具有发光二极管的灯模块和光反应器制造技术

一种用于光化学反应器，包括灯模块(10)，灯模块具有散热体(3)和头件(12)，在散热体外表面设有至少一个包括至少一个发光二极管(LED)(1)的支承结构(2)，头件用于LED(1)的电连接和用于保持灯模块(10)。散热体(3)界定流体路径(a)，流体路径具有用于冷却的供应段(4)和回流段(5)。灯模块(10)具有两个相互套合的潜水管或双壁潜水管(11)，其由该发光二极管(LED)(1)发出的辐照波长可透过的材料构成，在所述两个相互套合的潜水管或者双壁潜水管内至少设有所述散热体(3)，包括所述发光二极管(LED)(1)的支承结构(2)安置在该散热体上，其中，在这两个潜水管之间或者该双壁潜水管(11)的两个壁之间形成的缝隙(11’)以提供热隔离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有发光二极管的灯模块和光反应器
本专利技术涉及具有发光二极管(LED)的灯模块，其作为潜水灯可被用在光反应器中以执行光化学反应或也可被用在所谓的AOP(高级氧化工艺)中以及被用来消毒，以及涉及相应的光反应器。
技术介绍
从现有技术中知道了将辐照源尤其是紫外辐照器作为潜水灯用在液态物质中，用于例如消毒水或执行光化学反应。一般，按照常见的方式采用低压或中压辐照器(放电灯)，其例如被罩住以保护而避免污染潜水管，所述潜水管允许所发出的辐照或与光化学反应相关的辐照透过。放电灯的发射光谱可通过合适的掺杂被改变且根据针对光化学反应的要求在一定范围内被调整。但是，低压辐照器或中压辐照器的使用牵涉到电流高耗并且辐照强度随着逐渐老化明显减弱，辐照光谱还可能迁移，这使得时隔较短的定期检查是必不可少的。在发光机构领域中，发光二极管因在自发全光通量情况下的较低耗电、长使用寿命和高的开关操作强度而越来越重要。LED在电流在流通方向流动时发出光、红外线或紫外线。发出射线的波长取决于半导体元件的掺杂。对于紫外射线，比如考虑金刚石、氮化铝或氮化铝镓铟。虽然LED不是热辐照器如中压辐照器，但通常由高电流引起的高温明显缩短了LED的使用寿命，该高电流是最高光输出所需要的。为了避免在较高电流时升高温度的这种不利影响，LED通常不在标称功率下运行，而是与较低的发光功率相关地低于标称功率。为了仍获得期望的光量，于是所用LED的数量被增加。如果这些LED为了高的光输出或辐照强度而以高电流被运行，则需要有效散热以获得LED使用寿命。通常采用大多由铝制造的金属壳体来散热。为了将LED用在光生物反应器内用于培养微生物，在US2010/0267125A1内描述了一种LED发光模块，其中这些LED被冷却。这些LED设置在一个单侧封闭的支承管上，支承管被透明的罩管包围。在支承管内设有一个内管，内管结束在支承管的封闭端上方，从而在支承管内存在流体路径，其以位于上游的部分处于支承管和内管之间的缝隙内并以位于下游的部分处于内管中。位于上游的部分通过封闭支承管和内管的头件与冷却介质源流体连通，而位于下游的部分相应地与冷却介质回流机构流体连通。在生物反应器中在反应空间内存在下述压力和温度条件，其与环境压力和室温差别不大，因为通常只能获得微生物最佳生长。如果多个LED应该被用在光反应器中用于化学合成如光氯化或光硼化，则潜水灯的相应灯模块须满足与周围反应条件相关的更高要求，该周围反应条件可以截然不同于环境压力和室温。另外，因为LED的低电压驱动方式和高辐照功率所需要的高电流强度而迄今无法按照工业规模将LED用在反应空间内，该反应空间也可能全长达几米并且其中的迄今作为潜水灯采用的低压辐照器或中压辐照器具有按照相应数量级的尺寸。
技术实现思路
鉴于该现有技术，本专利技术的任务是提供一种在热预算管控方面有所改善的LED灯模块，其不仅能在环境条件下按照实验室规模来使用，也可以作为用于光化学合成或光催化合成的潜水管被用在AOP中以及用于杀毒，也可按照工业规模。该任务通过一种具有权利要求1的特征的LED灯模块完成。该主题的改进方案如从属权利要求所述。提供具有作为辐照源的多个LED的光反应器的另一任务通过具有独立权利要求10的特征的光反应器完成。根据本专利技术的被设计成作为潜水灯被用在光化学反应器中的灯模块具有散热体，在散热体的外表面上设置至少一个具有至少一个发光二极管(LED)的支承结构且大多是电路板。该散热体界定至少一个流体路径，在该流体路径内引导或循环冷却介质。适当采用哪种冷却介质可以取决于周围反应空间内的反应温度。流体路径分为一个或多个供应段和回流段，其中这个或这些供应段通过灯模块的头件与冷却介质源相连，这个或这些回流段通过还用于至少一个LED的电连接和保持灯模块的头件与冷却介质回流相连。冷却流体源和回流也可以形成一个循环回路。通常，灯可以安装在潜水管内以实现针对周围反应空间内的反应条件的保护。为了使热敏LED与存在于周围反应空间内的条件脱离关联以便不影响LED的功能性，本专利技术的灯模块或是具有两个(或许更多)套合的潜水管或者至少一个双壁潜水管，其内至少设置借助支承结构配备LED的散热体和或许还有该头件，从而在两个潜水管或双壁之间形成的缝隙提供热隔离。这可以如此实现，利用抽吸装置在该缝隙内产生负压，或者在缝隙内接入冷却回路用于流体冷却。在以双壁潜水管形式实施时，壁之间的缝隙也可以已经在其制造时被抽空。所有不吸收LED发出的光的物质例如水或其它液体适合作为冷却流体。但优选在此也可以考虑气体冲扫用于冷却，尤其利用惰性气体或空气。有利地通过附加潜水管增大潜水灯表面，进而实现提高的光化学效率。这个或这些潜水管有意义地由允许LED发出的光的波长透过的材料制造。另外，潜水管就材料和造型而言，针对在从高度真空至6巴正压的范围内的可能存在于包围潜水管的反应空间中的反应压力来设计。作为材料，考虑天然或人造的石英玻璃或石英玻璃混合物或硼硅酸盐玻璃等，有利地将潜水管设计成具有至少3.5mm壁厚。用于容纳头件的锥形凸缘改善作为潜水灯的模块的机械稳定性。所用的潜水管还可以被加热至少一次，且以高达10巴的程度得到压力检验。该潜水管可以是单侧封闭的，从而封闭端可位于周围光反应器的反应空间内，就像通常在竖直布置潜水灯时的情况那样；但潜水管也可以是两侧开放的且也水平应用在反应器内，其中潜水管开放端几乎伸出反应空间。为了该灯模块也能在可能构成潜在爆炸气氛的反应环境中被驱动而可以规定，该头件密封弹性地安装在一个单侧封闭的潜水管的开放端上且与之相连。惰性气体供应通道延伸穿过散热体或作为软管或管子延伸穿过在散热体与潜水管之间构成的空隙，直到潜水管的封闭端上方。通过头件与潜水管弹性安装在一起，可以衰减振动以避免玻璃-金属接触，并且通过密封连接产生并维持相对于环境要压力的在潜水管内的为至少0.8毫巴至最高15毫巴的正压，从而没有可点燃气氛进入潜水管内而到达LED体和头件。如果采用两侧开放的潜水管，则一侧通过弹性密封安装的头件被封闭而另一侧通过相应的封闭件封闭。用于在潜水管内提供正压的惰性气体供应于是可以在两侧之一实现。为了在较长的LED体(其中，具有LED的两个或更多的支承结构沿散热体纵向相邻)情况下，能提供与支承结构(其与头端间隔设置)上的LED的电触点但不遮挡其上的LED，该散热体在流体路径旁还至少部分界定出一个或多个腔室，至少一个电流传导装置从散热体头端至存在于支承结构上的LED的触点件地延伸穿过该腔室。所需要的腔室的数量和/或尺寸与灯模块的LED的总数和其沿散热体周面的分布相关，因为随着LED数量增大，基于在以低电压驱动的半导体元件串联时出现的电容损失而增大所需要的电缆横截面。此时，可以是总数的一小部分的且安置在同一支承结构上的预定数量的LED可以分别与其中一根电线相连。因而，设置在一个支承结构上的LED最大数量和进而支承结构的最大长度可被预定。该散热体可以根据在所述至少一个支承结构上的LED的数量和布置被设定尺寸。在这个或这些设于散热体上的支承结构上的LED的布置最好对应于在散热体内的回流段的走向，从而提供LED的有效冷却。