DE102013222895A1 - Device for microfiltration of a fluid - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung (1) zur Mikrofiltrierung eines Fluids (2) mit zumindest einer Mikrofiltereinheit, welche Mikrofiltereinheit (3) eine Mehrzahl Poren (5a, 5b, 5c) umfasst und von dem Fluid (2) durchströmbar ist, und zumindest einer UV-Lichtquelle (4), wobei die Mikrofiltereinheit (3) zur Entkeimung der Poren (5a, 5b, 5c) mit UV-Strahlung der UV-Lichtquelle (4) beaufschlagbar ist und das Fluid (2) zur Entkeimung mit der UV-Strahlung der UV-Lichtquelle (4) beaufschlagbar ist. Wesentlich ist, dass die UV-Lichtquelle (4) als UV-LED-Element ausgebildet ist und die Mikrofiltereinheit (3) einen Wellenleitbereich für UV-Strahlung mit einem Brechungsindex n ≥ 1,36 aufweist, welcher Wellenleitbereich zumindest die Poren (5a, 5b, 5c) umfasst, wobei das UV-LED-Element (4) und die Mikrofiltereinheit (3) derart zusammenwirkend angeordnet und ausgebildet sind, dass die UV-Strahlung von dem UV-LED-Element (4) in den Wellenleitbereich der Mikrofilterreinheit (3) zumindest mittelbar einkoppelbar ist.A device (1) for microfiltration of a fluid (2) with at least one microfilter unit is proposed, which microfilter unit (3) comprises a plurality of pores (5a, 5b, 5c) and through which the fluid (2) can flow, and at least one UV filter. Light source (4), wherein the microfilter unit (3) for sterilizing the pores (5a, 5b, 5c) with UV radiation of the UV light source (4) can be acted upon and the fluid (2) for sterilization with the UV radiation of the UV Light source (4) can be acted upon. It is essential that the UV light source (4) is designed as a UV LED element and the microfilter unit (3) has a waveguide region for UV radiation with a refractive index n ≥ 1.36, which waveguide region at least the pores (5a, 5b , 5c), wherein the UV LED element (4) and the microfilter unit (3) are arranged and configured in such a way that the UV radiation from the UV LED element (4) into the waveguide region of the microfiltration unit (3 ) is at least indirectly einkoppelbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mikrofiltrierung eines Fluids gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Mikrofiltrierung eines Fluids gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.The invention relates to a device for microfiltration of a fluid according to the preamble of claim 1 and to a method for producing a device for microfiltration of a fluid according to the preamble of claim 12.

Eine solche Vorrichtung zur Mikrofiltrierung eines Fluids umfasst zumindest eine Mikrofiltereinheit mit einer Mehrzahl Poren, welche von dem Fluid durchströmt wird, und zumindest eine UV-Lichtquelle, wobei die Mikrofiltereinheit zur Entkeimung der Poren und das Fluid zur Entkeimung mit UV-Strahlung der UV-Lichtquelle beaufschlagbar sind.Such a device for microfiltration of a fluid comprises at least one microfilter unit with a plurality of pores, through which the fluid flows, and at least one UV light source, the microfilter unit for sterilizing the pores and the fluid for sterilization with UV radiation of the UV light source can be acted upon.

Vorrichtungen der genannten Art werden typischerweise zur Aufbereitung von Abwasser in Kläranlagen bzw. zur Entkeimung von Trinkwasser eingesetzt. Bei der Entkeimung werden organische Rückstände, wie Bakterien, Viren oder Amöben, durch Bestrahlung mit UV-Licht im UVC-Bereich (Wellenlängenbereich um 260 nm) durch Aufbrechen der Nukleinbasen des DNA-Strangs abgetötet.Devices of the type mentioned are typically used for the treatment of wastewater in sewage treatment plants or for the sterilization of drinking water. During degermination, organic residues, such as bacteria, viruses or amoebae, are killed by irradiation with UV light in the UVC range (wavelength range around 260 nm) by breaking up the nucleic bases of the DNA strand.

Aus dem Stand der Technik sind großvolumige Vorrichtungen mit Gasentladungslampen, wie zum Beispiel Quecksilberdampflampen oder Amalgamlampen, bekannt, die in einem Volumenstrom des Fluids zur Beaufschlagung des Fluids mit UV-Strahlung angeordnet sind.Large-volume devices with gas discharge lamps, for example mercury vapor lamps or amalgam lamps, which are arranged in a volume flow of the fluid for the admission of the fluid with UV radiation, are known from the prior art.

Nachteilig an den Vorrichtungen aus dem Stand der Technik ist, dass die Vorrichtungen aufgrund der notwendigen Hochspannung zum Betrieb der Lampen groß und aufgrund des Einsatzes der Gasentladungslampen hochempfindlich sind. Aus den genannten Gründen sind diese Vorrichtungen auch nur bedingt mobil einsetzbar. Ebenso nachteilig ist, dass bei den vorbekannten Vorrichtungen eine Vorfilterung zur Filtrierung von Schwebstoffen oder Agglomeraten erfolgen muss.A disadvantage of the devices of the prior art is that the devices are large due to the high voltage required for the operation of the lamps and highly sensitive due to the use of the gas discharge lamps. For the reasons mentioned, these devices are also limited mobile use. It is also disadvantageous that in the previously known devices, a prefiltration must be carried out for the filtration of suspended matter or agglomerates.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Mikrofiltrierung eines Fluids vorzuschlagen, die eine robuste Konstruktion ermöglicht und die dezentrale und/oder mobile Mikrofiltrierung von Fluiden ermöglicht.The present invention is therefore based on the object to propose a device for microfiltration of a fluid, which allows a robust construction and allows the decentralized and / or mobile microfiltration of fluids.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Mikrofiltrierung eines Fluids gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Mikrofiltrierung eines Fluids gemäß Anspruch 12. Vorzugsweise Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den Ansprüchen 2 bis 11. Vorzugsweise Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 13 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.This object is achieved by a device for microfiltration of a fluid according to claim 1 and by a method for producing a device for microfiltration of a fluid according to claim 12. Preferably embodiments of the device according to the invention can be found in claims 2 to 11. Preferably embodiments of the method according to the invention in the claims 13 to 15. Hereby, the wording of all claims is explicitly incorporated by reference into the description.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Mikrofiltrierung eines Fluids umfasst, wie an sich bekannt, zumindest eine Mikrofiltereinheit, welche Mikrofiltereinheit eine Mehrzahl Poren umfasst und von dem Fluid durchströmbar ist, und zumindest eine UV-Lichtquelle. Die Mikrofiltereinheit ist zur Entkeimung der Poren mit UV-Strahlung der UV-Lichtquelle beaufschlagbar und das Fluid ist zur Entkeimung mit der UV-Strahlung der UV-Lichtquelle beaufschlagbar.The device according to the invention for the microfiltration of a fluid comprises, as is known, at least one microfilter unit, which microfilter unit comprises a plurality of pores and through which the fluid can flow, and at least one UV light source. The microfilter unit can be acted upon for sterilizing the pores with UV radiation of the UV light source and the fluid is acted upon for sterilization with the UV radiation of the UV light source.

Wesentlich ist, dass die UV-Lichtquelle als UV-LED-Element ausgebildet ist und die Mikrofiltereinheit einen Wellenleitbereich für UV-Strahlung mit einem Brechungsindex n ≥ 1,36 aufweist, welcher Wellenleitbereich zumindest die Poren umfasst, wobei das UV-LED-Element und die Mikrofiltereinheit derart zusammenwirkend angeordnet und ausgebildet sind, dass die UV-Strahlung von dem UV-LED-Element in den Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit zumindest mittelbar einkoppelbar ist.It is essential that the UV light source is designed as a UV LED element and the microfilter unit has a waveguide region for UV radiation with a refractive index n ≥ 1.36, which waveguide region comprises at least the pores, wherein the UV LED element and the microfilter unit are arranged and configured cooperatively in such a way that the UV radiation from the UV LED element can be at least indirectly coupled into the waveguiding region of the microfilter unit.

Die Erfindung ist in der Erkenntnis der Anmelderin begründet, dass der Einsatz von UV-LED-Elementen als UV-Lichtquelle in Kombination mit einer Führung der UV-Strahlung in dem Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit die Konstruktion einer kompakten und mobilen Vorrichtung zur Mikrofiltrierung von Fluiden ermöglicht.The invention is based on the Applicant's finding that the use of UV LED elements as a UV light source in combination with a guiding of the UV radiation in the waveguide region of the microfilter unit enables the construction of a compact and mobile device for the microfiltration of fluids.

Hierdurch ergeben sich insbesondere die Vorteile, dass durch den Einsatz von UV-LEDs eine geringere Betriebsspannung als bei vorbekannten UV-Lichtquellen benötigt wird und der Einsatz hochempfindlicher Gasentladungslampen vermieden wird. Weiter vorteilhaft ist, dass durch die Führung der UV-Strahlung in der Mikrofiltereinheit die mechanische Filterung von Schwebstoffen und die UV-Entkeimung des Fluids in einem Schritt erfolgen können. Den genannten Vorteilen ist gemein, dass sie den Bauraumbedarf der Vorrichtung zur Mikrofiltrierung von Fluiden verringern und somit eine kompakte und mobile Bauform ermöglichen.This results in particular in the advantages that a lower operating voltage is required by the use of UV LEDs than in previously known UV light sources and the use of highly sensitive gas discharge lamps is avoided. It is also advantageous that by guiding the UV radiation in the microfiltration unit, the mechanical filtering of suspended matter and the UV sterilization of the fluid can take place in one step. The advantages mentioned have in common that they reduce the space requirement of the device for microfiltration of fluids and thus enable a compact and mobile design.

