DE102022109312A1 - Device for accelerated, miniaturized cooling and heating in medical technology - Google Patents

Device for accelerated, miniaturized cooling and heating in medical technology Download PDF

Info

Publication number
DE102022109312A1
DE102022109312A1 DE102022109312.3A DE102022109312A DE102022109312A1 DE 102022109312 A1 DE102022109312 A1 DE 102022109312A1 DE 102022109312 A DE102022109312 A DE 102022109312A DE 102022109312 A1 DE102022109312 A1 DE 102022109312A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat spreader
heating
accelerated
spreader plate
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022109312.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Frieder Weidhase
Werner Lehmann
Gerd Fischer
Stephan Opperskalski
Shadi Sykora
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE102022109312A1 publication Critical patent/DE102022109312A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/02Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen, insbesondere für die PCR- bzw. mRNA-Analyse unter Einsatz von ThermoCyclern zur Vervielfältigung der DNA- bzw. mRNA-Substanzen in der MedizintechnikAufgabe ist es eine Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen in der Medizintechnik zu schaffen, welche eine erheblich verbesserte Lebensdauer besitzt, welche eine höhere Geschwindigkeit der PCR- bzw. mRNA-Analyse sowie präzisere Temperaturverläufe ermöglicht und die Exaktheit der Temperatursteuerung verbessert.Erfindungsgemäß ist in der neuartigen Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen in der Medizintechnik eine massiv ausgebildete Wärmespreiz-Platte 2 ausgebildet, welche bei bester Performance aus hoch-wärmeleitfähigem Silber besteht. Ein oder mehrere in die massive Wärmespreiz-Platte 2 angeordnete, eingelassene und verlötete Wärmerohre 5 vervielfachen die schnelle Wärmeverteilung. Im Prinzip ist es auch möglich anstelle des. bzw. der Wärmerohre 5 geschlossene Kanäle anzuordnen, in denen ein hochwärmeleitfähiges Medium zirkulieren kann und für eine effektive Wärmeverteilung sorgt. Von besonderen Vorteil ist es das alles mitThe invention relates to a device for accelerated, miniaturized cooling and heating, in particular for PCR or mRNA analysis using thermocyclers for duplicating DNA or mRNA substances in medical technology To create heating in medical technology, which has a significantly improved service life, which enables a higher speed of the PCR or mRNA analysis and more precise temperature profiles and improves the accuracy of the temperature control. According to the invention, the novel device for accelerated, miniaturized cooling and heating in medical technology, a massive heat spreader plate 2 is formed, which consists of highly thermally conductive silver with the best performance. One or more heat pipes 5 arranged, embedded and soldered in the solid heat spreader plate 2 multiply the rapid heat distribution. In principle, it is also possible to arrange closed channels instead of the heat pipe(s) 5, in which a highly thermally conductive medium can circulate and ensure effective heat distribution. Of particular advantage is it all with

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen, insbesondere für die PCR- bzw. mRNA-Analyse unter Einsatz von ThermoCyclern zur Vervielfältigung der DNA- bzw. mRNA-Substanzen in der Medizintechnik.The invention relates to a device for accelerated, miniaturized cooling and heating, in particular for PCR or mRNA analysis using thermocyclers for amplifying DNA or mRNA substances in medical technology.

Es sind eine Reihe unterschiedlicher Anordnungen zum Aufbau von ThermoCyclern bekannt. Immer wieder wurden Lösungsideen zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen publiziert, ohne dass der Wunsch nach noch höherer Geschwindigkeit sowie Präzision der Temperaturverläufe und die Exaktheit der Temperatursteuerung gestillt werden konnte. Es wurde zur Verbesserung der Geschwindigkeit der PCR- bzw. mRNA-Analyse, sowie des damit einhergehenden Fertigungsaufwandes in der Vergangenheit zahlreiche Lösungen entwickelt und schutzrechtlich gesichert. So gibt es ULTRA FAST PCR -Geräte, welche extrem dünne Polypropylen-Röhrchen einsetzen. Solche sind beispielsweise unter der Adresse https://www.intas-shop.com/de/thermocycler/next-genpcr.html im Internet zu finden.A number of different arrangements for constructing ThermoCyclers are known. Again and again ideas for solutions for accelerated, miniaturized cooling and heating were published, without satisfying the desire for even higher speed and precision of the temperature curves and the exactness of the temperature control. In order to improve the speed of the PCR or mRNA analysis, as well as the associated production costs, numerous solutions have been developed and protected in the past. There are ULTRA FAST PCR devices that use extremely thin polypropylene tubes. Such can be found, for example, at https://www.intas-shop.com/de/thermocycler/next-genpcr.html on the Internet.

Ein weiterer Lösungsansatz nutzt magnetische nano-Partikel zur Umhüllung der PCR- bzw. mRNA- Substanz und zu deren schneller Kühlung und Erwärmung. Dies ist zu finden unter der Adresse https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/ifbs-dohl20720.php.Another approach uses magnetic nano-particles to encapsulate the PCR or mRNA substance and to cool and heat it more quickly. This can be found at https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/ifbs-dohl20720.php.

Schnellste Temperaturwechsel lassen sich auch mit zirkulierenden kalten und warmen Flüssigkeiten erreichen, wie unter EP 000002535427 A2 vorgeschlagen.The fastest temperature changes can also be achieved with circulating cold and warm liquids, as under EP 000002535427 A2 suggested.

In der Praxis gibt es vielerorts Zurückhaltung gegenüber ULTRA FAST PCR - Geräten. Als sogenannter Goldstandard hat sich der Einsatz von Peltier-Elementen zum Heizen und Kühlen etabliert, da sich damit die Temperaturverläufe und die Exaktheit der Temperatursteuerung am besten beherrschen lassen.In practice there is a lot of reluctance to use ULTRA FAST PCR devices. The use of Peltier elements for heating and cooling has established itself as the so-called gold standard, since this is the best way to control the temperature curves and the precision of the temperature control.

Eine bekannte Lösung des Goldstandards, besteht im Einsatz diskreter Peltier-Elemente, welche nach dem Stand der Technik mittels Wärmeleitpasten oder Wärmeleitklebern mit den weiteren separaten Komponenten des ThermoCyclers verbunden sind. So setzt beispielsweise die EP 1 090 141 B1 einen Heizblock und separate Peltier-Elemente sowie eine Wärmespreiz-Platte ein.A well-known solution of the gold standard consists in the use of discrete Peltier elements, which are connected to the other separate components of the ThermoCycler using thermally conductive pastes or thermally conductive adhesives according to the prior art. For example, the EP 1 090 141 B1 a heating block and separate Peltier elements as well as a heat spreader plate.

Eine mehr als zehnmal höhere Wärmeleitfähigkeit als massives Kupfer versprechen sogenannte Quadratic-Heatdiffuser bekannt von der Internetseite https://www.quick-coolshop.de/en/heatdiffuser/heatdiffuser-quadratic/heat-diffuser-quadratic.html (Flächen-Wärmespreiz-Platte) nach der US 8671570 B2 . Im Gegensatz zu Wärmerohren (Heat-Pipes) kann ein Quadratic-Heatdiffuser einen thermischen Überhitzungspunkt (Hotspot) in der Fläche verteilen, was vor allem für Prozessoren, wie CPUs wichtig ist. Quadratic-Heatdiffuser nutzen hermetisch verschlossene Dampf-Kammern (Vapor-Chambers). Hermetisch verschlossene Dampf-Kammern erlauben jedoch keine Durchbrüche für Befestigungen oder Durchkontaktierungen in den Quadratic-Heatdiffusers.So-called quadratic heat diffusers, known from the website https://www.quick-coolshop.de/en/heatdiffuser/heatdiffuser-quadratic/heat-diffuser-quadratic.html (Flähen-Wärmespreiz- plate) after the US8671570B2 . In contrast to heat pipes (heat pipes), a quadratic heat diffuser can distribute a thermal overheating point (hotspot) over the surface, which is particularly important for processors such as CPUs. Quadratic heat diffusers use hermetically sealed vapor chambers. However, hermetically sealed vapor chambers do not allow for any breakthroughs for attachments or vias in the quadratic heat diffusers.

Voraussetzungen für eine Verbindung von Peltier-Element und einer Wärmespreiz-Platte mittels Lötung ist, dass beide Komponenten lötfähige Oberflächen haben. Hierzu schlägt DE 4 329 816 A1 vor, das häufig für Wärmespreiz-Platten genutzte Aluminium mit einer zusätzlichen Kupferbeschichtung zu versehen. Diese technische Lösung hat den Nachteil, dass sich bei den für die PCR- bzw. mRNA-Analyse erforderlichen hunderttausendfachen Temperaturzyklen im Lebenszyklus des ThermoCyclers die Beschichtung ablösen kann und dieser relativ schnell unbrauchbar wird.A prerequisite for connecting a Peltier element and a heat spreader plate using soldering is that both components have surfaces that can be soldered. For this beats DE 4 329 816 A1 propose to provide the aluminum, which is often used for heat spreader plates, with an additional copper coating. This technical solution has the disadvantage that the coating can become detached during the life cycle of the ThermoCycler during the hundreds of thousands of temperature cycles required for the PCR or mRNA analysis and it becomes unusable relatively quickly.

Bekannt ist weiterhin, dass die typischerweise mit gut wärmeleitenden Keramikplatten versehenen Peltier-Elemente mit Gold beschichtet oder mit Graphitfolien, wie in der DE 20 2012 009 977 U1 beschrieben, belegt werden. Aber auch diese Lösung hat den Nachteil, dass sich bei den für die PCR- bzw. mRNA-Analyse erforderlichen hunderttausendfachen Temperaturzyklen im Lebenszyklus des ThermoCyclers die fragile Beschichtung ablösen kann. Außerdem haben selbst gut wärmeleitende Keramikplatten eine wesentlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit als gut wärmeleitende Metalle.It is also known that the Peltier elements, which are typically provided with ceramic plates with good thermal conductivity, are coated with gold or with graphite foils, as in DE 20 2012 009 977 U1 described, documented. However, this solution also has the disadvantage that the fragile coating can become detached during the life cycle of the ThermoCycler during the hundreds of thousands of temperature cycles required for the PCR or mRNA analysis. In addition, even ceramic plates with good thermal conductivity have a significantly poorer thermal conductivity than metals with good thermal conductivity.

Aus der technischen Lösung gemäß der WO 2006/ 123190 A1 / EP 1 888 797 A1 sind bereits nicht oxydierende Silberplatten als Wärmespreizplatte beschrieben. Die Zusammensetzung dieser Legierung Argentium besteht aus 93,5 - 95,5 % Ag, 1 - 4,4 % Kupfer und 1 % Germanium.From the technical solution according to the WO 2006/123190 A1 / EP 1 888 797 A1 non-oxidizing silver plates have already been described as heat spreader plates. The composition of this alloy Argentium consists of 93.5 - 95.5% Ag, 1 - 4.4% copper and 1% germanium.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen in der Medizintechnik zu schaffen, welche eine erheblich verbesserte Lebensdauer besitzt, welche eine höhere Geschwindigkeit der PCR- bzw. mRNA-Analyse sowie präzisere Temperaturverläufe ermöglicht und die Exaktheit der Temperatursteuerung verbessert.The invention is based on the object of creating a device for accelerated, miniaturized cooling and heating in medical technology, which has a significantly improved service life, which enables a higher speed of the PCR or mRNA analysis and more precise temperature profiles and the exactness of the temperature control improved.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Oberbegriffs und des kennzeichnenden Teils des ersten Patentanspruches gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen rückbezüglichen Unteransprüchen beschrieben. Erfindungsgemäß ist in der neuartigen Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen in der Medizintechnik eine massiv ausgebildete Wärmespreiz-Platte 2ausgebildet, welche bei bester Performance aus hoch-wärmeleitfähigem Silber besteht. Ein oder mehrere in die massive Wärmespreiz-Platte 2 angeordnete und eingelassene Wärmerohre 5 vervielfachen die schnelle Wärmeverteilung. Im Prinzip ist es auch möglich anstelle des. Bzw. der Wärmerohre 5 geschlossene Kanäle anzuordnen, in denen ein hochwärmeleitfähiges Medium zirkulieren kann und für eine effektive Wärmeverteilung sorgt. Durch neuartigen Einsatz eines Niedertemperaturlotes und das alles mittels einfachen herzustellenden Lötverbindungen verbunden ist, gewährleistet eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit.The object is achieved with the features of the preamble and the characterizing part of the first claim. Further advantageous refinements are described in the dependent references same subclaims described. According to the invention, a massive heat spreader plate 2 is formed in the novel device for accelerated, miniaturized cooling and heating in medical technology, which consists of silver with high thermal conductivity for the best performance. One or more heat pipes 5 arranged and embedded in the solid heat spreader plate 2 multiply the rapid heat distribution. In principle, it is also possible to arrange closed channels instead of the heat pipes 5, in which a highly thermally conductive medium can circulate and ensure effective heat distribution. The innovative use of a low-temperature solder and the fact that everything is connected by means of soldering connections that are easy to produce ensures a very high level of thermal conductivity.

Zum Ersten entfaltet sich die nützliche Wirkung nach Anspruch 1, 1, indem die erfindungsgemäße Lösung zur Integration von Peltier-Element 1, massiver Wärmespreiz-Platte 2 und Wärmerohr 5 führt. Deren Wärmeleitfähigkeit übertrifft den Stand der Technik von gut wärmeleitenden Keramikplatten um Faktor 12.First, the useful effect unfolds according to claim 1, 1 , by the solution according to the invention for the integration of Peltier element 1, massive heat spreader plate 2 and heat pipe 5 leads. Their thermal conductivity exceeds the state of the art of ceramic plates with good thermal conductivity by a factor of 12.

Zum Zweiten entfaltet sich die nützliche Wirkung, indem Niedertemperaturlot (z.B. Bi57.6Sn42Ag0.4) eine signifikant höhere Wärmeleitfähigkeit von typische 40 W/m*K gegenüber 10 W/m*K (Wärmeleitpaste) oder Wärmeleitkleber 5 W/m*K aufweist.Secondly, the useful effect unfolds in that low-temperature solder (e.g. Bi57.6Sn42Ag0.4) has a significantly higher thermal conductivity of typically 40 W/m*K compared to 10 W/m*K (thermal paste) or thermal adhesive 5 W/m*K.

Zum Dritten entfaltet sich die nützliche Wirkung, indem die Verlötung im Prinzip eine lösbare Verbindung herstellt, indem durch Temperaturanwendung über den Schmelzpunkt des Lotes (≈ 138°C) die Einzelteile wieder ohne Beeinträchtigung der Funktionalität separierbar sind. Für die Peltier-Elemente 1 werden Betriebstemperaturen von über 175 °C (Laird, TEC, Marlow) erlaubt. Damit wird ein Bauteilwechsel z.B. bei Ausfall oder Erreichen der Lebensdauer ermöglicht.Thirdly, the useful effect unfolds in that the soldering creates a detachable connection in that the individual parts can be separated again without impairing the functionality by applying temperatures above the melting point of the solder (≈ 138°C). Operating temperatures of over 175° C. (Laird, TEC, Marlow) are permitted for the Peltier elements 1 . This enables a component change, e.g. in the event of failure or when the service life has been reached.

Zum Vierten entfaltet sich die nützliche Wirkung vorteilhafterweise besonders gut, wenn mehrere zueinander in räumlicher Nähe angeordnete Peltier-Elemente 1, bei zeitlich versetztem Heizen und Kühlen über die integrierte gemeinsame Wärmespreiz-Platte Verlust-Wärme-Spitzen vermitteln.Fourth, the useful effect advantageously unfolds particularly well when several Peltier elements 1 arranged in close proximity to one another convey heat loss peaks with staggered heating and cooling via the integrated common heat spreader plate.

Zum Fünften entfaltet sich die nützliche Wirkung indem im Gegensatz zu vollflächigen Quadratic-Heatdiffuser das Einlassen von Wärmerohren in der Wärmespreiz-Platte die Gestaltung von Flächen erlaubt, welche für Durchbrüche 3 und 4zur Befestigung (Schrauben) oder elektrische Verbindungen geeignet sind.Fifth, the useful effect unfolds in that, in contrast to the full-surface quadratic heat diffuser, the letting of heat pipes into the heat spreader plate allows the design of surfaces which are suitable for openings 3 and 4 for fastening (screws) or electrical connections.

Zum Sechsten entfaltet sich die nützliche Wirkung indem je nach Auslegung die Miniaturisierung um mehr als den Faktor drei der üblichen Größe reduziert oder die verfügbare thermische Leistung bei gleichem Platzbedarf um mehr als den Faktor drei erhöht werden kann, d.h. die Leistungsdichte erhöht sich insgesamt um mehr als den Faktor drei.Sixth, the useful effect unfolds in that, depending on the design, the miniaturization can be reduced by more than a factor of three of the usual size or the available thermal power can be increased by more than a factor of three with the same space requirement, i.e. the power density increases by more than the factor of three.

