CN115175760A - 用于光化学过程的多边形连续流反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光反应器组件(1)，包括反应器(30)，其中反应器(30)被配置为用于容纳要使用光源辐射(11)处理的流体(100)，光源辐射(11)选自UV辐射、可见辐射和IR辐射中的一种或多种，其中反应器(30)包括透射光源辐射(11)的反应器壁(35)，其中(i)反应器(30)是管式反应器(130)，并且其中反应器壁(35)限定管式反应器(130)；(ii)管式反应器(130)被配置为呈管式布置(1130)；(iii)光反应器组件(1)还包括光源布置(1010)，该光源布置(1010)包括被配置为生成光源辐射(11)的多个光源(10)，其中反应器壁(35)被配置为与多个光源(10)成辐射接收关系；以及(iv)管式布置(1130)和光源布置(1010)中的一个或多个限定多边形(50)。

Description

用于光化学过程的多边形连续流反应器

技术领域

本发明涉及一种光反应器组件以及一种使用光源辐射处理流体的方法。

背景技术

本领域中已知用于光(化学)处理流体的反应器系统。比如，US2016/0017266描述了一种用于处理污染空气、并且产生生物质的光生物反应器，该光生物反应器可以至少部分包括大致竖直的管道或流体通路、具有部分位于螺旋流体通路内的光源的大致竖直的螺旋管道或流体通路、头帽组件和基座组件。在一个示例中，光源可以是一个发光二极管或多个发光二极管(LED)。

发明内容

光化学处理或光化学过程涉及光的化学效应。更一般而言，光化学是指由光(尤其是紫外光(辐射)，可见光(辐射)和/或红外辐射(光))的吸收引起的(化学)反应。比如，光化学可以用于合成特定产物。比如，异构化反应或自由基反应可以由光引发。由光诱导的其他天然发生的过程例如是光合作用或使用阳光形成维生素D。光化学还可以用于例如降解/氧化水中的污染物或例如空气中的污染物。光化学反应可以在光化学反应器或“光反应器”中实施。

然而，在大多数光化学反应中，反应速率受到光在包含反应物的流体中的渗透的限制。光被吸收在流体中，光基本上按照Beer-Lambert定律行进通过该流体。光的强度相对于所行进的长度呈对数方式减小。因此，较远离光源的反应物不能获得所需量的光(能量)，并且该过程可能花费更多的时间，或例如可能导致较低的产率或效率。

更进一步地，光化学中常用的光源是低压汞灯、或中压汞灯或荧光灯。除此之外，一些反应需要非常特定的波长区域，并且它们甚至可能受到来自以其他波长发射的源的光的阻碍。在这些情况下，必须滤出光谱的一部分，这会导致效率低下和反应器设计复杂。

近年来，发光二极管(LED)(比如主波长范围从UVC波长到IR波长的直接LED、和经磷光体转换的LED)的输出急剧增加，从而使得它们成为光化学光源的令人感兴趣的候选者。可以从小表面获得高通量，尤其是如果LED可以保持在低温下。LED的尺寸和形状、特定波长和冷却需求可能对光化学反应器容器的设计带来额外约束。

因此，本发明的一个方面提供一种备选光反应器组件，该备选光反应器组件优选地进一步至少部分消除上述缺点中的一个或多个缺点。本发明的另一方面提供一种用于使用光处理流体的备选(光化学)方法，该方法优选地进一步至少部分消除了上述缺点中的一个或多个缺点。本发明的目的是克服或改善现有技术的缺点中的至少一个缺点或提供有用的备选方案。

因此，在第一方面中，本发明提供一种光反应器组件，包括反应器，其中反应器被配置为用于容纳要使用光源辐射处理的流体。在各实施例中，光源辐射包括UV辐射。在其他实施例中，光源辐射(还)包括可见辐射(或可见光)。在其他具体实施例中，光源辐射(还)包括IR辐射。在具体实施例中，光源辐射选自以下各项中的一项或多项：UV辐射、可见辐射和IR辐射。反应器包括反应器壁，该反应器壁尤其是(至少部分)透射光源辐射。在其他具体实施例中，反应器是管式反应器。尤其是，反应器壁限定反应器，尤其是，管式反应器。在其他实施例中，管式反应器被配置为呈管式布置。在其他实施例中，光反应器组件还包括光源布置。光源布置尤其包括(一个光源，或尤其是)多个光源。一个或多个光源尤其是被配置为生成光源辐射。在其他实施例中，反应器壁被配置为与(多个)光源成辐射接收关系。在特定实施例中，管式布置和光源布置中的一个或多个布置具有旋转对称性。在其他具体实施例中，管式布置和光源布置中的一个或多个布置限定了多边形。

在特定实施例中，本发明提供了一种光反应器组件(“组件”)，包括反应器，其中反应器被配置为用于容纳要使用光源辐射处理的流体，该光源辐射选自以下各项中的一项或多项：UV辐射、可见辐射和IR辐射，其中反应器包括透射光源辐射的反应器壁，其中(i)反应器是管式反应器，并且其中反应器壁限定管式反应器；(ii)管式反应器被配置为呈管式布置；(iii)光反应器组件还包括光源布置，该光源布置包括被配置为生成光源辐射的多个光源，其中反应器壁被配置为与多个光源成辐射接收关系；以及尤其是(iv)管式布置和光源布置中的一个或多个布置限定了多边形。

在这种光反应器组件中，就光源的光输出与功率输入的关系、以及反应物对光的捕获而言，可以在高效率下执行操作。在各实施例中，光反应器组件可以容易地针对待实施的处理类型而被配置，并且例如光源可以(容易地)由其他光源代替，比如，用于改变光源辐射的波长。在其他具体实施例中，可以容易消散由光源生成的热，从而允许高能量输入。

光反应器可以用于诸如根据本文中所描述的方法使用光源辐射处理流体(或流体的混合物，包含包括气态流体和液态流体的混合物)。如上所述，许多光化学反应已知，诸如解离反应、异构化或重排反应、加成反应和取代反应、以及例如氧化还原反应。在各实施例中，(光化学)反应包括光催化反应。这些光化学反应尤其是可以使用光源辐射的能量来将系统的量子态(原子或分子)(其吸收能量)改变为激发态。在激发态下，该系统可以连续地进一步与自身或其他系统(原子、分子)反应、和/或可以引发其他反应。在具体实施例中，可以通过所添加的(光)催化剂或光敏剂来控制光化学反应的速率。诸如短语“使用光源(光)处理流体”中的“处理”之类的本文中所使用的术语“处理”、“经处理的”等可以尤其涉及在流体中的相关(尤其是光敏)系统(原子或分子)上执行光化学反应，尤其是由此将系统(原子、分子)提高到更高能量的状态，并且尤其是引起其他反应。在各实施例中，在照射流体之前和/或期间，可以向流体提供光活性化合物。比如，可以加入光催化剂和/或光敏剂，以启动和/或促进/加速光化学反应。

本文中，这种原子或分子还可以被命名为“(光敏)反应物”。因此，术语“(使用光)处理流体”和类似术语可以尤其是涉及使用光源辐射照射流体(并且使流体中的反应物发生反应)。诸如短语“使用光源辐射照射流体”中的“照射流体”之类的术语“照射流体”尤其是涉及(发射/辐射光源辐射和)提供光源辐射(在此方面，朝向流体提供光源辐射)。因此，本文中的术语“(向流体)提供光源辐射”等和“使用光源辐射照射(流体)”尤其是可以互换使用。而且，本文中的术语“光”和“辐射”可以互换使用，尤其是关于光源辐射。

术语“流体”可以涉及多种(不同的)流体。进一步地，流体可以包括液体和/或气体。该流体尤其是包括光敏反应物(包括光催化剂和/或光敏剂)，尤其是对光源辐射敏感。

当吸收(光源)辐射(光)时，可以吸收光子的能量。光子能量也可以指示为hν，其中h是普朗克常数，ν是光子的频率。因此，提供给原子或分子的能量的量可以以离散量提供，并且尤其是光(光子)的频率的函数。更进一步地，将原子或分子激发到更高状态也可能需要特定量的能量，该特定量的能量优选地与由光子提供的能量的量匹配。这也可以解释不同的光化学反应可能需要具有不同波长的光。因此，在各实施例中，该组件可以被配置为控制光源辐射的波长。

