DE102017104426A1 - Liquid-cooled LED immersion light for activating reactions in fluids - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine LED-Eintauchleuchte mit einem stabförmigen Leuchtenkörper, der auf wenigstens einer Seite LEDs trägt und der über einen Längsabschnitt zum dauerhaften Eintauchen in einer Flüssigkeit eingerichtet ist, wobei entlang des Leuchtenkörpers ein geschlossenes Rohrleitungssystem für eine Flüssigkeitskühlung integriert ist, an welche die LEDs thermisch angekoppelt sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Reaktionsprozesses mit der LED-Eintauchleuchte.The invention relates to an LED immersion light with a rod-shaped lamp body, which carries LEDs on at least one side and is arranged over a longitudinal section for permanent immersion in a liquid, wherein along the lamp body, a closed piping system for liquid cooling is integrated, to which the LEDs thermally coupled. In addition, the invention relates to a system and method for controlling a reaction process with the LED immersion light.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Eintauchleuchte, welche dafür eingerichtet ist, Licht für einen Reaktionsprozess in einer Flüssigkeit bereitzustellen, sowie ein entsprechendes System und ein Verfahren zum Durchführen des Reaktionsprozesses.The present invention relates to an LED immersion light which is adapted to provide light for a reaction process in a liquid, and to a corresponding system and a method for carrying out the reaction process.
In der chemischen Industrie werden für verschiedene Anwendungen Reaktionsprozesse in Fluiden durch Licht initialisiert oder gesteuert. Es kommen dabei auch LED-Lichtquellen mit einem Spektralbereich abhängig von der Anwendung zum Einsatz. Ferner ist es auch bekannt, dass Lichtquellen in das Prozessfluid eingetaucht werden, um in möglichst direktem Kontakt mit diesen zu kommen. Teilweise werden dabei auch hohe Strahlungsleistungen benötigt, z.B. in BioReaktoren mit Bakterien oder ähnliche Organismen, um den Reaktionsprozess auszulösen oder in Gang zu halten.In the chemical industry, reaction processes in fluids are initiated or controlled by light for various applications. There are also LED light sources with a spectral range depending on the application used. Furthermore, it is also known that light sources are immersed in the process fluid in order to come into the most direct contact with them. Partly also high radiation powers are required, e.g. in BioReactors with bacteria or similar organisms to trigger or keep the reaction process.
Bei einigen der Leuchten ist es jedoch von Nachteil, dass durch die Leuchten nicht nur das gewünschte Licht erzeugt wird, sondern außerdem auch Leistung in Wärme umgesetzt wird. Hier sind grundsätzlich bereits LEDs bevorzugt, weil sie im Vergleich zu konventionellen Lichtquellen nur eine geringere Verlustleistung aufweisen. Diese kann trotzdem etwa 50 % betragen, d.h. etwa die Hälfte der elektrischen Energie wird nicht in Licht der gewünschten Wellenlänge sondern in Wärme umgesetzt.In some of the lights, however, it is a disadvantage that not only the desired light is generated by the lights, but also power is converted into heat. In principle, LEDs are already preferred because they have only a lower power loss compared to conventional light sources. This can still be about 50%, i. About half of the electrical energy is not converted into light of the desired wavelength but into heat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die negativen Einflüsse, den ein Wärmeeintrag in einer Leuchte der eingangs genannten Art auf den Reaktionsprozess ausübt, möglichst zu eliminieren, und darüber hinaus das Thermomanagement des Reaktionsprozesses zu vereinfachen.Object of the present invention is to eliminate the negative effects that a heat input in a luminaire of the type mentioned above exerts on the reaction process, as possible, and also to simplify the thermal management of the reaction process.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine LED-Eintauchleuchte nach Anspruch 1 sowie durch ein System nach Anspruch 12 und ein Verfahren nach Anspruch 14.The object is achieved by an LED immersion luminaire according to
