DE102005034175A1

DE102005034175A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Feuchtluftstromes mit definierter relativer Feuchte

Info

Publication number: DE102005034175A1
Application number: DE102005034175A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Mann; Hans-Jürgen Dr. Müller
Original assignee: Roche Diagnostics GmbH
Current assignee: Roche Diagnostics GmbH
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2007-01-25
Also published as: JP2007051863A; EP1746357A1; US7685829B2; EP1746357B1; US20100140818A1; US7909915B2; US20070018344A1; CA2547182C; JP5243702B2; CA2547182A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Feuchtluftstromes mit einer definierten relativen Feuchte, insbesondere zur Mischbehandlung einer Flüssigkeit auf einem Flüssigkeitsträger (42). DOLLAR A Das Verfahren umfasst die Schritte: DOLLAR A - Erzeugen eines Luftstromes in einer Leitungsanordnung (8), DOLLAR A - Erzeugen von heißem Wasserdampf in einem Verdampfer (10), DOLLAR A - Einbringen des Wasserdampfes in den Luftstrom zur Erzeugung von strömender heißer Feuchtluft, DOLLAR A - Durchleiten der heißen Feuchtluft durch einen Wasserabscheider (20) unter Absenkung der Temperatur der Feuchtluft, DOLLAR A - Erwärmen der vom Wasserabscheider (20) kommenden Feuchtluft auf eine bestimmte Temperatur zur Herabsetzung der relativen Feuchte auf einen definierten Wert in einer Sammelkammer (30) und DOLLAR A - Ausbringen der erwärmten Feuchtluft als Feuchtluftstrom aus der Leitungsanordnung (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Bereitstellung eines Feuchtluftstromes sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es sind diverse Luftbefeuchtungsverfahren und Luftbefeuchtungseinrichtungen bekannt, die nach verschiedenen Prinzipien funktionieren. So ist z.B. aus der US 4 269 087 ein Luftbefeuchtungsverfahren bekannt, bei dem Luft durch einen teilweise mit Wasser gefüllten Behälter perlt und sich dabei mit Wasserdampf sättigt. Die gewünschte relative Feuchte wird durch Zumischen trockener Luft eingestellt, wobei ein Feuchtesensor zur Überwachung der relativen Feuchte verwendet wird.

Aus der US 5 669 554 ist ein weiteres Luftbefeuchtungsverfahren bekannt, bei dem Luft durch eine teilweise mit Wasser gefüllte, beheizte Flasche perlt und sich bei mit Wasserdampf sättigt. Bei höheren Luftdurchflüssen wird die Befeuchtung fraglich, weil größere Luftblasen im Wasser entstehen können, deren Sättigung nicht mehr gewährleistet ist. Die Einstellung gleichmäßiger, niedriger Arbeitsdrücke im Bereich einiger 10 mbar ist schwierig, da der Druck der Feuchtluft auch durch den hydrostatischen Druck der Wassersäule in der Flasche beeinflusst wird, wobei der Druck bei unregelmäßiger Luftblasenbildung stark fluktuieren kann. Bei solchen Verfahren mit Durchleiten der Luft durch die Wasserfüllung eines Behälters ist normalerweise dafür Sorge zu tragen, dass eine Verkeimung des Wasservorrats in dem betreffenden Behälter vermieden wird.

Aus der US 5 394 734 ist ein Luftbefeuchtungsverfahren bekannt, bei dem zerstäubtes Wasser mittels einer Düse in einen zu befeuchtenden Raum eingespritzt wird. Die zu zerstäubende Wassermenge ist zu regeln, wobei ein Feuchtesensor zur Überwachung der relativen Feuchte in dem be treffenden Raum verwendet wird.

Aus der US 5 988 003 ist eine Korrosionskammer mit Feuchteerzeugung durch Zerstäubung von Wasser bekannt. Kritisch ist hierbei, dass die Temperatur und die Feuchte in der Kammer gleichzeitig zu regeln sind und voneinander abhängen. Die zu zerstäubende Wassermenge wird geregelt, wobei ein Feuchtesensor zur Feuchteüberwachung erforderlich ist.