Im Rahmen dieser Beschreibung bedeutet ein Brechungsindex n ≥ 1,36, dass der Realteil des Brechungsindex, insbesondere in einem UVC-Spektralbereich von 250 nm bis 400 nm, größer oder gleich 1,36 ist. Der Brechungsindex des Wellenleitbereichs ist somit deutlich größer als der Brechungsindex der Umgebung (typischerweise Luft n ≈ 1 oder Wasser), sodass die Führung der UV-Strahlung in dem Wellenleitbereich durch Totalreflexion erfolgen kann.In the context of this description, a refractive index n ≥ 1.36 means that the real part of the refractive index, in particular in a UVC spectral range from 250 nm to 400 nm, is greater than or equal to 1.36. The refractive index of the waveguide region is thus significantly larger than the refractive index of the environment (typically air n≈1 or water), so that the guidance of the UV radiation in the waveguide region can be carried out by total reflection.

Im Rahmen dieser Beschreibung umfasst Entkeimung der Poren der Mikrofiltereinheit auch eine Verhinderung oder Reduzierung der Verkeimung der Poren.In the context of this description, sterilization of the pores of the microfilter unit also includes preventing or reducing the contamination of the pores.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl UV-LED-Elemente, die vorzugsweise unmittelbar an der Mikrofiltereinheit angeordnet sind, so dass die UV-Strahlung von den UV-LED-Elementen vorzugsweise unmittelbar in den Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit einkoppelbar ist. Die UV-LED-Elemente sind dabei vorzugsweise derart an der Mikrofiltereinheit angeordnet, dass die UV-Strahlung mit einer Hauptstrahlungsrichtung unmittelbar von dem UV-LED-Element in den Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit übergeht. Die UV-LED-Elemente können an unterschiedlichen Stellen der Mikrofiltereinheit angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die UV-Strahlung effizient in den Wellenleiterbereich der Mikrofiltereinheit eingekoppelt werden kann. Durch das Vorsehen einer Mehrzahl an UV-LED-Elementen an unterschiedlichen Stellen der Mikrofiltereinheit kann eine ausreichende UV-Strahlung derart sichergestellt werden, dass zumindest die Oberfläche der Poren, vorzugsweise der gesamte Wellenleitbereich von der UV-Strahlung durchdrungen wird. Somit wird an der Grenzfläche zwischen dem Fluid und dem Wellenleitbereich, auch in den Poren, eine Wechselwirkung zwischen Fluid und UV-Strahlung statt. Diese Wechselwirkung erfolgt vorzugsweise auch durch eine evaneszente Welle. Beispielsweise ergibt sich bei Saphir (n = 1.84) als Material für das Wellenleitelement und Wasser (n = 1.36) eine Eindringtiefe der evaneszenten Welle der UV-Strahlung in die Poren, abhänigig von einem Auftreffwinkel, von ungefähr einer Wellenlänge. Insbesondere bei Poren mit einem geringen Porendurchmesser liegt die Eindringtiefe der evaneszenten Welle also etwa im Bereich des Porenradius.In a preferred embodiment, the device comprises a plurality of UV LED Elements which are preferably arranged directly on the microfilter unit, so that the UV radiation from the UV LED elements is preferably coupled directly into the waveguide region of the microfilter unit. The UV LED elements are preferably arranged on the microfilter unit such that the UV radiation with a main radiation direction merges directly from the UV LED element into the waveguide region of the microfilter unit. The UV LED elements can be arranged at different locations of the microfilter unit. This has the advantage that the UV radiation can be efficiently coupled into the waveguide region of the microfilter unit. By providing a plurality of UV LED elements at different locations of the microfilter unit, sufficient UV radiation can be ensured in such a way that at least the surface of the pores, preferably the entire waveguide region, is penetrated by the UV radiation. Thus, at the interface between the fluid and the waveguiding region, also in the pores, an interaction between fluid and UV radiation takes place. This interaction is preferably also by an evanescent wave. For example, for sapphire (n = 1.84) as the material for the waveguide and water (n = 1.36), there is a penetration depth of the evanescent wave of UV radiation into the pores, depending on an angle of incidence, of approximately one wavelength. Especially with pores having a small pore diameter, the penetration depth of the evanescent wave is thus approximately in the region of the pore radius.

Vorzugsweise sind die UV-LED-Elemente einen Randbereich der Mikrofiltereinheit umlaufend ausgebildet. Dabei können die UV-LED-Elemente zum Beispiel seitlich an der Kante der Mikrofiltereinheit umlaufend angeordnet sein oder auf einer Oberfläche der Mikrofiltereinheit, vorzugsweise planar, angeordnet sein. Höchstvorzugsweise beträgt bei Anordnung der UV-LED-Elementen an umfangseitigen Kanten und/oder in einem umlaufenden Randbereich die Dichte der UV-LED-Elemente zwischen 0.1 und 10 UV-LED-Elemente/mm Umfang.Preferably, the UV LED elements are circumferentially formed on an edge region of the microfilter unit. In this case, the UV LED elements may, for example, be arranged peripherally on the edge of the microfilter unit or arranged on a surface of the microfilter unit, preferably planar. When the UV LED elements are arranged on peripheral edges and / or in a peripheral edge region, the density of the UV LED elements is preferably between 0.1 and 10 UV LED elements / mm circumference.

Im Rahmen dieser Beschreibung bezeichnet der Begriff „UV-LED-Element” eine UV-LED oder eine Anordnung von mehreren UV-LEDs. Die UV-LEDs emittieren vorzugsweise UV-Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 250–280 nm.As used herein, the term "UV LED element" refers to a UV LED or an array of multiple UV LEDs. The UV LEDs preferably emit UV radiation in a wavelength range of 250-280 nm.

Eine weitere vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das UV-LED-Element von dem Fluid räumlich getrennt ist, insbesondere durch die Mikrofiltereinheit und/oder durch ein zusätzliches Wellenleitelement für die UV-Strahlung. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Verschmutzung des UV-LED-Elements zuverlässig vermeiden wird. Insbesondere kann mittels des zusätzlichen Wellenleitelements sichergestellt werden, dass die UV-Strahlung über das Wellenleitelement in den Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit eingekoppelt wird. Dabei kann das UV-LED-Element vorzugsweise unmittelbar an dem Wellenleitelement angeordnet sein, sodass die UV-Strahlung von dem UV-LED-Element in das Wellenleitelement eintritt. Das Wellenleitelement und die Mikrofiltereinheit sind vorzugsweise derart miteinander zusammenwirkend angeordnet und ausgebildet, dass die UV-Strahlung von dem Wellenleitelement in den Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit eingekoppelt wird.A further preferred embodiment of the invention is characterized in that the UV-LED element is spatially separated from the fluid, in particular by the microfilter unit and / or by an additional waveguide element for the UV radiation. This has the advantage that contamination of the UV LED element is reliably avoided. In particular, it can be ensured by means of the additional waveguide element that the UV radiation is coupled via the waveguide element into the waveguide region of the microfiltration unit. In this case, the UV-LED element may preferably be arranged directly on the waveguide, so that the UV radiation from the UV-LED element enters the waveguide. The waveguide element and the microfilter unit are preferably arranged and configured to cooperate with one another such that the UV radiation from the waveguide element is coupled into the waveguide region of the microfilter unit.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein zusätzliches Wellenleitelement für die UV-Strahlung. Vorzugsweise ist das UV-LED-Element derart an dem Wellenleitelement angeordnet, dass die UV-Strahlung von dem UV-LED-Element über das Wellenleitelement in den Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit einkoppelbar ist. Die Einkopplung der UV-Strahlung in den Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit erfolgt hier mittelbar über das Wellenleitelement oder über das Wellenleitelement und das Fluid. Das zusätzliche Wellenleitelement und die Mikrofiltereinheit können vorzugsweise ein Durchflussvolumen für das zu filtrierende Fluid bilden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch an einer Grenzfläche von Wellenleitelement und dem Fluid eine Wechselwirkung und somit eine UV-Entkeimung des Fluids stattfindet. Weiter vorteilhaft ist, dass in einfacher und vorbekannter Weise mittels des Wellenleitelements Durchflusskammern für das zu filtrierende Fluid konstruiert werden können.In a further preferred embodiment, the device comprises an additional waveguide element for the UV radiation. The UV LED element is preferably arranged on the waveguide element in such a way that the UV radiation from the UV LED element can be coupled into the waveguide region of the microfilter unit via the waveguide element. The coupling of the UV radiation into the waveguide region of the microfilter unit takes place here indirectly via the waveguide element or via the waveguide element and the fluid. The additional waveguide element and the microfilter unit may preferably form a flow volume for the fluid to be filtered. This results in the advantage that an interaction and thus a UV sterilization of the fluid also takes place at an interface of the waveguide element and the fluid. It is also advantageous that flow chambers for the fluid to be filtered can be constructed in a simple and previously known manner by means of the waveguide element.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist die Vorrichtung Reflexionsmittel für die UV-Strahlung auf. Insbesondere bevorzugt sind die Reflexionsmittel an einer dem UV-LED-Element gegenüberliegenden Seite der Mikrofiltereinheit zur Reflexion der UV-Strahlung angeordnet. Die Reflexionsmittel können z. B. als reflektierende Beschichtung an einer Außenseite der Mikrofiltereinheit und/oder einer Außenseite des Wellenleitelements ausgebildet sein. Vorteilhafterweise verhindert die Anordnung von Reflexionsmitteln für die UV-Strahlung, dass die UV-Strahlung in einem Winkelbereich in dem keine Totalreflexion erfolgt aus dem Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit oder dem Wellenelement austritt und/oder erhöht die wiederholte Einkopplung der UV-Strahlung. Somit wird zusätzlich zu der Führung der UV-Strahlung durch Totalreflexion ein Austreten der UV-Strahlung aus dem Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit oder dem Wellenelement durch Reflexion an den Reflexionsmitteln verringert.In a further preferred embodiment, the device has reflection means for the UV radiation. Particularly preferably, the reflection means are arranged on a side of the microfilter unit opposite the UV-LED element for reflection of the UV radiation. The reflection means can z. B. be formed as a reflective coating on an outer side of the microfilter and / or an outer side of the waveguide. Advantageously, the arrangement of reflection means for the UV radiation prevents the UV radiation in an angular range in which no total reflection occurs from the waveguide region of the microfiltration unit or the wave element exits and / or increases the repeated coupling of the UV radiation. Thus, in addition to the guidance of the UV radiation by total reflection, leakage of the UV radiation from the waveguiding region of the microfiltration unit or the wave element is reduced by reflection at the reflection means.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform verläuft die Hauptabstrahlungsrichtung des UV-LED-Elements senkrecht und/oder parallel zu einer Flussrichtung des Fluids.In a further preferred embodiment, the main emission direction of the UV LED element is perpendicular and / or parallel to a flow direction of the fluid.