Eine Besonderheit der LED-Eintauchleuchte der vorliegenden Erfindung besteht in einer Flüssigkeitskühlung. Die Eintauchleuchte umfasst einen Leuchtenkörper, der auf wenigstens einer Seite LEDs als Lichtquellen trägt. Dieser Abschnitt des Leuchtenkörpers ist speziell dafür eingerichtet, dauerhaft in eine Flüssigkeit eingetaucht zu werden. An dem Leuchtenkörper ist ferner ein Rohrleitungssystem vorgesehen, welches in einen geschlossenen Kreislauf einer Flüssigkeitskühlung integriert ist. Der Teil des Leuchtenkörpers, welcher in den Reaktionsbehälter eingebracht wird, ist derart versiegelt, dass er für ein dauerhaftes Eintauchen in die Flüssigkeit der Reaktionskomponenten geeignet ist. Insoweit unterscheidet sich die Leuchte von einer einfachen Feuchtigkeits- oder spritzwassergeschützten Leuchte, oder einer Leuchte, die nur für zeitweises Untertauchen geeignet ist. Andererseits muss bei der erfindungsgemäßen LED-Eintauchleuchte nicht die gesamte Leuchte zum dauerhaften Eintauchen in die Flüssigkeit eingerichtet sein, sondern es reicht aus, dass derjenige Abschnitt des Leuchtenkörpers, der die LEDs trägt und der über das geschlossene Rohrleitungssystem gekühlt wird, zum dauerhaften Eintauchen in die Flüssigkeit eingerichtet ist.A particularity of the LED immersion luminaire of the present invention is liquid cooling. The immersion luminaire comprises a luminaire body which carries LEDs as light sources on at least one side. This section of the lamp body is specially designed to be permanently immersed in a liquid. On the lamp body, a piping system is further provided, which is integrated in a closed circuit of liquid cooling. The part of the lamp body which is introduced into the reaction vessel is sealed in such a way that it is suitable for a permanent immersion in the liquid of the reaction components. In that regard, the lamp differs from a simple moisture or splash-proof light, or a lamp that is only suitable for temporary submersion. On the other hand, in the case of the LED immersion luminaire according to the invention, the entire luminaire does not have to be permanently immersed in the liquid, but it is sufficient for that portion of the luminaire body which carries the LEDs and which is cooled via the closed piping system to be permanently immersed in the liquid Liquid is set up.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind Anschlüsse für einen Vor- und Rücklauf des Rohrleitungssystems und/oder elektrische Anschlüsse zur elektrischen Versorgung der LEDs in einem nicht zum Eintauchen bestimmten Abschnitt des Leuchtenkörpers an einem dem zum dauerhaften Eintauchen eingerichteten Abschnitt entgegengesetzten Ende der Leuchte vorgesehen. Die Anschlüsse brauchen daher nicht die gleichen hohen Anforderungen an die Flüssigkeitsdichtigkeit, welche für die Leuchte im Bereich des einzutauchenden Abschnitts notwendig ist, zu erfüllen. Die Anschlüsse werden vielmehr an der Eintauchleuchte oberhalb des Spiegels der Flüssigkeit, in welcher sich die Reaktionskomponenten befinden, angeordnet.According to a preferred embodiment, connections for a supply and return line of the pipeline system and / or electrical connections for the electrical supply of the LEDs are provided in a not intended for immersion portion of the lamp body on a the immersion adapted adapted section opposite end of the lamp. The connections therefore do not need to meet the same high demands on the liquid-tightness which is necessary for the luminaire in the region of the section to be immersed. Instead, the terminals are arranged on the immersion light above the level of the liquid in which the reaction components are located.