Aus der US 5 231 029 ist es bekannt, Feuchtluft mit etwa 95 % relativer Feuchte zur Vermeidung des Austrocknens von Probenträgern in einem Inkubator zu verwenden. Nähere Angaben zur Erzeugung der Feuchtluft sind in der US 5 231 029 nicht gemacht.

Es sind auch bereits Feuchtegeneratoren vorgeschlagen worden, bei denen in einem thermostatisierten Behälter Luft durch Wasser perlt und dabei mit Feuchte gesättigt wird. Die angestrebte relative Feuchte unterhalb des Sättigungsgrades wird durch isotherme Expansion des Sattdampfs erzeugt. Bei derartigen Feuchtegeneratoren ist die Einstellung gleichmäßiger, niedriger Arbeitsdrücke im Bereich einiger 10 mbar schwierig, da sich zum gewünschten Arbeitsdruck der von der Füllhöhe des Wassers in dem Behälter abhängige, hydrostatische Druck der Wassersäule addiert. Zudem fluktuiert der Druck stark durch unregelmäßige Luftblasenbildung beim Durchleiten des Wassers durch die Wassersäule.

Bei den bisher bekannten Befeuchtungsverfahren ist es schwierig, gleichzeitig eine definierte Feuchte, eine definierte Temperatur und einen definierten Druck bzw. Luftdurchfluss aufrecht zu erhalten bzw. diese Parameter weitgehend unabhängig voneinander einzustellen. Bei den Befeuchtungsverfahren mit Feuchtesensoren besteht das Problem, dass die Feuchtesensoren bei relativen Feuchten größer 90 % überwiegend ungenau funktionieren, insbesondere wenn Betauung auftritt. Befeuchtungsverfahren, bei denen Luft durch Wasserbehälter geleitet wird, um die Luft mit Dampf zu sättigen, haben den Nachteil, dass die Gefahr der Verkeimung bzw. Veral gung der Wasserbehälter besteht. Bei größeren Luftdurchflüssen entstehen üblicherweise größere Luftblasen im Wasser, deren Feuchtesättigung nicht gewährleistet ist. Außerdem ist aus den schon genannten Gründen die Einhaltung kleiner Arbeitsdrücke schwierig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines Feuchtluftstromes mit definierter relativer Feuchte und Temperatur anzugeben, das mit einfachen Mitteln durchführbar ist und eine präzise Feuchteeinstellung auch bei relativen Feuchten nahe der Dampfsättigungsgrenze der Luft erlaubt.

Das zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Verfahren nach der Erfindung umfasst folgende Schritte:

– Erzeugen eines Luftstromes in einer Leitungsanordnung,
– Erzeugen von heißem Wasserdampf,
– Einbringen des Wasserdampfes in den Luftstrom zur Erzeugung von strömender heißer Feuchtluft,
– Durchleiten der heißen Feuchtluft durch einen Wasserabscheider unter Absenkung der Temperatur der Feuchtluft,
– Erwärmen der vom Wasserabscheider kommenden Feuchtluft auf eine bestimmte Temperatur zur Herabsetzung der relativen Feuchte auf einen definierten Wert und
– Ausbringen der Feuchtluft als Feuchtluftstrom aus der Leitungsanordnung.

Der Luftstrom wird vorzugsweise unter Verwendung eines Umgebungsluft ansaugenden und in die Leitungsanordnung fördernden Kompressors erzeugt, dessen Förderleistung zum Zwecke der Druckregelung in der Leitungsanordnung steuerbar ist.

Die Erzeugung von heißem Wasserdampf erfolgt vorzugsweise mittels eines Verdampfers, dem kontinuierlich und dosiert Flüssigwasser zugeführt wird, so dass er einen kontinuierlichen und gleichmäßigen Heißdampfstrom erzeugen kann. Vorzugsweise ist die Temperatur des Verdampfers auf einen Wert deutlich über 100°C eingestellt, so dass der von ihm abgegebene Dampf überhitzter Dampf (Wasser im Gaszustand) ist. Dieser überhitzte Dampf wird vorzugsweise als gleichmäßiger Strom der Leitungsanordnung zugeführt und in den Luftstrom eingeleitet, z.B. mittels einer in die Leitungsanordnung hineinragenden Düse. Dabei nimmt die Luft den überhitzten Dampf auf, ohne dabei in die Feuchtesättigung zu gelangen. Die Temperatur des Luft-Wasserdampfgemisches steigt dabei auf etwa 100° C an. Der heiße Feuchtluftstrom wird dann dem Wasserabscheider zugeführt, wobei dessen Temperatur so eingestellt ist, dass der Feuchtluftstrom unter Taupunkttemperatur abgekühlt wird. Unter Bildung von Kondensat entzieht der Abscheider der Feuchtluft Wärme und Wasser, so dass die relative Feuchte bis zur Sättigung der Feuchtluft ansteigen kann. Kondensat wird in dem Wasserabscheider abgeschieden. Der Wasserabscheider dient somit vorzugsweise zur Erzeugung gesättigter feuchter Luft mit definierter Temperatur. Der Wasserabscheider sollte so dimensioniert sein, dass er die natürliche Feuchtevariation der angesaugten Umgebungsluft ausgleichen kann. Die gesättigte Feuchtluft verlässt den Wasserabscheider und wird dann auf einen über der Abscheidertemperatur liegenden Temperaturwert erwärmt, um die relative Feuchte auf einen definierten Wert unterhalb der Sättigungsgrenze einzustellen. Der Feuchtluftstrom wird dann aus der Leitungsanordnung ausgebracht und kann einer spezifischen Verwendung zugeführt werden, etwa der Mischbehandlung einer Wasser enthaltenden Flüssigkeit auf einem Flüssigkeitsträger.

Die vorliegende Erfindung ist entstanden auf der Basis von Überlegungen zur Überwindung von Problemen, welche bei einem solchen Anwendungsfall der Mischbehandlung einer Wasser enthaltenden Flüssigkeit aufgetreten sind. Ein solcher konkreter Anwendungsfall ist die Durchführung eines Verfahrens zum Nachweis von Analyten in einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit einer Mischbehandlung auf einer immobilisierte Reaktanden auf weisenden Fläche eines Trägers (Biochips) unterzogen wird, wobei die Flüssigkeit bei der Mischbehandlung mittels einer zu der Trägerfläche gerichteten Düse mit einem die Trägerfläche zumindest bereichsweise abtastend überstreichenden Luftstrahl beaufschlagt wird. Ein solches Verfahren zum Nachweis von Analyten und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 028 303.6 der Anmelderin offenbart. Es wird insoweit auf die DE 10 2004 028 303.6 Bezug genommen und deren Offenbarung in die vorliegende Anmeldung einbezogen.

Das sich insbesondere bei der Verwendung von wannenartigen Biochips mit im Wesentlichen ebenem Boden als Trägerfläche hervorragend geeignete Verfahren zum Nachweis von Analyten bewirkt eine effiziente lokale Durchmischung der die Analyten enthaltenden Probenflüssigkeit im Bereich der momentan vom Luftstrahl beaufschlagten Zone. Die Düse wird dabei von oben her so auf die Probenflüssigkeit gerichtet, dass der Luftstrahl in seinem Auftreffbereich Probenflüssigkeit lokal verdrängt. Dies hat den Effekt, dass der Probenflüssigkeitspegel im Auftreffbereich des Luftstrahls auf einen sehr geringen Wert von z.B. nur wenigen μm reduziert wird und dass in einer diesen Bereich verringerten Flüssigkeitspegels enthaltenden Zone die Probenflüssigkeit durch Verwirbelung effizient homogenisiert wird. Da der Auftreffpunkt des Luftstrahls die Trägerfläche abtastend überstreicht, wandert die Zone der intensiven Durchmischung der Probenflüssigkeit am Chipboden über die Trägerfläche, so dass in der zunächst an Analyten durch vorausgegangene Bindungsreaktionen verarmten Grenzschicht neue Analyten beschleunigt zugeführt werden. Damit wird die Wahrscheinlichkeit weiterer Bindungsreaktionen zwischen den Analyten und den immobilisierten Reaktanden vergrößert, so dass eine Empfindlichkeitssteigerung bzw. eine Reduzierung der Inkubationszeit und eine Verbesserung der Homogenität, insbesondere der ortsunabhängigen Homogenität der Analytbindung im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren erreicht werden kann. Zur Reduktion der Verdunstung von Probenflüssigkeit in dem Biochip wird die der Düse zugeführte Luft mittels einer Luftbefeuchtungseinrichtung befeuchtet.

Abhängig von der Feuchte der eingeblasenen Luft variieren die Verdunstung der Analytflüssigkeit und auch deren Temperatur, da Abkühlung aufgrund der der Analytflüssigkeit entzogenen Verdunstungsenergie stattfindet. Beide Effekte können die Analyse erheblich stören.

Der Erfinder hat erkannt, dass hochfeuchte Luft beim Einblasen in einen betreffenden Biochip eine deutlich reduzierte Verdunstung und reduzierte Temperaturabsenkung der Analytflüssigkeit bewirkt, wobei die Luft jedoch nicht mit Feuchte gesättigt sein sollte, da das Einblasen von gesättigter Luft in den Biochip häufig zu unerwünschten Kondensationseffekten in dem Biochip und dessen Umgebung führt, die ebenfalls die Analyse erheblich stören können.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich sehr gut zur Erzeugung eines hochfeuchten, jedoch noch nicht mit Feuchte gesättigten Luftstrahls vorbestimmter Temperatur für die Mischbehandlung einer Analytflüssigkeit in einem Biochip, wobei die Temperatur der eingeblasenen Feuchtluft und die Temperatur der Analytflüssigkeit des Biochips möglichst wenig voneinander abweichen sollten. Dies kann z.B. erreicht werden, indem die Temperatur des Biochips und der Biochip-Umgebung entsprechend der Temperatur der Feuchtluft geregelt wird.

Der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugte Luftstrom kann in dem vorstehend angesprochenen Anwendungsfall der Mischbehandlung einer Analytflüssigkeit in einem Biochip mittels einer Austrittsdüse auf den Biochip gerichtet werden. Ggf. können simultan mehrere Düsen zur Behandlung eines oder mehrere Biochips zur Anwendung kommen. Die relative Feuchte des die Düse verlassenden Feuchtluftstrahls kann z.B. bei 95 % liegen. Durch geeignete Temperierung des Biochips und der Biochip-Umgebung lässt sich dabei unerwünschte Kondensation von Wasser aus dem Feuchtluftstrahl vermeiden. Die Verdunstung der Analyt flüssigkeit bei der Mischbehandlung ist gering und eine unerwünschte Abkühlung der Analytflüssigkeit wird vermieden.

Das Verfahren zur Erzeugung eines Feuchtluftstromes nach der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf den vorstehend angesprochenen Anwendungsfall der Mischbehandlung einer Flüssigkeit beschränkt, sondern kann überall dort mit Vorteilen eingesetzt werden, wo eine präzise Feuchtluftatmosphäre geschaffen und aufrecht erhalten werden soll, etwa in Inkubatoranwendungen ganz allgemein.

Das Merkmal des Ausbringens der Feuchtluft als Feuchtluftstrom aus der Leitungsanordnung soll nicht zwangsläufig bedeuten, dass die Feuchtluft ins Freie auszubringen ist, sondern soll auch den Fall umfassen, dass der Feuchtluftstrom an eine unmittelbar an die Leitungsanordnung anschließende Kammer, Anschlussleitung oder dgl. abgegeben wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Feuchtluftstromes, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist und folgende Merkmale aufweist:

– Eine Druckluftquelle zur Erzeugung eines Luftstromes in einer Leitungsanordnung,
– eine Dampfquelle zur Bereitstellung von heißem Wasserdampf,
– einen Mischer zum Einbringen des Wasserdampfes in den Luftstrom,
– einen Wasserabscheider zur Abkühlung der von der Mischeranordnung kommenden Feuchtluft und
– eine Feuchtluftabgabeeinrichtung zum Ausbringen der Feuchtluft aus der Leitungsanordnung, wobei die Feuchtluftabgabeeinrichtung einen im Strömungsweg dem Wasserabscheider nachgeschalteten Leitungsbereich mit Temperatureinstellmitteln zur Erwärmung der Feuchtluft in diesem Leitungsbereich aufweist.

Bei der Druckluftquelle handelt es sich vorzugsweise um einen hinsichtlich seiner Fördermenge steuerbaren Kompressor zur Erzeugung von Druckluft aus der Umgebungsluft und zur Einleitung der Druckluft in die Leitungsanordnung.

Die Dampfquelle umfasst vorzugsweise einen Verdampfer mit wenigstens einer Leitungswendel, eine Heizeinrichtung für die Leitungswendel und eine Wasserversorgungseinrichtung zur dosierten Zuführung von Wasser zu dem Verdampfer.

Gemäß einer Variante der Erfindung kann die Wasserversorgungseinrichtung ein Wasserreservoir und eine flüssiges Wasser aus dem Wasserreservoir zum Verdampfer fördernde Dosierpumpe umfassen.

Der Mischer weist vorzugsweise wenigstens eine in den Luftströmungsweg hineinragende Düse zum Einblasen überhitzten Wasserdampfes in den Luftstrom auf.

Der Wasserabscheider ist vorzugsweise ein thermostatisierbarer Wasserkondensator mit Ablauf für das Wasserkondensat. Beim Durchströmen der vom Mischer kommenden, normalerweise ungesättigten Feuchtluft durch den Wasserkondensator wird die Feuchtluft auf bzw. unter Taupunkttemperatur abgekühlt, so dass die den Kondensator verlassende Feuchtluft im Wesentlichen mit Dampf gesättigt ist und die im Wasserabscheider herabgesetzte Temperatur aufweist. Zur Regelung der Temperatur des Wasserabscheiders wird eine thermoelektrische Wärmepumpe vorgeschlagen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung Mittel zur Regelung des Luftdrucks in der Feuchtluftabgabeeinrichtung. Der Ausgabeleitungsbereich der Feuchtluftabgabeeinrichtung weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wenigstens eine Feuchtluftauslassdüse auf, welche einen Feuchtluftausgangsstrahl formt. Vorzugsweise ist der Ausgabeleitungsbereich als Feuchtluftsammelkammer zur Realisierung eines „Druckreservoirs" ausgebildet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 näher erläutert.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Feuchtluftstromes nach der Erfindung im Einsatz bei der Mischbehandlung einer Analytflüssigkeit in einem Biochip. Die Vorrichtung gemäß 1 umfasst als Druckluftquelle einen Kompressor 2, welcher Umgebungsluft 4 der Temperatur TO ansaugt und in die Leitung 6 der Leitungsanordnung 8 drückt, so dass ein Luftstrom in der Leitungsanordnung 8 entsteht.
Ein Wasserverdampfer 10 dient zur Bereitstellung von heißem Wasserdampf. Im Beispielsfall weist der Verdampfer eine Verdampferwendel aus einem gewickelten Kanal von 1 mm² Querschnitt und ca. 1500 mm Länge auf, wobei der Wendeldurchmesser ca. 20 mm beträgt.
Dem Verdampfer 10 wird mittels einer im Beispielsfall als Schlauchpumpe realisierten Dosierpumpe 12 flüssiges Wasser aus dem Vorratsbehälter 14 kontinuierlich zugeführt. In der Verdampferwendel beginnt das Wasser zu sieden und verwandelt sich in ein Gemisch aus Tropfen und Dampfblasen. Durch ständige Umlenkung bekommen die Tropfen intensiven thermischen Kontakt mit der Wendelwandung, verdampfen schließlich komplett und erzeugen einen gleichmäßigen Strom überhitzten Wasserdampfes, d.h. Wasser in gasförmigem Zustand mit einer Temperatur T2 > 100°C.
Eine an den Verdampfer 10 angeschlossene Düse 16 injiziert den als gleichmäßigen Strom zugeführten Heißdampf in die Leitung 6 und somit in den Luftstrom hinein. Der Bereich der Leitung 6 in dem dies geschieht, wird auch als Mischer 18 bezeichnet. Die vom Kompressor 2 mit der Temperatur T1 in die Leitung 6 geförderte Druckluft erfährt im Mischer 18 eine Temperaturerhöhung auf T3, wobei diese Gemischtemperatur T3 ungefähr 100°C beträgt. Diese Gemischtemperatur ergibt sich insbesondere aufgrund der Kondensationswärme. Die den Mischerbereich mit der Temperatur T3 verfassende Feuchtluft ist vorzugsweise ungesättigt. Sie strömt in einen Kondensationswasserabscheider 20, welcher mittels einer Regeleinrichtung mit einer thermoelektrischen Wärmepumpe 22, einem Regelgerät 24 und einem Temperatursensor 26 auf eine bestimmte Temperatur T4 thermisch geregelt ist. Im Beispielsfall beträgt die Temperatur T4 etwa 35°C. Bei dieser Temperatur wird der Taupunkt erreicht, so dass der Wasserabscheider 20 der Feuchtluft unter Bildung von Kondensat Wärme entzieht. Die Leitungswände des Abscheiders bestehen aus thermisch gut leitendem Material und haben eine große innere Oberfläche.
Aufgrund des Gefälles der Leitung in dem Wasserabscheider 20 fließt das Kondensatwasser in einen Sumpf 28 am tiefsten Punkt des Wasserabscheiders 20 und wird von dort abgeleitet zu dem Vorratsbehälter 14. Die aus dem Wasserabscheider 20 ausströmende Feuchtluft hat eine relative Feuchte von 100% und eine Temperatur T4 von etwa 35°C. Den Abschluss der Leitungsanordnung 8 bildet ein „Druckreservoir" in Form einer Feuchtluft-Sammelkammer 30 mit wenigstens einer Luftauslassdüse 32. An den Wänden der Sammelkammer 30 befinden sich elektrische Heizmittel 34, z.B. Heizfolien oder dgl., die Bestandteil einer Temperaturregeleinrichtung zur Temperaturregelung der Feuchtluft in der Sammelkammer 30 sind. Diese Temperaturregeleinrichtung umfasst ferner das Regelgerät 36 und den Temperatursensor 38, welcher als Ist-Wertgeber die Feuchtlufttemperatur in der Sammelkammer 30 überwacht. Die Temperatur T5 in der Sammelkammer ist größer als die Temperatur T4 des Wasserabscheiders. Die in die Sammelkammer einströmende gesättigte Feuchtluft wird somit auf T5 erwärmt, wobei T5 im Beispielsfall ca. 36°C beträgt. Aufgrund der Erwärmung der Feuchtluft, sinkt deren relative Feuchte (im Beispielsfall um ca. 5,6 % pro °C). In der Feuchtluft-Sammelkammer 30 wird somit hochfeuchte, aber ungesättigte Luft zur Ausgabe über die Düse 32 bereitgehalten. Die an der Düse 32 austretende Feuchtluft kann somit einer spezifischen Verwendung zugeführt werden. Im Beispielsfall ist dies die Mischbehandlung einer Analytflüssigkeit in einem wannenartig ausgebildeten Biochip 42 mit ebenem Boden. Der Biochip befindet sich in einem Inkubatorraum 40, in den die Düse 32 mündet.
Mit 44 ist in 1 eine gesteuert bewegbare Basis für den Biochip 42 bezeichnet.