Eine weitere vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mikrofiltereinheit als Wellenleitbereich ausgebildet ist. Another preferred embodiment of the invention is characterized in that the microfilter unit is designed as a waveguide region.

Insbesondere bevorzugt ist die Mikrofiltereinheit aus einem Material mit einem (realen) Brechungsindex n ≥ 1,36 ausgebildet. Bevorzugt ist die Mikrofiltereinheit aus dem Material des Wellenleitbereichs, insbesondere bevorzugt einstückig ausgebildet. Vorzugswiese umfasst der Wellenleitbereich die Mikrofiltereinheit. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die UV-Strahlung in allen Bereichen der Mikrofiltereinheit geführt werden kann.Particularly preferably, the microfilter unit is formed from a material having a (real) refractive index n ≥ 1.36. Preferably, the microfilter unit is formed from the material of the waveguide region, in particular preferably in one piece. Preferably, the waveguide region comprises the microfilter unit. This has the advantage that the UV radiation can be guided in all areas of the microfiltration unit.

Vorzugsweise ist der Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit und/oder die Mikrofiltereinheit aus Quarzglas und/oder Saphir ausgebildet. Sowohl Quarzglas als auch Saphir weisen in dem UV-Spektralbereich eine optisch hohe Transmission sowie einen (realen) Brechungsindex deutlich größer als n = 1,36 auf. Weiter weisen die genannten Materialien ein inertes Verhalten gegenüber aggressiven Medien sowie eine hohe Korrosions- und Abrasionsbeständigkeit auf. Insbesondere bei der Verwendung von Saphir ergibt sich zusätzlich der Vorteil, dass eine Vielzahl UV-LEDs auf Saphirwafern als Substratmaterial hergestellt werden. Dadurch sind die UV-LED-Elemente in einfacher und kostengünstiger Art und Weise bereits auf einem Saphirsubstrat angeordnet. Dieses Saphirsubstrat mit den UV-LED-Elementen kann in einfacher und kostengünstiger Weise als Ausgangsmaterial für die Mikrofiltereinheit eingesetzt werden.The waveguide region of the microfilter unit and / or the microfilter unit are preferably formed from quartz glass and / or sapphire. Both quartz glass and sapphire have optically high transmission in the UV spectral region and a (real) refractive index significantly greater than n = 1.36. Furthermore, the materials mentioned have an inert behavior towards aggressive media and a high resistance to corrosion and abrasion. In particular, when using sapphire there is the additional advantage that a large number of UV LEDs are produced on sapphire wafers as substrate material. As a result, the UV LED elements are already arranged in a simple and cost-effective manner on a sapphire substrate. This sapphire substrate with the UV LED elements can be used in a simple and cost-effective manner as a starting material for the microfilter unit.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zumindest zwei Mikrofiltereinheiten, wobei die Poren einer ersten Mikrofiltereinheit einen größeren Durchmesser als die Poren einer in Flussrichtung des Fluids nachfolgend angeordneten zweiten Mikrofiltereinheit aufweisen. Vorzugsweise sind an der ersten Mikrofiltereinheit zumindest ein UV-LED-Element, höchst vorzugsweise zumindest zwei UV-LED-Elemente, angeordnet. Die UV-Strahlung wird vorzugsweise unmittelbar von den UV-LED-Elementen in den Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit eingekoppelt. Ein Teil der UV-Strahlung wird in dem Wellenleitbereich der ersten Mikrofiltereinheit geführt. Ein anderer Teil verlässt den Wellenleitbereich der ersten Mikrofiltereinheit und wird über ein Wellenleitelement und/oder das Fluid in den Wellenleitbereich der zweiten Mikrofiltereinheit eingekoppelt.In a further preferred embodiment, the device comprises at least two microfilter units, wherein the pores of a first microfilter unit have a larger diameter than the pores of a second microfilter unit subsequently arranged in the direction of flow of the fluid. Preferably, at least one UV LED element, most preferably at least two UV LED elements, are arranged on the first microfilter unit. The UV radiation is preferably coupled directly from the UV LED elements into the waveguiding region of the microfilter unit. A portion of the UV radiation is guided in the waveguide region of the first microfilter unit. Another part leaves the waveguide region of the first microfilter unit and is coupled via a waveguide element and / or the fluid into the waveguide region of the second microfilter unit.

Das Fluid passiert zuerst die erste Mikrofiltereinheit. Durch die Poren mit dem größeren Durchmesser werden Schwebstoffe und Agglomerate im Wesentlichen entfernt. Aufgrund des großen Durchmessers von Schwebstoffe und Agglomerate besteht das Risiko, dass die UV-Strahlung diese nicht vollständig durchdringt, sodass zur Entkeimung keine ausreichende Beaufschlagung mit UV-Strahlung sichergestellt ist. Somit wirkt die erste Mikrofiltereinheit vorzugsweise als eine Art Vorfilter, welcher Schwebstoffe eliminiert, die die UV-Strahlung gegebenenfalls nicht vollständig durchdringt. Darin eingeschlossene Keime könnten sonst die Vorrichtung zur Mikrofiltrierung intakt durchdringen. Weiterhin verhindert der Vorfilter das Verstopfen der feinen Poren des nachgelagerten Mikrofilters. Anschließend passiert das Fluid die zweite Mikrofiltereinheit mit dem kleineren Porendurchmesser. Auch hier erfolgt eine Filtrierung kleinerer Schwebstoffe und Agglomerate sowie eine UV-Entkeimung. Die Vorrichtung bildet somit vorzugsweise ein Multibarrierensystem mit unterschiedlicher Porengröße und selektiver UV-Bestrahlung. Hier können auch Mikrofiltereinheiten mit einem Wellenleitbereich und Mikrofiltereinheiten ohne einen Wellenleitbereich, d. h. rein für die mechanische Filterung, kombiniert werden. Dabei liegt es ebenso im Rahmen der Erfindung, dass eine zusätzliche Mikrofiltereinheit als rein mechanischer Vorfilter zur Entfernung von Schwebstoffen ausgebildet ist und an dieser Mikrofiltereinheit im Wesentlichen keine UV-Entkeimung erfolgt.The fluid first passes the first microfilter unit. The larger diameter pores substantially remove particulates and agglomerates. Due to the large diameter of suspended particles and agglomerates, there is the risk that the UV radiation does not completely penetrate them, so that sufficient disinfection with UV radiation is not ensured for the sterilization. Thus, the first microfilter unit preferably acts as a kind of pre-filter which eliminates suspended matter which may not fully penetrate the UV radiation. Germs entrapped therein could otherwise intact the microfiltration device. Furthermore, the pre-filter prevents the clogging of the fine pores of the downstream microfilter. Subsequently, the fluid passes through the second microfilter unit with the smaller pore diameter. Here, too, a filtration of smaller suspended matter and agglomerates and a UV sterilization takes place. The device thus preferably forms a multibarrier system with different pore size and selective UV irradiation. Here also microfilter units with a waveguide area and microfilter units without a waveguide area, i. H. purely for mechanical filtering, combined. It is also within the scope of the invention that an additional microfilter unit is designed as a purely mechanical pre-filter for removing suspended solids and substantially no UV sterilization takes place at this microfilter unit.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weisen die Poren der Mikrofiltereinheit einen Durchmesser im Bereich von 100 nm bis 100 μm, vorzugsweise im Bereich von 200 nm bis 5 μm, höchst vorzugsweise von etwa einem μm auf. Vorzugsweise weist der Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit zwischen 30 k Poren/mm2 und 150 k Poren/mm2, bevorzugt zwischen 60 k Poren/mm2 und 120 k Poren/mm2, höchstvorzugsweise ungefähr 90 k Poren/mm2 auf.In a further preferred embodiment, the pores of the microfilter unit have a diameter in the range of 100 nm to 100 .mu.m, preferably in the range of 200 nm to 5 .mu.m, most preferably of about one micron. Preferably, the waveguiding region of the microfilter unit has between 30 k pores / mm 2 and 150 k pores / mm 2 , preferably between 60 k pores / mm 2 and 120 k pores / mm 2 , most preferably approximately 90 k pores / mm 2 .

Eine weitere vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mikrofiltereinheit eine photokatalytische Schicht aufweist. Vorzugsweise ist die photokatalytische Schicht als Titandioxidschicht ausgebildet. Dies ermöglicht eine photokatalytische Entkeimung an der Grenzfläche zumindest der Wellenleitbereiche der Mikrofiltereinheit und des Fluids. Bei der photokatalytischen Entkeimung zersetzt ein Katalysator (z. B. nanokristallines Titandioxid) unter UV-Bestrahlung, vorzugsweise UVA-Strahlung, organische Moleküle und Bakterien. Beispielsweise ist bei Titandioxid UV-Strahlung in einem Wellenlängenbereich um ungefähr 385 nm erforderlich. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass in diesem Wellenlängenbereich leistungsstarke UVA-LEDs auf Basis von GaInN-Halbleitern eingesetzt werden können. Diese UVA-LEDs sind mit einer Effizienz von über 20% verfügbar. Weiter vorteilhaft ist, dass aufgrund des eingesetzten Wellenlängenbereichs kostengünstigere Wellenleitermaterialien, wie Glas, Glasfasermatten und/oder UVA-transparente Kunststoffe, wie PMMA eingesetzt werden können. Beim Einsatz von Kunststoffen ergibt sich als ein zusätzlicher Vorteil, dass die Poren der Mikrofiltereinheit durch einfache und vorbekannte Abformtechniken erzeugt werden können.Another preferred embodiment of the invention is characterized in that the microfilter unit has a photocatalytic layer. Preferably, the photocatalytic layer is formed as a titanium dioxide layer. This enables a photocatalytic degermination at the interface of at least the waveguiding regions of the microfiltration unit and of the fluid. In photocatalytic sterilization, a catalyst (eg nanocrystalline titanium dioxide) decomposes under UV irradiation, preferably UVA radiation, organic molecules and bacteria. For example, titanium dioxide requires UV radiation in a wavelength range of about 385 nm. This has the advantage that powerful UVA LEDs based on GaInN semiconductors can be used in this wavelength range. These UVA LEDs are available with an efficiency of over 20%. Another advantage is that due to the wavelength range used cheaper waveguide materials, such as glass, glass fiber mats and / or UVA-transparent plastics, such as PMMA can be used. When using plastics results as an additional advantage that the pores of the Microfilter unit can be produced by simple and well-known impression techniques.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Energieversorgung für das UV-LED-Element. Durch die Verwendung von UV-LEDs genügt eine DC-Niederspannungsversorgung zum Betreiben der Vorrichtung. Bevorzugt ist die Vorrichtung als mobile Vorrichtung ausgestaltet. Die Vorrichtung kann somit auch in mobilen Anwendungsgebieten, wie z. B. im Outdoorbereich eingesetzt werden.In a further preferred embodiment, the device comprises a power supply for the UV-LED element. By using UV LEDs, a DC low voltage supply is sufficient to operate the device. Preferably, the device is designed as a mobile device. The device can thus also in mobile applications, such. B. be used outdoors.

Die zuvor beschriebene Aufgabe ist weiterhin gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Mikrofiltrierung eines Fluids umfasst folgende Verfahrensschritte:

  • A Bereitstellen eines UV-transparenten Substrats mit einem Brechungsindex n ≥ 1,36;
  • B Definition der Poren in der Mikrofiltereinheit mittels Laserbearbeitung des Substrats;
  • C Durchführen eines Ätzvorgangs,
dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A die Weiterbearbeitung mittels eines Ultrakurzpulslasers derart erfolgt, dass das Substrat in Bereichen für die Poren in eine im Wesentlichen amorphe Phase umkristallisiert wird, und in dem Verfahrensschritt B mit dem Ätzvorgang selektiv amorphe Bereiche des Substrats entfernt werden.The object described above is furthermore achieved by a method according to claim 12. The method according to the invention for producing a device for microfiltration of a fluid comprises the following method steps:
  • A providing a UV-transparent substrate having a refractive index n ≥ 1.36;
  • B definition of the pores in the microfilter unit by means of laser processing of the substrate;
  • C performing an etching process,
characterized in that in method step A, the further processing by means of a ultrashort pulse laser is carried out such that the substrate is recrystallized in areas for the pores in a substantially amorphous phase, and selectively removed in the process step B with the etching process amorphous regions of the substrate.

Mit diesem Verfahren lassen sich vorteilhafterweise feine, zylindrische und/oder konische Poren herstellen, die einen geringen Durchmesser bei einer großen Längserstreckung aufweisen. Die Laserbearbeitung erfolgt mittels eines stark fokussierten Ultrakurzpulslasers, z. B. mit einer Wellenlänge von 355 nm und einer Pulsdauer von 10 ps. Der Ätzvorgang in Verfahrensschritt C kann z. B. mittels Flusssäure erfolgen.With this method can be advantageously produce fine, cylindrical and / or conical pores, which have a small diameter at a large longitudinal extent. The laser processing is carried out by means of a highly focused ultrashort pulse laser, z. B. with a wavelength of 355 nm and a pulse duration of 10 ps. The etching in process step C may, for. B. by means of hydrofluoric acid.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die Poren einen Durchmesser im Bereich von 100 nm bis 100 μm, vorzugsweise im Bereich von 200 nm bis 5 μm, höchst vorzugsweise von etwa einem μm auf und eine Länge im Bereich von 10 μm bis 10 mm, vorzugsweise im Bereich von 10 μm bis 1000 μm, höchst vorzugsweise im Bereich von 10 μm bis 300 μm auf.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the pores have a diameter in the range of 100 nm to 100 μm, preferably in the range of 200 nm to 5 μm, most preferably of approximately one μm and a length in the range of 10 μm to 10 mm. preferably in the range of 10 μm to 1000 μm, most preferably in the range of 10 μm to 300 μm.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform kann eine Mehrzahl von UV-LEDs bzw. eine Matrix von UV-LEDs auf die Mikrofiltereinheit, vorzugsweise den Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit und/oder das Wellenleitelement gebondet werden. Hierbei ergibt sich der Vorteil einer direkten Lichteinkopplung ohne Luftspalt und Reflektionsverluste.In a further preferred embodiment, a plurality of UV LEDs or a matrix of UV LEDs can be bonded to the microfilter unit, preferably the waveguide region of the microfilter unit and / or the waveguide element. This results in the advantage of direct light coupling without air gap and reflection losses.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist ebenfalls die vorgenannten Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf.The inventive method also has the aforementioned advantages of the device according to the invention.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise mittels des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet.The device according to the invention is preferably produced by means of the method according to the invention described above or a preferred embodiment of the method according to the invention. The method according to the invention is preferably designed to form a device according to the invention or a preferred embodiment thereof.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind grundsätzlich für Anwendungen geeignet, bei denen Fluide in kompakten, effizienten und robusten Vorrichtungen zur Mikrofiltrierung von Fluiden gefiltert werden sollen.The apparatus and method of the invention are basically suitable for applications where fluids are to be filtered in compact, efficient, and robust microfiltration devices.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren sind daher vorzugsweise ausgebildet zur mobilen und dezentralen Wasseraufbereitung, z. B. in Fahrzeugen, in Entwicklungshilfe- und Krisengebieten, oder im Outdoorbereich. Dabei kann die Mikrofiltrierung zur Wasseraufbereitung direkt an der Wasserentnahmestelle oder bei der Benutzung erfolgen.The inventive device and / or the inventive method are therefore preferably designed for mobile and decentralized water treatment, eg. B. in vehicles, development and crisis areas, or in the outdoor area. The microfiltration for water treatment can be carried out directly at the water tapping point or during use.