Zum Siebenten entfaltet sich die nützliche Wirkung indem bei der Verlötung eine elastische Silikonmatte mit einem Negativabdruck der Gesamtanordnung verwendet wird, was insbesondere bei einem Feld von Peltier-Elementen 1 zu einer wesentlichen Aufwandsverringerung bei der Anfertigung führt.Seventh, the useful effect unfolds in that an elastic silicone mat with a negative impression of the overall arrangement is used during the soldering, which leads to a significant reduction in the effort involved in production, particularly in the case of a field of Peltier elements 1 .

Zum Achten entfaltet sich die nützliche Wirkung auch dann, wenn die Grundplatte 9 des Peltier-Elementes 1 aus einem anderen lötfähigen Material (z.B. Kupfer, Bronze) außer dem in Anspruch 1 genannten nicht oxydierenden Silber besteht. In diesem Fall ist zwar nicht die beste Performance verfügbar, aber es ergeben sich geringere Materialkosten. Die beste Performance ergibt sich, wenn sowohl die Grundplatte 9 als auch die Deckplatte des Peltier-Elementes 1 aus nicht oxydierendem Silber besteht.Eighth, the useful effect also unfolds when the base plate 9 of the Peltier element 1 consists of another solderable material (e.g. copper, bronze) apart from the non-oxidizing silver mentioned in claim 1. In this case, the best performance is not available, but the material costs are lower. The best performance results when both the base plate 9 and the cover plate of the Peltier element 1 are made of non-oxidizing silver.

Der wesentliche Lösungsansatz der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Erschließung der Lötfähigkeit von an sich aus dem Stand der Technik bekannten Peltier-Elementen 1, massiven Wärmespreiz-Platten und Wärmerohren. Die zur Lötung erforderliche Temperatur muss in dem Temperaturbereich zwischen der maximal zulässigen Betriebstemperatur von Peltier-Element 1 und Wärmerohr 5 einerseits und der Schmelztemperatur des Niedertemperaturlotes andererseits liegen. Die sich daraus ergebende lösbare Verbindung bietet die beschriebenen neuen vorteilhaften Merkmale. Von besonderem Vorteil ist die erhebliche Steigerung der Geschwindigkeit der PCR- bzw. mRNA-Analyse, indem das Kühlen und Heizen bei der Vervielfältigung der Probesubstanzen in kürzeren Zeitabständen bei genauerer Temperatursteuerung möglich ist. Zudem besteht hier erstmals die Möglichkeit von Durchkontaktierungen in den Quadratic - Heatdiffuser.The essential solution approach of the present device according to the invention consists in the development of the solderability of Peltier elements 1 known from the prior art, solid heat-spreading plates and heat pipes. The temperature required for soldering must be in the temperature range between the maximum permissible operating temperature of Peltier element 1 and heat pipe 5 on the one hand and the melting point of the low-temperature solder on the other. The resulting detachable connection offers the new advantageous features described. Of particular advantage is the significant increase in the speed of the PCR or mRNA analysis, as cooling and heating during the amplification of the sample substances is possible at shorter time intervals with more precise temperature control. In addition, for the first time there is the possibility of through-plating in the quadratic heat diffuser.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll an Hand der 1 in ihrer Wirkung näher erläutert werden.