通过使用光源辐射照射反应器中的流体，可以在反应器中实施光化学反应。因此，反应器的壁可以被配置为透射光源辐射。短语“透射光源辐射”中的术语“透射”尤其是指允许光源辐射穿过(壁)的特性。在各实施例中，反应器壁对于光源辐射可能是半透明的。然而，在其他实施例中，反应器壁对于光源辐射是透明的。术语“透射”不一定意味着发射到反应器壁的100％的光源辐射也可以穿过壁。在各实施例中，发射到反应器壁的光源辐射的至少50％可以穿过反应器壁。穿过反应器壁的相对量的光源辐射可以例如取决于光源辐射的波长。

在各实施例中，反应器壁被配置为透射UV辐射。在其他实施例中，反应器壁(还)可以例如被配置为透射可见辐射。在又其他实施例中，反应器壁(还)被配置为透射IR辐射。反应器壁尤其是被配置为与多个光源成辐射接收关系。术语“辐射接收关系”涉及被配置为使得由光源发射的辐射(光)可以直接或间接提供给反应器壁。辐射(光)可以基本上沿着直线直接从光源行进到壁、和/或辐射(光)可以经由(光/辐射)反射元件(反射光源辐射)从光源行进到壁。附加地或可替代地，辐射(光)可以经由散射、扩散等行进到壁。

术语“反应器”尤其是涉及(光)化学反应器。该术语大体上涉及经围合的(反应器)体积，在该体积中，可以发生(光化学)反应。反应器包括尤其是围合(经围合的)体积的反应器壁。反应器壁可以限定反应器，尤其是反应器的类型。基本类型的反应器为本领域技术人员所已知，并且包括(搅拌)罐式反应器和管式反应器。反应器尤其是包括管式反应器。管式反应器可以包括一个或多个管道或管子。该管道可以包括许多不同类型的形状和尺寸。

管道可以例如包括(内)圆形横截面。然而，在其他实施例中，该管道可以包括矩形截面、或比如六边形截面和/或多边形截面。在特定实施例中，管道包括多边形横截面。在其他实施例中，该管道可以包括圆柱形形状，该圆柱形形状包括环形截面(环形物)。因此，在各实施例中，管道可以包括双壁管道，尤其是包括外壁和内壁的双壁管道，其中外壁和内壁(一起)围合反应器体积。在操作期间，流体可以在内壁与外壁之间流动。该内壁和外壁尤其是可以被配置为相似、并且相对于彼此共轴。如此，环形物(与管道的长度和可选地全部的管道的长度组合)可以限定反应器体积。在各实施例中，内壁和外壁可以限定多边形。在其他实施例中，管道包括围合反应器体积的单个壁。后者在本文中也可以称为单壁管道。

术语“(反应器)壁”可以涉及多个(不同的)反应器壁。该术语可以例如是指上述反应器内壁和反应器外壁。该术语还可以例如是指多个管道的壁。

与元件的形状相关的术语“相似”尤其意味着几何形状相似，即，在尺寸调整、翻转、滑动或转动之后，形状中的一个形状可以与另一形状相同。类似形状可以共形。

该管道可能是细长的。管道的长度尤其是可以大于管道的(内)宽度。在各实施例中，管道的长度与管道的(内)宽度的比例可以大于5，尤其是大于10。管道可以包括(细长)管道轴线。在各实施例中，术语“(管道的)宽度”可以涉及管道的壁的两个相对侧之间的表征(内)距离(或尺寸)/(双壁管道的)环形物的宽度。然而，在(包括单壁管道的)其他实施例中，术语可以涉及管道的(内)宽度或(内)高度(尤其是管道的单壁处的两个相对位置之间的(最长)距离，尤其是仅垂直于管道轴线的线)。该术语例如可以是指管道的(圆形横截面的)内径。

术语“环形物”可以涉及圆形环形物以及多边形环形物，诸如正方形环形物(或限定在内壁与外壁之间的横截面积的任何其他几何形状)。

进一步地，管道尤其是包括布置在管道的末端(并且限定管道的长度)的入口开口和出口开口。设置在入口开口处的流体流尤其是可以在出口开口处离开管道。在操作期间，流体可以沿“流动方向”或“流动的方向”从入口开口流到出口开口。管道轴线尤其是(局部)被配置为平行于流动方向。进一步地，管道尤其是不包括管道中的流体流约束部件。在各实施例中，管道被配置为用于沿着管道的长度允许流体速度恒定。在各实施例中，管道可以包括(基本)恒定的内横截面积(或流过横截面积)。

术语“管道”尤其是是指“管子”、“通道”、“细长(开放)容器”、“管道系统”、“管子系统”等，其可以保持流体，并且尤其是其中可以输送流体。因此，如“管道系统”、“管子”、“管子系统”、“通道”等之类的术语还可以用于是指管道。进一步地，在各实施例中，术语“管道”可以是指多个管道。

在特定实施例中，管式反应器包括多个管道。这些管道尤其是彼此平行布置。因此，在各实施例中，管式布置可以包括多个管道。在各实施例中，管式布置轴线尤其是被配置为平行于管道轴线(诸如一个或多个管道的管道轴线)。在其他实施例中，管式布置可以尤其是具有旋转对称性(尤其是围绕管式布置轴线)。在各实施例中，管式布置可以限定圆形或例如椭圆形。在其他实施例中，管式布置可以限定多边形(也见下文)。双壁管道可以例如被配置为限定上述多边形或圆形(或椭圆形)中的一个或多个。在特定实施例中，管道可以包括限定壁的多个(矩形)板或壁元件。比如，在一个实施例中，内壁包括四个板或壁元件(限定内壁)，而外壁包括四个板/壁元件。这些壁元件/板可以被布置为提供双壁矩形(正方形)管道，尤其是内壁与外壁之间具有矩形(正方形)环形物。因此，这些(八个)壁元件/板可以一起限定管道，其中管式布置限定矩形(正方形)。应当理解，可以同样配置圆柱形管道、和具有其他(多边形)形状的管道。在备选实施例中，双壁管道可以由多个(平行布置的)管道代替。在后面的实施例中以及在包括双壁管道的实施例中，管式布置轴线尤其是被配置为平行于管道轴线。在(尤其是包括多个管道的)其他实施例中，这些管道可以相对于管式布置轴线横向地布置。管道可以部分围绕管式布置轴线屈曲(也见下文)。尤其是，(其)被布置为平行于管式布置轴线的管道轴线的(总体上)分量大于(其)被布置为垂直于管式布置的管道轴线的分量。

因此，在各实施例中，管式布置轴线可以被布置为平行于管道轴线(但尤其是与流过管道的流动方向一致)。管式布置可以被配置为成平直管式布置。在各实施例中，管式布置包括平直管式布置，尤其是其中(其)被配置为平行于管式布置轴线的管道轴线的第一分量大于(其)被配置为垂直于管式布置的管道轴线的第二分量。

在特定实施例中，管式反应器包括反应器内壁和反应器外壁，它们一起限定管式反应器，其中反应器内壁和反应器外壁中的一个或多个透射光源辐射，并且其中管式布置包括平直管式布置。

在其他实施例中，管道可以弯曲、屈曲或例如折叠。而且，(细长)管道轴线的方向可以沿着管道的长度改变。沿着管道的流动方向可以相应改变。管道例如可以盘绕。这种弯曲、屈曲或折叠可以尤其是被配置为(局部地)(基本上)不会阻碍流过管道的任何可能流体流动。

管式反应器可以是盘旋的。管道的形状可能如螺旋形开瓶器。在其他实施例中，管式反应器的形状对应于圆形螺旋线(相对于管式布置轴线具有恒定半径)。管道尤其是可以盘绕。经盘绕的管道可以包括单个匝或单个绕组。在各实施例中，线圈可以包括少于单个匝。然而，经盘绕的管道尤其是包括多个匝或多个绕组。

管道可以例如包括至少10个绕组或匝，尤其是至少20个绕组，诸如至少50个绕组。在各实施例中，管道包括2个至200个绕组或匝，尤其是5个至100个绕组或匝，甚至更尤其是10个至75个绕组或匝。绕组或匝尤其(全部)被配置为彼此对准。如此，线圈或盘线可以包括单层绕组或匝(尤其是相对于管式布置轴线)。在其他实施例中，绕组或匝可以限定(经盘绕的)管式反应器(或管式布置)的面。在其他实施例中，绕组或匝可以限定管式反应器的两个相对面。这些面尤其是被配置为与光源成辐射接收关系。

