WO2000029115A1 - Devices and method for regulating the temperature of samples - Google Patents

Devices and method for regulating the temperature of samples Download PDF

Info

Publication number
WO2000029115A1
WO2000029115A1 PCT/EP1999/008550 EP9908550W WO0029115A1 WO 2000029115 A1 WO2000029115 A1 WO 2000029115A1 EP 9908550 W EP9908550 W EP 9908550W WO 0029115 A1 WO0029115 A1 WO 0029115A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
heating
cooling
heat exchanger
circuit
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/008550
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Altmann
Dietmar Kropp
Ulrich Schneider
Heinrich SPÖNTJES
Toralf Eifrig
Original Assignee
MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
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 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. filed Critical MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Priority to AU13813/00A priority Critical patent/AU1381300A/en
Publication of WO2000029115A1 publication Critical patent/WO2000029115A1/en

Links

Classifications

    • 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
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/01Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/13Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures
    • G05D23/1393Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures characterised by the use of electric means

Definitions

  • the invention relates to devices for tempering a liquid bath, in particular for tempering a large number of samples within a reaction container and tempering method.
  • thermostats It is generally known to use temperature control devices in the form of controllable thermostats to set the temperature of samples or materials or to regulate them according to a certain time pattern or to set certain thermal reaction conditions in a sample room.
  • a thermostat usually includes an aquarium bath that is in thermal contact with a heating and cooling device and has a temperature sensor. Depending on the deviation of the temperature value measured with the temperature sensor from a target value, the heating or cooling devices are actuated to heat or cool the water bath.
  • the specific structure of a thermostat depends on the desired application. Recently there have been new requirements for the temperature control of samples or the like in medicine, biochemistry and genetic engineering. m related to the speed, accuracy and reproducibility of the temperature setting, which can no longer be achieved with conventional thermostats.
  • thermostable reactions examples include the polymerase or ligase chain reaction (PCR or LCR processes) for the multiplication of a nuclear acid sequence using certain thermostable enzymes.
  • PCR processes in particular require the cyclical setting of certain sample temperatures for certain reaction or tempering times.
  • immersion PCR It is generally known to carry out PCR processes in an immersion bath (immersion PCR).
  • immersion PCR has the disadvantage that temperature gradients occur in the water bath, by means of which the PCR conditions cannot be reproduced sufficiently and can be set precisely.
  • a temperature control device has a structure with a reaction vessel, a heating element, a cooling coil and a large number of temperature sensors, as is known, for example, from WO 90/05329.
  • a programmable control system enables rapid heating and cooling and the cyclical setting of a temperature profile.
  • the basic disadvantages of conventional thermostats are not overcome. These disadvantages manifest themselves in particular in the fact that, in the case of a large volume (approximately 1 to 2 liters) of the reaction vessel, the temperature setting is too slow and too imprecise for numerous biochemical applications and is associated with the setting of a temperature gradient (inhomogeneous temperature control).
  • the reaction vessels are characterized by a high water consumption.
  • the new devices are intended in particular to provide fast, enable accurate, reproducible and energy-saving temperature settings.
  • the object of the invention is also to provide an improved temperature control method with which the temperature grading can be improved and / or the sample throughput can be increased.
  • a nozzle heat exchanger which simultaneously forms a flow for a temperature control medium and a sample holder.
  • the reaction vessel comprises a trough and the nozzle heat exchanger and is provided with a flow and a return for connection to a circulating media circulation (for example to the media circuits mentioned above) and is set up inside for a media circulation with reversal of the flow direction.
  • a circulating media circulation for example to the media circuits mentioned above
  • the medium is first directed past the samples in a first direction, then deflected in a deflection area and finally directed past the samples in the opposite direction.
  • the medium that enters the flow with a certain deviation from the target temperature and exits with an opposite deviation at the return after thermal contact with the samples will exert an essentially balanced and homogeneous temperature control effect on the samples.
  • the sample temperature is too low, medium with an elevated temperature is supplied.
  • the samples near the lead are heated more strongly than the samples at a distance from the lead (e.g. at the steering area), however, when flowing back to the return, the samples are warmed more strongly than the samples at the feed, due to the then still higher media temperature.
  • the balancing effect of the flow principle according to the invention is thus achieved.
  • a temperature control method is created in particular, in which the energy-transporting medium is directly connected to two media circuits which are set up to set different temperatures and represent, for example, a heating and a cooling circuit, the temperature in a reaction vessel or a bath or at a sample location by means of optionally operable locking devices and heating or cooling devices in the media circuits.
  • a reaction vessel is an arrangement that can be tempered with the medium and is set up to hold at least one sample. With the locking devices and heating or cooling devices, the medium at the sample location can be adjusted from the circuits as a precisely metered mixture of certain amounts of media with certain temperatures.
  • the invention also provides a new type of regulation for a temperature control process.
  • the control is aimed at setting a medium, the temperature of which can be adjusted with a heating and a cooling circuit, to a specific target temperature.
  • a total of four controllers are provided for this purpose, which are actuated as a function of the deviation of the sample temperature from the target temperature. They include a main controller that is set up to operate the heating or cooling circuit, a cooling controller that is set up to reduce the sample temperature during the control, a heating control set up to increase the sample temperature during the control, and a pump controller , with which the amount of media passing through a reaction container or a bath or a sample location is set.
  • a temperature control device consists, according to the above-mentioned principle of metering the energy-transporting medium, of adjustable proportions from media circuits of different temperatures, in particular from the reaction vessel mentioned, which is equipped with a flow and a return as part of one of the two media circuits with locking devices and a heating or cooling device, the flow and the return are each connected to the second media circuit via further locking devices.
  • the first media circuit is preferably a heating circuit, which thus leads from the flow via the reaction tank, the return, a pump device, a blocking device and a heating device back to the flow.
  • the second media circuit is then a cooling circuit, which contains a pumping device and a cooling device and can be connected to the forward or return flow via blocking devices.
  • the invention is not limited to this design. Rather, a design is also possible in which the first media circuit is the cooling circuit and the second media circuit is the heating circuit.
  • the temperature control device for implementing such a flow control is preferably designed as a nozzle-type heat exchanger in the reaction vessel, the line system of which simultaneously serves to guide the medium and to hold the sample.
  • the invention has the following advantages. For the first time, a reaction container with a significantly increased volume (up to 8 1) is created, which temperature-regulates samples in accordance with the requirements in biochemistry, medicine and genetic engineering in terms of accuracy, reproducibility decorability and speed of temperature adjustment met. A high level of energy efficiency, flexibility and speed are achieved when approaching certain temperature holding points.
  • the reaction vessel or heat exchanger according to the invention does not require a lead time due to the device.
  • the tempering process can be started directly without pre-tempering the temperature circuits. Due to the speed of the temperature setting, the temperature of the sample is particularly gentle, since the time during which the sample is close to the desired reaction temperature and the first reactions may already be unreproducible or undesirable is shortened.
  • the samples can remain in the reaction container. Flooding in the temperature setting is avoided.
  • the invention is not restricted to specific applications. It is possible to adapt different types of samples or to use them in other technical areas (e.g. material testing) where rapid temperature changes are important.
  • the device according to the invention can be easily operated and maintained.
  • the invention can be implemented with a wide variety of temperature control media (eg water, 01).
  • the reaction container according to the invention has an expanded area of application, to which materials adapted to the desired application are used as temperature control media. High temperatures can also be reached without the need for a pressure vessel.
  • 1 shows a schematic overview of a temperature control device according to the invention
  • 2 shows a block diagram to illustrate the control according to the invention
  • Fig. 4 is a graph to illustrate the
  • Fig. 5 is a schematic perspective view of an inventive nozzle heat exchanger.
  • a temperature control device consists of a reaction container 10 which is part of a heating circuit 20 and is connected to a cooling circuit 30.
  • the reaction container 10 comprises a trough 11, in which a heat exchanger 12 (for details see FIG. 5) with sample receptacles 13 is arranged and which is connected to a fullness measurement 19.
  • the inlet-side connection of the heat exchanger 12 and the outlet-side connection of the trough 11 form the flow 14 and the return 15 of the reaction container 10.
  • Several temperature sensors are provided on the reaction container 10. These include the flow sensor 16, the sample sensor 17 and the return sensor 18.
  • the sensors are, for example, resistance temperature sensors (eg PT 100), but can also be thermocouples or based on other measuring principles.
  • the flow and return sensors record the media temperature in the flow or return with a distance of approx. 3 to 5 cm from the reaction container 10.
  • the invention is not restricted to the form of the reaction container 10 described here with the heat exchanger 12 inserted, but can also be used with differently designed reaction containers, for example in the form of a flow trough or a closed heat exchanger. exchangers in which the samples do not come into contact with the energy-transmitting medium.
  • the heating circuit 20 (circulation in the direction of the arrow) comprises the reaction container 10, a dynamic pump 21, a locking device which is formed by the first solenoid valve 22 (MV 2), and a heating device in the form of a continuous-flow heater 23 with a heating temperature limiter 24.
  • the dynamic pump 21 is a circulation pump which is used for the stepless speed setting, eg in the range from 0 to 3000 U / mm.
  • the instantaneous water heater 23 and the first solenoid valve 22 there are em pump regulators 54, heating regulators 55 and cooling regulators 56 (enabling the first solenoid valve 22), the functions of which will be explained with reference to FIG. 2.
  • the cooling circuit 30 simultaneously has the function of cooling and a buffer reservoir and comprises a static pump 31 which is set up for the permanent circulation of the medium in the cooling circuit 30, a filter 32 (particle filter), at least one buffer store 37 and two refrigeration machines 33a, 33b that act as cooling directions.
  • the cooling circuit 30 also has a branching point between the static pump 31 and the first cooling device 33a, from which there is a connection via the second solenoid valve 35 (MV 1) to a branching point between the instantaneous heater 23 and the flow 14 in the heating circuit.
  • a further branching point is provided between the second cooling device 33b and the static pump 31 in the cooling circuit 30, from which a connection via a third solenoid valve 36 (MV 2) to the heating circuit 20 at a branching point between the dynamic pump 21 and the first solenoid valve 22 consists.
  • the cow devices 33a, 33b (refrigeration machines) are each equipped with a thermostat 34a, 34b.
  • the thermostats 34a, 34b sense the temperature of the circulating medium with sensors and actuate the cooling devices 33a, 33b to set a predetermined, fixed temperature.
  • the entire system shown in FIG. 1 is filled with an energy-transporting medium.
  • This medium is preferably water, but can also be formed depending on the application by a suitable salt solution (reduction of lime deposits, improvement of the heat conduction) or by a light oil or a transformer oil.
  • the system is filled z. B. by external filling of the tub 11 with the third solenoid valve 36 open, pumps 21, 31 running and the first and second solenoid valves 22, 35 closed until the buffer tank 37 leaks water at the vent connection, or via a separate feed connection (not shown) .
  • the performance parameters of the heating and cooling circuits are selected depending on the application.
  • the cooling devices 33a, 33b can also be replaced by a single cooling device with a correspondingly higher cooling capacity, which, however, can be disadvantageous in terms of energy consumption and operational safety.
  • Fig. 1 also shows an additional ventilation cooler 40, which is provided for the immediate cooling of the instantaneous water heater 23 by taking up surface heat. Any suitable ventilator with sufficient power (for example a control cabinet ventilator) can be used as ventilation device 40.
  • FIG. 1 also schematically shows a control device 50 with a sequence control 51, a protection control 52, a main controller 53 (so-called ECO controller), the pump controller 54, the heating controller 55, the cooling controller 56, actuating elements 57 and a display 58.
  • the elements of the control device 50 are explained below with reference to FIG. 2.
  • the sequence controller 51 provides the control signals which represent the specific sequence of a temperature control process. Accordingly, the sequence control 51 has an input 51 ⁇ , via the process parameters, such as a sequence of target temperatures T s , n , which are to be repeatedly set for N temperature cycles for certain temperature control times t n , and the sample temperature T P from the sample probe 17 (see FIG 1) can be entered. At the output 51o, the sequence controller 51 accordingly sends set values x s to the controller and an off signal to the protective controller 52.
  • the protection control 52 receives at the input 52 ⁇ a series of operationally relevant switching signals, which relate to the state of the unit, the system filling, an emergency shutdown and the like, and the off signal of the sequence control 51.
  • a series of operationally relevant switching signals which relate to the state of the unit, the system filling, an emergency shutdown and the like, and the off signal of the sequence control 51.
  • the output 52o of the protection control 52 are the stationary pump 31 of the cooling circuit 30 (see FIG. 1) and second to Receiving an Em signal, the controller main controller 53 and pump controller 54 connected.
  • the main controller 53 receives the on signal from the protection controller 52 as a release, and the current setpoint x s and the current sample temperature T P at the input 53 ⁇ .
  • the main controller 53 is set up to switch on the heating or cooling controllers 55, 56 or to assume a zero position as a function of the value of the sample temperature T P in relation to the target temperature T s via the output 53o m.
  • the pump controller 54 receives the on signal from the protection control 52 as a release, and the current setpoint x s and the current return temperature T RL at the input 54 ⁇ .
  • the pump controller 54 provides a voltage signal (for example in the range from 0 to 10 volts) at the output 54o, which is applied as an input signal to a frequency converter 54a with which the dynamic pump 21 (see FIG. 1) is controlled. If the setpoints and actual values on the pump controller 54 match, the frequency converter 54a sets a predetermined fixed speed on the dynamic pump 21 em depending on the application.
  • the heating control 55 receives the Em signal from the protection controller 52 as a release, and at the input 55 ⁇ em release signal from the main controller 53, the current target size x s and the current flow temperature T VL - if in the operating state (protection control 52: Em) with the main controller 53 is actuated by the release signal of the heating controller 55, this gives at the output 55o em voltage signal to a pulse-modulated thyristor controller 55a, with which the water heater 23 (see FIG. 1) is actuated.
  • the output signal of the heating controller 55 can be, for example, a voltage signal in the range from 0 to 10 volts.
  • heating controller 55 interrupts its own output signal via an internal switch (opener).
  • the cooling controller 56 receives the Em signal from the protection controller 52 as a release, and at the input 56 ⁇ the release signal from the main controller 53, the current target size x s and the return sensor 18 (see FIG. 1) the current return temperature T RL .
  • the ventilation device 40 see FIG. 1
  • the solenoid valves 22, 35 and 36 are actuated at higher temperature differences between the setpoint and actual values, as will be explained in detail below.
  • FIG. 2 also shows the display device 58, which is set up to display the number of cycles N, the current setpoint value Xs and / or the current sample temperature T P and for this purpose with the sequence control 51 and the sample sensor 17 (or the corresponding input of the main controller 53) connected is.
  • the actuating elements 57 of the control device 50 are correspondingly represented in FIG. 2 by the circuit 57 and illustrate conventional switches as are provided on the temperature control device and in particular a main switch “Em / Aus” and an emergency stop switch include. When the actuating elements 57 are released, the cooling mechanisms 33a, 33b are also switched on.
  • the device is first brought into an operational state by filling the reaction container 10 and the circuits 20, 30 and specifying the temperature setpoints T s , n , the tempering times t n and the number of cycles N on the sequence controller 51.
  • the pump 31 is activated so that the water circulates in the cooling circuit 30.
  • the water temperature in the cooling circuit 30 is initially set to 20 ° C.
  • the actual temperature control process is started and the pump 21 is started.
  • the temperature in the water bath of the reaction vessel in which the samples are located is set according to a specific, application-dependent, time-based temperature program (example see below). After the end of the program, the device is switched back to a state ready for operation.
  • controllers work together as follows to control the temperature during the program run. All controllers are designed as proportional controllers and are set up to process the same current setpoint x s , which corresponds to one of the setpoint temperatures T S n .
  • the current setpoint is compared at the main controller 53 with the sample temperature from the sample sensor 17, at the pump controller 54 with the return temperature from the return sensor 18, at the heating controller 55 with the flow temperature from the forward sensor 16 and finally at the cooling controller 56 again with the return temperature.
  • the main controller 53 which is the first in the controller hierarchy, issues the release signal to the heating controller 55.
  • the cooling controller not released remains in the state of
  • the output signal (for example in the range from 0 to 10 volts DC voltage) of the heating controller 55 is now applied to the pulse-modulated thyristor controller 55a, which accordingly controls the water heater 23. If the setpoint / actual value deviation (x w ) increases, a high pulse rate and thus a high heating output is set, and if the deviation x decreases, a small pulse rate or a small heating output is set. If x disappears, the output signal of heating controller 55 is switched off internally.
  • the release signal is sent from the main controller 53 to the cooling controller 56, the heating controller 55 now remaining in the ready-for-operation state (continuous setpoint / actual value comparison).
  • the cooling controller 56 switches the ventilation device 40 em with a small deviation x w ( ⁇ 0.5 to 1 ° C.).
  • the second and third solenoid valves 35, 36 are released and the first solenoid valve 22 is closed.
  • the release of the second and third solenoid valves 35, 36 is in turn dependent on the magnitude of the deviation x by means of corresponding release or cycle times, which advantageously ensures that the controller is particularly continuous.
  • the flow temperature is the same as the return temperature, the temperature of the samples has stabilized.
  • a signal for the temperature control can be derived.
  • the pump controller 54 runs independently in parallel.
  • the speed of the dynamic pump 21 (see FIG. 1) is set according to the following scheme. in the In the case of heating, small deviations x (example: 0.5 ° C) become a high speed and with large deviations x w (example: 5 ° C) a low speed and in cooling cases with small deviations x w a low speed and with large deviations x w a high speed of the pump 21 set. If the deviation x w disappears, the dynamic pump 21 runs at a predetermined fixed speed (for example 3000 U / mm). At this fixed speed, the flow rate through the pump is z. B. 25 1 / mm.
  • the device according to the invention is continuously monitored via a safety control chain with regard to excess media temperature, lack of water and the cover locking. If critical operating states occur, the device switches off automatically. A new start only takes place after the start button has been pressed manually.
  • the level in the reaction container 10 is regulated according to the following principle.
  • the fill level in the reaction container 10 is measured with a fill level measuring device 19 (see FIG. 1), which comprises a float switch device (eg with two switches).
  • the float switch device is connected to the solenoid valves 22, 35 and 36.
  • an impermissibly high fill level is reduced by temporarily opening the third solenoid valve 36 with the second solenoid valve 35 and the first solenoid valve 22 closed. Feeding takes place by temporarily opening the second solenoid valve 35 with the third solenoid valve 36 closed and the first solenoid valve 22 open.
  • the full-level measuring device 19 is preferably designed as a vessel communicating with the reaction container 10.
  • the float switch is located in the additional vessel, which is separated from the actual reaction container by a connection line or a partition with an opening (shown).
  • the control according to FIG. 2 can be equipped with electrical filters for the temperature sensors to smooth the control behavior.
  • the electrical filters are set up to round off or cut off the 1/100 degree position of the temperature signals from the sensors.
  • the aim of temperature control is to cyclically repeat three different temperature setpoints. After reaching the respective target value, the temperature should be kept constant for a predetermined time t. The setting of the three temperatures forms a cycle. This cycle should be repeated as often as required, depending on the application.
  • the tempering times t should each be, for example, 1 minute, with the tempering time ti of the first target temperature Ts, ⁇ being 4 minutes in the first heating cycle in order to achieve the greatest possible DNA denaturation at the initially low DNA concentration.
  • the parting times should be in the minute range (approx. 2 to 3 minutes).
  • the cycle number is queried (step 304) in order to set the sequencer 51 a timer circuit according to the example above to 4 mm (for the first cycle) or to 1 mm (for each subsequent cycle).
  • the time ti set in the timer circuit is queried and, as long as the time is running, the target / actual comparison 303 is repeated continuously.
  • the following steps target-actual comparison (307) and query of the timer circuit (308) take place analogously to the regulation of the first target temperature, whereby the cycle number is not differentiated here.
  • T Sr2 the DNA denatured in the first step is increased.
  • T s , 3 the amplified DNA is assembled into a new strand. For this purpose, steps 309 to 311 with steps 306 to 308 essentially become repeated.
  • the third tempering period the
  • Number of cycles N is decremented and queried whether the current number of cycles N * is equal to zero (step 312). If N * is not equal to zero, there is a return to step 302 (input of the first target temperature). Otherwise, the program is stopped (step 313).
  • Each setting process m in relation to a target temperature comprises a setting time for setting the target temperature (according to steps 303, 307 and 310 in FIG. 3) and the actual tempering time t.
  • the exposure time is particularly dependent on the medium, the media volumes for heating or cooling and the thermal load (sample quantity).
  • Curves A and B accordingly show the water temperature and the sample temperature, the course of which compared to the water temperature is delayed due to the delay in establishing the thermal equilibrium. 4 shows a decisive advantage of the invention in relation to the speed and consistency of the setting of the media temperature.
  • reaction container 10 Details of the reaction container 10 (see FIG. 1) are explained below with reference to FIG. 5. It is emphasized that the design of the heat exchanger as a sample holder is an independent aspect of the invention, which is preferably implemented in combination with the control principle explained above, but can also be used independently thereof for sample temperature setting using conventional thermostats. 5 shows the reaction container 10 with the trough 11 and the sample holder functioning as a heat exchanger 12, the front wall of the trough 11 not being shown for reasons of clarity.
  • the trough 11 has the shape of a vessel known per se from laboratory applications, the inner shape of which is preferably adapted to the outer shape of the heat exchanger 12. If the heat exchanger 12 is arranged in the trough 11 with as little play as possible, this has an advantageous effect on the speed and accuracy of the temperature setting.
  • the water flowing back from the nozzles (see below) to the outlet is forced into the immediate vicinity of the samples to be tempered.
  • the tub 11 has a rectangular plan.
  • the return 15 is provided as a connecting attachment between the tub interior and the pipe connection to the heating circuit 20 (see FIG. 1).
  • a peripheral support 111 is attached as a support for a lid (not shown).
  • the resting or locking of the lid can be detected by a sensor and taken into account in the protective control 52 (see FIG. 2).
  • the heat exchanger 12 is surrounded by a sheathing 112, which provides electrical engineering support and thermal insulation from the environment and consists, for example, of neoprene.
  • the tub volume is in the range of 5 to 8 1 (e.g. 7.5 1) with a floor area of approx. 135 mm • 460 mm at a height of 120 mm. The invention is not limited to realizing these large proportions.
  • the heat exchanger 12 (nozzle heat exchanger) serves simultaneously as a sample holder or support frame for the samples to be tempered. Accordingly, the design of the heat exchanger 12 is adapted to the sample format, depending on the application. an adaptation to the format of microtiter plates is preferred for biochemical and genetic engineering applications (here a microtiter plate is referred to as a sample).
  • the heat exchanger 12 consists of the frame 121, a distributor 122, an inlet connection 123 and outlet nozzles 124.
  • the frame 121 consists at least partially of components, the inner media lines in the form of channels, cavities, shafts or the like. contain.
  • the components are arranged in such a way that receptacles 13 for the samples (eg microtiter plates) are formed, the internal media lines being guided in such a way that good thermal contact between the medium penetrating the components and the samples in the receptacles is ensured.
  • the frame 121 is in the form of a shelf with horizontally aligned in the operating state the bottom 125 and to vertically aligned supporting elements 126.
  • a matrix array of 7 • 5 receptacles for the samples corresponding to m seven levels and five stacks (IV) is provided. With a 16 • 24 format of the microtiter plates used, a total of 13 440 individual samples can be subjected to a temperature control process simultaneously.
  • the sample temperature sensor 17 (see FIG. 1) or generally at least one temperature sensor of a sample holder is arranged in a shape that corresponds as closely as possible to the sample shape. It is envisaged, for example, to use a Fuhler microtiter plate in one of the receptacles, which contains no substances, but only the temperature sensor. In this case, 34 samples are taken from the reaction container 10. This attachment of the sample probe is not a mandatory feature of the invention. It can also be placed elsewhere in the sample container or even omitted entirely (see below).
  • the bottoms 125 are hollow elements which form at least one shaft-shaped, flat media line from the distributor 122 to the discharge nozzles 124 on each level.
  • each floor 125 which run in the plane of the respective floor over the entire width from the distributor 122 to the outlet nozzles 124.
  • the structure according to the invention is implemented, for example, with six waveguide strips, but fewer strips can also be provided.
  • Each waveguide strip has a rectangular cross section with typical dimensions of, for example, 10 • 3 mm 2 .
  • the broad side of the waveguide strips lies in the plane of the bottom 125.
  • the coupling element 127 is preferably a detachable quick coupling which enables the heat exchanger 12 to be removed from the trough 11 without further changes to the overall system.
  • the inlet connection 123 consists of a flexible hose.
  • the medium used for temperature control eg water
  • the outlet nozzles 124 are provided at the ends of the bottom which the medium flows through the tub 11. Since the shape of the heat exchanger 12 is adapted to the shape of the trough 11, the outlet nozzles 124 are located in the immediate vicinity of a side wall of the trough 11. The medium emerging at the end of the heat exchanger 12 opposite the distributor 122 can be freely m the tub 11 flows, but experiences essentially a reversal of the flow direction due to the adjacent tub wall. The outlet nozzles 124 thus form a deflection area with the adjoining tub wall, from which the medium flows back through the tub 11 through the frame 121 over its surface and the samples along the stacks V to I hm to the return 15. The backflow therefore does not take place inside the hollow components of the frame 121, but rather outside of them, so that the samples are wound directly by the medium in the sample receptacles.
  • the regular structure of the sample holder ensures a homogeneous and uniform flow through the sample container 10 corresponding to two flow sections.
  • first flow section there is an essentially laminar flow through the floor from the distributor 122 hm to the outlet nozzles 124.
  • second flow section there is also a homogeneous, almost laminar backflow from the deflection area (outlet nozzles 124) hm to the return 15.
  • a particular advantage of the invention is that that the lambda of the flow enables an extremely even heat distribution from the medium to the samples.
  • the medium first flows from the inlet connection 123, heating the samples lying in the receptacles on the bottom 125 with a continuously falling temperature through the bottom to the outlet nozzles 124.
  • the backflow under the action of the dynamic pump 21 essentially takes place above the samples m the recordings.
  • Heat exchange is again effected, with the samples (stack I) heated more strongly in the first flow section being heated relatively less and the samples heated less in the first flow section (eg stack V) being heated more strongly.
  • the first samples on the outlet side are subjected to the highest temperature from their underside and the lowest temperature from their top, whereas samples in the vicinity of the outlet nozzles 124 are exposed from the top and bottom be subjected to substantially similar temperatures.
  • all samples are supplied with the same total energy.
  • the described reaction container according to FIG. 5 is used in such a way that first the frame 121 is loaded with the samples (microtiter plates). Subsequently, on the coupling element 127, the connection of the flow 14, the insertion of the heat exchanger 12 m, the tub 11 and the covering and filling of the system (see above). With the dynamic pump 21, the medium, after it has filled the distributor 122, is pressed into the bottom 125 and through the outlet nozzles 124 into the trough, and is sucked out of the trough into the rest of the media circuit due to the differential pressure between supply and return via the return 15 .
  • the sample holder heat exchanger 12
  • the coupling element After carrying out the temperature control process, as described above, for example, the sample holder (heat exchanger 12) is removed from the tub, and after the coupling element has been released, all of the samples can be transported as a block to the site for further processing.
  • Parts of the level measurement device 19 are not shown in FIG. 5.
  • the invention is not limited to the described embodiments of the control method or the temperature control device, but rather can be modified depending on the application. For example, it is possible to reduce the number of temperature sensors on the reaction vessel. If the temperature control takes place under reduced accuracy requirements, the sample probe can be omitted and the regulation principle can be adapted in such a way that heating or cooling is effected until the temperatures at the flow and return are equal. This condition corresponds to that desired equilibrium, in which the sample temperature inevitably corresponds to the flow and return temperatures. Furthermore, the valves shown can be replaced by other locking devices, for example by three-way valves, in particular if there are reduced demands on the speed of the temperature setting. Other possible modifications relate to the number and type of heater or cooler, the size of the heat exchanger, the shape of the reaction vessel, the type of level measurement and the use of the ventilation device.

Abstract

The invention relates to devices and a method for tempering a liquid bath in a reaction vessel (10) with a medium whose temperature can be regulated with a heating circuit (20) and a cooling circuit (30), each of which have heating or cooling devices (23, 33a, 33b). The medium flows through a heat exchanger (12) in the reaction vessel (10) from an admission flow (14) to a return flow (15) and from the return flow (15) to the admission flow (14), in dependence on the operation of blocking devices (22, 35, 36), through the heating and/or cooling circuit (20, 30). The heating or cooling devices (23, 33a, 33b) and the blocking devices (22, 35, 36) are operated in such a way that the medium in the reaction vessel is at a predetermined desired temperature.

Description

Vorrichtungen und Verfahren zur Probentemperierung Devices and methods for temperature control of samples
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Temperierung eines Flussigkeitsbades, insbesondere zur Temperierung einer Vielzahl von Proben innerhalb eines Reaktionsbehalters und Temperierungsverfahrens .The invention relates to devices for tempering a liquid bath, in particular for tempering a large number of samples within a reaction container and tempering method.
Es ist allgemein bekannt, mit Temperierungsvorrichtungen m Form von steuerbaren Thermostaten die Temperatur von Proben oder Materialien einzustellen oder entsprechend einem bestimmten Zeitmuster zu regeln oder in einem Probenraum bestimmte thermische Reaktionsbedingungen einzustellen. Ein Thermostat umfaßt in der Regel ein asserbad, das mit einer Heiz- und einer Kuhleinrichtung in thermischem Kontakt steht und einen Temperaturfühler aufweist. Je nach der Abweichung des mit dem Temperaturfühler gemessenen Temperaturwertes von einem Sollwert werden die Heiz- oder Kuhleinrichtungen zum Erwarmen oder Abkühlen des Wasserbades betätigt. Der konkrete Aufbau eines Thermostaten hangt von der gewünschten Anwendung ab. In üngster Zeit sind in der Medizin, Biochemie und Gentechnik neue Anforderungen an die Temperierung von Proben oder dgl . m Bezug auf die Geschwindigkeit, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Temperatureinstellung entstanden, die mit herkömmlichen Thermostaten nicht mehr erfüllt werden können.It is generally known to use temperature control devices in the form of controllable thermostats to set the temperature of samples or materials or to regulate them according to a certain time pattern or to set certain thermal reaction conditions in a sample room. A thermostat usually includes an aquarium bath that is in thermal contact with a heating and cooling device and has a temperature sensor. Depending on the deviation of the temperature value measured with the temperature sensor from a target value, the heating or cooling devices are actuated to heat or cool the water bath. The specific structure of a thermostat depends on the desired application. Recently there have been new requirements for the temperature control of samples or the like in medicine, biochemistry and genetic engineering. m related to the speed, accuracy and reproducibility of the temperature setting, which can no longer be achieved with conventional thermostats.
Beispiele für biochemische Reaktionen, deren Ablauf die Einstellung von definierten Temperaturen entsprechend einem bestimmten Zeitmuster erfordert, sind die Polymerase- oder Liga- se-Kettenreaktion (PCR- oder LCR-Prozesse) zur Vervielfältigung einer Nuklemsauresequenz unter Verwendung bestimmter thermostabiler Enzyme. Diese PCR-Prozesse erfordern insbesondere die zyklische Einstellung bestimmter Probentemperaturen für bestimmte Reaktions- oder Temperierungszeiten. Es ist allgemein bekannt, PCR-Prozesse in einem Tauchbad durchzufuhren (Tauch-PCR) . Die Tauch-PCR hat den Nachteil, daß im Wasserbad Temperaturgradienten auftreten, durch die die PCR-Bedmgungen nicht ausreichend reproduzierbar und genau einstellbar sind.Examples of biochemical reactions, the course of which requires the setting of defined temperatures in accordance with a specific time pattern, are the polymerase or ligase chain reaction (PCR or LCR processes) for the multiplication of a nuclear acid sequence using certain thermostable enzymes. These PCR processes in particular require the cyclical setting of certain sample temperatures for certain reaction or tempering times. It is generally known to carry out PCR processes in an immersion bath (immersion PCR). The immersion PCR has the disadvantage that temperature gradients occur in the water bath, by means of which the PCR conditions cannot be reproduced sufficiently and can be set precisely.
Gemäß einer bekannten Technik besitzt eine Temperierungsvorrichtung einen Aufbau mit einem Reaktionsbehalter, einem Heizstab, einer Kuhlschlange und einer Vielzahl von Temperaturfühlern, wie er beispielsweise aus WO 90/05329 bekannt ist. Mit diesem temperierbaren Reaktionsbehalter wird zwar durch ein programmierbares Steuersystem ein schnelles Heizen und Kuhlen und die zyklische Einstellung eines Temperaturproflls ermöglicht. Die grundsätzlichen Nachteile herkömmlicher Thermostaten werden damit jedoch nicht überwunden. Diese Nachteile äußern sich insbesondere darin, daß bei einem großen Volumen (rd. 1 bis 2 1) des Reaktionsbehalters die Temperatureinstel- lung für zahlreiche biochemische Anwendungen zu langsam und zu ungenau erfolgt und mit der Einstellung eines Temperaturgradienten (inhomogene Temperierung) verbunden ist. Ferner zeichnen sich die Reaktionsbehalter durch einen hohen Wasserverbrauch aus. Wird hingegen zur Erzielung geringerer Emstell- zeiten das Volumen verkleinert, so wird der Reaktionsbehalter und damit der Probendurchsatz für praktische Anwendungen zu klein. Weitere Nachteile herkömmlicher Temperierungsvorrichtungen bestehen m einem hohen Energieverbrauch, einer geringen Flexibilität und einer unbefriedigenden Reproduzierbarkeit der Temperaturubergange (Rampenform zwischen zwei Reaktionstemperaturen, überschwingen bei der Temperaturemstellung) .According to a known technique, a temperature control device has a structure with a reaction vessel, a heating element, a cooling coil and a large number of temperature sensors, as is known, for example, from WO 90/05329. With this temperature-controlled reaction container, a programmable control system enables rapid heating and cooling and the cyclical setting of a temperature profile. However, the basic disadvantages of conventional thermostats are not overcome. These disadvantages manifest themselves in particular in the fact that, in the case of a large volume (approximately 1 to 2 liters) of the reaction vessel, the temperature setting is too slow and too imprecise for numerous biochemical applications and is associated with the setting of a temperature gradient (inhomogeneous temperature control). Furthermore, the reaction vessels are characterized by a high water consumption. If, on the other hand, the volume is reduced in order to achieve shorter setup times, the reaction container and thus the sample throughput become too small for practical applications. Other disadvantages of conventional temperature control devices are high energy consumption, low flexibility and unsatisfactory reproducibility of the temperature transitions (ramp shape between two reaction temperatures, overshoot when setting the temperature).
Es ist die Aufgabe der Erfindung, verbesserte Vorrichtungen zur Temperierung eines Flussigkeitsbades anzugeben, mit denen die Nachteile der herkömmlichen Verfahrensweisen überwunden werden und die einen erweiterten Anwendungsbereich besitzen. Die neuen Vorrichtungen sollen insbesondere eine schnelle, ge- naue, reproduzierbare und energiesparende Temperatureinstellung ermöglichen. Die Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein verbessertes Temperierungsverfahren anzugeben, mit dem die Temperatureinsteilung verbessert und/oder der Probendurchsatz erhöht werden kann.It is the object of the invention to provide improved devices for tempering a liquid bath, with which the disadvantages of the conventional methods are overcome and which have an expanded range of application. The new devices are intended in particular to provide fast, enable accurate, reproducible and energy-saving temperature settings. The object of the invention is also to provide an improved temperature control method with which the temperature grading can be improved and / or the sample throughput can be increased.
Die genannten Aufgaben werden mit Vorrichtungen bzw. Verfahren mit Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1, 5, 11 bzw. 19 gelost. Vorteilhafte Ausfuhrungsformen und Verwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhangigen Ansprüchen.The above-mentioned objects are achieved with devices or methods with features according to patent claims 1, 5, 11 and 19. Advantageous embodiments and uses of the invention result from the dependent claims.
Gemäß einem ersten wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Dusenstockwarmetauscher bereitgestellt, der simultan einen Durchfluß für ein Temperierungsmedium und eine Probenhalterung bildet.According to a first important aspect of the invention, a nozzle heat exchanger is provided which simultaneously forms a flow for a temperature control medium and a sample holder.
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung betrifft einen Reaktionsbehalter zur Probentemperierung. Der Reaktionsbehalter umfaßt eine Wanne und den Dusenstockwarmetauscher und ist zum Anschluß an einen zirkulierenden Medienumlauf (z.B. an die obengenannten Medienkreislaufe) mit einem Vorlauf und einem Rucklauf versehen und im Inneren für einen Medienumlauf mit Umkehr der Stromungsrichtung eingerichtet. Das Medium wird vom Vorlauf zum Rucklauf zunächst in einer ersten Richtung an den Proben vorbeigeleitet , dann in einem Umlenkbereich umgelenkt und schließlich in umgekehrter Richtung wieder an den Proben vorbeigeleitet. Dadurch wird das Medium, das mit einer bestimmten Abweichung von der Solltemperatur am Vorlauf eintritt und nach thermischem Kontakt mit den Proben mit einer entgegengesetzten Abweichung am Rucklauf austritt, im Mittel auf die Proben eine im wesentlichen ausgeglichene und homogene Temperierungswirkung ausüben. Ist beispielsweise die Probentemperatur zu niedrig, so wird Medium mit erhöhter Temperatur zugeführt. Die Proben m der Nahe des Vorlaufs werden starker erwärmt als die Proben mit Abstand vom Vorlauf (z.B. am Um- lenkbereich) , wobei jedoch beim Ruckfließen zum Rucklauf die Proben mit Abstand vom Vorlauf wegen der dann noch höheren Medientemperatur starker erwärmt werden, als die Proben am Vorlauf. Damit wird die ausgleichende Wirkung des erfmdungsgema- ßen Stromungsprinzips erzielt.Another important aspect of the invention relates to a reaction container for temperature control of the sample. The reaction vessel comprises a trough and the nozzle heat exchanger and is provided with a flow and a return for connection to a circulating media circulation (for example to the media circuits mentioned above) and is set up inside for a media circulation with reversal of the flow direction. From the flow to the return, the medium is first directed past the samples in a first direction, then deflected in a deflection area and finally directed past the samples in the opposite direction. As a result, the medium that enters the flow with a certain deviation from the target temperature and exits with an opposite deviation at the return after thermal contact with the samples will exert an essentially balanced and homogeneous temperature control effect on the samples. For example, if the sample temperature is too low, medium with an elevated temperature is supplied. The samples near the lead are heated more strongly than the samples at a distance from the lead (e.g. at the steering area), however, when flowing back to the return, the samples are warmed more strongly than the samples at the feed, due to the then still higher media temperature. The balancing effect of the flow principle according to the invention is thus achieved.
Gemäß einem weiteren wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung wird insbesondere ein Temperierungsverfahren geschaffen, bei dem das energietransportierende Medium direkt mit zwei Medien- kreislaufen verbunden ist, die zur Einstellung verschiedener Temperaturen eingerichtet sind und beispielsweise einen Heiz- und einen Kuhlkreislauf darstellen, wobei die Temperatur in einem Reaktionsbehalter oder einem Bad oder an einem Probenort durch wahlweise betatigbare Sperreinrichtungen und Heiz- oder Kuhleinrichtungen m den Medienkreislaufen eingestellt wird. Ein Reaktionsbehalter ist eine mit dem Medium temperierbare Anordnung, die zur Aufnahme mindestens einer Probe eingerichtet ist. Mit den Sperreinrichtungen und Heiz- oder Kuhlein- πchtungen kann das Medium am Probenort als genau dosierbare Mischung bestimmter Medienmengen mit bestimmten Temperaturen aus den Kreislaufen eingestellt werden.According to a further important aspect of the invention, a temperature control method is created in particular, in which the energy-transporting medium is directly connected to two media circuits which are set up to set different temperatures and represent, for example, a heating and a cooling circuit, the temperature in a reaction vessel or a bath or at a sample location by means of optionally operable locking devices and heating or cooling devices in the media circuits. A reaction vessel is an arrangement that can be tempered with the medium and is set up to hold at least one sample. With the locking devices and heating or cooling devices, the medium at the sample location can be adjusted from the circuits as a precisely metered mixture of certain amounts of media with certain temperatures.
Mit der Erfindung wird auch eine neuartige Regelung für ein Temperierungsverfahren angegeben. Die Regelung ist darauf gerichtet, ein Medium, dessen Temperatur mit einem Heiz- und einem Kuhlkreislauf einstellbar ist, auf eine bestimmte Solltemperatur einzustellen. Hierzu sind insgesamt vier Regler vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Abweichung der Probentemperatur von der Solltemperatur betätigt werden. Sie umfassen einen Hauptregler, der zur Betätigung des Heiz- oder des Kuhl- kreislaufes eingerichtet ist, einen Kuhlregler, der zur Reduzierung der Probentemperatur wahrend der Regelung eingerichtet ist, einen Heizregier, der zur Erhöhung der Probentemperatur wahrend der Regelung eingerichtet ist, und einen Pumpenregler, it dem die einen Reaktionsbehalter oder ein Bad oder einen Probenort durchsetzende Medienmenge eingestellt wird.The invention also provides a new type of regulation for a temperature control process. The control is aimed at setting a medium, the temperature of which can be adjusted with a heating and a cooling circuit, to a specific target temperature. A total of four controllers are provided for this purpose, which are actuated as a function of the deviation of the sample temperature from the target temperature. They include a main controller that is set up to operate the heating or cooling circuit, a cooling controller that is set up to reduce the sample temperature during the control, a heating control set up to increase the sample temperature during the control, and a pump controller , with which the amount of media passing through a reaction container or a bath or a sample location is set.
Eine erfmdungsgemaße Temperierungsvorrichtung besteht entsprechend dem obengenannten Prinzip der Dosierung des energietransportierenden Mediums aus einstellbaren Anteilen aus Medienkreislaufen verschiedener Temperatur insbesondere aus dem genannten Reaktionsbehalter, der mit einem Vorlauf und einem Rucklauf als Teil eines der beiden Medienkreislaufe mit Sperreinrichtungen und einer Heiz- oder Kuhlemrichtung ausgestattet ist, wobei der Vorlauf und der Rucklauf jeweils über weitere Sperreinrichtungen mit dem zweiten Medienkreislauf in Verbindung stehen. Vorzugsweise ist der erste Medienkreislauf ein Heizkreislauf, der also vom Vorlauf über den Reaktionsbehalter, den Rucklauf, eine Pumpeinrichtung, eine Sperreinrichtung und eine Heizeinrichtung wieder zum Vorlauf fuhrt. Der zweite Medienkreislauf ist dann ein Kuhlkreislauf, der in sich eine Pumpeinrichtung und eine Kuhlemrichtung enthalt und über Sperreinrichtungen mit dem Vor- bzw. Rucklauf verbunden werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Gestaltung beschrankt. Vielmehr ist auch eine Gestaltung möglich, bei der der erste Medienkreislauf der Kuhlkreislauf und der zweite Medienkreislauf der Heizkreislauf ist.A temperature control device according to the invention consists, according to the above-mentioned principle of metering the energy-transporting medium, of adjustable proportions from media circuits of different temperatures, in particular from the reaction vessel mentioned, which is equipped with a flow and a return as part of one of the two media circuits with locking devices and a heating or cooling device, the flow and the return are each connected to the second media circuit via further locking devices. The first media circuit is preferably a heating circuit, which thus leads from the flow via the reaction tank, the return, a pump device, a blocking device and a heating device back to the flow. The second media circuit is then a cooling circuit, which contains a pumping device and a cooling device and can be connected to the forward or return flow via blocking devices. However, the invention is not limited to this design. Rather, a design is also possible in which the first media circuit is the cooling circuit and the second media circuit is the heating circuit.
Die Temperierungsvorrichtung zur Implementierung einer derartigen Stromungsfuhrung ist vorzugsweise als Dusenstockwarmetauscher im Reaktionsbehalter ausgeführt, dessen Leitungssystem simultan zur Fuhrung des Mediums und zur Probenhalte- rung dient .The temperature control device for implementing such a flow control is preferably designed as a nozzle-type heat exchanger in the reaction vessel, the line system of which simultaneously serves to guide the medium and to hold the sample.
Die Erfindung besitzt die folgenden Vorteile. Es wird erstmalig ein Reaktionsbehalter mit einem deutlich erhöhten Volumen (bis zu 8 1) geschaffen, der eine Temperierung von Proben entsprechend den in der Biochemie, Medizin und Gentechnik gestellten Anforderungen m Bezug auf die Genauigkeit, Reprodu- zierbarkeit und Geschwindigkeit der Temperatureinstellung erfüllt. Es wird eine hohe Energiewirtschaftlichkeit, Flexibilität und Geschwindigkeit beim Anfahren von bestimmten Temperaturhaltepunkten erreicht. Der erfmdungsgemaße Reaktionsbehalter bzw. Wärmetauscher benotigt keine geratebedingte Vorlaufzeit. Der Temperierungsprozeß kann ohne Vortemperierung der Temperaturkreislaufe direkt gestartet werden. Durch die Geschwindigkeit der Temperatureinstellung erfolgt die Probentemperierung besonders schonend, da die Zeit, wahrend derer die Probe nahe der gewünschten Reaktionstemperatur ist und ggf. bereits erste Reaktionen unreproduzierbar oder unerwünscht ablaufen, verkürzt wird. Beim Abfahren bestimmter zeitlicher Temperaturprofile können die Proben im Reaktionsbehalter bleiben. Uberschwmgerschemungen bei der Temperatureinstellung werden vermieden. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Anwendungen beschrankt. Es ist eine Anpassung verschiedener Probenarten oder eine Anwendung in anderen technischen Gebieten (z.B. Werkstoffprüfung), bei denen es z.B. auf schnelle Temperaturanderungen ankommt, möglich. Die erf dungsgemaße Vorrichtung kann einfach bedient und gewartet werden. Die Erfindung kann mit den verschiedensten Temperierungsmedien (z.B. Wasser, 01) implementiert werden. Dadurch besitzt der erfin- dungsgemaße Reaktionsbehalter einen erweiterten Einsatzbereich, dem jeweils an die gewünschte Anwendung angepaßte Materialien als Temperierungsmedien verwendet werden. Es können auch hohe Temperaturen erreicht werden, ohne daß ein Druckbehalter vorgesehen werden muß.The invention has the following advantages. For the first time, a reaction container with a significantly increased volume (up to 8 1) is created, which temperature-regulates samples in accordance with the requirements in biochemistry, medicine and genetic engineering in terms of accuracy, reproducibility decorability and speed of temperature adjustment met. A high level of energy efficiency, flexibility and speed are achieved when approaching certain temperature holding points. The reaction vessel or heat exchanger according to the invention does not require a lead time due to the device. The tempering process can be started directly without pre-tempering the temperature circuits. Due to the speed of the temperature setting, the temperature of the sample is particularly gentle, since the time during which the sample is close to the desired reaction temperature and the first reactions may already be unreproducible or undesirable is shortened. When certain temperature profiles are run, the samples can remain in the reaction container. Flooding in the temperature setting is avoided. The invention is not restricted to specific applications. It is possible to adapt different types of samples or to use them in other technical areas (e.g. material testing) where rapid temperature changes are important. The device according to the invention can be easily operated and maintained. The invention can be implemented with a wide variety of temperature control media (eg water, 01). As a result, the reaction container according to the invention has an expanded area of application, to which materials adapted to the desired application are used as temperature control media. High temperatures can also be reached without the need for a pressure vessel.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden aus den beigefugten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:Further advantages and details of the invention will become apparent from the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Ubersichtsdarstellung einer erfmdungsgemäßen TemperlerungsVorrichtung, Fig. 2 eine Blockdarstellung zur Illustration der erfin- dungsgemaßen Regelung,1 shows a schematic overview of a temperature control device according to the invention, 2 shows a block diagram to illustrate the control according to the invention,
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Illustration eines Temperierungsvorganges,3 shows a flow chart to illustrate a tempering process,
Fig. 4 eine Kurvendarstellung zur Illustration derFig. 4 is a graph to illustrate the
Temperatureinstellung bei einem Temperierungsvorgang gemäß Fig. 3, undTemperature setting in a tempering process according to FIG. 3, and
Fig. 5 eine schematische Perspektivdarstellung eines erf dungsgemaßen Dusenstockwarmetauschers .Fig. 5 is a schematic perspective view of an inventive nozzle heat exchanger.
Eine erfmdungsgemaße Temperierungsvorrichtung besteht gemäß Fig. 1 aus einem Reaktionsbehalter 10, der Teil eines Heiz- kreislaufes 20 ist und in Verbindung mit einem Kuhlkreislauf 30 steht. Der Reaktionsbehalter 10 umfaßt eine Wanne 11, m der ein Wärmetauscher 12 (Einzelheiten s. Fig. 5) mit Probenaufnahmen 13 angeordnet und die mit einer Fullstandsmeßem- πchtung 19 verbunden ist. Der emlaßseitige Anschluß des Wärmetauschers 12 und der auslaßseitige Anschluß der Wanne 11 bilden den Vorlauf 14 bzw. den Rucklauf 15 des Reaktionsbehal- ters 10. Am Reaktionsbehalter 10 sind mehrere Temperaturfühler vorgesehen. Diese umfassen den Vorlauffuhler 16, den Proben- fuhler 17 und den Rucklauffuhler 18. Die Fuhler (oder: Sensoren) sind z.B. Widerstands-Temperaturfuhler (z.B. PT 100), können aber auch Thermoelemente sein oder auf anderen Meßprin- zipien basieren. Die Vor- und Rucklauffuhler erfassen die Medientemperatur jeweils im Vor- oder Rucklauf mit einem Abstand von rd. 3 bis 5 cm vom Reaktionsbehalter 10. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebene Form des Reaktionsbe- halters 10 mit eingesetztem Wärmetauscher 12 beschrankt, sondern kann auch mit anders gestalteten Reaktionsbehaltern, z.B. in Form einer Durchflußwanne oder eines geschlossenen Warme- tauschers, bei dem die Proben nicht mit dem energieubertragen- den Medium m Kontakt kommen, realisiert werden.According to FIG. 1, a temperature control device according to the invention consists of a reaction container 10 which is part of a heating circuit 20 and is connected to a cooling circuit 30. The reaction container 10 comprises a trough 11, in which a heat exchanger 12 (for details see FIG. 5) with sample receptacles 13 is arranged and which is connected to a fullness measurement 19. The inlet-side connection of the heat exchanger 12 and the outlet-side connection of the trough 11 form the flow 14 and the return 15 of the reaction container 10. Several temperature sensors are provided on the reaction container 10. These include the flow sensor 16, the sample sensor 17 and the return sensor 18. The sensors (or: sensors) are, for example, resistance temperature sensors (eg PT 100), but can also be thermocouples or based on other measuring principles. The flow and return sensors record the media temperature in the flow or return with a distance of approx. 3 to 5 cm from the reaction container 10. The invention is not restricted to the form of the reaction container 10 described here with the heat exchanger 12 inserted, but can also be used with differently designed reaction containers, for example in the form of a flow trough or a closed heat exchanger. exchangers in which the samples do not come into contact with the energy-transmitting medium.
Der Heizkreislauf 20 (Umlauf m Pfeilrichtung) umfaßt den Reaktionsbehalter 10, eine dynamische Pumpe 21, eine Sperreinrichtung, die durch em erstes Magnetventil 22 (MV 2 ) gebildet wird, und eine Heizeinrichtung in Form eines Durchlauferhitzers 23 mit einem Heiztemperaturbegrenzer 24. Die dynamische Pumpe 21 ist eine Zirkulationspumpe, die zur stufenlosen Dreh- zahle stellung, z.B. im Bereich von 0 bis 3000 U/mm, eingerichtet ist. Zum Betrieb der dynamischen Pumpe 21, des Durchlauferhitzers 23 und des ersten Magnetventils 22 sind jeweils em Pumpenregler 54, em Heizregier 55 und em Kuhlregler 56 (Freigabe des ersten Magnetventils 22) vorgesehen, deren Funktionen unter Bezug auf Fig. 2 erläutert wird.The heating circuit 20 (circulation in the direction of the arrow) comprises the reaction container 10, a dynamic pump 21, a locking device which is formed by the first solenoid valve 22 (MV 2), and a heating device in the form of a continuous-flow heater 23 with a heating temperature limiter 24. The dynamic pump 21 is a circulation pump which is used for the stepless speed setting, eg in the range from 0 to 3000 U / mm. For the operation of the dynamic pump 21, the instantaneous water heater 23 and the first solenoid valve 22, there are em pump regulators 54, heating regulators 55 and cooling regulators 56 (enabling the first solenoid valve 22), the functions of which will be explained with reference to FIG. 2.
Der Kuhlkreislauf 30 besitzt simultan die Funktion einer Kühlung und eines Pufferreservoirs und umfaßt eine statische Pumpe 31, die zur dauerhaften Zirkulation des Mediums im Kuhlkreislauf 30 eingerichtet ist, einen Filter 32 (Partikelfll- ter) , mindestens einen Pufferspeicher 37 und zwei Kältemaschinen 33a, 33b, die als Kuhlemrichtungen wirken. Der Kuhlkreislauf 30 weist ferner zwischen der statischen Pumpe 31 und der ersten Kuhlemrichtung 33a einen Verzweigungspunkt auf, von dem über em zweites Magnetventil 35 (MV 1) eine Verbindung mit einem Verzweigungspunkt zwischen dem Durchlauferhitzer 23 und dem Vorlauf 14 im Heizkreislauf besteht. Außerdem ist zwischen der zweiten Kuhlemrichtung 33b und der statischen Pumpe 31 im Kuhlkreislauf 30 em weiterer Verzweigungspunkt vorgesehen, von dem eine Verbindung über em drittes Magnetventil 36 (MV 2) mit dem Heizkreislauf 20 an einem Verzweigungspunkt zwischen der dynamischen Pumpe 21 und dem ersten Magnetventil 22 besteht. Die Kuhleinrichtungen 33a, 33b (Kältemaschinen) sind jeweils mit einem Thermostaten 34a, 34b ausgestattet. Die Thermostaten 34a, 34b erfassen mit Fühlern im umlaufenden Medium dessen Temperatur und betätigen die Kuhleinrichtungen 33a, 33b zur Einstellung einer vorbestimmten, festen Temperatur.The cooling circuit 30 simultaneously has the function of cooling and a buffer reservoir and comprises a static pump 31 which is set up for the permanent circulation of the medium in the cooling circuit 30, a filter 32 (particle filter), at least one buffer store 37 and two refrigeration machines 33a, 33b that act as cooling directions. The cooling circuit 30 also has a branching point between the static pump 31 and the first cooling device 33a, from which there is a connection via the second solenoid valve 35 (MV 1) to a branching point between the instantaneous heater 23 and the flow 14 in the heating circuit. In addition, a further branching point is provided between the second cooling device 33b and the static pump 31 in the cooling circuit 30, from which a connection via a third solenoid valve 36 (MV 2) to the heating circuit 20 at a branching point between the dynamic pump 21 and the first solenoid valve 22 consists. The cow devices 33a, 33b (refrigeration machines) are each equipped with a thermostat 34a, 34b. The thermostats 34a, 34b sense the temperature of the circulating medium with sensors and actuate the cooling devices 33a, 33b to set a predetermined, fixed temperature.
Das gesamte in Fig. 1 gezeigte System ist mit einem energietransportierenden Medium gefüllt. Dieses Medium ist vorzugsweise Wasser, kann aber auch anwendungsabhangig durch eine geeignete Salzlosung (Verringerung von Kalkniederschlagen, Verbesserung der Warmeleitung) oder durch em Leichtol oder em Transformatorol gebildet werden. Die Systembefullung erfolgt z. B. durch eine externe Befullung der Wanne 11 bei geöffnetem dritten Magnetventil 36, laufenden Pumpen 21, 31 und geschlossenen ersten und zweiten Magnetventilen 22, 35, bis am Entluf- tungsstutzen der Pufferspeicher 37 Wasser austritt, oder über einen gesonderten Speiseanschluß (nicht dargestellt) .The entire system shown in FIG. 1 is filled with an energy-transporting medium. This medium is preferably water, but can also be formed depending on the application by a suitable salt solution (reduction of lime deposits, improvement of the heat conduction) or by a light oil or a transformer oil. The system is filled z. B. by external filling of the tub 11 with the third solenoid valve 36 open, pumps 21, 31 running and the first and second solenoid valves 22, 35 closed until the buffer tank 37 leaks water at the vent connection, or via a separate feed connection (not shown) .
Die Leistungsparameter der Heiz- und Kuhlkreislaufe, zu denen insbesondere die Volumina des umlaufenden Mediums und die Heiz- bzw. Kuhlleistungen der Heiz- oder Kuhleinrichtungen zahlen, werden anwendungsabhangig gewählt. Für die unten erläuterte Anwendung beim PCR-Prozeß mit einer 7.5 1-Wanne 11 können beispielsweise der Heizkreislauf 20 für rd. 4.5 1 Warmwasser mit einer Heizleistung mit rd. 12 kW und der Kuhlkreislauf 30 für rd. 60 1 Kuhlwasser (im wesentlichen Speicheroder Puffervolumen des Pufferspeichers 37) mit einer Kühlleistung von 2 • 1 kW Kühlleistung vorgesehen sein. Abweichend von der Darstellung gemäß Fig. 1 können die Kuhleinrichtungen 33a, 33b auch durch eine einzelne Kuhlemrichtung mit entsprechend höherer Kühlleistung ersetzt werden, was jedoch gegebenenfalls m Bezug auf den Energieverbrauch und die Betriebssicherheit nachteilig sein kann. Fig. 1 zeigt ferner einen zusätzlichen Ventilationskuhler 40, der zur unmittelbaren Kühlung des Durchlauferhitzers 23 durch Aufnahme von Oberflachenwarme vorgesehen ist. Als Venti- lationsemrichtung 40 ist jeder geeignete Lufter mit genügender Leistung (z.B. em Schaltschranklufter ) verwendbar.The performance parameters of the heating and cooling circuits, in particular the volume of the circulating medium and the heating or cooling output of the heating or cooling devices, are selected depending on the application. For the application explained below in the PCR process with a 7.5 1 well 11, for example, the heating circuit 20 for approx. 4.5 1 hot water with a heating capacity of approx. 12 kW and the cooling circuit 30 for approx. 60 1 cooling water (essentially storage or buffer volume of the buffer storage 37) with a cooling capacity of 2 • 1 kW cooling capacity. 1, the cooling devices 33a, 33b can also be replaced by a single cooling device with a correspondingly higher cooling capacity, which, however, can be disadvantageous in terms of energy consumption and operational safety. Fig. 1 also shows an additional ventilation cooler 40, which is provided for the immediate cooling of the instantaneous water heater 23 by taking up surface heat. Any suitable ventilator with sufficient power (for example a control cabinet ventilator) can be used as ventilation device 40.
Schließlich zeigt Fig. 1 auch schematisch eine Steuereinrichtung 50 mit einer Ablaufsteuerung 51, einer Schutzsteuerung 52, einen Hauptregler 53 (sogenannter ECO-Regler) , dem Pumpenregler 54, dem Heizregier 55, dem Kuhlregler 56, Betatigungs- elementen 57 und einer Anzeige 58. Die Elemente der Steuereinrichtung 50 werden im folgenden unter Bezug auf Fig. 2 erläutert .Finally, FIG. 1 also schematically shows a control device 50 with a sequence control 51, a protection control 52, a main controller 53 (so-called ECO controller), the pump controller 54, the heating controller 55, the cooling controller 56, actuating elements 57 and a display 58. The elements of the control device 50 are explained below with reference to FIG. 2.
Em erfmdungsgemaßer Temperierungsvorgang wird von der Ablaufsteuerung 51 und der Schutzsteuerung 52 in Zusammenwirkung mit den Reglern 53 bis 56 entsprechend den m Fig. 2 gezeigten Verknüpfungen realisiert. Die Ablaufsteuerung 51 stellt die Steuersignale bereit, die den konkreten Ablauf eines Temperierungsvorganges repräsentieren. Dementsprechend besitzt die Ablaufsteuerung 51 einen Eingang 51ι, über den Prozeßparameter wie z.B. eine Folge von Solltemperaturen Ts,n, die für bestimmte Temperierungszeiten tn gegebenenfalls mit N Zyklen wiederholt eingestellt werden sollen, und die Probentemperatur TP vom Probenfuhler 17 (s. Fig. 1) eingegeben werden. Am Ausgang 51o gibt die Ablaufsteuerung 51 dementsprechend Sollgroßen xs an die Regler und em Aus-Signal an die Schutzsteuerung 52.An inventive tempering process is carried out by the sequence control 51 and the protection control 52 in cooperation with the controllers 53 to 56 in accordance with the relationships shown in FIG. 2. The sequence controller 51 provides the control signals which represent the specific sequence of a temperature control process. Accordingly, the sequence control 51 has an input 51ι, via the process parameters, such as a sequence of target temperatures T s , n , which are to be repeatedly set for N temperature cycles for certain temperature control times t n , and the sample temperature T P from the sample probe 17 (see FIG 1) can be entered. At the output 51o, the sequence controller 51 accordingly sends set values x s to the controller and an off signal to the protective controller 52.
Die Schutzsteuerung 52 erhalt am Eingang 52ι eine Reihe von betriebsrelevanten Schaltsignalen, die den Aggregatezustand, die Systembefullung, eine Not-Abschaltung und dergleichen betreffen, und das Aus-Signal der Ablaufsteuerung 51. Mit dem Ausgang 52o der Schutzsteuerung 52 sind erstens die stationäre Pumpe 31 des Kuhlkreislaufes 30 (s. Fig. 1) und zweitens zum Empfang eines Em-Signals die Regler Hauptregler 53 und Pumpenregler 54 verbunden.The protection control 52 receives at the input 52ι a series of operationally relevant switching signals, which relate to the state of the unit, the system filling, an emergency shutdown and the like, and the off signal of the sequence control 51. First, with the output 52o of the protection control 52 are the stationary pump 31 of the cooling circuit 30 (see FIG. 1) and second to Receiving an Em signal, the controller main controller 53 and pump controller 54 connected.
Der Hauptregler 53 erhalt als Freigabe das Ein-Signal von der Schutzsteuerung 52, und am Eingang 53ι den aktuellen Sollwert xs und die aktuelle Probentemperatur TP. Der Hauptregler 53 ist dazu eingerichtet, über den Ausgang 53o m Abhängigkeit vom Wert der Probentemperatur TP in Relation zur Solltemperatur Ts die Heiz- oder Kuhlregler 55, 56 einzuschalten oder eine Nullstellung einzunehmen.The main controller 53 receives the on signal from the protection controller 52 as a release, and the current setpoint x s and the current sample temperature T P at the input 53ι. The main controller 53 is set up to switch on the heating or cooling controllers 55, 56 or to assume a zero position as a function of the value of the sample temperature T P in relation to the target temperature T s via the output 53o m.
Der Pumpenregler 54 erhalt als Freigabe das Ein-Signal von der Schutzsteuerung 52, und am Eingang 54ι den aktuellen Sollwert xs und die aktuelle Rucklauftemperatur TRL. Der Pumpenregler 54 stellt am Ausgang 54o em Spannungssignal (z.B. im Bereich von 0 bis 10 Volt) bereit, das als Eingangssignal an einen Frequenzumrichter 54a angelegt wird, mit dem die dynamische Pumpe 21 (s. Fig. 1) angesteuert wird. Falls die Soll- und Istwerte am Pumpenregler 54 übereinstimmen, stellt der Frequenzumrichter 54a anwendungsabhangig eine vorbestimmte Festdrehzahl an der dynamischen Pumpe 21 em.The pump controller 54 receives the on signal from the protection control 52 as a release, and the current setpoint x s and the current return temperature T RL at the input 54ι. The pump controller 54 provides a voltage signal (for example in the range from 0 to 10 volts) at the output 54o, which is applied as an input signal to a frequency converter 54a with which the dynamic pump 21 (see FIG. 1) is controlled. If the setpoints and actual values on the pump controller 54 match, the frequency converter 54a sets a predetermined fixed speed on the dynamic pump 21 em depending on the application.
Der Heizregier 55 erhalt als Freigabe das Em-Signal von der Schutzsteuerung 52, und am Eingang 55ι em Freigabesignal vom Hauptregler 53, die aktuelle Sollgroße xs und die aktuelle Vorlauftemperatur TVL- Falls im Betriebszustand (Schutzsteuerung 52: Em) mit dem Hauptregler 53 durch das Freigabesignal der Heizregler 55 betätigt wird, gibt dieser am Ausgang 55o em Spannungssignal an einen pulsmodulierten Thyristorsteller 55a, mit dem der Durchlauferhitzer 23 (s. Fig. 1) betätigt wird. Das Ausgangssignal des Heizreglers 55 kann beispielsweise ein Spannungssignal im Bereich von 0 bis 10 Volt sein. Je nach dem Spannungssignal wird eine hohe Pulsrate zur Erzielung einer hohen Heizleistung oder eine niedrige Pulsrate zur Erzielung einer kleinen Heizleistung erzeugt. Falls die Soll- und Ist- werte am Heizregler 55 übereinstimmen, so unterbricht der Heizregler 55 sein eigenes Ausgangssignal über einen internen Schalter (Offner) .The heating control 55 receives the Em signal from the protection controller 52 as a release, and at the input 55ι em release signal from the main controller 53, the current target size x s and the current flow temperature T VL - if in the operating state (protection control 52: Em) with the main controller 53 is actuated by the release signal of the heating controller 55, this gives at the output 55o em voltage signal to a pulse-modulated thyristor controller 55a, with which the water heater 23 (see FIG. 1) is actuated. The output signal of the heating controller 55 can be, for example, a voltage signal in the range from 0 to 10 volts. Depending on the voltage signal, a high pulse rate to achieve a high heating power or a low pulse rate to achieve a low heating power is generated. If the target and actual values on heating controller 55 match, heating controller 55 interrupts its own output signal via an internal switch (opener).
Der Kuhlregler 56 erhalt als Freigabe wiederum entsprechend das Em-Signal von der Schutzsteuerung 52, und am Eingang 56ι das Freigabesignal vom Hauptregler 53, die aktuelle Sollgroße xs und vom Rucklauffuhler 18 (s. Fig. 1) die aktuelle Rucklauftemperatur TRL. Am Ausgang 56o des Kuhlreglers 56 ist eine Verbindung mit der Ventilationsemrichtung 40 (s. Fig. 1) und eine Verbindung mit den Magnetventilen 22, 35 und 36 vorgesehen. Bei kleinen Abweichungen zwischen Soll- und Istwerten von z.B. 0.5 bis 1°, wird als K hlung lediglich die Ventilationsemrichtung eingeschaltet. Bei höheren Temperaturunterschieden zwischen Soll- und Istwerten werden die Magnetventile betätigt, wie dies unten im einzelnen erläutert wird.The cooling controller 56 in turn receives the Em signal from the protection controller 52 as a release, and at the input 56ι the release signal from the main controller 53, the current target size x s and the return sensor 18 (see FIG. 1) the current return temperature T RL . At the outlet 56o of the cooling controller 56 there is a connection to the ventilation device 40 (see FIG. 1) and a connection to the solenoid valves 22, 35 and 36. In the event of small deviations between the setpoint and actual values of, for example, 0.5 to 1 °, only the ventilation device is switched on as cooling. The solenoid valves are actuated at higher temperature differences between the setpoint and actual values, as will be explained in detail below.
Fig. 2 zeigt außerdem die Anzeigeeinrichtung 58, die zur Anzeige der Zyklenzahl N, des aktuellen Sollwerte Xs und/oder der aktuellen Probentemperatur TP eingerichtet ist und hierzu mit der Ablaufsteuerung 51 und dem Probenfuhler 17 (bzw. dem entsprechenden Eingang des Hauptreglers 53) verbunden ist. Die Betatigungselemente 57 der Steuereinrichtung 50 (s. Fig. 1) werden m Fig. 2 entsprechend durch die Schaltung 57 repräsentiert und illustrieren übliche Schalter, wie sie an der Temperierungsvorrichtung vorgesehen sind und insbesondere einen Hauptschalter "Em/Aus" und einen Not-Ausschalter umfassen. Bei Freigabe der Betatigungselemente 57 werden auch die Kuhl- maschmen 33a, 33b eingeschaltet.2 also shows the display device 58, which is set up to display the number of cycles N, the current setpoint value Xs and / or the current sample temperature T P and for this purpose with the sequence control 51 and the sample sensor 17 (or the corresponding input of the main controller 53) connected is. The actuating elements 57 of the control device 50 (see FIG. 1) are correspondingly represented in FIG. 2 by the circuit 57 and illustrate conventional switches as are provided on the temperature control device and in particular a main switch “Em / Aus” and an emergency stop switch include. When the actuating elements 57 are released, the cooling mechanisms 33a, 33b are also switched on.
Im folgenden wird der Ablauf der Temperaturreglung mit einer erfmdungsgemaßen Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 erläutert . Bei einem Vorbereitungsschritt wird die Vorrichtung zunächst durch Befullen des Reaktionsbehalters 10 und der Kreisläufe 20, 30 und die Vorgabe der Temperatursollwerte Ts,n, die Temperierungszeiten tn und die Zyklenzahl N an der Ablaufsteuerung 51 in einen betriebsbereiten Zustand gebracht. Die Pumpe 31 ist aktiviert, so daß das Wasser im Kuhlkreislauf 30 zirkuliert. Nach Abfrage aller Sicherheitsbedingungen über die Betatigungselemente 57 bzw. die Schutzsteuerung 52 (keine Uber- temperatur, kein Wassermangel, Deckel des Reaktionsbehalters verriegelt) und Betätigung einer Starttaste (Betatigungselemente 57) wird die Wassertemperatur Kuhlkreislauf 30 zunächst auf 20°C eingestellt. Sobald dieser hier beispielhaft gegebene Startwert erreicht ist, wird der eigentliche Temperierungsvorgang gestartet und die Pumpe 21 in Betrieb gesetzt. Die Temperatur im Wasserbad des Reaktionsbehalters, m dem sich die Proben befinden, wird entsprechend einem bestimmten, anwen- dungsabhangigen zeitlichen Temperaturprogramm (Beispiel s. unten) eingestellt. Nach Beendigung des Programmablaufs erfolgt eine Ruckschaltung der Vorrichtung in einen Zustand der Be- triebsbereitschaff .In the following the sequence of temperature control is explained with a device according to the invention according to FIGS. 1 and 2. In a preparation step, the device is first brought into an operational state by filling the reaction container 10 and the circuits 20, 30 and specifying the temperature setpoints T s , n , the tempering times t n and the number of cycles N on the sequence controller 51. The pump 31 is activated so that the water circulates in the cooling circuit 30. After querying all the safety conditions via the actuation elements 57 or the protective control 52 (no excess temperature, no water shortage, cover of the reaction container locked) and actuation of a start button (actuation elements 57), the water temperature in the cooling circuit 30 is initially set to 20 ° C. As soon as this starting value given here by way of example is reached, the actual temperature control process is started and the pump 21 is started. The temperature in the water bath of the reaction vessel in which the samples are located is set according to a specific, application-dependent, time-based temperature program (example see below). After the end of the program, the device is switched back to a state ready for operation.
Zur Temperaturreglung wahrend des Programmablaufs wirken die obengenannten Regler wie folgt zusammen. Alle Regler sind als Proportionalregler ausgebildet und zur Verarbeitung des gleichen aktuellen Sollwerts xs eingerichtet, der einer der Solltemperaturen TS n entspricht. Der aktuelle Sollwert wird am Hauptregler 53 mit der Probentemperatur vom Probenfuhler 17, am Pumpenregler 54 mit der Rucklauftemperatur vom Rucklauffuh- ler 18, am Heizregier 55 mit der Vorlauftemperatur vom Vor- lauffuhler 16 und schließlich am Kuhlregler 56 wiederum mit der Rucklauftemperatur verglichen.The above-mentioned controllers work together as follows to control the temperature during the program run. All controllers are designed as proportional controllers and are set up to process the same current setpoint x s , which corresponds to one of the setpoint temperatures T S n . The current setpoint is compared at the main controller 53 with the sample temperature from the sample sensor 17, at the pump controller 54 with the return temperature from the return sensor 18, at the heating controller 55 with the flow temperature from the forward sensor 16 and finally at the cooling controller 56 again with the return temperature.
Falls die Probentemperatur unterhalb der Solltemperatur liegt (Heizfall), gibt der in der Reglerhierarchie an erster Stelle stehende Hauptregler 53 das Freigabesignal an den Heizregier 55. Der nicht freigegebene Kuhlregler bleibt im Zustand derIf the sample temperature is below the target temperature (heating), the main controller 53, which is the first in the controller hierarchy, issues the release signal to the heating controller 55. The cooling controller not released remains in the state of
Betriebsbereitschaft, wobei der Soll-Ist-Wertvergleich fortlaufend durchgeführt wird. Im Heizfall wird nun das Ausgangssignal (z.B. im Bereich von 0 bis 10 Volt Gleichspannung) des Heizreglers 55 auf den pulsmodulierten Thyristorsteller 55a aufgeschaltet , der dementsprechend den Durchlauferhitzer 23 ansteuert. Bei steigender Sollwert-Istwert-Abweichung (xw) wird eine hohe Pulsrate und somit eine hohe Heizleistung und bei fallender Abweichung x eine kleine Pulsrate bzw. eine kleine Heizleistung eingestellt. Bei verschwindendem x wird das Aus- gangssignal des Heizreglers 55 intern abgeschaltet. Falls die Probentemperatur oberhalb der Solltemperatur liegt (Kuhlfall) wird vom Hauptregler 53 das Freigabesignal an den Kuhlregler 56 gegeben, wobei nun entsprechend der Heizregler 55 im Zustand der Betriebsbereitschaft (fortlaufender Soll-Ist- Wertvergleich) verbleibt. Im Kuhlfall schaltet der Kuhlregler 56 bei kleiner Abweichung xw (< 0.5 bis 1°C) die Ventilations- emrichtung 40 em. Bei größerer Abweichung xw werden das zweite und dritte Magnetventil 35, 36 freigegeben und das erste Magnetventil 22 geschlossen. Die Freigabe des zweiten und dritten Magnetventils 35, 36 erfolgt wiederum m Abhängigkeit von der Starke der Abweichung x durch entsprechende Freigabe- oder Taktzeiten, wodurch vorteilhafterweise eine besondere Stetigkeit des Reglers gewährleistet wird.Ready for operation, with the target / actual value comparison being carried out continuously. In the case of heating, the output signal (for example in the range from 0 to 10 volts DC voltage) of the heating controller 55 is now applied to the pulse-modulated thyristor controller 55a, which accordingly controls the water heater 23. If the setpoint / actual value deviation (x w ) increases, a high pulse rate and thus a high heating output is set, and if the deviation x decreases, a small pulse rate or a small heating output is set. If x disappears, the output signal of heating controller 55 is switched off internally. If the sample temperature is above the setpoint temperature (cooling case), the release signal is sent from the main controller 53 to the cooling controller 56, the heating controller 55 now remaining in the ready-for-operation state (continuous setpoint / actual value comparison). In the case of cooling, the cooling controller 56 switches the ventilation device 40 em with a small deviation x w (<0.5 to 1 ° C.). In the event of a larger deviation x w , the second and third solenoid valves 35, 36 are released and the first solenoid valve 22 is closed. The release of the second and third solenoid valves 35, 36 is in turn dependent on the magnitude of the deviation x by means of corresponding release or cycle times, which advantageously ensures that the controller is particularly continuous.
Wenn die Vorlauftemperatur gleich der Rucklauftemperatur ist, so hat sich die Temperierung der Proben stabilisiert. Durch Vergleich der Vorlauf- und Rucklauftemperaturen kann em Signal für die Temperierungsregelung abgeleitet werden.If the flow temperature is the same as the return temperature, the temperature of the samples has stabilized. By comparing the flow and return temperatures, a signal for the temperature control can be derived.
Neben der genannten Heizung bzw. Kühlung lauft der Pumpenregler 54 eigenständig parallel. Je nach dem Regelfall (Heizoder Kuhlfall) wird die Drehzahl der dynamischen Pumpe 21 (s. Fig. 1) entsprechend dem folgenden Schema eingestellt. Im Heizfall wird bei geringen Abweichungen x (Beispiel: 0.5 °C) eine große Drehzahl und bei großen Abweichungen xw (Beispiel: 5 °C) eine geringe Drehzahl und im Kuhlfall bei geringen Abweichungen xw eine kleine Drehzahl und bei großen Abweichungen xw eine große Drehzahl der Pumpe 21 eingestellt. Bei verschwindender Abweichung xw lauft die dynamische Pumpe 21 bei einer vorbestimmten Festdrehzahl (z.B. 3000 U/mm). Bei dieser Festdrehzahl betragt die Durchflußmenge durch die Pumpe z. B. 25 1/mm.In addition to the heating or cooling mentioned, the pump controller 54 runs independently in parallel. Depending on the rule (heating or cooling), the speed of the dynamic pump 21 (see FIG. 1) is set according to the following scheme. in the In the case of heating, small deviations x (example: 0.5 ° C) become a high speed and with large deviations x w (example: 5 ° C) a low speed and in cooling cases with small deviations x w a low speed and with large deviations x w a high speed of the pump 21 set. If the deviation x w disappears, the dynamic pump 21 runs at a predetermined fixed speed (for example 3000 U / mm). At this fixed speed, the flow rate through the pump is z. B. 25 1 / mm.
Wahrend des Betriebes wird die erfmdungsgemaße Vorrichtung laufend über eine Sicherheitsregelkette in Bezug auf Medien- Ubertemperatur, Wassermangel und die Deckelverπegelung überwacht. Treten kritische Betriebszustande auf, so schaltet die Vorrichtung selbsttätig ab. Em erneuter Start erfolgt erst nach manueller Betätigung der Starttaste. Die Regelung des Füllstandes im Reaktionsbehalter 10 erfolgt nach dem folgenden Prinzip .During operation, the device according to the invention is continuously monitored via a safety control chain with regard to excess media temperature, lack of water and the cover locking. If critical operating states occur, the device switches off automatically. A new start only takes place after the start button has been pressed manually. The level in the reaction container 10 is regulated according to the following principle.
Der Füllstand im Reaktionsbehalter 10 wird mit einer Fullstandsmeßemrichtung 19 (s. Fig. 1) gemessen, die eine Schwim- merschaltereinπchtung (z. B. mit zwei Schaltern) umfaßt. Die Schwimmerschaltereinrichtung steht mit den Magnetventilen 22, 35 und 36 in Verbindung. Im Heiz- oder Kuhlfall wird em unzulässig hoher Füllstand durch em zeitweiliges Offnen des dritten Magnetventils 36 bei geschlossenem zweiten Magnetventil 35 und geschlossenem ersten Magnetventil 22 abgebaut. Em Einspeisen erfolgt über em zeitweiliges Offnen des zweiten Magnetventils 35 bei geschlossenem dritten Magnetventil 36 und geöffnetem ersten Magnetventil 22.The fill level in the reaction container 10 is measured with a fill level measuring device 19 (see FIG. 1), which comprises a float switch device (eg with two switches). The float switch device is connected to the solenoid valves 22, 35 and 36. In the case of heating or cooling, an impermissibly high fill level is reduced by temporarily opening the third solenoid valve 36 with the second solenoid valve 35 and the first solenoid valve 22 closed. Feeding takes place by temporarily opening the second solenoid valve 35 with the third solenoid valve 36 closed and the first solenoid valve 22 open.
Um Fehlfunktionen der Fullstandsmeßemrichtung 19 aufgrund von wellenförmigen Fullstandsschwankungen im Reaktionsbehalter 10 durch pulsformige Betätigung der jeweiligen Sperreinrichtungen (Magnetventile) zu vermeiden, ist die Fullstandsmeßemrichtung 19 vorzugsweise als mit dem Reaktionsbehalter 10 kommunizierendes Gefäß ausgebildet. Der Schwimmerschalter befindet sich in dem Zusatzgefaß, das vom eigentlichen Reaktionsbehalter durch eine Verbmdungsleitung oder eine Trennwand mit einer Öffnung (dargestellt) getrennt ist. Durch diese Vorkehrung werden Wellenerschemungen im Reaktionsbehalter in dem Zusatzgefaß nur schwach auftreten, so daß die Fullstandsmessung fehlerfrei erfolgen kann.In order to avoid malfunctions of the full-level measuring device 19 due to wave-shaped full-level fluctuations in the reaction container 10 by pulsed actuation of the respective locking devices (solenoid valves), the full-level measuring device is 19 is preferably designed as a vessel communicating with the reaction container 10. The float switch is located in the additional vessel, which is separated from the actual reaction container by a connection line or a partition with an opening (shown). As a result of this provision, wave shearings in the reaction vessel in the additional vessel will only occur weakly, so that the fullness measurement can be carried out without errors.
Die Reglung gemäß Fig. 2 kann zur Glattung des Reglungsverhal- tens mit elektrischen Filtern f r die Temperaturfühler ausgestattet sein. Die elektrischen Filter sind zur Rundung oder zum Abschneiden der 1/100-Grad-Stelle der Temperatursignale der Fuhler eingerichtet.The control according to FIG. 2 can be equipped with electrical filters for the temperature sensors to smooth the control behavior. The electrical filters are set up to round off or cut off the 1/100 degree position of the temperature signals from the sensors.
Im folgenden wird unter Bezug auf Fig. 3 eine Anwendung der erfmdungsgemaßen Temperierung, wie sie beim PCR-Prozeß auftritt, beispielhaft erläutert. Das Ziel der Temperierung besteht m der zyklisch wiederholten aufeinanderfolgenden Einstellung von drei verschiedenen Temperatursollwerten. Nach Erreichen des jeweiligen Sollwertes soll die Temperatur für eine vorbestimmte Zeit t konstant gehalten werden. Die Einstellung der drei Temperaturen bildet einen Zyklus . Dieser Zyklus soll anwendungsabhangig beliebig oft wiederholt werden. Bei der PCR-Reaktion betragen die Solltemperaturen beispielsweise Ts,ι = 95°C, Ts,ι = 65°C und Ts,3 = 72°C. Die Temperierungszeiten t sollen jeweils z.B. 1 Minute betragen, wobei beim ersten Heizzyklus die Temperierungszeit ti der ersten Solltemperatur Ts,ι 4 Minuten betragen soll, um eine möglichst umfassende DNA- Denaturierung bei der anfangs noch geringen DNA-Konzentration zu erzielen. Außerdem sollen die Einsteilzeiten (Übergangszeiten zwischen den Solltemperaturen) im Minutenbereich (rd. 2 bis 3 Minuten) liegen. Nach Beschickung der Probenaufnahmen 13 (s. Fig. 1), wie dies im einzelnen unten unter Bezug auf Fig. 5 erläutert wird, wird beim erfmdungsgemaßen Temperierungsvorgang gemäß Fig. 3 nach dem Start 300 zunächst eine Abfrage nach Erfüllung der Startbedingungen durchgeführt (Schritt 301) . Dies umfaßt insbesondere die Frage, ob etwa der Not-Ausschalter ausgelost ist oder die Stop-Taste gedruckt ist, ob der Füllstand im Reaktionsbehalter vorbestimmten Werten entspricht, ob der Deckel verriegelt ist, ob etwa eine Ubertemperatur gegeben ist und ob die gewünschten Sollwerte TSι bis TS)3 und die Zyklenzahl und die Temperierungszeiten eingegeben sind. Anschließend wird von der Ablaufsteuerung 51 (s. Fig. 2) bei Scnritt 302 der erste Sollwert Ts,ι = 95°C an die Regler gegeben, an denen jeweils der Soll-Ist-Vergleich 303 durchgeführt und em Heiz- oder Kuhlvorgang ausgelost wird. Sobald die Solltemperatur erreicht ist, erfolgt eine Abfrage der Zyklennummer (Schritt 304), um der Ablaufsteuerung 51 eine Zeitgeberschaltung entsprechend dem obengenannten Beispiel auf 4 mm (für den ersten Zyklus) oder auf 1 mm (für jeden weiteren Zyklus) zu setzen. Bei Schritt 304 wird die m der Zeitgeberschaltung eingestellte Zeit ti abgefragt und, solange die Zeit lauft, der Soll-Ist- Vergleich 303 laufend wiederholt.In the following, an application of the temperature control according to the invention, as occurs in the PCR process, is explained by way of example with reference to FIG. 3. The aim of temperature control is to cyclically repeat three different temperature setpoints. After reaching the respective target value, the temperature should be kept constant for a predetermined time t. The setting of the three temperatures forms a cycle. This cycle should be repeated as often as required, depending on the application. In the PCR reaction, the target temperatures are, for example, T s , ι = 95 ° C, T s , ι = 65 ° C and T s , 3 = 72 ° C. The tempering times t should each be, for example, 1 minute, with the tempering time ti of the first target temperature Ts, ι being 4 minutes in the first heating cycle in order to achieve the greatest possible DNA denaturation at the initially low DNA concentration. In addition, the parting times (transition times between the target temperatures) should be in the minute range (approx. 2 to 3 minutes). After loading the sample receptacles 13 (see FIG. 1), as will be explained in detail below with reference to FIG. 5, in the inventive temperature control process according to FIG. 3, after the start 300, a query is first carried out to determine whether the start conditions have been met (step 301 ). This includes, in particular, the question of whether the emergency stop switch is triggered or the stop button is pressed, whether the fill level in the reaction container corresponds to predetermined values, whether the lid is locked, whether there is an excess temperature and whether the desired setpoints T S ι to T S) 3 and the number of cycles and the tempering times are entered. The sequence control 51 (see FIG. 2) then passes the first setpoint T s, ι = 95 ° C. to the controller at step 302, at which the setpoint / actual comparison 303 is carried out and heating or cooling is triggered becomes. As soon as the target temperature is reached, the cycle number is queried (step 304) in order to set the sequencer 51 a timer circuit according to the example above to 4 mm (for the first cycle) or to 1 mm (for each subsequent cycle). At step 304, the time ti set in the timer circuit is queried and, as long as the time is running, the target / actual comparison 303 is repeated continuously.
Wenn die Temperierungszeit ti abgelaufen ist (Abfrage bei Schritt 305), wird von der Ablaufsteuerung 51 die zweite Solltemperatur TS)2 = 65°C eingegeben (Schritt 306) . Die folgenden Schritte Soll-Ist-Vergleich (307) und Abfrage der Zeitgeberschaltung (308) erfolgen analog zur Regelung der ersten Solltemperatur, wobei hier eine Unterscheidung der Zyklennummer nicht erfolgt. Wahrend der zweiten Phase (TSr2) wird die beim ersten Schritt denaturierte DNA vermehrt. Bei der dritten Reaktionstemperatur (Ts,3) erfolgt die Zusammensetzung der vermehrten DNA zu einem neuen Strang. Hierzu werden im wesentlichen die Schritte 309 bis 311 mit den Schritten 306 bis 308 wiederholt. Nach Ablauf der dritten Temperierungszeit wird dieWhen the temperature control time ti has elapsed (query at step 305), the sequence control 51 inputs the second set temperature T S) 2 = 65 ° C. (step 306). The following steps target-actual comparison (307) and query of the timer circuit (308) take place analogously to the regulation of the first target temperature, whereby the cycle number is not differentiated here. During the second phase (T Sr2 ) the DNA denatured in the first step is increased. At the third reaction temperature (T s , 3 ) the amplified DNA is assembled into a new strand. For this purpose, steps 309 to 311 with steps 306 to 308 essentially become repeated. After the third tempering period, the
Zyklenzahl N dekrementiert und abgefragt, ob die aktuelle Zyklenzahl N* gleich Null ist (Schritt 312) . Ist N* ungleich Null, so erfolgt em Rucksprung zu Schritt 302 (Eingabe der ersten Solltemperatur) . Andernfalls wird das Programm gestoppt (Schritt 313) .Number of cycles N is decremented and queried whether the current number of cycles N * is equal to zero (step 312). If N * is not equal to zero, there is a return to step 302 (input of the first target temperature). Otherwise, the program is stopped (step 313).
Die Zyklenzahl ist anwendungsabhangig frei wahlbar und kann beim gewählten Beispiel rd. 40 bis 50 betragen. Fig. 4 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf der Probentemperatur für insgesamt drei Zyklen. Jeder Einstellvorgang m Bezug auf eine Solltemperatur umfaßt eine Emstellzeit zur Einstellung der Solltemperatur (gemäß den Schritten 303, 307 und 310 in Fig. 3) und die eigentliche Temperierungszeit t. Die Emstellzeit ist insbesondere vom Medium, von den Medienvolumina zum Heizen bzw. Kuhlen und von der thermischen Last (Probenmenge) abhangig. Die Kurven A und B zeigen entsprechend die Wassertemperatur und die Probentemperatur, deren Verlauf gegenüber der Wassertemperatur durch die Verzögerung bei der Einstellung des thermischen Gleichgewichts verzögert ist. Fig. 4 zeigt einen entscheidenden Vorteil der Erfindung m Bezug auf die Geschwindigkeit und Konstanz der Einstellung der Medientemperatur .The number of cycles is freely selectable depending on the application and can be approx. 40 to 50. 4 shows an example of the time course of the sample temperature for a total of three cycles. Each setting process m in relation to a target temperature comprises a setting time for setting the target temperature (according to steps 303, 307 and 310 in FIG. 3) and the actual tempering time t. The exposure time is particularly dependent on the medium, the media volumes for heating or cooling and the thermal load (sample quantity). Curves A and B accordingly show the water temperature and the sample temperature, the course of which compared to the water temperature is delayed due to the delay in establishing the thermal equilibrium. 4 shows a decisive advantage of the invention in relation to the speed and consistency of the setting of the media temperature.
Einzelheiten des Reaktionsbehalters 10 (s. Fig. 1) werden im folgenden unter Bezug auf Fig. 5 erläutert. Es wird betont, daß die Gestaltung des Wärmetauschers als Probenhalterung einen unabhängigen Gesichtspunkt der Erfindung darstellt, der vorzugsweise m Kombination mit dem oben erläuterten Rege- lungsprmzip implementiert wird, jedoch auch davon unabhängig zur Probentemperaturemstellung unter Verwendung herkömmlicher Thermostaten verwendet werden kann. Fig. 5 zeigt den Reaktionsbehalter 10 mit der Wanne 11 und der als Wärmetauscher 12 funktionierenden Probenhalterung, wobei aus Ubersichtlichkeitsgrunden die vordere Wand der Wanne 11 nicht gezeigt ist.Details of the reaction container 10 (see FIG. 1) are explained below with reference to FIG. 5. It is emphasized that the design of the heat exchanger as a sample holder is an independent aspect of the invention, which is preferably implemented in combination with the control principle explained above, but can also be used independently thereof for sample temperature setting using conventional thermostats. 5 shows the reaction container 10 with the trough 11 and the sample holder functioning as a heat exchanger 12, the front wall of the trough 11 not being shown for reasons of clarity.
Die Wanne 11 besitzt die Gestalt eines an sich aus Laboranwendungen bekannten Gefäßes, dessen innere Form vorzugsweise an die äußere Gestalt des Wärmetauschers 12 angepaßt ist. Wenn der Wärmetauscher 12 mit möglichst wenig Spielraum in der Wanne 11 angeordnet ist, so wirkt sich dies vorteilhaft auf die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Temperatureinstellung aus. Das von den Düsen (s. unten) zum Ablauf zurückfließende Wasser wird in die unmittelbare Umgebung der zu temperierenden Proben gezwungen. Beim dargestellten Beispiel besitzt die Wanne 11 einen rechteckigen Grundriß. An einer der schmalen Wannenseite entsprechenden Seitenwand ist der Rucklauf 15 als Verbindungsansatz zwischen dem Wanneninneren und der Rohrverbindung zum Heizkreislauf 20 (s. Fig. 1) vorgesehen. An der oberen Kante der Seitenwande der Wanne 11 ist eine umlaufende Auflage 111 als Trager für einen Deckel (nicht dargestellt) angebracht. Das Aufliegen oder die Verriegelung des Deckels kann durch einen Sensor erfaßt und bei der Schutzsteuerung 52 (s. Figur 2) berücksichtigt werden. Der Wärmetauscher 12 ist von einer Um- mantelung 112 umgeben, die stromungstechnischen Unterstützung und der Wärmeisolierung gegenüber der Umwelt dient und beispielsweise aus Neopren besteht. Das Wannenvolumen liegt im Bereich von 5 bis 8 1 (z. B. 7.5 1) bei einer Grundflache von rd. 135 mm • 460 mm bei einer Hohe von 120 mm. Die Erfindung ist nicht auf die Realisierung dieser Großenverhaltnisse beschrankt .The trough 11 has the shape of a vessel known per se from laboratory applications, the inner shape of which is preferably adapted to the outer shape of the heat exchanger 12. If the heat exchanger 12 is arranged in the trough 11 with as little play as possible, this has an advantageous effect on the speed and accuracy of the temperature setting. The water flowing back from the nozzles (see below) to the outlet is forced into the immediate vicinity of the samples to be tempered. In the example shown, the tub 11 has a rectangular plan. On a side wall corresponding to the narrow tub side, the return 15 is provided as a connecting attachment between the tub interior and the pipe connection to the heating circuit 20 (see FIG. 1). On the upper edge of the side walls of the tub 11, a peripheral support 111 is attached as a support for a lid (not shown). The resting or locking of the lid can be detected by a sensor and taken into account in the protective control 52 (see FIG. 2). The heat exchanger 12 is surrounded by a sheathing 112, which provides electrical engineering support and thermal insulation from the environment and consists, for example, of neoprene. The tub volume is in the range of 5 to 8 1 (e.g. 7.5 1) with a floor area of approx. 135 mm • 460 mm at a height of 120 mm. The invention is not limited to realizing these large proportions.
Der Wärmetauscher 12 (Dusenstockwarmetauscher) dient simultan als Probenhalterung oder Tragegestell für die zu temperierenden Proben. Dementsprechend ist die Gestaltung des Wärmetauschers 12 anwendungsabhangig an das Probenformat angepaßt, wo- bei für biochemische und gentechnische Anwendungen eine Anpassung an das Format von Mikrotiterplatten bevorzugt wird (hier wird eine Mikrotiterplatte als eine Probe bezeichnet) . Der Wärmetauscher 12 besteht aus dem Gestell 121, einem Verteiler 122, einem Einlaßanschluß 123 und Austrittsdusen 124.The heat exchanger 12 (nozzle heat exchanger) serves simultaneously as a sample holder or support frame for the samples to be tempered. Accordingly, the design of the heat exchanger 12 is adapted to the sample format, depending on the application. an adaptation to the format of microtiter plates is preferred for biochemical and genetic engineering applications (here a microtiter plate is referred to as a sample). The heat exchanger 12 consists of the frame 121, a distributor 122, an inlet connection 123 and outlet nozzles 124.
Das Gestell 121 besteht zumindest teilweise aus Bauelementen, die innere Medienleitungen in Form von Kanälen, Hohlräumen, Schachten oder dgl . enthalten. Die Bauelemente sind so angeordnet, daß Aufnahmen 13 für die Proben (z.B. Mikrotiterplatten) gebildet werden, wobei die Fuhrung der inneren Medienleitungen derart erfolgt, daß em guter thermischer Kontakt zwischen dem die Bauelemente durchsetzenden Medium und den in den Aufnahmen befindlichen Proben gewahrleistet ist. Beim dargestellten Ausfuhrungsbeispiel besitzt das Gestell 121 die Form eines Regals mit im Betriebszustand horizontal ausgerichteten Boden 125 und dazu senkrecht ausgerichteten Stutzelementen 126. Damit wird eine Matrixanordnung von 7 5 Aufnahmen für die Proben entsprechend m sieben Ebenen und fünf Stapeln (I-V) bereitgestellt. Bei einem 16 24-Format der eingesetzten Mikrotiterplatten können insgesamt 13 440 Einzelproben simultan einem Temperierungsvorgang unterzogen werden.The frame 121 consists at least partially of components, the inner media lines in the form of channels, cavities, shafts or the like. contain. The components are arranged in such a way that receptacles 13 for the samples (eg microtiter plates) are formed, the internal media lines being guided in such a way that good thermal contact between the medium penetrating the components and the samples in the receptacles is ensured. In the illustrated exemplary embodiment, the frame 121 is in the form of a shelf with horizontally aligned in the operating state the bottom 125 and to vertically aligned supporting elements 126. Thus, a matrix array of 7 5 receptacles for the samples corresponding to m seven levels and five stacks (IV) is provided. With a 16 24 format of the microtiter plates used, a total of 13 440 individual samples can be subjected to a temperature control process simultaneously.
Gemäß einer bevorzugten Gestaltung der Erfindung wird der Pro- bentemperaturfuhler 17 (s. Fig. 1) oder allgemein mindestens e Temperaturfühler einer Probenaufnahme m einer der Probengestalt möglichst genau entsprechenden Form angeordnet. Es ist beispielsweise vorgesehen, eine Fuhler-Mikrotiterplatte m eine der Aufnahmen einzusetzen, die keine Substanzen, sondern lediglich den Temperaturfühler enthalt. In diesem Fall werden vom Reaktionsbehalter 10 entsprechend 34 Proben aufgenommen. Diese Anbringung des Probenfuhlers ist kein zwingendes Merkmal der Erfindung. Er kann auch an anderen Orten im Probenbehalter angeordnet oder sogar ganz fortgelassen werden (s. unten) . Die Boden 125 sind Hohlelemente, die m jeder Ebene mindestens eine schachtformige, flächige Medienleitung vom Verteiler 122 zu den Austπttsdusen 124 bilden. Damit wird eine gleichmäßige Temperierung der Boden und somit der auf den Boden aufliegenden Proben in den Aufnahmen gewährleistet. Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind m jedem Boden 125 mehrere, streifenformige Hohlelemente vorgesehen, die in der Ebene des jeweiligen Bodens über die gesamte Breite vom Verteiler 122 zu den Austπttsdusen 124 verlaufen. Der erfin- dungsgemaße Aufbau wird beispielsweise mit sechs Hohlleiter- streifen realisiert, es können aber auch weniger Streifen vorgesehen sein. Jeder Hohlleiterstreifen besitzt einen rechtek- kigen Querschnitt mit typischen Maßen von z.B. 10 • 3 mm2. Die breite Seite der Hohlleiterstreifen liegt m der Ebene der Boden 125.According to a preferred embodiment of the invention, the sample temperature sensor 17 (see FIG. 1) or generally at least one temperature sensor of a sample holder is arranged in a shape that corresponds as closely as possible to the sample shape. It is envisaged, for example, to use a Fuhler microtiter plate in one of the receptacles, which contains no substances, but only the temperature sensor. In this case, 34 samples are taken from the reaction container 10. This attachment of the sample probe is not a mandatory feature of the invention. It can also be placed elsewhere in the sample container or even omitted entirely (see below). The bottoms 125 are hollow elements which form at least one shaft-shaped, flat media line from the distributor 122 to the discharge nozzles 124 on each level. This ensures a uniform temperature control of the floor and thus of the samples lying on the floor in the recordings. According to a preferred embodiment of the invention, several, strip-shaped hollow elements are provided in each floor 125, which run in the plane of the respective floor over the entire width from the distributor 122 to the outlet nozzles 124. The structure according to the invention is implemented, for example, with six waveguide strips, but fewer strips can also be provided. Each waveguide strip has a rectangular cross section with typical dimensions of, for example, 10 • 3 mm 2 . The broad side of the waveguide strips lies in the plane of the bottom 125.
Im Betriebszustand ist der Vorlauf 14 (s. Fig. 1) am Kuppelelement 127 des Einlaßanschlusses 123 angebracht. Das Kuppelelement 127 ist vorzugsweise eine losbare Schnellkopplung, die em Entnehmen des Wärmetauschers 12 aus der Wanne 11 ohne weitere Änderungen des Gesamtsystems ermöglicht. Der Einlaßanschluß 123 besteht aus einem flexiblen Schlauch. Das zur Temperierung verwendeten Medium (z.B. Wasser) lauft vom Vorlauf 17 durch den Einlaßanschluß 123 zum Verteiler 122, wo eine Verteilung auf die Boden der einzelnen Ebenen des Gestells 121 erfolgt. Vom Verteiler 122, der sich an der Schmalseite des Gestells befindet, fließt das Medium Längsrichtung durch die Boden vom Stapel I in Richtung des Stapels V. Am dem Verteiler 122 entgegengesetzten Ende des Gestells 121 sind an den Enden der Boden die Austrittsdusen 124 vorgesehen, aus denen das Medium m die Wanne 11 fließt. Da die Gestalt des Wärmetauschers 12 an die Form der Wanne 11 angepaßt ist, befinden sich die Austrittsdusen 124 unmittelbarer Nahe einer Seitenwand der Wanne 11. Das am zum Verteiler 122 entgegengesetzte Ende des Wärmetauschers 12 austretende Medium kann frei m die Wanne 11 fließen, erfahrt jedoch im wesentlichen aufgrund der angrenzenden Wannenwand eine Umkehr der Stromungsrichtung. Die Austrittsdusen 124 bilden somit mit der angrenzenden Wannenwand einen Umlenkbereich, von dem em Ruckfluß des Mediums durch die Wanne 11 durch das Gestell 121 über dessen Oberflache und die Proben entlang der Stapel V bis I hm zum Rucklauf 15 erfolgt. Die Ruckstromung erfolgt somit nicht innerhalb der hohlen Bauelemente des Gestells 121, sondern außerhalb von diesen, so daß die Proben m den Probenaufnahmen unmittelbar vom Medium umspult werden.In the operating state, the flow 14 (see FIG. 1) is attached to the coupling element 127 of the inlet connection 123. The coupling element 127 is preferably a detachable quick coupling which enables the heat exchanger 12 to be removed from the trough 11 without further changes to the overall system. The inlet connection 123 consists of a flexible hose. The medium used for temperature control (eg water) runs from the feed 17 through the inlet connection 123 to the distributor 122, where it is distributed to the floor of the individual levels of the frame 121. From the distributor 122, which is located on the narrow side of the frame, the medium flows longitudinally through the bottom of the stack I in the direction of the stack V. At the ends of the frame 121 opposite the distributor 122, the outlet nozzles 124 are provided at the ends of the bottom which the medium flows through the tub 11. Since the shape of the heat exchanger 12 is adapted to the shape of the trough 11, the outlet nozzles 124 are located in the immediate vicinity of a side wall of the trough 11. The medium emerging at the end of the heat exchanger 12 opposite the distributor 122 can be freely m the tub 11 flows, but experiences essentially a reversal of the flow direction due to the adjacent tub wall. The outlet nozzles 124 thus form a deflection area with the adjoining tub wall, from which the medium flows back through the tub 11 through the frame 121 over its surface and the samples along the stacks V to I hm to the return 15. The backflow therefore does not take place inside the hollow components of the frame 121, but rather outside of them, so that the samples are wound directly by the medium in the sample receptacles.
Der regelmäßige Aufbau der Probenhalterung gewahrleistet eine homogene und gleichmaßige Durchstromung des Probenbehalters 10 entsprechend zwei Stromungsabschnitten. Im ersten Stromungsabschnitt erfolgt eine im wesentlichen laminare Durchstromung der Boden vom Verteiler 122 hm zu den Emtrittsdusen 124. Im zweiten Stromungsabschnitt erfolgt eine ebenfalls homogene, nahezu laminare Ruckstromung vom Umlenkbereich (Austrittsdusen 124) hm zum Rucklauf 15. Em besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Lammaπtat der Strömung eine äußerst gleichmäßige Warmeverteilung vom Medium auf die Proben ermöglicht. So strömt beispielsweise im Heizfall zunächst das Medium vom Einlaßanschluß 123, die in den Aufnahmen auf den Boden 125 liegenden Proben erwärmend mit stetig fallender Temperatur durch die Boden zu den Austrittsdusen 124. Die Ruckstromung unter Wirkung der dynamischen Pumpe 21 erfolgt im wesentlichen jeweils oberhalb der Proben m den Aufnahmen. Es wird wiederum em Wärmeaustausch bewirkt, wobei nun die beim ersten Stro- mungsabschnitt starker erwärmten Proben (Stapel I) relativ weniger und die im ersten Stromungsabschnitt weniger erwärmten Proben (z.B. Stapel V) starker erwärmt werden. Somit werden die emlaßseitig ersten Proben von ihrer Unterseite her mit der höchsten Temperatur und von ihrer Oberseite her mit der geringsten Temperatur beaufschlagt, wohingegen Proben in der Nahe der Austrittsdusen 124 von der Ober- und Unterseite her mit im wesentlichen ähnlichen Temperaturen beaufschlagt werden. Durch dieses Stromungsprinzip wird allen Proben in der Summe die gleiche Energie zugeführt.The regular structure of the sample holder ensures a homogeneous and uniform flow through the sample container 10 corresponding to two flow sections. In the first flow section there is an essentially laminar flow through the floor from the distributor 122 hm to the outlet nozzles 124. In the second flow section there is also a homogeneous, almost laminar backflow from the deflection area (outlet nozzles 124) hm to the return 15. A particular advantage of the invention is that that the lambda of the flow enables an extremely even heat distribution from the medium to the samples. For example, in the case of heating, the medium first flows from the inlet connection 123, heating the samples lying in the receptacles on the bottom 125 with a continuously falling temperature through the bottom to the outlet nozzles 124. The backflow under the action of the dynamic pump 21 essentially takes place above the samples m the recordings. Heat exchange is again effected, with the samples (stack I) heated more strongly in the first flow section being heated relatively less and the samples heated less in the first flow section (eg stack V) being heated more strongly. Thus, the first samples on the outlet side are subjected to the highest temperature from their underside and the lowest temperature from their top, whereas samples in the vicinity of the outlet nozzles 124 are exposed from the top and bottom be subjected to substantially similar temperatures. With this flow principle, all samples are supplied with the same total energy.
Der Einsatz des beschriebenen Reaktionsbehalters gemäß Fig. 5 erfolgt derart, daß zunächst das Gestell 121 mit den Proben (Mikrotiterplatten) bestuckt wird. Anschließend erfolgt am Kupplungselement 127 der Anschluß des Vorlaufs 14, das Einsetzen des Wärmetauschers 12 m die Wanne 11 und die Abdeckung und Befullung des Systems (s. oben) . Mit der dynamischen Pumpe 21 wird das Medium, nachdem es den Verteiler 122 gef llt hat, in die Boden 125 und durch die Austrittsdusen 124 in die Wanne gepreßt und aus dieser aufgrund der Differenzdrucks zwischen Vorlauf und Rucklauf über den Rucklauf 15 in den übrigen Medienkreislauf gesogen.The described reaction container according to FIG. 5 is used in such a way that first the frame 121 is loaded with the samples (microtiter plates). Subsequently, on the coupling element 127, the connection of the flow 14, the insertion of the heat exchanger 12 m, the tub 11 and the covering and filling of the system (see above). With the dynamic pump 21, the medium, after it has filled the distributor 122, is pressed into the bottom 125 and through the outlet nozzles 124 into the trough, and is sucked out of the trough into the rest of the media circuit due to the differential pressure between supply and return via the return 15 .
Nach Durchfuhrung des Temperierungsvorgangs, wie er beispielsweise oben beschrieben wurde, erfolgt die Entnahme der Probenhalterung (Wärmetauscher 12) aus der Wanne, wobei nach Losung des Kupplungselements 127 samtliche Proben als Block zum Ort der weiteren Verarbeitung transportiert werden können.After carrying out the temperature control process, as described above, for example, the sample holder (heat exchanger 12) is removed from the tub, and after the coupling element has been released, all of the samples can be transported as a block to the site for further processing.
Teile der Fullstandsmeßemrichtung 19 (s. Fig. 1) sind in Fig. 5 nicht dargestellt.Parts of the level measurement device 19 (see FIG. 1) are not shown in FIG. 5.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausfuhrungsformen des Regelungsverfahrens bzw. der Temperierungsvorrichtung beschrankt, sondern kann vielmehr anwendungsabhangig modifiziert werden. So ist es beispielsweise möglich, die Zahl der Temperaturfühler am Reaktionsbehalter zu reduzieren. Falls die Temperierung unter verminderten Genauigkeitsanforderungen erfolgt, so kann der Probenfuhler fortgelassen werden und eine Anpassung des Regelungsprinzips dahingehend erfolgen, daß ein Heizen bzw. Kuhlen bewirkt wird, bis die Temperaturen am Vor- und Rucklauf gleich sind. Dieser Zustand entspricht dem gewünschten Gleichgewicht, bei dem zwangsläufig auch die Probentemperatur mit den Vorlauf- und Rücklauftemperaturen übereinstimmt. Es können ferner die dargestellten Ventile durch andere Sperreinrichtungen, z.B. durch Drei-Wege-Ventile, ersetzt werden, insbesondere falls an die Geschwindigkeit der Temperatureinstellung verringerte Anforderungen gestellt werden. Weitere mögliche Modifikationen beziehen sich auf die Zahl und Art der Heizer oder Kühler, die Größe des Wärmetauschers, die Gestalt des Reaktionsbehälters, die Art der Füllstandsmessung und den Einsatz der Ventilationseinrichtung. The invention is not limited to the described embodiments of the control method or the temperature control device, but rather can be modified depending on the application. For example, it is possible to reduce the number of temperature sensors on the reaction vessel. If the temperature control takes place under reduced accuracy requirements, the sample probe can be omitted and the regulation principle can be adapted in such a way that heating or cooling is effected until the temperatures at the flow and return are equal. This condition corresponds to that desired equilibrium, in which the sample temperature inevitably corresponds to the flow and return temperatures. Furthermore, the valves shown can be replaced by other locking devices, for example by three-way valves, in particular if there are reduced demands on the speed of the temperature setting. Other possible modifications relate to the number and type of heater or cooler, the size of the heat exchanger, the shape of the reaction vessel, the type of level measurement and the use of the ventilation device.

Claims

PATENTANSPRUCHE PATENT CLAIMS
1. Wärmetauscher zur Temperierung einer Vielzahl von Proben m einem Flussigkeitsbad, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (12) eine Probenhalterung bildet und einen Einlaßanschluß (123), einen Verteiler (122), em Gestell (121) mit Aufnahmen für die Proben und Austrittsdusen (124) umfaßt, wobei das Gestell (121) einen Durchfluß für em Medium vom Einlaßanschluß (123) über den Verteiler (122) und das Gestell (121) hm zu den Austrittsdusen (124) bildet.1. Heat exchanger for tempering a large number of samples in a liquid bath, characterized in that the heat exchanger (12) forms a sample holder and an inlet connection (123), a distributor (122), em frame (121) with receptacles for the samples and outlet nozzles (124), the frame (121) forming a throughflow for a medium from the inlet connection (123) via the distributor (122) and the frame (121) hm to the outlet nozzles (124).
2. Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, bei dem das Gestell (121) die Form eines Regals mit im Betriebszustand horizontal ausgerichteten Boden (125) und dazu senkrecht ausgerichteten Stutzelementen (126) besitzt, wobei die Boden (125) Hohlelemente sind, die in jeder Ebene eine schachtformige, flächige Medien- leitung vom Verteiler (122) zu den Austrittsdusen (124) bilden .2. The heat exchanger as claimed in claim 1, in which the frame (121) has the form of a shelf with a floor (125) which is horizontally oriented in the operating state and support elements (126) which are oriented perpendicularly thereto, the floor (125) being hollow elements which are in each plane form a shaft-shaped, flat media line from the distributor (122) to the outlet nozzles (124).
3. Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Wärmetauscher (12) als Tragegestell für Mikrotiterplatten ausgelegt ist.3. Heat exchanger according to one of claims 1 or 2, wherein the heat exchanger (12) is designed as a support frame for microtiter plates.
4. Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 bei dem mindestens eine Probenaufnahme des Gestells (121) einen Temperaturfühler aufweist. 4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3 in which at least one sample holder of the frame (121) has a temperature sensor.
5. Reaktionsbehalter zur Temperierung einer Vielzahl von Proben in einem Flussigkeitsbad, bestehend aus einer Wanne (11) und einem Wärmetauscher (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.5. reaction container for tempering a large number of samples in a liquid bath, consisting of a trough (11) and a heat exchanger (12) according to one of claims 1 to 4.
6. Reaktionsbehalter gemäß Anspruch 5, bei dem die Wanne (11) ein Gefäß mit einer inneren Form ist, die an die äußere Gestalt des Wärmetauschers (12) angepaßt ist, und an einer Seitenwand einen Verbindungsansatz zwischen dem Wanneninneren und einer Rohrverbindung mit einem Medienkreislauf 20 besitzt.6. reaction container according to claim 5, wherein the trough (11) is a vessel with an inner shape which is adapted to the outer shape of the heat exchanger (12), and on a side wall a connecting lug between the inside of the tub and a pipe connection with a media circuit Owns 20.
7. Reaktionsbehalter gemäß Anspruch 6, bei dem der Wärmetauscher (12) so in der Wanne (11) angeordnet ist, daß sich die Austrittsdusen (124) am dem Verbindungsansatz entgegengesetzten Wannenende befinden.7. Reaction container according to claim 6, in which the heat exchanger (12) is arranged in the trough (11) in such a way that the outlet nozzles (124) are located on the trough end opposite the connecting attachment.
8. Reaktionsbehalter gemäß Anspruch 7, bei dem die Austrittsdusen (124) mit der angrenzenden Wannenwand einen Umlenkbereich bilden, der für eine Rucklenkung des Mediums von den Austrittsdusen (124) zum Verbindungsansatz der Wanne (11) eingerichtet ist.8. Reaction container according to claim 7, in which the outlet nozzles (124) form a deflection area with the adjoining tub wall, which is set up for deflecting the medium from the outlet nozzles (124) to the connection attachment of the tub (11).
9. Reaktionsbehalter gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem der Wärmetauscher (12) in die Wanne (11) eingesetzt und aus dieser entnehmbar ist.9. Reaction container according to one of claims 5 to 8, in which the heat exchanger (12) is inserted into and removed from the trough (11).
10. Reaktionsbehalter gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, der über eine Leitung oder eine Trennwand mit einer Durch- trittsoffnung mit einer Fullstandsmeßemrichtung (19) in kommunizierender Verbindung steht.10. Reaction container according to one of claims 5 to 9, which communicates via a line or a partition with a passage opening with a full-level measuring device (19).
11. Verfahren zur Temperierung eines Flussigkeitsbades in einem Reaktionsbehalter (10) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9 mit einem Medium, dessen Temperatur mit einem Heizkreislauf und einem Kuhlkreislauf (30) einstellbar ist, die jeweils Heiz- oder Kuhlemrichtungen (23, 33a, 33b) aufweisen, wobei das Medium den Reaktionsbehalter (10) von einem Vorlauf (14) zu einem Rucklauf (15) durchfließt und vom Rucklauf (15) m Abhängigkeit von der Betätigung von Sperreinrichtungen (22, 35, 36) durch den Heiz- und/oder Kuhlkreislauf (20, 30) zum Vorlauf (14) geleitet wird, wobei die Heiz- oder Kuhlemrichtungen (23, 33a, 33b) und die Sperreinrichtungen (22, 35, 36) so betätigt werden, daß das Medium im Reaktionsbehalter eine vorbestimmte Solltemperatur besitzt.11. A method for tempering a liquid bath in a reaction vessel (10) according to any one of claims 5 to 9 with a medium, the temperature of which with a heating circuit and a cooling circuit (30) can be set, each having heating or cooling devices (23, 33a, 33b), the medium flowing through the reaction vessel (10) from a flow (14) to a return (15) and from the return (15 ) depending on the actuation of locking devices (22, 35, 36) through the heating and / or cooling circuit (20, 30) to the flow (14), the heating or cooling devices (23, 33a, 33b) and the locking devices (22, 35, 36) are actuated so that the medium in the reaction vessel has a predetermined target temperature.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die aktuelle Temperatur des Mediums im Reaktionsbehalter (10) gemessen wird und, wenn die aktuelle Temperatur kleiner oder großer als die vorbestimmte Solltemperatur ist, mit einem Hauptregler (53) jeweils entsprechend em Heizregier (55) oder em Kuhlregler12. The method according to claim 11, wherein the current temperature of the medium is measured in the reaction vessel (10) and, if the current temperature is lower or higher than the predetermined target temperature, with a main controller (53) in each case corresponding to the heating control (55) or em cooling controller
(56) betätigt wird, die die Sperreinrichtungen und Heiz- oder Kuhlemrichtungen der Heiz- und Kuhlkreislaufe (20, 30) derart einstellen, daß das Medium jeweils entsprechend mit einer höheren oder niedrigeren Temperatur am Vorlauf (14) m den Reaktionsbehalter (10) eintritt.(56) is actuated, which set the locking devices and heating or cooling devices of the heating and cooling circuits (20, 30) such that the medium enters the reaction vessel (10) with a higher or lower temperature at the flow (14) m .
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem mit dem Heizregier (55) die Heizleistung der Heizeinrichtung (23) im Heizkreislauf (20) und mit dem Kuhlregler (56) die Sperreinrichtungen13. The method according to claim 12, wherein with the heating regulator (55) the heating power of the heating device (23) in the heating circuit (20) and with the cooling controller (56) the locking devices
(35, 36) betätigt werden, über die der Kuhlkreislauf (30) mit dem Heizkreislauf (20) verbunden ist, so daß em vorbestimmter Anteil des Mediums durch den Kuhlkreislauf (30) geleitet wird.(35, 36) are actuated, via which the cooling circuit (30) is connected to the heating circuit (20), so that a predetermined portion of the medium is passed through the cooling circuit (30).
14. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem die Vorlauftemperatur des Mediums am Vorlauf (14) und die Rucklauftemperatur des Mediums am Rucklauf (15) gemessen werden und der Heizregier14. The method according to claim 12, wherein the flow temperature of the medium at the flow (14) and the return temperature of the medium at the return (15) are measured and the heating control
(55) m Abhängigkeit von der Abweichung der Rucklauftemperatur von der vorbestimmten Solltemperatur und der Kuhlregler (56) in Abhängigkeit von der Abweichung der Vorlauftemperatur von der vorbestimmten Solltemperatur betätigt werden.(55) m as a function of the deviation of the return temperature from the predetermined target temperature and the cooling controller (56) depending on the deviation of the flow temperature from the predetermined target temperature.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem das Medium das Flussigkeitsbad bildet und mit einer dynamischen Pumpe (21) durch den Reaktionsbehalter (10) gepumpt wird.15. The method according to any one of claims 11 to 14, wherein the medium forms the liquid bath and is pumped with a dynamic pump (21) through the reaction container (10).
16. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die Leistung der dynamischen Pumpe (21) mit einem Pumpenregler (54) Abhängigkeit von der Rucklauftemperatur des Mediums am Rucklauf (15) eingestellt wird.16. The method according to claim 15, wherein the performance of the dynamic pump (21) with a pump controller (54) is set depending on the return temperature of the medium at the return (15).
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem die Heizeinrichtung (23) im Heizkreislauf (20) em Durchlauferhitzer ist und bei kleinen Regelabweichungen der aktuellen Temperatur mit einer Ventilationsemπchtung (40) gekühlt wird.17. The method according to any one of claims 11 to 16, wherein the heating device (23) in the heating circuit (20) is a continuous flow heater and is cooled with a Ventilationsemπchtung (40) in the event of small control deviations of the current temperature.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem im Reaktionsbehalter (10) eine Fullstandsmessung erfolgt und in Abhängigkeit vom Füllstand und dem Regelzustand die Sperreinrichtungen (22, 35, 36) betätigt werden, um einen vorbestimmten Füllstand im Reaktionsbehalter (10) einzustellen.18. The method according to any one of claims 11 to 17, in which a full level measurement takes place in the reaction container (10) and the locking devices (22, 35, 36) are actuated as a function of the fill level and the control state in order to maintain a predetermined fill level in the reaction container (10). adjust.
19. Temperierungsvorrichtung für em Flussigkeitsbad in einem Reaktionsbehalter (10) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, der mit zwei Medienkreislaufen (20, 30) verschiedener Temperatur temperierbar ist, die jeweils Heiz- oder Kuhlemrichtungen (23, 33a, 33b) aufweisen, wobei der Reaktionsbehalter (10) einen Vorlauf (14) und einen Rucklauf (15) aufweist und Teil von einem der Medienkreislaufe ist und über Sperreinrichtungen19. Temperature control device for a liquid bath in a reaction vessel (10) according to one of claims 5 to 10, which can be tempered with two media circuits (20, 30) of different temperatures, each having heating or cooling devices (23, 33a, 33b), wherein the reaction vessel (10) has a flow (14) and a return (15) and is part of one of the media circuits and via locking devices
(35, 36) mit dem anderen Medienkreislauf wahlweise verbunden oder von diesem getrennt werden kann. (35, 36) can either be connected to or disconnected from the other media circuit.
20. Temperierungsvorrichtung gemäß Anspruch 19, bei dem die Medienkreislaufe einen Heizkreislauf (20) und einen Kuhlkreislauf (30) umfassen und der Reaktionsbehalter (10) Teil des Heizkreislaufs (20) ist.20. Temperature control device according to claim 19, wherein the media circuits comprise a heating circuit (20) and a cooling circuit (30) and the reaction vessel (10) is part of the heating circuit (20).
21. Temperierungsvorrichtung gemäß Anspruch 20, bei der der Heizkreislauf (20) vom Vorlauf (14) über den Reaktionsbehalter21. Temperature control device according to claim 20, wherein the heating circuit (20) from the flow (14) via the reaction vessel
(10), den Rucklauf (15), eine dynamische Pumpe (21), eine erste Sperreinrichtung (22), die Heizeinrichtung (23) hm zum Vorlauf (14) fuhrt.(10), the return (15), a dynamic pump (21), a first locking device (22), the heating device (23) hm leads to the flow (14).
22. Temperierungsvorrichtung gemäß Anspruch 20, bei der der Kuhlkreislauf (30) eine statische Pumpe (31) und mindestens eine Kuhlemrichtung (33a, 33b) umfaßt und über zweite und dritte Sperreinrichtungen (35, 36) mit dem Vorlauf (14) bzw. Rucklauf (15) des Reaktionsbehalters (10) verbunden ist.22. Temperature control device according to claim 20, wherein the cooling circuit (30) comprises a static pump (31) and at least one cooling device (33a, 33b) and via second and third blocking devices (35, 36) with the flow (14) or return (15) of the reaction container (10) is connected.
23. Temperierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 19 bis23. Temperature control device according to one of claims 19 to
22, bei der eine Reglersteuerung (50) vorgesehen ist, die einen Hauptregler (53) zur Einstellung des Heiz- oder Kuhl- kreislaufs (20, 30), einen Heiz- und einen Kuhlregler (50, 56) zur Einstellung des Heizkreislaufs (20) bzw. des Kuhlkreislaufs (30) und einen Pumpenregler (54) zur Einstellung der Zirkulation des Mediums im Heizkreislauf und/oder im Kuhlkreislauf (30) umfaßt.22, in which a controller control (50) is provided, which has a main controller (53) for setting the heating or cooling circuit (20, 30), a heating and a cooling controller (50, 56) for setting the heating circuit (20 ) or the cooling circuit (30) and a pump controller (54) for adjusting the circulation of the medium in the heating circuit and / or in the cooling circuit (30).
24. Temperierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 19 bis24. Temperature control device according to one of claims 19 to
23, bei der der Durchlauferhitzer (23) im Heizkreislauf (20) mit einer Ventilationse πchtung (40) ausgestattet ist.23, in which the water heater (23) in the heating circuit (20) is equipped with a ventilation device (40).
25. Temperierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 19 bis25. Temperature control device according to one of claims 19 to
24, bei der der Reaktionsbehalter (10) eine Fullstandsmeßemrichtung (19) aufweist. 24, in which the reaction container (10) has a full level measuring device (19).
26. Temperierungsvorrichtung gemäß einem der Anspruch 19 bis 25, bei der als Dusenstockwarmetauscher em Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 vorgesehen ist.26. Temperature control device according to one of claims 19 to 25, in which a heat exchanger according to one of claims 1 to 4 is provided as the Dusenstock heat exchanger.
27. Verwendung eines Wärmetauschers, eines Reaktionsbehalter, eines Verfahrens oder einer Temperierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bereitstellung vorbestimmter Temperaturbedingungen bei biochemischen oder gentechnischen Reaktionsabiaufen . 27. Use of a heat exchanger, a reaction vessel, a method or a temperature control device according to one of the preceding claims for providing predetermined temperature conditions in biochemical or genetic engineering reactions.
PCT/EP1999/008550 1998-11-16 1999-11-08 Devices and method for regulating the temperature of samples WO2000029115A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU13813/00A AU1381300A (en) 1998-11-16 1999-11-08 Devices and method for regulating the temperature of samples

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19852733.0 1998-11-16
DE1998152733 DE19852733A1 (en) 1998-11-16 1998-11-16 Method and device for tempering a liquid bath

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2000029115A1 true WO2000029115A1 (en) 2000-05-25

Family

ID=7887924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1999/008550 WO2000029115A1 (en) 1998-11-16 1999-11-08 Devices and method for regulating the temperature of samples

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU1381300A (en)
DE (1) DE19852733A1 (en)
WO (1) WO2000029115A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004027161B3 (en) * 2004-06-03 2005-08-25 Siemens Ag Flow regulation valve for a polymerase chain reaction assembly, comprises a sliding piston regulating two outlet passages
CN114870926A (en) * 2022-05-11 2022-08-09 何光亮 Constant temperature box capable of automatically enhancing fixing effect

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004062804B3 (en) * 2004-12-27 2006-05-24 Bernhard Harter Combi-apparatus for tempering articles or media, useful for rapid and accurate temperature adjustment e.g. during air drying or analysis, based on combination of Carnot cycle and Peltier effect
CN113201454A (en) * 2021-05-25 2021-08-03 江南大学 Small-size nucleic acid rapid annealing device using liquid exchange method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990005329A1 (en) * 1988-11-10 1990-05-17 Grant Instruments (Cambridge) Limited Temperature control apparatus and uses thereof
US5656493A (en) * 1985-03-28 1997-08-12 The Perkin-Elmer Corporation System for automated performance of the polymerase chain reaction
WO1998009728A1 (en) * 1996-09-06 1998-03-12 Central Research Laboratories Limited Apparatus for, and method of, thermally cycling a sample
WO1999017881A1 (en) * 1997-10-07 1999-04-15 The Perkin-Elmer Corporation Apparatus for a fluid impingement thermal cycler

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3360032A (en) * 1965-09-20 1967-12-26 Globe Union Inc Temperature controlling system
DE2038814A1 (en) * 1970-08-05 1972-02-17 Johann Hoffmann Laboratory glassware temp control bath - esp for testubes/ test cells whose outer walls are kept dry
DE2908685C2 (en) * 1979-03-06 1982-05-27 Frhr. von Hardo Dr.med. 7400 Tübingen Gise Incubator for histological specimens
DE29622848U1 (en) * 1996-07-02 1997-07-03 Barkey Volker Device for tempering sample vessels

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5656493A (en) * 1985-03-28 1997-08-12 The Perkin-Elmer Corporation System for automated performance of the polymerase chain reaction
WO1990005329A1 (en) * 1988-11-10 1990-05-17 Grant Instruments (Cambridge) Limited Temperature control apparatus and uses thereof
WO1998009728A1 (en) * 1996-09-06 1998-03-12 Central Research Laboratories Limited Apparatus for, and method of, thermally cycling a sample
WO1999017881A1 (en) * 1997-10-07 1999-04-15 The Perkin-Elmer Corporation Apparatus for a fluid impingement thermal cycler

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004027161B3 (en) * 2004-06-03 2005-08-25 Siemens Ag Flow regulation valve for a polymerase chain reaction assembly, comprises a sliding piston regulating two outlet passages
CN114870926A (en) * 2022-05-11 2022-08-09 何光亮 Constant temperature box capable of automatically enhancing fixing effect

Also Published As

Publication number Publication date
AU1381300A (en) 2000-06-05
DE19852733A1 (en) 2000-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69935230T2 (en) DEVICE FOR THERMAL AND LIQUID CIRCULATION FOR HYBRIDIZING NUCLEIC ACIDS
DE3343664C1 (en) Device for the therapeutic tempering of body parts
EP1256378A2 (en) Device and method for parallel conducting of experiments
DE102006045028A1 (en) Constant temperature liquid circulating device and method of controlling the temperature in the device
EP2965161B1 (en) Method and system for the temperature control of components
CH651392A5 (en) HEAT FLOW CALORIMETER.
CH704364A2 (en) Modular system for keeping food warm.
DE3414747C2 (en) Filling process and device
DE2704551C2 (en)
EP0120493A2 (en) Arrangement and method for the production of hot water by a medium delivered by a zonal heating system, led through a counter-current heat exchanger
DE19916761A1 (en) Method and device for spraying workpieces
WO2000029115A1 (en) Devices and method for regulating the temperature of samples
DE3009402A1 (en) COOLANT GAS OPERATED CYROSTATE SYSTEM
EP0770333A1 (en) Heating- and cooling apparatus for fluid food product
EP3513128B1 (en) Method for heating or cooling rooms in a building
DE2650880C2 (en) Device for withdrawing gases from cylinders
DE19848140C2 (en) Drying device for drying bulk material
DE19931357C1 (en) Method and device for drying granules
DE3738153A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A MAGNETIC FIELD GENERATION UNIT IN A MAGNETIC RESONANCE IMAGING DEVICE
DE3145636C2 (en)
EP3822609A1 (en) Device and method for conditioning of a fluid
EP0245827A2 (en) Apparatus for adjusting the temperature of devices, especially of tools
DE102013114925A1 (en) Biogas production process and biogas production device
AT397853B (en) Water heating system
DE2155611A1 (en) Method and device for hatching eggs

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref country code: AU

Ref document number: 2000 13813

Kind code of ref document: A

Format of ref document f/p: F

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY CA CH CN CU CZ DE DK EE ES FI GB GE GH GM HU ID IL IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT UA UG US UZ VN YU ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW SD SL SZ TZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA GN GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

122 Ep: pct application non-entry in european phase