VAPOR CHAMBER

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thermocycler umfassend eine Wärmesenke, wenigstens ein elektrisches Heizelement, welches vorteilhaft auch zum Kühlen geeignet sein kann, und eine über dem wenigstens einen elektrischen Heizelement angeordnete Vapor Chamber gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dabei umfasst die Vapor Chamber eine Unterschale und eine Oberschale, wobei zwischen Unterschale und Oberschale zumindest ein gas- und flüssigkeitsdichter Zwischenraum ausgebildet ist, in welchem ein fluides Arbeitsmedium aufgenommen sowie ein mit dem fluiden Arbeitsmedium zusammenwirkendes poröses Material angeordnet ist, wobei das poröse Material zumindest bereichsweise die Oberschale und/oder die Unterschale berührt, dabei jedoch den wenigstens einen Zwischenraum unter Ausbildung wenigstens eines hohlraumartigen Dampfspaltes nicht vollständig ausfüllt.

[0002] Solche Vapor Chambers, die in Art eines in der Regel flächig und flach gestalteten Wärmerohrs (sog. Heatpipe) ausgestaltet sind und auf dessen Funktionsprinzip beruhen, sind aus dem Stand der Technik, z.B. aus der WO 2005/114084 A1, hinlänglich bekannt und haben bekanntermaßen eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit. Ferner zeigt auch Fig. 7 der US 3,680,189 eine Vapor Chamber der eingangs genannten Art, bei welcher die Unter- und Oberschale jeweils plattenförmig ausgestaltet sind, wobei Ober- und Unterschale zur Bildung des für eine Vapor Chamber erforderlichen Zwischenraums über randseitig angeordnete Stäbe mit rechteckigem Querschnitt - gas- und flüssigkeitsdicht - miteinander verbunden sind.

[0003] Eine bestehende Temperaturdifferenz zwischen der Unter- und Oberschale einer Vapor Chamber wird dadurch ausgeglichen, dass das fluide Arbeitsmedium z.B. im Bereich der heißeren Unterschale verdampft, woraufhin der Dampfwegen eines sich einstellenden Druckgefälles - durch den Dampfspalt (also einen geeignet in der Vapor Chamber verlaufenden Dampfkanal) in Richtung zur kühleren Oberschale wandert, wo er wieder kondensiert. Das poröse Material innerhalb der Vapor Chamber dient der Aufnahme und dem Transport der kondensierten, also flüssigen Phase des Arbeitsmediums, um diese innerhalb des Zwischenraums zwischen Ober- und Unterschale durch Kapillarkräfte wieder in Richtung der wärmeren Seite der Vapor Chamber zu befördern, wo das Arbeitsmedium dann - sofern sich durch Temperaturausgleich noch kein Gleichgewichtszustand eingestellt hat - erneut verdampfen kann. Das poröse Material stellt dabei vorteilhaft eine im Inneren der Vapor Chamber verlaufende Verbindung zwischen Ober- und Unterschale her, um einen effektiven Transport der flüssigen Phase des Arbeitsmediums zwischen den beiden einander zugewandten (Innen-)Seiten der Ober- und Unterschale zu gewährleisten.

[0004] Die bei den betreffenden Phasenübergängen in einem kontinuierlichen Prozess vom Arbeitsmedium aufgenommene bzw. abgegebene latente Wärme und der durch den Dampfspalt und das poröse Medium erfolgende Transport der dampfförmigen und flüssigen Phase des Arbeitsmediums sorgen für einen sehr raschen Ausgleich einer zwischen Ober- und Unterschale bestehenden Temperaturdifferenz, so dass, z.B. bei aktiver Beheizung der Unterschale, welche mittels daran unterseitig befestigter Heizmittel erfolgen kann, eine sehr schnelle Aufheizung der Oberschale erfolgt. Von Vorteil ist dabei weiterhin, dass - auch bei einer ggfs. nur punktuell oder an mehreren Stellen/Bereichen erfolgenden Beheizung der Unterschale - eine für die meisten Anwendungen durchaus akzeptable Homogenität in der Temperaturverteilung auf der Oberschale erreicht wird.

[0005] Ferner kann mittels einer Vapor Chamber auch auf sehr effektive Weise Wärme von der Ober- oder Unterschale (bzw. einem hiermit thermisch gekoppelten Bauteil) abgeführt werden, indem die jeweils andere Schale thermisch mit einer geeigneten Wärmesenke gekoppelt wird.

[0006] Der Arbeitsbereich einer Vapor Chamber wird durch die Eigenschaften des darin enthaltenen Arbeitsmediums (z.B. Wasser) und des in der Vapor Chamber vorherrschenden Drucks vorgegeben und lässt sich daher z.B. durch eine geeignete Wahl des (wenigstens einen) Arbeitsmediums einstellen.

[0007] Vapor Chambers - also in flacher Bauweise gestaltete Heatpipes - der vorliegend relevanten Art dienen häufig in Zusammenwirkung mit geeigneten Heiz- und/oder Kühlmitteln zur möglichst uniformen Temperierung von mit der Heatpipe in (direktem oder indirektem) Wärmekontakt stehenden Formkörpern, welche ihrerseits - z.B. in Form von oberseitig daran vorgesehen Einbuchtungen - eine Mehrzahl an Aufnahmen für darin einer bestimmten Temperatur auszusetzende Proben aufweisen.

[0008] Insbesondere kommen solche Vapor Chambers in Thermocyclern zum Einsatz, bei denen im Rahmen der gleichzeitigen Temperierung einer Mehrzahl an (biologischen) Proben z.B. zum Zwecke der DNA-Vervielfältigung ein zur Durchführung der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) geeigneter Temperaturverlauf mehrfach zyklisch durchlaufen werden muss. Es versteht sich von selbst, dass dabei eine besonders präzise Temperierung der verschiedenen Proben ebenso erwünscht ist wie ein möglichst schneller Durchlauf des Temperaturzyklus, bei dem es wesentlich darauf ankommt, dass die verschiedenen Proben in zeitlicher Abfolge verschiedenen Temperaturen (für einen jeweils vorgegebenen Zeitraum) ausgesetzt werden. Ein typischer Zyklus beinhaltet zunächst die Aufheizung der Proben auf ca. 95° C (für den Verfahrensschritt der sog. Denaturierung; Schmelzen), eine anschließende Abkühlung auf ca. 55° C (für den Verfahrensschritt der sog. Primerhybridisierung) und ein erneutes Aufheizen auf ca. 72° C (für den Verfahrensschritt der sog. Elongation), woraufhin der Zyklus durch ein weiteres Aufheizen auf wiederum 95° C erneut beginnt. Diese Temperaturniveaus sollen - für alle gleichzeitig zu temperierenden Proben - möglichst exakt eingehalten werden, wobei die zwischen den Temperaturniveaus benötigten Aufheiz- und Abkühlvorgänge möglichst schnell durchführbar sein sollen.

[0009] Die aus dem Stand der Technik bisher bekannten Thermocycler, wie sie z.B. in der EP 1 710 017 A1, der WO 01/24930 A1 oder der WO 2004/105947 A1 beschrieben sind, umfassen typischerweise einen sandwichartigen Aufbau aus einer Wärmesenke, wenigstens einer gattungsgemäßen Vapor Chamber ("thermal base", "heat pipe"), ein ggfs. aus mehreren Elementen bestehendes Heiz- und ggfs. Kühlmittel (z.B. in Ausführung wenigstens eines Peltier- oder PTC-Elements), welches ober- oder unterhalb der Vapor Chamber angeordnet sein kann, und einen mit dem Heizmittel und/oder der Vapor Chamber in direktem thermischem Kontakt stehenden Probenaufnahmekörper ("thermal block" bzw. "sample block" bzw. "Reaktionsgefäßaufnahmekörper") mit einer Mehrzahl an oberseitig auf dessen Oberfläche angeordneten Einbuchtungen, in welche die einem bestimmten Temperaturverlauf auszusetzenden Proben - ggfs. innerhalb geeigneter Probenbehältnisse - zum Zwecke ihrer Temperierung einbringbar sind. Jede Einbuchtung fungiert als Aufnahme für eine darin zu temperierende Probe und ist vorteilhaft derart gestaltet, dass ein darin von oben einsetzbares - zumeist aus einem dünnen Kunststoff bestehendes - Probenbehältnis, welches die zu temperierende Probe enthält, zum Zwecke eines guten Wärmeübergangs in flächigen Kontakt zu der als Probenaufnahme fungierenden Einbuchtung gebracht werden kann.

[0010] Der seinerseits unter Zuhilfenahme der wenigstens einen Vapor Chamber temperierte Probenaufnahmekörper ist dabei in der Regel massiv aus Silber (oder Aluminium) ausgestaltet, was neben dem hohen Gewicht eines solchen Formkörpers und einer vergleichsweise hohen Wärmekapazität, die besonders schnellen Temperaturänderungen im Wege steht, mit einem nicht unerheblichen Material- und Kostenaufwand verbunden ist. Ferner erweist sich dabei die Realisierung einer guten Uniformität der Temperatur in den verschiedenen Probenaufnahmen (Einbuchtungen) als besonders schwierig, dies insbesondere im Bereich der randseitig oder in einem Eckbereich des Probenaufnahmekörpers angeordneten Einbuchtungen.

[0011] Zur Verbesserung der Homogenität der sich in den einzelnen Probenaufnahmen einstellenden Temperatur wurde dabei in der WO 01/24930 A1 bereits vorgeschlagen, anstelle der Verwendung einer separaten Vapor Chamber bzw. Heatpipe ("Temperaturausgleichsplatte") unterhalb des - dort aus mehreren Segmenten bestehenden - Reaktionsgefäßaufnahmekörpers, einzelne rohrförmige Heatpipes in den verschiedenen Segmenten des Reaktionsgefäßaufnahmekörpers derart zu integrieren, dass diese in einer Richtung zwischen je zwei Reihen von Reaktionsgefäßhaltern verlaufen. Auch hierbei weist der Reaktionsgefäßaufnahmekörper wegen seiner ansonsten massiven Bauweise eine vergleichsweise hohe Wärmekapazität auf.

[0012] Und schließlich zeigt auch die US 5,161,609 A noch verschiedene Ausführungsbeispiele einer auf dem "heat pipe"-Prinzip funktionierenden Vapor Chamber der eingangs genannten Art zur Verwendung in einem Thermocycler, wobei besagte Vapor Chamber infolge der gegebenen Gestaltung der das fluide Arbeitsmedium aufnehmenden Einhausung, welche eine Innenbeschichtung mit porösem Material aufweist, gleichzeitig der Aufnahme der zu temperierenden Proben bzw. der Aufnahme von zu temperierenden Probenbehältnissen dient.

