CH676332A5

CH676332A5 - Temp. control for laboratory specimens

Info

Publication number: CH676332A5
Application number: CH1918/88A
Authority: CH
Inventors: Ulrich C Dr Knopf; Josef Sieber
Original assignee: Agrogen Stiftung; Seyffer & Co; Ulrich C Dr Knopf
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1991-01-15

Abstract

Temp. control for laboratory specimens by peltier elements incorporated below metal support plate with heat-exchange extensions

Description

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Beschreibung description

Im biochemischen und biologischen oder genetischen Laboratorium wird man oft vor die Aufgabe gestellt, kleinere Mengen von Materialien auf eine bestimmte Temperatur zu bringen und während kür' zerer oder längerer Zeit zu halten, Geräte für diese Aufgabe sind bekannt und überall im Handel erhältlich. Allgemein bekannt sind z.B. thermostatierte Flüssigkeitsbäder, insbesondere Wasserbäder. Sie bestehen aus einem grösseren Gefäss, meist von einigen Litern Inhalt, das mit einer elektrischen Heizvorrichtung, einem Rührer und oftmals auch mit einer Umwälzpumpe versehen ist. Durch einen Temperaturfühler kann die Heizvorrichtung gesteuert werden, so dass die Temperatur der bewegten oder umgewälzten Flüssigkeit auf einem bestimmten, voreingestellten Wert gehalten werden kann. In gewissen Fällen wird für solche Flüssigkeitsbäder auch eine Kühlvorrichtung angeboten, die es erlaubt, die Flüssigkeitstemperatur auch unterhalb der Umgebungstemperatur zu halten. Das heisst, dass das Flüssigkeitsbad in diesem Fall als Kryostat verwendet werden kann. Als Kühlvorrichtungen für solche Kryostaten werden konventionelle, nach dem Kompressions- oder Adsorptionsprinzip arbeitende Käl-feerzeuger verwendet. In the biochemical and biological or genetic laboratory, one is often faced with the task of bringing small amounts of materials to a certain temperature and keeping them for a shorter or longer period of time, devices for this task are known and are commercially available everywhere. Commonly known are e.g. thermostated liquid baths, especially water baths. They consist of a larger vessel, usually of a few liters, which is equipped with an electric heating device, a stirrer and often also with a circulation pump. The heating device can be controlled by a temperature sensor, so that the temperature of the moved or circulated liquid can be kept at a certain, preset value. In certain cases, a cooling device is also offered for such liquid baths, which makes it possible to keep the liquid temperature below the ambient temperature. This means that the liquid bath can be used as a cryostat in this case. Conventional refrigerators operating on the compression or adsorption principle are used as cooling devices for such cryostats.

Solche Flüssigkeitsbäder, die mittels Heizung oder Kühlung auf konstanter Temperatur gehalten werden können, sind für viele Laboratoriumsaufgaben geeignet und praktisch zu handhaben. Sie eignen sich sowohl für die Thermostatierung von Proben in Gefässen, die direkt ins Flüssigkeitsbad gestellt werden, als auch für das externe Heizen oder Kühlen von Proben mittels Flüssigkeitsumwälzung. Such liquid baths, which can be kept at a constant temperature by means of heating or cooling, are suitable for many laboratory tasks and are practical to use. They are suitable for the thermostatting of samples in vessels that are placed directly in the liquid bath, as well as for external heating or cooling of samples using liquid circulation.

Für das Erwärmen von kleineren oder grösseren Proben, insbesondere Flüssigkeitsproben, werden oftmals auch elektrische Heizplatten angeboten, die ebenfalls mit einem Temperaturfühler und einer Thermostatiervorrichtung ausgestattet werden können. Bekannt sind auch die im Handel erhältlichen Laboratoriums-Heizplatten, in denen zusätzlich ein motorgetriebener rotierender Permanentmagnet eingebaut ist. Damit kann eine auf der Heizplatte befindliche Flüssigkeitsprobe mittels eines in die Flüssigkeit eingetauchten Magnetstabs gleichzeitig noch umgerührt werden. For the heating of smaller or larger samples, in particular liquid samples, electric heating plates are often also offered, which can also be equipped with a temperature sensor and a thermostat. Also known are the commercially available laboratory hot plates, in which a motor-driven rotating permanent magnet is also installed. This means that a liquid sample on the heating plate can be stirred at the same time by means of a magnetic rod immersed in the liquid.

Die oben beschriebenen Laboratoriumsthermostaten bezw, -kryostaten mit gerührtem oder umgewälztem Flüssigkeitsbad besitzen den Nachteil, dass sie relativ schwer sind, viel Platz und - im Verhältnis zum effektiven Bedarf - auch viel Energie beanspruchen. Die im Handel erhältlichen Heizplatten, mit und ohne zusätzliche Rührvorrichtung, eignen sich naturgemäss nur für den Fall, in welchem die angestrebte Temperatur einer Probe oberhalb der umgebenden Raumtemperatur liegt. The above-described laboratory thermostats or cryostats with a stirred or circulated liquid bath have the disadvantage that they are relatively heavy, take up a lot of space and - in relation to the actual requirement - also require a lot of energy. The commercially available heating plates, with and without an additional stirring device, are of course only suitable for the case in which the desired temperature of a sample is above the ambient room temperature.

Gerade für das biochemische, biologische und genetische Laboratorium wird aber, z.B. beim Arbeiten mit lebenden Zellen oder Zellbestandteilen wie Protoplasten oder Zellkernen sowie mit lebenden Geweben, Embryonen und Organen oftmals die Durchführung eines Temperaturzyklus verlangt, der teilweise oberhalb und teilweise unterhalb der Raumtemperatur verläuft. Im Vergleich zur chemischen oder physikalischen Laboratoriumspraxis liegen dabei die einzuhaltenden Temperaturen im allgemeinen verhältnismässig wenig über oder unter der Raumtemperatur. Der typische Temperaturbereich für das Arbeiten im biologischen oder biochemischen Laboratorium liegt etwa zwischen -5 und +60°C. Especially for the biochemical, biological and genetic laboratory, e.g. When working with living cells or cell components such as protoplasts or cell nuclei, as well as with living tissues, embryos and organs, it is often necessary to carry out a temperature cycle which is partly above and partly below room temperature. In comparison to chemical or physical laboratory practice, the temperatures to be observed are generally relatively little above or below room temperature. The typical temperature range for working in the biological or biochemical laboratory is between -5 and + 60 ° C.

Die speziellen Verhältnisse im biologischen Laboratorium stellen auch in anderer Hinsicht besondere Anforderungen an die zu verwendenden Arbeitsgeräte: Häufig verwendete Arbeitsgefässe, wie z.B. die flachen Petrischalen eignen sich schlecht für die Verwendung in Flüssigkeitsbädern; der als Kälteüberträger in Kryostaten oftmals verwendete Alkohol ist wegen der Aktivität seiner Dämpfe im biologischen Laboratorium meist unerwünscht; eingeengte Raumverhältnisse, wie sie z.B. beim aseptischen Arbeiten in Reinluft-Kapellen gegeben sind, erfordern die Verwendung von speziell raumsparenden Geräten. Von besonderer Wichtigkeit beim Arbeiten mit biologischem, insbesondere lebendem Material ist oftmals auch die Einhaltung der Sterilität. The special conditions in the biological laboratory also place special demands on the work equipment to be used in other respects: Frequently used work vessels, e.g. the flat petri dishes are poorly suited for use in liquid baths; the alcohol often used as a cold transfer agent in cryostats is mostly undesirable because of the activity of its vapors in the biological laboratory; restricted space, as e.g. given aseptic work in clean air chapels require the use of specially space-saving devices. Compliance with sterility is often of particular importance when working with biological, especially living material.

Das im biologischen Laboratorium zum Kühlen üblicherweise verwendete Eis besitzt viele Nachteile: Es muss dauernd erneuert werden und erfordert für seine Bereitstellung eine grosse und relativ kostspielige Maschine. Es ist zudem nicht ohne weiteres steril zu halten, und seine Handhabung ist in vielen Fällen, z.B. für das Kühlen der flachen Petrischalen auch unpraktisch. Ein weiterer Nachteil von Eis als Kühlmittel ist durch seine konstante Temperatur von 0°C bedingt. Tiefere Temperaturen können zwar durch den Zusatz von Salz erreicht werden, doch ist auch hier das Einprogrammieren von Temperaturänderungen wegen der konstanten Temperatur des Kühlmittels nur schwer durchführbar. The ice commonly used for cooling in the biological laboratory has many disadvantages: it has to be constantly renewed and requires a large and relatively expensive machine to be available. It is also not easy to keep sterile and its handling is in many cases, e.g. also impractical for cooling flat petri dishes. Another disadvantage of ice as a coolant is its constant temperature of 0 ° C. Lower temperatures can be reached by adding salt, but programming temperature changes here is also difficult due to the constant temperature of the coolant.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein handliches Gerät zur Verfügung zu stellen, mit dem Material- und Flüssigkeitsproben bei geringem Platz- und Energiebedarf geheizt und gekühlt oder durch vorbestimmte Temperaturzyklen geführt werden können, und welches speziell für die Bedürfnisse des biologischen, biochemischen und genetischen Laboratoriums konzipiert ist. Insbesondere ist das Gerät so gestaltet, dass auch Temperaturzyklen, die sich teilweise über und teilweise unter der Raumtemperatur bewegen, ohne weiteres durchgeführt werden können. Das Gerät besitzt zudem einen sehr kleinen Raumbedarf und ist leicht steril zu halten. Es lässt sich mit den notwendigen Vorrichtungen zum Rühren der Proben ausstatten oder kann, wegen seines geringen Gewichtes und den kleinen Abmessungen, sogar auf einer üblichen Schüttelmaschine untergebracht werden. Die Trennung des Geräts in einen Arbeitsteil einerseits und einen Speise- und Steuerteil anderseits erweist sich dabei als besonderer Vorteil. The purpose of the present invention is to provide a handy device with which material and liquid samples can be heated and cooled or guided through predetermined temperature cycles in a small space and energy requirement, and which is specifically designed for the needs of biological, biochemical and genetic Laboratory is designed. In particular, the device is designed in such a way that temperature cycles, some of which are above and some below room temperature, can also be carried out without any problems. The device also requires very little space and is easy to keep sterile. It can be equipped with the necessary devices for stirring the samples or, due to its low weight and small dimensions, can even be accommodated on a conventional shaker. The separation of the device into a working part on the one hand and a supply and control part on the other hand proves to be a particular advantage.

Der Aufbau des Geräts ist in den nachfolgenden Figuren 1 bis 6 dargestellt, ohne dass damit die möglichen Ausführungsformen in irgendwelcher Weise eingeschränkt werden sollen: The structure of the device is shown in the following FIGS. 1 to 6, without the possible embodiments being restricted in any way:

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des er-findungsgemässen Geräts mit dem heiz- und kühlba5 1 shows a perspective view of the device according to the invention with the heating and cooling element

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ren Metallblock (1), der ebenen Arbeitsfläche (2), dem gerippten Wärmeaustauscher (8), dem Ventilator (13) und den Isolationsschichten (9) und (10). Ren metal block (1), the flat work surface (2), the ribbed heat exchanger (8), the fan (13) and the insulation layers (9) and (10).

Fig. 2 zeigt das Gerät im Querschnitt, mit dem Metallblock (1), dessen Benutzeroberfläche (2), einem Peltierelement (5) mit der oberen (6) und unteren (7) thermisch aktiven Fläche, dem im Metallblock eingebauten internen Temperaturfühler (11), dem gerippten Wärmeaustauscher (8) und den Isolationsschichten (9) und (10). Fig. 2 shows the device in cross section, with the metal block (1), its user interface (2), a Peltier element (5) with the upper (6) and lower (7) thermally active surface, the internal temperature sensor (11 ), the finned heat exchanger (8) and the insulation layers (9) and (10).

Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Stirnfläche des Geräts mit einem Ventilator (13). Fig. 3 shows a view of the end face of the device with a fan (13).

Die Fig. 4a und 4b zeigen das Gerät mit einem zusätzlichen Modul in Form eines quaderförmigen Metallblocks (14), der Öffnungen (15) für die Aufnahme von Arbeitsgefässen aufweist. Der gegebenenfalls entfernbare Isolationsmantel (16) schützt das Modul vor dem Temperaturausgleich mit der Umgebung. 4a and 4b show the device with an additional module in the form of a cuboid metal block (14) which has openings (15) for receiving work vessels. The optionally removable insulation jacket (16) protects the module from temperature compensation with the environment.

Flg. 5 zeigt ein Arbeitsmodul (17) mit internen Kanälen (18), durch die eine zu kühlende oder zu erwärmende Flüssigkeit gepumpt wird. Der Isolationsmantel (19) schützt den Metallblock des Moduls vor dem Temperaturausgleich mit der Umgebung. Flg. 5 shows a work module (17) with internal channels (18) through which a liquid to be cooled or heated is pumped. The insulation jacket (19) protects the metal block of the module from temperature compensation with the environment.

In der Flg. 6 ist das Speise- und Steuergerät (32) abgebildet, mit dem getakteten Netzteil (20), der Steuerelektronik (21), der LCD-Anzeige (22) für die Temperatur, einem Ein- und Ausschalter für die Stromspeisung (23) und einem Schalter (24) für wahlweisen Heiz- oder Kühlbetrieb, sowie einem Drucktaster (25) für die wahlweise Umschaltung der Temperaturanzeige auf die eingestellte SOLL-oder IST-Temperatur. Mit dem Drucktaster (26) kann die beim Heizen oder Kühlen zu erreichende Solltemperatur gewählt werden. In the Flg. 6 shows the power supply and control unit (32), with the clocked power supply unit (20), the control electronics (21), the LCD display (22) for the temperature, an on and off switch for the power supply (23) and one Switch (24) for optional heating or cooling operation, as well as a push button (25) for the optional changeover of the temperature display to the set target or actual temperature. The setpoint temperature to be reached during heating or cooling can be selected with the push button (26).

(27) ist der Anschluss der Temperatursonde für die Probentemperatur; ein weiterer Anschluss für die im heiz- bezw. kühlbaren Arbeitsblock (1) eingebaute Temperatursonde (11) ist im Verbindungskabel (30) untergebracht, welches die Speiseleitung für die Peltierelemente enthält. Für die Stromversorgung wird wahlweise das Netzkabel (31) oder der Anschluss (29) für eine 12 V-Batterie verwendet. Mit dem Schalter (33) wird die Temperaturanzeige (22) wahlweise auf die interne oder externe Temperatursonde umgeschaltet. Ein externer Mikrocomputer für die Programmierung von Temperaturzyklen kann an der Buchse (28) angeschlossen werden. (27) is the connection of the temperature probe for the sample temperature; Another connection for those in the heating or Coolable work block (1) built-in temperature probe (11) is housed in the connecting cable (30), which contains the feed line for the Peltier elements. Either the mains cable (31) or the connection (29) for a 12 V battery is used for the power supply. With the switch (33) the temperature display (22) can be switched to either the internal or external temperature probe. An external microcomputer for programming temperature cycles can be connected to the socket (28).

Der Arbeitsteil des erfindungsgemässen Geräts besteht im wesentlichen aus einem Block (1) aus gut wärmeleitendem Metall, vorzugsweise Aluminium oder rostfreiem Stahl, der elektrisch beheizt und gekühlt werden kann, mit einer ebenen Arbeitsfläche (2), auf die entweder unmittelbar ein Gefäss mit der Probe, oder - in einer andern Ausführungsform - ein ebenfalls aus gut wärmeleitendem Metall bestehendes Arbeitsmodul (14, 15) mit einer oder vorzugsweise mehreren passenden Ausnehmungen für die Probengefässe aufgesetzt werden kann. The working part of the device according to the invention essentially consists of a block (1) made of highly thermally conductive metal, preferably aluminum or stainless steel, which can be electrically heated and cooled, with a flat working surface (2) on which either a vessel with the sample is placed directly , or - in another embodiment - a work module (14, 15), which also consists of good heat-conducting metal, can be placed with one or preferably several suitable recesses for the sample vessels.

In dem als Arbeitsteil dienenden Metallblock (1) befinden sich, nahe dem Zentrum eingelassen, ein oder auch mehrere Peltierelemente (5), deren thermisch aktive Polflächen (6) und (7) in thermischem Kontakt, einerseits mit dem Metallblock (1), und anderseits mit einem Wärmeaustauscher (8) stehen. Zwischen dem Metallblock (1) und dem Wärmeaustauscher befindet sich eine Isolationsschicht (9), Ebenso ist der Metallblock längs seiner Umrandung von einer weiteren Isolationsschicht (10) umgeben. In the metal block (1) serving as the working part, one or more Peltier elements (5), whose thermally active pole faces (6) and (7) are in thermal contact with the metal block (1) and on the other hand stand with a heat exchanger (8). There is an insulation layer (9) between the metal block (1) and the heat exchanger. Likewise, the metal block is surrounded by another insulation layer (10) along its edge.

Die Peltierelemente (5) bestehen aus quaderförmigen Blöcken, in welchen eine grosse Anzahl von Halbleiterpaaren in paralleler Anordnung, und elektrisch in Serie geschaltet, kompakt zusammenge-fasst ist. Solche Peltierblöcke erwärmen sich beim Durchgang eines Gleichstromes auf einer Fläche und kühlen sich auf der gegenüberliegenden Fläche entsprechend ab. Durch Umkehr der Stromrichtung können die sich erwärmende und die sich abkühlende Fläche beliebig miteinander vertauscht werden. Die beiden sich abkühlenden bezw. sich erwärmenden Flächen sind nachfolgend als thermische Polflächen bezeichnet. The Peltier elements (5) consist of block-shaped blocks in which a large number of semiconductor pairs in a parallel arrangement and electrically connected in series are compactly combined. Such Peltier blocks heat up during the passage of a direct current on one surface and cool down accordingly on the opposite surface. By reversing the direction of the current, the heating and cooling surfaces can be interchanged with one another. The two cooling or warming surfaces are referred to below as thermal pole surfaces.

Soll nun das Gerät im Heizbetrieb stehen, so wird die Stromrichtung derart gewählt, dass sich die oberen thermischen Polflächen (6) der Peltierelemente erwärmen und die Gegenflächen (7) sich abkühlen. Die abgegebene Wärme überträgt sich auf den Metallblock (1), auf dessen Oberfläche (2) die zu erwärmenden Proben bezw. die die Probengefässe aufnehmenden Arbeitsmoduln gestellt werden; die Abkühlung der untern Flächen (7) überträgt sich auf den Wärmeaustauscher (8). If the device is now to be in heating mode, the current direction is selected such that the upper thermal pole surfaces (6) of the Peltier elements heat up and the counter surfaces (7) cool down. The heat given off is transferred to the metal block (1), on the surface (2) of which the samples to be heated, respectively. the work modules holding the sample vessels are provided; the cooling of the lower surfaces (7) is transferred to the heat exchanger (8).

Zwecks Erhöhung der Kühl- bezw. Heizwirkung kann nach Bedarf eine grössere Anzahl von Peltierelementen verwendet werden. Werden diese, elektrisch parallel geschaltet, in einer einzigen Schicht angeordnet, so vervielfacht sich die thermische Leistung entsprechend der Anzahl der verwendeten Elemente; die erreichbare Temperaturdifferenz, zwischen den Polflächen die im wesentlichen durch die innere Leitfähigkeit der Peltierelemente begrenzt ist, bleibt dabei unbeein-flusst. Es ist jedoch auch möglich, die Peltierelemente in zwei oder mehreren, vertikal übereinander liegenden Schichten anzuordnen, wobei die entgegengesetzten thermischen Polflächen zweier übereinanderliegender Peltierelemente miteinander in Kontakt stehen. Diese unmittelbar übereinanderliegenden Elemente sind damit thermisch in Serie geschaltet, und die erreichbare Temperaturdifferenz zwischen den mit dem Metallblock bezw. dem Wärmeaustauscher in Kontakt stehenden äusseren Polflächen kann dadurch vergrössert werden. Selbstverständlich können, bei Verwendung einer grösseren Anzahl von Peltierelementen, Parallel-und Serieschaltung auch gleichzeitig verwendet werden. To increase the cooling or Heating effect, a larger number of Peltier elements can be used as required. If these, electrically connected in parallel, are arranged in a single layer, the thermal output multiplies according to the number of elements used; the achievable temperature difference between the pole faces, which is essentially limited by the internal conductivity of the Peltier elements, remains unaffected. However, it is also possible to arrange the Peltier elements in two or more layers lying vertically one above the other, the opposite thermal pole faces of two Peltier elements lying one above the other being in contact with one another. These directly superimposed elements are thus thermally connected in series, and the achievable temperature difference between those with the metal block. The outer pole faces in contact with the heat exchanger can thereby be enlarged. Of course, if a larger number of Peltier elements are used, parallel and series connection can also be used simultaneously.

In einer Ausführungsform besteht der Wärmeaustauscher aus einem Metallblock, der von einem System von Kanälen durchzogen ist, durch welche ein Kühlmittel, z.B. Wasser zirkuliert wird. In einer anderen, in den Figuren 1—3 dargestellten Ausführungsform besteht der Wärmeaustauscher aus einem Metallblock, dessen Aussenfläche in Form von Rippen besonders gross gehalten ist. Durch Anblasen mittels eines von einem Ventilator (13) erzeugten Luftstroms kann ein rascher Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft erreicht werden. Der Temperaturunterschied zwischen der warmen und der In one embodiment, the heat exchanger consists of a metal block which is traversed by a system of channels through which a coolant, e.g. Water is circulated. In another embodiment shown in FIGS. 1-3, the heat exchanger consists of a metal block, the outer surface of which is kept particularly large in the form of ribs. A rapid heat exchange with the surrounding air can be achieved by blowing on by means of an air flow generated by a fan (13). The temperature difference between the warm and the

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kalten Fläche der Peltierelemente wird dadurch stets so klein wie möglich gehalten, und der Wirkungsgrad optimiert cold surface of the Peltier elements is always kept as small as possible, and the efficiency is optimized

Für den Kühlbetrieb wird die Stromrichtung umgekehrt, so dass sich nun die obere Fläche (6) der Peltierelemente abkühlt und die untere Fläche (7) sich erwärmt Der Metallblock (1) wird dadurch gekühlt; die an der unteren Fläche (7) des bezw. der Peltierelemente abgegebene Wärme überträgt sich auf den Wärmeaustauscher (8) und wird von dort an die Umgebung abgeführt. For cooling operation, the current direction is reversed so that the upper surface (6) of the Peltier elements cools down and the lower surface (7) heats up. The metal block (1) is thereby cooled; the on the lower surface (7) of the bezw. the heat emitted by the Peltier elements is transferred to the heat exchanger (8) and is dissipated from there to the environment.

Der heiz- und kühlbare Arbeitsteil mit dem Metallblock (1) wird zudem durch zusätzliche auswechselbare Arbeitsmodule (14, 17) in Form von Metallblöcken, die mit Öffnungen (15) zum Einbringen ganzer Serien von Probegefässen, wie z.B. Gläsern, Ampullen, Tuben oder dünnen Halmen, sog. «Straws» ergänzt Solche blockförmigen Module, ebenfalls aus einem gut wärmeleitenden Metall, vorzugsweise Aluminium oder rostfreiem Stahl bestehend, für verschiedene Sorten von Gefässen, werden einfach auf die Arbeitsfläche (2) gestellt oder gegebenenfalls aufgeschraubt, wobei durch genaue Flächenbearbeitung auf einen guten thermischen Kontakt geachtet werden muss. Die nicht mit der Arbeitsfläche (2) des Metallblocks (1) in Kontakt stehenden Aussenflächen der Module sind thermisch isoliert. Eine weitere Ausführungsform eines auf die Arbeitsfläche aufzusetzenden Moduls besteht aus einem Metallblock (17), welcher mit internen Kanälen (18) ausgestattet ist, durch welche mittels einer Pumpe eine Flüssigkeit zirkuliert wird. Diese Flüssigkeit ist entweder die Probe selber, oder auch z.B. Wasser oder Alkohol zur Verwendung für einen externen Wärmeaustausch. The heatable and coolable working part with the metal block (1) is also replaced by additional interchangeable working modules (14, 17) in the form of metal blocks, which have openings (15) for introducing entire series of test vessels, e.g. Glasses, ampoules, tubes or thin straws, so-called “straws”, supplement such block-shaped modules, also made of a good heat-conducting metal, preferably aluminum or stainless steel, for different types of vessels, are simply placed on the work surface (2) or, if necessary screwed on, whereby good thermal contact must be ensured by precise surface treatment. The outer surfaces of the modules that are not in contact with the working surface (2) of the metal block (1) are thermally insulated. Another embodiment of a module to be placed on the work surface consists of a metal block (17) which is equipped with internal channels (18) through which a liquid is circulated by means of a pump. This liquid is either the sample itself, or e.g. Water or alcohol for use in external heat exchange.

Für die Speisung und Steuerung der Peltierelemente ist ein separater, mit dem Arbeitsgerät über die Anschlussbuchse (27) verbundener Speise-und Steuerteil (32) vorgesehen, in welchem einerseits ein getaktetes Netzteil (20) zur Lieferung des Speise-Gleichstroms und anderseits eine von einem Temperaturfühler beeinflusste Steuerelektronik (21) eingebaut sind, durch welche eine voreingestellte Temperatur angestrebt wird. Durch Einbau oder externen Anschluss mittels der Buchse (28) eines Mikrocomputers lassen sich auch ganze Temperaturzyklen programmieren. For the supply and control of the Peltier elements, a separate supply and control part (32) is provided, which is connected to the implement via the connection socket (27), in which on the one hand a clocked power supply unit (20) for supplying the supply direct current and on the other hand one of one Control electronics (21) influenced by temperature sensors are installed, by means of which a preset temperature is sought. Whole temperature cycles can also be programmed by installation or external connection using the socket (28) of a microcomputer.

Das für die Gleichstromspeisung der Peltierelemente verwendete getaktete Netzeil zerhackt den Wechselstrom des Netzes mit hoher Frequenz und transformiert ihn anschliessend auf niedrige Spannung. Der niedrig gespannte Wechselstrom wird schliesslich gleichgerichtet und geglättet und steht dann als Speisestrom für die Peltierelemente (5) zur Verfügung. Diese Art von Speisung erlaubt den Bau eines kleinen und leichten Geräts mit optimalem Wirkungsgrad, welches nur einen geringen Anteil von unerwünschter Abwärme produziert. The clocked power supply used for the DC power supply to the Peltier elements chops the AC power of the network at a high frequency and then transforms it to a low voltage. The low-voltage alternating current is finally rectified and smoothed and is then available as a feed current for the Peltier elements (5). This type of supply allows the construction of a small and light device with optimal efficiency, which only produces a small amount of unwanted waste heat.

Das Steuergerät enthält auch eine Anzeigevorrichtung (22) an welcher wahlweise die eingestellte SOLL-Temperatur, oder die IST-Temperatur entweder des Arbeitsblocks oder, nach Umschalten mittels des Schalters (33), der Probe selbst abgelesen werden können. Die Signale dazu werden von entsprechenden Temperatursonden geliefert: einer im The control unit also contains a display device (22) on which either the set temperature, or the actual temperature of either the work block or, after switching by means of the switch (33), the sample itself can be read. The signals for this are supplied by appropriate temperature probes: one in the

Metallblock (1) eingebauten Sonde für die Temperatur der Arbeitsfläche sowie einer über die Anschlussbuchse (27) mit dem Speise- und Steuerteil verbundenen externen Sonde (11) für die Messung der Probentemperatur. Am Gerät befindet sich ein Umschalter (24), mittels welchem. wahlweise auf Kühlung, oder Heizung geschaltet werden kann. Verwendet man mit dem Steuergerät einen Mikrocomputer zur Durchführung programmierter Temperaturzyklen, so wird die Funktion dieses Schalters, d.h. die Wahl von Heiz- oder Kühlbetrieb vom Steuergerät anhand der gemessenen IST- bezw.-SOLL-Temperatur automatisch übernommen. Metal block (1) built-in probe for the temperature of the work surface and an external probe (11) connected to the supply and control unit via the connection socket (27) for measuring the sample temperature. There is a switch (24) on the device, by means of which. can either be switched to cooling or heating. If a microcomputer is used with the control unit to carry out programmed temperature cycles, the function of this switch, i.e. the control unit automatically selects heating or cooling mode based on the measured ACTUAL or TARGET temperature.

Die Energieversorgung des Geräts erfolgt normalerweise vom Wechselstromnetz. Es ist jedoch auch möglich, das mit einem entsprechenden Anschluss (29) versehene Gerät mit Gleichstrom, z.B. von einer Autobatterie mit 12 V-Spannung, zu speisen. Dadurch eignet sich das an sich schon handliche Gerät insbesondere auch für mobiles Arbeiten, z.B. in einem Auto, in der Eisenbahn oder gar in einem Flug- oder Raumfahrzeug. The device is usually powered by the AC network. However, it is also possible to supply the device with a corresponding connection (29) with direct current, e.g. from a car battery with 12 V voltage. This makes the device, which is already handy, particularly suitable for mobile work, e.g. in a car, on the train or even in an aircraft or spacecraft.

Die Trennung des Arbeitsteils vom Speise- und Steuerteil bietet überall dort besondere Vorteile, wo das Heiz- und Kühlgerät auf engstem Raum untergebracht werden muss, oder wo die am Speisegerät entwickelte Verlustwärme in Probennähe unerwünschtist. The separation of the working section from the supply and control section offers special advantages wherever the heating and cooling device has to be accommodated in a very small space, or where the heat loss developed at the supply device is undesirable in the vicinity of the sample.

Claims

1. Laboratory device for optional heating or cooling of samples, consisting of a block of one or more Peltier elements which with their one thermal pole face with an essentially cuboid block made of a good heat-conducting metal and with the opposite pole face with a heat exchanger thermally insulated from this metal block are in thermal contact, with an outer surface of the metal block serving as a work surface for heating or cooling the samples, and wherein all outer surfaces of the metal block with the exception of the work surface and the contact surface. the Peltier elements are thermally insulated, characterized in that by reversing the polarity of the current for feeding the Peltier elements, the working surface is optionally determined as the heating or cooling surface.

2. Laboratory device according to claim 1, characterized in that the heat-conducting metal is aluminum or stainless steel

3. Laboratory device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the heat exchanger is equipped with channels for the flow of a heat-transporting liquid.

4. Laboratory device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the heat exchanger consists of a ribbed metal block, over the surface of which an air stream is blown by means of a fan.

5. Laboratory device with more than one Peltier element according to one of claims 1 to 4, da5

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characterized in that at least two of the total number of Peltier elements used are thermally connected in series, the Peltier elements connected in series, each with one of their thermally opposite pole faces touching, being arranged vertically one above the other.

6. Laboratory device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the feed current of the Peltier elements is controlled by a control device influenced by a temperature sensor.

7. Laboratory device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a work module consisting of a good heat-conducting metal is brought with one of its outer surfaces into thermal contact with the work surface of the metal block, the vessels with the samples to be cooled or heated matching openings of this work module are housed.

8. Laboratory device according to claim 7, characterized in that the work module receiving the sample vessels is cuboid, the upper base surface of which is provided with openings for receiving the sample vessels, and the lower base surface serves as a contact surface with the work surface of the metal block, and wherein the side surfaces of the cuboid are thermally insulated.

9. Laboratory device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the power supply for the Peltier elements, the electronic control, the temperature display and the switch for heating or cooling operation in a separate housing connected to the heating and cooling device by a cable are accommodated, alternating current from the network or direct current from a battery being used for the power supply.

10. Laboratory device according to claim 9, characterized in that the electronic control is equipped with an internal, the temperature of the metal block in connection with the Peltier elements and an external, the sample temperature measuring temperature sensor, with one of the measured temperatures either by means of a switch or both can be used to control the heating and cooling elements.

11. Laboratory device according to one of claims 9 or 10, characterized in that it is provided with a microcomputer housed within the electronic control system or externally connectable, which permits the programming of temperature cycles, optionally with target temperatures that are partly above and partly below the ambient temperature, whereby the mode of the device from the microcomputer automatically on heating as needed. Cooling is switched.

12. Laboratory device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the metal block and / or the work module to be placed on the work surface are equipped with a device for the flow of a liquid, this liquid being the sample itself or a liquid provided for external heat exchange can be.

13. Laboratory device according to one of claims 1 to 12, characterized in that a motor-operated stirrer in the metal block of the device. in the work module containing the vessels or in an external device to be used externally

14. Laboratory device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the Peltier elements are fed by a clocked power supply

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