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Einrichtung und Verfahren zum Behandeln von Stoffen mit Ultraviolett-Strahlen,
insbesondere zum Sterilisieren und Vitaminisieren
Für die Ultraviolett-Bestrahlung
von Stoffen sind schon eine große Anzahl von Einrichtungen bekanntgeworden, bei
denen das zu behandelnde Gut, insbesondere wenn es sich um eine Flüssigkeit handelt,
in dünner Schicht über eine Fläche geleitet wird, wobei die Einwirkung der in bekannter
Weise erzeugten Ultraviolett-Strahlen unmittelbar erfolgt.
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Bei anderen Konstruktionen wird die Flüssigkeit in einem Raum, in
dem sich eine Ultraviolett-Strahlenquelle befindet, zerstäubt, um in diesem Zustand
der Einwirkung der Ultraviolett-Strahlen besonders stark ausgesetzt zu werden. Einrichtungen
dieser Art sind insbes-ldere zur Vitaminisierung von Milch vorgesehen.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Lebens-und Arzneimittel dadurch
zu vitaminisieren, daß man sie Ultraviolett-Strahlen aussetzt, die von einer Strahlungsquelle,
die im Brennpunkt eines elliptischen Reflektors angeordnet ist, erzeugt werden und
durch eine Öffnung, die in dem anderen Brennpunkt des elliptischen Reflektors liegt,
außerhalb dieses Reflektors gelangen, um dort auf das zu behandelnde Gut, das z.
B. als Flüssigkeit in dünner Schicht über eine senkrecht stehende gewellte Fläche
läuft, einzuwirken. Bei Einrichtungen- der vorgenannten Art müssen besondere Vorkehrungen
getroffen werden, um das zu behandelnde Gut vor der Einwirkung des bei der Bestrahlung
entstehenden Ozons zu schützen.
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Die bisher verwendeten Vorrichtungen ermöglichen im allgemeinen die
Vitaminisierung von Stoffen durch Ultraviolett-Bestrahlung in aus-
reichendem
Maße. Sie genügen jedoch nicht, um das Gut auch zu sterilisieren. Bekanntlich liegt
das Optimum der Sterili-sations- und Vitaminisierungswirkung der Ultraviolett-Strahlen
in ein und demselben Frequenzbereich. Es kann angenommen werden, daß die Vlitaminisierung
von Stoffen durch die Anzahl der absorbierten Energiequanten herbeigeführt wird,
während bei der Sterilisierung außerdem die Leistungsabsorption von besonderer Bedeutung
ist. Eine gleichzeitige Absorption einer größeren Anzahl Energiequanten ist für
ein Bakterium sicher von stärker schädigender Wirkung als die Absorption der gleichen
Quantenzahl in zeitlich aufeinanderfolgenden Abständen, da im erstgenannten Fall
keine ausreichende Zeit zur Verfügung steht, in der ein Ausgleich der durch die
Absorption eines Strahlungsquants bedingten Schädigung durch das Bakterium erfolgen
könnte. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die Stoffe zum Zwecke der Sterilisierung
mit starken Ultraviolett-Strahlungs-Intensitäten zu behandeln. Um nachteilige Wirkungen
dieser Bestrahlung bei Stoffen, insbesondere geschmackliche Meränderungen bei Lebensmitteln
wie Milch usw. zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Ultraviolett-Strahlen stoßweise
auf das Gut einwirken zu lassen. Man hat zwar schon vorgeschlagen, Stoffe durch
stoßweise Energieeinwirkung zu behandeln, doch handelt es sich dabei um die Entwesung
verschiedener Güter durch die Einwirkung elektrischer Hochfrequenz. Für die Vitaminisierung
und Sterilisierung von Stoffen, insbesondere von Flüssigkeiten sind Maßnahmen dieser
Art jedoch nicht geeignet.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Behandeln von Stoffen
mit Ultraviolett-Strahlen, insbesondere zum Vitaminisieren und Sterilisieren, und
hat den Zweck, sowohl die Vitaminisierung als auch die Sterilisierung gleichzeitig
bzw. in ganz kurzen Abständen während eines Behandlungsprozesses durchzuführen.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß die ge-&amte von jeder
einzelnen Lampe ausgesandte Strahlung jeweils auf eine einzige Stelle, in der sich
das zu behandelnde Gut befindet, konzentriert wird und damit eine besonders intensive
Wirkung hervorruft.
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Die Erfindung besteht in einer Einrichtung, bei der in einem Ringreflektor
mit elliptischem Querschnitt eine kreisförmige Strahlungsquelle angeordnet ist,
derart, daß die Strahlungsquelle auf der Kreislinie der äußeren Brennpunkte liegt,
während der zu behandelnde Stoff im inneren Reflektorbrennpunkt oder in dessen Nähe
angeordnet ist. Als Strahlungsquelle dient eine Ultraviolettlampe, die zweckmäßig
aus einem kreisförmig ausgebildeten Rohr besteht.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
und in schematischer Form dargestellt.
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So zeigt die Fig. I einen Ringreflektor mit Ultraviolettlampe im
Querschnitt. Die eigentliche Refiektoreinrichtung ist- in dieser Figur mit dem Bezugszeichen
I und die kreisförmige, aus einem Quarzrohr bestehende Ultraviolettlampe mit 2 bezeichnet.
Die Elektroden für die Strahlungsquelle tragen die Bezugs zeichen 3 und 4 und sind
durch geeignete Dlurchführungeng und 6 von dem Reflektor isoliert. Von den Elektroden
sind für jede Lampe 2 vorgesehen. D'ie so ausgebildete Lampe besteht an sich aus
zwei parallel geschalteten Ultraviolett-Strahlungsquellen, die jedoch nur zwei Elektroden
aufweisen. Während die Strahlungsquelle 2 sich in dem einen Brennkreis des Ringreflektors
befindet, weist die Einrichtung an der Stelle des anderen Brennkreises oder in dessen
Nähe eine Bohrung 7 auf; an dieser Stelle wird das zu behandelnde Gut in geeigneter
Weise der Einwirkung der Ultraviolett-Strahlen ausgesetzt.
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Die Fig. 2 zeigt die Einrichtung gemäß Fig. I im Schnitt A-A'. Aus
der Darstellung in der Fig. 2 geht die elliptische Ausbildung des Quer schnittes
des Ringreflektors I deutlich hervor. Die Elektroden 3 und 4 der Strahlungsquelle
2 führen zu der in der äußeren Brennlinie des Ringreflektors angeordneten Strahlungsquelle
2. In dem inneren Brennpunkt der Einrichtung ist ein zweckmäßigerweise aus Quarz
bestehendes Rohr 8 angeordnet, durch welches das zu behandelnde Gut geführt wird.
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Das Gut kommt auf diesem Wege beim Eintritt durch die Öffnung 7 in
den Strahlungsbereich der Ultraviolettlampe und ist im inneren Brennpunkt 7' des
Reflektors einer ganz besonders intensiven Einwirkung der Strahlung ausgesetzt.
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In der Fig. 3 sind mehrere dieser Einrichtungen hintereinander auf
einer gemeinsamen Leitung 8 angeordnet. Die einzelnen Teile dieser Einrichtung weisen
die gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile der Vorrichtung gemäß den
Fig. I und 2 auf. Das zu behandelnde Gut, z. B. die zu bestrahlende Flüssigkeit,
wie Milch usw;, wird durch das Quarzrohr 8 in Pfeilrichtung geleitet und gelangt
so nacheinander in den Wirkungsbereich der Einrichtungen I" und Ittt. Iri jeder
dieser Vorrichtungen erfolgt, insbesondere wenn die Flüssigkeit in den inneren Brennpunkt
des Ringreflektors gelangt, eine intensive Bestrahlung, die bei Anordnung mehrerer
Bestrahlungseinrichtungen hintereinander auf das Gut eine stoßweise Wirkung ausübt,
wodurch eine weitgehende Sterilisation des zu behandelnden Stoffes eintritt. Nebenher
läuft durch die Einwirkung der gleichen Ultraviolett-Strahlen die -Vitaminisierung
des Gutes. Die Behandlung kann also leicht so geregelt werden, daß in jeder ,der
'Vorrichtungen eine ausreichende Vitaminisierung und Sterilisierung des zu behandelnden
Stoffes erfolgt. Es ist aber auch möglich, den einen oder den anderen Vorgang abwechselnd
während der Durchführung des Gutes durch die Leitung 8 in den Behandlu,ngsbereich
der Vorrichtungen vorherrschen zu lassen. Im allgemeinen wird in der Einrichtung
nach, Fig. 3 im Behandlungsbereich der Reflektoren I', 1" und 1"' eine bevorzugte
Sterilisierung des in der Rohrleitung 8 fließenden Gutes stattfinden.
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Da die Eindringtiefe der Ultraviolett-Strahlen insbesondere in nichtdurchsichtige
Flüssigkeiten
vergleichsweise sehr gering ist, ist es zweckmäßig,
das Rohr 8 doppelwandig auszubilden, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Zwischen
der äußeren Wandung g und der inneren Wandung 10 fließt das zu behandelnde Gut,
wobei der Zwischenraum I I zwischen den beiden Wandungen so bemessen ist, daß die
Schichtdicke des Gutes ungefähr der Eindringtiefe der Strahlung entspricht. Der
innere Hohlraum 12 des Rohres kann für eine eventuelle Kühlung oder Vorbehandlung
des Gutes ausgenutzt werden. In letzterem Fall wird man das Rohr in der der Fig.
4 a entsprechenden Weise ausbilden.
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In das Rohr 8 kann an geeigneten Stellen eine zusätzliche Strahlungsquelle
13 angeordnet werden, die eine geringere Strahlungsintensität als die Ringreflektoreinrichtung
aufweist und insbesondere die Vitaminisierung des zu behandelnden Gutes herbeiführt.
Die Strahlungseinrichtung I3 weist dann gemäß Fig. 5 zweckmäßig eine langgestreckte
Form auf und ist durch die Elektroden 3' und 4' mit einer entsprechenden Energiequelle
verbunden. Bei der Behandlung einer Flüssigkeit in der Einrichtung nach Fig. 5 tritt
also beim Eintritt der Flüssigkeit in den zwischen der Strahlungsquelle I3 und dem
Rohr 8 vorhandenen Zwischenraum bereits eine die Vitaminisierung fördernde Ultraviolett-Bestrahlung
ein, die sich auf die ganze Länge der Strahlungsquelle 13 erstreckt, während beim
Eintritt der Flüssigkeit in die Behandlungsräume der Ringreflektoren I' und 1" eine
stoßweise Einwirkung der Strahlung zum Zweck der Sterilisierung erfolgt, die sich
je nach der Anzahl der angeordneten Ringreflektroden wiederholt und bis zu einer
restlosen Entkeimung durchgeführt werden kann.
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Die Strahlungseinrichtung für die V'itaminisierung kann aber auch
außerhalb des Rohres 8 angeordnet sein, wie die Einrichtung nach der Fig. 6 im Aufriß
zeigt. Die Ultraviolettlampen 14 und 15 für die Mitamimsierung sind bei dieser Einrichtung
zwischen den Ringreflektroden I' und I", und zwar als rohrförmige Lampen langgestreckt
angeordnet.
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Die Bestrahlung des Gutes mit diesen Lampen erfolgt also ebenfalls
zwischen der jeweiligen stoßweisen Einwirkung der Ultraviolett-Strahlen in jedem
der Ringreflektoren. Der elektrische Anschluß der Lampen 14 und 15 erfolgt durch
die Zuführungen I6, I7 bzw. I8 und 19. Diese Lampen 14 und I5 sind ihrerseits in
Behältern 20 und 21 untergebracht, die in ihrer Form ungefähr den Ringreflektoren
I bis I"' der Fig. I bis 5 entsprechen, d. h. ungefähr den gleichen Querschnitt
wie diese aufweisen, jedoch in ihrer Anordnung gegenüber diesen um etwa go0 versetzt
sind. Durch die Anordnung dieser Reflektoren 20 und 21 zwischen den, Ringreflektoren
1', I" usw. wird eine fast kontinuierliche Ultraviolett-Bestrahlung des Gutes herbeigeführt,
wobei die Vitaminisierungsbestrahlung durch die Lampen 14 und I5 noch durch eine
weitere in das Leitung rohr 8 für das zu behandelnde Gut eingebaute Strahlungsquelle
I2, ähnlich wie in Fig. 5 gezeigt, verstärkt bzw. deren Kontinuität vergrößert werden
kann.
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Die Anordnung der Vitaminisierungsreflektoren 20 und 2I kann in der
in der Fig. 7 gezeigten Weise, die eine Seitenansicht der in der Fig. 6 gezeigten
Vorrichtung im Schnitt B-B' darstellt, geschehen.
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Die Bezugszeichen der einzelnen Teile in den Fig. 6 und 7 entsprechen
einander. Bei dieser Einrichtung sind zwei Vitaminisierungsreflektoren 20 und 21
vorhanden, die einander gegenüberliegen. Es steht nicht im Wege, mehrere dieser
Reflektoren anzuordnen und die Einrichtung z. B. sternförmig auszubilden.
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Selbstverständlich ist es möglich, an Stelle der im Querschnitt ellipsenförmig
ausgebildeten Vitaminisierungsreflektoren auch andere Reflektoren, z. B. mit zylindrischem
Querschnitt, anzuordnen oder die Strahlungsquellen in unmittelbarer Nähe des Rohres
8 frei anzubringen oder sie gemeinsam z. B. mit einem ringförmigen Reflektor zu
umgeben.
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Auch können die in den Fig. 6 und 7 gezeigten Zyl inderreflektoren
gegebenenfalls für sich allein verwendet werden.