Die Temperatur T6 der Basis 44 ist regelbar, wobei als Elemente der Temperaturregeleinrichtung das Regelgerät 46, der Istwertgeber-Temperatursensor 48 und die Heizeinrichtung 50 erkennbar sind. Selbstverständlich könnte bei der Temperaturregeleinrichtung auch eine Kühleinrichtung vorgesehen sein.
Bei der Mischbehandlung des Biochips 42 wird die Temperatur T6 auf einen Wert geregelt, der möglichst nahe bei der Temperatur T5 der Feuchtluft-Sammelkammer 30 liegt.
Damit der die Düse 32 verlassende Feuchtluftstrahl die Flüssigkeitsoberfläche in dem Biochip 42 zumindest bereichsweise abtastend überstreichen kann, wird die Basis 44 entsprechend bewegt. Alternativ oder zusätzlich könnte auch die Düse 32 bewegt werden, um die Flüssigkeitsoberfläche in dem Biochip 42 zu scannen.
Hinsichtlich der Feuchteeinstellung ist noch zu berücksichtigen, dass die isotherme Expansion der Feuchtluft an der Düse 32 die relative Feuchte reduziert, und zwar um ca. 1,2 % bei 12 mbar.
Der Druck in der Feuchtluft-Sammelkammer 30 wird mittels einer Druckregeleinrichtung auf einen vorbestimmten Wert von beispielsweise 12 mbar geregelt. Die Druckregeleinrichtung umfasst einen Drucksensor 54 zur Überwachung des Drucks in der Kammer 30, ein Regelgerät 56 und als Stellelement den Kompressor 2. In der Feuchtluft beträgt der Volumen- bzw. Druckanteil der Luft ca. 90 % und der Wasserdampfanteil ca. 10 %. Die Druckregelung kompensiert den Druckanstieg durch den injizierten Heißdampf durch Förderung einer entsprechend reduzierten Luftmenge.
Die Erfindung ermöglicht die Erzeugung eines Luftstromes mit definierter gleichbleibender Feuchte und einer bestimmten Temperatur. In dem beschriebenen Anwendungsfall der Mischbehandlung einer Analytflüssigkeit in einem Biochip bewirkt der Luftstrom eine niedrige, reproduzierbare Analytverdunstung und eine definierte reproduzierbare Ananlyttemperatur. Im Beispielsfall wird die Flüssigkeit in dem Biochip mit einem Luftstrom von ca. 13 ml/s beaufschlagt. Der Druck in der Feuchtluftsammelkammer wird auf ca. 12 mbar geregelt. Die im Verdampfer verdampfte Wassermenge pro Zeiteinheit beträgt ca. 0,6 μl/s.
Es ist eine präzise Feuchteeinstellung durch Einstellen der Feuchtlufttemperatur möglich. Es werden keine Feuchtesensoren benötigt, was besonders vorteilhaft ist, weil Feuchtesensoren bei Feuchten nahe der Sättigungsgrenze relativ ungenau arbeiten. Bei geeigneter Dimensionierung der Vorrichtung sind Luftdurchfluss, Temperatur und Feuchte weitgehend unabhängig voneinander variierbar, z.B. falls Änderungen der Düsenanzahl oder des Düsenquerschnittes nötig wären.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist rasch betriebsbereit und rasch abschaltbar. Die vom Kompressor angesaugte Luft muss nicht vorbehandelt werden hinsichtlich Temperatur oder Feuchte. Bei entsprechender Temperaturführung ist die erzeugte Feuchte keimfrei. Der Feuchtegenerator ist weitgehend wartungsfrei. Seine Gestaltung erlaubt schnelles Austrocknen des Innenbereichs nach der Benutzung. Alle temperierten Komponenten lassen sich beheizen zur Unterstützung des Austrocknens.

