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Verfahren zur Sterilisation von Flüssigkeiten Gegenstand der Erfindung
ist ein Sterilisationsverfahren für Flüssigkeiten, insbesondere Milch, und eine
Vorrichtung dafür. Das neue Verfahren beruht auf dem Prinzip der elektrokatalytischen
Wirkung oligodynamischer Metalle. Bekannt ist nämlich, daß mit Flüssigkeiten in
Berührung stehende, sog. oligodynamische Metalle Metallionen aussenden, welche in
der Flüssigkeit befindliche Kleinlebewesen vernichten.
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Für die Praxis ist nun aber ohne Erhöhung dieser natürlichen katalytischen
Wirkung der erreichbare Erfolg gering, da selbst bei Anwesenheit .eines Katalysators,
wie Silber, die Wirkung erst nach einigen Stunden eintritt, und sehr von der Größe
der Oberfläche des oligodynamischen Metalls abhängt. Außerdem schlagen sich bei
disp.ersen Systemen, wie Fruchtsäften, Milch u. dgl., die dispersen Teilchen, wie
z. B. Eiweiß, Fett u. a., nach deren Neutralisation durch die positiv geladenen
Metallionen auf der Oberfläche des Katalysators nieder und inaktivieren denselben.
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Für die Praxis muß nun aber die Möglichkeit geschaffen werden, eine
größere Menge der in Frage kommenden Flüssigkeit kurzfristig sterilisieren zu können.
Bisher konnte dies zum Teil nur auf lelektrolytischem Wege erreicht werden, wobei
Gleichstrom oder Wechselstrom verwendet wurde. Dieses Verfahren erforderte aber
eine große Raumbeanspruchung, erheblichen elektrischen Energiebedarf und ergab zu
geringe Betriebssicherheit. Außerdem hatten die elektrolytischen Verfahren den großen
Nachteil der Beeinträchtigung der Beschaffenheit des Sterilisationsgutes durch Zersetzung,
Erhitzung, Bildung von Niederschlägen, die die Wirksamkeit der Elektroden stark
herabminderten und Koagulationserscheinungen, insbesondere bei dispersen Flüssigkeiten,
verursachten. Es sind zwar Anordnungen zur Sterilisierung bekannt, bei denen Plattenelektroden
quer zur Plattenebene eine pendelnde Bewegung ausführen. Der Sterilisationsvorgang
ist jedoch hierbei in der erreichbaren Wirkung unvollkommen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sterilisierung
von Flüssigkeiten, bei welchem durch elektrische Aufladung von geeigneten Metallelektroden
mit katalytisch-oligodynamischer Wirkung Metallionen in die zwischen den Elektroden
in Form einer dünnen filmartigen Schicht vorbeiströmende und zu sterilisierende
Flüssigkeit abgespalten werden und gleichzeitig durch rotierende Bewegung, mindestens
einer Elektrode, eine Rührwirkung auf die Flüssigkeit ausgeübt wird.
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Man nimmt an, daß die Kleinlebewesen diese ausgesandten Metallionen
absorbieren und deren Giftwirkung unterliegen, indem sie durch das umlagerte Metall
einen Sauerstoffentzug erleiden, und daß anderseits eine das Leben vernichtende
elektrische Umladung stattfindet. Nach einer anderen- Ansicht besitzt jede lebende
Zelle einen elektrischen Schwingungskreis, welcher durch das mit ihm in Kontakt
gelangende Metallion gestört bzw. kurzgeschlossen wird, so daß dadurch die Zelle
getötet wird.
Um in kürzester Zeit möglichst viele Metallionen abzuspalten
und mit den Mikroben der Flüssigkeit in Berührung zu bringen;? wird die zu sterilisierende
Flüssigkeit ixz:dünner filmartiger Schicht durch einen se engen Spalt zweier einander
gegeuübersteh@L. der, elektrisch aufgeladener Metallflächen nüt oligodynamischer
Wirkung hindurchbewegt, wobei mindestens eine der Metallflächen möglichst rasch
an der anderen vorbeibewegt wird.
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Zur weiteren Erhöhung der sterilisierenden Wirkung wird die zu sterilisierende
Flüssigkeit zwischen zwei ineinandergeschachtelten Rotationskörpern hindurchgeführt,
von denen mindestens einer rotiert. Es empfiehlt sich dabei, die eine der Elektroden
aus einem guten Ionenspender herzustellen, z. B. _ aus einem legierten oder gesinterten
Körper aus zwei verschiedenen Metallen. -Die Verwendung von Diaphragmen, welche
die Elektroden umgeben, ist zur Verhinderung der Bildung von Metallschlamm vorteilhaft.
Im weiteren Verfolg der Erfindung kann die Sterilisation gefördert werden, wenn
die unter Druck strömende Flüssigkeit mit Kohlensäure gesättigt wird, womit der
elektrische Leitungswiderstand der Flüssigkeit herabgesetzt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Ausübung des Verfahrens schematisch dargestellt. Es zeigt Abb. i einen Querschnitt
durch ein Sterilisationsgerät, das an .einen unter Kohlensäuredruck stehenden Behälter
angeschlossen ist, Abb.2 eine Seitenansicht des Gerätes an dessen Einlaufseite.
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Die Vorrichtung, durch die die Sterilisationsbedingungen nach vorliegendem
Verfahren in besonders gutem Maße erfüllt werden, besteht aus einem Silberrohr i
von insbesondere konischer Gestalt, in welches ein weiteres Silberrohr 2 geschoben
ist. Zwecks Erzielung eines dünnen Flüssigkeitsfilms beträgt der Abstand zwischen
den Rohren etwa 0,3 mm. Auf diese Weise wird eine gute Verteilung der zu sterilisierenden
Flüssigkeit und zugleich eine große Berührungsfläche mit den Elektroden geschaffen.
Die beiden Hohlzylinder werden über Kontaktschrauben 3 und 4 mittels hier nicht
eingezeichneter Leitungen an eine Stromquelle angestossen und bilden so die Elektroden.
Die Kontaktschraube 3 steht über eine Metallplatte 5 mit dem äußeren Rohr und die
Kontaktschraube 4 über eine Welle 7 und eine Metallscheibe 6 mit dem inneren Rohr
in leitender Verbindung.
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Das äußere Rohr ist isoliert in. einem Preßstoff- oder Gußgehäuse
8 gelagert, wobei das Gehäuse selbst aus Isolierstoff bestehen kann. Soweit erforderlich,
müssen auch die weiteren Teile des Gehäuses isoliert .angebracht sein :oder ebenfalls
aus Isolier-''stoff bestehen. Das innere Rohr 2 sitzt fest einem Rotationskörper
9, der seinerseits -tt der Welle 7 befestigt ist. Die Welle 7 ist 'konzentrisch
in Abschlußdeckeln io und i i des Gehäuses 8 gelagert. Im Deckel io stößt sie gegen
ein Spurlager 12, das mittels einer Verschraubung 13 :einstellbar ist. Im Deckel
I 1 ist die Welle 7 durchgehend gelagert und an der Durchführungsstelle mittels
Dichtungsscheiben 14 und Stopfbuchse 15 abgedichtet. Auf einem Ansatz 16 des Deckels
i i, der ebenfalls zur Lagerung der Welle dient, ist eine aus Gewindeteil
17 und Abschlußplatte 18 zusammengesetzte -Kapsel aufgeschraubt. In der Kapsel
befindet sich ein Schlitz i 9 von genügender Breite für freie Bewegung gegenüber
der Kontaktschraube 4. In der Welle 7 befindet sich .eine Ausnehmung 2o, in die
die Platte 18 eingreift, so daß bei Verdrehen der Kapsel 1-7, 18 eine Verstellung
der Elektrodenrohre i und 2 inihrem Abstand voneinander bewirkt werden kann. Das
Maß der Verstellung wird durch einen Zeiger 21 gegenüber einer Skala 22 angezeigt.
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Im Deckel i i ist eine Einführungsöffnung 23 und im Deckel io eine
Auslaßöffnung 2.1 vorgesehen. An die Einlaßöffnung 23 ist ein Druckbehälter 25 angeschlossen.
In den Druckbehälter ragt ein von einem Kohlensäüreapparat 26 kommendes Rohr 27
bis nahe auf den Boden hinein, so daß eine Sättigung der im Behälter befindlichen
Flüssigkeit mit Kohlensäure erreicht werden kann.
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Durch die konische Gestaltung der Elektroden und die axiale Verschiebbarkeit
derselben kann der Elektrodenabstand passend eingestellt werden. Außerdem erhält
dadurch die Flüssigkeit vorteilhafterweise eine gleichmäßige Durchflußbeschleunigung.
