Kühlsystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem zur Kühlung einer Komponente, beispielsweise zur Kühlung eines Laborgerätes. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Kühlsystem zum Einsatz in Laborgeräten. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Labortischgeräte, welche unter anderem Zentrifugen, Inkubatoren und biologische Sicherheitsschränke umfasst.

Es ist bekannt, bei Laborgeräten, beispielsweise bei Zentrifugen, eine Kühlung vorzusehen, um Komponenten der Zentrifuge (insbesondere die Rotorkammer) zu kühlen bzw. die Temperatur zu kontrollieren.

Hierbei ist es bekannt, in solchen Laborgeräten Kühlsysteme vorzusehen, die die Kühlung der zu kühlenden Komponente über einen Kältekreislauf bereitstellen, in dem beispielsweise ein fluoriertes Kältemittel, insbesondere umfassend R134a, R449A, R1234yf, R125 und/oder R32, als Kältemittel strömt und über Aggregatsänderungen Wärme von der zu kühlenden Komponente an die Umgebung übertragen wird.

Derartige Kühlsysteme haben sich bewährt, weisen allerdings einige Nachteile und Unzulänglichkeiten auf. Insbesondere sind derartige Kühlsysteme wegen des verwendeten Kältemittels nicht besonders umweltverträglich.

Im Lichte dessen besteht ein Bedarf nach Laborgeräten und allgemein nach Kühlsystemen, die eine verbesserte Umweltverträglichkeit haben. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Unzulänglichkeiten und Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden bzw. zumindest abzuschwächen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem und ein Laborgerät mit erhöhter Umweltverträglichkeit bereitzustellen, welches idealerweise den Einsatz in einem weiten Umgebungstemperaturbereich ermöglicht.

Diese Aufgaben werden durch das Kühlsystem der vorliegenden Erfindung gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kühlsystem. Das Kühlsystem weist einen Kältekreislauf auf, der einen Verdampfer, einen Kompressor, eine Druckminderungsvorrichtung, einen Gaskühler und ein Leitungssystem aufweist. Das Leitungssystem verbindet den Verdampfer, den Kompressor und den Gaskühler miteinander. Ferner umfasst das Kühlsystem ein Kältemittel in dem Kältekreislauf und eine zum Kältekreislauf zusätzliche Kühlvorrichtung zur Kühlung des Gaskühlers.

Durch das Vorsehen der zusätzlichen Kühlvorrichtung zur Kühlung des Gaskühlers erlaubt die Erfindung, das andere Kältemittel als R134a effizient eingesetzt werden können. Beispielsweise ist es durch die vorliegende Erfindung möglich, CO2 als Kältemittel in so einer Art einzusetzen, dass der komplette Kreislaufprozess im subkritischen Bereich stattfindet, was die Effizienz des Betriebes erhöht. Insbesondere erlauben es Ausführungsformen der vorliegenden Technologie damit, Kältemittel zu verwenden, die ein im Vergleich zu üblichen Kältemitteln deutlich verringertes Treibhauspotential besitzen und so die Umweltverträglichkeit von Kühlsystemen zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung kann durch den Einsatz der zusätzlichen Kühlvorrichtung, die beispielsweise eine Wärmepumpe und insbesondere einen thermoelektrischen Wandler umfassen kann, zur Abkühlung des den Gaskühler verlassenden Kältemittels zu einer niedrigeren Kompressoraustrittstemperatur beitragen und/oder einen verringerten Massenstrom des Kältemittels bei erhöhter Enthalpiedifferenz über den Verdampfer realisieren. Letzteres kann zudem einen besseren volumetrischen Wirkungsgrad des Kältesystems herbeiführen und damit eine höhere Kälteleistung bei reduzierter Antriebsleistung realisieren. Darüber hinaus ermöglicht ein Einsatz einer thermoelektrischen Kühlung des Kältemittels, den Grad der Kältemittelunterkühlung auf ein gewünschtes Maß in Abhängigkeit von den Systemparametern, den Umgebungsbedingungen und den Kälteanforderungen zu steuern. Hierbei kann auf Basis der niedrigeren Temperatur des Kältemittels eine verbesserte Haltbarkeit des Verdichters realisiert werden. Vorteilhafterweise kann mit der niedrigeren Kältemitteltemperatur und/oder niedrigeren Kältemitteldrücke eine verbesserte Ölqualität erreicht werden. Dies kann ebenfalls die Haltbarkeit der Komponenten des Kältekreislaufs erhöhen. Zudem kann ein Gaskühler gewählt werden, welcher für niedrigere Temperaturen und/oder niedrigere Drücke spezifiziert und entsprechend einfacher ausgestaltet ist. Hierbei kann insbesondere das Material und eine Materialstärke des Gaskühlers angepasst werden.

Der Kältekreislauf kann an dem Verdampfer Wärme aufnehmen (und damit der Umgebung Wärme entziehen) und/oder an dem Gaskühler Wärme abgeben. Der Kältekreislauf kann insbesondere ein geschlossener Kältemittelkreislauf sein. Der Gaskühler kann ein Wärmetauscher sein, welcher ausgebildet ist, das Kältemittel thermisch an ein Wärmeträgermedium zu koppeln, um einen effizienten Wärmetransfer von dem Kältemittel zu dem Wärmeträgermedium zu realisieren. Das Kältemittel kann in dem Gaskühler gasförmig sein und auch das Wärmeträgermedium kann gasförmig sein.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann insbesondere als ein offener Kreislauf ausgebildet sein, in dem Umgebungsluft als Wärmeträgermedium verwendet wird. Alternativ kann ein sekundärer Kältekreislauf als zusätzliche Kühlvorrichtung vorgesehen sein. Der Kältekreislauf kann mehrstufig ausgebildet sein. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass besonders hohe Drücke erreicht werden können. Ein gasförmiges Kältemittel kann mittels weiterer Kompressoren sequenziell von einem ersten Druck über eine Mehrzahl von Zwischendrücken zu einem Enddruck verdichtet werden. Je Zwischenverdichtung kann ein weiterer Kompressor vorgesehen sein. Dadurch kann der Kompressionsvorgang auf mehrere Kompressoren verteilt werden.

Die Druckminderungsvorrichtung kann ein Expansionsventil sein. Das Expansionsventil kann steuerbar ausgebildet sein, um eine steuerbare Druckregulierung, insbesondere eine Druckabsenkung zu realisieren. Durch das Expansionsventil kann das Kältemittel expandieren.

Der Kältekreislauf kann als eine Kaskade ausgeführt sein. Eine Kaskade kann durch eine thermische Kopplung von zwei Kältekreisläufen realisiert werden. Teile der Kaskade können thermisch gekoppelt sein, um einen Wärmetransfer zu realisieren. Jede Kaskade kann einen separaten Kältekreislauf aufweisen. Insbesondere kann jeder Teilkältekreislauf ein von den übrigen Kreisläufen getrenntes Leitungssystem aufweisen. Durch Kaskadieren des Kältekreislaufs kann eine Kühlleistung des Kältekreislaufs gesteigert werden.

Der Kältekreislauf kann zweistufig ausgebildet sein, wobei der Kältekreislauf einen weiteren Kompressor aufweist und der Kompressor und der weitere Kompressor ausgebildet sind, das Kältemittel zweistufig zu verdichten. Insbesondere kann mittels eines Niederdruckverdichters von einem Niederdruck auf einen Mitteldruck verdichtet werden. Zusätzlich kann das Kältemittel auf dem Mitteldruck auch gekühlt werden. Das Kältemittel auf Mitteldruck kann dann dem Kompressor zugeführt werden, um von dem Mitteldruck auf einen Hochdruck weiter zu verdichten.

Der Gaskühler kann dem Kompressor und/oder dem weiteren Kompressor in Flussrichtung des Kältemittels nachgeschaltet angeordnet sein.

Der Gaskühler kann ein Verflüssiger sein.

Das Kältemittel kann Kohlenstoffdioxid sein (im Weiteren auch als CO2 oder R744 abgekürzt). R.744 kann eine geringe Toxizität aufweisen. Bei Verwendung von R744 kann der Kältekreislauf einen transkritischen Zyklus durchlaufen: Der kritische Punkt kann überschritten werden. Dadurch kann ein Druck und/oder eine Temperatur an dem Kompressor erhöht sein. Durch die niedrige kritische Temperatur von CO2 und die Form der Isothermen um den kritischen Punkt kann die Leistung des Gaskühlers durch die Temperatur der Umgebungsluft begrenzt sein. Eine thermodynamische Leistung eines transkritischen COz-Zyklus kann geringer sein als eine thermodynamische Leistung eines vergleichbaren Zyklus mit konventionellen Kühlmitteln in einem unterkritischen Zyklus. Jedoch kann eine Leistungszahl des CO2- Zyklus aufgrund einer höheren Kompressoreffizienz und besserer Transporteigenschaften höher sein. Die Leistungszahl kann das Verhältnis von erzeugter Kälteleistung zu aufgenommener Leistung wiedergeben.

Zur Verbesserung der Kühlleistung bei der Verwendung von R744 in dem Kältekreislauf kann eine zusätzliche Kühlung des Kältemittels realisiert sein. Insbesondere kann eine Kühlung mittels der zusätzlichen Kühlvorrichtung realisiert sein. Vorteilhafterweise ist die zusätzliche Kühlvorrichtung ausgebildet, dem Kältemittel an dem Gaskühler, weiter bevorzugt an einem Ausgang des Gaskühlers Wärme zu entziehen.

Die zusätzliche Kühlung kann alternativ mittels eines in dem primären Kreislauf eingebundenen Wärmetauschers realisiert sein. Dadurch kann jedoch eine in den Kompressor eintretende Überhitzungsmenge erhöht sein, sodass eine geringere Kältemitteldichte und/oder eine höhere Temperatur an einem Kompressorausgang auftreten kann.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann zur energetischen Optimierung des Kältekreislaufs bei höheren Umgebungstemperaturen eingesetzt werden, insbesondere bei Umgebungstemperaturen oberhalb von 25°C, weiter bevorzugt bei Umgebungstemperaturen oberhalb von 28°C. Das Kühlsystem kann in medizinischen Geräten, insbesondere in Zentrifugen eingesetzt werden, welche bis zu einer Umgebungstemperatur von 40°C betrieben werden können. In Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur kann auch der optimale Hochdruck steigen. Ferner kann eine Leistungszahl des Kältekreislaufs vom Erreichen des optimalen Hochdrucks abhängig sein. Übersteigen die Temperatur- und Druckwerte einen kritischen Punkt des Kältemittels kann, der Prozess zur Wärmeabfuhr als Gaskühlung transkritisch ablaufen. Eine transkritische Gaskühlung kann isobar aber nicht isotherm ablaufen. Eine Verflüssigung hingegen kann isobar und zu großen Teilen isotherm ablaufen. Aufgrund des erhöhten Drucks einer transkritischen Gaskühlung kann eine Antriebsleistung des Verdichters erhöht sein.