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rohrleitungssystem einen Innendurchmesser von wenigstens 1,5 mm, vorzugsweise wenigstens 2 mm, auf und die LEDs weisen eine elektrische Leistung zwischen 40 W und 200 W, vorzugsweise zwischen 100 W und 160 W, auf. Wie eingangs beschrieben, liegt die thermische Verlustleistung von LEDs bei etwa 50 % der Gesamtleistung. Die Eintauchleuchte wird daher eine thermische Leistung von etwa 20 W bis 100 W, insbesondere 50 W bis 80 W, in die Reaktionsflüssigkeit einbringen. Das Rohrleitungssystem mit einem Innendurchmesser von 1,5 mm oder mehr ist, wenn es z.B. mit Wasser als Kühlflüssigkeit bei einer Vorlauftemperatur von 20°C durchströmt wird, zur Kompensation der thermischen Verlustleistung der LEDs überdimensioniert. Jedoch ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kühlsystem der Eintauchleuchte dem Gesamtsystem mehr Wärme entziehen kann, als durch die elektrische Verlustleistung der LEDs in das System eingebracht wird. Dadurch kann weitere Wärme, die in das System durch Umwandlung des Lichts beim Reaktionsprozess freigesetzt wird, auch durch das Kühlsystem der Eintauchleuchte abgeführt werden. Eine separate Kühlung des Reaktionsfluids ist daher nicht mehr notwendig. Die gesamte thermische Steuerung kann alleine durch das Kühlsystem der einen oder gegebenenfalls mehreren Eintauchleuchten vorgenommen werden.According to a preferred embodiment, the piping system has an inner diameter of at least 1.5 mm, preferably at least 2 mm, and the LEDs have an electrical power between 40 W and 200 W, preferably between 100 W and 160 W, on. As described above, the thermal power dissipation of LEDs is about 50% of the total power. The immersion light will therefore bring a thermal power of about 20 W to 100 W, in particular 50 W to 80 W, in the reaction liquid. The piping system having an inner diameter of 1.5 mm or more, when e.g. is traversed with water as the cooling liquid at a flow temperature of 20 ° C, oversized to compensate for the thermal power loss of the LEDs. However, according to the invention it is provided that the cooling system of the immersion light can extract more heat from the overall system than is introduced into the system by the electrical power dissipation of the LEDs. As a result, additional heat released into the system by converting the light during the reaction process can also be dissipated by the dipping light cooling system. Separate cooling of the reaction fluid is therefore no longer necessary. The entire thermal control can be carried out solely by the cooling system of one or possibly several immersion lights.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der zum Eintauchen eingerichtete Abschnitt des Leuchtenkörpers eine Länge von wenigstens 1 m, bevorzugt 1,5 m, auf. Die Länge des zum Eintauchen eingerichteten Abschnitts ist dadurch für das Kühlsystem optimiert. Für noch wesentlich längere einzutauchende Abschnitte wäre die Kühlleistung über die Länge des Leuchtenkörpers nicht mehr gleichmäßig. Kürzere zum Eintauchen eingerichtete Abschnitte hätten jedoch den Nachteil, dass sie nicht mehr für in der chemischen Industrie übliche Reaktionsbehältnisse geeignet sind.According to a preferred embodiment, the dipping section of the lamp body has a length of at least 1 m, preferably 1.5 m, on. The length of the submerged section is thereby optimized for the cooling system. For much longer sections to be immersed, the cooling capacity over the length of the lamp body would no longer be uniform. Shorter dipping sections, however, would have the disadvantage of no longer being suitable for reaction vessels common in the chemical industry.