  • 1 eine Vorrichtung mit einem Peltier-Element 1
  • 2 eine Vorrichtung mit mehreren Peltier-Elementen 1
Den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen stellt 1 dar. 1 zeigt eine Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen nach Anspruch 1 mit Ergänzungen nach den Ansprüchen 2 bis 7. Das Peltier-Element 1 besitzt eine Grundplatte 9 aus nicht oxydierendem Silber. Die Peltier-Element-Grundplatte ist per Lötung mit der Wärmespreiz-Platte 2 verbunden. Die Wärmespreiz-Platte 2 enthält Aussparungen zur Aufnahme von Wärmerohren 5 und 6 zur Verteilung der Abwärme des Peltier-Elementes 1 über die größere Fläche der Wärmespreiz-Platte 2. Zwischen den Wärmerohren 5 und 6 gibt es Flächen welche für Durchführungen 3 und 4 zur Befestigung oder Kontaktierungen auf die Gegenseite des Peltier-Elementes 1 genutzt werden können. Weitere Flächen zwischen den Wärmerohren 5 und 6 können für ggf. bei individuellen Applikationen erforderliche weitere Durchbrüche 7 reserviert werden. In 1 sind die Anschlussfahnen 8 des Peltier-Elementes 1 in der Nähe des Durchbruchs 4 dargestellt. Unterhalb des Peltier-Elementes 1 befinden sich die Wärmespreiz-Platte 2 und eine oder mehrere Wärme-Rohre 5, 6 in unmittelbarer Nähe, so dass diese Elemente in einem Lötvorgang miteinander eine lösbare Verbindung erhalten können.The device according to the invention is based on the 1 their effect will be explained in more detail.
  • 1 a device with a Peltier element 1
  • 2 a device with several Peltier elements 1
The schematic structure of the device according to the invention for accelerated, miniaturized cooling and heating 1 represent. 1 shows a device for accelerated, miniaturized cooling and heating according to claim 1 with supplements according to claims 2 to 7. The Peltier element 1 has a base plate 9 made of non-oxidizing silver. The Peltier element base plate is connected to the heat spreader plate 2 by soldering. The heat spreader plate 2 contains recesses for receiving heat pipes 5 and 6 for distributing the waste heat from the Peltier element 1 over the larger surface of the heat spreader plate 2. Between the heat pipes 5 and 6 there are surfaces for bushings 3 and 4 for attachment or contacts on the opposite side of the Peltier element 1 can be used. Additional areas between the heat pipes 5 and 6 can be reserved for additional openings 7 that may be required for individual applications. In 1 the terminal lugs 8 of the Peltier element 1 are shown in the vicinity of the opening 4. Below the Peltier element 1 are the heat spreader plate 2 and one or more heat pipes 5, 6 in the immediate vicinity, so that these elements can be connected to one another in a detachable manner in a soldering process.

Bei Bedarf kann die Erfindung und 6 skaliert werden, so dass mehrere Peltier-Elemente respektive ein Feld von Peltier-Elementen oberhalb des Verlaufes der Wärmerohre 5, 6 platziert werden können, wie in 2 gezeigt. Die Wärmespreiz-Platte 2 ihrerseits kann zur Abführung der Abwärme in klassischer Weise auf übliche bekannte Kühlkörper montiert werden.If necessary, the invention and 6 can be scaled so that several Peltier elements or a field of Peltier elements can be placed above the course of the heat pipes 5, 6, as in 2 shown. For its part, the heat spreader plate 2 can be mounted in a conventional manner on conventional, known heat sinks in order to dissipate the waste heat.

BezugszeichenlisteReference List

11
Peltier-ElementPeltier element
22
Wärmespreiz-Platteheat spreader plate
33
Durchbruch zur Befestigung und Kontaktierung zur GegenseiteBreakthrough for attachment and contacting to the opposite side
44
ein weiterer Durchbruch zur Befestigung und Kontaktierung zur Gegenseiteanother opening for fastening and contacting the other side
55
Wärmerohrheat pipe
66
weiteres Wärmerohranother heat pipe
77
Reservierter Platz für weitere Befestigungen und Kontaktierungen zur GegenseiteReserved space for further attachments and contacts to the opposite side
88th
Anschlussfahnen des Peltier-ElementesTerminal lugs of the Peltier element
99
Lötfähige Grundplatte des Peltier-ElementesSolderable base plate of the Peltier element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 000002535427 A2 [0004]EP 000002535427 A2 [0004]
  • EP 1090141 B1 [0006]EP 1090141 B1 [0006]
  • US 8671570 B2 [0007]US8671570B2 [0007]
  • DE 4329816 A1 [0008]DE 4329816 A1 [0008]
  • DE 202012009977 U1 [0009]DE 202012009977 U1 [0009]
  • WO 2006/123190 A1 [0010]WO 2006/123190 A1 [0010]
  • EP 1888797 A1 [0010]EP 1888797 A1 [0010]

Claims (7)

Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen in der Medizintechnik mittels eines Peltier-Elements (1) unter Verwendung einer Wärmespreiz-Platte dadurch gekennzeichnet, dass eine massive Wärmespreiz-Platte (2) unter dem Peltier-Element (1) angeordnet ist, in der Wärmespreiz-Platte (2) ein, zwei oder mehrere geschlossene Kanäle oder thermisch angekoppelte Wärmerohre (5) angeordnet sind, die Wärmespreiz-Platte (2) mittels eines Niedertemperaturlotes direkt mit einer Grundplatte des Peltier-Elementes verbunden ist, wobei die Wärmespreiz-Platte auf der heißen und/oder kalten Seite der Wärmespreizplatte aus nicht oxydierenden Silberplatten ausgebildet ist, oder die heißen oder kalten Plattenseiten mit nicht oxidierenden Silberschichten beschichtet ausgebildet sind und unter Ausschöpfung von zulässigen Temperaturgrenzen mittels einer Lötverbindung verbunden sind.Device for accelerated, miniaturized cooling and heating in medical technology by means of a Peltier element (1) using a heat spreader plate , characterized in that a massive heat spreader plate (2) is arranged under the Peltier element (1), in which Heat spreader plate (2) one, two or more closed channels or thermally coupled heat pipes (5) are arranged, the heat spreader plate (2) is connected directly to a base plate of the Peltier element by means of a low-temperature solder, the heat spreader plate on the hot and/or cold side of the heat spreader plate is made of non-oxidizing silver plates, or the hot or cold plate sides are coated with non-oxidizing silver layers and are connected by means of a soldered connection while exploiting permissible temperature limits. Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in räumlicher Nähe angeordnete Peltier-Elemente mit einer gemeinsamen massiven Wärmespreiz-Patte (2) per Lötverbindung verbunden sind.Device for accelerated, miniaturized cooling and heating claim 1 , characterized in that a plurality of Peltier elements arranged in close proximity are connected to a common solid heat-spreading plate (2) by a soldered connection. Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wärmespreiz-Patte Wärmerohre eingelassen sind, welche mittels einem Lötvorgang thermisch mit den Peltier-Elementen(1) und der Wärmespreiz-Patte angebunden angeordnet sind.Device for accelerated, miniaturized cooling and heating claim 1 or 2 , characterized in that heat pipes are embedded in the heat spreader plate and are arranged thermally connected to the Peltier elements (1) and the heat spreader plate by means of a soldering process. Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespreiz-Platte (2) zusätzliche Flächen aufweist, in welchen individuell wählbar Durchbrüche (3) mit und ohne Gewinde zur mechanischen Befestigung angeordnet sind.Device for accelerated, miniaturized cooling and heating claim 1 , characterized in that the heat spreader plate (2) has additional surfaces in which individually selectable openings (3) are arranged with and without a thread for mechanical attachment. Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespreiz-Platte (2) Flächen aufweist, in welche individuell wählbar Durchbrüche (4) zur elektrischen Kontaktierung von der Gegenseite angeordnet sind.Device for accelerated, miniaturized cooling and heating claim 1 , characterized in that the heat spreader plate (2) has surfaces in which individually selectable openings (4) are arranged for electrical contacting from the opposite side. Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionierung und dem Anpressen während des Lötvorganges eine elastische Silikonmatte anordenbar ausgebildet ist, welche einen Negativabdruck der Gesamtanordnung von Peltier-Elementen (1), Wärmespreiz-Platte (2) und ggf. den Durchbrüchen (3) für Befestigungselemente und/oder Durchbrüchen (4) für Kontaktierelemente5 enthält.Device for accelerated, miniaturized cooling and heating claim 1 , characterized in that an elastic silicone mat can be arranged for positioning and pressing during the soldering process, which forms a negative impression of the overall arrangement of Peltier elements (1), heat spreader plate (2) and, if necessary, the openings (3) for fastening elements and / or breakthroughs (4) for Kontaktierelemente5 contains. Vorrichtung zum beschleunigten, miniaturisierten Kühlen und Heizen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte des Peltier-Elementes (1) aus einem anderen lötfähigen Material als nicht oxydierendem Silber besteht.Device for accelerated, miniaturized cooling and heating claim 1 , characterized in that the base plate of the Peltier element (1) consists of a solderable material other than non-oxidizing silver.
DE102022109312.3A 2021-05-05 2022-04-14 Device for accelerated, miniaturized cooling and heating in medical technology Pending DE102022109312A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021111731.3 2021-05-05
DE102021111731 2021-05-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022109312A1 true DE102022109312A1 (en) 2022-11-10