Weitere vorzugsweise Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:Further preferred features and embodiments of the device according to the invention and of the method according to the invention are explained below on the basis of exemplary embodiments and the figures. Showing:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mikrofiltrierung von Fluiden mit einer Mikrofiltereinheit; 1 a first embodiment of a device according to the invention for the microfiltration of fluids with a microfilter unit;

2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mikrofiltrierung von Fluiden mit einer Mikrofiltereinheit; 2 A second embodiment of a device according to the invention for the microfiltration of fluids with a microfilter unit;

3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mikrofiltrierung von Fluiden mit zwei Mikrofiltereinheiten; 3 A third embodiment of an inventive device for microfiltration of fluids with two microfiltration units;

4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Mikrofiltrierung von Fluiden in Querstromtechnik mit einer Mikrofiltereinheit und einem Wellenleitelement. 4 A fourth embodiment of an inventive device for microfiltration of fluids in cross-flow technology with a microfilter and a waveguide.

In den 1 bis 4 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Alle Maßangaben sind exemplarisch zu verstehen und enthalten keine über die Patentansprüche hinausgehende Beschränkung.In the 1 to 4 like reference characters designate the same or equivalent elements. All dimensions are to be understood as exemplary and do not include any limitation beyond the claims.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen zur Mikrofiltrierung eines Fluids 2. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Mikrofiltereinheit 3 sowie eine Mehrzahl von UV-LED-Elementen, beispielhaft gekennzeichnet 4a, 4b. Typischerweise beträgt die Dichte der UV-LED-Elemente zwischen 0.1 und 10 UV-LED-Elemente/mm Umfang. Vorliegend sind aus Gründen der besseren Darstellbarkeit und Übersichtlichkeit lediglich die beiden UV-LED-Elementen, 4a, 4b dargestellt. Die UV-LED-Elementen 4a, 4b sind planar, d. h. in einer Ebene auf der Mikrofiltereinheit 3 in einem Randbereich der Mikrofiltereinheit 3 angebracht. Der Randbereich der Mikrofiltereinheit ist umlaufend ausgebildet. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Mikrofiltereinheit 3 mit einem Wellenleitbereich mit einer Mehrzahl Poren, beispielhaft gekennzeichnet 5a, 5b, 5c. Vorliegend ist die Mikrofiltereinheit derart ausgebildet, dass der Wellenleitbereich die ganze Mikrofiltereinheit 3 umfasst. Die Poren 5a, 5b, 5c weisen einen Durchmesser von ungefähr einem μm auf und durchgreifen die Mikrofiltereinheit 3. Die Mikrofiltereinheit 3 ist aus einem UV-transparenten Material ausgebildet, vorliegend aus Saphir mit einem Brechungsindex n = 1,83. Typischerweise weist der Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit ungefähr 90 k Poren/mm2 auf. Vorliegend sind aus Gründen der besseren Darstellbarkeit und Übersichtlichkeit lediglich sechs Poren dargestellt. Die Poren der Mikrofiltereinheit 3 weisen einen Durchmesser von ungefähr 1 μm auf. Die Mikrofiltereinheit 3 weist vorliegend eine Längserstreckung von 100 mm, eine Tiefenerstreckung von ungefähr 100 mm und eine Dicke von 100 μm auf. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of an inventive microfiltration of a fluid 2 , The contraption 1 includes a microfilter unit 3 and a plurality of UV LED elements, exemplified 4a . 4b , Typically, the density of the UV LED elements is between 0.1 and 10 UV LED elements / mm circumference. For reasons of better representability and clarity, only the two UV LED elements are used here, 4a . 4b shown. The UV LED elements 4a . 4b are planar, ie in one plane on the microfiltration unit 3 in an edge region of the microfiltration unit 3 appropriate. The edge region of the microfiltration unit is formed circumferentially. The device 1 includes a microfilter unit 3 with a waveguide region with a plurality of pores, characterized by way of example 5a . 5b . 5c , In the present case, the microfilter unit is designed such that the waveguide region covers the entire microfiltration unit 3 includes. The pores 5a . 5b . 5c have a diameter of about one micron and pass through the microfilter unit 3 , The microfilter unit 3 is formed of a UV-transparent material, in this case made of sapphire with a refractive index n = 1.83. Typically, the waveguiding area of the microfilter unit is approximately 90 k pores / mm 2 . In the present case, only six pores are shown for reasons of better representability and clarity. The pores of the microfiltration unit 3 have a diameter of about 1 micron. The microfilter unit 3 in the present case has a longitudinal extent of 100 mm, a depth of approximately 100 mm and a thickness of 100 μm.

Die Flussrichtung des Fluids 2 verläuft in der Zeichenebene und ist durch die beiden Pfeile gekennzeichnet. Die Flussrichtung des Fluids 2 verläuft senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung der Mikrofiltereinheit 3.The flow direction of the fluid 2 runs in the drawing plane and is indicated by the two arrows. The flow direction of the fluid 2 is perpendicular to a longitudinal direction of the microfilter unit 3 ,

Die exemplarischen UV-LED-Elemente 4a, 4b sind jeweils seitlich auf einer Oberfläche der Mikrofiltereinheit 3 in dem Randbereich der Mikrofiltereinheit 3 angeordnet. Dabei ist ein UV-LED-Element 4a in einem Bereich vor der ersten Pore 5a auf die Mikrofiltereinheit 3 aufgesetzt und das UV-LED-Element 4b in dem gegenüberliegenden Bereich nach der letzten Pore auf die Mikrofiltereinheit 3 aufgesetzt. Ausgehend von den UV-LED-Elementen 4a, 4b wird das Licht in die Mikrofiltereinheit 3 eingekoppelt, die als Wellenleitelement wirkt. Zur besseren Einkopplung des UV-Lichts können die den UV-LED-Elementen 4a, 4b gegenüberliegenden Eckbereiche 6a, 6b der Mikrofiltereinheit 3 mit einer spiegelnden Beschichtung ausgebildet sein. Hierdurch wird die Führung der UV-Strahlung in der Mikrofiltereinheit 3 verbessert.The exemplary UV LED elements 4a . 4b are each on the side of a surface of the microfilter unit 3 in the edge region of the microfiltration unit 3 arranged. This is a UV LED element 4a in an area in front of the first pore 5a on the microfilter unit 3 put on and the UV LED element 4b in the opposite area after the last pore on the microfilter unit 3 placed. Starting from the UV LED elements 4a . 4b the light goes into the microfilter unit 3 coupled, which acts as a waveguide. For better coupling of the UV light, the UV LED elements 4a . 4b opposite corner areas 6a . 6b the microfilter unit 3 be formed with a reflective coating. This will guide the UV radiation in the microfilter unit 3 improved.

Die UV-Strahlung wird ausgehend von den UV-LED-Elementen 4a, 4b in die Mikrofiltereinheit 3 eingekoppelt und aufgrund von Totalreflexion an einer Grenzfläche zwischen optisch dichterem Medium (Wellenleitbereich) und optisch dünnerem Medium (Umgebungsluft oder Fluid 2) in der Mikrofiltereinheit geführt. Dabei wechselwirkt die UV-Strahlung auch mit dem Fluid 2, welches die Poren 5a, 5b, 5c der Mikrofiltereinheit 3 durchströmt. Aufgrund des geringen Porendurchmesser erfolgt diese Wechselwirkung auch durch die evaneszente Welle an der Grenzfläche zwischen Wellenleitbereich und Fluid 2. Durch Bestrahlung des Fluids 2 mit dem UV-Licht erfolgt die Entkeimung des Fluids 2 durch Abtöten der organischen Rückstände, wie Bakterien, Viren, Amöben usw. Gleichzeitig verhindert die UV-Strahlung eine Verkeimung und somit ein Verschliessen oder Verstopfen der Poren 5a, 5b, 5c, wodurch die Notwendigkeit einer Rückspülung (Backflush, eine entgegen der eigentlichen Flussrichtung gerichtete Durchspülung der Poren 5a, 5b, 5c) reduziert wird.The UV radiation is emitted by the UV LED elements 4a . 4b in the microfilter unit 3 coupled and due to total reflection at an interface between optically denser medium (waveguide region) and optically thinner medium (ambient air or fluid 2 ) guided in the microfilter unit. The UV radiation also interacts with the fluid 2 which the pores 5a . 5b . 5c the microfilter unit 3 flows through. Due to the small pore diameter, this interaction is also due to the evanescent wave at the interface between waveguide region and fluid 2 , By irradiation of the fluid 2 With the UV light, the sterilization of the fluid takes place 2 By killing the organic residues, such as bacteria, viruses, amoebae, etc. At the same time prevents the UV radiation germination and thus closure or clogging of the pores 5a . 5b . 5c whereby the need for a backwash (Backflush, a directed against the actual flow direction purging the pores 5a . 5b . 5c ) is reduced.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Mikrofiltrierung eines Fluids 2. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu der zu 1 beschriebenen Vorrichtung 1 zur Mikrofiltrierung eines Fluids 2 eingegangen. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a device according to the invention 1 for microfiltration of a fluid 2 , To avoid repetition, the following is only to the differences to the 1 described device 1 for microfiltration of a fluid 2 received.

Die UV-LED-Elemente 4a, 4b sind hier seitlich an der Kante der Mikrofiltereinheit 3 entlang des Umfangs der Mikrofiltereinheit 3 angeordnet. Die Einkopplung der UV-Strahlung erfolgt seitlich unmittelbar in die Mikrofiltereinheit 3. Die Hauptabstrahlungsrichtung der UV-LED-Elemente 4a, 4b ist somit senkrecht zu der Durchflussrichtung des Fluids 2. Fernen lassen sich die UV-LED-Elemente so durch planare Dichtungen vom Fluid 2 abtrennen.The UV LED elements 4a . 4b are here on the side of the edge of the microfilter unit 3 along the circumference of the microfilter unit 3 arranged. The coupling of the UV radiation takes place laterally directly into the microfiltration unit 3 , The main emission direction of the UV LED elements 4a . 4b is thus perpendicular to the flow direction of the fluid 2 , The UV LED elements can be removed from the fluid by planar seals 2 split off.

Vorliegend kann die Mikrofiltereinheit 3 derart verjüngt werden, so daß eine Konzentration des von den UV-LED-Elementen abgestrahlten Lichts in einem zentralen Bereich der Poren 5a, 5b, 5c in dem Wellenleitbereich auftritt. Hierbei kann die Dicke des Wellenleiterelements im Randbereich 1–10 mm betragen und sich im zentralen Bereich der Poren 5a, 5b, 5c auf 10–100 μm verjüngen. Dies ermöglicht die Einkopplung von grösseren gehäusten UV-LED-Elementen mit Abmessungen im Bereich von mehreren mm. Diese können an dem Randbereich angeordnet werden und das Licht hier in den Wellenleitbereich der Mikrofiltereinheit 3 eingekoppelt werden. Durch die Verjüngung der Mikrofiltereinheit 3 erhöht sich die Beleuchtungsdichte im zentralen Bereich des Mikrofiltereinheit 3, in dem auch die Poren 5a, 5b, 5c angeordnet sind.In the present case, the microfilter unit 3 be tapered so that a concentration of the light emitted by the UV-LED elements light in a central region of the pores 5a . 5b . 5c occurs in the waveguide region. In this case, the thickness of the waveguide element in the edge region can be 1-10 mm and in the central region of the pores 5a . 5b . 5c rejuvenate to 10-100 μm. This allows the coupling of larger housed UV LED elements with dimensions in the range of several mm. These can be arranged on the edge region and the light here in the waveguide region of the microfiltration unit 3 be coupled. By rejuvenating the microfiltration unit 3 the illumination density in the central area of the microfiltration unit increases 3 in which also the pores 5a . 5b . 5c are arranged.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Mikrofiltrierung eines Fluids 2. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu der zu 1 und 2 beschriebenen Vorrichtung 1 zur Mikrofiltrierung eines Fluids 2 eingegangen. 3 shows a schematic representation of another embodiment of a device according to the invention 1 for microfiltration of a fluid 2 , To avoid repetition, the following is only to the differences to the 1 and 2 described device 1 for microfiltration of a fluid 2 received.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine erste Mikrofiltereinheit 3a und eine zweite Mikrofiltereinheit 3b. Die Poren (5a.1, 5b.1, 5c.1) der ersten Mikrofiltereinheit 3a haben einen Durchmesser von ungefähr 0.5–5 μm, vorliegend 5 μm. Die Poren (5a.2, 5b.2, 5c.2) der zweiten Mikrofiltereinheit 3b haben einen Durchmesser von ungefähr 1 μm. Somit haben die Poren (5a.2, 5b.2, 5c.2) der zweiten Mikrofiltereinheit 3b, welche in Flussrichtung nachfolgend angeordnet ist, einen geringeren Durchmesser als die Poren (5a.1, 5b.1, 5c.1) der ersten Mikrofiltereinheit 3a. Größere Partikel und Agglomerate, die die UV-Strahlung stark absorbieren, werden somit schon in der vorgelagerten ersten Mikrofiltereinheit 3a abgefiltert. In der Mikrofiltereinheit 3b erfolgt dann die UV-Entkeimung ohne das Risiko, dass Agglomerate, die nicht von der UV-Strahlung durchdrungen werden, in dem Fluid 2 verbleiben. Dabei ist ebenso die umgekehrte Reihenfolge denkbar: Die Poren der zweiten Mikrofiltereinheit 3b, welche in Flussrichtung nachfolgend angeordnet ist, können auch einen größeren Durchmesser als die Poren der ersten Mikrofiltereinheit aufweisen. Die zweite Mikrofiltereinheit 3b dient dann lediglich der UV-Entkeimung durch UV-Strahlung.The device 1 includes a first microfilter unit 3a and a second microfilter unit 3b , The pores ( 5a.1 . 5b.1 . 5c.1 ) of the first microfilter unit 3a have a diameter of about 0.5-5 microns, in this case 5 microns. The pores ( 5a.2 . 5B.2 . 5c.2 ) of the second microfilter unit 3b have a diameter of about 1 micron. Thus, the pores ( 5a.2 . 5B.2 . 5c.2 ) of the second microfilter unit 3b , which is arranged downstream in the flow direction, a smaller diameter than the pores ( 5a.1 . 5b.1 . 5c.1 ) of the first microfilter unit 3a , Larger particles and agglomerates, which strongly absorb the UV radiation, thus already in the upstream first microfilter unit 3a filtered. In the microfilter unit 3b UV sterilization is then carried out without the risk that agglomerates, which are not penetrated by the UV radiation, in the fluid 2 remain. The reverse order is also conceivable: the pores of the second microfiltration unit 3b , which is arranged downstream in the flow direction, may also have a larger diameter than the pores of the first microfilter unit. The second microfilter unit 3b then serves only the UV sterilization by UV radiation.

Die UV-LED-Elemente 4a, 4b sind seitlich entlang des Umfangs in dem Randbereich auf die erste Mikrofiltereinheit 3a aufgesetzt. Die Einkopplung der UV-Strahlung in die erste Mikrofiltereinheit 3a erfolgt direkt von den UV-LED-Elementen 4a, 4b. Die Hauptabstrahlungsrichtung der UV-LED-Elemente 4a, 4b ist parallel zur Flussrichtung des Fluids 2. Dabei kann ein Teil der UV-Strahlung wird in der ersten Mikrofiltereinheit 3a geführt werden, während ein anderer Teil die erste Mikrofiltereinheit 3a verlässt und über das Fluid 2 in die zweite Mikrofiltereinheit 3b eingekoppelt wird. Die Einkopplung der UV-Strahlung in die Mikrofiltereinheit 3b kann somit mittelbar über die Mikrofiltereinheit 3a und das Fluid 2 erfolgen. Dabei ist auch hier die umgekehrte Reihenfolge denkbar: die Einkopplung der UV-Strahlung und damit die UV-Entkeimung kann auch ausschließlich oder hautsächlich in der nachgelagerten zweiten Mikrofiltereinheit erfolgen.The UV LED elements 4a . 4b are laterally along the periphery in the edge region on the first microfilter unit 3a placed. The coupling of the UV radiation into the first microfiltration unit 3a takes place directly from the UV LED elements 4a . 4b , The main emission direction of the UV LED elements 4a . 4b is parallel to the flow direction of the fluid 2 , It may be part of the UV radiation is in the first microfilter unit 3a while another part is the first microfilter unit 3a leaves and over the fluid 2 in the second microfilter unit 3b is coupled. The coupling of the UV radiation into the microfiltration unit 3b can thus indirectly via the microfilter unit 3a and the fluid 2 respectively. Here, too, the reverse order is conceivable: the coupling of the UV radiation and thus the UV sterilization can also take place exclusively or mainly in the downstream second microfilter unit.

Der Abstand zwischen der ersten Mikrofiltereinheit 3a und der zweiten Mikrofiltereinheit 3b beträgt 1 und 100 μm, vorliegend 100 μm. Dadurch wird der notwendige Querstrom zu den nachfolgenden Poren sichergestellt und der Druchfluss verbessert. Der Abstand kann z. B. durch ein Glasfasergitter erfolgen, welches zwischen der ersten Mikrofiltereinheit 3a und der zweiten Mikrofiltereinheit 3b angeordnet ist. Dies erhöht die Druckfestigkeit der Vorrichtung.The distance between the first microfilter unit 3a and the second microfilter unit 3b is 1 and 100 microns, in this case 100 microns. This ensures the necessary crossflow to the subsequent pores and improves the flow. The distance can be z. B. by a fiberglass grating, which between the first microfilter unit 3a and the second microfilter unit 3b is arranged. This increases the pressure resistance of the device.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Mikrofiltrierung eines Fluids 2. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu der zu 1, 2 und 3 beschriebenen Vorrichtung 1 zur Mikrofiltrierung eines Fluids 2 eingegangen. 4 shows a schematic representation of another embodiment of a device according to the invention 1 for microfiltration of a fluid 2 , To avoid repetition, the following is only to the differences to the 1 . 2 and 3 described device 1 for microfiltration of a fluid 2 received.