应当理解，基本平直的管道与经盘绕的管道之间的中间配置也是本发明的一部分。在各实施例中，例如，管式反应器包括(多个)经盘绕的管道，该经盘绕的管道包括少于一个匝，诸如半个匝或仅四分之一个匝。这种配置可以由经盘绕的管式配置和/或平直管式配置构成。

在其他特点实施例中，可以使盘线(线圈)的连续绕组或匝之间的距离最小。在各实施例中，线圈的连续绕组(匝)可以被布置为基本上沿着整个绕组(匝)彼此接触。在各实施例中，盘线或线圈的节距可以基本等于管道的表征外尺寸。在其他实施例中，节距可以等于或小于管道的外尺寸的10倍，诸如等于或小于管道的外尺寸的5倍。在各实施例中，节距例如可以是表征外尺寸的大致2倍(尤其是为另一(尤其是平行布置的)管道留出空间)。然而，在各实施例中，节距可以大于表征外尺寸的10倍，诸如50倍或100倍。术语“节距”为本领域技术人员所已知，尤其是是指两个相邻绕组或匝的中心(管道轴线)之间的最短距离。

术语“表征外尺寸”尤其是涉及沿着垂直于管道轴线的线从管道(反应器)壁的第一位置到管道(反应器)的第二位置的最大距离。对于圆形管道，外尺寸等于外直径。对于正方形管道或矩形管道，外尺寸可以是指管道的外高度或外宽度。

因此，在各实施例中，管式布置包括经盘绕的布置。在特定实施例中，管式反应器被配置为呈经盘绕的管式布置。在经盘绕的管式布置中，管式布置轴线尤其是可以被配置为不平行于管道轴线。在各实施例中，管式布置轴线可以被配置为基本横向于(细长)管道轴线。(细长)管道轴线和管式布置轴线可以例如限定45°至135°的范围内的角度，诸如60°至120°的范围内的角度，尤其是80°至100°的范围内的角度，甚至更尤其是90°±5°。管式反应器尤其是包括(经盘绕的)管道。在具体实施例中，管式反应器以螺旋方式盘绕。

在特定实施例中，本发明提供了一种光反应器组件(“组件”)，包括反应器，其中反应器被配置为用于容纳要使用光源辐射处理的流体，该光源辐射选自UV辐射、可见辐射和IR辐射中的一种或多种，其中反应器包括透射光源辐射的反应器壁，其中(i)反应器是管式反应器，并且其中反应器壁限定管式反应器；(ii)管式反应器被配置为呈经盘绕的管式布置(尤其是具有管式布置轴线(A1))，尤其是其中管式反应器以螺旋方式盘绕；(iii)光反应器组件还包括光源布置，该光源布置包括多个光源，该多个光源被配置为生成光源辐射，其中反应器壁被配置为与多个光源成辐射接收关系；以及尤其是(iv)经盘绕的管式布置和光源布置中的一个或多个限定了多边形。

管道(至少部分)透射光源辐射，尤其是提供给管道的辐射可以不受阻碍地通过管道壁。在各实施例中，管道由玻璃制成。管道可以例如由石英、硼硅酸盐玻璃、钠石灰(硅)、高硅高温玻璃、铝硅酸盐玻璃或钠钡软玻璃(或钠钡玻璃)(PH160玻璃)制成。玻璃可以例如作为Vycor，Corex或Pyrex销售。在各实施例中，管道(至少部分)由无定形二氧化硅(比如已知为熔融二氧化硅、熔融石英、石英玻璃或石英)制成。在其他实施例中，管道可以至少部分由(透射)聚合物制成。合适聚合物例如是聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、硅酮/聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、全氟烷氧基烷烃(PFA)和氟化乙丙烯(FEP)。管道还可以包括透射陶瓷材料。透射陶瓷的示例例如是氧化铝Al₂O₃、钇铝石榴石(YAG)和尖晶石，诸如铝酸镁尖晶石(MgAl₂O4)和氧氮化铝尖晶石(Al₂₃O₂₇N₅)。在各实施例中，例如，管道(至少部分)由这些陶瓷中的一种陶瓷制成。在又一实施例中，管道可以包括透射材料(由其制成)，诸如BaF₂、CaF₂和MgF₂。管道的材料还可以基于待处理的流体来选择。尤其是可以选择对流体(中的化合物)呈惰性的材料。

优选地，提供给管道的光可以基本上穿透管道中的所有流体，并且管道可以尤其是具有内表征尺寸，诸如小于10mm，尤其是小于8mm，诸如小于5mm的直径或内宽度或高度。在各实施例中，表征尺寸可以是至少0.1mm，诸如0.2mm，尤其是至少0.5mm。因此，在各实施例中，管道包括选自0.01mm²至80mm²，尤其是0.45mm²至2mm²的内横截面积。

本文中，使用术语多边形，尤其是关于不同布置和形状的多边形。多边形大体上是由有限数目的、被称为边缘或侧边的直线区段描述的二维图形。本文中，术语“多边形”可以尤其是是指凸多边形。进一步地，多边形尤其是包括正多边形。多边形可以例如是正方形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形等。在各实施例中，多边形可以包括n多边形，尤其是其中n至少为3，诸如至少为4。在各实施例中，n等于或小于50，尤其是等于或小于20，诸如等于或小于12，尤其是等于或小于10，诸如4≤n≤10。n多边形包括n个边缘或侧边。因此，本文中所描述的一个或多个多边形还可以尤其是包括等于n的边缘数目。

更进一步地，如“元件中的一个或多个元件限定多边形”之类的短语可以尤其是指示元件的横截面的外形、周边、轮廓或外围限定多边形。外形、周边、轮廓或外围不必包括所有平直边缘。尤其是，基本对应于轮廓的多边形可以围绕元件(定义多边形)描绘。例如，多边形的面积的至少90％可以对应于元件的相应横截面。更进一步地，在各实施例中，多边形的边缘可以平直，然而，元件的角部可以为圆形。然而，在其他实施例中，边缘可以稍微屈曲。

在各实施例中，反应器(尤其是管道)可以自立式配置。附加地或可替代地，反应器(尤其是管道)可以配置在光反应器组件的(其他)结构元件之间。光反应器组件还可以包括反应器支撑元件(“支撑元件”)，该反应器支撑元件被配置为支撑反应器。在各实施例中，反应器支撑元件可以包括围合反应器(管道)的多个(光源)透光板。(经弯曲、屈曲、折叠等的)管道可以配置在一组这样的板之间。光透射板可以例如包括关于透射管道所描述的材料。在这种实施例中，管道的横截面可以具有或多或少的压印或扁平形状。在其他实施例中，反应器支撑元件可以包括支撑框架。反应器支撑元件可以包括一个或多个支柱(被配置为用于支撑反应器)。在各实施例中，管式反应器可以连接到一个或多个支柱。在其他实施例中，管式反应器可以围绕一个或多个支柱盘绕(参见下文)。

反应器支撑元件尤其是可以包括支撑本体。术语“支撑本体”可以涉及多个(不同的)支撑本体。该术语还可以涉及一起限定支撑本体的多个(不同的)支撑元件。比如，多个支撑支柱可以限定支撑本体。在其他特定实施例中，支撑本体具有旋转对称性。支撑本体可以例如包括圆柱形形状或限定具有多边形形状(或横截面)的细长本体。在各实施例中，管式反应器围绕支撑本体盘绕(也参见下文)。附加地或可替代地，管式反应器可以由支撑本体围合。反应器尤其是可以由支撑本体支撑和接触。尤其是，管式反应器的至少一部分被配置为与支撑本体接触，尤其是热接触。支撑本体可以被配置为用于从反应器散热/冷却组件的至少部分(也参见下文)。在其他实施例中，支撑本体可以包括一个或多个导热元件和/或与一个或多个导热元件热接触(还参见下文)。反应器支撑元件(尤其是支撑本体)可以基本上是实心的，并且可以例如包括散热器。附加地或可替代地，反应器支撑元件(尤其是支撑本体)可以是包括一个或多个(冷却)流体输送通道的(中空)本体(参见下文)。支撑本体尤其是可以包括支撑本体轴线，尤其是被配置为平行于管式布置轴线。在各实施例中，一个或多个(冷却)通道被配置为平行于支撑本体轴线。在各实施例中，一个或多个流体输送通道可以从支撑本体轴线的第一端(沿着支撑本体轴线)延伸到支撑本体的相对端。在其他实施例中，一个或多个流体输送通道的末端可以配置在支撑本体的同一端或同一侧。附加地或可替代地，支撑元件(尤其是支撑本体)可以包括例如用于容纳冷却流体的空腔。