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zum Eintauchen eingerichtete Abschnitt entsprechend der Schutzklasse IP68 oder höher eingerichtet und/oder ein nicht zum Eintauchen bestimmter Abschnitt mit einer Schutzklasse unterhalb von IP68, insbesondere entsprechend der Schutzklasse IP65, eingerichtet. Insbesondere ist der nicht zum Eintauchen bestimmte Abschnitt mit einer geringeren Schutzklasse ausgebildet als der zum Eintauchen bestimmte Abschnitt. Dadurch lassen sich beispielsweise die Anschlüsse für die elektrische Versorgung sowie für die Versorgung mit Kühlflüssigkeit entsprechend einer geringeren Schutzklasse kostengünstig ausbilden, während nur der einzutauchende Bereich der Leuchte der hohen Schutzklasse für das dauerhafte Eintauchen in Flüssigkeit eingerichtet sein muss.According to a preferred embodiment, the section set up for immersion is designed according to protection class IP68 or higher and / or a non-immersion section with a protection class below IP68, in particular according to protection class IP65, is set up. In particular, the portion not intended for immersion is formed with a lower protection class than the portion intended for immersion. As a result, for example, the connections for the electrical supply and for the supply of cooling fluid according to a lower protection class can be formed inexpensively, while only the immersed area of the luminaire of high protection class must be set up for permanent immersion in liquid.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das geschlossene Rohrleitungssystem zwei parallel zueinander geführte Leitungen, die mit einem 180°-Bogensegment durchgehend verbunden sind. Eine der beiden Leitungen umfasst den Vorlauf, während die parallele Rohrleitung den Rücklauf bildet. Das Bogensegment ist vorzugsweise am unteren Ende des zum Eintauchen bestimmten Abschnitts der Leuchte angeordnet. Diese Bauform erlaubt es, dass die Kühlflüssigkeit des Vor- und Rücklaufs gegenströmig fließt. Dadurch lässt sich der für das Eintauchen eingerichtete Abschnitt der Leuchte über die gesamte Länge gleichmäßig kühlen. Eine Asymmetrie in dem Rohrleitungssystem würde demgegenüber eine unterschiedliche Kühlleistung über die Länge des einzutauchenden Abschnitts bewirken. Das 180°-Bogensegment kann beispielsweise durch einen flexiblen Schlauch ausgebildet sein. Die Rohrleitungen für den Vor- bzw. Rücklauf sind vorzugsweise aus starren Röhren, z.B. aus Metallröhren, ausgebildet, um einen guten thermischen Kontakt zu den LEDs zu bilden.According to a preferred embodiment, the closed pipeline system comprises two lines routed parallel to one another, which are connected continuously to a 180 ° arc segment. One of the two lines includes the flow, while the parallel pipe forms the return line. The arcuate segment is preferably arranged at the lower end of the dipping section of the luminaire. This design allows the cooling liquid of the supply and return flows countercurrently. As a result, the portion of the luminaire set up for immersion can be uniformly cooled over its entire length. In contrast, an asymmetry in the piping system would cause a different cooling capacity over the length of the section to be immersed. The 180 ° arc segment can be formed for example by a flexible hose. The pipes for the flow and return are preferably made of rigid tubes, e.g. made of metal tubes, designed to form a good thermal contact with the LEDs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rohrleitungssystem durch einzelne Rohr- und/oder Schlauchsegmente gebildet. Wie vorangehend ausgeführt, kann insbesondere das 180°-Bogensegment durch einen Schlauch ausgebildet sein. Die übrigen Rohrleitungen sind vorzugweise aus Metall gebildet. Es ist durchaus möglich, die Leuchte aus mehreren Modulen zusammenzusetzen, so dass die Rohrleitungen des Vorlaufs bzw. des Rücklaufs sich jeweils aus mehreren Rohrabschnitten zusammensetzen. Dadurch lässt sich die Leuchte auch modular aufbauen, um z.B. für verschieden Eintauchtiefen eingerichtet zu werden.According to a preferred embodiment, the piping system is formed by individual pipe and / or hose segments. As stated above, in particular, the 180 ° arc segment can be formed by a hose. The remaining pipes are preferably made of metal. It is quite possible to assemble the luminaire from several modules, so that the pipelines of the flow and the return respectively consist of several pipe sections. As a result, the luminaire can also be constructed in a modular manner in order, for. to be set up for different immersion depths.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Leuchtenkörper aus einem extrudierten Aluminiumprofil mit zwei Längsfugen gebildet, in welchen jeweils eine Rohrleitung des geschlossenen Rohrleitungssystems vorgesehen ist. Ein Aluminiumprofil hat den Vorteil, dass es die Wärme von den LEDs zu den Rohrleitungen gut leitet. Das Anordnen der Rohrleitungen in Längsfugen des extrudierten Aluminiumprofils hat ferner den Vorteil, dass die Rohrleitung selbst an den Leuchtenkörper gut thermisch angekoppelt ist.According to a preferred embodiment, the lamp body is formed from an extruded aluminum profile with two longitudinal joints, in each of which a pipe of the closed piping system is provided. An aluminum profile has the advantage that it conducts the heat from the LEDs to the pipes well. The arrangement of the pipes in longitudinal joints of the extruded aluminum profile also has the advantage that the pipe itself is well thermally coupled to the lamp body.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform trägt der Leuchtenkörper nur auf einer oder auf zwei entgegengesetzten Seiten jeweils ein oder mehrere LED-Module, das bzw. die thermisch mit dem Leuchtenkörper gekoppelt sind. Für Leuchten, welche an einer Seitenwand des Reaktionsbehälters angeordnet werden, ist es ausreichend, dass nur eine Seite des Leuchtenkörpers mit LEDs besetzt ist. Demgegenüber sind Eintauchleuchten, die mittig in dem Reaktionsbehälter angeordnet sind, vorzugsweise auf mehreren Seiten mit LEDs besetzt. Die LEDs können in Modulen, insbesondere auf Abschnitten eines PCB (Printed Circuit Board), vorgesehen sein und flächig an den Seiten des Leuchtenkörpers, insbesondere dem Aluminiumprofil, aufgebracht sein. Durch die flächige Auflage wird der thermische Kontakt zwischen den LEDs und dem Leuchtenkörper verbessert. Es wäre auch denkbar, dass mehr als zwei Seiten des Leuchtenkörpers mit LEDs besetzt sind. In diesem Fall müssten jedoch die Rohrleitungen des Kühlsystems im Inneren des Leuchtenkörpers angebracht werden. Bei nur lediglich zwei mit LEDs besetzten Seiten des Leuchtenkörpers verbleiben noch wenigstens zwei weitere Schmalseiten, entlang derer das Rohrleitungssystem geführt werden kann.According to a preferred embodiment, the luminaire body carries only one or more LED modules on one or two opposite sides, which are thermally coupled to the luminaire body. For lights, which are arranged on a side wall of the reaction container, it is sufficient that only one side of the lamp body is occupied by LEDs. In contrast, immersion lights, which are arranged centrally in the reaction vessel, preferably occupied on several sides with LEDs. The LEDs can be provided in modules, in particular on sections of a PCB (Printed Circuit Board), and can be applied flat on the sides of the luminaire body, in particular the aluminum profile. Due to the flat support of the thermal contact between the LEDs and the lamp body is improved. It would also be conceivable that more than two sides of the lamp body are occupied by LEDs. In this case, however, the pipes of the cooling system would have to be mounted inside the lamp body. With only two sides of the luminaire body occupied by LEDs, at least two further narrow sides remain, along which the piping system can be guided.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zum Eintauchen eingerichtete Längsabschnitt des Leuchtenkörpers mit Glas, insbesondere Borosilikat-Glas, und/oder mit Kunststoff, insbesondere PMMA, PC oder PET, ummantelt. Dadurch lässt sich der Leuchtenkörper einfach versiegeln, so dass er zum dauerhaften Eintauchen in die Flüssigkeit geeignet ist. Ferner haben diese Ummantelungen den Vorteil, dass sie für ein breites Wellenspektrum durchlässig sind. Gegebenenfalls kann das Glas- bzw. Kunststoffmaterial speziell auf die Wellenlänge der eingesetzten LEDs abgestimmt werden.According to a preferred embodiment, the longitudinal section of the luminaire body set up for immersion is covered with glass, in particular borosilicate glass, and / or with plastic, in particular PMMA, PC or PET. As a result, the lamp body can be easily sealed, so that it is suitable for permanent immersion in the liquid. Furthermore, these sheaths have the advantage that they are permeable to a wide wave spectrum. Optionally, the glass or plastic material can be tailored to the wavelength of the LEDs used.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die LEDs die Lichtfarben weiß, insbesondere mehr als 6.500 K, blau, rot und/oder ultraviolett auf. Weißes Licht sowie insbesondere blaues und rotes Licht sind für die Fotosynthese geeignet. Der grüne Farbbereich kann für die Fotosynthese hingegen entfallen. Ultraviolettes Licht ist für andere Reaktionstypen, beispielsweise für verschiedene Arten von Polymerisierungen oder auch Entkeimung geeignet.According to a preferred embodiment, the LEDs have the light colors white, in particular more than 6,500 K, blue, red and / or ultraviolet. White light and especially blue and red Light is suitable for photosynthesis. The green color range, however, can be omitted for the photosynthesis. Ultraviolet light is suitable for other types of reactions, for example, for various types of polymerization or even sterilization.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein System zum Durchführen eines chemischen oder biologischen Reaktionsprozesses in einer Flüssigkeit, welches einen Reaktionsbehälter zur Aufnahme der Flüssigkeit und wenigstens eine LED-Eintauchleuchte nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst, sowie einen Wärmetauscher und eine Pumpe, welche mit der wenigstens einen LED-Eintauchleuchte verbunden sind, um eine Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, durch das geschlossene Rohrleitungssystem der LED-Eintauchleuchte zu leiten.The present invention further relates to a system for carrying out a chemical or biological reaction process in a liquid, which comprises a reaction container for receiving the liquid and at least one LED immersion lamp according to one of the embodiments described above, and a heat exchanger and a pump, which with the at least an LED immersion lamp are connected to a cooling liquid, in particular water, to pass through the closed pipe system of the LED immersion light.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System mehrere LED-Eintauchleuchten. Ferner ist ein erster Verteiler zwischen der Vielzahl von Vorläufen der LED-Eintauchleuchten und ein zweiter Verteiler zwischen der Vielzahl von Rückläufen der LED-Eintauchleuchten vorgesehen, und der erste und zweite Verteiler sind mit dem Wärmetauscher und der Pumpe verbunden, um die Kühlflüssigkeit durch alle LED-Eintauchleuchten zirkulieren zu lassen. Gemäß dieser Ausführungsform kann ein Kühlkreislauf für alle LED-Eintauchleuchten verwendet werden. Ferner ist durch die Verteiler gewährleistet, dass auch alle LED-Eintauchleuchten gleichmäßig gekühlt werden. Würde man die Kühlkreisläufe der Leuchten demgegenüber in Reihe hintereinander schalten, würde die Kühlleistung graduell von einer Leuchte zur nächsten Leuchte abnehmen.According to a preferred embodiment, the system comprises a plurality of LED immersion lights. Further, a first distributor is provided between the plurality of leads of the LED immersion lights and a second distributor between the plurality of returns of the LED immersion lights, and the first and second distributors are connected to the heat exchanger and the pump for passing the cooling liquid through all the LEDs - to let inlets to circulate. According to this embodiment, a refrigeration cycle can be used for all LED immersion lights. Furthermore, the distributors ensure that all LED immersion lights are cooled evenly. If one were to switch the cooling circuits of the luminaires in series in series, the cooling capacity would gradually decrease from one luminaire to the next luminaire.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines der vorangehend genannten Systeme mit der einen oder den mehreren LED-Eintauchleuchten vorgesehen, wobei die Durchflussmenge der Kühlflüssigkeit durch eine oder mehrere der LED-Eintauchleuchten sowie eine Vorlauftemperatur der Kühlflüssigkeit durch die eine oder die mehreren LED-Eintauchleuchten derart geregelt ist, dass die dem System durch den Wärmetauscher entzogene Wärme sich von der durch die thermische Verlustleistung der LEDs der einen oder der mehreren LED-Eintauchleuchten erzeugten Wärme unterscheidet. Insbesondere kann dem System durch die Kühlung der einen oder mehreren LED-Eintauchleuchten mehr Wärme entzogen werden, als dem System durch die Verlustleistung der LEDs hinzugefügt wird. Beispielsweise kann die Durchflussmenge zwischen 0,001 und 0,01 kg/s in jeder Leuchte, d.h. bei mehreren Leuchten nach dem ersten bzw. vor dem zweiten Verteiler, betragen. Dadurch kann dem System insgesamt mehr Wärme entzogen werden, als durch die thermische Verlustleistung der LEDs in das System eingebracht wird. Somit lässt sich die Temperatur in der Reaktionsflüssigkeit regeln und gegebenenfalls während dem Reaktionsprozess entstehende Wärme durch die Leuchten abführen. Eine separate Kühlung der Reaktionsflüssigkeit ist in dieser Ausführungsform nicht mehr erforderlich. Für andere Reaktionsprozesse kann es auch bevorzugt sein, dass die über die Kühlung der LED-Eintauchleuchten entzogene Wärme geringer ist als die Verlustwärme der LEDs. In diesem Fall können die LED-Eintauchleuchten als Heizelemente genutzt werden. Allgemein lässt sich mit der Regelung des Kühlkreislaufes für die LED-Eintauchleuchten das Thermomanagement für den Reaktionsprozess vollständig steuern.According to another aspect of the invention, there is provided a method of operating one of the foregoing systems with the one or more LED immersion lights, wherein the flow rate of the cooling fluid through one or more of the LED immersion lights and a flow temperature of the cooling fluid through one or more a plurality of LED immersion lights is controlled such that the heat extracted from the system by the heat exchanger is different from the heat generated by the thermal power dissipation of the LEDs of the one or more LED immersion lights. In particular, by cooling the one or more LED immersion lights, more heat can be extracted from the system than is added to the system by the power dissipation of the LEDs. For example, the flow rate may be between 0.001 and 0.01 kg / s in each light, i. in the case of several lamps after the first distributor or before the second distributor. As a result, more heat can be withdrawn from the system as a whole, as is introduced by the thermal power loss of the LEDs in the system. Thus, the temperature can be controlled in the reaction liquid and optionally dissipate heat during the reaction process through the lights. A separate cooling of the reaction liquid is no longer necessary in this embodiment. For other reaction processes, it may also be preferred that the heat extracted via the cooling of the LED immersion lights is lower than the heat loss of the LEDs. In this case, the LED immersion lights can be used as heating elements. In general, with the regulation of the cooling circuit for the LED immersion lights, the thermal management for the reaction process can be completely controlled.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren gegeben wird, deutlich. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:
-
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Durchführung einer Reaktion in einer Flüssigkeit gemäß dem Stand der Technik. -
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Durchführung einer Reaktion in einer Flüssigkeit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
3 zeigt eine Seitenansicht einer LED-Eintauchleuchte einer Ausführungsform der Erfindung. -
4 zeigt einen Querschnitt der LED-Eintauchleuchte entlang der Ebene A-A der3 . -
5 zeigt einen Querschnitt durch die LED-Eintauchleuchte entlang der Ebene B-B der3 . -
6 zeigt einen Querschnitt der LED-Eintauchleuchte imBereich C der 4 . -
7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Eintauchleuchte nach3 in einem unteren Bereich. -
8 zeigt Querschnitte verschiedener Ausführungsformen von LED-Eintauchleuchten.
-
1 shows a schematic view of a system for carrying out a reaction in a liquid according to the prior art. -
2 shows a schematic view of a system for carrying out a reaction in a liquid according to an embodiment of the invention. -
3 shows a side view of an LED immersion lamp of an embodiment of the invention. -
4 shows a cross section of the LED immersion light along the plane AA of3 , -
5 shows a cross section through the LED immersion light along the plane BB of3 , -
6 shows a cross section of the LED immersion light in area C of4 , -
7 shows a perspective view of the dipping light after3 in a lower area. -
8th shows cross sections of various embodiments of LED immersion lights.
In der
Bezugnehmend auf die
Bezugnehmend auf die
Die Leuchte
Um den zum dauerhaften Untertauchen eingerichteten Abschnitt
Im Inneren der Ummantelung
Die Durchflussmenge kann beispielsweise 0,005 kg/s bei einem Druck von etwa 436 mbar betragen. Dadurch kann bei Verwendung von Wasser als Kühlflüssigkeit mit einer Vorlauftemperatur von etwa 20° die Verlustleistung der LED, welche etwa 50% der gesamten elektrischen Leistung der LED-Module einer Leuchte ausmacht, im vorliegenden Fall etwa 130 W, abgeführt werden und darüber hinaus die Flüssigkeit
In der
Für die Ausführungsform mit mehreren Leuchtenkörpern können separate Anschlüsse für jedes der Rohrleitungssysteme der einzelnen Leuchtenkörper
Zahlreiche Abwandlungen der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung, die durch die Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Insbesondere sind andere Formen von Leuchtenkörpern möglich. Es ist auch denkbar, dass Leuchtenkörper mehr als nur zwei Anlageflächen für LED-PCB aufweist. Die Leuchten können modulartig aufgebaut sein, beispielsweise kann sowohl das Rohrleitungssystem für die Kühlung als auch die PCB für die LED sich jeweils nur über einen Abschnitt des Leuchtenkörpers erstrecken und sind miteinander verbunden. Vorzugsweise ist der Leuchtenkörper selbst jedoch durch ein durchgängiges Metallprofil ausgebildet, um eine bessere Wärmeleitung über den Leuchtenkörper zu erzielen.Numerous modifications of the above-described embodiments can be made without departing from the scope of the invention, which is defined by the claims. In particular, other forms of lamp bodies are possible. It is also conceivable that the lamp body has more than just two contact surfaces for LED PCB. The lights may be constructed in a modular manner, for example, both the piping system for cooling and the PCB for the LED each extend only over a portion of the lamp body and are connected together. Preferably, however, the lamp body itself is formed by a continuous metal profile in order to achieve a better heat conduction over the lamp body.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Flüssigkeit mit ReaktionskomponentenLiquid with reaction components
- 44
- Behältniscontainer
- 66
- LED-EintauchleuchteLED immersion lamp
- 1010
- Verteiler für VorlaufDistributor for flow
- 1212
- Verteiler für RücklaufDistributor for return
- 2020
- Zum Eintauchen eingerichteter AbschnittSubmerged section
- 2222
- Zum Eintauchen nicht vorgesehener AbschnittFor immersion unintended section
- 2424
- Ummantelungjacket
- 2626
- Leuchtenkörper, insbesondere AluminiumstrangpressprofilLuminaire body, in particular extruded aluminum profile
- 2828
- PCB (Printed Circuit Board)PCB (Printed Circuit Board)
- 3030
- LEDLED
- 3232
- Röhretube
- 3434
- 180°-Bogensegment180 ° -Bogensegment
Claims (15)
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DE102017104426.4A Withdrawn DE102017104426A1 (en) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | Liquid-cooled LED immersion light for activating reactions in fluids |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022268732A1 (en) * | 2021-06-22 | 2022-12-29 | Pure Algae Denmark Aps | A method for growing algae and underwater plants and bioreactors therefor |
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DE102014012219A1 (en) | 2014-08-21 | 2016-02-25 | Peschl Ultraviolet Gmbh | Lamp module with light emitting diodes and photoreactor |
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2017
- 2017-03-02 DE DE102017104426.4A patent/DE102017104426A1/en not_active Withdrawn
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