[0013] Bei einer ersten Ausgestaltung der in der US 5,161,609 A beschriebenen Vapor Chamber sind zum Zwecke der Aufnahme einer Mehrzahl von zu temperierenden Probenbehältnissen zylindrische Passagen durch die Vapor Chamber vorgesehen, die jeweils zur Ober- und Unterseite der Vapor Chamber hin geöffnet und von einem Dampfspalt umgeben sind. Diese Vapor Chamber wird an ihrem seitlich umlaufenden Rand von einer Heiz-/Kühlquelle beheizt bzw. gekühlt und ist ober- und unterseitig mit einer thermischen Isolierung versehen sowie mit einer Kappe abgedeckt. Bei einer zweiten Ausgestaltung der in der US 5,161,609 A beschriebenen Vapor Chamber sind oberseitig eine Mehrzahl an als Probenaufnahme fungierenden Einbuchtungen vorgesehen, wobei insoweit keine näheren Angaben zum Innenaufbau der Vapor Chamber gegeben sind. Auch diese Vapor Chamber steht an ihrem seitlich umlaufenden Rand mit einer Heiz-/Kühlquelle in Kontakt, wobei oberseitig noch eine die Vapor Chamber abdeckende Heiz- bzw. Kühlkappe vorgesehen ist.

[0014] Nicht beschrieben ist für beide vorstehend erläuterten Ausführungsvarianten, wie die Beschichtung der Innenwände der Vapor Chamber mit dem porösen Material erfolgt. Ferner ist festzustellen, dass das Arbeitsfluid zur Temperierung der nicht randseitig angeordneten Probenaufnahmen relativ lange Transportwege zurücklegen muss, z.B. wenn dieses zum Zwecke der Erwärmung einer Probe im Bereich der Durchgangspassagen bzw. Einbuchtungen kondensiert ist und durch das poröse Material wieder zum beheizten Rand zurückgeführt wird.

[0015] Bei den zur Verwendung in gattungsgemäßen Thermocyclern z,.B. aus der US 5,161,609 A bereits bekannten Vapor Chambers ist vorgesehen, dass die Oberschale der Vapor Chamber oberseitig eine Mehrzahl an über deren Oberfläche verteilten, sich in Richtung zur Unterschale erstreckenden und als Probenaufnahme fungierende Einbuchtungen aufweist, in welche unter Verwendung der Vapor Chamber zu temperierende Proben von oben einbringbar sind, wobei wenigstens ein zumindest teilweise durch das poröse Material begrenzter Dampfspalt sich derart dreidimensional erstreckt, dass er innerhalb des zwischen Ober- und Unterschale befindlichen Zwischenraums eine oder mehrere Einbuchtungen der Oberschale zumindest teilweise seitlich umlaufend umgibt.

[0016] Weiterhin ist aus der US 2004/244951 eine als Vapor Chamber ausgestaltete Heatpipe zur Kühlung von integrierten Schaltkreisen bekannt, welche von ober- und unterseitig offenen Montagelöchern durchdrungen wird, wobei besagte Montagelöcher zur oberseitigen Montage eines Kühlkörpers auf der Heatpipe vorgesehen sind.

[0017] Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen gattungsgemäßen und insbesondere hocheffizienten Thermocycler bereitzustellen, welcher im Rahmen der Temperierung von unter Verwendung der Vapor Chamber zu temperierenden Proben besonders schnelle Temperaturänderungen gestattet. Ferner soll damit unter Zuhilfenahme einer erfindungsgemäß ausgestalteten Vapor Chamber eine Mehrzahl an Proben gleichzeitig temperierbar sein, und zwar unter Verbesserung der Homogenität der auf die einzelnen Proben einwirkenden Temperatur und der mechanischen Stabilität der Vapor Chamber.

[0018] Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Thermocycler nach Anspruch 1 gelöst.
Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der an der Oberschale ausgebildeten und sich in Richtung zur Unterschale erstreckenden Einbuchtungen, bevorzugt alle Einbuchtungen, unterseitig die Unterschale berühren, dass wenigstens ein Teil der die Unterschale berührenden Einbuchtungen unterseitig mit der Unterschale auf metallurgische Weise verbunden sind, dass jede Einbuchtung der Oberschale zwischenraumseitig mit dem porösem Material kontaktiert ist und dass das zwischenraumseitig an den Einbuchtungen angrenzende poröse Material das an die Unterschale angrenzende poröse Material im Bereich der jeweiligen Einbuchtungen berührt.

[0019] Die erfindungsgemäß zur Verwendung kommende Vapor Chamber zeichnet sich also u.a. dadurch aus, dass sie oberseitig eine Mehrzahl an Probenaufnahmen aufweist, die durch Einbuchtungen in der den Zwischenraum für das (wenigstens eine) fluide Arbeitsmedium begrenzenden Oberschale gebildet sind.

[0020] Der Aufnahme der zu temperierenden Proben dienen somit nicht die Einbuchtungen in einem im Wesentlichen massiven Bauteil, welches unter Zuhilfenahme wenigstens einer Vapor Chamber oder Heatpipe zu temperieren ist, sondern die Vapor Chamber wird selbst zum Probenaufnahmekörper, indem die den Zwischenraum für das Arbeitsmedium begrenzende Oberschale oberseitig geeignete Einbuchtungen aufweist, welche als Probenaufnahme fungieren. Im Vergleich mit einem aus massivem Silber bestehenden Probenaufnahmeblock, wie er derzeit in hocheffizienten Thermocyclern eingesetzt wird, lässt sich dabei eine erheblich verbesserte Wärmeleitfähigkeit ([W/mK]) (um bis zu einem Faktor 7) realisieren, so dass im Rahmen der Temperierung der Mehrzahl an Probenaufnahmen erfolgende Aufheiz- und Abkühlvorgänge erheblich schneller durchgeführt werden.

[0021] Dadurch dass vorliegend wenigstens ein Dampfspalt, d.h. der wenigstens eine innerhalb des Zwischenraums ausgebildete Dampfspalt, derart dreidimensional verläuft, dass er innerhalb des Zwischenraums wenigstens eine oder mehrere Einbuchtungen - zumindest teilweise - seitlich umlaufend umgibt, kann dabei gleichzeitig eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Temperaturhomogenität, d.h. eine stets besonders geringe Differenz der Temperatur in den verschiedenen Probenaufnahmen, erzielt werden, insbesondere wenn dabei ansonsten üblicherweise nicht hinreichend schnell bzw. effektiv zu temperierende Probenaufnahmen, insbesondere die randseitig oder in einem Eckbereich angeordneten Probenaufnahmen, entweder jeweils separat und/oder blockweise von dem (wenigstens einen) Dampfspalt umgeben sind, wobei es im Rahmen der vorliegenden Erfindung ersichtlich von besonderem Vorteil ist, wenn dabei jeweils ein einziger ununterbrochener Dampfspalt (jeweils) eine oder mehrere Einbuchtungen vollständig umlaufend umgibt.

[0022] Unter einem Dampfspalt ist dabei dasjenige Volumen innerhalb des zwischen Ober- und Unterschale befindlichen Zwischenraums zu verstehen, in welchem innerhalb der erfindungsgemäß verwendeten Vapor Chamber die Dampfphase des Arbeitsmediums transportiert wird. Sofern vorliegend von "wenigstens einem" Dampfspalt gesprochen wird, so schließt dies selbstverständlich die Möglichkeit ein, dass vorliegend nicht zwingend ein einziger zusammenhängender Dampfspalt die gesamte Vapor Chamber über ihre gesamte flächige Ausdehnung durchdringen muss, sondern dass stattdessen auch eine Mehrzahl an Dampfspalten vorgesehen sein können, die voneinander z.B. durch das dem Transport der flüssigen Phase dienende poröse Material und/oder durch wenigstens ein den Zwischenraum unterteilendes Element der Unter- und/oder Oberschale separiert sind.

[0023] Das in der Vapor Chamber zur Verwendung kommende poröse Material kann grundsätzlich jedwedes Material sein, welches sich - infolge seiner Porosität - unter Ausbildung einer Kapillarwirkung auf die flüssige Phase des Arbeitsmedium (z.B. Wasser) zur Aufnahme und zum Transport der flüssigen Phase des Arbeitsmediums eignet.

[0024] Der Umstand, dass vorliegend die Vapor Chamber durch geeignete Einbuchtungen an ihrer Oberseite selbst den Probenaufnahmekörper bildet, erweist sich auch deshalb als außerordentlich vorteilhaft, da hiermit das Gewicht und die Wärmekapazität eines z.B. in Thermocyclern zum Einsatz kommenden Probenaufnahmekörpers gegenüber massiv ausgestalteten Probenaufnahmekörpern aus dem vorbekannten Stand der Technik deutlich reduziert werden können, wobei sich - neben der verbesserten Leistung im Hinblick auf den Wärmetransport zu den einzelnen Einbuchtungen / Probenaufnahmen - gleichzeitig eine massive Kostenersparnis im Hinblick auf den verringerten Materialaufwand ergibt.

[0025] Dadurch dass erfindungsgemäß jede Einbuchtung der Oberschale zwischenraumseitig mit dem porösem Material kontaktiert ist kann insbesondere auch das unmittelbar an den Einbuchtungen anliegende poröse Material zum stoffgebundenen Wärmetransport in der auf dem Heatpipe-Prinzip basierenden Vapor Chamber beitragen.

[0026] Außerdem ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der an der Oberschale ausgebildeten und sich in Richtung zur Unterschale erstreckenden Einbuchtungen, insbesondere alle Einbuchtungen, unterseitig die Unterschale berühren, wobei wenigstens ein Teil (bzw. nochmals bevorzugt alle) der die Unterschale berührenden Einbuchtungen unterseitig mit der Unterschale auf metallurgische Weise verbunden, insbesondere verlötet sind. Hiermit lässt sich zum einen die mechanische Stabilität einer erfindungsgemäßen Vapor Chamber verbessern, da somit die die Probenaufnahmen bildenden Einbuchtungen - zumindest teilweise - eine mechanische Abstützung bzw.

[0027] Verbindung zwischen Oberschale und Unterschale herstellen. Zum anderen wird hierdurch gleichzeitig auch die thermische Leitfähigkeit zwischen Unter- und Oberschale, insbesondere im Bereich der die Probenaufnahmen bildenden Einbuchtungen erhöht, insbesondere wenn dann noch, wie dies erfindungsgemäß vorgesehen ist, im Bereich der jeweiligen Einbuchtungen das an die Unterschale angrenzende poröse Material mit dem zwischenraumseitig an den Einbuchtungen angrenzenden porösen Material zur Berührung kommt, was dann auch den stoffgebundenen Wärmetransport innerhalb der Vapor Chamber verbessert. Im Bereich der Einbuchtungen, also oberschalenseitig kondensierendes Arbeitsfluid kann somit durch das poröse Material unmittelbar und auf kurzem Weg zu der beheizten Unterschale zurückbefördert werden. Gleichermaßen kann bei Kühlung der Unterschale das dort kondensierende Arbeitsmedium der Vapor Chamber auf kürzestem Weg zu dem an den jeweiligen Einbuchtungen zwischenraumseitig vorgesehenen Bereich des porösen Materials befördert werden.

[0028] Die die Probenaufnahmen bildenden Einbuchtungen in der Oberschale einer erfindungsgemäßen Vapor Chamber sind vorteilhaft in einem regelmäßigen Muster über die Oberfläche der Oberschale verteilt und besonders bevorzugt in Anzahl und Geometrie an die Anzahl und Geometrie der Kavitäten (engl.: "wells") handelsüblicher Microtiterplatten, wie Sie im Rahmen der industriellen Prozessierung von (biologischen) Proben Verwendung finden, angepasst, so dass eine Microtiterplatte derart auf die Oberseite der Vapor Chamber aufgesetzt werden kann, dass die einzelnen (von oben mit z.B. flüssigen Proben befüllten und nach unten frei hervorstehenden) Kavitäten der Microtiterplatte in je eine Einbuchtung der Oberschale unter möglichst guter (flächiger) Anlage an die jeweilige Seitenwand der Einbuchtung hineinreichen. Vorteilhaft sind somit in der Oberschale insbesondere z.B. 24, 48 oder 96 entsprechend regelmäßig angeordnete Einbuchtungen vorgesehen, um unter Zuhilfenahme der erfindungsgemäßen Vapor Chamber eine möglichst große Vielzahl an Proben gleichzeitig und definiert temperieren zu können.

[0029] Soweit im Rahmen der vorliegenden Erfindung davon gesprochen ist, dass die Vapor Chamber eine Unterschale und eine Oberschale aufweist, so sollen die insoweit gewählten Begriffe keine konkrete Geometrie der betreffenden Bauteile beschreiben, sondern vielmehr zum Ausdruck bringen, dass die erfindungsgemäß verwendete Vapor Chamber wenigstens zwei Teile (man könnte also auch von einem Oberteil und einem Unterteil sprechen) aufweist, zwischen denen der gas- und flüssigkeitsdichte Zwischenraum zur Aufnahme des Arbeitsmediums und des porösen Materials ausgebildet ist. Ersichtlich müssen Ober- und Unterschale (bzw. Oberteil und Unterteil) nicht zwingend durch zwei separate Beuteile gebildet sein, sondern können - z.B. unter Anwendung geeigneter Umformprozesse - ggfs. auch einstückig ausgebildet sein, wobei jedoch stets ein gas- und flüssigkeitsdichter Zwischenraum zwischen dem die Vapor Chamber nach oben bzw. unten begrenzenden Ober- bzw. Unterteil ausgebildet sein muss. Bevorzugt ist jedoch zumindest die Unterschale oder die Oberschale mit einem daran ausgebildeten umlaufenden Rand auch tatsächlich schalenartig ausgestaltet, wodurch sich auf einfache Weise die seitliche Berandung der Vapor Chamber durch den betreffenden Rand der Unter- oder Oberschale bilden lässt.

[0030] In einer ersten bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Vapor Chamber zwischen Ober- und Unterschale wenigstens ein Dampfspalt vorgesehen ist, der alle Einbuchtungen seitlich außen umläuft und hierzu innerhalb des Zwischenraums zwischen der seitlichen Berandung der Vapor Chamber und den randseitig angeordneten Einbuchtungen ausgebildet ist. Selbstverständlich kann dabei vorteilhaft vorgesehen sein, dass insbesondere die randseitigen Einbuchtungen (auf ihrer jeweils dem Zwischenraum zugewandten Seite) mit dem innerhalb des Zwischenraums angeordneten porösen Material (zumindest teilweise) in Kontakt stehen bzw. damit beschichtet sind, so dass (auch) in diesem Bereich ein besonders effektiver Wärmetransport realisiert wird.

[0031] Ein solcher alle Einbuchtungen bzw. Probenaufnahmen en bloc umlaufender Dampfspalt führt - bei einer durch geeignete Gestaltung der Ober- und Unterschale (sowie des porösen Materials) einfach zu realisierenden Geometrie der Vapor Chamber - dazu, dass auch die randseitig und im Eckbereich der Oberschale angeordneten Einbuchtungen allesamt von der hervorragenden thermischen Leitfähigkeit einer Vapor Chamber profitieren und somit gleichförmig und schnell beheizt und/oder gekühlt werden können.

[0032] Ferner ist in besonderer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft vorgesehen, dass jede Einbuchtung von wenigstens einem Dampfspalt vollumfänglich umgeben ist, womit die hervorragende Wärmeleitfähigkeit einer Heatpipe im Bereich jeder der Probenaufnahme dienenden Einbuchtung mit der Folge einer besonders guten Temperaturhomogenität über alle Probenaufnahmen vollumfänglich zum Tragen kommt. Wenn dabei in der Vapor Chamber insgesamt ein die gesamte Vapor Chamber durchdringender und gleichzeitig jede Einbuchtung vollumfänglich seitlich umlaufender Dampfspalt vorgesehen ist, so kann im Rahmen der Temperierung aller Probenaufnahme (bzw. der darin angeordneten Proben) die Erzielung einer beinahe bestmöglichen Temperaturhomogenität realisiert werden.

[0033] In besonders bevorzugter Weise kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ferner vorgesehen sein, dass das poröse Material durch wenigstens zwei poröse Materialschichten gebildet ist, von denen eine erste Materialschicht zwischenraumseitig an der Oberschale und eine zweite Materialschicht zwischenraumseitig an der Unterschale ausgebildet ist, wobei die erste und zweite Materialschicht einander bereichsweise berühren und in anderen Bereichen zur Ausbildung des wenigstens einen Dampfspalts voneinander beabstandet sind.

[0034] Das in einer Heatpipe zur Verwendung kommende poröse Material bzw. die beiden vorgenannten porösen Materialschichten können z.B. aus einem zunächst im wesentlichen pulverartigen Material mit kugel- und/oder stäbchenförmigen Materialbestandteilen (z.B. aus Kupfer) gleicher oder verschiedener Abmessungen bestehen, welches - z.B. als Bestandteil einer flüssigen oder pastösen Masse - zunächst in geeigneter Schichtdicke auf die jeweilige Innenseite der Unter- und Oberschale aufgebracht und anschließend unter Einwirkung geeignet hoher Temperaturen (in einer Art Sinterprozess) dort gewissermaßen gebacken wird, womit es sich einerseits - unter Ausbildung der gewünschten porösen Struktur - verfestigt und sich andererseits an der Unter- bzw. Oberschale, die vorteilhaft erst in einem späteren Verfahrensschritt zusammengefügt werden, anheftet bzw. sich damit metallurgisch verbindet. Die Praxis hat gezeigt, dass sich bei Verwendung zweier im vorstehenden Sinn ober- und unterschalenseitig ausgebildeter Materialschichten aus porösem Material, die einander bei zusammengebauter Ober- und Unterschale insbesondere im Bereich der Einbuchtungen bereichsweise berühren müssen, Probleme im Hinblick auf die Wärmeleitleitfähigkeit auftreten können, sofern nicht hervorragende Fertigungstoleranzen eingehalten werden. Einerseits kann es dabei zu unerwünschten Spalten zwischen den ober- und unterschalenseitig ausgebildeten Materialschichten kommen, die den kapillaren Flüssigkeitstransport im Bereich des Spalts beinträchtigen oder verhindern. Andererseits kann es ggfs. zu Stauchungen des porösen Materials im Berührbereich der beiden Materialschichten kommen, was ebenfalls den kapillaren Flüssigkeitstransport zwischen den beiden Materialschichten nachteilig beeinträchtigt.

[0035] Deshalb ist in einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Berührung des zwischenraumseitig an den Einbuchtungen angrenzenden porösen Materials und des an die Unterschale angrenzenden porösen Materials dadurch erfolgt, dass das poröse Material an der Ober- und Unterschale als eine insgesamt zusammenhängende Innenbeschichtung der Vapor Chamber ausgebildet ist. Bei einer solchermaßen zusammenhängenden (zwischenraumseitigen) Innenbeschichtung der Vapor Chamber ist die Berührung des ober- und unterschalenseitig vorgesehenen porösen Materials somit dadurch gegeben, dass eine kontinuierliche und ununterbrochene Schicht porösen Materials die Ober- und Unterschale, insbesondere im Bereich der Einbuchtungen, verbindet. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem der Zwischenraum zwischen der (bereits zusammengefügten) Ober- und Unterschale mit einer das poröse Material beinhaltenden Flüssigkeit geeigneter Viskosität derart geflutet wird, dass sich das poröse Material in der gewünschten Schichtdicke an der Ober- und Unterschale absetzt, woraufhin - nach ggfs. notwendiger Entfernung überschüssiger Flüssigkeit - selbiges unter geeigneter Temperatureinwirkung an Ober- und Unterschale "festgesintert" werden kann.

[0036] Ferner kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass das poröse Material zumindest bereichsweise, insbesondere in demjenigen Bereich, in welchem das zwischenraumseitig an den Einbuchtungen angrenzende poröse Material das an die Unterschale angrenzende poröse Material im Bereich der jeweiligen Einbuchtungen berührt, aus einer ursprünglich pastösen Masse hergestellt ist, die vor dem Zusammenbau auf entsprechende Bereiche der Ober- und/oder Unterschale aufgebracht und nach Zusammenbau der Ober- und Unterschale unter Einwirkung geeignet hoher Temperaturen (mit Verdampfung flüssiger Bestandteile) verfestigt wurde. Dabei kann entweder das gesamte die Ober- und Unterschale zwischenraumseitig geeignet überdeckende und verbindende poröse Material unter Verwendung einer pastösen Masse im vorstehend genannten Sinne hergestellt sein, wobei sich andererseits eine nur bereichsweise Verwendung einer pastösen Masse im vorstehend genannten Sinne insbesondere auch dazu anbieten kann, anderweitig hergestellte Materialschichten aus porösem Material, die bereits an der Unter- und/oder Oberschale ausgebildet sind, unter Vermeidung der Ausbildung von Spalten oder Stauchungen miteinander zu verbinden.

[0037] Eine abermals bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das poröse Material zumindest teilweise durch wenigstens ein vorgefertigtes Formteil aus porösem Material gebildet wird, das vor dem Zusammenbau von Ober- und Unterschale von unten auf wenigstens eine Einbuchtung der Oberschale aufgesteckt wird und derart gestaltet ist, dass das Formteil nach Zusammenbau der Ober- und Unterschale zwischenraumseitig die wenigstens eine Einbuchtung und die Unterschale kontaktiert.

[0038] Dabei kann z.B. ein einzelnes Formteil aus porösem Material vorgesehen sein, welches auf sämtliche Einbuchtungen der Oberschale aufgesteckt wird und jede Einbuchtung und die Unterschale - im Bereich der jeweiligen Einbuchtung - verbindet. Ferner kann gegebenenfalls auch für jede Einbuchtung (oder jeweils eine Gruppe von Einbuchtungen) ein separates Formteil vorgesehen sein, welches auf die betreffende Einbuchtung (bzw. die Gruppe von Einbuchtungen) im vorstehend genannten Sinn aufgesteckt wird. Dabei ggfs. nicht von den Formteilen kontaktierte Bereiche der Unter- und/oder Oberschale bzw. etwaige Zwischenbereiche innerhalb der Formteile können dann beispielsweise wiederum unter Verwendung einer pastösen Masse im vorstehend genannten Sinne mit weiterem porösem Material gefüllt werden.

[0039] Weiterhin kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung in besonders bevorzugter Weise vorgesehen sein, dass das die Ober- und Unterschale zwischenraumseitig berührende poröse Material eine variierende Schichtdicke und/oder eine variierende Porosität und/oder variierende Porendurchmesser aufweist.

[0040] Da die Schichtdicke des porösen Materials Einfluss auf dessen Aufnahmekapazität und die in einem spezifischen Bereich gegebene Verdampfungsgeschwindigkeit hat, können durch Variation der Schichtdicke des porösen Materials somit spezifische Bereich der Unter- und/oder Oberschale für die Verdampfung von flüssigen Arbeitsmedium oder die Aufnahme des kondensierenden Arbeitsmediums optimiert werden. Ferner können durch spezifische Variation der Porosität bzw. des Porendurchmessers des - z.B. durch verschiedene pastöse Massen aufgebrachten - porösen Materials die sich hierdurch einstellenden Kapillarkräfte gezielt an den gewünschten Flüssigkeitstransport in der porösen Schicht angepasst werden.

[0041] Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl eine unterseitige Kühlung als auch eine unterschalenseitige Beheizung der Vapor Chamber vorgesehen sein kann, ist es besonders vorteilhaft, wenn die vorstehend genannte Variation der Schichtdicke und/oder der Porosität des porösen Materials den gewünschten Wärmetransport in beide Richtungen berücksichtigt, indem in dem porösen Material - z.B. im Bereich jeder Einbuchtung oder alternierend über die Vapor Chamber verteilt - ein erster Fluidpfad mit verbesserten Eigenschaften für einen Flüssigkeitstransport von der Ober- zur Unterschale und ein zweiter Fluidpfad mit verbesserten Eigenschaften für einen Flüssigkeitstransport von der Unter- zur Oberschale und/oder mit jeweils entsprechend verbesserter Verdampfungsrate an der Unter- bzw. Oberschale geschaffen wird.

[0042] Die Oberschale und/oder die Unterschale einer erfindungsgemäßen Vapor Chamber können prinzipiell aus jedwedem geeigneten Material mit vergleichsweise guter Wärmeleitfähigkeit sowie hinreichend einfacher Verarbeitbarkeit gefertigt sein (z.B. aus Silber), sind jedoch - auch aus Kostengründen - besonders bevorzugt aus Kupfer oder Aluminium gefertigt.

[0043] Bevorzugt sind die Ober- und Unterschale der erfindungsgemäß zur Verwendung kommenden Vapor Chamber an einem umlaufenden - vorteilhaft in einer Ebene - verlaufenden Rand gas- und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden, insbesondere verschweißt und/oder verlötet.

[0044] Als besonders vorteilhaft erweist es sich ferner, wenn Ober- und/oder Unterschale - mit Ausnahme von gegebenenfalls zu Versteifungszwecken vorgesehenen Stegen - eine Schichtdicke von kleiner gleich 2 mm, nochmals bevorzugt von kleiner gleich 1 mm, aufweisen. Bevorzugt kann dabei die Wandstärke so dünn wie möglich realisiert, wobei unter Berücksichtigung der innerhalb der Vapor Chamber vorherrschenden Druckverhältnisse selbstverständlich noch eine hinreichende mechanische Stabilität gewährleistet sein muss. Solchermaßen dünne Schichtdicken sorgen für einen nochmals verbesserten Wärmetransport sowie eine besonders geringe Wärmkapazität und ein auch im Hinblick auf konstruktive Aspekte anzustrebendes besonders geringes Gewicht einer erfindungsgemäßen Vapor Chamber.

[0045] Eine Oberschale mit für vorliegenden Zweck geeigneten Einbuchtungen kann z.B. durch Tiefziehen aus einem geeigneten Metallblech hergestellt werden. Ferner eignen sich zur Herstellung einer Oberschale geeigneter Geometrie, insbesondere wenn diese - was besonders vorteilhaft ist - eine sehr geringe Schichtdicke von deutlich kleiner als 1 mm aufweisen soll, auch elektrogalvanische Herstellungsverfahren, insbesondere das so genannte "electroforming".

[0046] Insbesondere die als Probenaufnahmen fungierenden Einbuchtungen der Oberschale können besonders bevorzugt dünnwandig (vorteilhaft < 1 mm, nochmals vorteilhaft < 5 mm) ausgestaltet sein, da hierdurch - wegen der insoweit geringen Masse der die Einbuchtung begrenzenden Wand - eine geringere spezifische Wärmekapazität im unmittelbaren Bereich der zu temperierenden Probenaufnahme erzielbar ist, wodurch schnellere Temperaturänderungen gestattet werden.

[0047] Außerdem kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Vapor Chamber wenigstens einen in den Dampfspalt hineinreichenden Temperatur- und/oder Drucksensor aufweist.

[0048] Ein in den Dampfspalt hineinreichender Temperatursensor erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn dessen Temperaturmesswert unter Zuhilfenahme einer geeigneten Überwachungs- und Vergleichseinheit (z.B. kontinuierlich oder in vorbestimmten Abständen) mit demjenigen eines zweiten Temperatursensors, der z.B. bodenseitig in der Vapor Chamber (d.h. in Kontakt mit der Unterschale) angeordnet ist, verglichen wird.

[0049] Denn die beiden dabei gemessenen Temperaturwerte der an verschiedenen Stellen angeordneten Temperatursensoren stehen in fester Relation zueinander, so dass - sofern sich insoweit eine Abweichung ergibt - eine Fehlfunktion der Vapor Chamber zuverlässig und schnell erkannt werden kann. Eine solche Fehlfunktion, bei der dann ersichtlich nicht mehr mit einer ordnungsgemäßen Temperierung und ggfs. einer Zerstörung von möglicherweise unwiederbringlichen Proben gerechnet werden kann, kann z.B. durch ein Leck in der Gasdichtigkeit des Zwischenraums verursacht sein, welches eine ggfs. schleichende Änderung der in der Vapor Chamber vorherrschenden Druckverhältnisse bis hin zum Funktionsverlust verursacht.

[0050] In konstruktiver Hinsicht erweist es sich bei einer erfindungsgemäß zur Verwendung kommenden Vapor Chamber als besonders vorteilhaft, wenn an der Unterseite der Unterschale - z.B. in einem extra hierfür verstärkten Bereich - wenigstens ein Gewindesackloch ausgebildet ist, um die Vapor Chamber unterseitig mittels einer Schraubverbindung mit einem benachbarten Bauteil verbinden zu können.

[0051] Der erfindungsgemäße Thermocycler umfasst - zur Temperierung von Proben mit vordefinierten Temperaturzyklen - zumindest eine Wärmesenke, (wenigstens) ein bevorzugt elektrisches Heizmittel (z.B. in Art eines PTC-Elements) und eine Vapor Chamber der vorbeschriebenen Art

[0052] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1

ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß zur Verwendung kommenden Vapor Chamber zusammen mit einer darin einsetzbaren Microtiterplatte in Explosionsdarstellung,

Fig. 2

eine perspektivische - teilweise gebrochene Darstellung - der Vapor Chamber aus Fig. 1,

Fig. 3

eine Schnittdarstellung durch die Vapor Chamber aus den Fig. 1 und 2 mit darin eingesetzter Mikrotiterplatte gemäß der gewinkelt verlaufenden Schnittlinie III-III aus Fig. 2,

Fig. 4

eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Thermocyclers,

Fig. 5

eine Darstellung zum Vergleich der Temperaturhomogenität einer erfindungsgemäßen Vapor Chamber mit derjenigen eines aus massivem Silber aufgebauten Probeaufnahmekörpers und

Fig. 6-10

verschiedene Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Vapor Chamber's zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Thermocycler mit unterseitig erfolgender Beheizung und Kühlung der Vapor Chamber.

[0053] Die Fig. 1 - 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer in einem erfindungsgemäßen Thermocycler zur Verwendung kommenden Vapor Chamber 1 in verschiedenen Ansichten, wobei in der perspektivischen Explosionsdarstellung aus Fig. 1 sowie in der Schnittdarstellung aus Fig. 3 ergänzend auch eine darin einsetzbare bzw. eingesetzte Microtiterplatte 2 dargestellt ist.

[0054] Die Vapor Chamber 1 umfasst eine vorliegend aus Kupfer hergestellte Unterschale 3 sowie eine aus dem gleichen Material hergestellte Oberschale 4, wobei die Oberschale 4 oberseitig eine Mehrzahl, vorliegend insgesamt 96, an über deren Oberfläche 5 verteilte Einbuchtungen 6 aufweist, die sich in Richtung zur Unterschale 3 erstrecken. Die Einbuchtungen 6 fungieren dabei als Probenaufnahmen, in welche - unter Verwendung der Vapor Chamber 1 zu temperierende - Proben 7 (vgl. Fig. 3) entweder mittelbar oder unmittelbar eingebracht werden können. Unterschale 3 und Oberschale 4 können dabei jedoch auch aus anderen geeigneten Materialien, z.B. aus Aluminium oder aus Silber hergestellt sein.

[0055] Die zu temperierenden (flüssigen) Proben 7 sind vorliegend in einzelnen Kavitäten bzw. Probenbehältnissen 8 der Mikrotiterplatte 2 aufgenommen, wozu die betreffende Probe 7 durch eine von oben zugängliche Öffnung 9 in das jeweilige Probenbehältnis 8 eingefüllt wurde. Die Proben 7 werden innerhalb der von der Mikrotiterplatte 2 nach unten hervorstehenden Probenbehältnissen 8 - durch lagerichtiges Aufsetzen der Mikrotiterplatte 2 auf die in ihrer Geometrie hieran angepasste Oberschale 4 - in die der betreffenden Probe 7 jeweils zugeordnete Einbuchtung 6 eingebracht. Dabei stehen die Probenbehältnisse 8 der Mikrotiterplatte 2 mit ihrer jeweiligen Außenseite in flächiger Anlage mit der Seitenwand der Einbuchtung 6, um einen guten Wärmeübergang zu gewährleisten.

[0056] Oberschale 4 und Unterschale 3 sind längs eines - die Vapor Chamber 1 vollständig umlaufenden - Randes 10 gas- und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden, was z.B. durch eine geeignete Schweiß- und/oder Lötverbindung erfolgen kann. Innerhalb des zwischen Oberschale 4 und Unterschale 3 ausgebildeten Zwischenraums 11 ist ein fluides Arbeitsmedium (nicht dargestellt) aufgenommen sowie - schichtartig an Ober- und Unterschale 3, 4 - ein poröses Material 12, 13 angeordnet, welches in dem Sinne mit dem fluiden Arbeitsmedium zusammenwirkt, dass es die flüssige Phase des Arbeitsmediums aufnehmen und unter Ausnutzung von Kapillarkräften transportieren kann. Das fluide Arbeitsmedium kann z.B. durch eine geeignet verschließbare Zugangsöffnung in der Ober- oder Unterschale in den Zwischenraum 11 eingebracht werden.

[0057] Zwischen dem die Unter- und Oberschale 3, 4 zwischenraumseitig bedeckenden porösen Material 12, 13 ist vorliegend ein die gesamte Vapor Chamber 1 durchdringender Dampfspalt 14 ausgebildet, der vorliegend zwischen den beiden porösen Materialschichten 12, 13 verläuft und dabei unter anderem - gemäß der in Fig. 1 dargestellten Strichlinie 14' - en bloc alle Einbuchtungen 6 der Oberschale 4 seitlich vollumfänglich umlaufend umgibt, und zwar zwischen der seitlichen Berandung der Vapor Chamber 1 und den randseitig angeordneten Einbuchtungen 6. Ferner wird durch den Dampfspalt 14 auch gleichzeitig jede Einbuchtung 6 separat vollumfänglich umlaufend umgeben, wie dies durch die beiden gestrichelten Linien 14" in Fig. 2 angedeutet ist.

[0058] Bei aktiver Beheizung der Unterschale 3 verdampft die in der daran angrenzenden Schicht aus porösem Material 12 aufgenommene flüssige Phase des Arbeitsmediums unter Aufnahme latenter Wärme in den Dampfspalt 14 hinein und wird dort aufgrund eines sich geeignet einstellenden Druckgefälles in Richtung zur kälteren Oberschale 4 bzw. der daran ausgebildeten Einbuchtungen 6 transportiert. Von Vorteil ist insoweit für die angestrebte Temperaturhomogenität im Bereich der verschiedenen Einbuchtungen 6, dass sich der Dampfspalt 14 in dreidimensionaler und zusammenhängender Weise über die gesamte Querschnittsfläche der Vapor Chamber 1 erstreckt und dabei die Einbuchtungen 6 umläuft, womit sich die Dampfphase auch transversal bzw. lateral um die Einbuchtungen 6 herum ausbreiten kann. Das Arbeitsmedium kann sodann unter Abgabe latenter Wärme im Bereich der Oberschale wieder kondensieren. Dort wird es von dem oberschalenseitig angeordneten porösen Material 13 aufgenommen. Wegen der Kapillarkraft des porösen Materials 12, 13 und der Verbindung des ober- und unterschalenseitig angeordneten porösen Materials 12, 13, die zumindest bereichsweise - vorliegend insbesondere jedoch auch um jede Einbuchtung 6 herum umlaufend - besteht, wird die kondensierte flüssige Phase des Arbeitsmediums anschließend wieder zum unterschalenseitigen Bereich des porösen Materials 12 befördert, wo sie bei noch nicht erfolgtem Temperaturausgleich erneut verdampfen kann.

[0059] Dadurch dass jede Einbuchtung 6 innerhalb des Zwischenraums vorliegend vollumfänglich von dem wenigstens einen Dampfspalt 14 der Vapor Chamber 1 umgeben ist, kann eine besonders effektive Beheizung der einzelnen als Probenaufnahmen fungierenden Einbuchtungen 6 - und damit auch der darin aufgenommenen Proben 7 - erfolgen.

[0060] Insbesondere in den Fig. 2 und 3 ist gut zu erkennen, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung sämtliche Einbuchtungen 6 der Oberschale 4 im Bereich ihrer Unterseite 15 mit der Unterschale 3 in Kontakt stehen, wobei in diesem Bereich die unterschalenseitig angeordnete Schicht aus porösem Material 12 unterbrochen ist. Ein Teil oder alle Einbuchtungen 6 sind dort zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Vapor Chamber 1 - und zur Verbesserung des Wärmetransports - auf metallurgische Weise mit der Unterschale 3 verbunden.

[0061] An der Unterschale 3 sind - über die Unterschale 3 in einem quadratischem Muster verteilt - eine Mehrzahl an Stegen 16 angeordnet, die gegenüber der sonstigen Schichtdicke der Unterschale 3, die kleiner als 2 mm oder gar kleiner als 1 mm gewählt sein kann, erhaben sind und somit eine mechanische Verstärkung der Struktur der Unterschale 3 bewirken.

[0062] Ferner weist die Unterschale 3 unterseitig eine Mehrzahl an Gewindesacklochbohrungen 17 auf, von denen eine in der Schnittdarstellung aus Fig. 3 erkennbar ist und die zur lagefesten Montage der Vapor Chamber 1 an ein benachbartes Bauteil, z.B. ein Heiz- und Kühlelement, dienen. In diesem Bereich weist die Unterschale 3 ebenfalls eine geeignete Verstärkung 18 auf.

[0063] Im rechten unteren Bereich des in Fig. 3 dargestellten Schnitts durch die Vapor Chamber 1 sind ferner zwei - zur Einbringung eines Temperatursensors von außen zugängliche - Bohrungen 19, 20 erkennbar, von denen eine Bohrung 19 bodennah angeordnet ist, während die andere Bohrung 20 innerhalb der Vapor Chamber 1 etwas höher gelegen ist und dort bis in den im Zwischenraum 11 vorhandenen Dampfspalt 14 hineinreicht bzw. hieran angrenzt. Mittels darin angeordneter Temperatursensoren (nicht dargestellt) und einer geeigneten Elektronik kann, wie dies bereits weiter oben erläutert wurde, die korrekte Funktionsweise der Vapor Chamber 1 überwacht werden, um die Temperierung der Vapor Chamber 1 im Falle einer Fehlfunktion zur Vermeidung einer Zerstörung von Proben 7 rechtzeitig - ggfs. automatisch - abschalten zu können.

[0064] Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht ein - zur besseren Darstellung der dabei zur Verwendung kommenden Komponenten teilweise geschnittenes - Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Thermocyclers 21, der vorliegend in schichtweisem Aufbau mit thermischer Kopplung der einander benachbarten Bauteile von unten nach oben

• eine geeignet groß dimensionierte Wärmesenke 22,
• eine erste flache Vapor Chamber 23 (ohne oberseitige Einbuchtungen zur Probenaufnahme),
• eine Mehrzahl an Heiz-/Kühlelementen 24a, 24b, 24c (z.B. Peltierelementen) sowie
• eine zweite über den Heiz-/Kühlelementen 24a, 24b, 24c angeordnete Vapor Chamber 25 erfindungsgemäßer Bauart mit daran oberseitig ausgebildeten Einbuchtungen 6 zur Aufnahme der mittels des Thermocyclers 1 zu temperierenden Proben

aufweist.

[0065] Die Wärmesenke 22 weist unterseitig eine lamellenartige Struktur 26 auf, die zur Erzielung einer hohen Kühlleistung eine besonders große Oberfläche zum effektiven Wärmetausch einem zwischen den Lamellen hindurchströmenden Kühlfluid (z.B. Luft) bereitstellt.

[0066] Die untere Vapor Chamber 23, welche vorliegend mittels mehrerer Schraubverbindungen 27 zwischen einer Montageplatte 28 und der Oberseite der Wärmesenke 22 montiert ist, stellt einen hervorragenden thermischen Kontakt zwischen Wärmesenke 22 und den - in einer Aussparung der Montageplatte 28 angeordneten - Heiz-/Kühlmitteln 24a, 24b, 24c her, insbesondere indem sie zur Ableitung von Wärme an die Wärmesenke 22 eine größere Kontaktfläche bereit stellt, als diese durch die demgegenüber deutlich kleinere Fläche der Heiz-/Kühlelemente 24a, 24b, 24c gegeben wäre. Zum Zwecke der Verschraubung der unteren Vapor Chamber 23 mit der Wärmesenke 22 und der Montageplatte 28 sind in der Vapor Chamber zu Verschraubungszwecken dienende Durchgangsbohrungen vorgesehen, wie diese z.B. in der WO 2005/114084 A1 beschrieben sind.

[0067] Letztlich ist jedoch festzustellen, dass die untere Vapor Chamber 23 zwar den thermischen Kontakt zwischen Heiz-/Kühlelementen 24a, 24b, 24c verbessert, jedoch nicht notwendigerweise vorhanden sein muss ist und - unter Inkaufnahme einer ggfs. etwas langsamer verlaufenden Kühlung von Proben - auch ganz weggelassen werden könnte, also vorliegend nur fakultativ im Sinne einer bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Thermocyclers vorgesehen ist.

[0068] Zwischen Wärmesenke 22 bzw. unterer Vapor Chamber 23 und der oberen (erfindungsgemäß vorgesehenen) Vapor Chamber sind vorliegend insgesamt sechs jeweils flächig gestaltete Heiz- und Kühlelemente 24a, 24b, 24c (z.B. Peltierelemente) in zwei nebeneinander liegenden Reihen zu je drei Stück angeordnet, die -je nach elektrischer Beschaltung - zur unterseitigen Beheizung oder Kühlung der oberen Vapor Chamber 25 bzw. der in deren Einbuchtungen 6 auf geeignete Weise eingebrachten Proben fungieren.

[0069] Die obere Vapor Chamber ist beinahe identisch zu derjenigen aus den Figuren 1 - 3 aufgebaut, so dass bezüglich deren Funktionsweise und der hierfür relevanten Merkmale auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen werden kann. Als einziger Unterschied zu dem in den Fig. 1 - 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist insoweit festzuhalten, dass die obere Vapor Chamber 25 in Fig. 4 eine dickwandigere Oberschale 4 aufweist, wobei auch hier zumindest die Wandstärke der in den Zwischenraum zwischen Oberschale 4 und Unterschale 3 hineinreichenden Einbuchtungen 6, die als Probenaufnahme fungieren, noch immer dünn - mit einer Wandstärke von bevorzugt kleiner gleich 2 mm oder nochmals bevorzugt kleiner gleich 1 mm - ausgestaltet sind.

[0070] Und schließlich zeigt Fig. 5 ein Diagramm mit Messwerten von Vergleichsmessungen zur Veranschaulichung der gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserten Temperaturhomogenität bzw. -uniformität einer erfindungsgemäßen Vapor Chamber.

[0071] Dabei wurde - mit jeweils verschiedenen und nachfolgend erläuterten Messaufbauten - ein typischer PCR-Zyklus mit jeweils für 10 Sekunden gehaltenen Temperaturniveaus bei +95°C, bei +55°C und bei +72°C durchfahren.

[0072] Das erstgenannte Temperaturniveau bei +95°C wurde durch geeignete Steuerung der Heiz-/Kühlmittel mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von +3°C/s (bzw. 3 K/s) angefahren und dann für 10 Sekunden gehalten. Hieran anschließend wurde die Temperatur in den Probenaufnahmen mit einer Rate von -1,5 K/s auf +55°C gesenkt und auch dieses Temperaturniveau für 10 Sekunden gehalten, woraufhin ein erneuter Aufheizvorgang mit einer Rate von wiederum +3 K/s auf +72°C und anschließendes Halten dieser Temperatur für 10 Sekunden erfolgte. Gleichzeitig erfolgte mittels geeigneter Temperatursensoren eine Überwachung der sich in insgesamt acht verschiedenen Probenaufnahmen einstellenden Temperatur des jeweiligen Probenaufnahmekörpers, der jeweils 96 Probenaufnahmen aufwies. Die Lage der mittels der Temperatursensoren überwachten Probenaufnahmen kann der in Fig. 5 rechts oben eingezeichneten Prinzipskizze entnommen werden, wobei besagte Prinzipskizze eine Draufsicht auf den jeweiligen Probenaufnahmekörper darstellt. Die überwachten Probenaufnahmen sind darin durch schwarze Einfärbung kenntlich gemacht.

[0073] Vier der überwachten Probenaufnahmen entsprachen somit den eckseitig am Probenaufnahmekörper angeordneten Probenaufnahmen. Zwei weitere überwachte Probenaufnahmen befanden sich randseitig ungefähr mittig. Und die letzten beiden überwachten Probenaufnahmen waren ungefähr mittig in der jeweils linken und rechten Hälfte der gegebenen Anordnung aus insgesamt 96 Probenaufnahmen angeordnet.

[0074] Bei den Messungen wurden jeweils im letzten Abschnitt des für 10 Sekunden gehaltenen Temperaturniveaus drei Mal knapp aufeinanderfolgend die Temperatur in allen überwachten Probenaufnahmen zeitgleich bestimmt und anschließend die sich - unter Berücksichtung aller Messungen in den verschiedenen Probenaufnahmen - ergebende Differenz aus dem Maximalwert und dem Minimalwert der dabei gemessenen Temperaturen berechnet, was vorliegend als "Uniformität" (engl.: uniformity) definiert wurde und auf der y-Achse des Balkendiagramms in Fig. 5 aufgetragen wurde.

[0075] Die Messungen wurden zum einen an einem erfindungsgemäßen Thermocycler der in Fig. 4 gezeigten Art ("96 well 3D-VCM") und zum anderen an einer aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung durchgeführt, bei welcher - verglichen mit der Anordnung aus Fig. 4 - die obere Vapor Chamber 25 durch einen ebenfalls 96 Probenaufnahmen aufweisenden Probenaufnahmekörper aus massivem Silber ("96 well Silvermount") ersetzt wurde, der seinerseits unterseitig an einer flächigen Heatpipe montiert war, die den thermischen Kontakt zu den darunterliegenden Heiz- und Kühlelementen herstellte.

[0076] Die Messungen zeigen, dass die die maximale Temperaturdifferenz zwischen den gemessenen Temperaturen in den verschiedenen Probenaufnahmen bei einer erfindungsgemäßen Anordnung stets (d.h. bei allen drei angefahrenen Temperaturniveaus) deutlich niedriger liegt als dies bei der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung der Fall ist. Sie betrug beim 95°C-Temperaturplateau nur 0,25 K (gegenüber 0,49 Kelvin bei der im Stand der Technik verwendeten Anordnung), beim 55°C-Temperaturplateau nur 0,13 K (gegenüber 0,26 K bei der im Stand der Technik verwendeten Anordnung) und beim 72°C-Temperaturplateau nur 0,23 K (gegenüber 0,31 K bei der im Stand der Technik verwendeten Anordnung). Es zeigt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung also - neben den weiter oben ausführlich erläuterten Vorteilen - auch eine deutlich verbesserte Homogenität der Temperatur bei der gleichzeitigen Temperierung einer Vielzahl von Proben.

[0077] Die Fig. 6 - 10 zeigen zur Demonstration verschiedener Varianten zur Einbringung des porösen Materials in die Vapor Chamber verschiedene Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele von Vapor Chambers 1 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Thermocycler mit die Vapor Chamber 1 unterseitig beheizender bzw. kühlender Heiz-/Kühlmittel.

[0078] Dabei sind in den Fig. 6 - 9 jeweils zwei übereinander angeordnete Darstellungen gezeigt, von denen jeweils die obere eine Schnittdarstellung durch eine Vapor Chamber 1 vor deren finalen Zusammenbau und die untere einen Schnitt durch die fertige Vapor Chamber 1 zeigt.

[0079] Fig. 6 betrifft dabei eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der - siehe die obere Darstellung - vor dem Zusammenbau der Vapor Chamber sowohl an der Oberschale 4 als auch an der Unterschale 3 jeweils eine zwischenraumseitige Materialschicht 13, 12 aus porösem Material aufgebracht und bereits zuvor unter Temperatureinwirkung, wie weiter oben beschrieben, (in einer Art Sinterprozess) verfestigt wurde. Die oberschalenseitig vorgesehene Materialschicht 13, die auch die zwischenraumseitige Oberfläche der Einbuchtungen 6 bedeckt, reicht dabei an den Einbuchtungen 6 allerdings bewusst nicht so weit in Richtung von deren unterseitigem Ende, dass sie bei Zusammenbau der Vapor Chamber 1 mit der unterschalenseitigen Materialschicht 12 in Berührung käme.

[0080] Vielmehr wird das poröse Material 30 vorliegend in demjenigen Bereich, in welchem es zwischenraumseitig sowohl an die Einbuchtungen 6 als auch an die Unterschale 3 angrenzt, aus einer ursprünglich pastösen Masse 29 hergestellt, die vor dem Zusammenbau der Ober- und Unterschale 4,3 wulstartig im Bereich der zur Unterschale weisenden seitlichen Enden der Einbuchtungen 6 aufgebracht und nach Zusammenbau der Ober- und Unterschale 4, 3 unter Einwirkung geeignet hoher Temperaturen verfestigt wird.

[0081] Die untere Darstellung aus Fig. 6 - insbesondere die darin enthaltene Ausschnittsvergrößerung - zeigt gut, wie sich die ursprünglich pastöse Masse 29 in demjenigen Bereich, in welchem das zwischenraumseitig an den Einbuchtungen 6 angrenzende poröse Material 13, 30 das an die Unterschale 3 angrenzende poröse Material 12 berührt, verfestigt hat und mit den jeweils angrenzenden Materialschichten 12, 13 verbunden hat, so dass im Bereich der jeweiligen Einbuchtungen 6 ein unmittelbarer Transport der flüssigen Phase des Arbeitmediums der Vapor Chamber zwischen dem unterschalenseitig und oberschalenseitig vorgesehenen porösen Material 12, 13, 30 erfolgen kann.

[0082] Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß verwendbaren Vapor Chamber, bei der (siehe die obere Darstellung) vor Zusammenbau der Vapor Chamber sowohl die Oberschale 4 (und deren Einbuchtungen 6) als auch die Unterschale 3 zwischenraumseitig mit einer das poröse Material beinhaltenden pastösen Masse 29 bestrichen wurde, so dass - bei Zusammenbau von Ober- und Unterschale - die beiden Schichten aus pastöser Masse 29 miteinander bereichsweise in Berührung kommen und nach einer anschließenden Einwirkung von Temperatur im bereits erläuterten Sinne eine insgesamt zusammenhängende Innenbeschichtung der Vapor Chamber 1 aus porösem Material 30 (siehe die untere Darstellung aus Fig. 7) ausbilden kann.

[0083] Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Ober- und Unterschale 4, 3 selbst keinen die Vapor Chamber verschließenden umlaufenden Rand aufweisen. Deshalb kann, wie dies in der oberen Darstellung aus Fig. 8 zu erkennen ist, die Oberschale 4 mit der Unterschale 3 zusammengefügt werden, wobei noch immer die zwischenraumseitigen Oberflächen der Ober- und Unterschale 4, 3 von außen zugänglich sind und mit einer das poröse Material beinhaltenden pastöser Masse 29 beschichtet werden können. Anschließend kann die Vapor Chamber 1 mittels einer separaten, umlaufenden Berandung 31 verschlossen werden. Anschließend kann dann wiederum unter geeigneter Temperatureinwirkung aus der pastösen Masse 29 eine verfestigte Schicht aus porösem Material 30 hergestellt werden, wie die in der unteren Darstellung von Fig. 8 gezeigt ist.

[0084] Das in Fig. 9 dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft die im Rahmen der Erfindung mögliche Verwendung von vorgefertigten Formteilen 32, die derart gestaltet sind, dass sie vor dem Zusammenbau von Ober- und Unterschale 4, 3 von unten auf die Einbuchtungen 6 der Oberschale 4 aufgesteckt werden können, wobei jedes Formteil 32 nach Zusammenbau der Ober- und Unterschale zwischenraumseitig zumindest die Einbuchtung 6 und die Unterschale 3 kontaktiert.

[0085] Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 die Unterseite 15 jeder Einbuchtung 6, also die zur Unterschale weisende Seite der den Boden der jeweiligen Einbuchtung 6 bildenden Wand, die Unterschale kontaktiert und nach Zusammenbau der Vapor Chamber metallurgisch mit der Unterschale verbunden wird.

[0086] Fig. 10 zeigt schließlich ein letztes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vapor Chamber bei dem zunächst - die noch nicht mit porösem Material bedeckte - Ober- und Unterschale 4, 3 zusammengebaut werden, wobei zur Einbringung des porösen Materials in den Zwischenraum 11 eine randseitige angeordnete Öffnung 33 vorgesehen ist, die mit einem Deckel 34 fluiddicht verschlossen werden kann. Durch diese Öffnung 33 kann dann eine das poröse Material beinhaltenden Flüssigkeit geeigneter Viskosität derart in den Zwischenraum 11 eingebracht werden, dass sich das poröse Material in der gewünschten Schichtdicke an der Ober- und Unterschale absetzt, woraufhin - nach ggfs. notwendiger Entfernung überschüssiger Flüssigkeit - selbiges unter geeigneter Temperatureinwirkung an Ober- und Unterschale "festgebacken" werden kann.

Ansprüche

1. Thermocycler (21) umfassend
eine Wärmesenke (22),
wenigstens ein elektrisches Heizelement (24a, 24b, 24c), welches vorteilhaft auch zum Kühlen geeignet sein kann,
und eine über dem wenigstens einen elektrischen Heizelement (24a, 24b, 24c) angeordnete Vapor Chamber (1),
wobei die Vapor Chamber (1) eine Unterschale (3) und eine Oberschale (4) umfasst,
wobei zwischen Unterschale (3) und Oberschale (4) zumindest ein gas- und flüssigkeitsdichter Zwischenraum (11) ausgebildet ist, in welchem ein fluides Arbeitsmedium aufgenommen sowie ein mit dem fluiden Arbeitsmedium zusammenwirkendes poröses Material (12, 13, 30) angeordnet ist,
wobei das poröse Material (12, 13, 30) zumindest bereichsweise die Oberschale (4) und/oder die Unterschale (3) berührt, dabei jedoch den wenigstens einen Zwischenraum (11) unter Ausbildung wenigstens eines hohlraumartigen Dampfspaltes (14) nicht vollständig ausfüllt,
wobei die Oberschale (4) der Vapor Chamber (1) oberseitig eine Mehrzahl an über deren Oberfläche (5) verteilten, sich in Richtung zur Unterschale (3) erstreckenden und als Probenaufnahme fungierende Einbuchtungen (6) mit einer einen Boden bildenden Wand aufweist, in welche unter Verwendung der Vapor Chamber (1) zu temperierende Proben (7) von oben einbringbar sind,
wobei wenigstens ein zumindest teilweise durch das poröse Material (12, 13, 30) begrenzter Dampfspalt (14) sich derart dreidimensional erstreckt, dass er innerhalb des zwischen Ober- und Unterschale (4, 3) befindlichen Zwischenraums (11) eine oder mehrere Einbuchtungen (6) der Oberschale (4) zumindest teilweise seitlich umlaufend umgibt,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Teil der an der Oberschale (4) ausgebildeten und sich in Richtung zur Unterschale (3) erstreckenden Einbuchtungen (6), bevorzugt alle Einbuchtungen (6), unterseitig die Unterschale (3) berühren,
wobei wenigstens ein Teil der die Unterschale (3) berührenden Einbuchtungen (6) unterseitig mit der Unterschale (3) auf metallurgische Weise verbunden sind, und
wobei jede Einbuchtung (6) der Oberschale (4) zwischenraumseitig mit dem porösem Material (13, 30) kontaktiert ist und
wobei das zwischenraumseitig an den Einbuchtungen (6) angrenzende poröse Material (13, 30) das an die Unterschale (3) angrenzende poröse Material (12, 30) im Bereich der jeweiligen Einbuchtungen (6) berührt.

2. Thermocycler (21) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Ober- und Unterschale (4, 3) wenigstens ein Dampfspalt (14, 14') vorgesehen ist, der alle Einbuchtungen (6) seitlich außen umläuft und hierzu innerhalb des Zwischenraums (11) zwischen der seitlichen Berandung der Vapor Chamber (1) und den randseitig angeordneten Einbuchtungen (6) ausgebildet ist.

3. Thermocycler (21) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Einbuchtung (6) von wenigstens einem Dampfspalt (14, 14") vollumfänglich umgeben ist.

4. Thermocycler (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das poröse Material (12, 13) durch wenigstens zwei poröse Materialschichten (12, 13) gebildet ist, von denen eine erste Materialschicht (13) zwischenraumseitig an der Oberschale (4) und eine zweite Materialschicht (12) zwischenraumseitig an der Unterschale (3) ausgebildet ist, wobei die erste und zweite Materialschicht (12, 13) einander bereichsweise berühren und in anderen Bereichen zur Ausbildung des wenigstens einen Dampfspalts (14) voneinander beabstandet sind.

5. Thermocycler (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Berührung des zwischenraumseitig an den Einbuchtungen (6) angrenzenden porösen Materials (13, 30) und des an die Unterschale angrenzenden porösen Materials (12, 30) dadurch erfolgt, dass das poröse Material (12, 13, 30) an der Ober- und Unterschale (4, 3) als eine insgesamt zusammenhängende Innenbeschichtung der Vapor Chamber (1) ausgebildet ist.

6. Thermocycler (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das poröse Material (30) zumindest bereichsweise, insbesondere in demjenigen Bereich, in welchem das zwischenraumseitig an den Einbuchtungen (6) angrenzende poröse Material (30) das an die Unterschale (3) angrenzende poröse Material (12) im Bereich der jeweiligen Einbuchtungen (6) berührt, aus einer ursprünglich pastösen Masse (29) hergestellt ist, die vor dem Zusammenbau der Ober- und Unterschale (4, 3) auf entsprechende Bereiche der Ober- und/oder Unterschale (4, 3) aufgebracht und nach Zusammenbau der Ober- und Unterschale (4, 3) unter Einwirkung geeignet hoher Temperaturen verfestigt wurde.

7. Thermocycler (21) nach einem der Ansprüche 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das poröse Material zumindest teilweise durch wenigstens ein vorgefertigtes Formteil (32) aus porösem Material gebildet ist, das vor dem Zusammenbau von Ober- und Unterschale (4, 3) von unten auf wenigstens eine Einbuchtung (6) der Oberschale (4) aufgesteckt wurde und derart gestaltet ist, dass das Formteil (32) nach Zusammenbau der Ober- und Unterschale (4, 3) zwischenraumseitig die wenigstens eine Einbuchtung (6) und die Unterschale (3) kontaktiert.

8. Thermocycler (21) nach einem der vorangehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das die Ober- und Unterschale (4, 3) zwischenraumseitig berührende poröse Material (12, 13, 30) eine variierende Schichtdicke und/oder eine variierende Porosität und/oder variierende Porendurchmesser aufweist.

9. Thermocycler (21) nach einem der vorangehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Ober- und Unterschale (4, 3) aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sind.

10. Thermocycler (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ober- und Unterschale (4, 3) an einem umlaufenden Rand (10) gas- und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden, insbesondere verschweißt und/oder verlötet, sind.

11. Thermocycler (21) nach einem der vorangehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Ober- und/oder Unterschale (4, 3) mit Ausnahme von gegebenenfalls zu Versteifungszwecken vorgesehenen Stegen (16) eine Wandstärke von kleiner gleich 2 mm, nochmals bevorzugt von kleiner gleich 1 mm, aufweisen.

12. Thermocycler (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vapor Chamber (1) wenigstens einen in den Dampfspalt (14) hineinreichenden Temperatur- und/oder Drucksensor aufweist.

13. Thermocycler (21) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Unterseite der Unterschale (3) wenigstens ein Gewindesackloch (17) ausgebildet ist, um die Vapor Chamber (1) unterseitig mittels einer Schraubverbindung mit einem benachbarten Bauteil verbinden zu können.

Claims

1. A thermal cycler (21) comprising
a heat sink (22),
at least one electrical heating element (24a, 24b, 24c), which advantageously may also be used for cooling,
and a vapor chamber (1), disposed above the at least one electrical heating element (24a, 24b, 24c),
wherein the vapor chamber (1) comprises a lower shell (3) and an upper shell (4), wherein at least one gas-tight and liquid-tight intermediate space (11) is formed between lower shell (3) and upper shell (4), in which space a fluid working medium is received and a porous material (12, 13, 30) cooperating with the fluid working medium is disposed,
wherein the porous material (12, 13, 30) contacts the upper shell (4) and/or the lower shell (3) at least in some zones, albeit without completely filling the at least one intermediate space (11) but instead forming at least one cavity-like vapor gap (14),
wherein the upper shell (4) of the vapor chamber (1) is provided on the top side with a multiplicity of depressions (6), distributed over its surface (5), extending toward the lower shell (3), with a wall forming a bottom and functioning as sample receptacles, in which samples (7) to be thermally regulated using the vapor chamber (1) can be introduced from above,
wherein at least one vapor gap (14) bounded at least partly by the porous material (12, 13, 30) extends three-dimensionally in such a way that, inside the intermediate space (11) disposed between upper and lower shell (4, 3), it surrounds at least part of the lateral periphery of one or more depressions (6) of the upper shell (4),
characterized in that,
at least some of the depressions (6), preferably all depressions (6), formed on the upper shell (4) and extending toward the lower shell (3) contact the lower shell (3) with their bottom end,
wherein at least some of the depressions (6) contacting the lower shell (3) are joined in a metallurgical manner at their bottom end to the lower shell (3), and
wherein each depression (6) of the upper shell (4) is contacted inside the intermediate space with the porous material (13, 30) and
wherein the porous material (13, 30) adjoining the depressions (6) inside the intermediate space contacts the porous material (12, 30) adjoining the lower shell (3) in the zone of the respective depressions (6).

2. A thermal cycler (21) according to claim 1,
characterized in that
at least one vapor gap (14, 14'), which encircles the lateral outer periphery of all depressions and for this purpose is formed inside the intermediate space (11) between the lateral boundary of the vapor chamber (1) and the depressions (6) disposed along the rim, is provided between upper and lower shell (4, 3).

3. A thermal cycler (21) according to claim 1 or 2,
characterized in that
the entire periphery of each depression (6) is surrounded by at least one vapor gap (14, 14").

4. A thermal cycler (21) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the porous material (12, 13) is formed by at least two layers of porous material (12, 13), of which a first material layer (13) is formed inside the intermediate space on the upper shell (4) and a second material layer (12) is formed inside the intermediate space on the lower shell (3), wherein the first and second material layers (12, 13) are in contact with one another in some zones but are spaced apart from one another in other zones in order to form the at least one vapor gap (14).

5. A thermal cycler (21) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the contact between the porous material (13, 30) adjoining the depressions (6) inside the intermediate space and the porous material (12, 30) adjoining the lower shell is established by forming the porous material (12, 13, 30) on the upper and lower shells (4, 3) as an inner coating that on the whole is continuous throughout the vapor chamber (1).

6. A thermal cycler (21) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the porous material (30) is produced from an initially pasty molding compound (29) at least in some zones, especially in that zone in which the porous material (30) adjoining the depressions (6) inside the intermediate space is in contact with the material (12) adjoining the lower shell (3) in the zone of the respective depressions (6), which compound was applied before assembly on appropriate zones of the upper and lower shells (4, 3) and was solidified by heat treatment at appropriately high temperature after assembly of the upper and lower shells (4, 3).

7. A thermal cycler (21) according to one of claims 1 to 4,
characterized in that
the porous material is formed at least partly by at least one prefabricated shaped part (32) of porous material, which is fitted onto at least one depression (6) of the upper shell (4) from below before assembly of upper and lower shells (4, 3) and which is configured such that the shaped part (32) contacts the at least one depression (6) and the lower shell (3) inside the intermediate space after assembly of the upper and lower shells (4, 3).

8. A thermal cycler (21) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the porous material (12, 13, 30) contacting the upper and lower shells (4, 3) inside the intermediate space has varying layer thickness and/or varying porosity and/or varying pore diameters.

9. A thermal cycler (21) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the upper and lower shell (4, 3) are made of copper or aluminum.

10. A thermal cycler (21) according to one of the preceding claims, characterized in that the upper and lower shell (4, 3) are joined to one another in gas-tight and liquid-tight relationship along a peripheral rim (10), especially by welding and/or brazing.

11. A thermal cycler (21) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the upper and/or lower shell (4, 3), with the exception of webs (16) that may be provided for stiffening purposes, have a wall thickness of smaller than or equal to 2 mm, even more preferably of smaller than or equal to 1 mm.

12. A thermal cycler (21) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the vapor chamber (1) has at least one temperature and/or pressure sensor reaching into the vapor gap (14).

13. A thermal cycler (21) according to one of the preceding claims,
characterized in that
at least one threaded blind hole (17) is formed on the bottom side of the lower shell (3), in order that the vapor chamber (1) can be joined on its bottom side to an adjacent component by means of a screw connection.

Revendications

1. Thermocycleur (21) comprenant
un dissipateur thermique (22),
au moins un élément chauffant électrique (24a, 24b, 24c) qui peut avantageusement aussi être apte au refroidissement,
et une chambre d'évaporation (1) disposée au-dessus de l'au moins un élément chauffant électrique (24a, 24b, 24c),
la chambre d'évaporation (1) comprenant une coque inférieure (3) et une coque supérieure (4),
au moins un espace intermédiaire (11) étanche au gaz et/ou au liquide étant réalisé entre la coque inférieure (3) et la coque supérieure (4), dans lequel espace intermédiaire un fluide de travail liquide est reçu, et un matériau poreux (12, 13, 30) interagissant avec le fluide de travail liquide y étant disposé,
le matériau poreux (12, 13, 30) touchant du moins par endroits la coque supérieure (4) et/ou la coque inférieure (3) mais ne remplissant pas alors complètement l'au moins un espace intermédiaire (11), tout en formant au moins un interstice de vapeur en forme de cavité (14),
la coque supérieure (4) de la chambre d'évaporation (1) présentant sur sa face supérieure une pluralité de renfoncements (6) répartis sur sa surface (5), s'étendant en direction de la coque inférieure (3) et faisant office de récepteurs d'échantillons, dotés d'une paroi constituant un fond et dans lesquels des échantillons (7) à tempérer en utilisant la chambre d'évaporation (1) peuvent être introduits par le haut, au moins un interstice de vapeur (14) étant limité du moins partiellement par le matériau poreux (12, 13, 30) s'étendant en trois dimensions de manière à entourer, en périphérie et du moins en partie latéralement, dans l'espace intermédiaire (11) se trouvant entre les coques supérieure et inférieure (4, 3), un ou plusieurs renfoncements (6) de la coque supérieure (4),
caractérisé en ce
qu'au moins une partie des renfoncements (6), de préférence tous les renfoncements (6), pratiqués au niveau de la coque supérieure (4) et s'étendant en direction de la coque inférieure (3) touchent la coque inférieure (3) par le bas,
au moins une partie des renfoncements (6) touchant la coque inférieure (3) étant connectés par-dessous à la coque inférieure (3) par voie métallurgique, et
chaque renfoncement (6) de la coque supérieure (4) étant en contact au niveau de l'espace intermédiaire avec le matériau poreux (13, 30) et le matériau poreux (13, 30) adjacent au renfoncement (6) touchant au niveau de l'espace intermédiaire le matériau poreux (12, 30) adjacent à la coque inférieure (3) au niveau des renfoncements respectifs (6).

2. Thermocycleur (21) selon la revendication 1,
caractérisé en ce que,
entre les coques supérieure et inférieure (4, 3), est prévu au moins un interstice de vapeur (14, 14') qui entoure tous les renfoncements (6) latéralement par l'extérieur et est pour ce faire réalisé dans l'espace intermédiaire (11) entre la bordure latérale de la chambre d'évaporation (1) et les renfoncements (6) pratiqués au niveau du bord.

3. Thermocycleur (21) selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
chaque renfoncement (6) est entouré intégralement par au moins un interstice de vapeur (14, 14'').

4. Thermocycleur (21) selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le matériau poreux (12, 13) est constitué par au moins deux couches métalliques poreuses (12, 13) dont une première couche de matériau (13) est réalisée au niveau de l'espace intermédiaire au niveau de la coque supérieure (4) et une seconde couche de matériau (12) au niveau de l'espace intermédiaire au niveau de la coque inférieure (3), les première et seconde couches de matériau (12, 13) se touchant mutuellement par endroits et étant dans d'autres endroits espacées l'une de l'autre pour former l'au moins un interstice de vapeur (14).

5. Thermocycleur (21) selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le contact du matériau poreux (13, 30) adjacent aux renfoncements (6) au niveau de l'espace intermédiaire est du matériau poreux (12, 30) adjacent à la coque inférieure est établi du fait que le matériau poreux (12, 13, 30) se présente, au niveau des coques supérieure et inférieure (4, 3), sous forme d'un revêtement intérieur globalement continu de la chambre d'évaporation (1).

6. Thermocycleur (21) selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le matériau poreux (30) touche du moins par endroits, en particulier dans la zone dans laquelle le matériau poreux (30) adjacent aux renfoncements (6) au niveau de l'espace intermédiaire touche le matériau poreux (12) adjacent à la coque inférieure (3) au niveau des renfoncements respectifs (6) et est fabriqué à partir d'une masse à l'origine pâteuse (29) qui est appliquée avant l'assemblage des coques supérieure et inférieure (4, 3) sur des endroits correspondants des coques supérieure et/ou inférieure (4, 3) et a été consolidé, après l'assemblage des coques supérieure et inférieure (4, 3), sous l'effet de températures d'un niveau élevé approprié.

7. Thermocycleur (21) selon une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que le matériau poreux est constitué du moins partiellement par au moins une pièce moulée préfabriquée (32) en matériau poreux qui a été fichée par le bas, avant l'assemblage des coques supérieure et inférieure (4, 3), sur au moins un renfoncement (6) de la coque supérieure (4) et est conçu de manière à ce que la pièce moulée (32), après l'assemblage des coques supérieure et/ou inférieure (4, 3), vienne en contact, au niveau de l'espace intermédiaire, avec l'au moins un renfoncement (6) et la coque inférieure (3).

8. Thermocycleur (21) selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le matériau poreux (12, 13, 30) touchant les coques supérieure et/ou inférieure (4, 3) au niveau de l'espace intermédiaire présente une épaisseur de couche variable et/ou une porosité variable et/ou un diamètre de pores variable.

9. Thermocycleur (21) selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les coques supérieure et/ou inférieure (4, 3) sont fabriquées en cuivre ou en aluminium.

10. Thermocycleur (21) selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les coques supérieure et/ou inférieure (4, 3) sont connectées entre elles de manière étanche au gaz et/ou au liquide, en particulier soudées et/ou brasées, par un bord périphérique (10).

11. Thermocycleur (21) selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les coques supérieure et/ou inférieure (4, 3), à l'exception de traverses (16) éventuellement prévues à des fins de rigidification, présentent une épaisseur de paroi inférieure ou égale à 2 mm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 1 mm.

12. Thermocycleur (21) selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
la chambre d'évaporation (1) présente au moins un capteur de température et/ou de pression allant jusque dans l'interstice de vapeur (14).

13. Thermocycleur (21) selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que,
au niveau de la face inférieure de la coque inférieure (3), est réalisé au moins un trou borgne fileté (17) afin de de pouvoir connecter la chambre d'évaporation (1) par le bas à une pièce voisine au moyen d'un raccord vissé.

Zeichnung