Bisher ist es üblich, schädliche Mikroorganismen in Flüs- sigkeiten, insbesondere in flüssigen Lebensmitteln, durch eine Hitzebehandlung wie Pasteurisieren, Sterilisieren, U1- trahocherhitzen oder ähnliche Verfahren abzutöten. Dadurch wird die Qualität und die Haltbarkeit des Produktes verbes- sert. Im einzelnen laufen diese Verfahren so ab, daß die Flüssigkeit, z. B. Milch, zunächst erhitzt, anschließend für einen bestimmten Zeitraum auf dieser Temperatur gehal- ten und danach abgekühlt wird. Dazu werden neben der Dampf- injektion zur Wärmeübertragung konventionelle Röhren-oder Plattenwärmetauscher verwendet, wobei infolge derer Geome- trie oft stark unterschiedliche Verweilzeiten der Produkte in dem Wärmetauscher gegeben sind. Dabei können im Produkt Hitzeschäden infolge geringer Geschwindigkeit in den wand- nahen Zonen auftreten. Die damit erreichten Aufheiz-und Abkühlzeiten sowie die Temperaturen werden später anhand der Figur 2 erläutert. Im Laborversuchsmaßstab wurde auch schon mehrere Kapillarrohre zur Aufheizung verwendet, die einen Durchmesser von 1 bis 3 mm aufwiesen. Solche Kapil- larrohre sind jedoch für die Aufheizung größerer Durchsätze bei einer großtechnischen Produktion nicht geeignet.

Die vorliegende Erfindung hat davon ausgehend zur Aufgabe ein Verfahren zum Abtöten schädlicher Mikroorganismen in Flüssigkeiten durch kurzzeitiges Hocherhitzen ohne Erhit- zung durch direkte Dampfzufuhr, z. B. durch Ultrahocherhit- zen von flüssigen Lebensmitteln wie Milch oder anderen Flüssigkeiten unter Erhalt der in der Flüssigkeit enthalte- nen Wertstoffe anzugeben, das einerseits ein sehr kurz- zeitiges Aufheizen auf Temperaturbereiche über 140° C und ein anschließendes Abkühlen jeweils im Milli-bis Hundert- stelsekundenbereich ermöglicht und das andererseits aber auch gleichzeitig Durchsätze in einem größeren produktions- technichen Maßstab erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, wie es im kennzeichnenden Teil des Pa- tentanspruches 1 angeführt ist. Weitere vorteilhafte Merk- male des neuen Verfahrens sind in den Merkmalen der Un- teransprüche 2 und 3 angeführt. Letztlich besteht ein wei- terer Erfindungsgedanke in der neuartigen Verwendung, die im Anspruch 4 angegeben ist.

Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden und anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert : Es zeigen : die Figur 1 den prinzipiellen Aufbau eines Mikrowärmetau- schers, die Figur 2 den Temperaturverlauf des Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik.

Die Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Mikrowär- metauschers 1 zur Erläuterung seiner Funktionsweise. Er be- steht aus einem Stapel diffusionsverschweißter Metallfolien 2 mit Foliendicken von z. B. 100 um. In diese Metallfolien werden mit Hilfe formgeschliffener Werkzeuge parallel zu- einander verlaufende Mikrokanäle 4'für die Fluidpassage 4 der zu erhitzenden Flüssigkeit und Mikrokanäle 3'für die Fluidpassage 3 eines Kühlmittel eingebracht. Die minimal zu realisierenden Kanalabmessungen liegen im Bereich von lOum.

Die geometrische Form der Mikrokanäle 3'und 4'ist frei wählbar. So sind zum Beispiel Rechteck-sowie auch kreis- förmige Querschnitte möglich. Die Mikrokanäle 3'und 4' können unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Um gleiche Durchflußmengenströme in den einzelnen Mikrokanälen einer Fluidpassage zu gewährleisten, sind die Mikrokanaäle einer solchen Fluidpassage untereinander gleich. Der charakteri- stische hydraulische Kanaldurchmesser von Mikrokanälen der Fluidpassage i (hier i=3 bzw. 4) ergibt sich aus der Bezie- hung : di=4Ai/Ui, wobei di = charakteristischer hydraulischer Durchmesser der Ka- näle der Fluidpassage i Ai = durchströmter Kanalquerschnitt der Fluidpassage i Ui = benetzter Kanalumfang der Fluidpassage i i = Index für die Fluidpassage ist. Die Figur 1 zeigt weiter einen als vergrößerten Aus- schnitt dargestellten Mikrokanal 4'der Fluidpassage 4 mit der Kanalabmessung ai, wobei ai die größte Abmessung des Mikrokanales 4'senkrecht zur Kühlmittelpassage 3 ist. Wei- terhin ist die kleinste Wandstärke bi, das heisst der ge- ringste Abstand zwischen den beiden Fluidpassagen 3 und 4 eingezeichnet.

