übertragene Schwingungsenergie
in elastische Schwingungen versetzt werden.
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Jedes
Schwingblatt besteht aus Metall, das mit sterilisierendem Metall
beschichtet ist, oder aus Kunststoff, der mit sterilisierendem Metall
beschichtet ist, und weist beispielsweise eine Dicke von 1,5 mm
auf. Jedes Schwingblatt ist horizontal ausgerichtet.
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Weiter
ist jedes Schwingblatt vorzugsweise so geformt, dass es keine Kerbe
aufweist. Wenn jedes Schwingblatt eine Kerbe aufweisen würde, so
würde sich
daraus der Nachteil ergeben, dass das Schwingblatt im Bereich der
Kerbe aufgrund der durch die Schwingungen verursachten Ermüdung brechen
würde.
Jedes Schwingblatt weist vorzugsweise in eine Streifenform auf,
so dass der Hauptabschnitt abgesehen vom Abschnitt des äußeren Endes
dieselbe Breite aufweist wie der Basisabschnitt des Schwingblatts,
der an dem schwingenden Stab 7 befestigt wird.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Einheit zum Auffangen
der Schwingbeanspruchung vorhanden. 3 zeigt
eine Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Sterilisation von Wasser, die eine Einheit
zum Auffangen der Schwingbeanspruchung aufweist. In dieser Ausführungsform
sind die oberen Führungsstäbe 144 an
der Montageplatte 45 befestigt, und die unteren Führungsstäbe 145 sind
an der Aufspannfläche 40 befestigt.
Die einander entsprechenden oberen und unteren Führungsstäbe 144, 145 sind
in vertikaler Richtung aneinander ausgerichtet, so dass dazwischen
eine Lücke
besteht. Ein Abstandhalter 8 ist zwischen benachbarten
Schwingblättern 10 angeordnet.
Die Schwingblattbefestigungselemente 11 sind an den Ober-
und Unterseiten eines jeden Schwingblatts 10 angeordnet.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „Schwingblattbefestigungselement" nicht nur das Befestigungselement 11,
sondern auch Zubehörteile
wie der Abstandhalter 8, die Mutter 9 oder dergleichen.
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Als
Einheit zum Auffangen der Schwingbeanspruchung kann zum Beispiel
das folgende Mittel verwendet werden. Es stellt einen verbindenden
Abschnitt 111 zwischen der Montageplatte 45 und
dem schwingenden Stab 7 dar. Beispielsweise kann als Einheit
zum Auffangen der Schwingbeanspruchung ein Gummiring um den schwingenden
Stab 7 an der Unter- und/oder Oberseite der Montageplatte 45 in
dem verbindenden Abschnitt 111 vorhanden sein. Der Gummiring
ist vorzugsweise so geformt, dass er eine große Dicke besitzt.
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Beispiele
für die
Einheit zum Auffangen der Schwingbeanspruchung sind in den 4 und 5 gezeigt.
Der schwingende Stab 7 ist mit der Montageplatte 45 verbunden,
deren Funktion in der Übertragung der
Schwingung vom Schwingungsmotor 14 auf den schwingenden
Stab 7 besteht. Der schwingende Stab 7 erstreckt
sich durch eine dafür
vorgesehene Öffnung
in der Montageplatte 45, und der obere Endabschnitt des schwingenden
Stabs 7 ist durch Muttern 112, 113, 114, 115 und
eine Unterlegscheibe 116 befestigt. Die Muttern 112, 113, 114, 115 sind
in Eingriff mit einem auf dem schwingenden Stab 7 ausgebildeten
Gewinde 117. Im Fall von 4 befindet
sich zwischen der Montageplatte 45 und der Mutter 114 ein
Gummiring 118 und zwischen der Montageplatte 45 und
der Unterlegscheibe 116 ein Gummiring 118'. Im Fall von 5 befindet sich
zwischen der Montageplatte 45 und der Mutter 114 ein
Gummiring 118 und eine Unterlegscheibe 131. Die Muttern 112, 113, 114, 115 sind
in Eingriff mit dem auf dem schwingenden Stab 7 ausgebildeten
Gewinde 117.
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Falls
weder der Gummiring 118 noch der Gummiring 118' verwendet wird,
konzentriert sich die Schwingbeanspruchung auf den verbindenden
Abschnitt 111 und den Bereich, der diesen Abschnitt umgibt, weshalb
der schwingende Stab 7 leicht brechen kann. Dieses Problem
lässt sich
jedoch durch Einsetzen und Einpassen der Gummiringe vollständig lösen. Insbesondere
wenn kein Gummiring verwendet wird und wenn die Anzahl der Schwingungen
des Schwingungsmotors 14 auf 100 Hz oder mehr eingestellt
wird, bricht der schwingende Stab 7 häufig. Die Verwendung der Gummiringe
ermöglicht
es jedoch, die Anzahl der Schwingungen zu erhöhen, ohne dass dem vorstehend
dargestellten Problem Beachtung geschenkt werden muss.
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Der
Gummiring kann aus einen harten elastischen Material bestehen, beispielsweise
aus natürlichem Hartgummi,
aus synthetischem Hartgummi, Kunstharz oder dergleichen mit einer
Härte (Shore
A) von 80 bis 120, vorzugsweise aber von 90 bis 100. Insbesondere
Urethangummi mit einer Shore-Härte
A von 90 bis 100 ist unter dem Gesichtspunkt der Haltbarkeit und
Chemikalienbeständigkeit
zu bevorzugen.
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In
dem verbindenden Abschnitt 111 kann anstatt der Mutter
ein Ringstopfen verwendet werden. Der Ringstopfen hält den schwingenden
Stab 7, so dass die Schwingblätter 10 auf den Höhen positioniert
werden können,
die für
die Innenmaße
des verwendeten Behandlungsbehälters 13 passend
sind.
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Ein
Schwingblattabschnitt umfasst Schwingblätter 10 und Schwingblattbefestigungselemente 11 einschließlich der
Zubehörteile.
Das Schwingblatt kann aus einer Vielzahl gestapelter Blattlamellen
aufgebaut sein, und das Schwingblatt und das Schwingblattbefestigungselement
können
aus einem Stück
sein. Jedes Schwingblatt ist vorzugsweise aus dünnem Metall, elastischem Kunstharz
oder dergleichen aufgebaut, und seine Dicke ist so gewählt, dass
der äußere Endabschnitt eines
jeden Schwingblatts durch die vertikale Schwingung des Schwingungsmotors 14 eine
Flattererscheinung zeigt (d.h. der äußere Endabschnitt wellt sich),
wodurch nicht nur die Schwingung, sondern auch Fluidität auf die
zu behandelnde Flüssigkeit übertragen wird.
Als Material eines Metallschwingblatts kann beispielsweise Titan,
Aluminium, Kupfer, Edelstahl, ein magnetisches Metall wie magnetischer
Stahl oder eine Legierung dieser Metalle verwendet werden. Weiter
können
Polycarbonate, Vinylchloridharze, Polypropylen oder dergleichen
als Material für
ein Kunstharzschwingblatt verwendet werden.
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Die
Dicke eines Schwingblatts zur Übertragung
der Schwingungsenergie und zur Steigerung der Wirkung des Schwingrührens ist
nicht auf einen bestimmten Wert eingeschränkt. Jedoch liegt die Dicke
im Fall eines Metallschwingblatts vorzugsweise zwischen 0,2 mm und
2 mm und im Fall eines Kunststoffschwingblatts zwischen 0,5 mm und
10 mm. Wenn die Dicke zu groß ist,
wird die Wirkung des Schwingrührens
verringert.
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Wenn
ein elastisches Kunstharz oder dergleichen als Material für das Schwingblatt
verwendet wird, ist die Dicke nicht besonders auf einen bestimmten
Wert eingeschränkt,
doch liegt sie vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm. Wenn das Schwingblatt
aus Metall besteht, beispielsweise aus Edelstahl, wird eine Dicke
zwischen 0,2 mm und 1 mm gewählt,
vorzugsweise aber eine Dicke von 0,6 mm. Weiter beträgt die Amplitude
des Schwingblatts vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 15 mm, wobei
zwischen 0,5 mm und 5 mm am günstigsten ist.
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Das
Schwingblatt kann an dem schwingenden Stab in einer Höhe oder
in mehreren Stufen befestigt werden. Wenn das Schwingblatt in mehreren
Stufen befestigt wird, kann die Anzahl der Stufen variieren entsprechend
dem Füllstand
der zu behandelnden Flüssigkeit,
beispielsweise des Wassers, dem Volumen des Behandlungsbehälters und
der Größe des Schwingungsmotors,
und sie beträgt
je nach Bedarf zwischen 5 und 7. Falls die Anzahl der Stufen vergrößert wird,
wird die Amplitude der Schwingung verkleinert, da sich die Belastung
des Schwingungsmotors erhöht
und da sich der Schwingungsmotor erhitzen kann. Die Schwingblätter können alle
zusammen aus einem Stück
sein.
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Das
Schwingblatt kann horizontal ausgerichtet sein, doch es kann auch,
wie in 6 gezeigt, unter einem kleinen Winkel zur Horizontalen
stehen. Der Winkel α wird
zwischen 5 und 30 Grad gewählt,
vorzugsweise aber zwischen 10 und 20 Grad, um dem Schwingrühren eine
Richtwirkung zu verleihen.
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Jedes
Schwingblatt wird von seiner Ober- und Unterseite her mittels der
Schwingblattbefestigungselemente festgeklemmt, um das Schwingblatt
an dem schwingenden Stab zu befestigen, wodurch ein Schwingblattabschnitt
entsteht. Die Schwingblattbefestigungselemente und die Schwingblätter sind
als Ganzes geneigt, wie es in 6 gezeigt
ist.
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Die
Schwingblätter
und die Schwingblattbefestigungselemente können unter Verwendung eines Kunststoffmaterials
in einem Formverfahren integral hergestellt werden. Falls das Schwingblatt
und das Schwingblattbefestigungselement getrennt hergestellt werden,
dringt die Substanz in der zu behandelnden Flüssigkeit in die Verbindungsstellen
zwischen beiden ein und die Durchführung der Reinigungsarbeit
erfordert viel Aufwand. Dagegen kann dieser Nachteil mit dem integralen
Formverfahren umgangen werden. Außerdem entstehen bei der Herstellung
von Schwingblatt und Befestigungselement keine Unregelmäßigkeiten
in der Dicke, wodurch die Konzentration der Belastung umgangen wird,
so dass die Haltbarkeit der Schwingblätter erheblich verlängert werden
kann.
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Andererseits
kann das Schwingblatt einzeln gegen ein anderes Schwingblatt ausgetauscht
werden, wenn Schwingblatt und Schwingblattbefestigungselement getrennt
hergestellt werden. Ein Austausch ist jedoch auch im Fall des integral
geformten Gegenstands möglich.
In diesem Fall ist das Material des Schwingblatts, des Schwingblattbefestigungselements
und des integral geformten Gegenstands nicht auf Kunststoffmaterialien
eingeschränkt,
und es können
verschiedene Materialien, wie sie vorstehend beschrieben wurden, verwendet
werden. Die Schwingblattbefestigungselemente 11, mit denen
das Schwingblatt 10 von der Ober- und Unterseite her festgeklemmt ist,
können
so konstruiert sein, dass die oberen und unteren Befestigungselemente
unterschiedliche Größen haben,
wodurch die Schwingbeanspruchung aufgenommen werden kann.
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Wie
in 6 gezeigt kann zwischen dem Schwingblattbefestigungselement 11 und
dem Schwingblatt 10 eine Kunstharzplatte, beispielsweise
eine Platte aus einem fluorhaltigen Kunststoff oder eine Gummiplatte 33,
eingelegt sein, um eine dämpfende
Wirkung auszuüben,
wodurch die Belastung im Schwingblatt aufgenommen wird. Weiter ist
die Kunstharzplatte oder Gummiplatte 33 vorzugsweise so
gestaltet, dass sie, wie in 6 gezeigt,
länger
als das Schwingblattbefestigungselement 11 ist und leicht
in Richtung des äußeren Endes
des Schwingblatts 10 hervorsteht.
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Der
Schwingblattabschnitt, der das Schwingblatt und das Schwingblattbefestigungselement
umfasst, kann durch Verwendung einer Mutter fest an dem schwingenden
Stab fixiert werden. Wenn eine Vielzahl von Schwingblättern an
dem schwingenden Stab befestigt wird, werden sie mit Muttern 9 an
dem schwingenden Stab fixiert, und es werden weiter ein (3)
oder mehrere (6) zylindrische Abstandhalter 8 von
fester Länger
dazwischen eingesetzt, so dass sie genau auf den schwingenden Stab
passen, wodurch der Abstand zwischen benachbarten Schwingblättern einfach
fixiert werden kann.
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Für die Schwingblätter (oder
den Schwingblattabschnitt) können
verschiedene Formen gewählt
werden. Die 7A und 7B und
die 8A und 8B zeigen
Beispiele für
die Form der Schwingblätter.
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Das
in 7A gezeigte Schwingblatt 10 lässt sich
durch Ausschneiden eines kreuzförmigen
Teils aus einer Platte oder durch Übereinanderlegen zweier Streifen
herstellen. Das Befestigungselement 11 kann dieselbe Breite
wie die Schwingblätter
(7A, 8A) besitzen oder weniger breit
als die Schwingblätter (7B, 8B)
sein. Wenn in diesen Fällen
eine Kerbe im Schwingblatt ausgebildet ist, werden das Schwingblatt
und das Befestigungselement leicht beschädigt, wenn sie über eine
längere
Zeit verwendet werden. Daher ist es vorzuziehen, keine Kerbe auszubilden.
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In
den vorstehend dargestellten Ausführungsformen ist ein schwingender
Stab 7 vorhanden. Es kann jedoch eine Vielzahl von schwingenden
Stäben
vorhanden sein, um eine Sterilisationsvorrichtung mit mehreren Stäben zu erhalten.
Die Konstruktion mit mehreren Stäben
ist geeignet, um die zu behandelnde Flüssigkeit in einem Behandlungsbehälter mit
großen
Abmessungen wirksam zu rühren.
Diese Ausführungsform
ist in den 9 bis 11 gezeigt.
In dieser Ausführungsform
sind zwei schwingende Stäbe 7 vorhanden.
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Wenn
das Schwingblatt wie in 6 gezeigt unter dem Winkel α angestellt
ist, können
ein oder zwei untere Schwingblätter
von einer Vielzahl von Schwingblättern
nach unten geneigt sein, und die anderen Schwingblätter können nach
oben geneigt sein, wie es in 9 gezeigt
ist. Mit dieser Konstruktion kann der Bodenbereich des Behandlungsbehälters 13 hinreichend
durchgerührt
werden, und es kann somit verhindert werden, dass die zu behandelnde
Flüssigkeit
FLÜ im
unteren Bereich im Behälter
in Ruhe bleibt.
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Der
Schwingungsmotor 14 wird in der vorstehend dargestellten
Ausführungsform
auf den Behandlungsbehälter 13 aufgesetzt.
Alternativ dazu kann der Schwingungsmotor an der Seitenwand des
Behälters angebaut
werden, und, wenn der Behälter
eine geringe Dicke (z.B. 5 mm oder weniger bei Edelstahl) besitzt und
somit die Seitenwand des Behälters
leicht durch die Schwingungsenergie der Flüssigkeit in Schwingungen versetzt
wird, ist es zu bevorzugen, den Schwingungsmotor auf einem Tisch
oder auf dem Boden außerhalb des
Behälters
zu montieren. Wenn die Dicke des Behälters 5 mm oder weniger beträgt, wird
weiter an der Seitenwand des Behälters
ein Verstärkungselement
angebracht, wie wenn ein Band befestigt wird, und die Schwingrührvorrichtung
wird auf dem Verstärkungselement
montiert.
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Für die schwingungserzeugende
Einheit gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein System vorgesehen, bei dem die Motormontageplatte
in Schwingungen versetzt wird und die Schwingungsenergie der Montageplatte
auf den schwingenden Stab übertragen
wird. 12 zeigt eine Variante der schwingungserzeugenden
Einheit, bei der der Schwingungsmotor 14 an der unteren
Oberfläche
der zusätzlichen
Montageplatte 45' befestigt
wird. Die zusätzliche
Montageplatte 45' wird
auf die Montageplatte 45 montiert. Durch diesen Aufbau lässt sich
der Schwerpunkt tiefer setzen, um gegen das Auftreten von Rollen
im Maximum (S. 16, Z. 8) vorzubeugen, verglichen mit dem Fall, in
dem der Schwingungsmotor 14 an der oberen Oberfläche der
zusätzlichen Montageplatte 45' befestigt wird.
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In
der in 12 dargestellten Ausführungsform
ist der schwingende Stab 7 ungefähr in seiner Mittel in zwei
schwingende Teilstäbe 134 aufgeteilt,
und die Schwingblätter 10 verbinden
diese schwingenden Teilstäbe 134,
so dass die Schwingung der Schwingblätter ein Schwingrühren der
zu behandelnden Flüssigkeit FLÜ bewirkt.
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Der
Schwingungsmotor kann bei der vorliegenden Erfindung ein mechanischer
Motor, ein Magnetmotor, ein Luftmotor oder dergleichen sein. Anstatt
des Schwingungsmotors kann eine Druckluftpumpe oder dergleichen
als schwingungserzeugende Einheit verwendet werden.
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Die
Stärke
der „Flattererscheinung" am äußeren Ende
des Schwingblatts, die durch die Schwingung des Schwingblatts hervorgerufen
wird, variiert mit der Frequenz der Schwingung, der Länge und
der Dicke des Schwingblatts, der Viskosität und dem spezifischen Gewicht
der zu behandelnden Flüssigkeit,
und daher werden die Länge
und die Dicke des Schwingblatts vorzugsweise so gewählt, dass
bei einer bestimmten Frequenz ein möglichst starkes „Flattern" auftritt. Wenn die
Länge m
(Länge
eines Abschnitts, der sich vom Befestigungselement bis zum äußeren Ende
erstreckt) des Schwingblatts bei konstant gehaltener Schwingungsfrequenz und
Dicke des Schwingblatts variiert wird, variiert die Stärke F des „Flatterns" weitgehend periodisch,
wie es in 13 gezeigt ist. Vorzugsweise
wird die Länge
L1, die das erste Maximum ergibt, oder die
Länge L2. die das zweite Maximum ergibt, als Länge m des
Schwingblatts gewählt.
Die Länge,
die dem ersten Maximum entspricht, oder die Länge des zweiten Maximums wird
passend und der Anforderung, die Schwingung der Flüssigkeit
zu verstärken
oder die Fluidisierung der Flüssigkeit
zu intensivieren, entsprechend gewählt. Wenn die Länge L3, die dem dritten Maximum entspricht, gewählt wird,
wird die Amplitude der Schwingung verringert, und der Anwendungsbereich
der Vorrichtung wird dadurch etwas eingeschränkt.
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Die
folgende Tabelle 1 zeigt die experimentellen Ergebnisse für die dem
ersten bzw. dem zweiten Maximum entsprechenden Längen L1 und
L2 bei einer Frequenz von 37 Hz bis 60 Hz
und bei 75 W für
ein Schwingblatt aus Edelstahl, wenn dessen Dicke D geändert wird.
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In
diesem Experiment betrug die Länge
von der Mitte des schwingenden Stabs bis zum äußeren Ende des Schwingblattbefestigungselements
27 mm, und der Neigungswinkel α des
Schwingblatts betrug 15 Grad nach oben.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann der schwingende Stab aus Kunststoff
bestehen. Die 14 und 15 zeigen
jeweils eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Sterilisationsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, und 16 zeigt eine Ansicht dieser
Ausführungsform
von oben. Die Schnitte in den 14 und 15 sind
entlang der Linien X-X' bzw.
Y-Y' in 16 geführt.
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In
den 14 bis 16 bezeichnet
die Bezugsziffer 13 einen Behandlungsbehälter, die
mit der zu behandelnden Flüssigkeit
FLÜ gefüllt ist.
Die Bezugsziffer 18 bezeichnet ein Trageelement, das am
oberen Rand des Behälters 13 befestigt
ist. Die Bezugsziffern 14 und 15 bezeichnen einen
Schwingungsmotor bzw. ein Befestigungselement für den Schwingungsmotor. Diese
bilden eine schwingungserzeugende Einheit.
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Die
Bezugsziffern 1 und 1' bezeichnen eine obere Metallplatte
bzw. eine untere Metallplatte, und die Bezugsziffer 2 bezeichnet
eine Gummiplatte. Diese bilden ein schwingungsdämpfendes Element 3,
das zwischen der schwingungserzeugenden Einheit und dem Behälter 13 angeordnet
ist. Die obere Metallplatte 1 und die untere Metallplatte 1' sowie die Gummiplatte 2 sind
mittels Schrauben 16 und Muttern 17 in einer geschichteten
Anordnung verbunden.
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Das
schwingungsdämpfende
Element 3 ist so an dem Tank 13 angebracht, dass
die untere Metallplatte 1' und
das Trageelement 18 mittels Schrauben 31 miteinander
verbunden sind, wobei zwischen ihnen eine Dichtung 12 eingelegt
ist. Die schwingungserzeugende Einheit wird auf das schwingungsdämpfende
Element 3 in dessen Mitte mit Abstand von dem Trageelement 18 so
montiert, dass der Schwingungsmotor 14 und die obere Metallplatte 1 über das
Montageelement 15 mittels Schrauben 32 miteinander
verbunden sind.
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Die
Bezugsziffer 7 bezeichnet einen schwingenden Stab, dessen
oberer Abschnitt mittels Muttern 20, 20' und eines Gummirings 19,
der als Einheit zum Auffangen der Schwingbeanspruchung dient, mit
dem schwingungsdämpfenden
Element 3 in dessen Mitte verbunden ist. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet
ein Schwingblatt, das an dem schwingenden Stab 7 angebracht
ist. Auf dem schwingenden Stab 7 sind zwischen den benachbarten
Schwingblättern 10 Abstandhalter 8 angeordnet.
Die Schwingblätter 10,
die jeweils von einem oberen und einem unteren Befestigungselement 11 bzw. 11' gehalten werden,
haben einen bestimmten Abstand voneinander. Die Bezugsziffer 9 bezeichnet
eine Mutter, die dazu dient, die Abstandhalter 8, die Schwingblätter 10 und
die Schwingblattbefestigungselemente 11, 11' auf dem schwingenden
Stab 7 zu halten.
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Beispiele
für Materialien
der Metallplatten 1, 1' sind Edelstahl, Eisen, Kupfer,
Aluminium, geeignete Legierungen usw. Die Dicke der Metallplatten 1, 1' beträgt beispielsweise
10 bis 40 mm.
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Materialien
der Gummiplatte 2 sind beispielsweise synthetischer Kautschuk
oder vulkanisierter Naturkautschuk, vorzugsweise aber Schwingungsabsorber
aus Gummi gemäß der Definition
in JIS K6386 (1977).
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Beispiele
für synthetischen
Kautschuk sind Chloroprenkautschuk, Nitrilkautschuk, Nitril-Chloropren-Kautschuk,
Styrol-Chloropren-Kautschuk, Butadien-Acrylnitril-Kautschuk, Isoprenkautschuk,
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Epichlorhydrinkautschuk, Alkylenoxid-Kautschuk,
Fluorkautschuk, Silikonkautschuk, Urethankautschuk, Polysulfidkautschuk,
Phosphorkautschuk (flammfester Kautschuk).
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Beispiele
für Gummiplatten,
die auf dem Markt erhältlich
sind, sind Naturkautschukplatten, Platten aus isolierendem Kautschuk,
Platten aus elektrisch leitendem Kautschuk, ölbeständiger Kautschuk (z.B. NBR), Chloroprenkautschukplatten,
Butylkautschukplatten, Chlorkautschukplatten, SBR- Kautschukplatten,
Silikonkautschukplatten, Fluorkautschukplatten, Acrylkautschukplatten,
Ethylen-Propylen-Kautschukplatten, Urethankautschukplatten, Epichlorhydrinkautschukplatten,
Platten aus flammfestem Kautschuk. Vorzugsweise wird eine Gummiplatte
verwendet, die aus einem Material besteht, das die Eigenschaften
eines Gummischwingungsabsorbers aufweist, wie er in JIS K6386 (1977)
definiert ist, das insbesondere einen statischen Schermodul von
4 bis 22 kgf/cm2 besitzt, vorzugsweise von
5 bis 10 kgf/cm2, und eine Bruchdehnung
von mindestens 250%.
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Die
Dicke der Gummiplatte beträgt
beispielsweise 0,1 mm bis 20 mm, vorzugsweise 0,5 mm bis 10 mm.
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17A zeigt eine schematische Ansicht des schwingungsdämpfenden
Elements 3 von oben. Die Bezugsziffer 5 in 17A bezeichnet ein Loch, durch das der schwingende
Stab 7 hindurchgeht. Das schwingungsdämpfende Element 3 dichtet
die obere Öffnung
des Behälter 13 ab.
Der Innendurchmesser des Lochs der Gummiplatte 2, das ein
Teil des Lochs 5 des schwingungsdämpfenden Elements 3 ist,
ist weitgehend gleich dem Durchmesser des schwingenden Stabs 7,
während
der Innendurchmesser eines Lochs der Metallplatten 1, 1', das ein Teil
des Lochs 5 des schwingungsdämpfenden Elements 3 ist,
etwas größer als
der Durchmesser des schwingenden Stabs 7 ist, wie es in 17D gezeigt ist.
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Die 17B und 17C zeigen
eine schematische Ansicht von Varianten des schwingungsdämpfenden
Elements 3 von oben. Das schwingungsdämpfende Element 3 aus 17B umfasst einen ersten Abschnitt 3a und
einen zweiten Abschnitt 3b, deren einander zugewandte Kanten
einander berühren.
Das schwingungsdämpfende
Element 3 aus 17C weist
eine Öffnung 6 auf,
wobei es auf der gesamten oberen Kante des Behälters 13 aufliegt.
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Die 17D und 17E zeigen
eine Querschnittsansicht des schwingungsdämpfenden Elements 3.
Wie in 17E gezeigt kann ein flexibles
Dichtelement 36 aus weichem Gummi oder dergleichen verwendet
werden, um eine vollständige
Abdichtung in dem Bereich herzustellen, in dem der schwingende Stab 7 durch
die Öffnung 5 oder 6 des
schwingungsdämpfenden
Elements 3 hindurchgeht. Solch eine vollständige Abdichtung
ist von Vorteil, um eine Verunreinigung der Flüssigkeit mit von außen eintretenden
Substanzen wie Staub usw. zu vermeiden.
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Auch
in dem Fall, in dem, wie in 17D gezeigt,
das flexible Dichtelement nicht verwendet wird, lässt sich
eine hinreichende Abdichtung herstellen, unter Ausnutzung der Gummiplatte 2 des
schwingungsdämpfenden
Elements 3, und zwar dadurch, dass die Ausdehnung und Kontraktion
der Gummiplatte 2 der Bewegung des schwingenden Stabs 7 in
beträchtlichem
Maß folgen
kann, wobei die dadurch erzeugte Reibungswärme klein ist.
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Die 18A und 18E zeigen
in einer Ansicht von vorne Beispiele für das schwingungsdämpfende
Element 3. Das schwingungsdämpfende Element 3 aus 18B ist dasselbe wie dasjenige aus den 14 und 15.
Das schwingungsdämpfende
Element 3 aus 18A umfasst
eine Metallplatte 1 und eine Gummiplatte 2. Das
schwingungsdämpfende
Element 3 aus 18C umfasst
eine obere Metallplatte 1, eine obere Gummiplatte 2,
eine untere Metallplatte 1' und
eine untere Gummiplatte 2'.
Das schwingungsdämpfende
Element 3 aus 18D umfasst
eine obere Metallplatte 1, eine obere Gummiplatte 2,
eine mittlere Metallplatte 1",
eine untere Gummiplatte 2' und
eine untere Metallplatte 1'.
Die Dicke der mittleren Metallplatte 1" beträgt beispielsweise 0,3 bis 10
mm, während
die Dicke der oberen und der unteren Metallplatte 1, 1' ziemlich groß ist, beispielsweise
10 bis 40 mm, wie vorstehend angegeben, da die obere Metallplatte 1 die
schwingungserzeugende Einheit trägt
und die untere Metallplatte 1' an dem Trageelement 18 befestigt
ist. Das schwingungsdämpfende
Element 3 aus 18E umfasst
eine obere Metallplatte 1, eine untere Metallplatte 1' und eine Gummiplatte 2,
die eine obere Vollgummiplatte 2a, eine Schaumgummiplatte 2b und
eine untere Vollgummiplatte 2c umfasst. Von der oberen
und der unteren Vollgummiplatte 2a, 2c kann eine
entfallen. Alternativ kann eine Vielzahl von Schaumgummiplatten
und eine Vielzahl von Vollgummiplatten in der Gummiplatte verwendet
werden. Das schwingungsdämpfende
Element 3 kann aus einer Gummiplatte bestehen.
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19 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Variante des schwingungsdämpfenden
Elements 3 teilweise im Querschnitt. Sie umfasst sieben
Gummiplatten 2 und sechs Metallplatten 1, von
denen jede zwischen benachbarten Gummiplatten 2 angeordnet
ist, und ist kreisförmig.
In dem schwingungsdämpfenden
Element 3 ist ein Loch 34 vorhanden, durch das
eine Schraube geführt
wird, um das Element 3 am Behandlungsbehälter zu
befestigen. Der Durchmesser oder die Breite B des Elements 3 ist
vorzugsweise mindestens gleich der doppelten Dicke D, wobei es am
günstigsten
ist, wenn sie gleich dem Dreifachen der Dicke D ist. Wenn die Breite
B zu klein ist, wird das schwingungsdämpfende Element 3 in
der vertikalen Richtung gebogen und es kommt zu einer beträchtlichen
Wärmeentwicklung
durch die Reibung zwischen dem schwingungsdämpfenden Element 3 und
der Schraube.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein schwingungsdämpfendes
Element 3 verwendet, das 1 bis 10 Gummiplatten umfasst.
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Die
schwingungserzeugende Einheit wird vorzugsweise an derjenigen Seite
der geschichteten Konstruktion angebracht, an der sich eine Metallplatte
befindet. Die von dem Schwingungsmotor erzeugte Schwingung wird über das
Montageelement 15 oder dergleichen auf das schwingungsdämpfende
Element 3 übertragen.
Vorzugsweise wird der Druck, der durch das Gewicht der schwingungserzeugenden
Einheit auf das schwingungsdämpfende
Element 3 entsteht, insbesondere in dem Bereich, der dem
Trageelement 18 und der oberen Kante des Behälters 13 entspricht,
so gleichmäßig wie
möglich
verteilt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann die zu behandelnde Flüssigkeit
Wasser von unterschiedlicher Qualität sein, beispielsweise Leitungswasser,
Brunnenwasser, Regenwasser, Flusswasser, Abwasser, verschmutztes
Flusswasser, verschiedene Arten organischer Lösungsmittel, die mit Bakterien
oder dergleichen kontaminiert sind, oder eine Flüssigkeit, die anorganische
oder organische Substanzen enthält.
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Bei
der vorliegenden Erfindung sind zu behandelnde Gegenstände nicht
auf bestimmte Arten eingeschränkt,
und zu ihnen können
Tischgeschirr, Teile von Vorrichtungen zur Lebensmittelverarbeitung,
verschiedene Behältnisse
und Gefäße für Lebensmittel
und medizinische Zwecke, medizinische Instrumente wie Instrumente
für chirurgische
Operationen, Bekleidung, Bettwäsche,
Kunstgegenstände,
Schmuck, Lebensmittel wie Gemüse/Obst
usw. gehören.
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Wenn
ein zu behandelnder Gegenstand groß ist und direkt in den Behandlungsbehälter gelegt
werden kann, ist es möglich,
ihn direkt in den Behälter
zu legen. Wenn es sich jedoch um einen Kunstgegenstand oder dergleichen
handelt, wird er vorzugsweise in einem löcherigen Behältnis oder
Halter, beispielsweise einem Käfig
oder dergleichen, in den Behälter
eingebracht.
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Wenn
ein Gegenstand durch irgendein Mittel in Schwingungen versetzt,
hin und her bewegt oder gedreht wird, wird unabhängig von der Größe des Gegenstands
ein besserer und gleichmäßigerer
Kontakt zwischen der Behandlungsflüssigkeit und dem Gegenstand
erreicht. Daher ist eine solche Bewegung des Gegenstands wünschenswert.
Wenn der Gegenstand groß ist,
kann er selbst aufgehängt
werden und ein Aufhängeelement
kann in Schwingungen versetzt, hin und her bewegt oder gedreht werden.
Wenn der Gegenstand klein ist, wird der Gegenstand in ein löcheriges
Behältnis
gelegt und das löcherige
Behältnis
wird in Schwingungen versetzt, hin und her bewegt oder gedreht,
während
der Gegenstand in dem Behältnis,
falls dies erforderlich ist, fixiert ist. Das löcherige Behältnis kann aus einem Kunststoffmaterial
oder Metall bestehen. Es kann hergestellt werden, indem in einer
Kunststoffplatte oder Metallplatte bedarfsgerecht Löcher ausgebildet
werden. Wenn jedoch das Verhältnis
der offenen Fläche
zur Seitenwand erhöht
werden muss, wird die Seitenwand aus einen Metalldrahtnetz oder
aus einem mit Harz beschichteten Metalldrahtnetz hergestellt. Das
Verhältnis
zwischen der offenen Fläche
und der Seitenwand kann ungefähr
zwischen 10 und 98% betragen. Die Anzahl und Form der an dem Behältnis ausgebildeten
Löcher
entspricht der Größe und Form
der Gegenstände,
die das Behältnis
aufnehmen soll und die in der Flüssigkeit
sterilisiert werden sollen, um die bestmögliche Effizienz der Behandlung
zu erzielen. Der Anteil der offenen Fläche beträgt vorzugsweise mindestens
20% der Seitenwandfläche.
Wenn der Anteil der offenen Fläche
kleiner als dieser Wert ist, sinkt die Effizienz der Behandlung.
Das Behältnis
kann in seinem horizontalen Querschnitt kreisförmig oder vieleckig sein.
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Der
Vorgang, in dem die Gegenstände
bei der vorliegenden Erfindung hin und her bewegt werden, ist eine
so langsame Hinundherbewegung, dass die Amplitude der Hinundherbewegung
ungefähr
10 bis 100 mm, vorzugsweise 20 bis 60 mm, beträgt und die Frequenz ungefähr 10 bis
60 Hinundherbewegungen pro Minute beträgt. Wird der Gegenstand gedreht,
kann dieselbe Wirkung zufrieden stellend erzielt werden, wenn die
Drehung mit einer Drehzahl von ungefähr 10 bis 60 Umdrehungen pro
Minute erfolgt.
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20 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Sterilisationsvorrichtung
mit einem solchen löcherigen
Behältnis,
um die Gegenstände
zu halten, und einem Antriebsmittel, um das Behältnis zu bewegen.
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In 20 ist
eine schwingungserzeugende Einheit, die den Schwingungsmotor 14 umfasst,
auf dieselbe Weise auf dem Behandlungsbehälter 13 montiert wie
bei der Vorrichtung aus den 9 bis 11. Außerdem ist
an den Behälter 13 über Schraubenfedern 246 ein
schwingender Rahmen 244 angebracht, der dem Auffangen der
Schwingung dient. An dem schwingenden Rahmen 244 sind ein
Schwingungsmotor 248 und ein Ausgleichsgewicht 249 befestigt.
Das Behältnis 252 wird
mittels der Verbindungselemente 250 an den schwingenden
Rahmen 244 angebracht und mittels eines (nicht gezeigten)
Motors, der über
einen (nicht gezeigten) Wechselrichter geregelt wird, gedreht.
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Die
zu behandelnden Gegenstände
werden in dem Behältnis 252 aufgenommen,
das um eine Achse 252a gedreht wird und durch die in dem
Schwingungsmotor 248 erzeugte und über den Rahmen 244 und
die Verbindungselemente 250 übertragene Schwingungsenergie
in Schwingungen versetzt wird, so dass die Gegenstände in dem
Behältnis 252 in
Schwingungen versetzt und gedreht werden.
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Die
Hinundherbewegung der Gegenstände
kann erfolgen, wenn die unteren Enden der vorstehend genannten Schraubenfedern 246 an
einem Element befestigt sind, das an dem Behandlungsbehälter 13 angebracht
ist und mittels eines (nicht gezeigten) Motors hin und her bewegt
wird.
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Es
ist möglich,
das Behältnis 252 so
anzuordnen, dass sich die Achse 252a in vertikaler Richtung
erstreckt.
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Die
bei der Sterilisation abzutötenden
Bakterien sind nicht auf bestimmte Arten eingeschränkt, doch ist
die vorliegende Erfindung wenigstens bei koliformen Bakterien (Colon
bacillus, enteropathogenen Escherichia coli, 0-157), Salmonella,
Vibrio parahaemolyticus, Campylobacter, Yersinia, Bacterium perfringens,
NAG vibrio, Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cepacia, Staphylococcus
aureus, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus pneumoniae, Serratia,
Proteus, Enterobacter, Citrobacter, Enterococcus, Klebsiella, Bacteroides,
Legionella, Mycobacterium, Pneumocystis carinii, Pilzen, pathogenen
Viren usw. besonders wirksam.
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Metalle
wie Ag, Pd, Au, Pt, Ni, Cu, Zn, Sb, Mg, Sn, Pb usw. können als
sterilisierende Metall oder bakterizides Metall für das Material
des Schwingblatts oder des Schwingblattbefestigungselements dienen.
Diese Metalle können
allein oder als Legierung dieser Metalle (beispielsweise Messing)
oder als Legierung dieser Metalle mit anderen Metallen verwendet
werden. Weiter können
Metalloxide wie Titanoxid (TiO2), Zinkoxid (ZnO),
Silberoxid, Kupferoxid usw. als sterilisierende Metallverbindung
oder bakterizide Metallverbindung für das Material des Schwingblatts
oder des Schwingblattbefestigungselements dienen. Das sterilisierende
Metalloxid kann in Form von Partikeln vorliegen. Die Größe der Partikel
ist nicht auf einen bestimmten Wert eingeschränkt. Vorzugsweise ist der Durchmesser
der Partikel jedoch möglichst
klein, da dadurch die Oberfläche der
Partikel größer ist
und es ist ein Partikeldurchmesser von höchstens 5 μm zu bevorzugen.
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Die
aus einem sterilisierenden Metall oder aus einer sterilisierenden
Metallverbindung, beispielsweise einem Metalloxid, bestehende Oberfläche des
Schwingblatts oder des Schwingblattbefestigungselements lässt sich
durch Beschichtung eines Substrats für das Schwingblatt bzw. das
Schwingblattbefestigungselement mit dem sterilisierenden Metall
oder seiner Legierung oder durch eine Kompositbeschichtung des Substrats mit
Partikeln, die die sterilisierende Metallkomponente oder Partikel
der sterilisierenden Metallverbindung enthalten, herstellen. Das
vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren der Oberflächenschicht
lässt sich
bei einem Schwingblatt oder Schwingblattbefestigungselement aus
Kunststoffmaterialien anwenden. In diesem Fall wird ein Kunststoffsubstrat
einer normalen Oberflächenbehandlung
unterzogen, um die Adhäsionseigenschaften
zu verbessern, wie es auf den Seiten 650 bis 664 in dem am 25. Juli
1971 von der Nikkan Kogyo Shinbun Company herausgegebenen „Handbook
of Plating Technique" beschrieben
ist. Danach wird die Beschichtung, beispielsweise eine Beschichtung
mit Silber, durchgeführt.
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Bei
der Kompositbeschichtung werden Ni, Cu, Co, Au, Cr, Ag, Fe, Pb usw.
als Matrixmaterial verwendet und als Partikelmaterial dienen Metalloxid,
Metallcarbid, Metallnitrid usw. Bei der vorliegenden Erfindung besitzt
wenigstens eines der Matrix- und
Partikelmaterialen eine sterilisierende oder bakterizide Wirkung.
Insbesondere wird vorzugsweise eine Kombination von bakteriziden
Titanoxidpartikeln und eine Matrix aus bakterizidem Ni, Cu, Au,
Pb oder dergleichen verwendet.
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Als
sterilisierende Metallverbindung kann sterilisierender Edelstahl,
der Ag oder Ni als Komponente enthält, dienen. Als sterilisierende
Metallverbindung kann auch eine Titanoxidfilm dienen, der durch
eine Oberflächenoxidationsbehandlung
eines Titanelements oder eines Elements aus einer Titanlegierung
gebildet wird, beispielsweise durch elektrolytische Oxidation oder
durch Anodisieren. Um eine höhere
Sterilisationsaktivität aufgrund
höherer
photokatalytischer Aktivität
des Titanoxidfilms zu erreichen, wird der Titanoxidfilm vorzugsweise
folgendermaßen
hergestellt: Zunächst
wird in einer Mischung aus H3PO4,
H2SO4 und H2O2 mit einer Spannung,
die höher
als die zur Funkenentladung führende
Spannung ist, ein poröser
anodisch erzeugter Oxidfilm auf einer Titanoberfläche hergestellt
(erstes Anodisieren). Danach werden Titanoxide niedriger Valenz,
die in dem ersten anodisch erzeugten Film entstanden sind und die
photokatalytischen Eigenschaften hemmen, durch erneutes Anodisieren
in einer Mischung aus NH4HF2 und
H2O2 entfernt (zweites
Anodisieren). Der Mischung aus H3PO4, H2SO4 und
H2O2 werden TiO2-Partikel zugesetzt, um die photokatalytische
Aktivität des
anodisch erzeugten Films zu verbessern. Als sterilisierende Metallverbindung
kann auch ein Aluminiumoxidfilm, der durch eine Oberflächenoxidationsbehandlung
eines Aluminiumelements oder eines Elements aus einer Aluminiumlegierung
erzeugt wird, oder ein Magnesiumoxidfilm, der durch eine Oberflächenoxidationsbehandlung
eines Magnesiumelements oder eines Elements aus einer Magnesiumlegierung
erzeugt wird, verwendet werden. Wenn die vorstehend dargestellte
sterilisierende Metallverbindung in Kombination mit der nachstehend dargestellten
Einstrahlung von ultraviolettem Licht kombiniert wird, kann die
Sterilisationsaktivität des
Schwingblatts und des Schwingblattbefestigungselements entscheidend
gesteigert werden.
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Die
Dicke der so hergestellten Oberflächenschicht ist nicht auf einen
bestimmten Wert eingeschränkt, doch
führt eine
Dicke von ungefähr
5 bis 20 μm
im Normalfall zu einer hinreichenden Wirkung. Je nach den Anforderungen
kann das gesamte Schwingblatt aus einem sterilisierenden Metall
oder einem beliebigen Metall, in dem sterilisierende Metallpartikel
dispergiert sind, bestehen.
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Wenn
für die
Schwingblätter
oder die Schwingblattbefestigungselemente Materialien verwendet
werden, die ein Magnetfeld erzeugen, wird das zu behandelnde Wasser
aktiviert oder sterilisiert. Wenn das behandelte Wasser zur Reinigung
von Bekleidung verwendet wird, so ist das Wasser erwiesenermaßen so aktiviert,
dass von der Menge des verwendeten Waschmittels 1/5 gespart werden
kann.
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Um
zu ermöglichen,
dass die Schwingblätter
oder die Schwingblattbefestigungselemente einschließlich deren
Zubehörteile
wie Ringstopfen, Schrauben, Muttern usw. ein Magnetfeld oder magnetische
Kräfte
erzeugen, kann jedes Mittel zur Magnetfelderzeugung verwendet werden.
Beispielsweise kann ein Permanentmagnet (hartes magnetisches Material)
oder ein Elektromagnet verwendet werden. Je nach Bedarf kann auch ein
weiches magnetisches Material verwendet werden. Als hartes magnetisches
Material kann magnetisches Ferritmaterial, magnetisches Material
aus seltenen Erden, magnetischer Stahl oder dergleichen verwendet werden.