Durch Abkühlen des Kältemittels (durch die zusätzliche Kühlvorrichtung) kann ein optimaler Hochdruck des Kältemittels herabgesetzt werden. Insbesondere kann der optimale Hochdruck eine Funktion der Gaskühler-Austrittstemperatur sein. Mit dem Abkühlen des Kältemittels kann eine energetisch günstige Verflüssigung erreicht werden. Die Kühlung an dem Gaskühler kann auch unter Einsatz von Primärenergie, d.h. Kälteleistung des Kältekreislaufs erreicht werden. Eine Effizienzsteigerung des Gesamtprozesses kann durch eine weitere Primärenergie-Einsparung an anderer Stelle erreicht werden: Bei einem subkritischen Prozess kann eine benötigte Antriebsleistung des Verdichters geringer sein als bei einem transkritischen Prozess. Durch die verringerte Antriebsleistung des Verdichters kann hier Primärenergie in Form von Strom eingespart werden.

Der Kältekreislauf kann ausgebildet sein, einen transkritischen Dampfkompressionszyklus auszuführen. In einem transkritischen Zyklus kann das Kältemittel zumindest zeitweise, respektive in Teilen des Zyklus oberhalb eines kritischen Punktes des Kältemittels sein. Insbesondere kann ein Teil des Zyklus bei Drücken über dem kritischen Punkt und ein anderer Teil des Zyklus unter dem kritischen Punkt ablaufen. Der kritische Punkt kann die Obergrenze für Wärmeübertragungsprozesse auf der Basis von Verdampfung oder Kondensation markieren. Bei Temperaturen und Drücken über diesem kritischen Punkt existiert das Kältemittel als überkritisches Fluid, eine abgegrenzte gasförmige Phase und eine abgegrenzte flüssige Phase existieren nicht mehr. Beispielsweise kann das Kältemittel linksseitig des kritischen Punktes, hin zu geringeren Enthalpien, eine zur flüssigen Phase vergleichbare Dichte aufweisen, befindet sich jedoch in der gasförmigen Phase.

Die dem Kältemittel an einem Gaskühlerauslass durch den Gaskühler entzogene Wärme sorgt für einen erhöhten Kühleffekt: eine entsprechend höhere Wärmemenge kann an dem Verdampfer aufgenommen werden. Der Kältekreislauf kann eine spezifische Zyklusleistungscharakteristik aufweisen, die einem bevorzugten Betriebszustandspunkt entspricht, an dem das Kühlsystem mit einem optimalen Zykluswirkungsgrad arbeitet. Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann den Vorteil erreichen, dass bei einer Abweichung von diesem Betriebszustandspunkt entsprechend nachgeregelt werden kann, um einen optimalen Systemwirkungsgrad zu erreichen. Die Regelung umfasst hier insbesondere die Anpassung der Kühlleistung der zusätzlichen Kühlvorrichtung.

Das Kühlsystem kann eine Kälteleistung im Bereich von 10 W bis 100 kW, vorzugsweise im Bereich von 500 W bis 10 kW aufweisen. Entsprechend kann der Kältekreislauf in einem Bereich von kleinen Mobilgeräten und Labortischgeräten bis hin zu industriellen Großanlagen skaliert werden.

Der Kältekreislauf kann ausgebildet sein, einen subkritischen Dampfkompressionszyklus auszuführen. Ein Kältemittelzyklus, der sich vollständig unterhalb des kritischen Punktes befindet, kann als subkritischer Kältemittelzyklus bezeichnet werden. In subkritischen Kreisläufen kann das Kältemittel kondensiert werden, d.h. der Kompressoraustrittsdruck kann niedriger sein als der kritische Druck. Insbesondere kann eine Hochdruckseite des Kältekreislaufs unterhalb eines kritischen Drucks arbeiten. In einem log(p)-h-Diagramm (Druck-Enthalpie-Diagramm) kann die Darstellung eines unterkritischen COz-Kreislaufs qualitativ ähnlich zu anderen Kältemitteln sein. Lediglich die Druckwerte und den Verdampfungs- und Kondensationstemperaturen können variieren. Die Verwendung eines vollständig sub-kritischen Kreislauf-Prozesses kann vorteilhaft sein, da hierdurch der Systemwirkungsgrad und die Kühlleistung gegenüber einem transkritischen Prozess verbessert sein kann.

Der Gaskühler kann ein Wärmetauscher, insbesondere ein Radiator sein. Dadurch kann Wärme des Kältemittels aus dem Kältekreislauf entfernt werden. Insbesondere kann der Wärmetauscher einen Wärmetransfer ohne Stofftransfer realisieren. Das Kältemittel kann in dem Leitungssystem isoliert und/oder abgedichtet von einer Umgebungsatmosphäre fließen. Hierbei wird der Begriff fließen für Gase und Flüssigkeiten gleichermaßen verwendet. Insbesondere kann unter Fließen auch Strömen verstanden werden.

Der Gaskühler kann ein Mikrokanal-Wärmetauscher (micro channel) oder ein Fin-and- Tube-Wärmetauscher sein. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Oberfläche zur Wärmeabgabe maximiert sein. Eine Leitung, durch welche das Kältemittel fließt, kann mit Kühlfinnen verbunden sein, um Wärme von dem Kältemittel über die Leitung und die Kühlfinnen abzuleiten. Ein Mikrokanal-Wärmetauscher kann einen erhöhten Wärmeübertragungskoeffizienten und eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche aufweisen.

Der Gaskühler kann ausgebildet sein, das Kältemittel mittels einer Wärmeabgabe an die Umgebungsluft zu kühlen. Dadurch kann eine umgebende Atmosphäre als Wärmesenke genutzt werden. Ferner kann das Kältemittel den Gaskühler vollständig in einer gasförmigen Phase durchfließen. Mit einer gasförmigen Umgebungsatmosphäre kann der Gaskühler ein Gas-Gas-Wärmetauscher sein, der ausgebildet ist, Wärme von einem ersten Gas, dem Kältemittel, zu einem zweiten Gas, der umgebenden Atmosphäre zu übertragen.

Der Gaskühler kann ausgebildet sein, das Kältemittel auf eine Temperatur zu kühlen, welche in einem Bereich liegt, der nach oben durch die Umgebungstemperatur plus 3 K begrenzt ist. Ohne eine aktive Kühlung des Gaskühlers kann eine Temperatur des Kältemittels stets größer sein als eine Umgebungstemperatur, um einen Wärmeübertrag von dem Kältemittel an die Umgebungsatmosphäre zu gewährleisten. Je nach Dimensionierung des Gaskühlers kann die Temperaturdifferenz variieren.

Der Gaskühler kann ausgebildet sein, das Kältemittel auf eine Temperatur unter 31 °C abzukühlen, bevorzugt unter die kritische Temperatur von 30,98 °C abzukühlen, weiter bevorzugt unter 30 °C abzukühlen. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass bei der Verwendung von CO2 als Kältemittel dieses unterhalb eines kritischen Punkts bleibt. Ferner kann alternativ ein Sicherheitsabstand von bis zu 5 K von einer kritischen Temperatur des Kältemittels vorgesehen sein. Die Temperaturdifferenz zur kritischen Temperatur kann entsprechend einer Mess- und/oder Regelgenauigkeit des Kühlsystems angepasst werden. Je genauer eine Regelung realisiert werden kann, desto geringer kann ein Abstand zu einer kritischen Temperatur eingestellt werden.

Der Gaskühler kann eine Gaskühlleitung aufweisen, welche zum Leiten des Kältemittels ausgebildet ist. Entsprechend wird die Gaskühlleitung von dem Kältemittel durchflossen. Die Gaskühlleitung kann in Schleifen angeordnet sein, sodass eine Länge der Gaskühlleitung und entsprechend eine Flusszeit des Kältemittels in dem Gaskühler erhöht ist.

Der Gaskühler kann eine Kühlfläche aufweisen, welche an der Gaskühlleitung angeordnet ist, wobei das Wärmeträgermedium an der Kühlfläche entlang fließt, um der Kühlfläche Wärme zu entziehen. Insbesondere kann der Gaskühler ein Mikrokanal- oder ein Lamellen-Gaskühler sein. Der Mikrokanalgaskühler kann eine Mehrzahl von parallelen Kanälen aufweisen, durch welche das Kältemittel fließt.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann ein Peltier-Element umfassen. Es kann elektrische Leistung genutzt werden, um dem Kältekreislauf, insbesondere an dem Gaskühler, Wärme zu entziehen. Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann einen Luft-Luft- Wärmetauscher umfassen, welcher ausgebildet ist, Kaltluft zu erzeugen. An einer ersten Wärmesenke kann ein Luftstrom abgekühlt werden. Diese Kaltluft kann dann isoliert von der übrigen Umgebungsatmosphäre geleitet werden, um den Gaskühler zu kühlen. Die Kaltluft kann den Gaskühler durchströmen, um von dem in dem Gaskühler fließenden Kältemittel Wärme aufzunehmen. Eine Steuerung des Kältekreislaufs kann unabhängig von einer Steuerung der zusätzlichen Kühlvorrichtung sein. Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann derart angeordnet sein, dass ein Luftstrom zu dem Kältekreislauf im Wesentlichen vollständig die zusätzliche Kühlvorrichtung passiert. Entsprechend wirkt die zusätzliche Kühlvorrichtung wie eine Anpassung der Umgebungstemperatur auf den Kältekreislauf. Die Steuerung der zusätzlichen Kühlvorrichtung kann entsprechend derart ausgelegt sein, dass eine Temperatur des Kaltluftstroms stets tief genug ist, um in dem Gaskühler einen subkritischen Zustand des Kältemittels zu gewährleisten.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann mit dem Kältekreislauf thermisch gekoppelt sein, um dem Kältemittel Wärme zu entziehen. Eine Kopplung kann hier über einen Luftstrom von der zusätzlichen Kühlvorrichtung an den Gaskühler realisiert sein. Ferner kann eine Wärmesenke der zusätzlichen Kühlvorrichtung an Kältekreislauf, insbesondere an dem Gaskühler angeordnet sein.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann eine Wärmepumpe umfassen. Insbesondere kann die Wärmepumpe der Umgebungsatmosphäre Wärme zuführen und dem Kältekreislauf Wärme entziehen. Die Wärmepumpe kann mindestens einen thermoelektrischen Wandler umfassen. Insbesondere kann der thermoelektrische Wandler eine homogene Oberflächentemperatur aufweisen. Mit dem thermoelektrischen Wandler kann das Kältemittel in den Nassdampfbereich überführt werden. Der mindestens eine thermoelektrische Wandler kann insbesondere auch eine Mehrzahl an thermoelektrischen Wandlern sein. Die Verwendung von einer Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern kann zu einer erhöhten Effizienz führen. Thermoelektrische Energieumwandlung kann eine Direktumwandlung thermischer Energie in elektrische Energie, insbesondere in einem Festkörper, sein. Es sollte daher verständlich sein, dass im Sinne dieses Dokumentes beispielsweise auch Anordnungen, die mittels eines Peltier-Elementes Wärme von einer Kaltstelle an eine Warmstelle pumpen, als Wärmepumpen verstanden werden.

Thermoelektrische Wandler können Halbleitermaterialien nutzen, um Wärme durch die Verwendung von elektrischer Energie durch den Peltier-Effekt zu entfernen. Ein typischer thermoelektrischer Wandler umfasst eine Anordnung von Halbleiterelementen vom p- und n-Typ. Wenn ein elektrischer Strom durch ein oder mehrere Paare von Elementen fließt, kommt es an der Verbindungsstelle, der Kaltseite zu einem Temperaturabfall, der zur Absorption von Wärme aus der Umgebung führt. Die Wärme wird durch Elektronentransport durch den thermoelektrischen Wandler transportiert und auf der gegenüberliegenden Warmseite freigesetzt, wenn sich die Elektronen von einem hohen zu einem niedrigen Energiezustand bewegen.

Die Wärmepumpe kann ferner eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern umfassen. Insbesondere kann die Anzahl an thermoelektrischen Wandlern mit der Kühlleistung des Kältekreislaufs skalieren, insbesondere kann die Anzahl der thermoelektrischen Wandler ein Vielfaches der erforderlichen Wärmemenge betragen. Dadurch kann insbesondere die Gesamtkälteleistung der Wärmepumpe skaliert werden. Ferner kann eine Flächengeometrie an einen Einbauort der thermoelektrischen Wandler angepasst werden. Beispielsweise können die thermoelektrischen Wandler in einer Ebene angrenzend oder beabstandet zueinander angeordnet sein. Die thermoelektrischen Wandler können zudem versetzt zueinander angeordnet sein.

Jeder der mindestens einen thermoelektrischen Wandler kann eine Kühlleistung von 1 W bis 1 kW, vorzugsweise von 1 W bis 100 W, weiter bevorzugt von 60 W aufweisen. Dadurch kann der Vorteil einer hinreichenden Kühlleistung erreicht werden. Ferner kann es vorteilhaft sein, eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern mit einer geringeren elektrischen Leistung als der jeweiligen Maximalleistung zu betreiben, um die Kälteleistung auf eine größere Fläche zu verteilen. Die Anzahl der zu verwendenden thermoelektrischen Wandler kann in Bezug auf eine jeweilige Kühlfläche, eine Maximalleistung, einen maximalen Temperaturhub und/oder einen Umgebungstemperaturbereich gewählt werden. Ferner kann die gewählte Anzahl an thermoelektrischen Wandlern derart gewählt sein, dass mit der Kopplung an einen Kühlkörper eine Kühlleistung maximiert werden kann.

Jeder der mindestens einen thermoelektrischen Wandler kann ein Peltier-Element sein. Eine Kühlwirkung des Peltier-Elements kann umso stärker sein, je besser die Wärme von der einer Seite des Peltier-Elements abgeführt werden kann, d. h. je niedriger die Temperaturdifferenz zwischen zwei Seiten des Peltier-Elements ist.

Eine Leistungszahl des Peltier-Elements kann mit höherer Temperaturdifferenz zwischen einer kalten Seite und einer warmen Seite des Peltier-Elements abfallen. Vorteilhafterweise kann eine Temperaturdifferenz zwischen 10 K und 20 K gewählt werden. In diesem Bereich kann die Leistungszahl in einem Bereich von 1,5 bis 2,75 liegen. Mit anderen Worten, für 1 W an elektrischer Leistung, die dem Peltier-Element zugeführt wird, werden 1,5 W bis 2,75W an Kälteleistung erzeugt. Entsprechend kann der optimale Hochdruck für eine Umgebungstemperatur von 40°C mit einem Hub an dem Peltier-Element von 20 K bei ca. 57 bar liegen. Damit kann eine Verflüssigung des Kältemittels erreicht werden. Eine Gaskühleraustrittstemperatur kann, insbesondere bei einer typischen Auslegung des Gaskühlers, ohne Vorsehen der zusätzlichen Kühlvorrichtung, respektive eines Peltier-Elements, etwa 43°C betragen. Der optimale Hochdruck könnte etwa 100 bar betragen. Durch die Herabsetzung der Gaskühleraustrittstemperatur auf 23°C, kann der optimale Hochdruck in einen subkritischen Bereich, beispielsweise auf 57 bar, verschoben werden.

Jeder der mindestens einen thermoelektrischen Wandler kann beabstandet von dem Kältekreislauf oder an dem Kältekreislauf angeordnet sein. Mit einer beabstandeten Anordnung der thermoelektrischen Wandler kann ein Wärmeträgermedium verwendet werden, um die thermoelektrischen Wandler mit dem Kältekreislauf thermisch zu koppeln. Hierbei kann die Wärme insbesondere durch Fließen des Wärmeträgermediums, also konvektiv, abgeführt werden. Ferner kann eine Wärme auch zu einem Teil über Wärmestrahlung abgeführt werden. Alternativ können die thermoelektrischen Wandler an dem Kältekreislauf angeordnet und insbesondere kraftschlüssig, zumindest teilweise formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit einem Element des Kältekreislaufs verbunden sein. Dadurch kann die Wärme mittels Wärmeleitung dem Kältekreislauf entzogen werden.

Jeder der mindestens einen thermoelektrischen Wandler kann an dem Gaskühler, insbesondere an einem Eingang und/oder an einem Ausgang des Gaskühlers, angeordnet sein. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass dem Kältemittel an einem Abschnitt des Kältekreislaufs mit maximaler Temperatur Wärme entzogen werden kann. Ferner kann eine Kühlleistung des Gaskühlers mit einer Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und dem Wärmeträgermedium skalieren. Entsprechend kann es vorteilhaft sein, dass der Gaskühler mit der Umgebungsluft als Wärmeträgermedium das Kältemittel kühlt und an einem Ausgang des Gaskühlers die Wärmepumpe das Kältemittel weiter abkühlt.

Der mindestens eine thermoelektrische Wandler kann an dem Leitungssystem angeordnet sein. Ferner kann eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern an unterschiedlichen Stellen des Leitungssystems angeordnet sein. Dadurch kann insbesondere eine Kühlung des Kältemittels in dem Leitungssystem erreicht werden.

Die Wärmepumpe kann eine Kaltseite und eine Warmseite aufweisen, wobei die Wärmepumpe ausgebildet ist, Wärme von der Kaltseite zu der Warmseite zu transportieren. Entsprechend kann die Abwärme an der Warmseite von dem System entfernt werden.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann ein Wärmeträgermedium umfassen. Hierbei kann das Wärmeträgermedium auch in einem geschlossenen Kreislauf fließen oder durch ein externes Wärmeträgermedium-Reservoir gebildet sein, beispielsweise ein zentrales Kühlungssystem. Ferner kann die Umgebungsatmosphäre als Wärmeträgermedium genutzt werden. Der Gaskühler kann initial ausgebildet sein, das Kältemittel durch einen Fluss des Wärmeträgermediums durch den Gaskühler zu kühlen. Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann vorteilhafterweise eine Temperatur des Wärmeträgermediums vor Eintritt in den Gaskühler senken, um die Kühlleistung des Gaskühlers zu erhöhen.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann eine Transportvorrichtung aufweisen, welche ausgebildet ist, den Kältekreislauf und die Wärmepumpe mittels des Wärmeträgermediums thermisch zu koppeln. Die Transportvorrichtung kann auch als Wärmeträgermediumtransportvorrichtung bezeichnet werden. Die Transportvorrichtung kann das Wärmeträgermedium von der Wärmepumpe zu dem Kältekreislauf transportieren, um einen konvektiven Wärmeaustausch zu realisieren. Die Transportvorrichtung ist vorteilhafterweise derart angeordnet, dass ein Volumenfluss des Wärmeträgermediums durch den Gaskühler maximiert ist. Die Transportvorrichtung kann einen Luftstrom durch den Gaskühler saugen und/oder blasen. Für gleichzeitiges Saugen und Blasen kann die Transportvorrichtung zwei Ventilatoren umfassen. Vorteilhafterweise ist die Transportvorrichtung auf einer Innenseite des Gaskühlers angeordnet. Die Innenseite kann eine Flächennormale aufweisen, welche in Richtung eines Geräteinnenraums zeigt. Die Transportvorrichtung kann eine Pumpe und/oder ein Ventilator umfassen. Die Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, einen Fluss des Wärmeträgermediums an den Kältekreislauf zu erzeugen.

Die Transportvorrichtung kann ferner ausgebildet sein, einen Fluss des Wärmeträgermediums entlang einer Oberfläche des Gaskühlers und/oder durch den Gaskühler hindurch zu erzeugen. Insbesondere kann ein Volumenfluss des Wärmeträgermediums durch eine Förderleistung der Transportvorrichtung gesteuert werden. Entsprechend kann mittels einer Leistungsanpassung der Transportvorrichtung eine Kühlleistung des Gaskühlers beeinflusst werden. Kälteleistung der Wärmepumpe und Förderleistung der Transportvorrichtung können eine erreichbare Abkühlung des Kältemittels in dem Gaskühler definieren. Zudem kann eine Kopplungseffizienz der Wärmepumpe an das Wärmeträgermedium die Kühlleistung in dem Gaskühler mit beeinflussen.

Die Transportvorrichtung kann an einer der Wärmepumpe abgewandten Seite des Gaskühlers, an einer der Wärmepumpe zugewandten Seite des Gaskühlers, an der Kaltseite, an dem Gaskühler und/oder zwischen Wärmepumpe und Gaskühler angeordnet sein. Insbesondere ist die Transportvorrichtung derart angeordnet, dass ein Strömungswiderstand des Wärmeträgermediums durch den Gaskühler minimiert werden kann. Es können entsprechende Kanäle und/oder Leitvorrichtungen vorgesehen sein, um das Wärmeträgermedium zu dem Gaskühler zu leiten. Insbesondere kann ein Fluss des Wärmeträgermediums von der Umgebungsatmosphäre abgegrenzt sein. Hierbei kann das Wärmeträgermedium als Luftstrom der von der Umgebungsatmosphäre durch entsprechende Luftleitvorrichtungen abgegrenzt ist, definiert werden. Beispielsweise kann ein Lufteinlass an der Wärmepumpe den Eintrittspunkt für das Wärmeträgermedium bilden. Ferner kann die Luftführung durch ein externes Schlauchsystem ergänzt werden, um beispielsweise nicht die unmittelbare Umgebungsluft, sondern entfernte Luftmengen anzusaugen.

Die Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, eine Flussrichtung, insbesondere eine Saugrichtung, in dem Wärmeträgermedium auszubilden, welche von der Wärmepumpe in Richtung des Gaskühlers gerichtet ist. Die Flussrichtung kann ferner durch entsprechende Strukturen geändert werden, um einen Eintritt des Wärmeträgermediums in den Gaskühler zu optimieren. Insbesondere kann das Wärmeträgermedium entlang einer Geräterückseite fließen und anschließend flächig in Richtung einer Gerätevorderseite durch den Gaskühler fließen. Die Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, das Wärmeträgermedium zumindest teilweise entlang der Kaltseite zu leiten. Dadurch kann das Wärmeträgermedium Wärme an die Wärmepumpe abgeben, sodass eine Temperatur des Wärmeträgermediums gesenkt werden kann. Hierbei kann eine Temperatur des Wärmeträgermediums derart angepasst sein, dass unter Berücksichtigung der Kühlleistung des Gaskühlers, das Kältemittels stets unterhalb eines kritischen Punktes ist.

Die Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, einen Fluss des Wärmeträgermediums durch den Kühlkörper, durch eine Wärmeträgermediumkammer und/oder durch den Gaskühler entlang der Kühlfläche zu erzeugen. Eine Flussgeschwindigkeit kann derart angepasst sein, dass eine Wärmeaufnahme an dem Gaskühler und eine Wärmeabgabe an der Wärmepumpe durch das Wärmeträgermedium maximiert ist. Entsprechend können die Strömungsquerschnitte an der Wärmepumpe, respektive dem Kühlkörper und an dem Gaskühler unterschiedlich groß sein, um bei gleichem Volumenfluss unterschiedliche Flussgeschwindigkeiten zu realisieren.