Mikrowärmetauscher sind allgemein dadurch gekennzeichnet, daß entweder -die charakteristischen hydraulischen Kanldurchmesser di (hier : i=3 und 4) oder -die Kanalabmessungen ai aller Mikrokanäle zumindest einer Fluidpassage i kleiner 1000 um sind. Die kleinste Wandstärke bi zwischen den ein- zelnen Fluidpassagen ist ebenfalls kleiner 1000 um, vor- zugsweise kleiner 200 um zu wählen. Diese Aussagen gelten auch für den Fall, daß die Mikrokanäle einer Fluidpassage i untereinander unterschiedlich groß sind.

Die einzelnen Metallfolien 2 werden bei dem Ausführungsbei- spiel gemäß der Figur 1 so übereinander gestapelt, daß die Mikrokanäle 3'und 4'zweier benachbarter Fluidpassagen un- ter 90° zueinander verlaufen (Kreuzstrom-Mikrowärmetau- scher) und heliumdicht gegeneinander abgedichtet sind. Ne- ben der in der Figur 1 dargestellten Kreuzstromführung sind auch andere typische Strömungsführungen wie Gleich-und Ge- genstromführung und alle Kombinationen daraus realisierbar.

Die deutliche Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung im Mikrowärmetauscher beruht darauf, daß durch die kleinen hy- draulischen Kanaldurchmesser di, vor allem aber durch die kleinen Kanalabmessungen ai, die Transportwege für die zwi- schen den Fluidpassagen 3'und 4'zu übertragenden Wärme- ströme sehr kurz sind. Gegenüber Wämedurchgangskoeffizien- ten von ca. 1000 W/K m in konventionellen Wärmetauschern ergeben sich in Mikrowärmetauschern Werte in der Größenord- nung 20000 W/K m (beide Fluidpassagen 3'und 4': di = 80 um, ai = 70 pm). Die spezifische Wärmeübertragungsfläche kann Werte größer 100 cm2/cm3 erreichen gegenüber ca. 1 cm2/cm3 in konventionellen Rohrbündelwärmetauschern. Daraus resultiert insgesamt eine Steigerung der volumenspezifi- schen Wärmeübertragungsleistung um mindestens einen Faktor 100.

Aus gewonnenen experimentellen Daten solcher Mikrowärmetau- scher 1 ergeben sich Verweilzeiten herunter bis zu wenigen Millisekunden sowie Aufheiz-und Abkühlraten von bis zu 10000K pro Sekunde. Daher kann ein Flüssigkeitsstrom von 400 kg/h in einem Mikrowärmetauscher von 1 cm3 aktivem Vo- lumen bei 6 bar Eimtritts-und 1 bar Austrittsdruck in 3 Millisekunden um 30°K erhitzt oder abgekühlt werden. Für einen größeren Mikrowärmetauscher mit 27 cm3 aktivem Volu- men ergeben sich ein Durchsätze von ca. 4000 kg/h. Unter dem aktiven Volumen eines Mikrowärmetauschers ist das Volu- men im Inneren des Wärmetauschers zu verstehen, in welchem die Mikrokanäle verlaufen, wobei das Volumen von Deck-und Seitenplatten sowie das der Anschlüsse nicht mitgerechnet ist.

Das neue Verfahren besteht nun im wesentlichern darin, daß die Flüssigkeit mit den schädliche Mikroorganismen zu dem kurzzeitiges Hocherhitzen, wie z. B. zum Ultrahocherhitzen von flüssigen Lebensmitteln wie Milch im ersten Schritt in bzw. durch einen solchen Mikrowärmetauscher 1 gemäß der Fi- gur 1 mit bis zu etwa 10000 Mikrokanälen pro cm3 aktivem Wärmetauschervolumen in einem extrem kurzen Zeitintervall mit einem Gradienten von mindestens 200 K/sec erhitzt wird, im zweiten Schritt in einem Zeitintervall von <2sec auf dieser Temperatur gehalten und in einem dritten Schritt wiederum in bzw. durch einen weiteren Mikrowärmetauscher in einem extrem kurzen Zeitintervall mit einem Gradienten von mindestens 200°K/sec wieder abgekühlt wird. Dabei kann im zweiten Schritt ebenfalls durch einen Mikrowärmetauscher der angegebenen Art Wärme noch zusätzlich Wärme zum Halten der Temperatur zugeführt werden. Im praktischen Fall wird dabei die Flüssigkeit in einem Zeitintervall von etwa 0,2 bis 0,3 sec auf eine Temperatur zwischen 140° und 200°C und in demselben Zeitintervall von etwa 0,2 bis 0,3 sec wieder abgekühlt.

Das Verfahren ist in der Figur 2 im Vergleich zum Stand der Technik graphisch im prinzipiellen Verlauf dargestellt. 5 zeigt den Temperaturverlauf über der Zeit bei den Verfahren nach dem Stand der Technik und 6 den bei dem Verfahren nach der Erfindung. Beide Kurven 5 und 6 gehen von einer Aus- gangstemperatur von etwa 10°C aus, wobei aber auch von hö- heren Vorwärmtemperaturen von bis zu etwa 80°C,-gestri- chelter Kurververlauf 13 und 14-, ausgegangen werden kann.

Solche Vorwärmtemperaturen können konventionell oder, wie bei der Kurve 6 für das neue Verfahren dargestellt, im Mil- li-oder Hundertstelsekundenbereich ebenfalls durch einen Mikrowärmetauscher erzeugt werden. Bei der Kurve 5 nach dem Stand der Technik sieht man einen relativ langsamen Anstieg der Temperatur im Bereich von mehreren Sekunden beim Auf- heizen 7, eine Haltezeit 8 und einen mehrere Sekunden lan- gen Temperaturabfall beim Abkühlen 9. Der Kurvenverlauf 6 zeigt dem gegenübergestellt die entsprechenden Werte des neuen Verfahrens, eine sehr kurze Aufheizzeit 10 von weni- gen Milli-oder Hundertstelsekunden, eine Haltezeit 11 von unter einer Sekunde und eine Abkühlzeit 12 ebenfalls im Milli-oder Hundertstelsekundenbereich.

Das Verfahren sieht demnach vor, daß zur Erreichung des ge- setzten Zieles Mikrostrukturapparate in Form von Mikrowär- metauschern verwendet werden. Dadurch lassen sich die Flüs- sigkeiten in kürzester Zeit, wie in dem angegebenen Zeit- raum von Milli-bzw. Hundertstelsekunden aufheizen und wie- der abkühlen. Da für die Hochtemperaturbehandlung von Flüs- sigkeiten zur Abtötung von Mikroorganismen gilt, daß mit abnehmender Einwirkzeit die Behandlungstemperatur gestei- gert werden kann, kann das erfindungsgemäße Verfahren bei sehr hohen Temperaturen in Bereichen von 200° C mit sehr kurzen Einwirkzeiten durchgeführt werden. Wenn die zu be- handelnde Flüssigkeit zum Beispiel Milch ist kann durch das neue Verfahren die Haltbarkeit der Milch verlängert und gleichzeitig eine Qualitätssteigerung, etwa in Form eines verbesserten Milchgeschmackes erreicht werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei der kurzen sehr hohen Erwär- mung der Milch die schädlichen Mikroorganismen vollständig abgetötet werden, die Wertstoffe jedoch erhalten bleiben.

Dabei ist das neue Verfahren nicht auf bestimmte Flüssig- keiten beschränkt, es kann neben der bereits erwähnten Milch auch für andere empfindliche Flüssigkeiten, flüssige Lebensmittel wie Säfte zur Entkeimung, Proteinlösungen, physiologische Lösungen und andere eingesetzt werden. Denk- bar ist auch ein Einsatz bei biologischen oder pharmazeuti- schen Flüssigkeiten wie Blutplasma, bei denen eine Virusin- aktivierung vorgenommen werden soll.

Bezugszeichenliste : 1 Mikrowärmetauscher 2 Metallfolien 3,3'Mikrokanäle, Fluidpassagen 4,4'Mikrokanäle, Fluidpassagen 5 Temperaturverlauf Stand der Technik 6 Temperaturverlauf Erfindung 7 Aufheizzeit Stand der Technik 8 Haltezeit Stand der Technik 9 Abkühlzeit Stand der Technik 10 Aufheizzeit Erfindung 11 Haltezeit Erfindung 12 Abkühlzeit Erfindung 13 Vorheizung Stand der Technik 14 Vorheizung Erfindung