EP3731969A1 - Laborgerätsystem und laborgerät zum erhitzen und kühlen von proben - Google Patents

Laborgerätsystem und laborgerät zum erhitzen und kühlen von proben

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EP3731969A1
EP3731969A1 EP19712963.8A EP19712963A EP3731969A1 EP 3731969 A1 EP3731969 A1 EP 3731969A1 EP 19712963 A EP19712963 A EP 19712963A EP 3731969 A1 EP3731969 A1 EP 3731969A1
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EP
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laboratory
heat
receiving element
sample receiving
laboratory device
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EP19712963.8A
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French (fr)
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EP3731969B1 (de
EP3731969C0 (de
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Stefan Peters
Dirk Seifferth
Achim STAPELFELDT
Uwe KÜLZ
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.)
Hans Heidolph GmbH and Co KG
Original Assignee
Hans Heidolph GmbH and Co KG
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Publication of EP3731969B1 publication Critical patent/EP3731969B1/de
Publication of EP3731969C0 publication Critical patent/EP3731969C0/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
    • B01F33/452—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using independent floating stirring elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0663—Whole sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1822—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L2300/1838—Means for temperature control using fluid heat transfer medium
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    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1838—Means for temperature control using fluid heat transfer medium
    • B01L2300/185—Means for temperature control using fluid heat transfer medium using a liquid as fluid

Definitions

  • the present invention relates to a laboratory apparatus system having a laboratory apparatus for treating a sample and to such a laboratory apparatus.
  • Such a laboratory device is, for example, a rotary evaporator for evaporating a substance mixture.
  • the mixture is provided in a rotary piston and is evaporated by supplying heat by means of a heating bath and a rotary movement of the piston under application of a negative pressure in the piston.
  • Another such laboratory device is for example a magnetic or Schurlocher.
  • the sample for example a liquid
  • a rod stirrer
  • Scblini and mixing equipment can be used for example in the invention.
  • mixing (or shaking and mixing) of the sample or a plurality of samples is achieved in that this is in periodic one-, two- or three-dimensional executed movements or such as rotating, vibrating, circular, tumbling or rocking movements.
  • the laboratory devices mentioned by way of example are therefore capable of effecting various movements of one or more samples and simultaneously supplying them with thermal energy.
  • the supply of electrical energy to both the heating device and to a drive initiating the movement or to other electrically operated components (for example a vacuum pump) provided in the laboratory device is necessary.
  • the object is achieved by a laboratory apparatus system according to claim 1 and a laboratory apparatus according to claim 13. Further developments of the invention are given below or in the subclaims. In this case, the laboratory device can also be further developed by the features of the laboratory apparatus system given below or in the subclaims, and vice versa, if this makes sense.
  • An inventive laboratory device system comprises at least one laboratory device and at least one sample receiving element and at least one heat transport device.
  • the heat transport device is used for supplying and / or removing heat. energy to or from the sample receiving element.
  • the heat transport device carries out a heat transfer between the sample receiving element and the laboratory device and / or a temperature control device provided outside the laboratory device and / or a heat and / or cooling source provided outside the laboratory device.
  • the heat transport may be directed towards or away from the sample, i. the sample can be heated and / or cooled.
  • the heat transport device also referred to as a heat transport system
  • the sample receiving element may each be either integral parts of the laboratory device (i.e., provided in or on the laboratory device), or they may be provided separately from the laboratory device.
  • tempering means “heating and / or cooling”.
  • the sample receiving member may be, for example, a container (eg, a plunger or beaker) for receiving a sample (eg, a liquid) and / or the sample receiving member may be, for example, a plate on which the sample or a container containing the sample is positioned can be.
  • a container eg, a plunger or beaker
  • the sample receiving member may be, for example, a plate on which the sample or a container containing the sample is positioned can be.
  • the laboratory device system it is possible, for example, to use a waste heat generated in the laboratory device itself for (pre) heating a sample and / or to heat a sample to be treated in the laboratory device by an external heating and / or cooling device ( eg by the waste heat of another La bor réelles) or to cool and / or the sample by heat exchange with eg the ambient air and / or a heating or cooling bath to heat or cool.
  • an external heating and / or cooling device eg by the waste heat of another La bor réelles
  • the sample by heat exchange with eg the ambient air and / or a heating or cooling bath to heat or cool.
  • the sample receiving element may be part of the laboratory device or may be provided outside the laboratory device.
  • heat can be added and / or removed to a sample positioned in or on the laboratory device, or a sample provided for the laboratory device in advance (ie before treatment in the laboratory device). Heat energy to be added and / or removed (eg for preheating) and / or the waste heat of the laboratory device for heating a provided outside of the laboratory device sample can be used.
  • the laboratory device further comprises a temperature control device for supplying or removing heat energy to or from a sample receiving element of the laboratory device.
  • a temperature control device for supplying or removing heat energy to or from a sample receiving element of the laboratory device.
  • the sample receiving element on which a sample or a container containing the sample is provided, directly, i. directly and with as little energy loss as possible, to heat or cool.
  • the sample receiving element is a plate, then this may either be designed as a tempering device itself, or a tempering device may be provided separately from the plate to temper it, wherein it preferably directly adjacent to the plate to allow the best possible transfer of energy.
  • the temperature control device of the laboratory device is a Peltier element, wherein the heat transport device to the Peltier element preferably heat energy and / or dissipates.
  • a Peltier element comprises two plates with semiconductors between them, with a temperature difference between the plates when the current flows through.
  • the Peltier element can be used both for heating and, in reverse flow direction, for cooling the sample receiving element. The effect of cooling or heating can be enhanced by cooling the warm side of the Peltier element or by heating the cold side of the Peltier element.
  • the heat supply or heat dissipation takes place through the heat transport device.
  • the heat transport device may comprise a fluid circuit, preferably a fluid circuit, which preferably further comprises a pump. So that can For example, thermal energy can be transported to or removed from the sample receiving element in a simple manner.
  • the heat transport device may also each comprise a gas inlet and outlet provided in the laboratory device and preferably further a gas passage provided in the laboratory device. This makes it possible, for example, to allow heat transfer by means of a gas flow (for example an air flow).
  • a gas flow for example an air flow
  • the heat transport device may also be a heat pipe, wherein the heat pipe is preferably arranged to have a local slope from a colder to a warmer place.
  • a heat pipe is a heat exchanger from a warm place to a cold place.
  • the working medium e.g., water or ammonia
  • the working medium e.g., water or ammonia
  • the resulting vapor flows in the heat pipe due to the resulting pressure gradient to the end of the heat pipe in communication with the cold location (heat sink), where it condenses again and thus gives off heat.
  • the re-liquefied working medium returns by gravity (thermosiphon) or by capillary forces (heat pipe) back to the point at which the heat is introduced.
  • the arrangement of the heat pipe in a gradient from the colder place to warmer place for the functioning of the heat transfer is important, ie that the heat pipe has a slope from the warmer to the colder place.
  • a kapillargetriebenem return transport of the working medium of the return transport can be supported by the arrangement of the heat pipe in a gradient of cold to warm, or prevented by reverse arrangement of the heat pipe (ie in a gradient from warmer to colder place back) by gravity in the worst case become.
  • a heat transfer from a drive element (ie, in particular an electrically operated component) of the device preferably a rotary drive and / or a pump and / or a compressor, to a sample receiving element of the laboratory device.
  • a drive element ie, in particular an electrically operated component
  • the (electrical) energy supplied to the laboratory device can be optimally utilized, since the waste heat of the motor is used to heat the sample and is thus not released unused to the environment.
  • the drive element of the device is thereby cooled, which prevents overheating of the drive element and / or increases its service life or service life.
  • the laboratory device system further comprises at least one sensor, preferably a temperature measuring device.
  • a current temperature in the device in particular in a sample, can be measured, and these can be compared, for example, with a desired temperature value.
  • the sample receiving element is a container which is preferably thermally insulated and / or comprises a tempering device. This makes it possible, for example, to reduce heat losses from a heated sample to the environment and / or to achieve better heat transfer into the sample (i.e., the medium).
  • the laboratory device comprises a magnetic stirrer and / or a rotary evaporator and / or a Scdazzlingi- and mixing device and / or an incubator and / or a freeze dryer or is designed as one of these devices.
  • At least the heat transport device is provided as a kit for retrofitting or retrofitting the laboratory device.
  • an already existing laboratory device can be retrofitted, for example with a heat transport device, so that the described above effects of the invention can also be achieved with an existing laboratory device.
  • An inventive laboratory device comprising at least one Probeneauele- ment and at least one heat transport device for supplying and / or dissipating heat energy to or from the sample receiving element, wherein by the heat transport device, a heat transfer between the Probenapplicationele- ment and the laboratory device and / or outside the Laboratory device provided tempering and / or provided outside of the laboratory device
  • the laboratory device in particular a magnetic stirrer, preferably comprises a Peltier element for tempering the sample receiving element, the heat transport device preferably being a heat pipe for supplying and / or removing heat to and from the Peltier element and the heat pipe is preferably arranged in this way is that it has a local gradient from a colder to a warmer place.
  • the heat transport device preferably being a heat pipe for supplying and / or removing heat to and from the Peltier element and the heat pipe is preferably arranged in this way is that it has a local gradient from a colder to a warmer place.
  • An inventive method is used for energy transport in a laboratory equipment system, wherein the laboratory equipment system comprises at least one laboratory device, at least one sample receiving element and at least one heat transport device for supplying and / or dissipating heat energy.
  • the method comprises a step of heat transport, ie the supply and / or discharge of heat energy, the heat transfer between the sample receiving element and the laboratory device, in particular a drive element and / or a temperature control device of the laboratory device, and / or between the sample receiving element and a tempering device provided outside the laboratory device and / or between the sample receiving element and a heat and / or cold source provided outside the laboratory device.
  • the heat transfer can also take place between the laboratory device and a temperature control device provided outside the laboratory device and / or between the laboratory device and a heat and / or cold source provided outside the laboratory device.
  • FIG. 1 is a schematic, partially sectional view of a magnetic stirrer according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic, partially sectional view of the magnetic stirrer shown in FIG. 1 according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic representation of a fluid circuit as a heat transport device according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 4a is a schematic side view of a magnetic stirrer with such a liquid circuit and FIG. 4b is a schematic sectional view of this magnetic stirrer and FIG
  • Fig. 5a is a schematic plan view of a magnetic stirrer with a heat
  • Fig. 5b shows a schematic sectional view of this magnetic stirrer.
  • An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. It comprises a housing 3 and a sample receiving element designed as a substrate plate 2 for positioning a sample, not shown in FIG. 1, which, for example, is stored in a sample container (eg a beaker) Liquid is.
  • a sample container eg a beaker
  • Liquid Liquid is.
  • a magnetic rod (stirring fish) is provided (not shown), which by means of a provided in the housing 3 of the magnetic stirrer 1 drive (not shown) is magnetically driven to a rotational movement.
  • the magnetic stirrer 1 (then also referred to as a heating stirrer) further comprises a heating device 8, which is arranged under the substrate plate 2 and is suitable for heating, preferably to heat to a predetermined desired temperature.
  • the housing 3 of the magnetic stirrer 1 has an air inlet opening 4 in order to allow an air inlet and to allow an air outlet opening 5 to an air outlet.
  • a chimney-shaped air passage 6 extending vertically from the inlet opening 4 upwards in the direction of the substrate plate 2 is provided.
  • Via second air passage 7, a continuous passage opening or a passage from the inlet opening 4 to the air outlet opening 5 is provided.
  • the drive ie when the drive provided in the housing 3 magnetically drives the rod provided in the sample container to a rotational movement, the drive generates heat.
  • the area inside the housing 3 is heated around the inlet opening 4, ie the air located there rises and rises due to their lower density in the chimney-shaped passage 6 upwards in the direction of the substrate plate 2 (chimney effect) and then passes through the second Air passage 7 and the air outlet opening 5 again from the housing 3.
  • the air flowing in through the air inlet opening 4 forms a first air stream L1 and the air emerging from the outlet opening 5 forms a second air stream L2.
  • the first air flow L1 has a lower temperature than the second air flow L2, ie, the heat generated by the drive in the direction of the substrate plate 2 and then out of the housing 3 is transported by the air flow inside the housing.
  • the drive is cooled, which increases its performance and service life.
  • the waste heat of the drive can be used, for example, to heat the substrate plate 2 and the sample arranged thereon.
  • the air flow inside the housing 3 adjusts itself due to the chimney effect, i. it does not have to be actively controlled and / or generated.
  • a passive heat transport device or a passive heat transport system is provided by the air flow.
  • the airflow may also be boosted, i. the air can e.g. actively injected into the air inlet opening 4 and / or sucked from the air outlet opening 5. It is also possible to cool or heat the air flow L1, i. cooled or heated air to flow into the inlet opening 4 or to initiate. As a result, the effect of cooling the drive or heating the substrate plate 2 can be further enhanced.
  • another gas or a gas flow L1 can also be used.
  • an air line for example a pipe 9 is provided.
  • the tube 9 is preferably in contact with the heater 8 and / or the substrate plate 2 via a high thermal conductivity material 10, and is made of a material having a high thermal conductivity, eg, a metal such as copper.
  • the heating device 8 of the magnetic stirrer 1 can also be designed as a tempering device, in particular as a Peltier element.
  • the Peltier element is suitable for generating a temperature difference between the upper plate (facing the substrate plate) and the lower plate (remote from the substrate plate) of the Peltier element when current flows through. If the substrate plate 2 is to be heated, the temperature of the upper (in this case, warm) plate of the Peltier element can be further increased by also heating the lower plate by the air flow conducted through the housing interior. As a result, the substrate plate can be heated faster and / or to a higher temperature. Similarly, a cooling effect can be enhanced and / or accelerated by cooling the lower plate of the Peltier element by the air flow.
  • Fig. 3 shows a second embodiment of a heat transport system (heat transport device) for use according to the invention in a laboratory apparatus, e.g. a magnetic stirrer.
  • the heat transport device shown in Fig. 3 is a fluid circuit, in particular a fluid circuit 20, with a conduit 21 for passing a liquid therethrough.
  • the conduit 21 connects a temperature control device 22, for example a heating device and / or a cooling device, in particular an electrically operated temperature control device, with a heat exchange device 23.
  • the heat exchange device 23 is in communication with a sample receiving element, not shown in FIG. 3 (eg, the substrate plate 2 of FIG Magnetic stirrer 1) and is adapted to carry out a heat exchange between the sample receiving element and the liquid of the liquid circuit 20.
  • the liquid circuit 20 may further comprise a liquid expansion and / or storage tank 25 integrated with the circuit formed by the conduit 21, the pump 24, the tempering device 22 and the heat exchange device 23.
  • the expansion and / or storage tank 25 is integrated downstream of the heat exchange device 23 in the circuit.
  • the liquid is heated by the tempering device 22 (ie it absorbs thermal energy, symbolized by the arrow 26) and then transported by the pump 24 through the conduit 21 to the heat exchange device 23 where the liquid absorbs its heat to the sample receiving element of the laboratory device (symbolized by the arrow 27) and thereby cools, with the sample receiving element heated by the heat absorbed.
  • the sample receiving element can be cooled by cooling the liquid in the tempering device 22 and then heating it in the heat exchange device 23 by supplying heat energy from the sample receiving element.
  • the liquid heated by the temperature control device 22 or in the heat exchange device 23 can also be brought into the vapor phase, i. be heated above its boiling point and the resulting vapor then on to the heat exchange device 23 and the tempering 22 and the expansion and / or storage tank 25 are passed.
  • the liquid or vapor may be stored and / or expanded in the expansion and / or storage vessel 25.
  • vapor refrigerant is thereby liquefied by expansion, ie increase in its volume.
  • the fluid or fluid circuit 20 may be provided in the laboratory apparatus itself (ie, integrally formed therewith) or it may be provided separately from the laboratory apparatus and thus form a laboratory apparatus system therewith.
  • the fluid or fluid circuit 20 can supply and / or remove heat energy.
  • the temperature control device 22 of the fluid or fluid circuit 20 for example, the waste heat of the drive of the magnetic stirrer
  • Fig. 4a and 4b an embodiment of a magnetic stirrer 1 with a Peltier element 11 for controlling the temperature of the substrate plate 2 is shown, wherein the Peltier element
  • FIG. 4a shows a rear view of the magnetic stirrer 1 with the housing 3.
  • an inlet opening 30 and an outlet opening 31 are provided for the line 21 of the liquid circuit.
  • 4b shows a sectional view of the magnetic stirrer 1.
  • the Peltier element 11 is surrounded by a material 12 with high thermal conductivity, for example aluminum or another metal.
  • the line of the liquid circuit runs from the inlet opening 30 through the material 12 with high thermal conductivity.
  • a first line section 2T extends inside the housing from the inlet opening 30 in the direction of the substrate plate 2 to a distance d to the latter.
  • a second, subsequent to the first line section 2T second line section 21 "of the liquid circuit runs parallel to the substrate plate below at a distance d to this by the good heat conducting material 12th
  • the lower (the substrate plate facing away) plate of the Peltier element 11 For heating or cooling of the substrate plate 2, the lower (the substrate plate facing away) plate of the Peltier element 11 through the line sections 2T, 21 "of the liquid cycle heat energy added or removed, with a good heat exchange between the material 12 with high thermal conductivity the line sections 2T, 21 "and the lower plate of the Peltier element 11 is ensured.
  • the Material 12 thus serves as a heat exchange device 23 in a fluid circuit 20 described above.
  • FIG. 5a and 5b show a further embodiment of a possible arrangement of a heat transport device in a magnetic stirrer 1.
  • Fig. 2b shows a
  • a drive not shown
  • a heat pipe 15 is provided, which is arranged substantially in a plane between the inner lower portion 13 of the housing 3 and the substrate plate 2 and tempering 8 and is in communication with cooling fins 19.
  • the cooling fins 19 are preferably in communication with the outside air outside the housing 3.
  • a layer 18 of high thermal conductivity material e.g., a metal layer.
  • an insulating layer 17 is provided above the heat pipe 15, i. to the substrate plate 2 and the tempering device 8.
  • FIG. 5a shows a plan view of the magnetic stirrer 1.
  • the heat pipe runs essentially in a plane parallel to the substrate plate 2 from a first end 15a of the heat pipe, which is in communication with the cooling fins 19, spirally substantially below the substrate plate 2 to towards a second end 15b of the heat pipe, wherein the heat pipe approaches a center of the substrate plate 2.
  • the cross sections 15 of the spiral-shaped heat pipe are shown as circles arranged next to one another.
  • the inner lower portion 13 is heated. Thermal energy is released from the inner lower region 13 to the heat pipe 15 and via the cooling fins 19 to the ambient air via the layer 15. Thereby, the inner lower portion 13 and thus the drive is cooled. Through the insulation layer 17 substantially no heat energy is delivered to the substrate plate 2 and the tempering device 8, which is advantageous in particular when the substrate plate 2 is cooled.
  • the heat pipe is not disposed in a plane, but has a uniform pitch from the second (warmer) end 15b to the first (colder) end 15a, which facilitates the return of the recondensed working fluid.
  • a heat transport device used for tempering the substrate plate can be used with a spiral course, which is preferably arranged directly below the substrate plate or within a medium with high thermal conductivity, which is in contact with the substrate plate.
  • the waste heat of a drive or electrically operated device provided in the laboratory device can be derived from the laboratory device by means of a heat transport device (air flow, fluid circuit or heat pipe) and supplied to a sample provided outside this and / or to a sample provided in another laboratory device. be led.
  • a heat transport device air flow, fluid circuit or heat pipe

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Abstract

Ein Laborgerätsystem umfasst zumindest ein Laborgerät (1), zumindest ein Probenaufnahmeelement (2) und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung (6, 7, 9,15, 20) zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von dem Probenaufnahmeelement (2). Durch die Wärmetransportvorrichtung erfolgt ein Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement (2) und dem Laborgerät (1) und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung (22) und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle.

Description

LABORGERÄTSYSTEM UND LABORGERÄT ZUM ERHITZEN UND KÜHLEN VON PROBEN
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laborgerätsystem mit einem Laborgerät zum Behandeln einer Probe und auf ein derartiges Laborgerät.
Ein solches Laborgerät ist beispielsweise ein Rotationsverdampfer zum Verdampfen eines Stoffgemischs. Das Gemisch ist dabei in einem Rotationskolben bereitgestellt und wird durch Wärmezufuhr mittels eines Heizbads und einer Rotationsbewegung des Kolbens unter Anlegen eines Unterdrucks in dem Kolben verdampft.
Ein weiteres derartiges Laborgerät ist beispielsweise ein Magnet- oder Heizrührer. In einem solchen Gerät wird die in einem Probenbehälter vorgesehene Probe (beispiels- weise eine Flüssigkeit) mittels einer Heizplatte erhitzt und gleichzeitig mittels eines sich in dem Probenbehälter drehenden Stäbchens (Rührfisch) durchmischt, indem die ses durch einen Antrieb des Magnetrührers magnetisch zu einer Rotationsbewegung angetrieben wird. Auch Schüttei- und Mischgeräte können beispielsweise bei der Erfindung zum Einsatz kommen. In einem Schüttei- und Mischgerät wird eine Durchmischung (bzw. Schütteln und Mischen) der Probe bzw. mehrerer Proben dadurch erzielt, dass diese in periodische ein-, zwei- oder dreidimensional ausgeführte Bewegungen versetzt wird bzw. werden, wie z.B. rotierende, vibrierende, kreisförmige, taumelnde oder wippende Be- wegungen. Zudem ist durch Anordnen des Geräts in einem Inkubator zugleich ein Be- heizen der Probe(n) möglich.
Die beispielhaft genannten Laborgeräte sind somit in der Lage, verschiedene Bewe- gungen einer bzw. in einer Probe zu bewirken und dieser gleichzeitig Wärmeenergie zuzuführen. Dabei ist in der Regel die Zufuhr elektrischer Energie sowohl zu der Heiz- vorrichtung als auch zu einem Antrieb der die Bewegung initiiert bzw. zu weiteren in dem Laborgerät vorgesehenen elektrisch betriebenen Komponenten (z.B. einer Vakuumpumpe) nötig.
Ferner kann es auch gewünscht sein, eine Probe in einem derartigen Laborgerät nicht nur zu heizen, sondern auch zu kühlen, d.h. Wärmeenergie von ihr abzuführen, beispielsweise als nachgeschalteten Prozess nach einem Heizvorgang und/oder zum Vermeiden unerwünschter, beispielsweise chemischer, Reaktionen in der Probe.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Laborgerätsystem bzw. ein verbessertes Laborgerät bereitzustellen, mit dem insbesondere eine bessere Nutzung der zugeführten, insbesondere elektrischen, Energie möglich ist und/oder das in der Lage ist, eine Probe wahlweise zu heizen und/oder zu kühlen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Laborgerätsystem gemäß Anspruch 1 und ein Laborgerät gemäß Anspruch 13. Weiterbildungen der Erfindung sind unten stehend bzw. in den Unteransprüchen angegeben. Dabei kann das Laborgerät auch durch die unten stehenden bzw. in den Unteransprüchen gegebenen Merkmale des Laborgerätsys- tems weitergebildet sein und umgekehrt, sofern dies sinnvoll ist.
Ein erfindungsgemäßes Laborgerätsystem umfasst zumindest ein Laborgerät sowie zumindest ein Probenaufnahmeelement und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung. Die Wärmetransportvorrichtung dient zum Zuführen und/oder Abführen von Wär- meenergie zu bzw. von dem Probenaufnahmeelement. Durch die Wärmetransportvorrichtung wird ein Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement und dem Laborgerät und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervor- richtung und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder 5 Kältequelle erfolgt.
Der Wärmetransport kann dabei zu der Probe hin oder von dieser weg gerichtet sein, d.h. die Probe kann geheizt und/oder gekühlt werden. Die Wärmetransportvorrichtung (auch als Wärmetransportsystem bezeichnet) und das Probenaufnahmeelement kön- 10 nen jeweils entweder integrale Bestandteile des Laborgeräts sein (d.h. in oder an dem Laborgerät vorgesehen sein), oder sie können separat von dem Laborgerät bereitgestellt sein. Generell ist mit„Temperieren“ gemeint„Heizen und/oder Kühlen“.
Das Probenaufnahmeelement kann beispielsweise ein Behälter (z.B. ein Kolben oder 15 ein Becherglas) zur Aufnahme einer Probe sein (z.B. eine Flüssigkeit) und/oder das Probenaufnahmeelement kann beispielsweise eine Platte bzw. Plattform sein, auf der die Probe oder ein die Probe enthaltender Behälter positioniert werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Laborgerätsystem ist es beispielsweise möglich, eine in ?0 dem Laborgerät selbst erzeugte Abwärme zum (Vor-) Heizen einer Probe zu nutzen und/oder eine in dem Laborgerät zu behandelnde Probe durch eine externe Heiz- und/oder Kühlvorrichtung zu heizen (z.B. auch durch die Abwärme eines anderen La borgeräts) bzw. zu kühlen und/oder die Probe durch Wärmeaustausch mit z.B. der Umgebungsluft und/oder einem Heiz- bzw. Kältebad zu heizen bzw. zu kühlen.
25
Das Probenaufnahmeelement kann dabei ein Teil des Laborgeräts sein oder außerhalb des Laborgeräts vorgesehen sein. So kann beispielsweise einer in bzw. auf dem Laborgerät positionierten Probe Wärme zu- und/oder abgeführt werden, oder einer für das Laborgerät vorgesehenen Probe vorab (d.h. vor Behandlung in dem Laborgerät) Wärmeenergie zu- und/oder abgeführt werden (z.B. zum Vorwärmen) und/oder die Abwärme des Laborgeräts zum Heizen einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Probe genutzt werden.
Vorzugsweise umfasst das Laborgerät weiter eine Temperiervorrichtung zum Zu- bzw. Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von einem Probenaufnahmeelement des Laborgeräts. Dadurch ist es beispielsweise möglich, das Probenaufnahmeelement, auf dem eine Probe bzw. ein die Probe enthaltender Behälter vorgesehen ist, direkt, d.h. unmittelbar und mit möglichst wenig Energieverlust, zu heizen bzw. zu kühlen. Wenn das Probenaufnahmeelement eine Platte ist, so kann diese entweder selbst als Temperiervorrichtung ausgebildet sein, oder eine Temperiervorrichtung kann separat von der Platte vorgesehen sein um diese zu temperieren, wobei sie vorzugsweise direkt an die Platte angrenzt um einen möglichst guten Energieübertrag zu ermöglichen.
Weiter bevorzugt ist die Temperiervorrichtung des Laborgeräts ein Peltier-Element, wobei die Wärmetransportvorrichtung dem Peltier-Element vorzugsweise Wärmeenergie zu- und/oder abführt. Ein Peltier-Element umfasst zwei Platten mit dazwischen vorgesehenen Halbleitern, wobei sich zwischen den Platten bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz einstellt. Das Peltier-Element kann sowohl zum Heizen als auch, bei Stromrichtungsumkehr, zum Kühlen des Probenaufnahmeelements verwendet werden. Der Effekt des Kühlens bzw. Heizens kann durch Kühlen der warmen Seite des Peltier-Elements bzw. durch Wärmen der kalten Seite des Peltier-Elements noch verstärkt werden. Die Wärmezufuhr bzw. Wärmeabfuhr erfolgt dabei durch die Wär- metransportvorrichtung. Somit ist es beispielsweise auf einfache Art und Weise möglich, eine in dem Laborgerät angeordnete Probe wahlweise zu heizen oder zu kühlen, wobei durch die Wärmetransportvorrichtung bei einem Wechsel von Heizen zu Kühlen Wärmeenergie schnell von der Probe abgeführt werden kann bzw. bei einem Wechsel von Kühlen zu Heizen schnell Wärmeenergie zugeführt werden kann.
Die Wärmetransportvorrichtung kann einen Fluidkreislauf, vorzugsweise einen Flüssigkeitskreislauf, umfassen, der vorzugsweise weiter eine Pumpe aufweist. Damit kann beispielsweise auf einfache Art und Weise Wärmeenergie zu dem Probenaufnahme- element transportiert bzw. von diesem abtransportiert werden.
Alternativ kann die Wärmetransportvorrichtung auch jeweils einen in dem Laborgerät vorgesehenen Gaseinlass und Gasauslass umfassen und vorzugsweise weiter einen in dem Laborgerät vorgesehenen Gasdurchlass. Dadurch ist es beispielsweise möglich, durch einen Gasstrom (z.B. einen Luftstrom) einen Wärmetransport zu ermögli- chen.
Alternativ kann die Wärmetransportvorrichtung auch ein Wärmerohr sein, wobei das Wärmerohr vorzugsweise so angeordnet ist, dass es ein örtliches Gefälle von einem kälteren zu einem wärmeren Ort hin aufweist. Ein Wärmerohr ist ein Wärmeübertrager von einem warmen Ort zu einem kalten Ort. An dem warmen Ort (Wärmequelle) verdampft das in dem Wärmerohr enthaltene Arbeitsmedium (z.B. Wasser oder Ammoniak). Der so entstandene Dampf strömt in dem Wärmerohr aufgrund des dadurch entstehenden Druckgefälles zu dem mit dem kalten Ort (Wärmesenke) in Verbindung stehenden Ende des Wärmerohres, wo er wieder kondensiert und so Wärme abgibt. Das wiederverflüssigte Arbeitsmedium kehrt durch Schwerkraft (Thermosiphon) bzw. durch Kapillarkräfte (Heatpipe) wieder zurück zu der Stelle, an der die Wärme eingeleitet wird.
Insbesondere bei einem schwerkraftgetriebenem Rücktransport des Arbeitsmediums ist die Anordnung des Wärmerohrs in einem Gefälle von dem kälteren Ort zum wärmeren Ort hin für das Funktionieren des Wärmetransportes wichtig, d.h. dass das Wärmerohr eine Steigung von dem wärmeren zum kälteren Ort hin aufweist. Bei einem kapillargetriebenem Rücktransport des Arbeitsmediums kann der Rücktransport durch die Anordnung des Wärmerohres in einem Gefälle von kalt zu warm unterstützt werden, bzw. durch entgegengesetzte Anordnung des Wärmerohres (d.h. in einem Gefälle vom wärmeren zum kälteren Ort hin) der Rücktransport durch die Schwerkraft schlimmstenfalls verhindert werden. Vorzugsweise erfolgt durch die Wärmetransportvorrichtung ein Wärmetransport von einem Antriebselement (d.h. insbesondere eine elektrisch betriebene Komponente) der Vorrichtung, vorzugsweise einem Rotationsantrieb und/oder einer Pumpe und/oder einem Kompressor, zu einem Probenaufnahmeelement des Laborgeräts. Dadurch kann beispielsweise die dem Laborgerät zugeführte (elektrische) Energie optimal genutzt werden, da die Abwärme des Motors zum Erwärmen der Probe verwendet wird und somit nicht ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Zudem wird dadurch das An- triebselement der Vorrichtung gekühlt, was einem Überhitzen des Antriebselements vorbeugt und/oder dessen Lebens- bzw. Nutzungsdauer erhöht.
Vorzugsweise umfasst das Laborgerätsystem weiter zumindest einen Sensor, vor- zugsweise eine Temperaturmesseinrichtung. Damit kann beispielsweise eine aktuelle Temperatur in der Vorrichtung, insbesondere in einer Probe, gemessen werden und diese beispielsweise mit einem Soll-Temperaturwert verglichen werden. Insbesondere ist es damit auch möglich den Wärmetransport über die Wärmetransportvorrichtung sensorgesteuert, vorzugsweise automatisch, durchzuführen.
Vorzugsweise ist das Probenaufnahmeelement ein Behälter, der vorzugsweise thermisch isoliert ist und/oder eine Temperiervorrichtung umfasst. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Wärmeverluste von einer beheizten Probe an die Umgebung zu verringern und/oder einen besseren Wärmeübertrag in die Probe (d.h. das Medium) zu erzielen.
Vorzugsweise umfasst das Laborgerät einen Magnetrührer und/oder einen Rotationsverdampfer und/oder ein Schüttei- und Mischgerät und/oder einen Inkubator und/oder einen Gefriertrockner bzw. ist als eines dieser Geräte ausgebildet.
Vorzugsweise ist zumindest die Wärmetransportvorrichtung als Aus- oder Nachrüstsatz für das Laborgerät bereitgestellt. Damit kann ein bereits vorhandenes Laborgerät beispielsweise mit einer Wärmetransportvorrichtung nachgerüstet werden, so dass die oben beschriebenen Effekte der Erfindung auch mit einem bereits vorhandenen Labor- gerät erzielt werden können.
Ein erfindungsgemäßes Laborgerät umfassend zumindest ein Probenaufnahmeele- ment und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung zum Zuführen und/oder Abfüh- ren von Wärmeenergie zu bzw. von dem Probenaufnahmeelement, wobei durch die Wärmetransportvorrichtung ein Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeele- ment und dem Laborgerät und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen
Wärme- und/oder Kältequelle erfolgt. Damit sind die oben in Bezug auf das erfindungs- gemäße Laborgerätsystem beschriebenen Wirkungen auch mit einem Laborgerät erzielbar, d.h. wenn die Wärmetransportvorrichtung und das Probenaufnahmeelement integrale Bestandteile des Laborgeräts sind.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Laborgerät, insbesondere ein Magnetrührer, ein Peltier-Element zum Temperieren des Probenaufnahmeelements, wobei die Wärmetransportvorrichtung vorzugsweise ein Wärmerohr ist zum Zu- und/oder Abführen von Wärme zu bzw. von dem Peltier-Element und wobei das Wärmerohr vorzugsweise so angeordnet ist, dass es ein örtliches Gefälle von einem kälteren zu einem wärmeren Ort hin aufweist. Somit ist es beispielsweise möglich, eine Substratplatte (Probenaufnahmeelement) des Magnetrührers wahlweise zu beheizen und/oder zu kühlen und bei einem Wechsel zwischen Heizen und Kühlen (oder umgekehrt) Wärme schnell abzuführen (bzw. zuzuführen).
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Energietransport in einem Laborgerätsystem, wobei das Laborgerätsystem zumindest ein Laborgerät, zumindest ein Probenaufnahmeelement und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie umfasst. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Wärmetransports, d.h. des Zu- und/oder Abführens von Wärmeenergie, wobei der Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement und dem Laborgerät, insbesondere einem Antriebselement und/oder einer Temperiervorrichtung des Laborgeräts, und/oder zwischen dem Probenaufnahmeelement und einer außerhalb des Laborge- räts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder zwischen dem Probenaufnahme- element und einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kälte- quelle erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmetransport auch zwischen dem Laborgerät und einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder zwischen dem Laborgerät und einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgen.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Be- Schreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Dabei kann das Verfahren auch durch die mit Bezug auf die Vorrichtungen beschriebenen Merkmale weitergebildet sein.
Fig, 1 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Magnetrüh- rers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 ist eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Magnetrührers gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitskreislaufs als Wärmetransportvorrichtung gemäße einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4a ist eine schematische Seitenansicht eines Magnetrührers mit einem derartigen Flüssigkeitskreislauf und Fig. 4b eine schematische Schnittansicht dieses Mag- netrührers und
In Fig. 5a ist eine schematische Draufsicht auf einen Magnetrührer mit einer Wär
metransportvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 5b zeigt eine schematische Schnittansicht dieses Magnetrührers. Im Folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das in Fig. 1 dargestellte Laborgerät ist ein Magnetrührer 1. Er umfasst ein Gehäuse 3 und ein als Substratplatte 2 ausgebildetes Probenaufnahmeelement zum Positionieren einer in Fig. 1 nicht gezeigten Probe darauf, welche beispiels- weise eine in einem Probenbehälter (z.B. einem Becherglas) bevorratete Flüssigkeit ist. In dem Probenbehälter ist ein magnetisches Stäbchen (Rührfisch) vorgesehen (nicht gezeigt), welches mittels eines in dem Gehäuse 3 des Magnetrührers 1 vorgesehenen Antriebs (nicht gezeigt) magnetisch zu einer Rotationsbewegung antreibbar ist. Optional umfasst der Magnetrührer 1 (dann auch als Heizrührer bezeichnet) weiter eine Heizvorrichtung 8, welche unter der Substratplatte 2 angeordnet ist und dazu geeignet ist diese zu Heizen, vorzugsweise zu einer vorbestimmten Soll-Temperatur aufzuheizen. Das Gehäuse 3 des Magnetrührers 1 weist eine Lufteintrittsöffnung 4 auf um einen Lufteintritt zu erlauben und eine Luftaustrittsöffnung 5 um einen Luftaustritt zu erlauben. Ausgehend von der Lufteintrittsöffnung 4 ist ein kaminförmiger, sich vertikal von der Eintrittsöffnung 4 nach oben in Richtung der Substratplatte 2 erstreckender Luftdurchlass 6 vorgesehen. Über einen zweiten Luftdurchlass 7 wird eine durchgängige Durchlassöffnung bzw. ein Durchgang von der Eintrittsöffnung 4 zur Luftaustrittsöffnung 5 bereitgestellt.
Im Betrieb des Magnetrührers, d.h. wenn der in dem Gehäuse 3 vorgesehene Antrieb das in dem Probenbehälter vorgesehene Stäbchen magnetisch zu einer Rotationsbe- wegung antreibt, erzeugt der Antrieb Wärme. Dadurch wird der Bereich innerhalb des Gehäuses 3 um die Eintrittsöffnung 4 erwärmt, d.h. die sich dort befindliche Luft erwärmt sich und steigt aufgrund ihrer geringeren Dichte in dem kaminförmigen Durch lass 6 nach oben in Richtung der Substratplatte 2 (Kamineffekt) und tritt dann durch den zweiten Luftdurchlass 7 und die Luftaustrittsöffnung 5 wieder aus dem Gehäuse 3 aus. Die durch die Lufteintrittsöffnung 4 nachströmende Luft bildet einen ersten Luftstrom L1 und die aus der Austrittsöffnung 5 austretende Luft einen zweiten Luftstrom L2. Der erste Luftstrom L1 hat eine geringere Temperatur als der zweite Luftstrom L2, d.h. durch den Luftstrom im Inneren des Gehäuses wird die vom Antrieb erzeugte Wärme in Richtung der Substratplatte 2 und dann aus dem Gehäuse 3 heraus transportiert. Somit wird der Antrieb gekühlt, was dessen Leistungsfähigkeit und Lebens- dauer erhöht. Andererseits kann die Abwärme des Antriebs z.B. genutzt werden um die Substratplatte 2 und die darauf angeordnete Probe zu wärmen.
Der Luftstrom im Inneren des Gehäuses 3 stellt sich dabei aufgrund des Kamineffekts selbst ein, d.h. er muss nicht aktiv gesteuert und/oder erzeugt werden. Somit ist durch den Luftstrom eine passive Wärmetransportvorrichtung bzw. ein passives Wär- metransportsystem bereitgestellt.
Alternativ kann der Luftstrom auch verstärkt werden, d.h. die Luft kann z.B. aktiv in die Lufteinlassöffnung 4 eingeblasen und/oder aus der Luftaustrittsöffnung 5 angesaugt werden. Es ist auch möglich, den Luftstrom L1 zu kühlen oder zu heizen, d.h. gekühlte bzw. erwärmte Luft in die Eintrittsöffnung 4 einströmen zu lassen bzw. einzuleiten. Dadurch kann der Effekt des Kühlens des Antriebs bzw. des Heizens der Substrat- platte 2 weiter verstärkt werden. Alternativ zu Luft kann auch ein anderes Gas bzw. ein Gasstrom L1 verwendet werden.
In einer in Fig. 2 gezeigten Weiterbildung des Magnetrührers 1 ist anstelle des mit Be- zug auf Fig. 1 beschriebenen zweiten Luftdurchlasses 7 eine Luftleitung, beispiels- weise ein Rohr 9, vorgesehen. Das Rohr 9 steht vorzugsweise über ein Material 10 mit hoher Wärmeleitfähigkeit in Verbindung mit der Heizvorrichtung 8 und/oder der Substratplatte 2 und ist aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, z.B. einem Metall wie beispielsweise Kupfer gefertigt. Dadurch kann der Effekt des Heizens der Substratplatte durch Nutzen der Abwärme des Antriebs noch verstärkt werden. In einer in den Figuren nicht gezeigten Weiterbildung der Erfindung kann die Heizvor- richtung 8 des Magnetrührers 1 auch als eine Temperiervorrichtung, insbesondere als ein Peltier-Element ausgebildet sein. Somit ist es möglich die Substratplatte 2 und dadurch die darauf angeordnete Probe nicht nur zu heizen, sondern auch zu kühlen.
Das Peltier-Element ist dabei dazu geeignet, bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz zwischen der oberen (der Substratplatte zugewandten) Platte und der unteren (der Substratplatte abgewandten) Platte des Peltier-Elements zu erzeugen. Wenn die Substratplatte 2 geheizt werden soll, so kann die Temperatur der oberen (in diesem Falle warmen) Platte des Peltier-Elements weiter erhöht werden, indem die untere Platte durch den durch das Gehäuseinnere geleiteten Luftstrom ebenfalls erwärmt wird. Dadurch kann die Substratplatte schneller und/oder auf eine höhere Temperatur beheizt werden. Analog dazu kann ein Kühleffekt dadurch verstärkt und/oder beschleunigt werden, dass die untere Platte des Peltier-Elements durch den Luftstrom gekühlt wird.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Wärmetransportsystems (Wärmetransportvorrichtung) für den erfindungsgemäßen Einsatz in einem Laborgerät, z.B. einem Magnetrührer. Die in Fig. 3 gezeigte Wärmetransportvorrichtung ist ein Fluidkreislauf, insbesondere ein Flüssigkeitskreislauf 20, mit einer Leitung 21 zum hindurch Leiten einer Flüssigkeit. Die Leitung 21 verbindet eine Temperiervorrichtung 22, beispielsweise eine Heizvorrichtung und/oder eine Kühlvorrichtung, insbesondere eine elektrisch betriebenen Temperiervorrichtung, mit einer Wärmeaustauschvorrichtung 23. Die Wärmeaustauschvorrichtung 23 steht in Verbindung mit einem in Fig. 3 nicht gezeigten Probenaufnahmeelement (z.B, die Substratplatte 2 eines Magnetrührers 1) und ist dazu geeignet, einen Wärmeaustausch zwischen dem Probenaufnahmeelement und der Flüssigkeit des Flüssigkeitskreislaufs 20 durchzuführen.
Mittels einer in der Leitung 21 vorgesehenen Pumpe 24 wird die Flüssigkeit (Heiz- und/oder Kühlmittel), beispielsweise Wasser, in einem Kreislauf innerhalb der Leitung 21 zwischen der Temperiervorrichtung 22 und der Wärmeaustauschvorrichtung (Wär- meübertrager) 23 transportiert. Optional kann der Flüssigkeitskreislauf 20 noch einen Expansions- und/oder Speicherbehälter 25 für die Flüssigkeit umfassen, der in den von der Leitung 21 , der Pumpe 24, der Temperiervorrichtung 22 und der Wärmeaustauschvorrichtung 23 gebildeten Kreislauf integriert ist. Der Expansions- und/oder Speicherbehälter 25 ist dabei stromabwärts von der Wärmeaustauschvorrichtung 23 in den Kreislauf integriert.
Zum Heizen des Probenaufnahmeelements des Laborgeräts wird die Flüssigkeit durch die Temperiervorrichtung 22 erwärmt (d.h. sie nimmt Wärmeenergie auf, was durch den Pfeil 26 symbolisiert ist) und dann mittels der Pumpe 24 durch die Leitung 21 zu der Wärmeaustauschvorrichtung 23 transportiert, wo die Flüssigkeit ihre Wärme an das Probenaufnahmeelement des Laborgeräts abgibt (symbolisiert durch den Pfeil 27) und dadurch abkühlt, wobei sich das Probenaufnahmeelement durch die aufgenom- mene Wärme erwärmt. Ebenso kann das Probenaufnahmeelement gekühlt werden, indem die Flüssigkeit in der Temperiervorrichtung 22 gekühlt wird und dann in der Wärmeaustauschvorrichtung 23 durch Zufuhr von Wärmeenergie von dem Probenauf- nahmeelement erwärmt wird.
Dabei kann die durch die Temperiervorrichtung 22 bzw. in der Wärmeaustauschvorrichtung 23 erwärmte Flüssigkeit auch in die dampfförmige Phase gebracht, d.h. über ihren Siedepunkt erhitzt werden und der so entstehende Dampf dann weiter zu der Wärmeaustauschvorrichtung 23 bzw. der Temperiervorrichtung 22 bzw. dem Expansi- ons- und/oder Speicherbehälter 25 geleitet werden.
Optional kann die Flüssigkeit bzw. der Dampf nach dem Abgeben bzw. Aufnahmen von Wärmeenergie in der Wärmaustauschvorrichtung 23 in dem Expansions- und/oder Speicherbehälter 25 gespeichert und/oder expandiert werden. Insbesondere wird dampfförmiges Kühlmittel dabei durch Expansion, d.h. Zunahme seines Volumens, wieder verflüssigt. Der Fluid- oder Flüssigkeitskreislauf 20 kann in dem Laborgerät selbst vorgesehen sein (d.h. integral mit diesem gebildet sein) oder er kann separat von dem Laborgerät bereitgestellt sein und so mit diesem ein Laborgerätsystem bilden. Beispielsweise kann der Fluid- oder Flüssigkeitskreislauf 20 anstelle des mit Bezug auf Fig. 1 und 2 gezeigten Luftstroms der Substratplatte 2 und/oder einer in dem Magnetrührer vorgesehene Temperiervorrichtung 8, insbesondere ein Peltier-Element, Wärmeenergie zu- und/oder abführen. Anstelle der Temperiervorrichtung 22 des Fluid- bzw. Flüssigkeitskreislaufs 20 kann beispielsweise auch die Abwärme des Antriebs des Magnetrührers
I zum Beheizen der Flüssigkeit in der Leitung 21 des Kreislaufs verwendet werden.
In Fig. 4a und 4b ist ein Ausführungsbeispiel eines Magnetrührers 1 mit einem Peltier- Element 11 zum Temperieren der Substratplatte 2 gezeigt, wobei dem Peltier-Element
I I mittels eines oben beschriebenen Flüssigkeitskreislaufs durch Leitungen 21 Wärmeenergie zu- oder abgeführt wird. Fig. 4a zeigt dabei eine Rückansicht des Magnetrührers 1 mit dem Gehäuse 3. In dem Gehäuse 3 sind eine Eingangsöffnung 30 und eine Ausgangsöffnung 31 für die Leitung 21 des Flüssigkeitskreislaufs vorgesehen. Fig. 4b zeigt eine Schnittansicht des Magnetrührers 1. Das Peltier-Element 11 ist von einem Material 12 mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium oder ein anderes Metall, umgeben. Die Leitung des Flüssigkeitskreislaufs verläuft von der Eintrittsöffnung 30 durch das Material 12 mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Ein erster Leitungsabschnitt 2T verläuft im Gehäuseinneren von der Eintrittsöffnung 30 in Richtung der Substratplatte 2 bis zu einem Abstand d zu dieser. Ein zweiter, an den ersten Leitungsabschnitt 2T anschließender zweiter Leitungsabschnitt 21" des Flüssigkeitskreislaufs verläuft parallel zu der Substratplatte unterhalb in einem Abstand d zu dieser durch das gut wärmeleitende Material 12.
Zum Heizen bzw. Kühlen der Substratplatte 2 wird der unteren (der Substratplatte abgewandten) Platte des Peltier-Elements 11 durch die Leitungsabschnitte 2T, 21 " des Flüssigkeitskreislaufs Wärmeenergie zu- bzw. abgeführt, wobei durch das Material 12 mit hoher Wärmeleitfähigkeit ein guter Wärmeaustausch zwischen den Leitungsabschnitten 2T, 21" und der unteren Platte des Peltier-Elements 11 gewährleistet ist. Das Material 12 dient somit als Wärmeaustauschvorrichtung 23 in einem oben beschriebenen Fluid- bzw. Flüssigkeitskreislauf 20.
Fig. 5a und 5b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnungsmöglichkeit einer Wärmetransportvorrichtung in einem Magnetrührer 1. Fig. 2b zeigt eine
Schnittansicht des Magnetrührers 1 , welcher eine Substratplatte 2 umfasst und eine optional unter dieser angeordnete Temperiervorrichtung 8, sowie ein Gehäuse 3. In einem inneren unteren Bereich 13 des Gehäuses 3 ist ein nicht gezeigter Antrieb vorgesehen. Als Wärmetransportvorrichtung ist ein Wärmerohr 15 vorgesehen, welches im Wesentlichen in einer Ebene zwischen dem inneren unteren Bereich 13 des Gehäuses 3 und der Substratplatte 2 und Temperiervorrichtung 8 angeordnet ist und mit Kühlrippen 19 in Verbindung steht. Die Kühlrippen 19 stehen vorzugsweise mit der Außenluft außerhalb des Gehäuses 3 in Verbindung. Zwischen dem Wärmerohr 15 und dem in- neren unteren Bereich 13 ist eine Schicht 18 eines Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z.B. eine Metallschicht) vorgesehen. Oberhalb des Wärmerohrs 15, d.h. zu der Substratplatte 2 und der Temperiervorrichtung 8 hin, ist eine Isolierschicht 17 vorgesehen.
Fig. 5a zeigt eine Draufsicht auf den Magnetrührer 1. Das Wärmerohr verläuft dabei im Wesentlichen in einer Ebene parallel zu der Substratplatte 2 von einem ersten Ende 15a des Wärmerohrs, welches mit den Kühlrippen 19 in Verbindung steht, spiralförmig im Wesentlichen unter der Substratplatte 2 bis hin zu einem zweiten Ende 15b des Wärmerohres, wobei sich das Wärmerohr einem Mittelpunkt der Substratplatte 2 annähert. In Fig. 5b sind die Querschnitte 15 des spiralförmigen Wärmerohres als nebenei- nander angeordnete Kreise gezeigt.
Durch die Abwärme des Antriebs wird der innere untere Bereich 13 erwärmt. Über die Schicht 15 wird Wärmeenergie von dem inneren unteren Bereich 13 an das Wärmerohr 15 und über die Kühlrippen 19 an die Umgebungsluft abgegeben. Dadurch wird der innere untere Bereich 13 und somit der Antrieb gekühlt. Durch die Isolationsschicht 17 wird im Wesentlichen keine Wärmeenergie an die Substratplatte 2 und die Tempe- riervorrichtung 8 abgegeben, was insbesondere bei einem Kühlen der Substratplatte 2 vorteilhaft ist.
Vorzugsweise ist das Wärmerohr nicht in einer Ebene angeordnet, sondern weist von dem zweiten (wärmeren) Ende 15b zu dem ersten (kälteren) Ende 15a hin eine gleich- mäßige Steigung auf, was den Rücktransport des wieder kondensierten Arbeitsmedi- ums erleichtert.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können auch beliebig miteinander kombiniert werden, soweit dies sinnvoll ist. So kann beispielsweise eine zum Temperieren der Substratplatte verwendete Wärmetransportvorrichtung (Luftstrom, Flüssigkeitskreislauf oder Wärmerohr) mit einem spiralförmigen Verlauf verwendet werden, die vorzugsweise direkt unterhalb der Substratplatte angeordnet ist oder innerhalb eines Mediums mit hoher Wärmeleitfähigkeit, das in Kontakt zu der Substratplatte steht.
Ferner ist es beispielsweise auch möglich, eine außerhalb des Laborgeräts vorgese- hene Probe zu temperieren, insbesondere (vor) zu heizen. So kann beispielsweise die Abwärme eines in dem Laborgerät vorgesehenen Antriebs bzw. elektrisch betriebenen Vorrichtung mittels einer Wärmetransportvorrichtung (Luftstrom, Flüssigkeitskreislauf oder Wärmerohr) aus dem Laborgerät abgeleitet und einer außerhalb dieses vorgese- hener Probe und/oder einer in einem anderen Laborgerät vorgesehenen Probe zuge- führt werden.
Auch wenn die Erfindung am Beispiel eines Magnetrührers beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Weitere Laborgeräte, in denen ein Wärmetransport durch eine der oben beschriebenen Wärmetransportvorrichtungen erfolgen kann, sind z.B. Rotationsverdampfer und Schüttei- und Mischgeräte. Anstatt die Abwärme eines An- triebs des Magnetrührers zum magnetischen Antreiben eines Rührfisches zu einer Ro- tationsbewegung in der Probe zu nutzen (z.B. zum Heizen der Probe), kann bei ande- ren Laborgeräten die Abwärme entsprechender elektrisch betriebener Komponenten (z.B. Rotationsantriebs oder Vakuumpumpe eines Rotationsverdampfers) verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Laborgerätsystem, umfassend zumindest ein Laborgerät (1) sowie zumindest ein Probenaufnahmeelement (2) und zumindest eine Wärmetransportvorrichtung (6, 7, 9, 15, 20) zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von dem Probenaufnahmeelement (2),
wobei durch die Wärmetransportvorrichtung ein Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement (2) und dem Laborgerät (1 ) und/oder einer außerhalb des La- borgeräts vorgesehenen Temperiervorrichtung (22) und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgt.
2. Laborgerätsystem nach Anspruch 1 , wobei das Probenaufnahmeelement (2) ein Teil des Laborgeräts (1) ist.
3. Laborgerätsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Laborgerät (1) weiter eine Temperiervorrichtung (8) zum Zu- bzw. Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von einem Probenaufnahmeelement (2) des Laborgeräts (1) umfasst.
4. Laborgerätsystem nach Anspruch 3, wobei die Temperiervorrichtung (8) ein Peltier-Element (11 ) ist und wobei die Wärmetransportvorrichtung (6, 7, 9, 15, 20) dem Pel- tier-Element vorzugsweise Wärmeenergie zu- oder abführt.
5. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmetransportvorrichtung einen Fluidkreislauf (20), vorzugsweise einen Flüssigkeitskreislauf, umfasst, der vorzugsweise weiter eine Pumpe (24) aufweist.
6. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmetransportvorrichtung jeweils einen in dem Laborgerät vorgesehenen Gaseinlass (4) und Gasauslass (5) umfasst und vorzugsweise weiter einen in dem Laborgerät vorgesehenen Gasdurchlass (6, 7, 9).
7. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmetransport- vorrichtung ein Wärmerohr (15) ist und wobei das Wärmerohr vorzugsweise so angeordnet ist, dass es ein örtliches Gefälle von einem kälteren zu einem wärmeren Ort hin aufweist.
8. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei durch die Wär- metransportvorrichtung (6, 7, 9, 15, 20) ein Wärmetransport von einem Antriebselement der Vorrichtung, vorzugsweise einem Rotationsantrieb und/oder einer Pumpe und/oder einem Kompressor, zu einem Probenaufnahmeelement (2) des Laborgeräts (1 ) erfolgt.
9. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Laborgerätsystem weiter zumindest einen Sensor, vorzugsweise eine Temperaturmesseinrichtung, umfasst.
10. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Probenaufnah- meelement ein Behälter ist, der vorzugsweise thermisch isoliert ist und/oder eine Temperiervorrichtung umfasst.
11. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Laborgerät einen Magnetrührer (1 ) und/oder einen Rotationsverdampfer und/oder ein Schüttei- und Mischgerät und/oder einen Inkubator und/oder einen Gefriertrockner umfasst.
12. Laborgerätsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei zumindest die Wärmetransportvorrichtung (6, 7, 9, 15, 20) als Aus- oder Nachrüstsatz für das Laborgerät (1 ) bereitgestellt ist.
13. Laborgerät, umfassend zumindest ein Probenaufnahmeelement (2) und zumin dest eine Wärmetransportvorrichtung (6, 7, 9, 15, 20) zum Zuführen und/oder Abführen von Wärmeenergie zu bzw. von dem Probenaufnahmeelement, wobei durch die Wärmetransportvorrichtung ein Wärmetransport zwischen dem Probenaufnahmeelement (2) und dem Laborgerät und/oder einer außerhalb des Labor- geräts vorgesehenen Temperiervorrichtung und/oder einer außerhalb des Laborgeräts vorgesehenen Wärme- und/oder Kältequelle erfolgt.
14. Laborgerät nach Anspruch 13, insbesondere ein Magnetrührer (1 ), wobei das La- borgerät ein Peltier-Element (1 1 ) umfasst zum Temperieren des Probenaufnahmeele- ments (2) und wobei die Wärmetransportvorrichtung vorzugsweise ein Wärmerohr (15) ist zum Zu- und/oder Abführen von Wärme zu bzw. von dem Peltier-Element und wobei das Wärmerohr vorzugsweise so angeordnet ist, dass es ein örtliches Gefälle von einem kälteren zu einem wärmeren Ort hin aufweist.
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