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Verfahren und Einrichtung von schüttbarem festem, von flüssigem und
von gasförmigem Gut durch die Einwirkung von Strahlungsenergie Es ist bekannt, Gut
verschiedenster Art der Einwirkung von Strahlungsenergie auszusetzen, um durch diese
in dem Gut irgendwelche physikalischen, chemischen oder biologischen 'Veränderungen
hervorzurufen. Beispielsweise ist es bekannt, Milch und andere Flüssigkeiten mit
Ultraviolettstrahlen zu behandeln, um diese Flüssigkeiten zu entkeimen oder auch
zu vitaminisieren.
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In allen diesen Fällen muß dafür gesorgt werden, daß jedes Teilchen
des Gutes hinreichend der Einwirkung der Strahlungsenergie ausgesetzt wird. Da die
Strahlungsenergie, insbesondere Ultraviolettstrahlen, in Flüssigkeiten gewöhnlich
nur wenig eindringt, zum mindesten sehr stark von der Flüssigkeit absorbiert wird,
so pflegt man Mittel vorzusehen, die die Flüssigkeit in möglichst geringer Schichtdicke
an den Strahlungsquellen vorbeiführen oder die die Flüssigkkeit beim Vorbeilaufen
an den Strahlungsquellen durchwirbeln, so daB möglichst viele Teilchen an die der
Strahlungsquelle zugewandte Oberfläche der Flüssigkeit gelangen und bestrahlt werden.
Ähnlich verfährt man auch bei der Bestrahlung von gasförmigem oder auch festem Gut,
soweit letzteres schüttbar, also beispielsweise pulverförmig oder körnig, ist. In
jedem Fall sind also neben den Bestrahlungseinrichtungen zusätzliche Mittel für
die Bewegung des zu bestrahlenden Gutes erforderlich. Außerdem wird durch die zusätzlichen
Mittel die Reinigung der gesamten Anlage erschwert oder zum mindesten umständlicher;
bekanntlich ist namentlich beim Bestrahlen von Lebensmitteln eine tägliche
gründliche
Reinigung aller mit dem Gut in Berührung kommenden Teile unerläßlich. Auch das Auswechseln
von Einzelteilen ist um so umständlicher, je verwickelter die Gesamtanlage ist.
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Die geschilderten Schwierigkeiten werden durch das Verfahren und die
Einrichtung nach der Erfindung in einer einfachen Weise gelöst. Das Verfahren nach
der Erfindung kann zum Bestrahlen von beliebigem schüttbarem Gut von fester, flüssiger
und gasförmiger Art mit Vorteil angewendet werden und kennzeichnet sich dadurch,
daß eine oder mehrere Strahlungsquellen in dem zu behandelnden Gut bewegt werden.
Beispielsweise können die Strahlungsquellen in dem Gut Pendelbewegungen oder Drehbewegungen
ausführen. Hierdurch wird eine ständige Umwälzung und somit eine gute Durchstrahlung
des Gutes ohne Aufwendung zusätzlicher Rührmittel od. dgl. erreicht, und die gesamte
Bestrahlungsanlage kann in einfachster Weise aufgebaut werden. Ferner ist es in
vielen Fällen vorteilhaft, das Gut während der Bestrahlung zu erwärmen; hierdurch
wird die Strahlung unter Umständen wirksamer und die Strahlungsergiebigkeit der
Strahlungsquellen erhöht, und gegebenenfalls wird außerdem durch die Erwärmung das
Gut dünnflüssiger und hiermit die Bestrahlungswirkung weiter gesteigert und die
Antriebsenergie zur Bewegung der Lampen verringert.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung können verschiedene
vorteilhafte Einrichtungen verwendet werden, von denen einige in der Zeichnung dargestellt
sind.
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In Fig. i ist eine Einrichtung gezeigt, die sich beispielsweise zur
Bestrahlung von Milch mit Ultraviolettstrahlen zum Zweck der Vitaminisierung besonders
eignet. Zur Aufnahme der zu bestrahlenden Milch ist ein Behälter i vorgesehen, der
eine längliche Form mit Viertelkreisquerschnitt hat. Der Behälter ist doppelwandig,
um den Hohlraum der Behälterwand von einem Heizmittel, z. B. Heißdampf, durchströmen
zu lassen. In dem Behälter ist ein Strahler 2 eingesetzt und mittels einer flüssigkeitsdicht
gekapselten Fassung 3, die betriebsmäßig leicht lösbar ist, an einem Hebel 4 befestigt.
Der Hebel 4 ist in einem Lager 5 so drehbar angebracht, daß der Strahler 2 um die
waagerechte Drehachse des Lagers 5 Pendelbewegungen in dem Behälter ausführen kann.
Der Hebel 4 ist über seinen Drehpunkt hinaus verlängert und mit einer Antriebskurbel
6 verbunden. Der Strahler 2 kann also mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten
Antriebs, z. B. eines Elektromotors, über die Antriebskurbel 6 in dem Behälter i
pendelnd hin und her bewegt werden. Zum Gewichtsausgleich des Strahlers ist an dem
Hebel 4 noch ein Gegengewicht 7 angebracht. Die elektrische Stromzuführungsleitung
für den Strahler 2 ist durch einen Rohrstutzen 8 in den hohlen Hebel 4 eingeführt.
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Der Strahler 2 ist, wenn die Einrichtung beispielsweise zur Vitaminisierung
von Milch durch Ultraviolettstrahlen verwendet werden soll, eine Ultraviolettlampe,
zweckmäßig eine Quecksilber-1 dampfniedendzucklampe mit einer ausgeprägten
Strahlung von der Wellenlänge 2537 t1, die über einen Streuwandler an ein normales
Wechselstromlichtrnetz von 220 V angeschlossen werden kann. Die Hülle der Lampe
besteht aus einem Rohr aus Quarz oder einem anderen für Ultraviolettstrahlung durchlässigen
Stoff.
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Soll die Anlage in Betrieb genommen werden, so braucht lediglich die
Milch in den Behälter i eingefüllt und die Antriebskurbel 5 in Tätigkeit gesetzt
zu werden. Der Strahler pendelt dann in der Milch hin und her und hält sie in ständiger
Bewegung, so daß ständig neue Milchteilchen in die Nähe des Strahlers gelangen und
der Strahlungseinwirkung ausgesetzt werden. Durch die Beheizung des Behälters i
wird die Bestrahlung noch wirksamer. Die Reinigung der gesamten Einrichtung ist
denkbar einfach, da alle Einzelteile leicht zugänglich sind. Auch das Auswechseln
des Strahlers ist einfach, da er nach Lösen seiner Fassung 3 leicht aus dem Behälter
herausgenommen werden kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Strahlers 2 für Ultraviolettbestrahlung
ist in Fig. 2 gezeigt. Der in dem Behälter io angeordnete Strahler besteht im vorliegenden
Fall aus einer Vielzahl von stabförmigen Ultraviolettlampen 20, die an einem Tragkörper,
bestehend aus einem U-förmigen Rohr 40 und einem geraden Rohr 41, befestigt sind.
Der Tragkörper ist, ähnlich wie in Fig, i, mittels der Lager 5 schwenkbar am Rande
des Behälters io angebracht. Am Tragkörper sind ferner mittels der Hebel 42 Gegengewichte
7o befestigt, die zum Gewichtsausgleich für die Ultraviolettlampen und den sie haltenden
Tragkörper dienen. Eine Antriebskurbel 6o zur Bewegung des Tragkörpers mit den Lampen
ist in der Figur nur kurz angedeutet.
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Die Lampen 20 sind stabförmig und stecken mit ihren Enden in den Fassungen
30 und 31. Die Fassungen 30 sind mittels der Rohrstücke 43 an dem
Rohr 41 befestigt, die Fassungen 31 unmittelbar an dem mittleren Teil des U-Rohrs
40. Die Fassungen sind betriebsmäßig lösbar, so daß unbrauchbar gewordene Lampen
leicht ausgewechselt werden können. Die Stromzuführungsleitungen zu den Lampen münden
mit dem Kabel 8o in das Rohr 41 ein und laufen von diesem teils durch die Rohrstücke
43 zu den Fassungen 30 und teils durch das U-Rohr 40 zu den Fassungen 31.
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Alle Rohrteile dieser Anordnung und die Fassungen bestehen aus einem
gegen chemische Einwirkungen der Milch widerstandsfähigen Stoff, z. B. nicht rostendem
Stahl oder einer geeigneten Aluminiumlegierung oder auch Kunststoffmasse, desgleichen
der Behälter io. Der einfache Aufbau der Gesamtanordnung gewährleistet die Möglichkeit
einer leichten und zuverlässigen Reinigung.
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Wie erwähnt, sind die Fassungen 30 und 31 betriebsmäßig leicht
lösbar. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele solcher Fassungen sind in den Fig. 3 und
4 gezeigt. Fig. 3 zeigt eine Form der Fassung 30 und Fig. 4 eine Form der
Fassung 31.
Die Teile 20, 41 und .13 sind die gleichen wie in Fig.
2.
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In Fig. 3 besteht die Fassung aus einem Konusring 32, der fest auf
dem Rohrstück 43 sitzt, beispielsweise angeschweißt ist, einem Fassungsgehäuse 33,
einer Überwurfmutter 34 und einem Dichtungsstopfen 35. Das Fassungsgehäuse 33 paßt
sich konisch an den Konusring 32 an und wird an diesen von der Überwurfmutter 34
angedrückt. Zwischen dem Konusring 32 und dem Fassungsgehäuse 33 befindet sich ein
Dichtungsring 36 aus Gummi. Die Lampe 2o hat einen Sockel 21, der in einer tulpenförmigen
Kontaktfeder 37 steckt. An dieser Kontaktfeder ist die Stromzuführungsleitung 81
angeschlossen, die in der Zeichnung nur andeutungsweise gezeigt ist. Zur Abdichtung
des Innenraums der Fassung sind zwei Gummiringe 38 mit rundem Querschnitt und ein
Druckring 39 aus Metall vorgesehen; diese Teile werden durch Anziehen des Dichtungsstopfens
35 so zusammengedrückt, daß sich die Gummiringe 38 nach allen Radialrichtungen hin
fest an die sie umgrenzenden Teile der Lampe 20 und des Fassungsgehäuses 33 anschmiegen.
Der runde Querschnitt der Gummiringe 38 gewährleistet eine besonders zuverlässige
Abdichtung.
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Die Fassung nach Fig.4 ist ähnlich aufgebaut. Die Teile 20, 21, 33,
35, 37, 38 und 39 sind im wesentlichen die gleichen wie in Fig.3; unterschiedlich
ist an diesen Teilen lediglich, daß das Fassungsgehäuse 33 nicht ein loser Körper
ist, sondern unmittelbar an dem U-Rohr 4o fest angebracht ist. Hierdurch sind bei
dieser Fassung im Gegensatz zu der Fassung nach Fig. 3 der Konusring 32, die Überwurfmutter
34 und der Dichtungsring 36 entbehrlich; an der Fassung nach Fig.3 sind diese Teile
nicht entbehrlich, da mindestens an einer der beiden Fassungen einer jeden Lampe
das Fassungsgehäuse in der Lampenlängsrichtung verschiebbar sein muß, um die Lampe
nach dem Lösen der Fassungen herausnehmen zu können.
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Zur Stromzuführung der Kontaktfeder 37 in Fig.4 ist keine besondere
Leitung vorgesehen, in der Annahme, daß die Stromzuführung hier unmittelbar über
das metallische, also elektrisch leitende Fassungsgehäuse 33 und den metallischen
Tragkörper der Lampen erfolgt. Soll es dagegen vermieden werden, den Tragkörper
zur Stromleitung heranzuziehen, so muß bei der Fassung nach Fig.4 eine stromführende
Verbindung zwischen der Kontaktfeder 37 und dem elektrisch leitenden Fassungsgehäuse
33 vermieden werden. Dies kann, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, durch eine Schutzkappe
9o aus einem elektrisch isolierenden Stoff, z. B. Porzellan, vermieden werden. Auch
wenn die bei der Einrichtung nach der Erfindung verwendeten Lampenfassungen aus
einem elektrisch nicht leitenden Stoff, z. B. aus einer korrosionsfesten Kunststoffpreßmasse,
bestehen, wie es bei vielen Anwendungsfällen zweckmäßig sein kann, ist für jeden
Lampensockel eine besondere Stromzuführungsleitung vorzusehen.
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Soll die Lampe 2o ausgewechselt werden, so brauchen lediglich an beiden
Fassungen die Dichtungsstopfen 35 und in der Fassung 3o die Überwurfmutter 3,4 gelöst
zu werden, worauf die Fassungsgehäuse 33 zurückgeschoben und die Lampe herausgenommen
werden kann. Dieses Auswechseln ist leicht durchzuführen, ohne daß irgendwelche
sonstigen Teile der Gesamteinrichtung zerlegt zu werden brauchen.
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Gemäß der weiteren Ausbildung der Einrichtung nach der Erfindung ist
es vorteilhaft, wenn der die Strahlungsquellen haltende stab- oder rohrförmige Tragkörper
gleichzeitig als Heizkörper zum Erwärmen des zu behandelnden Gutes dient. Besteht
der Tragkörper aus Rohren, so kann durch diese Rohre ein geeignetes Heizmittel,
beispielsweise Heißdampf, hindurchgeleitet werden. Wenn in diesem Fall die Stromzuführungsleitungen
der Lampen, wie es in Fig.2 gezeigt ist, ebenfalls in den Rohren des Tragkörpers
verlegt werden sollen, so muß dafür gesorgt werden, daß das Heizmittel und die Leitungen
in verschiedenen Teilen des Tragkörpers laufen, die mittels Dichtungsstopfen od.
dgl. voneinander getrennt sind. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in den Fig.8
und 9 gezeigt, die gleichzeitig ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der
Einrichtung nach der Erfindung darstellen.
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In den Fig.8 und 9 sind die Lampen 20 und die Fassungen
30 und 31 in der gleichen Weise angeordnet wie bei dem Beispiel nhch Fig.
2. Der Tragkörper der Lampen besteht im wesentlichen aus den beiden Rohren loo und
1o1, zwischen denen die Lampen in der gleichen Weise wie bei Fig. 2 unter Verwendung
von Fassungen 30 und 31 sowie der Rohrstücke 43 befestigt sind. Das Rohr
1o1 ist mit dem Rohr loo durch die beiden klammerförmig gebogenen Rohre 1o2 und
103 verbunden, und außerdem sind zwischen den Rohren 102 und 103 noch
die Verbindungsrohre 104, 105 und 1o6 eingesetzt, die gleichzeitig zur Versteifung
des Tragkörpers beitragen.
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Um nun den aus Rohren aufgebauten Tragkörper gleichzeitig zur Aufnahme
der Stromzuführungsleitungen und eines Heizmittels, beispielsweise Heißdampf, verwenden
zu können, hat das Rohr loo erfindungsgemäß die in Fig.9 gezeigte Ausbildung. Sämtliche
Stromzuführungsleitungen münden wieder mit dem Kabel 8o in das Rohr loo durch einen
Rohrstutzen 107 ein und verteilen sich in dem Rohr loo über die daran angeschlossenen
Rohrstücke 43 zu den einzelnen Lampen. Die Stromzuführungsleitungen 81 bzw. 82 zu
den oberen bzw. zu den unteren Lampensockeln nehmen in den Rohren den gleichen Weg,
wobei die Lampen und ihre Fassungen die in Fig.6 und 7 gezeigte Ausbildung haben.
Die Strahlungsquellen 20 stehen in diesem Fall jedoch nicht unmittelbar mit der
Flüssigkeit in Berührung, sondern sind zunächst noch von einem für Ultraviolettstrahlung
durchlässigen Rohr 22 umgeben. Dieses ist flüssigkeitsdicht in den Fassungsgehäusen
33 gelagert und kann außer Abstandsringen 23 'für die Strahler auch deren Stromzuführungsleitungen
zu den unteren
Kontaktfedern 37 aufnehmen, die ihrerseits wieder
durch eine Schutzkappe 9i von dem dortigen Fassungsgehäuse 33 isoliert sind. Das
Heizmittel tritt, wie es in der Fig. 9 durch Richtungspfeile angedeutet ist, an
einem der beiden freien Enden des Rohres ioo ein, läuft durch die einander parallelen
Rohre 103, 10,4, 105 und io6 zu dem Rohr 102 und entweicht durch das andere freie
Ende des Rohres ioo. Damit das Heizmittel nicht mit den Stromzuführungsleitungen
in Berührung kommen kann, sind in dem Rohr ioo, und zwar zwischen der Ansatzstelle
der beiden Rohre 102 und 103 und der Ansatzstelle der ihnen nächst benachbarten
Rohrstücke 43, zwei Dichtungsstopfen io8 eingesetzt.
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Die Einrichtung nach der Erfindung beschränkt sich nicht auf die in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern kann in mannigfacher Weise
abgewandelt werden. So kann beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
8 und 9 in den Rohren des Tragkörpers zur Beheizung auch ein elektrischer Heizdraht
eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, den Tragkörper selbst als elektrischen
Heizkörper zu verwenden, indem man ihn aus einem geeigneten elektrischen Widerstandsmaterial
herstellt und ihn mit einem elektrisch isolierenden Schutzüberzug versieht. Auch
eine elektroinduktive Beheizung oder eine Beheizung mittels elektromagnetischer
Hochfrequenzfelderist bei hierfür geeignetem Gut möglich. Das Verfahren und die
Einrichtung nach der Erfindung beschränken sich auch nicht auf die Anwendung von
Ultraviolettstrahlen als Strahlungsmittel, sondern sie sind auch für die Bestrahlung
mit anderen Strahlen des elektromagnetischen Spektrums geeignet, beispielsweise
zum Bestrahlen beliebigen Gutes mit Infrarotstrahlen. Es brauchen in diesem Fall
im wesentlichen lediglich die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Ultraviolettstrahler
durch geeignete Infrarotstrahler ersetzt zu werden.
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Es ist für das Wesen der Erfindung an sich gleichgültig, ob sich die
Strahlungsquellen vollkommen innerhalb des zu bestrahlenden Gutes befinden oder
ob sie etwa nur teilweise in das Gut hineinragen. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen
wird man jedoch bestrebt sein, zum mindesten den strahlungsaussendenden Teil des
Strahlers ganz innerhalb des Gutes zu halten. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich,
die Strahlungsquellen von oben her in das Gut eintauchen zu lassen und sie von oben
her zu bewegen, sondern sie können beispielsweise auch am Boden des Gutbehälters
angebracht und von unter her bewegt werden; der Antrieb kann in diesem Fall beispielsweise
unterhalb des Behälters angebracht werden oder auch in dem Behälter selbst, zweckmäßig
unter einer Schutzhaube eingekapselt.
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Statt der Pendelbewegung karm bei der Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung auch eine beliebige andere Bewegung vorgesehen werden. Beispielsweise
können die Strahlungsquellen um eine zweckmäßig senkrechte Achse herum eine umlaufende
Bewegung ausführen; vorteilhaft ist eine absatzweise Umlaufbewegung mit wechselnder
Drehrichtung, also eine pendelnde Drehbewegung, weil dann die elektrische Stromzufühung
zu den bewegten Teilen einfacher ist.
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Der Behälter zur Aufnahme des zu bestrahlenden Gutes kann bei der
Einrichtung nach der Erfindung an sich eine beliebige Form haben; vorteilhaft ist
es jedoch, wenn sich seine Wandung dem Bewegungsraum der Strahlungsquellen eng anschließt,
wie es beispielsweise in der Fig. i durch die Viertelkreisquerschnittsform des Behälters
gezeigt ist. Bei einer umlaufenden Bewegung der Strahlungsquellen wird man dagegen
eine Zylinderform des Behälters bevorzugen.
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Wird das Verfahren bzw. die Einrichtung nach der Erfindung zur Vitaminisierung
von Milch oder anderen Flüssigkeiten verwendet, die außerdem auch einer Entkeimung
unterzogen werden, so ist es vorteilhaft, die Bestrahlung zur Vitaminisierung gleichzeitig
oder unmittelbar nach der Entkeimung der Flüssigkeit durchzuführen, insbesondere
gleichzeitig oder unmittelbar nach einer Entkeimung durch Langzeiterhitzung bei
z. B. 650 C.
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Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind als Strahlungsquellen
durchweg Ultraviolettlampen vorgesehen. Soll das Verfahren bzw, die Einrichtung
nach der Erfindung zum Behandeln eines Gutes mit einer anderen Art von Strahlungsenergie,
beispielsweise zum Behandeln mit Infrarot-oder Röntgenstrahlen, verwendet werden,
so müssen naturgemäß an Stelle der Ultraviolettlampen dann Infrarot- bzw. Röntgenlampen
von geeigneter Form und Ausbildung vorgesehen werden. Auch die Tragkörper der Strahlungsquellen
müßten dann der Form und Größe der anderen Strahlungsquellen angepaßt werden.