Insbesondere können
Alnico-Magnete, Samairium-Cobalt-Magnete,
Neodymiummagnete, Eisenmagnete, Bormagnete oder dergleichen verwendet
werden. Im Fall von weichem magnetischem Material wird eine Spule
um das weiche magnetische Material gewickelt und die gewünschte Magnetisierung
wird in dem weichen magnetischen Material jeweils induziert (weiches
magnetisches Material wird magnetisiert), indem nach dem Prinzip
eines Elektromagneten ein Strom durch die Spule fließen gelassen
wird. Weiches Eisen, Siliciumstahl, Permalloy oder dergleichen können als
weiches magnetisches Material verwendet werden. Wenn das weiche
magnetische Material nach dem Prinzip eines Elektromagneten magnetisiert
wird, kann die Polarität
auf die folgenden Weisen positiv oder negativ gewählt werden:
(1) Sie ändert
sich von positiv nach negativ, (2) sie ändert von negativ nach positiv,
(3) alle Schwingblätter
haben negative Polarität,
(4) alle Schwingblätter haben
positive Polarität,
oder (5) bestimmte Schwingblätter
haben positive Polarität,
während
die anderen Schwingblätter
negative Polarität
haben. Diese magnetischen Materialien können in der Form flexibler
dünner Plattenmagneten
vorliegen, wie es in der Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr.
Sho-53-21438 beschrieben ist. Die Stärke des Magnetfelds beträgt vorzugsweise
mindestens 500 Oersted.
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Diese
magnetischen Materialien werden vorzugsweise für die Schwingblattbefestigungselemente
einschließlich
deren Zubehörteile
wie Ringstopfen, Schrauben, Mutter usw. verwendet.
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Mit
diesen Materialien lassen sich Bakterien wie Colon bacillus, 0-157,
Salmonella, Streptococcus usw. äußerst wirksam
einfangen.
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Das
Substrat- oder Basiselement der Schwingblätter und der Schwingblattbefestigungselemente
kann aus den vorstehend beschriebenen magnetischen Materialien bestehen,
doch kann auch Magnetgummi verwendet werden, das am Substrat der
Schwingblätter
oder Schwingblattbefestigungselemente haftet. Wenn kein magnetisches
Material erforderlich ist, kann für das Substrat jedes Metall-
oder Kunststoffmaterial verwendet werden. Weiter kann das Substrat
Magnetpulver, auch solches mit seltenen Erden, enthalten.
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Vorzugsweise
wird die zu behandelnde Flüssigkeit
so schwinggerührt,
dass mit einem dreidimensionalen elektromagnetischen Strömungsmessgerät (ACM300-A:
erhältlich
bei Alec Electronics Co., Ltd.) eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens
100 mm/s gemessen wird.
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Die
Sterilisationsaktivität
des Schwingblatts und des Schwingblattbefestigungselements lässt sich
dadurch steigern, dass sie mit ultravioletten Licht bestrahlt werden.
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Die 21 und 22 zeigen
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der ultraviolettes Licht eingestrahlt
wird. Bei dieser Ausführungsform
ist die Schwingrührvorrichtung
nicht auf dem Behandlungsbehälter 13 montiert,
sondern auf einem Sockelelement 60. Eine Vorrichtung 62 zum
Einstrahlen von ultraviolettem Licht, die an der oberen Kante des
Behandlungsbehälters 13 angebracht
ist, umfasst eine Ultraviolett-Lampe 62a und eine reflektierende
Abdeckung 62b. Als Ultraviolett-Lampe 62a werden
vorzugsweise die folgenden Lampen verwendet: Deuteriumlampe; Xenonlampe;
Quecksilberlampe; Hochdruck-Quecksilberlampe; Super-Hochdruck-Quecksilberlampe;
Germizidlampe; Schwarzlichtlampe.
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Die
Wellenlänge
des ultravioletten Lichts der Lampe 62a liegt beispielsweise
zwischen 200 und 400 nm, vorzugsweise zwischen 200 und 300 nm. Dabei
ist eine Hochdruck-Quecksilberlampe
mit einer Schwerpunktswellenlänge
von 253,7 nm am günstigsten.
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Die
Ultraviolett-Lampe 62a mit einer Leistung von 10 bis 40
W wird einzeln oder in einer Vielzahl verwendet. Die Lampe 62a ist
in einer Position angeordnet, die vom Schwingblatt 10 aus
gesehen rechts oben liegt, und sie erstreckt sich in horizontaler
Richtung. Die reflektierende Abdeckung 62b besitzt eine
solche Form, dass sich das ultraviolette Licht, das von der Innenfläche der
Abdeckung 62b reflektiert wird, in der Richtung des Schwingblatts 10 ausbreitet.
Die reflektierende Abdeckung 62b hat auch die Funktion,
ein Austreten des ultravioletten Lichts außerhalb der Sterilisationsvorrichtung
zu verhindern.
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Bei
der Vorrichtung in dieser Ausführungsform
wird die Flüssigkeit
FLÜ durch
das Schwingblatt 10 schwinggerührt, während das Schwingblatt 10 und/oder
das Schwingblattbefestigungselement (11 usw.) mit ultraviolettem
Licht bestrahlt wird. Die Aktivität des sterilisierenden Metalls
bzw. der sterilisierenden Metallverbindung wird durch die Einstrahlung
von ultraviolettem Licht gesteigert, wodurch sich die Behandlungsdauer verkürzt. Es
ist davon auszugehen, dass die vorstehend beschriebene Wirkung der
Einstrahlung von ultraviolettem Licht auf der Aktivierung des sterilisierenden
Metalls bzw. der sterilisierenden Metallverbindung beruht, was gegenüber dem
Fall, in dem kein ultraviolettes Licht eingestrahlt wird, zu einer
längeren
Erhaltung der sterilisierenden Wirkung führt.
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Die 23 und 24 zeigen
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der ultraviolettes Licht eingestrahlt
wird. Bei dieser Ausführungsform
ist eine Vorrichtung 64 zum Einstrahlen von ultraviolettem
Licht im Inneren des Behandlungsbehälters 13 angeordnet.
Die Vorrichtung 64 umfasst eine Ultraviolett-Lampe 64a und
ein Schutzrohr 64b, um die Lampe 64a darin aufzunehmen,
das aus einem für
ultraviolettes Licht durchlässigen
Material besteht. Das Schutzrohr 64b erstreckt sich in
vertikaler Richtung in der Nähe
des Schwingblatts 10 und wird durch ein Klemmelement 65 gehalten,
das an der Innenfläche
des Behandlungsbehälters 13 angebracht
ist. Vorzugsweise wird ein Schutzrohr 64b verwendet, das
aus Quarz, Pyrex oder transparentem Polyvinylalkohol besteht. Das
Schutzrohr 64b kann mit der Lampe 64a aus einem Stück sein.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
kann die Ultraviolett-Lampe 64a im Vergleich zu der Ausführungsform aus
den 21 und 22 näher am Schwingblatt 10 angeordnet
werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele eingehender
beschrieben, doch ist der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung
nicht auf die folgenden Beispiele eingeschränkt.
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BEISPIEL 1
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Es
wurde eine Vorrichtung verwendet, wie sie in den
9 bis
11 gezeigt
ist, wobei das Schwingblatt aus magnetischem Stahl bestand und mit
einer Oberflächenbeschichtung
aus Silber versehen war. Die Abmessungen des Schwingblatts waren
210 mm × 140
mm × 0,6
mm. Das Schwingblattbefestigungselement bestand aus ferromagnetischem
Neodymium-Material.
Die Abmessungen des Befestigungselements waren 210 mm × 60 mm × 4 mm.
Die technischen Daten des Schwingungsmotors waren: 200 V, 250 W,
3-phasig. Die Innenmaße
des Behandlungsbehälters
waren 450 mm × 1100
mm × 500
mm. Als zu behandelnde Flüssigkeit
diente Wasser, das die folgenden Bakterien enthielt:
Bakterien
allgemein | 1000
n/ml |
Koliforme
Bakterien (MPN) | 9500/100ml |
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Der
Nachweis der Bakterien erfolgte gemäß dem Testverfahren für Mikroorganismen,
wie es in dem von Nippon Suido Kyokai veröffentlichten „Manual
of Test Method for Potable Water" (1993)
insbesondere für allgemeine
und koliforme Bakterien (Seiten 483 bis 492) beschrieben ist. n
ist die Anzahl der Bakterien, und MPN ist die nach dem in dem vorstehend
erwähnten „Manual
of Test Method for Potable Water" (Seiten
475 bis 480) beschriebenen MPN-Verfahren (Most Probable Number)
ermittelte wahrscheinlichste Zahl.
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Die
zu behandelnde Flüssigkeit
wurde in den Behandlungsbehälter
gegeben. Der Schwingungsmotor wurde über den Wechselrichtung mit
einer Frequenz von 40 Hz bei Raumtemperatur betrieben. Die Amplitude des
Schwingblatts betrug 0,15 mm und die Schwingungsfrequenz des Schwingblatts
betrug 800 Schwingungen pro Minute. Die Strömungsgeschwindigkeit der zu
behandelnden Flüssigkeit,
die mit dem dreidimensionalen elektromagnetischen Strömungsmessgerät (ACM300-A)
an einer Stelle in 3 cm Entfernung vom äußeren Ende des Schwingblatts
gemessen wurde, betrug in jeder der Richtungen X, Y und Z 200 mm/s.
Die Strömungsgeschwindigkeit
wurde in derselben Vorrichtung gemessen, wie sie in diesem Beispiel
verwendet wurde, abgesehen davon, dass die magnetischen Teile durch
nicht magnetische Teile ersetzt wurden.
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.
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BEISPIEL 2
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Geschnittene
Rosen wurden in eine Vase mit Wasser gestellt. In Wasser, das 5
Minuten lang wie in Beispiel 1 behandelt wurde, ließen die
Blumen die Köpfe
nach 10 Tagen hängen,
während
sie in dem unbehandeltem Wasser aus Beispiel 1 die Köpfe nach
5 Tagen hängen
ließen.
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BEISPIEL 3
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, abgesehen
davon, dass das Schwingblatt aus Edelstahl bestand und eine mit
Silber beschichtete Oberfläche
aufwies und dass die zu behandelnde Flüssigkeit Flusswasser war, das
die folgenden Bakterien enthielt:
Bakterien
allgemein | 1500
n/ml |
Koliforme
Bakterien (MPN) | 9600/100ml |
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 3 aufgeführt.
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BEISPIEL 4
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Es
wurde eine Vorrichtung verwendet, wie sie in den 9 bis 11 gezeigt
ist, wobei das Schwingblatt aus Edelstahl bestand und mit einer
auf einer Vorbeschichtung gebildeten Oberflächenbeschichtung aus Silber
versehen war. Die Abmessungen des Schwingblatts waren 210 mm × 140 mm × 0,6 mm.
Das Schwingblattbefestigungselement bestand aus ferromagnetischem
Neodymium-Material.
Die Abmessungen des Befestigungselements waren 210 mm × 60 mm × 4 mm.
Die technischen Daten des Schwingungsmotors waren: 200 V, 150 W,
3-phasig. Der Winkel α betrug
0 Grad.
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Die
Innenmaße
des Behandlungsbehälters
waren 450 mm × 1100
mm × 500
mm. Als zu behandelnde Flüssigkeit
diente Wasser, das mit 2,5 × 103 CFU/ml koliformen Bakterien beimpft war.
CFU (Colony Forming Unit) ist die Zahl der koloniebildenden Einheiten,
wie sie in einem CFU-Agarplattentest gezählt werden. Der Test wurde
vom analytisch-technischen Labor der Japan Oilstuff Inspectors' Corporation (Nippon
Yuryo Kentei Kyokai) in Yokohama, Japan, durchgeführt.
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Die
zu behandelnde Flüssigkeit
wurde in den Behandlungsbehälter
gegeben. Der Schwingungsmotor wurde über den Wechselrichter mit
einer Frequenz von 40 Hz bei Raumtemperatur betrieben. Die Amplitude des
Schwingblatts betrug 0,15 mm und die Schwingungsfrequenz des Schwingblatts
betrug 800 Schwingungen pro Minute. Die Strömungsgeschwindigkeit der zu
behandelnden Flüssigkeit,
die auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 gemessen wurde, betrug
in jeder der Richtungen X, Y und Z 200 mm/s.
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Zum
Vergleich wurde die CFU-Zählung
an dem im Behandlungsbehälter
enthaltenen Wasser durchgeführt,
ohne dass die Schwingrührvorrichtung
betrieben wurde.
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 4 aufgeführt.
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BEISPIEL 5
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 4, abgesehen
davon, dass als zu behandelnde Flüssigkeit Wasser verwendet wurde,
das mit 7,5 × 103 CFU/ml Salmonella enteritidis beimpft war.
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 5 aufgeführt.
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BEISPIEL 6
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 4, abgesehen
davon, dass als zu behandelnde Flüssigkeit Wasser diente, das
mit 2,6 × 103 CFU/ml enterohämorrhagischen E. coli 0-157
beimpft war.
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 6 aufgeführt.
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BEISPIEL 7
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Es
wurde die in Beispiel 4 verwendete Vorrichtung verwendet. In der
Behandlungsflüssigkeit
im Behandlungsbehälter
wurden 30 Teller, jeweils mit einem Durchmesser von 25 cm, als zu
behandelnde feste Gegenstände
eingetaucht, wobei sie parallel zu einander senkrecht stehend in
einem Käfig
aus Drahtnetz angeordnet waren. Bei den Gegenständen handelte es sich um (A)
10 Teller aus Glas, (B) 10 Teller aus Aluminium und (C) 10 Teller
aus anodisiertem Aluminium.
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Eine
5-minütige
Sterilisationsbehandlung wurde wiederholt durchgeführt. Die
Anzahl der Wiederholungen ist in den Tabellen 7 und 8, in denen
die Ergebnisse der Sterilisation aufgeführt sind, jeweils angegeben. Es
wurde der Anteil der entfernten Bakterien in Prozent ermittelt.
Tabelle 7 bezieht sich auf den Fall, dass die Behandlungsflüssigkeit
sterilisiertes destilliertes Wasser war, während sich Tabelle 8 auf den
Fall bezieht, dass die Behandlungsflüssigkeit sterilisiertes destilliertes
Wasser mit 0,25 Gewichtsprozent Spülmittel war.
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BEISPIEL 8
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Es
wurde die in Beispiel 4 verwendete Vorrichtung verwendet. In der
Behandlungsflüssigkeit
im Behandlungsbehälter
waren als zu behandelnde feste Gegenstände 20 Geschirrtücher aus
Baumwolle, jeweils mit einer Größe von 20
cm × 40
cm, eingetaucht, wobei sie in einem Käfig aus Drahtnetz untergebracht
waren. Die Geschirrtücher
waren mit koliformen Bakterien verunreinigt.
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Die
Sterilisationsbehandlung wurde 30 Minuten lang durchgeführt. Die
Behandlungsflüssigkeit
war (X) sterilisiertes destilliertes Wasser oder (Y) sterilisiertes
destilliertes Wasser, das zu 0,25 Gewichtsprozent ein Reinigungsmittel
enthielt. Die Zahl der koliformen Bakterien wurde vor und nach der
Behandlung ermittelt. Zum Vergleich wurden dieselben Behandlungsflüssigkeiten
und zu behandelnden Gegenstände
einer Waschbehandlung in einer herkömmlichen Waschmaschine unterzogen.
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 9 aufgeführt.
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BEISPIEL 9
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Zur
Durchführung
der Sterilisationsbehandlung wurde eine Vorrichtung verwendet, wie
sie in den 21 und 22 gezeigt
ist, wobei die Schwingrührvorrichtung
folgende Merkmale aufwies:
Schwingungsmotor: 150 W, 200 V,
3-phasig
Schwingblatt: Abmessungen 210 mm × 140 mm × 0,6 mm, aus Edelstahl mit
einer 15 μm
dicken Oberflächenbeschichtung
aus Silber; es wurden vier Schwingblätter verwendet.
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Schwingblattbefestigungselement:
(1) Abmessungen 210 mm × 60
mm × 4
mm, aus magnetischem Neodymium-Material; an beiden Seiten eines
Schwingblatts befand sich je ein Befestigungselement. (2) Abmessungen
210 mm × 60
mm × 4
mm, aus Edelstahl; es wurden sechs Befestigungselemente verwendet,
wobei sich jeweils zwei Elemente auf beiden Seiten eines jeden der
anderen Schwingblätter
befand.
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Zwischen
die Schwingblätter
und die jeweiligen Befestigungselemente wurden Teflonscheiben eingelegt.
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Die
Innenmaße
des Behandlungsbehälters,
der aus hitzebeständigem
Polyvinylchlorid bestand, betrugen 400 mm × 700 mm × 450 mm. Der Behandlungsbehälter kann
aus Edelstahl bestehen.
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Es
wurde eine Ultraviolett-Lampe (GL-20: hergestellt von Toshiba Corporation,
20 W, 250 mm Länge, Schwerpunktswellenlänge 253,7
nm) verwendet. Der Abstand zwischen der Lampe und der Schwingblättern betrug
200 bis 300 mm.
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Der
Schwingungsmotor wurde bei 40 Hz betrieben, wobei die Frequenzregelung
durch den Wechselrichter erfolgte. Die Amplitude des Schwingblatts
betrug 0,15 mm und die Schwingungsfrequenz des Schwingblatts betrug
800 Schwingungen pro Minute. Die Strömungsgeschwindigkeit der Behandlungsflüssigkeit
(der zu behandelnden Flüssigkeit)
betrug in jeder der Richtungen X, Y und Z 200 mm/s.
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Als
zu behandelnde Flüssigkeit
diente reines Wasser, dem Bakterien zugesetzt waren. Die Einstrahlung
von ultraviolettem Licht erfolgte durch die eingeschaltete Ultraviolett-Lampe [Fall 9-A].
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 10 aufgeführt. Der
Nachweis der Bakterien erfolgte mittels des Membranfilterverfahrens
(MF-Verfahren) unter Verwendung des bei der Nippon Millipore Corporation
erhältlichen
Milliflex-100 Test Systems.