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Feuchtluftstromes mit einer definierten relativen Feuchte, insbesondere zur Mischbehandlung einer insbesondere Wasser enthaltenden Flüssigkeit auf einem Flüssigkeitsträger (42), umfassend die Schritte: – Erzeugen eines Luftstromes in einer Leitungsanordnung (8), – Erzeugen von heißem Wasserdampf, – Einbringen des Wasserdampfes in den Luftstrom zur Erzeugung von strömender heißer Feuchtluft, – Durchleiten der heißen Feuchtluft durch einen Wasserabscheider (20) unter Absenkung der Temperatur der Feuchtluft, – Erwärmen der vom Wasserabscheider (20) kommenden Feuchtluft auf eine bestimmte Temperatur zur Herabsetzung der relativen Feuchte auf einen definierten Wert und – Ausbringen der erwärmten Feuchtluft als Feuchtluftstrom aus der Leitungsanordnung (8).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem Schritt des Einbringens des Wasserdampfes in den Luftstrom überhitzter Wasserdampf in den Luftstrom eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die heiße Feuchtluft in dem Wasserabscheider (20) unter Taupunkttemperatur abgekühlt wird, um gesättigte Feuchtluft mit einer bestimmten Temperatur zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Feuchtluft nach Passieren des Wasserabscheiders (20) so weit über die bestimmte Temperatur hinaus erwärmt wird, dass sie beim Ausbringen aus der Leitungsanordnung eine relative Feuchte größer als 80 %, vorzugsweise größer als 90 % hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feuchtluftstrom als Strahl auf eine Flüssigkeit auf einem Flüssigkeitsträger (42) gerichtet wird, um diese Flüssigkeit einer Mischbehandlung durch Beaufschlagung mit dem Feuchtluftstrahl zu unterziehen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Feuchtluftstrahl (52) und/oder der Flüssigkeitsträger (42) bei der Beaufschlagung der Flüssigkeit abgelenkt bzw. bewegt wird, so dass der Feuchtluftstrahl (52) den Flüssigkeitsträger zumindest bereichsweise abtastend überstreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei der Flüssigkeitsträger (42) ein Biochip mit immobilisierten Reaktanden an dem Flüssigkeitsträgerboden ist und wobei die Flüssigkeit Analyten enthält, die mit Reaktanden an dem Flüssigkeitsträgerboden Bindungen eingehen können.
Vorrichtung zur Erzeugung eines Feuchtluftstromes, umfassend – eine Druckluftquelle (2) zur Erzeugung eines Luftstromes in einer Leitungsanordnung (8), – eine Dampfquelle (10, 12, 14) zur Bereitstellung von heißem Wasserdampf, – einen Mischer (18) zum Einbringen des Wasserdampfes in den Luftstrom, – einen Wasserabscheider (20) zur Abkühlung der von dem Mischer (18) kommenden Feuchtluft und eine – Feuchtluftabgabeeinrichtung (30, 32) zum Ausbringen der Feuchtluft, wobei die Feuchtluftabgabeeinrichtung (30, 32) einen im Strömungsweg dem Wasserabscheider (20) nachgeschalteten Leitungsbereich (30) mit Temperatureinstellmitteln (34) zur Erwär mung der Feuchtluft in diesem Leitungsbereich (30) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Druckluftquelle (2) einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft aus der Umgebungsluft und zur Einleitung der Druckluft in die Leitungsanordnung (8) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei die Dampfquelle einen Verdampfer (10) mit wenigstens einer Leitungswendel und einer Heizeinrichtung für die Leitungswendel sowie eine Wasserversorgungseinrichtung (12, 14) zur Zuführung von flüssigem Wasser zu dem Verdampfer (10).
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Wasserversorgungseinrichtung ein Wasserreservoir (14) und eine flüssiges Wasser aus dem Wasserreservoir (14) zum Verdampfer (10) fördernde Dosierpumpe (12) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Mischer (18) wenigstens eine in den Luftströmungsweg hinein ragende Düse (16) zum Einblasen des Wasserdampfes in den Luftstrom umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Wasserabscheider (20) einen thermostatisierbaren Wasserkondensator mit Ablauf für das Wasserkondensat umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei dem Wasserabscheider (20) eine thermoelektrische Wärmepumpe (22) zur Temperaturregelung zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei sie Mittel (2, 54, 56) zur Regelung des Feuchtluftdruckes in der Feuchtluftabgabeeinrichtung (30, 32) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der Druck der Feuchtluft in dem Leitungsbereich (30) mittels einer Druckregeleinrichtung regelbar ist, welche wenigstens einen Drucksensor (54) zur Erfassung des Drucks in dem Leitungsbereich (30) und Stellmittel (2, 56) zur Beeinflussung der Druckluftzufuhr von der Druckluftquelle (2) nach Maßgabe der Abweichung des Ist-Druckes vom Soll-Druck in dem Leitungsbereich (30) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei der Leitungsbereich eine Feuchtluft-Sammelkammer (30) umfasst, an der wenigstens eine Feuchtluftauslassdüse (32) vorgesehen oder angeschlossen ist.