Statt ineinander rotierender Rohre können auch umlaufende Scheiben verwendet werden.
Auch können statt zwei mehrere umeinander oder innerhalb und außerhalb eines feststehenden
Rohres umlaufende Rohre vorgesehen sein. Zur Erhöhung der wirksamen Oberfläche der
Elektroden kennen die Rohre quer zur Achse gewellt sein oder mit kammartig ineinandergreifenden
Platten versehen sein.
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Infolge des Potentialgefälles zwischen den aufgeladenen Silberelektroden
wandern Silberionen als Träger positivelektrischer Ladung von der Anode zur Kathode,
wobei sie auf die Bakterien innerhalb des Flüssigkeitsfilms auftreffen und durch
Giftwirkung oder Entladung diese vernichten. Je größer die Ionenzahl, desto größer
der störende oder vernichtende Einfluß auf die Lebensfähigkeit. Da das Silberion
als Elementarquantum
immer gleiche elektrische Ladung behält, so
spielt die Stromdichte der geladenen Elektroden insofern eine Rolle, als dadurch
die Zahl der in der Zeiteinheit in Lösung gehender Ionen bestimmt und auf diese
Weise der schädigende oder tötende Einfluß auf das Leben der Bakterien variiert
werden kann. Es ist daher möglich, mit diesem Verfahren eine wahlweise Abtötung
zu erzielen, denn die für die Abtötung der verschiedenen Bakterienarten notwendigen
Strommengen sind verschieden. Versuche haben ergeben, daß ein Aufladungsstrom von
8 bis i o Ampere bei einer Spannung von 15 bis 2o Volt genügt, die für den menschlichen
Konsum in Frage kommenden Flüssigkeiten zu sterilisieren.
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Um zu verhindern, daß der bei der Abspaltung der Ionen und der dadurch-hervorgerufenen
Auflockerung der obersten Metallschicht sich bildende Metallschlamm in die Flüssigkeit
übergeht, ist es zweckmäßig, die Elektroden mit Diaphragmen zu überziehen, wozu
sich am besten dünnes Blech aus mikroporösem Metall eignet, das als Zwischenleiter
keinen Strom aufnimmt. Zweckmäßig verwendet man Nickelplatten mit schleierartiger,
nur mikroskopisch sichtbarer Lochung.
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Da die Ionen auf dem kürzesten Weg die Kathode zu erreichen suchen,
wobei sie nach Entladung wieder in den metallischen Zustand übertreten und hierbei
ihre keimtötende Wirkung verlieren, so ist es zweckmäßig, unter Berücksichtigung
der Wanderungsgeschwindigkeit der Ionen die Richtung des Stromes je nach Elektrodenabstand
mehr oder weniger oft zu wechseln. Bei dem hier gewählten Abstand der Silberrohre
i und 2 von 0,3 mm und einer Stromdichte von etwa 1/1o0 Ampere/qcm einer
Spannung von 15 Volt, ergibt sich ein Optimum bei einem Richtungswechsel
in jeder zweiten Sekunde. Durch das Mittel dieser periodischen Stromumkehr ist man
in der Lage, zu vermeiden, daß überschüssige Metallteilchen in der Flüssigkeit verbleiben.
Man schickt zu diesem Zwecke den eletrischen Strom in gewissen, von der Wanderungsgeschwindigkeit
der Ionen und der Zeitdauer für die Bakterienvernichtung abhängigen Zeitabständen
in entgegengesetzter Richtung durch die zu sterilisierende Flüssigkeit, wodurch
nach dem Vernichtungseffekt das Metallion wieder an die entgegengesetzt geladene
Elektrode zurückgezogen wird.
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Eingehende Versuche zur Sterilisation grob disperser Flüssigkeiten,
wie z. B. Milch, ergaben, daß die Sterilisationseffekte durch eine vorausgehende
Ionisation der Flüssigkeit (Säuerung) durch Kohlendioxydgas wesentlich gesteigert
wird. Bei der beschriebenen Anordnung wird das in den Behälter 25 eingeführte Gas
gleichzeitig als Druckmittel benutzt. Die in der wäßrigen Lösung dissoziierte Kohlensäure
übt- einen katalytischen Effekt, wohl infolge der erhöhten Wasserstoffionenkonzentration,
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