该散热体可以通过柱形的、最好是规则棱柱形的空心型材或实心型材构成，在这里，带有LED的所述支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光化学反应器的灯模块(10)，其具有散热体(3)和头件(12)，在所述散热体外表面设有至少一个支承结构(2)，所述支承结构具有至少一个发光二极管(LED)(1)，该头件用于所述至少一个LED(1)的电连接，并用于保持该灯模块(10)，其中，该散热体(3)界定至少一个流体路径(a)，该流体路径具有至少一个供应段(4)和至少一个回流段(5)，其中，所述至少一个供应段(4)通过该头件(12)与冷却介质源(Q)流体连通，并且所述至少一个回流段(5)通过该头件(12)与冷却介质回流机构(R)流体连通，其特征是，该灯模块(10)具有至少两个相互套合的潜水管或至少一个双壁潜水管(11)，构成所述潜水管或双壁潜水管的材料对于从该灯模块(10)的所述LED(1)发出的辐照的波长是可透射的，在所述至少两个相互套合的潜水管或者双壁潜水管内，至少设有所述散热体(3)，在该散热体上安置具有所述至少一个发光二极管(LED)(1)的至少一个支承结构(2)，其中，在这两个潜水管之间或者该双壁潜水管(11)的两个壁之间形成的缝隙(11’)提供热隔离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.21 DE 102014012217.41.一种用于光化学反应器的灯模块(10)，其具有散热体(3)和头件(12)，在所述散热体外表面设有至少一个支承结构(2)，所述支承结构具有至少一个发光二极管(LED)(1)，该头件用于所述至少一个LED(1)的电连接，并用于保持该灯模块(10)，其中，该散热体(3)界定至少一个流体路径(a)，该流体路径具有至少一个供应段(4)和至少一个回流段(5)，其中，所述至少一个供应段(4)通过该头件(12)与冷却介质源(Q)流体连通，并且所述至少一个回流段(5)通过该头件(12)与冷却介质回流机构(R)流体连通，其特征是，该灯模块(10)具有至少两个相互套合的潜水管或至少一个双壁潜水管(11)，构成所述潜水管或双壁潜水管的材料对于从该灯模块(10)的所述LED(1)发出的辐照的波长是可透射的，在所述至少两个相互套合的潜水管或者双壁潜水管内，至少设有所述散热体(3)，在该散热体上安置具有所述至少一个发光二极管(LED)(1)的至少一个支承结构(2)，其中，在这两个潜水管之间或者该双壁潜水管(11)的两个壁之间形成的缝隙(11’)提供热隔离。2.根据权利要求1所述的灯模块(10)，其特征是，所述相互套合的潜水管或所述双壁潜水管(11)的材料和形状，就在所述潜水管(11)周围的反应空间内的反应压力而言，是针对从高度真空至6巴正压的范围来设计的，和/或该头件(12)是与该潜水管(11)的第一端按照流体密封且弹性支承的方式连接的，且该潜水管(11)在其第二端被封闭，最好通过封闭件，其中，惰性气体供应通道延伸穿过该头件(12)进入该潜水管(11)和该散热体(3)之间的空间(19)。3.根据权利要求1或2所述的灯模块(10)，其特征是，该散热体(3)至少部分界定至少一个腔室(6)，至少一条供电线和/或控制线(15)按照从该散热体(3)的头端延伸至所述至少一个LED(1)的触点件(1’)的方式经过该腔室，和/或该腔室(6)的数量和尺寸适合接纳该灯模块(10)的全部LED(1)，其中，优选设置在同一支承结构(2)上的预定数量的LED(1)分别与至少其中一条供电线和/或控制线(15)相连。4.根据权利要求1至3中至少一项所述的灯模块(10)，其特征是，该散热体(3)是根据在该至少一个支承结构(2)上的LED(1)的数量和布置来设定尺寸的。5.根据权利要求1至4中至少一项所述的灯模块(10)，其特征是，该散热体(3)具有至少一个沿纵轴居中延...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·佩施尔，
申请(专利权)人：佩施尔紫外线有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE