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Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von hitzeempfindlichem
Gut mit anschließender Kühlung An anderen Stellen hat der Erfinder die Bedeutung
der Aufheizgeschwindigkeit bei der Wärmebehandlung von Substanzen zum Zweck ihrer
Entkeimung beschrieben. Er hat dabei darauf hingewiesen, daß es zur Durchführung
des Verfahrens in manchen Fällen von Vorteil sein kann, die für die Erreichung eines
optimalen Abtötungseffektes notwendige hohe Aufheizgeschwindigkeit durch lkhandlung
der zu entkeimenden Substanz in einem hoch- bzw. ultrahochfrequenten elektrischen
Wechselfeld herbeizuführen. Die Möglichkeit, bei Benutzung der optimalen hohen Aufheizgeschwindigkeit
auch hohe Keimzahlen schon in wenigen Sekunden Verweilzeit auf der Behandlungstemperatur
abzutöten, bietet den Vorteil der Schonung des so behandelten Gutes, wenn nach Verlauf
der Verweilzeit für eine sofortige Kühlung gesorgt wird. Wenn die Substanz im Durchfluß
behandelt wird, ist eine schnelle Kühlung leicht durchzuführen. Bei Behandlung der
Substanz in geschlossenen Gefäßen ist dagegen die schnelle Kühlung nicht ohne weiteres
leicht möglich.
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Für solche und andere Fälle weist nun das erfindungsgemäße Verfahren
bei Benutzung eines hoch- bzw. ultrahochfrequenten elektrischen Wechselfeldes für
die Aufheizung des Gutes eine Möglichkeit auf. Die Erfindung macht von der bekannten
Möglichkeit der selektiven Aufheizung in
einem Feld der gekennzeichneten
Art Gebrauch, die durch die von Pätzold aufgestellte Beziehung
(i opt. = Wellenlänge in Meter, x = spezifische elektrische Leitfähigkeit in Sekunden
pro Zentimeter, e = Dielektrizitätskonstante) darzustellen ist.
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Nach dieser Formel läßt sich für den Fall eines geschichteten Dielektrikums
aus Stoffen mit jeweils verschiedenen Leitfähigkeiten xl, x2 . . . und Dielektrizitätskonstanten
Ei, E2 . . . jeweils die optimale Wellenlänge bestimmen, bei der die Erwärmung gerade
für eine Schicht (x", a") ein Maximum erreicht.
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Von dieser Möglichkeit wird nun im Sinn der Erfindung so Gebrauch
gemacht, daß für das Feld der gekennzeichneten Art eine Frequenz benutzt wird, die
für eine maximale Erwärmung der zu behandelnden Substanz geeignet ist, für den Behälter,
in dem die Substanz sich befindet oder eine zweite in Berührung mit ,der Flüssigkeit
stehende, z. B. eine beigemischte Phase, jedoch ein Material solcher elektrischen
Daten (x, E) gewählt wird, daß es während der sehr kurzzeitigen Behandlung praktisch
weder direkt noch indirekt durch die aufgeheizte Substanz erwärmt wird. Infolgedessen
kann nach Ausschalten ,des Feldes nach Erreichen der erforderlichen oder gewünschten
Temperatur eine Abkühlung der erhitzten Substanz durch Wärmeaustausch mit den nicht
erwärmten Schichten, z. B. Behälterwand, auf eine für die Substanz unschädliche
Temperatur während einer unschädlichen Zeitspanne eintreten.
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Als Beispiel mögen .die Versuche mit Blutserum in einer Glasampulle
dienen. Die Abtötung von schädlichen Keimen im Blut bzw. -serum durch Temperatureinwirkung
bereitet erhebliche Schwierigkeiten wegen der bei einem normalen Erhitzungsvorgang
schon bei verhältnismäßig niedrigen, zur Abtötung von Keimen nicht ausreichenden
Temperaturen eintretenden Koagulation. Wenn man jedoch mit hohen Auflheizgeschwindigkeiten
arbeitet, kann man zu wesentlich höheren Temperaturen (7o bis 8o°) gehen, ohne,daß
eine Koagulation eintritt, vorausgesetzt, daß man für eine schnelle Abkühlung sorgt,
zumindest bis auf einen Temperaturwert, bei dem keine nachträgliche Koagulation
mehr eintritt. Diese schnelle Abkühlung wird nun aber ermöglicht, wenn man nach
den oben angegebenen Regeln der Erfindung verfährt, weil dann die Behälterwand,
in dem gewählten Beispiel die Glaswandung zier Ampulle, infolge der starken Abweichung
ihrer elektrischen Daten von denen der zu behandelnden Substanz (Blutserum e = 82
x = 1,2 X 1o-2 Glas e = 6,5 x = 1,1 X 1o-8) weder direkt noch indirekt mit aufgeheizt
wird. Die Fig. 1 zeigt den Temperaturverlauf eines solchen Versuchs mit Blutserum
in einer Glasampulle. Als Ordinate ist die Temperatur, als Abszisse die Zeit aufgetragen.
Die Kurve zeigt den Verlauf der Abkühlung bei einer Anordnung und Aufheizung nach
der Erfindung. Man ersieht aus dem Verlauf der Kurve den starken Abfall der Temperatur
in der Substanz, die schon innerhalb weniger Sekunden auf für die SubK.Stanz unschädliche
Werte absinkt, wodurcheine Koagulation des Serums vermieden wird. Mit normaler Aufheizung,
also z. B. im Wasserbad, ist dieser Versuch überhaupt nicht durchführbar, da schon
während des Aufheizvorganges das Serum koagulieren würde.
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Die Abkühlung kann auch noch über das angegebene Maß hinaus gesteigert
werden, indem man die Behälterwund gewissermaßen in zwei verschiedenartige Medien
aufteilt, also z. B. in Glas als eigentliche Belhälterwand und in eine Flüssigkeit.
Durch die dadurch gewissermaßen erreichte Verstärkung der Gefäßwandung wird die
Wärmekapazität insgesamt erhöht; außerdem kommt noch !hinzu, @daß durch Benutzung
der Außenflüssigkeit infolge Konvektion, die sogar durch Rühren noch erhöht werden
könnte, die Abkühlung weiter gesteigert wird. Als Flüssigkeit wird nun zweckmäßig
eine solche hofier Dielektrizitätskonstante und geringer Leitfähigkeit verwendet.
In dieses Bad kann man auch die Elektroden einsetzen. Daraus ergibt sich der weitere
Vorteil, daß die Flüssigkeit eine einfache und wirksame Ankopplung der Elektroden
an das Behandlungsgefäß ergibt.
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Eine derartige Anordnung ist in der Fig.2 im Schnitt und im Aufriß
schematisch dargestellt, wobei Ziffer 1 die zu erhitzende Flüssigkeit, Ziffer 2
das Behandlungsgefäß,aus diel.ektrischem Material, Ziffer 3 die das eigentliche
Behandlungsgefäß umgebende Flüssigkeit zur Erhöhung der Wärmekapazität, in die,
wie schon gesagt, noch ein in der Figur nicht dargestellter Rührer eintauchen kann,
Ziffer 4 die in diese Flüssigkeit eintauchenden Elektroden mit ihren Zuleitungsdräihten
6, Ziffer 5 das äußere Gefäß zur Aufnahme der Zwischenflüssigkeit darstellen.
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Das Verfahren hat über den angegebenen Anwendungszweck hinaus natürlich
noch eine allgemeine Bedeutung. Es ist stets dann anwendbar, wenn versdhiedene Phasen
eines Stoffgemisches ich in ihren elektrischen Daten (x und e) zur Erzielung
des selektiven Effektes hinreichend unterscheiden. Wird dann eine oder mehrere sehr
schnell aufgeheizt, so kann die Abkühlung dieser Phasen) durch die weiteren, infolge
ihrer abweichenden elektrischen Daten weder direkt noch indirekt erwärmten Phasen
übernommen werden. Es ist dabei gleichgültig, ob die verschiedenen Phasen künstlich
herbeigeführt werden, z. B. durch Wandungen, die die zu erwärmende Substanz umschließen,
oder durch künstlich in die Substanz eingebrachte Bestandteile, oder ob die Substanz
bereits aus diesen verschiedenen Phasen besteht.