因此，在各实施例中，光反应器组件还包括反应器支撑元件，该反应器支撑元件被配置为支撑反应器，其中反应器支撑元件包括支撑本体，其中管式反应器的至少一部分被配置为与支撑本体热接触，并且其中一个或多个导热元件由支撑本体构成、或与支撑本体热接触。

术语“导热元件”可以尤其是涉及可以传导热量的任何元件。导热元件尤其是包括导热材料或由导热材料制成。导热材料的热导率可以例如为至少10W/mK，诸如至少50W/mK，尤其是至少100W/mK。导热材料可以包括金属，诸如铜、铝、钢、铁、银、铅、一种或多种(这些)金属的合金。在各实施例中，导热元件可以包括层或涂层，该层或涂层被布置为配置在包括导热元件的元件处、或作为元件的包括导热元件的一部分。在其他实施例中，包括导热元件的元件可以被配置为具有导热性，并且尤其是可以由导热材料制成。在其他实施例中，包括导热元件的元件可以用作散热器或热量扩散器。在又其他实施例中，导热元件包括(专用)散热器，例如，该(专用)散热器包括翅片或其他元件以增加散热器与冷却介质之间的接触面积。导热元件可以便于反应器组件中生成的热量从相对较热的位置输送到相对较冷的位置，尤其是输送到反应器组件外部的位置。在反应器组件中，热量可以由光源生成，例如，提供给反应器，尤其是经由照射提供给反应器。热量尤其是可以经由导热元件远离光源和反应器输送到冷却流体(参见下文)。

在各实施例中，反应器支撑元件(尤其是支撑本体)至少部分包括导热材料(或由其制成)。在其他实施例中，反应器支撑元件(尤其是支撑本体)(的至少一部分)透射光源辐射。

本文中，术语“反应器支撑元件”可以是指多个(不同的)反应器支撑元件。同样，术语“支撑本体”可以涉及多于一个的支撑本体。反应器支撑元件大体上支撑(管式)反应器并且可以防止反应器坍塌。在特定实施例中，围绕管道支撑元件配置多个管道绕组或匝。管道尤其是可以围绕反应器支撑元件(或在其内)以螺旋形式盘绕。

反应器支撑元件可以包括圆柱形支撑本体。这种圆柱可以使管道容易围绕支撑元件卷绕。在其他实施例中，支撑本体包括具有多边形形状的细长本体。管式反应器可以尤其是围绕具有多边形形状的细长本体盘绕。在各实施例中，具有多边形形状的细长本体(支撑本体)可以具有圆角(也参见上文关于多边形)。在其他实施例中，管道围绕角部以松散方式配置以避免管道变形和/或断裂。

在各实施例中，支撑元件(尤其是支撑本体)可以限定(经盘绕的)管式布置。

多个光源尤其是可以被配置为用于提供高强度光源辐射。在光源中，辐射还可以被配置为用于照射(发射)UV辐射、可见辐射和IR辐射中的一种或多种。

术语“UV辐射”为本领域技术人员所已知，并且涉及“紫外辐射”或“紫外发射”或“紫外光”，尤其是具有约10nm至400nm或10nm至380nm范围内的一个或多个波长。在各实施例中，UV辐射可以尤其是具有约100nm至400nm或100nm至380nm范围内的一个或多个波长。而且，术语“UV辐射”和类似术语还可以是指UVA辐射、UVB辐射和UVC辐射中的一种或多种。UVA辐射尤其是是指具有约315nm至400nm范围内的一个或多个波长。UVB照射尤其是是指具有约280nm至315nm范围内的一个或多个波长。UVC照射还可以尤其是具有约100nm至280nm范围内的一个或多个波长。

术语“可见”、“可见光”、“可见发射”或“可见辐射”和类似术语是指具有约380nm至780nm范围内的一个或多个波长的光。

术语“IR辐射”尤其是涉及“红外辐射”、“红外发射”或“红外光”，尤其是具有780nm至1mm范围内的一个或多个波长。而且，术语“IR辐射”和类似术语也可以是指NIR辐射、SWIR辐射、MWIR辐射、LWIR辐射、FIR辐射中的一个或多个。NIR尤其是涉及具有约750nm至1400nm范围内的一个或多个波长的近红外辐射。SWIR尤其是涉及具有约1400nm至3000nm范围内的一个或多个波长的短波长红外。MWIR可以尤其是涉及具有约3000nm至8000nm范围内的一个或多个波长的中波长红外线。LWIR可以尤其是涉及具有约8μm至15μm范围内的一个或多个波长的长波长红外。FIR可以尤其是涉及具有约15μm至1000μm范围内的一个或多个波长的远红外。

在各实施例中，多个光源(的至少一部分)包括发光二极管(LED)，尤其是发光二极管阵列。术语“阵列”尤其是是指多个(不同的)阵列。在其他实施例中，多个光源(的至少一部分)包括板上芯片光源(COB)。术语“COB”尤其是是指既不封装也不连接、而是直接安装到诸如印刷电路板之类的衬底上的半导体芯片形式的LED芯片。在各实施例中，COB和/或LED可以包括直接LED(主波长范围比如从UVC到IR波长)。在其他实施例中，COB和/或LED包括一个或多个经磷光体转换的LED。使用这种光源，可以为每个光源或每个光源元件提供高强度辐射(光)(参见下文)。在各实施例中，例如，光源可以提供每光源100流明至25,000流明(可见光)。在各实施例中，光源可以例如每光源(输入功率)施加(消耗)0.5(电)瓦特至500(电)瓦特。

因此，在各实施例中，多个光源包括板上芯片光源(COB)和/或发光二极管(LED)阵列。

多个光源被配置为用于在操作期间向反应器中的流体提供光源辐射。在特定实施例中，光源布置被配置为与管式布置相对应。光源布置尤其是(还)可以具有旋转对称性。在各实施例中，光源布置可以限定圆形、或例如椭圆形。在其他实施例中，光源布置可以限定多边形。在其他实施例中，(经盘绕的)管式布置和光源布置都限定多边形，尤其是具有相互平行配置的多边形边缘。在各实施例中，每个多边形可以包括3个至16个多边形边缘，尤其是4个至10个多边形边缘(还参见下文)。因此，在其他实施例中，管式布置和光源布置都限定多边形，该多边形具有相互平行配置的多边形边缘。因此，在各实施例中，每个多边形可以包括3个至16个多边形侧边，尤其是4个至10个多边形侧边。在各实施例中，(管式布置和/或光源布置的)多边形侧边可以具有优选地至少10cm²，更优选地至少50cm²，最优选地至少100cm²的表面积(或面)。在各实施例中，管式布置和光源布置的面优选地被布置为平行。在多个实施例中，管式布置和光源布置的这些面优选地被布置为共形。在各实施例中，管式布置和光源布置的面具有(近似)相同的尺寸和/或形状。例如，管式布置可以包括N个面，而光源布置包括M个面。优选地，N在4至10的范围内，M在4至10的范围内。优选地(相邻的M个面和N个面平行和/或共形布置)。通过使用上述实施例，就光源的光输出与功率输入的关系、以及反应物对光的捕获而言，可以在高效率下执行操作。在各实施例中，光反应器组件可以容易地针对待实施的处理类型而被配置，并且例如光源可以(容易地)由其他光源代替，比如，用于改变光源辐射的波长。在其他特定实施例中，可以容易消散由光源生成的热量，从而允许高能量输入。如果管式布置和光源布置都限定具有相互平行配置的多边形侧边(或面)的多边形，则管式布置可以更好地与光源布置相匹配。尤其是如果使用诸如LED之类的固态光源(阵列)，则因为这些类型的光源(即，固态光源(阵列))通常是扁平的。这种光源布置的光可以更好地耦合在光化学反应中/更有效地用于光化学反应。

光源布置尤其是可以具有被配置为平行于管式布置轴线的光布置轴线。

多个光源可以被配置为围合管式布置(并且如此，可以全部面向管式布置轴线的方向)。在其他实施例中，多个光源由管式布置围合(并且可以全部背离管式布置轴线)。然而，在其他实施例中，光源的一部分围合管式布置，而另一部分被管式布置围合。因此，在各实施例中，多个光源的至少第一子集围合(经盘绕的)管式布置。附加地或可替代地，多个光源的至少第二子集被(经盘绕的)管式布置围合。

在特定实施例中，多个光源的第一子集围合(经盘绕的)管式布置，从而限定外光源多边形，尤其是多个光源的第二子集被(经盘绕的)管式布置围合，从而限定内光源多边形。

在特定实施例中，光反应器组件还包括光逸出面布置，该光逸出面布置包括多个光源的光逸出面，尤其是其中每个光逸出面垂直于相应光源的光轴。在其他实施例中，(经盘绕的)管式布置限定了第一多边形，而光逸出面布置限定了第二多边形，尤其是其中第一多边形的每个多边形边缘被配置为平行于第二多边形的对应多边形边缘。尤其是，第一多边形和第二多边形(基本上)相似。

在又其他实施例中，光逸出面布置限定(i)由第一多边形围合的内第二多边形和(ii)围合第一多边形的外第二多边形，并且尤其是，第一多边形的每个多边形边缘被配置为平行于内第二多边形的对应多边形边缘以及(被配置为平行于)外第二多边形的对应多边形边缘。

在操作期间，多个光源可以生成辐射。光源还可以生成热量。光反应器组件尤其是可以被配置为传导/引导由光源生成的热量远离光源。在各实施例中，光反应器组件包括被配置为与一个或多个光源热接触的一个或多个导热元件。

在其他实施例中，光源可以由多个光源元件组成，并且尤其是，光源元件被配置为用于移动/引导热量离开光源。在各实施例中，光源元件可以包括一个或多个导热元件，该一个或多个导热元件被配置为与由光源元件构成的光源中的至少一个光源热接触。

因此，在各实施例中，光反应器组件包括多个光源元件，其中每个光源元件包括多个光源中的一个或多个光源，并且尤其是，其中光源元件中的每个光源元件包括至少一个导热元件，该至少一个导热元件被配置为与(由光源元件构成的)光源热接触。导热元件可以尤其是至少部分包括诸如如本文中所描述的导热材料之类的导热材料(或由其制成)。在其他实施例中，光源元件是导热元件。

光源元件还可以包括位于光源元件的面向反应器壁(沿反应器壁的方向)的表面处的反射元件。反射元件尤其是反射光源辐射。反射元件可以包括(反射)涂层。在其他实施例中，光源元件的表面具有反射性。反射元件的(表面)可以例如包括反射光源辐射的金属。在各实施例中，导热元件包括反射元件。在其他实施例中，导热元件的表面大多具有反射性。

附加地或可替代地，光反应器组件还可以包括围合管式反应器和光源元件的壁，尤其是其中壁(还)包括如关于光源元件所描述的反射元件。壁可以例如包括面对管式反应器的反射涂层和/或反射表面，其中反射表面反射光源辐射。

在各实施例中，多边形的边缘的数目等于光源元件的(总)数目。然而，在其他实施例中，边缘的数目可以等于边缘的(总)数目的两倍。比如，在其中光源被配置为沿着从朝向管式布置轴线的方向和远离管式布置轴线的方向中选择的方向中的单个方向而生成光源辐射的实施例中，边缘的数目可以等于光源元件的数目。在其中光源被配置为沿管式布置轴线的方向以及沿远离管式布置的方向而生成光源辐射的实施例中，边缘的数目乘以2尤其是可以等于光源元件的数目。

光源元件尤其是可以包括扁平(反射)面。然而，在其他实施例中，面可以屈曲。光源元件尤其是可以为矩形。在其他实施例中，光源元件被布置为彼此成角度。在各实施例中，光源元件(的至少一部分)比如在光源单元中彼此物理连接。然而，在其他实施例中，光源元件是单个元件，并且尤其是当配置在光反应器组件中时，一起限定光源单元。

在特定实施例中，光源元件(一起)限定如下的多边形，该多边形具有与由管式布置和光源布置中的一个或多个限定的多边形相同的对称性。

在特定实施例中，光源元件和/或光源单元可以被配置为与其他光源元件/光源单元可交换，例如，如果需要另一波长的光源辐射(或例如，替换光源)。

因此，在其他实施例中，光反应器组件还包括光源元件接收元件，其中光源元件接收元件被配置为可移除地容纳光源元件。同样地，光反应器组件(还)可以包括光源单元接收单元，其中光源单元接收单元被配置为可移除地容纳光源单元。

如上文所讨论的，在操作期间，可以由光源产生热量，并且热量可以提供给反应器。为了提高效率，可以冷却光反应器组件的至少部分。本文中，术语“冷却”可以涉及被动冷却和/或主动冷却。光反应器组件(还)可以包括冷却元件(用于主动和/或被动冷却)。在各实施例中，冷却元件可以包括(冷却)流体输送通道。在其他实施例中，冷却元件(还)可以包括导热元件。冷却元件可以尤其是被配置为用于冷却反应器和/或光源。因此，冷却元件尤其是被配置为与反应器和/或多个光源中的一个或多个光源热接触。

术语“(冷却)流体输送通道”尤其是涉及配置在光反应器组件中的通道/路径，该通道/路径可以容纳(冷却)流体，尤其是流体可以(诸如通过强制输送或以自发方式)流过该通道/路径。冷却流体可以是气态冷却流体，诸如空气。冷却流体还可以是(冷却)液体。冷却流体还可以被称为“冷却剂”。冷却流体可以是水。

术语“冷却元件”、“流体输送通道”和“导热元件”可以尤其是分别涉及多个冷却元件、流体输送通道和导热元件。

因此，在其他实施例中，光反应器组件包括一个或多个冷却元件，其中一个或多个冷却元件包括以下各项中的一项或多项：(i)一个或多个(冷却)流体输送通道和(ii)一个或多个导热元件，其中一个或多个冷却元件与如下项中的一者或多者热接触(a)反应器和(b)光源中的一个或多个光源。在各实施例中，一个或多个流体输送通道被配置在导热元件中的一个或多个导热元件中。

在其他实施例中，管式反应器和光源元件在管式反应器与光源元件(的面)之间限定一个或多个(冷却)流体输送通道。在这种实施例中，尤其是，流体输送通道宽度(d)可以由管式反应器与光源元件之间的最小距离限定。流体输送通道的宽度通常可以小于4cm，尤其是小于2cm，诸如小于1cm，诸如等于或小于5mm。输送通道宽度可以为至少0.2mm，诸如至少0.5mm，尤其是至少1mm，或甚至至少2mm。在各实施例中，流体输送通道宽度(d)选自0.2mm至40mm，诸如0.5mm至20mm，尤其是0.5mm至10mm或1mm至5mm的范围。在其他实施例中，(参见前文)支撑本体可以包括一个或多个(冷却)流体输送通道。在这种实施例中，尤其是，流体输送通道宽度(d)可以由通道的(内)直径或宽度限定。因此，在各实施例中，流体输送通道宽度(还)可以在0.5cm至10cm，诸如5cm至10cm或例如，0.5cm至2cm的范围内。

在各实施例中，导热元件包括散热器，尤其是包括一个或多个翅片(或肋)。在各实施例中，反应器支撑元件(尤其是反应器支撑本体)包括翅片。在其他特定元件中，光源元件可以包括散热器。在各实施例中，光源可以连接到(尤其是安装在)散热器。散热器可以具有反射表面，该反射表面提供光源元件的面。诸如散热器之类的导热元件可以被被动地冷却。然而，在各实施例中，可以迫使冷却流体沿着导热元件以主动地冷却它。附加地或可替代地，可以迫使冷却流体流过被配置在导热元件中的冷却流体输送通道(以主动地冷却它)。

在各实施例中，光反应器组件还包括空气输送设备，诸如风扇。该空气输送设备尤其是可以被配置为面向导热元件。在各实施例中，空气输送设备被配置为用于沿着(和/或通过)导热元件中的一个或多个导热元件(诸如沿着(和/或通过)这些散热器中的一个或多个散热器)来输送空气。空气输送设备还可以被配置为用于通过冷却流体输送通道中的一个或多个冷却流体输送通道来输送空气。术语“空气输送设备”可以尤其是涉及多个空气输送设备。

因此，在其他实施例中，光反应器组件还包括冷却系统，该冷却系统被配置为用于通过和/或沿着一个或多个冷却元件中的一个或多个冷却元件输送冷却流体。冷却系统可以例如包括空气输送设备(其中冷却流体包括空气)。附加地或可替代地，冷却系统可以包括液体输送设备，诸如被配置为泵送液体(其中冷却流体包括液体)的泵。在各实施例中，液体输送设备被配置为用于向(冷却)流体输送通道中的一个或多个(冷却)流体输送通道来提供液体冷却流体。

在另一方面中，本发明提供一种用于使用光源辐射处理流体的方法。该方法尤其是包括：(i)提供本文中所描述的光反应器组件；(ii)在反应器中提供要使用光源辐射处理的流体；以及(iii)(向反应器提供光源辐射和)使用光源辐射照射流体。

使用光源辐射照射流体可能诱导光化学反应。在各实施例中，(光化学)反应包括光催化反应。在各实施例中，方法还包括：在使用光源辐射照射流体之前和/或期间，向流体提供光催化剂和/或光敏剂。

在各实施例中，方法包括分批过程。在其他实施例中，方法包括连续过程。因此，在特定实施例中，方法包括：在使用光源辐射照射流体的同时，通过反应器来输送流体。

在其他实施例(光反应器组件包括(本文中所描述的)一个或多个冷却元件和)中，方法还包括：通过和/或沿着一个或多个冷却元件来输送冷却流体。

在又其他实施例中，方法包括：在使用光源辐射照射流体之前，从UV辐射、可见辐射和IR辐射中的一种或多种中选择光源辐射。尤其是可以通过选择多个光源以生成(所选择的)光源辐射来选择光源辐射。还可以基于待处理的流体(尤其是流体中的(光敏)反应物和/或光催化剂和/或光敏剂)来选择光源辐射。

术语“上游”和“下游”涉及相对于来自光生成器件(本文中尤其是光源)的光的传播的项或特征的布置，其中相对于来自光生成器件的光束内的第一位置，光束内更靠近光生成器件的第二位置是“上游”，并且光束内更远离光生成器件的第三位置是“下游”。

术语“光源”可以是指半导体发光器件，诸如发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VCSEL)、边缘发射激光器等。术语“光源”还可以是指有机发光二极管，诸如无源矩阵(PMOLED)或有源矩阵(AMOLED)。在特定实施例中，光源包括固态光源(诸如LED或激光二极管)。在一个实施例中，光源包括LED(发光二极管)。术语LED还可以是指多个LED。进一步地，在各实施例中，术语“光源”还可以是指所谓的板上芯片(COB)光源。术语“COB”尤其是是指半导体芯片形式的LED芯片，该半导体芯片既不封装也不连接、而是直接安装在诸如PCB和/或散热器之类的基板上。因此，多个半导体光源可以配置在同一基板上。在各实施例中，COB是一起被配置为单个照明模块的多LED芯片。术语“光源”还可以涉及多个(基本相同的(或不同的))光源，诸如2-2000个固态光源。在各实施例中，光源可以包括单个固态光源(诸如LED)下游或(即例如，由多个LED共享的)多个固态光源下游的一个或多个微光学元件(微透镜阵列)。在各实施例中，光源可以包括具有片上光学器件的LED。在各实施例中，光源包括(具有或没有光学器件的)经像素化的单个LED(在各实施例中，提供片上射束控制)。

在各实施例中，短语“不同的光源”或“多个不同的光源”以及类似短语可以是指从至少两个不同的统计组中选择的多个固态光源。同样，在各实施例中，短语“相同的光源”或“多个相同的光源”以及类似短语可以是指从相同的统计组中选择的多个固态光源。

附图说明

现在，仅通过示例，参考所附示意图对本发明的实施例进行描述，其中对应附图标记指示对应部分，并且其中

图1A至图2B描绘了光反应器组件的一些实施例；

图3A、图3B和图4描绘了光反应器组件的一些其他方面；

图5描绘了冷却系统的各方面；以及

图6描述了光反应器组件的其他方面。

示意图不必按比例绘制。

具体实施方式

图1A和图1B示意性地描绘了光反应器组件1的实施例。光反应器组件1包括用于容纳要使用光源辐射11处理的流体100的反应器30。光源辐射11尤其是可以从UV辐射、可见辐射和IR辐射的组中选择。在各实施例中，光源10可以包括板上芯片光源(COB)和/或发光二极管(LED)阵列。反应器30包括针对光源辐射11至少部分透射的反应器壁35。反应器壁35可以限定反应器30。在所示的实施例中，反应器30包括管式反应器130，尤其是被配置为呈管式布置1130。

在实施例中，管式布置1130被描绘为经盘绕的管式布置1131(也参见图2，该图2示出了被配置为呈经盘绕的管式布置1131的管式反应器130的顶视图)。经盘绕的管式布置1131由管式反应器130的七个绕组36或匝36(匝36从左手侧延续到右手侧)示意性地描绘。图1还图示了管式反应器130以螺旋方式盘绕。

光反应器组件1还包括光源布置1010，该光源布置1010包括用于生成光源辐射11的多个光源10。反应器壁35尤其是被配置为与多个光源10成辐射接收关系。

尤其是，管式布置1130和光源布置1010中的一个或多个限定了多边形50。这在图2A和图2B中进一步描绘，其中在图2A的实施例中，光源布置1010限定了多边形50，尤其是六边形，并且在图2B的实施例中，光源布置1010和管式布置1130两者限定了多边形50。图2B的实施例是其中管式布置1130和光源布置1010都限定了具有相互平行配置的多边形边缘59的多边形50的实施例的示例。多边形50是六边形，并且每个多边形50包括六个多边形侧边59。

在图1A所示的实施例中，(所有)多个光源10围合管式布置1130。在图1B所示的实施例中，(所有)多个光源10由管式布置1130围合。然而，在其他实施例中，多个光源10的第一子集围合管式布置1130，而多个光源10的第二子集由管式布置1130围合。这在图3B中非常示意性地示出，尽管图中未示出光源10。然而，指示了光源辐射11。

图1和图2中描绘的实施例还包括反应器支撑元件40以支撑反应器30。反应器支撑元件40包括支撑本体45，对于所描绘的四个实施例，支撑本体45围绕管式反应器布置轴线A1旋转对称。在各实施例中，管式反应器130的一部分接触支撑本体45并且与支撑本体45热接触。这种配置可以便于热量从管式反应器130耗散到支撑本体45，尤其是如果支撑本体45包括导热元件2或热连接到这种导热元件2。导热元件2可以包括散热器，可选地，包括翅片。这种散热器(导热元件2)例如在图2中示意性地指示与光源10热接触。

图1和图2还描绘了管式布置轴线A1和管道轴线A2几乎彼此垂直配置。

在图3A和图3B中，描绘了组件1的实施例的一些其他方面。附图示意性地描绘了包括若干个光源元件19的光反应器组件1。在图3A中，光反应器组件1包括六个光源元件19。在图3B中，光反应器组件1包括十二个光源元件19。每个光源元件19包括一个或多个光源10。光源元件19还可以包括被配置为与光源10热接触的至少一个导热元件2(如在例如图2B中描绘的)。光源元件19还可以包括位于光源元件19的面向反应器壁35的表面190处的反射元件1011(针对光源辐射11是反射性的)。

在图3A的实施例中，光源10由管式布置1130围合。在该图中，光源10未示出，但是可以从描绘光源辐射11的箭头理解。为了防止光源辐射11从光反应器组件1逸出，图3A的实施例(还)包括具有反射元件1011的壁4，尤其是围合管式反应器130和光源10的反射表面5(面向管式反应器130)。反射元件1011/反射表面5尤其针对光源辐射11是反射性的。反射元件1010/反射表面5可以反射回未被流体吸收的任何辐射。这可能进一步改善了流体100上的光均匀性。

在图3B的实施例中，光源10的第一子集(如描绘光源光11的箭头所指示的)围合管式布置1130，而光源10的第二子集由管式布置1130围合。在实施例中，多个光源10的第一子集限定了外光源多边形50、55，而多个光源10的第二子集限定了内光源多边形50、54。管式布置1130限定了又一多边形50、51。此外，在该实施例中，管式布置1130和光源布置1010(包括光源10的两个子集)均限定了具有相互平行配置的多边形边缘59的多边形50、51、54、55。

光反应器组件1尤其是可以包括一个或多个冷却元件95，例如，包括一个或多个流体输送通道7和/或一个或多个导热元件2。在图3A和图3B中，管式反应器130与光源元件19之间的流体输送通道7由管式反应器130和光源元件19限定。更进一步地，壁4与管式反应器130之间(还)可以限定流体输送通道7。在图1和图2的实施例中描绘了相似的流体输送通道7。流体输送通道的宽度d可以例如在1mm至5mm范围内。然而，在各实施例中，参见例如图2A，其中(平直)流体输送通道7(还)被配置作为(尤其是作为)支撑本体45中的贯通开口，宽度d可以大于5cm。在其他实施例中，流体通道7可以被限定在任何导热元件2中，尤其是限定在宽度d可以小于5cm，并且例如大于0.5cm的导热元件中。例如，在各实施例中，流体输送通道7可以被限定在支撑本体45中，从本体的第一侧开始并且在本体45的同一侧结束。流体输送通道7可以用于冷却。在图1至图3中，通道7都与反应器30热接触，而它们中的大多数也与光源10热接触。

因此，反应器支撑元件40(尤其是支撑本体45)可以尤其是实心的或中空的，尤其包括空腔和/或流体输送通道7。反应器支撑元件40(尤其是支撑本体45)还可以包括散热器，尤其是包括翅片。在各实施例中，反应器支撑元件40(尤其是支撑本体45)带翅片。因此，反应器支撑元件40(尤其是支撑本体45)可以被配置为用于便于冷却流体91(例如，空气91、92和/或水91、93或另一冷却液体91、93)流动通过反应器支撑元件40、和/或沿着反应器支撑元件40流动。

在图5中还描绘了冷却系统90的元件。冷却系统可以包括冷却元件95。冷却系统90尤其是被配置为用于通过和/或沿着一个或多个冷却元件95(尤其是流体输送通道7和/或导热元件2)中的一个或多个冷却元件95，来输送冷却流体91。冷却系统可以例如包括空气输送设备95，以用于通过流体输送通道7中的一个或多个流体输送通道7、并且沿着一个或多个导热元件2输送气态流体91、92，尤其是空气91、92。附加地或可替代地，可以使用液体(冷却)流体91、93，并且冷却系统可以包括用于输送液体冷却流体91、93的泵。在图5的实施例中，比如，光反应器组件1包括空气输送设备95，诸如风扇，其被配置为用于沿着与光源10热连接的导热元件2(诸如光源元件19的散热器)输送空气。进一步地，泵可以被布置为通过例如流体输送通道7中的一些流体输送通道7，来泵送液体冷却流体91、93。在该实施例中，还经由布置在光反应器组件1顶部的风扇90、95，通过一个或多个流体输送通道7来输送空气91、92。

在各实施例中，光源元件19被可移除地容纳在光反应器组件1中。光反应器组件1可以例如包括光源元件接收元件80，该光源元件接收元件80被配置为用于可移除地容纳光源元件19，如图4所非常示意性地描绘的。在各实施例中，可以单独移除每个单个光源元件19。然而，在其他实施例中，光源元件19(的至少一部分)一起形成光源单元，并且一个或多个光源单元可以可移除地被容纳在光源元件容纳元件80中。因此，光源元件容纳元件80还可以限定光源单元容纳单元(用于可移除地容纳光源单元)。

在图6中，描绘了光反应器组件1的另一实施例的各方面。在该实施例中，管式反应器130的反应器壁35实际上包括反应器内壁351和反应器外壁352，它们一起限定管式反应器130。因此，在各实施例中，管道32(还)可以具有内壁351和外壁352。本文中，这种配置也称为双壁管道32。依据光源布置1010的配置(图中未描绘)，反应器内壁351、反应器外壁352或两个壁351、352被配置为使得光源辐射11至少部分透射。在该实施例中，管式配置限定了多边形50(正方形)。在该实施例中，流体100可以在被配置在内壁351与外壁352之间的通道中流动。本文中，这种通道也被称为(正方形)环形物137。作为所描绘的实施例的备选方案，管式反应器130也可以由一起限定反应器30的多个平行管道32限定(未描绘)。多个管道32的管道轴线A2(以及双壁管道32的管道轴线)尤其是还可以被配置为平行于管式布置轴线A1。然而，在各实施例中，这个实施例中的多个管道32可以相对于管式布置轴线A1以一定角度配置。该角度尤其是锐角。本文中，双壁管道32的管式布置1130、或包括多个管道32的上述(备选)管式布置也被称为平直管式布置1132。

本文中所描述的光反应器组件1可以用于使用光源辐射11处理流体100。在使用期间，流体100设在反应器30中并且使用光源辐射11进行照射。该方法可以包括分批过程。然而，该方法尤其是可以包括连续过程。在连续过程期间，流体100通过反应器30输送，同时使用光源辐射11照射流体100。同时，冷却流体91可以通过和/或沿着一个或多个冷却元件95输送，如图5中所示意性地描绘的。

因此，本发明提供了具有光源10的反应器30的实施例，该反应器30可以容易地替换(比如，当特定反应需要特定波长范围时)，并且在光源的光/辐射输出对功率输入方面、以及在通过反应物对辐射的捕获方面，都可以具有非常高的效率。在各实施例中，组件1包括由六个或八个光源元件19形成的六边形封壳，光源元件19包括散热器2，每个散热器2承载一个或多个COB。散热器2尤其是有利于冷却光源10并且将COB 10保持在低温(从而获得最大效率)。

在各实施例中，COB 10(具有或不具有磷光体)和/或(不一定是相同类型的)LED10的阵列配置在散热器2上，该散热器2足够大以将COB 10或LED 10保持在低温。比如，三到十个这样的散热器2(被配置为光源元件19)以长条的形式进入框架80中，使得它们形成多边形结构50/封壳。包含(光敏)反应物的流体100可以流过围绕一个芯而盘绕的微小管道32，该芯包括具有相同多边形形状50的本体支撑45(在实施例中具有圆形边缘，以防止在依据管道直径盘绕(把管道的最小弯曲半径考虑在内)的同时损坏管道32)。在各实施例中，芯45和管道32可以在封壳中从顶侧或底侧放置。经盘绕的管道32尤其是在封壳的整个高度上延伸，因此由光源10辐射的所有辐射11可以撞击在经盘绕的管道32上，并且尤其是没有光源辐射11从顶部或底部逸出，或撞击在封壳的其他部分上。

光学仿真已经表明，与六边形光源布置1010和直径等于六边形50的最小尺寸的圆形芯45相比较，六边形芯45和六边形光源布置1010的效率提高了10％。尤其是，当芯45具有与封壳相同的多边形形状50时，可以提高效率。随着多边形50的边缘59的数目的增加，效率的增加逐渐下降，并且对于八个或更多个边缘59而言，效率的增加为百分之几或更少。在各实施例中，还可以通过使管式布置1130与光源布置1010之间的距离最小来提高效率。可以容易更换具有LED 10的散热器2、19，比如，以改变波长范围。

管式反应器可以被配置为呈管式布置。例如，管式布置可以包括经盘绕的管式布置，其中管式反应器以螺旋形式盘绕。另一示例是管式反应器可以包括一起限定管式反应器的反应器内壁和反应器外壁，其中反应器内壁和反应器外壁中的一个或多个使得光源辐射透射，并且其中管式布置包括平直管式布置。

在上文所描述的实施例中，表述“热接触”可以(主要)涉及传导和/或对流。表述“热接触”可以涉及直接热接触和/或间接热接触。优选地，热接触至少或主要经由传导，因为它提供最佳的热管理，即，冷却。优选地，热接触是直接热接触。

术语“多个”是指两个或更多个。

本文中的术语“基本上”或“大体上”以及类似术语将为本领域技术人员所理解。术语“基本上”或“大体上”还可以包括具有“全部”、“完全”、“所有”等的实施例。因此，在各实施例中，还可以移除形容词“基本上”或“大体上”。在适用的情况下，术语“基本上”或术语“大体上”还可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，尤其是99％或更高，甚至更尤其是99.5％或更高，包括100％在内。

术语“包括”还包括其中术语“包括”是指“由……组成”的实施例。

术语“和/或”尤其是涉及在“和/或”之前和之后提及的项中的一个或多个项。比如，短语“项1和/或项2”和类似短语可以涉及项1和项2中的一个或多个项。术语“包括”在一个实施例中可以是指“由……组成”，但在另一实施例中也可以是指“含有至少所定义的物质和可选地一种或多种其他物质”。

更进一步地，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似元件，而不一定用于描述顺序次序或时间次序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下可互换，并且本文中所描述的本发明的实施例能够按不同于本文中所描述或图示的其他顺序操作。

这些设备、装置或系统本文中可以在操作期间进行描述。本领域技术人员将清楚，本发明不限于操作方法，或操作中的设备、装置或系统。

应当指出，上文所提及的实施例说明而非限制本发明，并且所属领域的技术人员将在没有背离所附权利要求书的范围的情况下能够设计出许多备选实施例。

在权利要求中，置于括号中的任何附图标记不应解释为限制权利要求。

动词“包括”及其变形的使用不排除除了权利要求中所述的那些之外的元件或步骤的存在。除非上下文清楚地另有要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”等应被解释为包括性意义，而不是排他性或穷举性意义；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。

元件之前的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。

本发明可以借助于包括几个不同元件的硬件以及通过适当编程的计算机来实现。在列举了几个器件的设备权利要求或装置权利要求或系统权利要求中，这些器件中的几个器件可以由同一项硬件来实现。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

本发明还提供了一种控制系统，该控制系统可以控制设备、装置或系统，或可以执行本文中所描述的方法或过程。又进一步地，本发明还提供了一种计算机程序产品，当在功能上耦合到设备、装置或系统或由设备、装置或系统包括的计算机上运行时，控制这种设备、装置或系统的一个或多个可控元件。

本发明还适用于包括在说明书中描述和/或在附图中示出的表征特征中的一个或多个表征特征的设备、装置或系统。本发明还涉及包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的表征特征中的一个或多个表征特征的方法或过程。

可以组合本专利中讨论的各个方面以提供附加优点。进一步地，本领域技术人员应当理解，可以组合实施例，并且还可以组合多于两个的实施例。更进一步地，特征中的一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。

Claims (15)

1.一种光反应器组件(1)，包括反应器(30)，其中所述反应器(30)被配置为用于容纳要使用光源辐射(11)处理的流体(100)，所述光源辐射(11)选自UV辐射、可见辐射和IR辐射中的一种或多种，其中所述反应器(30)包括透射所述光源辐射(11)的反应器壁(35)，其中

-所述反应器(30)是管式反应器(130)，并且其中所述反应器壁(35)限定所述管式反应器(130)；

-所述管式反应器(130)被配置为呈管式布置(1130)；

-所述光反应器组件(1)还包括光源布置(1010)，所述光源布置(1010)包括被配置为生成所述光源辐射(11)的多个光源(10)，其中所述反应器壁(35)被配置为与所述多个光源(10)成辐射接收关系；以及

-其中所述管式布置(1130)和所述光源布置(1010)均限定具有相互平行配置的多边形侧边(59)的多边形(50)。

2.根据权利要求1所述的光反应器装置(1)，其中所述管式布置(1130)包括经盘绕的管式布置(1131)，其中所述管式反应器(130)以螺旋方式盘绕。

3.根据权利要求1所述的光反应器装置(1)，其中所述管式反应器包括反应器内壁(351)和反应器外壁(352)，所述反应器内壁(351)和所述反应器外壁(352)一起限定所述管式反应器(130)，其中所述反应器内壁(351)和所述反应器外壁(352)中的一者或多者透射所述光源辐射(11)，并且其中所述管式布置(1130)包括平直管式布置(1132)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光反应器组件(1)，其中所述管式布置(1130)和所述光源布置(1010)均限定具有相互平行配置的多边形侧边(59)的多边形(50)，并且其中所述多边形(50)均包括4个至10个多边形侧边(59)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光反应器组件(1)，其中所述多个光源(10)的至少第一子集围合所述管式布置(1130)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的光反应器组件(1)，其中所述多个光源(10)的至少第二子集被所述管式布置(1130)围合。

7.根据前述权利要求中任一项所述的光反应器组件(1)，其中所述光反应器组件(1)包括一个或多个冷却元件(95)，其中所述一个或多个冷却元件(95)包括以下各项中的一项或多项：(i)一个或多个流体输送通道(7)和(ii)一个或多个导热元件(2)，其中所述一个或多个冷却元件(95)与以下中的一者或多者热接触：(a)所述反应器(30)和(b)所述光源(10)中的一个或多个光源。

8.根据前述权利要求中任一项所述的光反应器组件(1)，还包括反应器支撑元件(40)，所述反应器支撑元件(40)被配置为支撑所述反应器(30)，其中所述反应器支撑元件(40)包括支撑本体(45)，其中所述支撑本体(45)旋转对称，其中所述管式反应器(130)的至少一部分被配置为与所述支撑本体(45)热接触，并且其中一个或多个导热元件(2)由所述支撑本体(45)构成、或与所述支撑本体(45)热接触。

9.根据前述权利要求中任一项所述的光反应器组件(1)，其中所述光反应器组件(1)包括若干个光源元件(19)；其中每个光源元件(19)包括所述多个光源(10)中的一个或多个光源(10)，其中所述光源元件(19)中的每个光源元件包括被配置为与所述光源(10)热接触的至少一个导热元件(2)，其中所述光源元件(19)包括位于所述光源元件(19)的面向所述反应器壁(35)的表面(190)处的反射元件(1011)，其中所述反射元件(1011)反射所述光源辐射(11)，其中所述管式反应器(130)和所述光源元件(19)在所述管式反应器(130)与所述光源元件(19)之间限定一个或多个流体输送通道(7)，其中所述管式反应器(130)与所述光源元件(19)之间的最小距离限定流体输送通道宽度(d)，其中所述流体输送通道宽度(d)选自1mm至5mm的范围。

10.根据权利要求9所述的光反应器组件(1)，其中所述光反应器组件(1)还包括光源元件接收元件(80)，其中所述光源元件接收元件(80)被配置为可移除地容纳所述光源元件(19)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的光反应器组件(1)，其中所述光反应器组件(1)还包括围合所述管式反应器(130)和所述光源元件(19)的壁(4)，其中所述壁(4)具有面向所述管式反应器(130)的反射表面(5)，其中所述反射表面(5)反射所述光源辐射(11)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的光反应器组件(1)，其中所述光反应器组件(1)包括根据权利要求7所述的一个或多个冷却元件(95)，其中所述光反应器组件(1)还包括冷却系统(90)，所述冷却系统(90)被配置为用于通过和/或沿着所述一个或多个冷却元件(95)中的一个或多个冷却元件(95)来输送冷却流体(91)，其中(i)所述冷却系统(90)包括空气输送设备(95)、和/或(ii)所述冷却系统(90)包括被配置为用于泵送液体(93)的泵。

13.根据前述权利要求中任一项所述的光反应器组件(1)，其中所述多个光源(10)包括板上芯片光源(COB)和/或发光二极管(LED)阵列。

14.一种使用光源辐射(11)处理流体(100)的方法，其中所述方法包括：

-提供根据以上权利要求中任一项所述的光反应器组件(1)；

-在反应器(30)中提供要使用光源辐射(11)处理的流体(100)；以及

-使用所述光源辐射(11)照射所述流体(100)。

15.根据权利要求14所述的方法，包括在使用所述光源辐射(11)照射所述流体(100)的同时，通过所述反应器(30)输送所述流体(100)；以及通过和/或沿着根据权利要求7和12中任一项所述的一个或多个冷却元件(95)输送冷却流体(91)。

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