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Zum
Vergleich wurden die Tests in einem Fall so durchgeführt, dass
die Behandlung bei ausgeschalteter Ultraviolett-Lampe erfolgte [Fall
9-B], und in einem anderen Fall so, dass die Behandlung bei eingeschalteter
Ultraviolett-Lampe erfolgte, wobei die zu behandelnde Flüssigkeit
mit einem herkömmlichen
Schraubenrührer
anstatt mit der Schwingrührvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung gerührt
wurde [Fall 9-C].
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-
Wenn
die zu behandelnde Flüssigkeit
auf eine flache Schale gegeben wurde und mittels der vorstehend
genannten Ultraviolett-Lampe mit ultraviolettem Licht bestrahlt wurde,
verringerte sich die Zahl der Bakterien nach einer 60-minütigen Behandlung
auf ungefähr
200 n/ml, doch sie verringerte sich danach nicht weiter.
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BEISPIEL 10
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 9, abgesehen
von Folgendem: Als Schwingblatt wurde eine 0,6 mm dicke Titanplatte
verwendet, die eine Oberflächenschicht
aus Titanoxid mit goldener Farbe aufwies. Das Schwingblatt wurde
mittels einer elektrolytischen Oxidationsbehandlung unter folgenden
Bedingungen hergestellt: Elektrolyt: 15%-ige Schwefelsäure; Temperatur:
20 °; Spannung:
3 V; Behandlungsdauer: 5 Minuten. Schwingblattbefestigungselemente
aus magnetischem Neodymium-Material wurden für ein Schwingblatt verwendet
und für
die anderen drei Schwingblätter
wurden Schwingblattbefestigungselemente aus Titan verwendet. Als
zu behandelnde Flüssigkeit
diente ein kohlensäurehaltiges
Getränk,
dem koliforme Bakterien zugesetzt waren [Fall 10-A].
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 11 aufgeführt.
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Zum
Vergleich wurde der Test in einem Fall so durchgeführt, dass
die Behandlung bei ausgeschalteter Ultraviolett-Lampe erfolgte [Fall
10-B].
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BEISPIEL 11
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 10, abgesehen
von Folgendem: Es wurde die Vorrichtung zum Einstrahlen von ultraviolettem
Licht aus den 23 und 24 verwendet,
wobei zwei Ultraviolett-Lampen verwendet wurden. Als zu behandelnde
Flüssigkeit
diente Milch, der enterohämorrhagische
E. coli 0-157 zugesetzt waren [Fall 11-A].
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 12 aufgeführt.
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Zum
Vergleich wurde der Test in einem Fall so durchgeführt, dass
die Behandlung erfolgte, ohne dass die Schwingrührvorrichtung betrieben wurde,
während
die Ultraviolett-Lampe eingeschaltet war [Fall 11-B].
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-
Es
ist ersichtlich, dass eine schnelle und hinreichende Sterilisation
erzielt werden kann, wenn sowohl Schwingrühren als auch die Einstrahlung
von ultraviolettem Licht vorgenommen werden, während die Sterilisationswirkung
relativ schwach ist, wenn ultraviolettes Licht eingestrahlt wird,
ohne dass Schwingrühren
erfolgt.
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BEISPIEL 12
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 10, abgesehen
von Folgendem: Es wurde ein Schwingblatt aus sterilisierendem Edelstahl
verwendet. Als zu behandelnde Flüssigkeit
diente Saft, der auf Silber chemisch einwirkt und dem koliforme
Bakterien zugesetzt waren [Fall 12-A].
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 13 aufgeführt.
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Zum
Vergleich wurde der Test in einem Fall so durchgeführt, dass
die Behandlung erfolgte, ohne dass die Schwingrührvorrichtung betrieben wurde,
während
die Ultraviolett-Lampe eingeschaltet war [Fall 12-B].
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-
Es
ist ersichtlich, dass eine schnelle und hinreichende Sterilisation
erzielt werden kann, wenn sowohl Schwingrühren und die Einstrahlung von
ultraviolettem Licht vorgenommen werden, während die Sterilisationswirkung
relativ schwach ist, wenn ultraviolettes Licht eingestrahlt wird,
ohne dass Schwingrühren
erfolgt.
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BEISPIEL 13
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, abgesehen
von Folgendem: Es wurde ein Schwingblatt aus Edelstahl verwendet,
das mit einer 15 μm
dicken Silberschicht beschichtet war. Es wurde ein Schwingblattbefestigungselement aus
Edelstahl verwendet, das mit einer 15 μm dicken Silberschicht beschichtet
war. Als zu behandelnde Flüssigkeit
diente Flusswasser.
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 14 aufgeführt.
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Es
ist ersichtlich, dass die Sterilisation im Vergleich zu Beispiel
1 relativ langsam erfolgt, dass jedoch eine hinreichende Sterilisation
erreicht werden kann, wenn die Behandlung über einen hinreichend langen Zeitraum
vorgenommen wird.
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Als
der Test auf dieselbe Weise wie vorstehend beschrieben durchgeführt wurde,
mit dem Unterschied, dass die Innenfläche des Behandlungsbehälters mit
einer 15 μm
dicken Silberschicht beschichtet war, waren die so erhaltenen Ergebnisse
etwas besser als die in Tabelle 14 aufgeführten, doch weniger gut als
diejenigen aus Beispiel 1, bei dem ein Schwingblattbefestigungselement
aus einem magnetischen Neodymium-Material verwendet wurde.
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BEISPIEL 14
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 11, abgesehen
davon, dass alle verwendeten Schwingblattbefestigungselemente aus
Edelstahl bestanden. Wenn das Schwingrühren angewendet wurde, ging
die Zahl der nachgewiesenen Bakterien bei einer Behandlungsdauer
von 180 Minuten auf null. Wenn das Schwingrühren dagegen nicht angewendet
wurde, konnte keine Sterilisationswirkung festgestellt werden. Demnach
wird vorzugsweise wenigstens ein Schwingblattbefestigungselement
aus einem Material verwendet, das ein Magnetfeld erzeugt, und das
Schwingrühren
erfolgt vorzugsweise wie in Beispiel 11.
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BEISPIEL 15
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 12, abgesehen
davon, dass alle verwendeten Schwingblattbefestigungselemente aus
Stahl bestanden. Wenn das Schwingrühren angewendet wurde, ging
die Zahl der nachgewiesenen Bakterien bei einer Behandlungsdauer
von 180 Minuten auf null. Wenn das Schwingrühren dagegen nicht angewendet
wurde, wurde dasselbe Ergebnis wie in Beispiel 12 erhalten. Demnach
wird vorzugsweise wenigstens ein Schwingblattbefestigungselement
aus einem Material verwendet, das ein Magnetfeld erzeugt, und das
Schwingrühren
erfolgt vorzugsweise wie in Beispiel 12.
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BEISPIEL 16
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 4, abgesehen
von Folgendem: Es wurde ein Schwingblattbefestigungselement aus
Edelstahl verwendet, das mit einer 15 μm dicken Silberschicht auf einer
Vorbeschichtung beschichtet war, die aus demselben Material bestand
wie das Schwingblatt.
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 15 aufgeführt.
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BEISPIEL 17
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, abgesehen
von Folgendem: Es wurde ein Schwingblatt aus Aluminium verwendet,
das mit einer 5 μm
dicken anodisch erzeugten Aluminiumoxidschicht beschichtet war.
Als zu behandelnde Flüssigkeit
diente reines Wasser, das 4 × 104 n/ml Bakterien enthielt. Nach einer Behandlungsdauer
von 60 Minuten war die Zahl der Bakterien auf 200 n/ml gesunken.
Wenn die Behandlung durchführt
wurde, während
die wie in den 23 und 24 in
der Flüssigkeit
angeordnete Ultraviolett-Lampe (GL-13Q: hergestellt von Matsushita
Electric Industrial Co., Ltd., 13 W, 0,34 A, 25 mm Durchmesser,
344 mm lang; Leistung der bakteriziden Linie 1,7 W) eingeschaltet
war, wurde die Zahl der Bakterien bei einer Behandlungsdauer von
ungefähr
30 Minuten auf 300 n/ml gesenkt.
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BEISPIEL 18
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Der
Test wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 1, abgesehen
von Folgendem: Verschiedene Teile einer Lebensmittelverpackungsmaschine
dienten als zu behandelnde feste Gegenstände. Die Teile befanden sich
in einem Käfig
aus Drahtnetz, der in der Flüssigkeit
eingetaucht wurde. Die Behandlung erfolgte bei Raumtemperatur während einer
Dauer von 20 Minuten, wobei der Käfig mit 8 Umdrehungen pro Minute
gedreht wurde [Fall 18-A].
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Zum
Vergleich wurde der Test in einem Fall so durchgeführt, dass
die Behandlung auf dieselbe Weise erfolgte wie im Fall 18-A, abgesehen
davon, dass das verwendete Schwingblatt und das verwendete Schwingblattbefestigungselement
aus Edelstahl bestanden [Fall 18-B].
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Die
Ergebnisse der Sterilisation sind in der folgenden Tabelle 16 aufgeführt.
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- +: nachgewiesen
- –:
nicht nachgewiesen