Die Vorrichtung 1 umfasst ein Wellenleitelement 7, eine Mikrofiltereinheit 3 sowie eine Mehrzahl von UV-LED-Elementen, beispielhaft gekennzeichnet 4a, 4b, 4c. Die UV-LED-Elemente sind vorliegend 2-dimensional angeordnet. Der Abstand zwischen den UV-LED-Elementen kann zwischen 0.5 und 20 mm, vorliegend 10 mm betragen. Die UV-LED-Elemente 4a, 4b, 4c sind auf einer von dem Fluid abgewandten Oberseite des Wellenleitelements 7 angeordnet. Das Wellenleitelement 7 ist aus Saphir ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Wellenleitelement 7 mit den aufgebrachten UV-LED-Elementen 4a, 4b, 4c in einem herkömmlichen LED-Herstellungsprozess ausgebildet werden kann. UV-LEDs werden üblicherweise bereits während des Herstellungsprozesses auf einem Saphirsubstrat ausgebildet, sodass ein solches Saphirsubstrat mit darauf angeordneten UV-LEDs in einfacher und kostengünstiger Art und Weise als Wellenleitelement 7 mit UV-LED-Elemente 4a, 4b, 4c eingesetzt werden kann.The device 1 comprises a waveguide element 7 , a microfilter unit 3 and a plurality of UV LED elements, exemplified 4a . 4b . 4c , The UV LED elements are present 2-dimensionally arranged. The distance between the UV LED elements can be between 0.5 and 20 mm, in the present case 10 mm. The UV LED elements 4a . 4b . 4c are on a side facing away from the fluid top of the waveguide 7 arranged. The waveguide element 7 is made of sapphire. This has the advantage that the waveguide 7 with the applied UV LED elements 4a . 4b . 4c can be formed in a conventional LED manufacturing process. UV LEDs are usually already formed during the manufacturing process on a sapphire substrate, so that such a sapphire substrate with UV LEDs arranged thereon in a simple and cost-effective manner as a waveguide 7 with UV LED elements 4a . 4b . 4c can be used.

Von dem Wellenleitelement 7 beabstandet ist die Mikrofiltereinheit 3 angeordnet. Die Mikrofiltereinheit 3 umfasst eine Mehrzahl Poren beispielhaft gekennzeichnet 5a, 5b, 5c, auf. Die Poren 5a, 5b, 5c weisen einen Durchmesser von ungefähr einem μm auf und können zylindrisch oder konisch ausgebildet sein. Der Abstand zwischen Wellenleitelement 7 und Mikrofiltereinheit 3 wird vom Abstand der UV-LED-Elemente 4a, 4b, 4c bestimmt, vorzugsweise derart dass eine Homogenisierung der UV-Beleuchtung erreicht wird, und beträgt 1–100 mm, vorzugsweise 10–2000 μm, höchst vorzugsweise 100 μm. Der Abstand zwischen Wellenleitelement 7 und Mikrofiltereinheit 3 kann durch ein Glasfasergitter oder ähnliches eingestellt werden, welches zwischen Wellenleitelement 7 und Mikrofiltereinheit 3 angeordnet ist. Dies erhöht die Druckfestigkeit der Vorrichtung.From the waveguide element 7 spaced is the microfilter unit 3 arranged. The microfilter unit 3 includes a plurality of pores exemplified 5a . 5b . 5c , on. The pores 5a . 5b . 5c have a diameter of about one micron and may be cylindrical or conical. The distance between the waveguide element 7 and microfilter unit 3 is the distance of the UV LED elements 4a . 4b . 4c determined, preferably such that a homogenization of the UV illumination is achieved, and is 1-100 mm, preferably 10-2000 microns, most preferably 100 microns. The distance between the waveguide element 7 and microfilter unit 3 can be adjusted by a glass fiber grating or the like, which is between waveguide 7 and microfilter unit 3 is arranged. This increases the pressure resistance of the device.

Der Durchfluss des Fluids 2 durch die Vorrichtung 1 zur Mikrofiltrierung erfolgt, wie durch die blauen Pfeile gekennzeichnet, in Querstromtechnik. Das Fluid 2 passiert zuerst die Mikrofiltereinheit 3 durch die Poren 5a, 5b, 5c und fließt dann an dem Wellenleitelement 7 entlang. Die Flussrichtung kann jedoch auch umgekehrt sein.The flow of the fluid 2 through the device 1 for microfiltration takes place, as indicated by the blue arrows, in cross-flow technology. The fluid 2 first the microfilter unit happens 3 through the pores 5a . 5b . 5c and then flows on the waveguide 7 along. However, the flow direction can also be reversed.

Die UV-LED-Elemente 4a, 4b, 4c sind auf der dem Fluid 2 abgewandten Seite auf das Wellenleitelement 7 aufgesetzt. Die Einkopplung der UV-Strahlung in das Wellenleitelement 7 erfolgt direkt von den UV-LED-Elementen 4a, 4b, 4c. Ein Teil der UV-Strahlung wird in dem Wellenleitelement 7 geführt. Ein anderer Teil verlässt das Wellenleitelement 7 und bestrahlt sowohl das Fluid 2 als auch die Mikrofiltereinheit 3. Die Einkopplung der UV-Strahlung in die Mikrofiltereinheit 3 erfolgt somit mittelbar über das Wellenleitelement 7 und das Fluid 2.The UV LED elements 4a . 4b . 4c are on the fluid 2 facing away from the waveguide 7 placed. The coupling of the UV radiation into the waveguide 7 takes place directly from the UV LED elements 4a . 4b . 4c , Part of the UV radiation is in the waveguide 7 guided. Another part leaves the waveguide 7 and irradiates both the fluid 2 as well as the microfilter unit 3 , The coupling of the UV radiation into the microfiltration unit 3 thus takes place indirectly via the waveguide 7 and the fluid 2 ,

Die Herstellung der Vorrichtung 1 zur Mikrofiltrierung eines Fluids gemäß 4 kann z. B. durch Waferbonding von Wellenleitelement 7 und Mikrofiltereinheit 3, vorzugsweise in Sandwichbauweise erfolgen.The manufacture of the device 1 for microfiltration of a fluid according to 4 can z. B. by wafer bonding of waveguide 7 and microfilter unit 3 , preferably in sandwich construction.

Claims (15)

