[发明专利]具有发光二极管的灯模块和光反应器

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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US 2010/0267125A1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。为了使辐照源与周围反应空间的热隔离，由DE 10 2010 042670 A1公开一种双壁浸液管。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。

发明内容

鉴于该现有技术，本发明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。