Family

ID=83692534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022109312.3A Pending DE102022109312A1 (en) 2021-05-05 2022-04-14 Device for accelerated, miniaturized cooling and heating in medical technology

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022109312A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4329816A1 (en) 1992-09-08 1994-03-10 Agency Ind Science Techn Thermo-element plate with multi-layer structures - which contain numerous thermo-elements between insulating films
EP1090141B1 (en) 1999-04-08 2006-03-22 Analytik Jena AG Rapid heat block thermocycler
WO2006123190A1 (en) 2005-05-20 2006-11-23 Middlesex Silver Co. Limited Silver-copper-germanium alloy manufacturing
DE202012009977U1 (en) 2012-10-11 2012-12-13 Anke Hestermann de Boer Thermoelectric generator with temperature absorber
EP2535427A2 (en) 2006-05-17 2012-12-19 California Institute of Technology Thermal cycling system
US8671570B2 (en) 2010-01-20 2014-03-18 Pegatron Corporation Vapor chamber and method for manufacturing the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4329816A1 (en) 1992-09-08 1994-03-10 Agency Ind Science Techn Thermo-element plate with multi-layer structures - which contain numerous thermo-elements between insulating films
EP1090141B1 (en) 1999-04-08 2006-03-22 Analytik Jena AG Rapid heat block thermocycler
WO2006123190A1 (en) 2005-05-20 2006-11-23 Middlesex Silver Co. Limited Silver-copper-germanium alloy manufacturing
EP1888797A1 (en) 2005-05-20 2008-02-20 Middlesex Silver Co. Limited Silver-copper-germanium alloy manufacturing
EP2535427A2 (en) 2006-05-17 2012-12-19 California Institute of Technology Thermal cycling system
US8671570B2 (en) 2010-01-20 2014-03-18 Pegatron Corporation Vapor chamber and method for manufacturing the same
DE202012009977U1 (en) 2012-10-11 2012-12-13 Anke Hestermann de Boer Thermoelectric generator with temperature absorber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69401137T2 (en) Cooling arrangement for electrical power components
EP0009605B1 (en) Cooling structure for a semiconductor module
DE69826927T2 (en) Electronic power module and power device with it
DE10066442B4 (en) Semiconductor device with radiating structure
DE102008016960B4 (en) Power semiconductor device with a module attached therein
DE102017217537A1 (en) Power module with integrated cooling device
DE112007001364B4 (en) Semiconductor device and electrical device with such a semiconductor device
EP1652231A1 (en) Device comprising at least one heat source formed by a functional element that is to be cooled, at least one heat sink, and at least one intermediate layer located between the heat source and the heat sink and made of a thermally conducting material, and thermally conducting material, especially for use in such a device
EP0356745A1 (en) Heat transfer device
DE1589847B2 (en) SEMI-CONDUCTOR RECTIFIER ARRANGEMENT
EP2114113B1 (en) Printed Circuit Board and corresponding production method
EP1748484A2 (en) Cooling device for electronic components
DE102014201227A1 (en) Semiconductor device e.g. electro-mechanical control device for controlling motor used in vehicle, has first heat-conducting element that is laminated between metal element and second heat conducting elements
DE1255823B (en) Process for the production of cooling elements for electrical components from cooling plates arranged on a bolt perpendicular to the longitudinal axis, in particular for semiconductor power rectifiers and transistors
EP0881866B1 (en) Control device
DE60036932T2 (en) ELECTRONIC POWER MODULE AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A MODULE
EP2114116B1 (en) Hybrid cooling
DE102017203132A1 (en) power module
EP1220314B1 (en) Power Semiconductor Modul
DE102022109312A1 (en) Device for accelerated, miniaturized cooling and heating in medical technology
AT411126B (en) SEMICONDUCTOR MODULE
CH617535A5 (en)
DE102019115573B4 (en) Power electronic switching device and method of manufacture
DE102020127606B4 (en) Power electronic switching device with a heat-conducting device and method for its production
DE3722729A1 (en) HEATED STAMP

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative