一種基于led點(diǎn)光源的模塊化光反應(yīng)器及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光化學(xué)、環(huán)境治理、光催化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及以LED點(diǎn)光源作為光源的模塊化光反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光反應(yīng)器，主要是用于利用光照條件來(lái)進(jìn)行反應(yīng)的容器。在光反應(yīng)器中，反應(yīng)物必須與光接觸后才能完成相關(guān)反應(yīng)。但由于光在傳輸過(guò)程中會(huì)被物質(zhì)吸收，呈現(xiàn)出隨傳輸距離增加而光強(qiáng)降低的特點(diǎn)，這種光強(qiáng)分布不均勻的特點(diǎn)導(dǎo)致了傳統(tǒng)光反應(yīng)器因光強(qiáng)集中而光子利用效率低的問(wèn)題。為了更均勻的分布光強(qiáng)，眾多研究者對(duì)此進(jìn)行了研究，如石英管導(dǎo)光光反應(yīng)器、光纖導(dǎo)光光反應(yīng)器、光學(xué)纖維束光反應(yīng)器。我們實(shí)驗(yàn)室前期設(shè)計(jì)了流化床-光纖光催化反應(yīng)器，當(dāng)光纖端輸出光強(qiáng)不超過(guò)SOPw/cm2時(shí)可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)光源均勻布光，得到了高的光利用效率。由此可見，低強(qiáng)度點(diǎn)光源均勻分布是提高光子利用效率的重要途徑。然而，我們此前設(shè)計(jì)的流化床-光纖光催化反應(yīng)器因光纖易斷、光強(qiáng)遠(yuǎn)距離傳輸受限而難以實(shí)際放大。尋求低強(qiáng)度點(diǎn)光源并設(shè)計(jì)易于放大的光反應(yīng)器是當(dāng)前光反應(yīng)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
[0003]最近幾年，中國(guó)乃至世界的LED光源得到大幅發(fā)展。與傳統(tǒng)光源相比，LED具有單光源功率低、發(fā)光面積小、亮度高、外形小、節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、安全和環(huán)保等特點(diǎn)。其外形小的特點(diǎn)使其與各種反應(yīng)器能很好的配合，這在專利文獻(xiàn)1 (中國(guó)專利公開號(hào)CN101679930A)、專利文獻(xiàn)2(中國(guó)專利公開號(hào)CN2014017817U)中得到了很好的體現(xiàn)。然而，基于LED發(fā)光面積小來(lái)直接產(chǎn)生點(diǎn)光源、依據(jù)其光強(qiáng)隨距離的衰減程度設(shè)計(jì)立方體單模塊光反應(yīng)器、并將單模塊光反應(yīng)器進(jìn)行組合來(lái)實(shí)現(xiàn)光反應(yīng)器放大的設(shè)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)外尚未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于LED點(diǎn)光源的模塊化光反應(yīng)器及其設(shè)計(jì)方法，通過(guò)采用LED點(diǎn)光源作為光反應(yīng)器光源，以光源發(fā)射角、光強(qiáng)隨距離的衰減程度、光反射等參數(shù)設(shè)定點(diǎn)光源的間距、單模塊光反應(yīng)器尺寸以及光凸面鏡安裝位置，并將單模塊光反應(yīng)器按照實(shí)際需要反應(yīng)器尺寸進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)高效、低耗的模塊化光反應(yīng)器。
[0005]為達(dá)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種基于LED點(diǎn)光源的模塊化光反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法，所述光反應(yīng)器由單模塊光反應(yīng)器組裝而成，所述單模塊光反應(yīng)器是基于對(duì)LED點(diǎn)光源布局設(shè)計(jì)形成；所述LED點(diǎn)光源的光強(qiáng)>8(^w/cm2，發(fā)射角小于±90° ;所述單模塊光反應(yīng)器為立方體結(jié)構(gòu)，所述點(diǎn)光源與點(diǎn)光源的距離為±45°散射角處光強(qiáng)衰減到SOPw/cm2的距離；所述單模塊光反應(yīng)器尺寸為點(diǎn)光源0°散射角處光強(qiáng)衰減到SOPw/cm2的距離；所述點(diǎn)光源以條帶固定，通過(guò)光窗輻射于所述單模塊光反應(yīng)器的腔體內(nèi)部，并在所述光窗的正對(duì)面安裝一光凸面反射鏡，以促進(jìn)光最大化利用；所述條帶與條帶的距離與點(diǎn)光源間距相同。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述點(diǎn)光源串聯(lián)連接。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述單模塊光反應(yīng)器尺寸最大為1米。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述條帶光源的安裝以進(jìn)氣方向螺旋式前進(jìn)，以右、上、左、下的順序依次循環(huán)固定在立方體的另外四個(gè)面。
[0009]另一方面，本發(fā)明還提出了一種基于LED點(diǎn)光源的模塊化光反應(yīng)器，所述模塊化光反應(yīng)器按照本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)而成。
[0010]另一方面，本發(fā)明還提出了一種單模塊光反應(yīng)器，所述單模塊光反應(yīng)器是基于對(duì)LED點(diǎn)光源布局設(shè)計(jì)形成；所述LED點(diǎn)光源的光強(qiáng)>8(^w/cm2，發(fā)射角小于±90° ;所述單模塊光反應(yīng)器為立方體結(jié)構(gòu)，所述點(diǎn)光源與點(diǎn)光源的距離為±45°散射角處光強(qiáng)衰減到SOPw/cm2的距離；所述單模塊光反應(yīng)器尺寸為點(diǎn)光源0°散射角處光強(qiáng)衰減到SOPw/cm2的距離；所述點(diǎn)光源以條帶固定，通過(guò)光窗輻射于所述單模塊光反應(yīng)器的腔體內(nèi)部，并在所述光窗的正對(duì)面安裝一光凸面反射鏡，以促進(jìn)光最大化利用；所述條帶與條帶的距離與點(diǎn)光源間距相同。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的模塊化光反應(yīng)器的單模塊光反應(yīng)器設(shè)計(jì)示意圖；
圖2是本發(fā)明的模塊化光反應(yīng)器組合放大的設(shè)計(jì)示意圖。
具體實(shí)施方案
[0012]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0013]—般來(lái)說(shuō)，LED光源的光電轉(zhuǎn)化效率接近100%。LED的工作電壓是2_3.6V，工作電流是0.02-0.03A，其功率可不超過(guò)0.1W。而在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。本發(fā)明選用LED點(diǎn)光源作為光反應(yīng)器光源，以光源發(fā)射角、光強(qiáng)隨距離的衰減程度、光反射等參數(shù)設(shè)定點(diǎn)光源的間距、單模塊光反應(yīng)器尺寸以及光凸面鏡安裝位置，并將單模塊光反應(yīng)器按照實(shí)際需要反應(yīng)器尺寸進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)高效、低耗的模塊化光反應(yīng)器。
[0014]單模塊設(shè)計(jì)圖如附圖1所示，為立方體結(jié)構(gòu)。LED點(diǎn)光源的光強(qiáng)>8(^W/cm2，發(fā)射角小于±90°。點(diǎn)光源與點(diǎn)光源的距離為±45°散射角處光強(qiáng)衰減到SOPw/cm2的距離。單模塊光反應(yīng)器尺寸為點(diǎn)光源0度散射角處光強(qiáng)衰減到SOPw/cm2的距離，最大到lm。點(diǎn)光源以條帶固定并串聯(lián)，通過(guò)光窗輻射于單模塊光反應(yīng)器腔體內(nèi)部，并在光窗正對(duì)面安裝一光凸面反射鏡，以促進(jìn)光最大化利用。條帶與條帶的距離與點(diǎn)光源間距相同，條帶光源的安裝以進(jìn)氣方向螺旋式前進(jìn)，以右、上、左、下的順序依次循環(huán)固定在立方體的另外四個(gè)面。
[0015]模塊化光反應(yīng)器設(shè)計(jì)如附圖2所示。將單模塊光反應(yīng)器按照實(shí)際需要反應(yīng)器尺寸進(jìn)行組裝，形成模塊化光反應(yīng)器。
模塊化光反應(yīng)器設(shè)計(jì)的有益效果包括:
(1)光場(chǎng)分布較均勻:利用點(diǎn)光源進(jìn)行光源分布，局部光強(qiáng)不會(huì)太強(qiáng)，而模塊化的設(shè)計(jì)，保證光強(qiáng)>8(^w/cm2，使反應(yīng)器中光強(qiáng)整體分布較均勻。
[0016](2)易于放大:模塊化設(shè)計(jì)使反應(yīng)器大小可以任意組裝，易于放大。
[0017](3)光利用率高:利用點(diǎn)光源進(jìn)行光源分布，使光場(chǎng)分布較均勻，大大提高光利用率。
[0018](4)能耗低:LED光源的光電轉(zhuǎn)化效率高，且點(diǎn)光源分布提高了光利用率，當(dāng)量處理量的能耗將會(huì)極大降低。
[0019](5)運(yùn)行成本低:模塊化光反應(yīng)器的光利用率高、能耗低、使用壽命長(zhǎng)，這將會(huì)極大的降低運(yùn)行成本。
[0020]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于LED點(diǎn)光源的模塊化光反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述光反應(yīng)器由單模塊光反應(yīng)器組裝而成，所述單模塊光反應(yīng)器是基于對(duì)LED點(diǎn)光源布局設(shè)計(jì)形成；所述LED點(diǎn)光源的光強(qiáng)>80Pw/cm2,發(fā)射角小于±90° ;所述單模塊光反應(yīng)器為立方體結(jié)構(gòu)，所述點(diǎn)光源與點(diǎn)光源的距離為±45°散射角處光強(qiáng)衰減到SOPw/cm2的距離；所述單模塊光反應(yīng)器尺寸為點(diǎn)光源0°散射角處光強(qiáng)衰減到SOPw/cm2的距離；所述點(diǎn)光源以條帶固定，通過(guò)光窗福射于所述單模塊光反應(yīng)器的腔體內(nèi)部，并在所述光窗的正對(duì)面安裝一光凸面反射鏡，以促進(jìn)光最大化利用；所述條帶與條帶的距離與點(diǎn)光源間距相同。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述點(diǎn)光源串聯(lián)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述單模塊光反應(yīng)器尺寸最大為1米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述條帶光源的安裝以進(jìn)氣方向螺旋式前進(jìn)，以右、上、左、下的順序依次循環(huán)固定在立方體的另外四個(gè)面。5.一種單模塊光反應(yīng)器，其特征在于:所述單模塊光反應(yīng)器是基于對(duì)LED點(diǎn)光源布局設(shè)計(jì)形成；所述LED點(diǎn)光源的光強(qiáng)>8(^w/cm2，發(fā)射角小于±90° ;所述單模塊光反應(yīng)器為立方體結(jié)構(gòu)，所述點(diǎn)光源與點(diǎn)光源的距離為±45°散射角處光強(qiáng)衰減到8(^w/cm2的距離；所述單模塊光反應(yīng)器尺寸為點(diǎn)光源0°散射角處光強(qiáng)衰減到8(^w/cm2的距離；所述點(diǎn)光源以條帶固定，通過(guò)光窗輻射于所述單模塊光反應(yīng)器的腔體內(nèi)部，并在所述光窗的正對(duì)面安裝一光凸面反射鏡，以促進(jìn)光最大化利用；所述條帶與條帶的距離與點(diǎn)光源間距相同。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單模塊光反應(yīng)器單模塊光反應(yīng)器，其特征在于:所述點(diǎn)光源串聯(lián)連接。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單模塊光反應(yīng)器，其特征在于:所述單模塊光反應(yīng)器尺寸最大為1米。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單模塊光反應(yīng)器，其特征在于:所述條帶光源的安裝以進(jìn)氣方向螺旋式前進(jìn)，以右、上、左、下的順序依次循環(huán)固定在立方體的另外四個(gè)面。9.一種基于LED點(diǎn)光源的模塊化光反應(yīng)器，其特征在于:所述模塊化光反應(yīng)器為根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的模塊化光反應(yīng)器。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于LED的模塊化光反應(yīng)器及其設(shè)計(jì)方法，采用LED點(diǎn)光源，以光源發(fā)射角、光強(qiáng)隨距離的衰減程度、光反射等參數(shù)設(shè)定點(diǎn)光源的間距、單模塊光反應(yīng)器尺寸以及光凸面鏡安裝位置，并可將單模塊光反應(yīng)器按照實(shí)際需要的尺寸進(jìn)行組合。單模塊光反應(yīng)器為立方體結(jié)構(gòu)，LED點(diǎn)光源的光強(qiáng)>80μw/cm2，發(fā)射角小于±90°。點(diǎn)光源之間的距離為±45°散射角處光強(qiáng)衰減到80μw/cm2的距離。單模塊光反應(yīng)器尺寸為點(diǎn)光源0°散射角處光強(qiáng)衰減到80μw/cm2的距離。點(diǎn)光源以條帶固定并串聯(lián)，通過(guò)光窗輻射于單模塊光反應(yīng)器腔體內(nèi)部，并在光窗正對(duì)面安裝一光凸面反射鏡，以促進(jìn)光最大化利用。條帶光源的安裝以進(jìn)氣方向螺旋式前進(jìn)，以右、上、左、下的順序依次循環(huán)固定在立方體的另外四個(gè)面。
【IPC分類】C12M1/00
【公開號(hào)】CN105400681
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510998731
【發(fā)明人】朱榮淑, 譚劍, 牛敏麗
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日