Vorrichtung (1) zur Mikrofiltrierung eines Fluids (2) mit zumindest einer Mikrofiltereinheit, welche Mikrofiltereinheit (3) eine Mehrzahl Poren (5a, 5b, 5c) umfasst und von dem Fluid (2) durchströmbar ist, und zumindest einer UV-Lichtquelle (4), wobei die Mikrofiltereinheit (3) zur Entkeimung der Poren (5a, 5b, 5c) mit UV-Strahlung der UV-Lichtquelle (4) beaufschlagbar ist und das Fluid (2) zur Entkeimung mit der UV-Strahlung der UV-Lichtquelle (4) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle (4) als UV-LED-Element ausgebildet ist und die Mikrofiltereinheit (3) einen Wellenleitbereich für UV-Strahlung mit einem Brechungsindex n ≥ 1,36 aufweist, welcher Wellenleitbereich zumindest die Poren (5a, 5b, 5c) umfasst, wobei das UV-LED-Element (4) und die Mikrofiltereinheit (3) derart zusammenwirkend angeordnet und ausgebildet sind, dass die UV-Strahlung von dem UV-LED-Element (4) in den Wellenleitbereich der Mikrofilterreinheit (3) zumindest mittelbar einkoppelbar ist.Contraption ( 1 ) for the microfiltration of a fluid ( 2 ) with at least one microfilter unit, which microfilter unit ( 3 ) a plurality of pores ( 5a . 5b . 5c ) and of the fluid ( 2 ) and at least one UV light source ( 4 ), wherein the microfilter unit ( 3 ) for the sterilization of the pores ( 5a . 5b . 5c ) with UV radiation of the UV light source ( 4 ) is acted upon and the fluid ( 2 ) for sterilization with the UV radiation of the UV light source ( 4 ), characterized in that the UV light source ( 4 ) is designed as a UV LED element and the microfilter unit ( 3 ) has a waveguide region for UV radiation with a refractive index n ≥ 1.36, which waveguide region at least the pores ( 5a . 5b . 5c ), wherein the UV LED element ( 4 ) and the microfilter unit ( 3 ) are arranged and configured in such a way that the UV radiation from the UV LED element ( 4 ) into the waveguiding region of the microfiltration unit ( 3 ) is at least indirectly einkoppelbar. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Mehrzahl UV-LED-Elemente (4a, 4b) umfasst, die vorzugsweise unmittelbar an der Mikrofiltereinheit (3) angeordnet sind, sodass die UV-Strahlung von den UV-LED-Elementen (4a, 4b) vorzugsweise unmittelbar in den Wellenleitbereich der Mikrofilterreinheit (3) einkoppelbar ist.Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the device ( 1 ) a plurality of UV LED elements ( 4a . 4b ), which preferably directly on the microfilter unit ( 3 ) are arranged so that the UV radiation from the UV LED elements ( 4a . 4b ) preferably directly into the waveguiding region of the microfiltration unit ( 3 ) can be coupled. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das UV-LED-Element (4) von dem Fluid (2) räumlich getrennt ist, insbesondere durch die Mikrofiltereinheit (3) und/oder durch ein zusätzliches Wellenleitelement (7) für die UV-Strahlung.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the UV LED element ( 4 ) of the fluid ( 2 ) is spatially separated, in particular by the microfilter unit ( 3 ) and / or by an additional waveguide element ( 7 ) for the UV radiation. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein zusätzliches Wellenleitelement (7) für die UV-Strahlung umfasst, vorzugsweise, dass das UV-LED-Element (4) derart an dem Wellenleitelement (7) angeordnet ist, dass die UV-Strahlung von dem UV-LED-Element (4) über das Wellenleitelement (7) in den Wellenleitbereich der Mikrofilterreinheit (3) einkoppelbar ist.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) an additional waveguide element ( 7 ) for the UV radiation, preferably that the UV LED element ( 4 ) on the waveguide element ( 7 ) is arranged such that the UV radiation from the UV LED element ( 4 ) via the waveguide element ( 7 ) into the waveguiding region of the microfiltration unit ( 3 ) can be coupled. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Reflektionsmittel für die UV-Strahlung aufweist, insbesondere, dass die Reflektionsmittel an einer dem UV-LED-Element (4a, 4b) gegenüberliegenden Seite der Mikrofiltereinheit (3) zur Reflektion der UV-Strahlung angeordnet sind.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ), In particular that the reflection means at a the UV-LED element ( 4a . 4b ) opposite side of the microfilter unit ( 3 ) are arranged for reflection of the UV radiation. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptabstrahlungsrichtung des UV-LED-Elements senkrecht und/oder parallel zu einer Flussrichtung des Fluids verläuft.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a main emission direction of the UV-LED element is perpendicular and / or parallel to a flow direction of the fluid. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofiltereinheit (3) als Wellenleitelement, insbesondere aus einem Material mit einem Brechungsindex n ≥ 1,36 ausgebildet ist, vorzugsweise aus Quarzglas und/oder Saphir.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the microfilter unit ( 3 ) is formed as a waveguide element, in particular of a material with a refractive index n ≥ 1.36, preferably of quartz glass and / or sapphire. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest zwei Mikrofiltereinheiten (3a, 3b) umfasst, wobei die Poren (5a.1, 5b.1, 5c.1) einer ersten Mikrofiltereinheit (3a) einen größeren Durchmesser als die Poren (5a.2, 5b.2, 5c.2) einer in Flussrichtung des Fluids (2) nachfolgend angeordneten zweiten Mikrofiltereinheit (3b) aufweisen.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) at least two microfiltration units ( 3a . 3b ), wherein the pores ( 5a.1 . 5b.1 . 5c.1 ) a first microfilter unit ( 3a ) a larger diameter than the pores ( 5a.2 . 5B.2 . 5c.2 ) one in the direction of flow of the fluid ( 2 ) subsequently arranged second microfilter unit ( 3b ) exhibit. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren der Mikrofiltereinheit (3) einen Durchmesser im Bereich von 100 nm bis 100 μm, vorzugsweise im Bereich von 250 nm bis 5 μm, höchst vorzugsweise von etwa 1 μm aufweisen.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the pores of the microfilter unit ( 3 ) have a diameter in the range of 100 nm to 100 μm, preferably in the range of 250 nm to 5 μm, most preferably about 1 μm. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofiltereinheit (3) eine photokatalytische Schicht aufweist, vorzugsweise eine Titandioxid-Schicht.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the microfilter unit ( 3 ) has a photocatalytic layer, preferably a titanium dioxide layer. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Energieversorgung für das UV-LED-Element (4) umfasst, insbesondere, dass die Vorrichtung (1) als mobile Vorrichtung ausgestaltet ist.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) a power supply for the UV LED element ( 4 ), in particular, that the device ( 1 ) is designed as a mobile device. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) zur Mikrofiltrierung eines Fluids (2), welches folgende Verfahrensschritte umfasst: A Bereitstellen eines UV-transparenten Substrats mit einem Brechungsindex n ≥ 1,36 für eine Mikrofiltereinheit (3); B Definition von Poren (5a, 5b, 5c) der Mikrofiltereinheit (3) mittels Laserbearbeitung des Substrats; C Durchführen eines Ätzvorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A die Laserbearbeitung, vorzugsweise mittels eines ps-Ultrakurzpulslasers, derart erfolgt, dass das Substrat in Bereichen für die Poren (5a, 5b, 5c) in eine im Wesentlichen amorphe Phase umkristallisiert wird, und in dem Verfahrensschritt B mit dem Ätzvorgang selektiv amorphe Bereiche des Substrats entfernt werden.Method for producing a device ( 1 ) for the microfiltration of a fluid ( 2 ), which comprises the following method steps: A providing a UV-transparent substrate having a refractive index n ≥ 1.36 for a microfilter unit ( 3 ); B Definition of pores ( 5a . 5b . 5c ) of the microfilter unit ( 3 ) by means of laser processing of the substrate; C performing an etching process, characterized in that in method step A, the laser processing, preferably by means of a ps ultrashort pulse laser, takes place such that the substrate in areas for the pores ( 5a . 5b . 5c ) is recrystallized into a substantially amorphous phase, and in the method step B with the etching process selectively removed amorphous regions of the substrate. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) zur Mikrofiltrierung eines Fluids nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (5a, 5b, 5c) einen Durchmesser im Bereich von 100 nm bis 100 μm, vorzugsweise im Bereich von 250 nm bis 5 μm, höchst vorzugsweise von etwa einem μm aufweisen und eine Länge im Bereich von 10 μm bis 10 mm, vorzugsweise im Bereich von 10 μm bis 1 mm, höchst vorzugsweise im Bereich von 10 μm bis 300 μm aufweisen.Method for producing a device ( 1 ) for the microfiltration of a fluid according to claim 12, characterized in that the pores ( 5a . 5b . 5c ) have a diameter in the range of 100 nm to 100 μm, preferably in the range of 250 nm to 5 μm, most preferably about one μm, and a length in the range of 10 μm to 10 mm, preferably in the range of 10 μm to 1 mm , most preferably in the range of 10 microns to 300 microns. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) zur Mikrofiltrierung eines Fluids nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofiltereinheit (3) in einem Verfahrensschritt D mittels Waferbonding auf einem Wellenleitelement (7) angeordnet wird.Method for producing a device ( 1 ) for the microfiltration of a fluid according to claim 12 or 13, characterized in that the microfilter unit ( 3 ) in a method step D by means of wafer bonding on a waveguide element ( 7 ) is arranged. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) zur Mikrofiltrierung eines Fluids nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A als Substrat ein Saphirwafer mit einer Mehrzahl UV-LEDs (4a, 4b) verwendet wird.Method for producing a device ( 1 ) for the microfiltration of a fluid according to any one of claims 12 to 14, characterized in that in step A as the substrate a sapphire wafer with a plurality of UV LEDs ( 4a . 4b ) is used.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014221837A1 (en) * 2014-10-27 2016-04-28 GMBU Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V. Method and device for regenerating polluted membrane filters
DE102015008396A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Mann + Hummel Gmbh Membrane device and module of a membrane filter device
CN109045896A (en) * 2018-07-17 2018-12-21 天津市远卓环境工程股份有限公司 Optically catalytic TiO 2 foul gas processing unit and its processing method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009006702A1 (en) * 2007-07-12 2009-01-15 Viva Blu Pty Ltd. Method and apparatus for effecting a chemical reaction iii
WO2010037717A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-08 Commissariat A L'energie Atomique Device, use thereof and process for removing a compound contained in a fluid
US20100310433A1 (en) * 2007-12-05 2010-12-09 Wallenius Water Aktiebolag Device for treatment of fluids
DE202011102167U1 (en) * 2011-03-04 2011-10-27 Jörn Baumann Device for the bacteriological protection of the permeate side of membrane filters in drinking, process and cooling water systems
JP2012086132A (en) * 2010-10-19 2012-05-10 Silicon Plus Corp Photocatalyst-carrying silicon carbide filter, water purifier, and water purifying system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009006702A1 (en) * 2007-07-12 2009-01-15 Viva Blu Pty Ltd. Method and apparatus for effecting a chemical reaction iii
US20100310433A1 (en) * 2007-12-05 2010-12-09 Wallenius Water Aktiebolag Device for treatment of fluids
WO2010037717A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-08 Commissariat A L'energie Atomique Device, use thereof and process for removing a compound contained in a fluid
JP2012086132A (en) * 2010-10-19 2012-05-10 Silicon Plus Corp Photocatalyst-carrying silicon carbide filter, water purifier, and water purifying system
DE202011102167U1 (en) * 2011-03-04 2011-10-27 Jörn Baumann Device for the bacteriological protection of the permeate side of membrane filters in drinking, process and cooling water systems

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014221837A1 (en) * 2014-10-27 2016-04-28 GMBU Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V. Method and device for regenerating polluted membrane filters
DE102014221837B4 (en) 2014-10-27 2019-03-21 GMBU Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V. Method and device for regenerating polluted membrane filters
DE102015008396A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Mann + Hummel Gmbh Membrane device and module of a membrane filter device
DE102015008396B4 (en) 2015-06-30 2019-12-05 Mann+Hummel Gmbh Light pipe module and membrane filter device with such
CN109045896A (en) * 2018-07-17 2018-12-21 天津市远卓环境工程股份有限公司 Optically catalytic TiO 2 foul gas processing unit and its processing method

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