Das Wärmeträgermedium kann ausgebildet sein, die Wärmepumpe, insbesondere die Kaltseite, und den Kältekreislauf thermisch zu koppeln. Im Speziellen kann das Wärmeträgermedium ausgebildet sein, die Wärmepumpe und den Gaskühler thermisch zu koppeln. Vorteilhafterweise sind Wärmeverluste des Wärmeträgermediums an die Umgebung zwischen der Wärmepumpe und dem Gaskühler reduziert. Dies kann durch möglichst kurze Flusswege des Wärmeträgermediums zwischen Wärmepumpe und Gaskühler realisiert werden.

Das Wärmeträgermedium kann nicht brennbar sein, ungiftig und/oder frei von halogenierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere kann es Luft oder Wasser sein. Dadurch kann insbesondere eine hohe Kompatibilität zu bestehenden Kältesystemen, beispielsweise zentrale Wasserkühleinrichtungen oder klimatisierte Laborräume, geschaffen werden. Ferner ist ein entsprechender Austausch mit der Umgebung unbedenklich. Das Wärmeträgermedium kann von dem Kältemittel stofflich isoliert sein, sodass hier lediglich eine thermische Kopplung vorliegen kann. Entsprechend kann das Wärmeträgermedium durch die Umgebungsatmosphäre gebildet sein. Hierbei kann die zusätzliche Kühlvorrichtung Parameter der Umgebungsatmosphäre, beispielsweise eine Temperatur, einen Druck und/oder eine Luftfeuchte erfassen, um die thermischen Eigenschaften der Umgebungsatmosphäre in der Wirkung als Wärmeträgermediums zu erfassen und die zusätzliche Kühlvorrichtung entsprechend zu steuern. Beispielsweise kann die Wärmekapazität des Wärmeträgermediums mit dem Druck und/oder mit der Luftfeuchtigkeit skalieren. Die Wärmepumpe kann ausgebildet sein, das Wärmeträgermedium zu kühlen, insbesondere kann eine definierte Absenkung der Temperatur des Wärmeträgermediums an einem Eingang der Wärmepumpe zu einem Ausgang der Wärmepumpe erreicht werden. Hierbei kann ein Wärmepumpeneingang als eine Anströmfläche eines Kühlkörpers, welcher mit der Kaltseite gekoppelt ist, definiert sein. Ferner kann ein Wärmepumpenausgang als eine Ausströmfläche des Kühlkörpers definiert sein, durch die das Wärmeträgermedium von der Wärmepumpe wegfließt.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann ausgebildet sein, das Wärmeträgermedium, insbesondere mittels der Wärmepumpe zu kühlen, vorzugsweise auf eine Temperatur unter 31 °C, insbesondere unter 30,98 °C, zu kühlen, weiter bevorzugt auf eine Temperatur unter 27°C zu kühlen. Die zu erreichende Temperatur kann in Abhängigkeit von einer minimalen Temperaturdifferenz bestimmt werden, welche der Gaskühler zwischen dem Kältemittel und dem Wärmeträgermedium erreichen kann. Beispielsweise kann der Gaskühler eine minimal erreichbare Temperaturdifferenz von 3 K aufweisen, sodass bei einer Temperatur von 27° C des Wärmeträgermediums, eine Temperatur von 30°C des Kältemittels erreichbar ist. Dies kann ausreichend sein, um einen Übergang des Kältemittels in einen kritischen Zustand zu unterbinden. Insbesondere kann hier ein Sicherheitsabstand definiert werden, sodass auch durch lokale Temperaturschwankungen in dem Gaskühler eine lokale Überschreitung des kritischen Punktes unterbunden ist.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann ein sekundäres Wärmeträgermedium umfassen. Mit dem sekundären Wärmeträgermedium kann eine durch die Wärmepumpe von dem Wärmeträgermedium aufgenommene Wärme von der Wärmepumpe entfernt werden. Das sekundäre Wärmeträgermedium kann durch einen separaten Fluss der Umgebungsatmosphäre gebildet sein. Hierbei kann das sekundäre Wärmeträgermedium durch eine Temperaturdifferenz der Warmseite und der Umgebungsatmosphäre an der Warmseite entlang fließen, um Wärme abzutransportieren.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann ferner eine sekundäre Transportvorrichtung umfassen, welche ausgebildet ist, einen Fluss in dem sekundären Wärmeträgermedium zu erzeugen, um die Wärmepumpe zu kühlen. Dadurch kann beispielsweise ein Fluss des sekundären Wärmeträgermediums entgegen einer natürlichen Konvektionsrichtung erzeugt werden. Dies kann den Vorteil realisieren, dass ein Fluss des sekundären Wärmeträgermediums parallel zu einem Fluss des Wärmeträgermediums ausgerichtet ist. Damit kann ein Wärmeeintrag in das Wärmeträgermedium durch einen Fluss des sekundären Wärmeträgermediums reduziert sein. Mit anderen Worten kann der Luftstrom, der die Warmseite der Wärmepumpe kühlt, zunächst die aufgenommene Wärme an die Umgebungsatmosphäre abgeben und nicht direkt in einen Fluss des Wärmeträgermediums übergehen. Hier würde ein Wärmeeintrag in den Luftstrom, welcher entlang der Kaltseite, führt zu einer Reduzierung der Kälteleistung der Wärmepumpe führen. Ferner kann mittels einer Gegenstromführung das Fluid, welches abgekühlt werden soll, unter die erwärmte Austrittstemperatur des kalten Fluids zu abzukühlen. Bei einer Gleichstromführung kann auch mit einem beliebig langen Wärmetauscher die Austrittstemperatur des warmen Fluids die Austrittstemperatur des kalten Fluids nicht erreichen.

Entsprechend kann die sekundäre Transportvorrichtung an der Warmseite angeordnet sein. Die Transportvorrichtung kann derart angeordnet sein, dass ein Fluss des sekundären Wärmeträgermediums nach einem Durchfließen eines Kühlkörpers an der Warmseite möglichst keinen stofflichen Austausch mit einem Fluss des Wärmeträgermediums vor einem Anströmen der Kaltseite aufweist.

Die sekundäre Transportvorrichtung kann eine Pumpe und/oder einen Ventilator umfassen. Es kann eine Mehrzahl von Ventilatoren vorgesehen sein, welche an dem Kühlkörper, insbesondere an einer Austrittsfläche des Kühlkörpers, durch welche das erwärmte sekundäre Wärmeträgermedium strömt, angeordnet sind.

Das sekundäre Wärmeträgermedium kann durch die Umgebungsatmosphäre gebildet sein. Insbesondere kann die Umgebungsatmosphäre an der Wärmepumpe in zwei separate Ströme geteilt werden, wobei ein erster Strom das Wärmeträgermedium bildet und ein zweiter Strom das sekundäre Wärmeträgermedium bildet. Eine Flussgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums kann an eine Flussgeschwindigkeit des sekundären Wärmeträgermediums angepasst sein (und umgekehrt), um ein Vermischen der Wärmeträgermedien vor der Wärmepumpe, also stromaufwärts der Wärmepumpe, zu unterbinden. Ferner können das Wärmeträgermedium und das sekundäre Wärmeträgermedium durch eine Trennwand stromaufwärts der Wärmepumpe voneinander getrennt sein.

Die sekundäre Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, einen Fluss des sekundären Wärmeträgermediums an der Warmseite, insbesondere entlang einer Oberfläche der Warmseite, zu erzeugen. Dadurch kann das sekundäre Wärmeträgermedium Wärme von der Warmseite aufnehmen und abtransportieren, um der Wärmepumpe Wärme zu entziehen.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann eine Trennwand aufweisen, welche ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium und das sekundäre Wärmeträgermedium zu trennen. Die Trennwand kann das Wärmeträgermedium und das sekundäre Wärmeträgermedium stromabwärts der Wärmepumpe separieren. Ferner kann eine entsprechende Trennung zumindest für einen begrenzten Abschnitt auch stromaufwärts der Wärmepumpe realisiert sein. Die Trennwand kann nicht nur eine stoffliche Trennung des Wärmeträgermediums von dem sekundären Wärmeträgermedium realisieren. Ferner kann auch eine thermische Entkopplung auf Basis entsprechender thermischisolierender Eigenschaften der Trennwand realisiert sein.

Die Trennwand kann in einer Ebene mit der Wärmepumpe angeordnet sein. Dadurch kann das Wärmeträgermedium und/oder das sekundäre Wärmeträgermedium mit geringem Strömungswiderstand an der Trennwand entlang fließen.

Die Trennwand kann eine Aufnahme für die Wärmepumpe aufweisen. Die Aufnahme kann durch eine Vertiefung oder eine Aussparung in der Trennwand gebildet sein. Insbesondere kann die Kaltseite und/oder die Warmseite der Wärmepumpe bündig mit der Trennwand abschließen.

Die Trennwand kann an der Warmseite angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Rückseite der Trennwand ausgebildet sein, Wärme von der Warmseite aufzunehmen und an die Umgebungsatmosphäre abzugeben. Die Trennwand kann eine Sandwichplatte sein, welche thermisch isolierte Oberflächen aufweist. Hierbei kann die Kaltseite mit einer dem Gaskühler zugewandten Oberfläche thermisch gekoppelt sein und/oder die Warmseite kann mit einer dem Gaskühler abgewandten Oberfläche thermisch gekoppelt sein. Entsprechend kann die Trennwand zur Aufnahme von Wärme von dem Wärmeträgermedium und/oder zur Abgabe von Wärme von dem sekundären Wärmeträgermedium ausgebildet sein.

Die Trennwand kann ausgebildet sein, den Fluss des Wärmeträgermediums derart zu lenken, dass das Wärmeträgermedium durch den Gaskühler fließt. Insbesondere kann das Wärmeträgermedium in eine durch die Trennwand gebildete Wärmeträgermediumkammer fließen und aus der Vorkammer in den Gaskühler. Dadurch kann beispielsweise ein Flächeninhalt einer Anströmungsfläche und eine Flussrichtung des Wärmeträgermediums geändert werden. Hierbei kann das Wärmeträgermedium mit einer ersten Flussgeschwindigkeit an der Kaltseite der Wärmepumpe entlang fließen und mit einer zweiten Flussgeschwindigkeit durch den Gaskühler fließen. Die erste Flussgeschwindigkeit kann größer sein als die zweite Flussgeschwindigkeit. Zudem kann eine erste Flussrichtung senkrecht zu einer zweiten Flussrichtung ausgerichtet sein, wobei die erste Flussrichtung durch die erste Flussgeschwindigkeit und die zweite Flussrichtung durch die zweite Flussgeschwindigkeit definiert sein kann. Hierbei ist das Wärmeträgermedium vorteilhafterweise gasförmig, strömt an der Wärmepumpe entlang und wird dann in Richtung Gaskühler geleitet, um diesen zu durchströmen.

Die Trennwand kann gegenüber der Wärmepumpe thermisch isoliert sein. Entsprechend kann ein Wärmeaustausch zwischen Wärmepumpe und Trennwand unterbunden sein. Damit kann ein Wärmeaustausch auf eine genau definierte Kühlkörperoberfläche beschränkt sein.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann eine Wärmeträgermediumkammer umfassen. Die Wärmeträgermediumkammer kann die Kaltseite der Wärmepumpe und den Gaskühler strömungstechnisch koppeln oder zwischen der Wärmepumpe und dem Gaskühler angeordnet sein. Die Wärmeträgermediumkammer kann insbesondere eine Homogenisierung eines Flusses des Wärmeträgermediums nach der Wärmepumpe erreichen. Hierbei kann beispielsweise eine laminare Anströmung des Gaskühlers realisiert sein. Entsprechend kann die Wärmeträgermediumkammer mit dem Wärmeträgermedium gefüllt sein.

Die Wärmeträgermediumkammer kann ausgebildet sein, einen Kältemittelstrom des Wärmeträgermediums auf die Kühlfläche des Gaskühlers zu verteilen. Vorteilhafterweise ist die Wärmeträgermediumkammer derart strömungstechnisch an den Gaskühler gekoppelt, dass eine Anströmfläche des Gaskühlers vollständig von einer Austrittsöffnung der Wärmeträgermediumkammer abgedeckt ist, um eine gleichmäßige Anströmung des Gaskühlers zu ermöglichen.

Die Wärmeträgermediumkammer kann ausgebildet sein, das Wärmeträgermedium von dem sekundärem Wärmeträgermedium fluidtechnisch und/oder thermisch zu isolieren. Dadurch kann ein Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträgermedium und dem sekundären Wärmeträgermedium unterbunden sein.

Die Trennwand kann die Wärmeträgermediumkammer zumindest teilweise abschließen. Dadurch kann insbesondere ein Abfließen des gekühlten Wärmeträgermediums reduziert sein, sodass ein Volumen von Wärmeträgermedium stromabwärts der Wärmepumpe im Wesentlichen vollständig durch den Gaskühler fließt.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann einen ersten Wärmetauscher umfassen. Der Wärmetauscher kann ausgebildet sein, eine thermische Kopplung der Kaltseite und des Wärmeträgermediums zu verbessern. Insbesondere kann der Wärmetauscher Wärme von dem Wärmeträgermedium zu der Kaltseite leiten und effektiv die Oberfläche der Kaltseite um eine Oberfläche des Wärmetauschers vergrößern. Damit kann eine Kontaktfläche der Kaltseite mit dem Wärmeträgermedium vergrößert sein.

Der erste Wärmetauscher kann ein Kühlkörper sein. Der Kühlkörper kann Kühlfinnen aufweisen, welche zumindest teilweise entlang einer Flussrichtung des Wärmeträgermediums durchbrochen sind. Vorteilhafterweise sind die Kühlfinnen entlang der Flussrichtung des Wärmeträgermediums ausgerichtet. Dadurch kann ein Strömungswiderstand des Kühlkörpers in Bezug auf einen Fluss des Wärmeträgermediums vorteilhaft reduziert sein.

Der erste Wärmetauscher kann stranggepresst und aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Dadurch kann insbesondere eine hohe Wärmeleitfähigkeit und luftseitig ein hoher Wärmeübergangskoeffizient (bspw. um einen Faktor 3 höher als bei Verwendung eines Kupferrohrs und Finne) erreicht werden, um dem Wärmeträgermedium mittels der Wärmepumpe, respektive dem mindestens einen thermoelektrischen Wandler, Wärme zu entziehen.

Der erste Wärmetauscher kann durch einen Aluminiumkörper gebildet sein, welcher gefräst ist und/oder ein Druck-Guss-Aluminiumkörper ist. Dadurch kann effizient eine beliebige Struktur in den Aluminiumkörper eingebracht werden, um eine möglichst große Kühlfläche zu erzeugen. Der Kühlkörper kann einstückig sein und für den Kontakt mit einer Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern ausgebildet sein. Hierzu kann insbesondere eine Grundfläche des ersten Wärmetauschers Aufnahmen für die Kaltflächen der thermoelektrischen Wandler aufweisen. Alternativ kann die Grundfläche eben ausgebildet sein.

Der Gaskühler kann zumindest teilweise in dem ersten Wärmetauscher angeordnet sein. Der erste Wärmetauscher kann beispielsweise einen Teil der Kühlfinnen des Gaskühlers bilden. Entsprechend kann die Wärme von dem Kältemittel mittels Wärmeleitung an die Kaltseite der Wärmepumpe transportiert werden. Allgemein kann der erste Wärmetauscher zumindest teilweise mit dem Gaskühler kraftschlüssig, stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein.

Der erste Wärmetauscher kann eine Ausnehmung aufweisen, in welcher die Gaskühlleitung zumindest teilweise angeordnet ist. Damit kann effizient eine Wärmeleitung von dem Kältemittel zu der Wärmepumpe realisiert werden. Der erste Wärmetauscher kann an einem ersten Teilabschnitt der Gaskühlleitung angeordnet sein, welcher einem Luftkühlungselement des Gaskühlers vorgeschaltet oder an einem zweiten Teilabschnitt der Gaskühlleitung angeordnet sein, welche dem Luftkühlungselement des Gaskühlers nachgeschaltet sein. Für den Fachmann soll verständlich sein, dass der Begriff Gaskühlleitung nicht ausschließt, dass das Kältemittel als Flüssigkeit vorliegt, was beispielsweise bei einer Abkühlung unter den Siedepunkt (30,98 °C bei CO2) der Fall ist.

Die Kaltseite kann mit dem ersten Wärmetauscher verbunden sein, beispielsweise verklebt, verschweißt, verschraubt oder mittels einer adhäsiven Wärmemittelleitschicht verbunden sein, sodass eine Oberfläche des ersten Wärmetauschers die Kaltseite bildet. Beispielsweise kann die Oberfläche des Wärmetauschers in Bezug auf eine Wechselwirkung mit der Transportvorrichtung eine Oberfläche der Kaltseite bilden.

Eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern kann an der Trennwand angeordnet sein und/oder der erste Wärmetauscher kann in der Wärmeträgermediumkammer angeordnet sein. Beispielsweise kann sich der erste Wärmetauscher von der Kaltseite der jeweiligen thermoelektrischen Wandler zumindest teilweise in die Wärmeträgermediumkammer erstrecken.

Der erste Wärmetauscher kann durch eine Mehrzahl von primären Kühlkörpern gebildet sein und eine erste Gruppe von thermoelektrischen Wandlern der Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern kann jeweils mit der Kaltseite an einem ersten Kühlkörper der Mehrzahl von primären Kühlkörpern angeordnet sein, um ein erstes Kühlmodul zu bilden. Ferner kann eine zweite Gruppe von thermoelektrischen Wandlern der Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern an einem zweiten Kühlkörper der Mehrzahl von primären Kühlkörpern angeordnet ist, um ein zweites Kühlmodul zu bilden. Das erste Kühlmodul und das zweite Kühlmodul können in Flussrichtung des Wärmeträgermediums vertikal oder horizontal nacheinander und/oder aneinander angrenzend angeordnet sein. Entsprechend kann eine Kühlleistung der zusätzlichen Kühlvorrichtung durch eine Anzahl an Kühlmodulen skaliert werden. Die Kühlmodule können auch beabstandet voneinander angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist jedes Kühlmodul im Wesentlichen vollständig in dem Fluss des Wärmeträgermediums angeordnet, sodass jedes Kühlmodul dem Wärmeträgermedium effektiv Wärme entziehen kann.

Die Kühlmodule können eine stufenweise Abkühlung des Wärmeträgermediums erreichen, wobei die Kältemodule einheitlich oder individuell angesteuert werden können. Die Kühlmodule können unterschiedliche Kühlleistungen aufweisen. Beispielsweise kann das erste Kühlmodul, welches dem zweiten Kühlmodul in Flussrichtung des Wärmeträgermediums vorgeschaltet ist, eine höhere Kälteleistung aufweisen oder entsprechend angesteuert werden, um eine höhere Kälteleistung zu erzeugen. Hier beziehen sich die relativen Leistungsangaben jeweils auf das nachgeschaltete zweite Kühlmodul. Das zweite Kühlmodul kann eine weitere Abkühlung des Wärmeträgermediums erreichen. Vorteilhafterweise ist das zweite Kühlmodul derart angesteuert, dass eine kleinere Temperaturdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des zweiten Kühlmoduls erzeugt, welche insbesondere mit einer höheren Genauigkeit eingestellt werden kann. Entsprechend kann das erste Kühlmodul eine Grobstufe zur Einstellung einer Temperatur des Wärmeträgermediums bilden und das zweite Kühlmodul kann eine Feinstufe zur Einstellung der Temperatur des Wärmeträgermediums bilden. Ferner kann die Temperatureinstellung des Wärmeträgermediums auf eine Mehrzahl von Kühlmodulen aufgeteilt werden. Alternativ können die Kühlmodule identisch angesteuert werden, um einen Steuerungsaufwand zu reduzieren.

In Abhängigkeit von einer vorbestimmten Kühlleistung kann eine vorbestimmte Anzahl von thermoelektrischen Wandlern je Kühlmodul und/oder eine vorbestimmte Anzahl von Kühlmodulen vorgesehen sein. Vorteilhafterweise kann ein optimales Verhältnis aus Flächeninhalt der Kaltseite des jeweiligen thermoelektrischen Wandlers, Kühlleistung des jeweiligen thermoelektrischen Wandlers und Anzahl von thermoelektrischen Wandlern bestimmt werden. Ferner können die thermoelektrischen Wandler derart ausgewählt und angeordnet sein, dass eine Grundfläche des Kühlkörpers möglichst vollständig abgedeckt ist.

Die Kühlmodule können an dem Gaskühler angeordnet sein, wobei zumindest eine offene Seite der Kühlkörper in Richtung des Gaskühlers ausgerichtet ist. Dadurch kann erreicht werden, dass das Wärmeträgermedium von dem Kühlkörper zu dem Gaskühler fließen kann. Ferner können die Kühlfinnen zu einer Flussrichtung des Wärmeträgermediums und senkrecht zu einer Anströmfläche des Gaskühlers angeordnet sein. Damit kann das Wärmeträgermedium effizient von der zusätzlichen Kühlvorrichtung zu dem Gaskühler fließen.

Die Wärmeträgermediumkammer kann durch Seitenwände des ersten Wärmetauschers begrenzt sein. Entsprechend kann ein Verlust von gekühlten Wärmeträgermedium reduziert sein. Die Seitenwände können zumindest teilweise durch äußere Kühlfinnen des Kühlkörpers gebildet sein. Die Seitenwände können einen Fluss des Wärmeträgermediums seitlich, insbesondere parallel zu einer Flussrichtung des Wärmeträgermediums, begrenzen.

Der erste Wärmetauscher kann ausgebildet sein, die Oberfläche der Kaltseite zu vergrößern, um eine Kopplungsfläche zu dem Wärmeträgermedium zu vergrößern. Der Flächeninhalt und/oder eine Masse der Kaltseite eines thermoelektrischen Wandlers kann um Größenordnungen kleiner sein als eine Oberfläche, respektive Masse des Kühlkörpers. Bei der Verwendung von Luft als Wärmeträgermedium kann zudem die Wärmeleitung von der Kaltseite zu dem Kühlkörper höher sein als eine Wärmeleitung von dem Kühlkörper zu dem Wärmeträgermedium. Der Kühlkörper kann eine von dem thermoelektrischen Wandler aufgebrachte Kälteleistung speichern und an das Wärmeträgermedium über ein Zeitintervall, welches über die aktive Ansteuerung des thermoelektrischen Wandlers hinaus geht, an das Wärmeträgermedium abgeben.

Der erste Wärmetauscher kann eine Einströmöffnung in die Wärmeträgermediumkammer, insbesondere die einzige Einströmöffnung in die Wärmeträgermediumkammer, bilden. Dadurch kann erreicht werden, dass die Kammer im Wesentlichen mit gekühltem Wärmeträgermedium gefüllt sein kann. Insbesondere kann ein Austausch mit der Umgebungsatmosphäre reduziert sein. Die Einströmöffnung kann an einer Oberseite der Wärmeträgermediumkammer angeordnet sein, sodass gekühltes, und entsprechend dichteres Wärmeträgermedium innerhalb der Wärmeträgermediumkammer verbleibt. Entsprechend kann die Transportvorrichtung in Richtung der natürlichen Konvektion des gekühlten Wärmeträgermediums arbeiten. Hierbei kann ein erster Ventilator der Transportvorrichtung an dem ersten Wärmetauscher, insbesondere an der Einströmöffnung angeordnet sein und/oder ein zweiter Ventilator kann an einer Anströmfläche oder einer Ausströmfläche des Gaskühlers angeordnet sein. Die Ausströmfläche des Gaskühlers kann an einer der Wärmepumpe abgewandten Seite des Gaskühlers angeordnet sein.

Die Transportvorrichtung kann an dem ersten Wärmetauscher, vorzugsweise an einer Seitenfläche des ersten Wärmetauschers, angeordnet sein. Die Seitenfläche kann eine Flächennormale in Flussrichtung des Wärmeträgermediums aufweisen. Die Transportvorrichtung kann eine Mehrzahl von Ventilatoren aufweisen, welche nebeneinander an der Seitenfläche angeordnet sind.

Der erste Wärmetauscher kann eine Mehrzahl von Kühlrippen aufweisen, welche in Flussrichtung des Wärmeträgermediums ausgerichtet sind. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Strömungswiderstand des Wärmetauschers reduziert sein.

Die Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, einen Fluss des Wärmeträgermediums im Wesentlichen in Richtung der Kühlrippen zu erzeugen. Dadurch kann das Wärmeträgermedium entlang der Seitenflächen der Kühlrippen fließen und an die Seitenflächen der Kühlrippen Wärme abgeben. Dadurch kann ein effizienter Transport des Wärmeträgermediums von dem ersten Wärmetauscher in Richtung des Gaskühlers realisiert werden. Insbesondere kann die Transportvorrichtung abgekühltes Wärmeträgermedium ansaugen und in Richtung des Gaskühlers leiten.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann einen zweiten Wärmetauscher aufweisen. Der zweite Wärmetauscher kann ausgebildet sein, eine thermische Kopplung der Warmseite und des sekundären Wärmeträgermediums zu verbessern. Insbesondere kann der zweite Wärmetauscher Wärme von der Warmseite an das sekundäre Wärmeträgermedium abgeben und effektiv die Oberfläche der Warmseite um eine Oberfläche des zweiten Wärmetauschers vergrößern. Damit kann eine Kontaktfläche der Warmseite mit dem sekundären Wärmeträgermedium vergrößert sein.

Der zweite Wärmetauscher kann gemäß dem ersten Wärmetauscher ausgebildet sein.

Die Warmseite kann mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden sein, insbesondere verklebt ist, um eine effektive thermische Kopplung des zweiten Wärmetauschers mit der Warmseite zu realisieren.

Der zweite Wärmetauscher kann durch eine Mehrzahl von sekundären Kühlkörpern gebildet sein und die erste Gruppe von thermoelektrischen Wandlern der Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern kann mit der jeweiligen Warmseite an einem ersten Kühlkörper der Mehrzahl von sekundären Kühlkörpern angeordnet sein. Ferner kann die zweite Gruppe von thermoelektrischen Wandlern der Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern mit der jeweiligen Warmseite an einem zweiten Kühlkörper der Mehrzahl von sekundären Kühlkörpern angeordnet sein und die sekundären Kühlkörper können in Flussrichtung des sekundären Wärmeträgermediums nacheinander und/oder aneinander angrenzend angeordnet sein. Entsprechend kann eine Wärmeabgabe an der jeweiligen Warmseite spiegelbildlich zu einer Wärmeaufnahme an der jeweiligen Kaltseite realisiert sein. Dadurch kann effizient die von den jeweiligen thermoelektrischen Wandlern aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abgegeben werden. Die sekundären Kühlkörper können Wärme mittels natürlicher Konvektion an die Umgebungsluft abgeben. Erwärmtes sekundäres Wärmeträgermedium kann mittels der Trennwand derart geleitet werden, dass dieses nicht unmittelbar auf Teile des Einlassstroms des Wärmeträgermediums wirkt. Der zweite Wärmetauscher kann ausgebildet sein, die Oberfläche der Warmseite zu vergrößern, um die Kopplungsfläche zu dem sekundärem Wärmeträgermedium zu erhöhen.

Die sekundäre Transportvorrichtung kann an dem zweiten Wärmetauscher, insbesondere an einer Seitenfläche des zweiten Wärmetauschers, angeordnet sein. Dadurch kann eine Flussrichtung des sekundären Wärmeträgermediums bestimmt werden. Die Flussrichtung kann derart gerichtet sein, dass das erwärmte sekundäre Wärmeträgermedium nicht in Richtung des Wärmeträgermediums fließt. Beispielsweise kann die Flussrichtung des sekundären Wärmeträgermediums und des Wärmeträgermediums parallel zu der Trennwand verlaufen. Alternativ kann das sekundäre Wärmeträgermedium mittels der sekundären Transportvorrichtung in Richtung einer Flächennormalen der Trennwand abgeführt werden.

Eine Mehrzahl von sekundären Kühlkörpern kann nacheinander angeordnet sein und einen Abwärmetunnel bilden. Der Abwärmetunnel kann quaderförmig ausgebildet sein und an zwei oder drei Seitenflächen offen oder partiell offen sein. Die Kühlkörper können kammartig ausgebildet sein. Die sekundäre Transportvorrichtung kann an einer Seitenfläche eines letzten Kühlkörpers einer Mehrzahl von sekundären Kühlkörpern angeordnet sein. Dadurch kann das sekundäre Wärmeträgermedium sowohl parallel zu einer Grundfläche der Kühlkörper als auch senkrecht zu der Grundfläche der Kühlkörper angesaugt werden. Die sekundäre Transportvorrichtung kann an einem Tunnelausgang angeordnet sein, wobei die sekundäre Transportvorrichtung ausgebildet sein kann, das sekundäre Wärmeträgermedium durch den Abwärmetunnel zu saugen. Dadurch kann eine effektive Wärmeaufnahme von dem sekundären Kühlkörper realisiert werden. Die sekundäre Transportvorrichtung kann an einem Tunneleingang angeordnet und ausgebildet sein, das sekundäre Wärmeträgermedium durch den Abwärmetunnel zu transportieren, insbesondere zu blasen.

Der zweite Wärmetauscher kann eine Mehrzahl an Kühlrippen aufweisen, welche in Flussrichtung des sekundären Wärmeträgermediums ausgerichtet sind, sodass der zweite Wärmetauscher einen reduzierten Strömungswiderstand für das sekundäre Wärmeträgermedium bildet.

Die sekundäre Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, einen Fluss des sekundären Wärmeträgermediums im Wesentlichen in Richtung der Kühlrippen zu erzeugen. Dadurch kann das sekundäre Wärmeträgermedium entlang der Seitenflächen der Kühlrippen fließen und an die Seitenflächen der Kühlrippen Wärme aufnehmen.

Die sekundäre Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, einen Fluss des sekundären Wärmeträgermediums im Wesentlichen senkrecht zu einer Flächennormalen der Warmfläche zu erzeugen. Entsprechend kann das sekundäre Wärmeträgermedium an der Warmfläche, respektive an dem an der Warmfläche angeordneten Kühlkörper entlang fließen, um Wärme aufzunehmen.

Die Flussrichtung des Wärmeträgermediums, insbesondere vor Eintritt in den Gaskühler, kann im Wesentlichen parallel zu der Flussrichtung des sekundären Wärmeträgermediums ausgerichtet sein. Entsprechend kann ein gemeinsamer Luftstrom gebildet durch die Umgebungsatmosphäre in das Wärmeträgermedium und das sekundäre Wärmeträgermedium aufgespalten werden. Durch die parallele Flussrichtung kann der Vorteil realisiert werden, dass die Transportvorrichtung und die sekundäre Transportvorrichtung effizient das jeweilige Kältemittel transportieren. Insbesondere kann verhindert werden, dass sich gegeneinander beeinflussende oder aufhebende Luftströmungen erzeugt werden.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung kann ein Wärmetransfermedium umfassen, welches zwischen dem thermoelektrischen Wandler und dem Kältekreislauf, insbesondere zwischen dem thermoelektrischen Wandler und dem Gaskühler angeordnet ist. Das Wärmetransfermedium kann eine Wärmeleitfähigkeit einer Kontaktfläche zwischen der zusätzlichen Kühlvorrichtung und dem Gaskühler erhöhen. Der Gaskühler und/oder der erste Wärmetauscher können in dem Wärmetransfermedium angeordnet sein, um einen Wärmetransfer von dem Gaskühler zu der Wärmepumpe zu realisieren. Das Wärmetransfermedium kann insbesondere eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser sein. Das Wärmetransfermedium kann eine Wärmeleitpaste sein, welche einen Oberflächenkontakt zwischen der zusätzlichen Kühlvorrichtung und dem Kältekreislauf, beispielsweise zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Gaskühler, verbessert. Hierbei kann eine Kontaktfläche durch Ausgleichen von Unebenheiten erhöht sein.

Das Wärmetransfermedium kann ausgebildet sein, den thermischen Widerstand zwischen thermoelektrischem Wandler und Kältekreislauf zu reduzieren. Dadurch kann eine Kühleffizienz der zusätzlichen Kühlvorrichtung erhöht werden. Insbesondere kann der Verlust von Kälteleistung an die Umgebung reduziert sein.

Das Kühlsystem kann eine Steuereinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, die zusätzliche Kühlvorrichtung so zu betreiben, dass das Kältemittel in dem Gaskühler in einem subkritischen Zustand ist. Insbesondere kann eine Kühlleistung der zusätzlichen Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur gesteuert werden.

Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, zumindest einen der folgenden Systemparameter zu erfassen: eine Temperatur des Kältemittels vor, nach und/oder in dem Gaskühler, einen Druck des Kältemittels vor, nach und/oder in dem Gaskühler, eine Temperatur des Kältemittels zwischen dem Kompressor und dem Verdampfer, einen Druck des Kältemittels zwischen dem Kompressor und dem Verdampfer, eine Temperatur des Kältemittels zwischen dem Verdampfer und dem Expansionsventil, einen Druck des Kältemittels zwischen dem Verdampfer und dem Expansionsventil, eine Temperatur der Umgebungsatmosphäre, eine Temperatur des Wärmeträgermediums in Flussrichtung nach der Wärmepumpe, eine Leistungsaufnahme der Wärmepumpe, eine Leistungsaufnahme und/oder Fördermenge der Transportvorrichtung, eine Leistungsaufnahme und/oder Fördermenge der sekundären Transportvorrichtung. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass das Kältemittel während eines Zyklus in dem Kältekreislauf in einem subkritischen Bereich bleibt.

Allgemein kann die Steuereinrichtung die zusätzliche Kühlvorrichtung derart steuern, dass ein vorbestimmter Grad an Kühlung bereitgestellt wird., um einen gewünschten Kühleffekt und/oder eine gewünschte Systemleistung zu erreichen. Dadurch kann eine einfache und effektive Steueranordnung für das Kühlsystem bereitgestellt werden.

Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, eine Leistungsaufnahme der Wärmepumpe zu steuern. Eine Wärmetransferleistung eines thermoelektrischen Wandlers kann proportional zu einer aufgenommen elektrischen Leistung sein. Entsprechend kann eine Temperatur der Kaltseite und damit eine Kühlleistung des thermoelektrischen Wandlers durch Anpassen der elektrischen Leistung gesteuert werden. Hierbei kann eine Strom- und/oder Spannungslimitierende Steuerung verwendet werden. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, eine Kühlleistung der Wärmepumpe, eine Kältemittelförderleistung der Transportvorrichtung und/oder eine Kältemittelförderleistung der sekundären Transportvorrichtung in Abhängigkeit von zumindest einem der Systemparameter zu steuern. Vorteilhafterweise kann eine Kältemittelförderleistung der Transportvorrichtung in Abhängigkeit einer Kühlleistung der Wärmepumpe gesteuert werden um, Verluste der erzeugten Kühlleistung an die Umgebung zu minimieren.

Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, eine Leistung des Kompressors, insbesondere durch Anpassen einer Kompressordrehzahl, zu regeln. Mit der Kompressordrehzahl kann eine Verdichtungsleistung des Kompressors gesteuert werden. Insbesondere kann mit der Kompressorleistung ein Druck des Kältemittels gesteuert werden.

Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, das Expansionsventil zu steuern, um das Kältemittel zu entspannen, respektive den Druck zu mindern.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Laborgerät, das das vorbeschriebene Kühlsystem umfasst. Gemäß einer Ausführungsform kann das Laborgerät eine Zentrifuge sein, wobei eine Rotorkammer durch das Kühlsystem gekühlt werden kann.

Das Laborgerät kann ein Standgerät oder ein Tischgerät sein. Insbesondere kann das Laborgerät für die Verwendung in geschlossenen Räumen vorgesehen sein. Das Laborgerät kann für einen Wärmeaustausch an ein Belüftungssystem gekoppelt werden. Ferner kann eine Kühlung einer Abluft des Laborgeräts durch dissipative Wärmeabgabe an die Umgebung und/oder einen periodischen oder kontinuierlichen Austausch oder Abkühlung der Umgebungsatmosphäre realisiert sein. Mit der Eignung als Tischgerät oder Standgerät kann die Leistung des Kühlsystems skalieren. Insbesondere kann ein Standgerät gegenüber einem Tischgerät eine erhöhte Kälteleistung des Kältekreislaufs und damit auch der zusätzlichen Kühlvorrichtung aufweisen.

Das Laborgerät kann ein Gehäuse umfassen. Das Kühlsystem kann in dem Gehäuse oder zumindest partiell in dem Gehäuse angeordnet sein. Beispielsweise kann der zweite Wärmetauscher außerhalb, vorzugsweise an einer Gehäuseaußenseite angeordnet sein, um Wärme direkt an die Umgebungsluft, respektive das sekundäre Wärmeträgermedium abzugeben. Mit einer Anordnung des ersten Wärmetauschers innerhalb des Gehäuses kann eine Kälteleistung, respektive ein Wärmeentzug des abgekühlten Wärmeträgermediums an dem Gaskühler erhöht sein. Die Trennwand kann einen Teil des Gehäuses bilden. Beispielsweise kann die Trennwand eine Gehäuserückseite bilden. Der zweite Wärmetauscher kann an der Rückwand angeordnet sein. Entsprechend kann der zweite Wärmetauscher von einer Atmosphäre innerhalb des Geräteinnenraums thermisch isoliert sein. Durch einen Fluss des sekundären Wärmeträgermediums weg von einer Ansaugöffnung des Wärmeträgermediums, kann ein Wärmeeintrag des sekundären Wärmeträgermediums in das Wärmeträgermedium reduziert sein.

Die Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, einen Fluss des Wärmeträgermediums durch das Gehäuse zu erzeugen. Dadurch können weitere Komponenten, respektive das Laborgerät insgesamt abgekühlt werden. Entsprechend kann die zusätzliche Kühlvorrichtung auch zur Kühlung der Zentrifuge, im speziellen der Rotorkammer beitragen.

Die Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, einen Fluss des Wärmeträgermediums von einer Geräterückseite in Richtung einer Gerätevorderseite zu erzeugen und/oder die Transportvorrichtung kann ausgebildet sein, das Wärmeträgermedium durch den Gaskühler zu leiten. Entsprechend kann der Vorteil einer erhöhten Wärmeaufnahme von Komponenten innerhalb des Laborgeräts erreicht werden. Zudem kann das erwärmte Wärmeträgermedium möglichst weit entfernt von einer Ansaugöffnung des Wärmeträgermediums aus dem Laborgerät fließen.

Das Gehäuse kann eine Bodenfläche aufweisen. Die Bodenfläche kann eine Basisfläche für die Befestigung der Komponenten des Kühlsystems bilden.

Die Trennwand kann zumindest teilweise die Bodenfläche bilden. Dadurch kann die Trennwand winklig ausgebildet sein, um die Wärmeträgermediumkammer zu bilden. Zudem kann dadurch die zusätzliche Kühlvorrichtung beabstandet von dem Gaskühler angeordnet sein, sodass ein Aufnahmeraum für den ersten Wärmetauscher gebildet ist.

Die Trennwand kann mit der Bodenfläche verbunden sein, insbesondere verschraubt sein. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass eine Verbindung zwischen Bodenfläche und Trennwand möglichst undurchlässig für das Wärmeträgermedium ist, um Kühlleistungsverluste durch einen Austritt von gekühltem Wärmeträgermedium bevor dieses den Gaskühler durchfließt zu vermeiden.

Das Laborgerät kann einen Absaugventilator, welcher an der Bodenfläche angeordnet und ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium aus dem Gehäuse, zu transportieren. Eine Flussrichtung des Wärmeträgermediums kann im Wesentlichen parallel zu der Bodenfläche ausgerichtet sein. Hierbei kann der an der Bodenfläche angeordnete Ventilator eine Flussrichtung des Wärmeträgermediums ändern, um das Wärmeträgermedium durch die Bodenfläche zu leiten. Die Erfindung ist auch durch die nachfolgenden nummerierten Ausführungsformen definiert.

Nachfolgend sind Systemausführungsformen genannt. Diese Ausführungsformen werden mit dem Buchstaben "S", gefolgt von einer Zahl, abgekürzt. Wann immer im Folgenden auf "Systemausführungen" Bezug genommen wird, sind diese Ausführungsformen gemeint.

51. Kühlsystem (100), wobei das Kühlsystem (100) aufweist: einen Kältekreislauf, der einen Verdampfer (101), einen Kompressor (102), eine Druckminderungsvorrichtung (107), einen Gaskühler (103) und ein Leitungssystem (104), das den Verdampfer (101), den Kompressor und den Gaskühler miteinander verbindet, aufweist, ein Kältemittel in dem Kältekreislauf, und eine zum Kältekreislauf zusätzliche Kühlvorrichtung zur Kühlung des Gaskühlers.

52. Kühlsystem nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei der Kältekreislauf mehrstufig ausgebildet ist.

53. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Druckminderungsvorrichtung (107) ein Expansionsventil ist.

54. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Kältekreislauf als eine Kaskade ausgeführt ist.

55. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Kältekreislauf zweistufig ausgebildet ist, und insbesondere ein Booster- System ist, wobei der Kältekreislauf einen weiteren Kompressor (105) aufweist und der Kompressor und der weitere Kompressor ausgebildet sind, das Kältemittel zweistufig zu verdichten.

56. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S5, wobei der Gaskühler dem Kompressor und dem weiteren Kompressor in Flussrichtung des Kältemittels nachgeschaltet angeordnet ist

57. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Gaskühler ein Verflüssiger ist.

58. Kühlsystem nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Kältemittel Kohlenstoffdioxid ist. S9. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Kältekreislauf ausgebildet ist, einen transkritischen Dampfkompressionszyklus auszuführen.

510. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Kühlsystem eine Kälteleistung im Bereich von 10 W bis 100 kW, vorzugsweise im Bereich von 500 W bis 10 kW aufweist.

511. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Kältekreislauf ausgebildet ist, einen subkritischen Dampfkompressionszyklus auszuführen.

512. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der

Gaskühler ein Wärmetauscher, insbesondere ein Radiator ist.

513. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der

Gaskühler ein Mikrokanal-Wärmetauscher oder Fin-and-Tube-Wärmetauscher ist.

514. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Gaskühler ausgebildet ist, das Kältemittel mittels einer Wärmeabgabe an die Umgebungsluft zu kühlen.

515. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Gaskühler ausgebildet ist, das Kältemittel auf eine Temperatur zu kühlen, welche in einem Bereich liegt, der nach oben durch die Umgebungstemperatur plus 3 K begrenzt ist.

516. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Gaskühler ausgebildet ist, das Kältemittel auf eine Temperatur unter 31 °C, bevorzugt unter 30,98 °C abzukühlen, weiter bevorzugt unter 30 °C abzukühlen.

517. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Gaskühler eine Gaskühlleitung (106) aufweist, welche zum Leiten des Kältemittels ausgebildet ist.

518. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Gaskühler eine Kühlfläche aufweist, welche an der Gaskühlleitung angeordnet ist, wobei das Kältemittel an der Kühlfläche entlang fließt, um der Kühlfläche Wärme zu entziehen. S19. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Gaskühler ein Mikrokanalgaskühler ist.

520. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Gaskühler ein Lamellen-Gaskühler ist.

521. Kühlsystem nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung ein Peltier-Element umfasst.

522. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung einen Luft-Luft-Wärmetauscher umfasst, welcher ausgebildet ist, Kaltluft zu erzeugen, welche den Gaskühler durchströmt, um von dem in dem Gaskühler fließenden Kältemittel Wärme aufzunehmen.

523. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung mit dem Kältekreislauf thermisch gekoppelt ist, um dem Kältemittel Wärme zu entziehen.

524. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung eine Wärmepumpe (201) umfasst.

525. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S24, wobei die Wärmepumpe mindestens einen thermoelektrischen Wandler (202) umfasst.

526. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S25, wobei die Wärmepumpe eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern umfasst.

527. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S25, wobei jeder der mindestens einen thermoelektrischen Wandler jeweils eine Kühlleistung von 1 W bis 1 kW, vorzugsweise von 1 W bis 100 W, weiter bevorzugt von 60 W aufweist.

528. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S25, wobei der jeder der mindestens einen thermoelektrischen Wandler ein Peltier-Element ist.

529. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S25, wobei der mindestens eine thermoelektrische Wandler beabstandet von dem Kältekreislauf oder an dem Kältekreislauf angeordnet ist. 530. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S25, wobei der mindestens eine thermoelektrische Wandler an dem Gaskühler, insbesondere an einem Eingang und/oder an einem Ausgang des Gaskühlers, angeordnet ist.

531. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S25, wobei der mindestens eine thermoelektrische Wandler an dem Leitungssystem angeordnet ist.

532. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S24, wobei die Wärmepumpe eine Kaltseite (203) und eine Warmseite (204) aufweist, und wobei die Wärmepumpe ausgebildet ist, Wärme von der Kaltseite zu der Warmseite zu transportieren.

533. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung ein Wärmeträgermedium umfasst.

534. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S24 und S33, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung eine Transportvorrichtung (205) aufweist, welche ausgebildet ist, den Kältekreislauf und die Wärmepumpe mittels des Wärmeträgermediums thermisch zu koppeln.

535. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S34, wobei die Transportvorrichtung eine Pumpe oder einen Ventilator umfasst.

536. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S34, wobei die Transportvorrichtung ausgebildet ist, einen Fluss des Wärmeträgermediums an den Kältekreislauf zu erzeugen.

537. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S34, wobei die Transportvorrichtung ausgebildet ist, einen Fluss des Wärmeträgermediums entlang einer Oberfläche des Gaskühlers und/oder durch den Gaskühler hindurch zu erzeugen.

538. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S34, wobei die Transportvorrichtung an einer der Wärmepumpe abgewandten Seite des Gaskühlers, an einer der Wärmepumpe zugewandten Seite des Gaskühlers, an der Kaltseite, an dem Gaskühler und/oder zwischen Wärmepumpe und Gaskühler angeordnet ist. 539. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S34, wobei die Transportvorrichtung ausgebildet ist, eine Flussrichtung, insbesondere eine Saugrichtung, in dem Wärmeträgermedium auszubilden, welche von der Wärmepumpe in Richtung des Gaskühlers gerichtet ist.

540. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S34, wobei die Transportvorrichtung ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium zumindest teilweise entlang der Kaltseite zu leiten.

541. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S34, wobei die Transportvorrichtung ausgebildet ist, einen Fluss des Wärmeträgermediums durch den Kühlkörper, durch eine Wärmeträgermediumkammer und/oder durch den Gaskühler entlang der Kühlfläche zu erzeugen.

542. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S32 und S33, wobei das Wärmeträgermedium ausgebildet ist, die Wärmepumpe, insbesondere die Kaltseite, und den Kältekreislauf thermisch zu koppeln.

543. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S24 und S42, wobei das Wärmeträgermedium ausgebildet ist, die Wärmepumpe und den Gaskühler thermisch zu koppeln.

544. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S33, wobei das Wärmeträgermedium nicht brennbar, ungiftig und/oder frei von halogenierten Kohlenwasserstoffen ist, und insbesondere Luft oder Wasser ist.

545. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S44, wobei das Wärmeträgermedium durch die Umgebungsatmosphäre gebildet ist.

546. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S24 und S33, wobei die Wärmepumpe ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium zu kühlen.

S47. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S33, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium, insbesondere mittels der Wärmepumpe, zu kühlen, vorzugsweise auf eine Temperatur unter 30 °C zu kühlen, weiter bevorzugt auf eine Temperatur unter 27°C zu kühlen.

548. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S33, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung ein sekundäres Wärmeträgermedium umfasst.

549. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S24 und S48, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung eine sekundäre Transportvorrichtung (26) umfasst, welche ausgebildet ist, einen Fluss in dem sekundären Wärmeträgermedium zu erzeugen, um die Wärmepumpe zu kühlen.

550. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S32 und S49, wobei die sekundäre Transportvorrichtung (206) an der Warmseite angeordnet ist.

551. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S49, wobei die sekundäre Transportvorrichtung eine Pumpe und/oder einen Ventilator umfasst.

552. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S48, wobei das sekundäre Wärmeträgermedium durch die Umgebungsatmosphäre gebildet ist.

553. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S49, wobei die sekundäre Transportvorrichtung ausgebildet ist, einen Fluss des sekundären Wärmeträgermediums an der Warmseite, insbesondere entlang einer Oberfläche der Warmseite, zu erzeugen.

554. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S48, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung eine Trennwand (207) aufweist, welche ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium und das sekundäre Wärmeträgermedium zu trennen.

555. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S54, wobei die Trennwand in einer Ebene mit der Wärmepumpe angeordnet ist.

556. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S54, wobei die Trennwand eine Aufnahme für die Wärmepumpe aufweist. 557. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S54, wobei die Trennwand an der Warmseite angeordnet ist.

558. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S54, wobei die Trennwand ausgebildet ist, den Fluss des Wärmeträgermediums derart zu lenken, dass das Wärmeträgermedium durch den Gaskühler fließt.

559. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S54, wobei die Trennwand gegenüber der Wärmepumpe thermisch isoliert ist.

560. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung eine Wärmeträgermediumkammer (208) umfasst.

561. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S60, wobei die Wärmeträgermediumkammer mit Wärmeträgermedium gefüllt ist.

562. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S60, wobei die Wärmeträgermediumkammer ausgebildet ist, einen Strom des Wärmeträgermediums auf die Kühlfläche des Gaskühlers zu verteilen (#gleichmäßige Anströmung).

563. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S33, S48 und S60, wobei die

Wärmeträgermediumkammer ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium von dem sekundärem Wärmeträgermedium fluidtechnisch und/oder thermisch zu isolieren.

564. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S54 und S60, wobei die Trennwand die Wärmeträgermediumkammer zumindest teilweise abschließt.

565. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung einen ersten Wärmetauscher (209-1) umfasst.

S66. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S65, wobei der erste Wärmetauscher ein Kühlkörper ist. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S65, wobei der erste Wärmetauscher stranggepresst und aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S65, wobei der erste Wärmetauscher durch einen Aluminiumkörper gebildet ist, welcher gefräst ist und/oder ein Druck-Guss- Aluminiumkörper ist. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S65, wobei der Gaskühler zumindest teilweise in dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S69, wobei der erste Wärmetauscher eine Ausnehmung aufweist, in welcher die Gaskühlleitung zumindest teilweise angeordnet ist. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S32 und S65, wobei die Kaltseite mit dem ersten Wärmetauscher verbunden, beispielsweise verklebt, verschweißt, verschraubt oder mittels einer adhäsiven Wärmeleitschicht verbunden ist, sodass eine Oberfläche des Wärmetauschers die Kaltseite bildet. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S54, S60 und S65, wobei eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern an derTrennwand angeordnet sind und/oder wobei der erste Wärmetauscher in der Wärmeträgermediumkammer angeordnet ist. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S26, S32 und S65, wobei der erste Wärmetauscher durch eine Mehrzahl von primären Kühlkörpern gebildet ist, und eine erste Gruppe von thermoelektrischen Wandlern der Mehrzahl von thermoelektrischen Wandler jeweils mit der Kaltseite an einem ersten Kühlkörper der Mehrzahl von primären Kühlkörpern angeordnet ist, um ein erstes Kühlmodul zu bilden, eine zweite Gruppe von thermoelektrischen Wandlern der Mehrzahl von thermoelektrischen Wandler an einem zweiten Kühlkörper der Mehrzahl von primären Kühlkörpern angeordnet ist, um ein zweites Kühlmodul zu bilden, und wobei das erste Kühlmodul und das zweite Kühlmodul in Flussrichtung des Wärmeträgermediums nacheinander und/oder aneinander angrenzend angeordnet sind.

574. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S73, wobei in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Kühlleistung eine vorbestimmte Anzahl von thermoelektrischen Wandlern je Kühlmodul und/oder eine vorbestimmte Anzahl von Kühlmodulen vorgesehen ist.

575. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S73, wobei die Kühlmodule an dem Gaskühler angeordnet sind, wobei zumindest eine offene Seite der Kühlkörper in Richtung des Gaskühlers ausgerichtet ist.

576. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S60 und S65, wobei die Wärmeträgermediumkammer durch Seitenwände des ersten Wärmetauschers begrenzt ist.

577. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S65, wobei der erste Wärmetauscher ausgebildet ist, die Oberfläche der Kaltseite zu vergrößern, um eine Kopplungsfläche zu dem Wärmeträgermedium zu vergrößern.

578. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S60 und S65, wobei der erste Wärmetauscher eine Einströmöffnung in die Wärmeträgermediumkammer, insbesondere die einzige Einströmöffnung in die Wärmeträgermediumkammer, bildet.

579. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S34 und S65, wobei die Transportvorrichtung an dem ersten Wärmetauscher, vorzugsweise an einer Seitenfläche des ersten Wärmetauschers, angeordnet ist.

580. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S65, wobei der erste Wärmetauscher eine Mehrzahl von Kühlrippen aufweist, welche in Flussrichtung des Wärmeträgermediums ausgerichtet sind.

581. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S34 und S80, wobei die Transportvorrichtung ausgebildet ist, einen Fluss des Wärmeträgermediums im Wesentlichen in Richtung der Kühlrippen zu erzeugen. S82. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung einen zweiten Wärmetauscher (209-2) aufweist.

583. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S82, wobei der zweite Wärmetauscher gemäß einer der Ausführungsformen S66, S67, S68 des ersten Wärmetauschers ausgebildet ist.

584. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S32 und S82, wobei die Warmseite mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist, insbesondere verklebt ist.

585. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S73 und S82, wobei der zweite Wärmetauscher durch eine Mehrzahl von sekundären Kühlkörpern gebildet ist und die erste Gruppe von thermoelektrischen Wandlern der Mehrzahl von thermoelektrischen Wandler mit der jeweiligen Warmseite an einem ersten Kühlkörper der Mehrzahl von sekundären Kühlkörpern angeordnet ist, und die zweite Gruppe von thermoelektrischen Wandlern der Mehrzahl von thermoelektrischen Wandler mit der jeweiligen Warmseite an einem zweiten Kühlkörper der Mehrzahl von sekundären Kühlkörpern angeordnet ist, und wobei die sekundären Kühlkörper in Flussrichtung des sekundären Wärmeträgermediums vertikal oder horizontal nacheinander und/oder aneinander angrenzend angeordnet sind.

586. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S32 und S82, wobei der zweite Wärmetauscher ausgebildet ist, die Oberfläche der Warmseite zu vergrößern, um die Kopplungsfläche zu dem sekundärem Wärmeträgermedium zu erhöhen.

587. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S49 und S82, wobei die sekundäre Transportvorrichtung an dem zweiten Wärmetauscher, insbesondere an einer Seitenfläche des zweiten Wärmetauschers, angeordnet ist.

588. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S85 und S87, wobei eine Mehrzahl von sekundären Kühlkörpern nacheinander angeordnet sind und einen Abwärmetunnel bilden.

589. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S88, wobei die sekundäre Transportvorrichtung an einem Tunnelausgang angeordnet ist, und wobei die sekundäre Transportvorrichtung ausgebildet ist, das sekundäre Wärmeträgermedium durch den Abwärmetunnel zu saugen.

590. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S88, wobei die sekundäre Transportvorrichtung an einem Tunneleingang angeordnet ist, und wobei die sekundäre Transportvorrichtung ausgebildet ist, das sekundäre Wärmeträgermedium durch den Abwärmetunnel zu blasen.

591. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S48 und S82, wobei der zweite Wärmetauscher eine Mehrzahl an Kühlrippen aufweist, welche in Flussrichtung des sekundären Wärmeträgermediums ausgerichtet sind.

592. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S48, S49 und S82, wobei die sekundäre Transportvorrichtung ausgebildet ist, einen Fluss des sekundären Wärmeträgermediums im Wesentlichen in Richtung der Kühlrippen zu erzeugen.

593. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S32, S48, S49 und S82, wobei die sekundäre Transportvorrichtung ausgebildet ist, einen Fluss des sekundären Wärmeträgermediums im Wesentlichen senkrecht zu einer Flächennormalen der Warmfläche zu erzeugen.

594. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S33 und S48, wobei die Flussrichtung des Wärmeträgermediums, insbesondere vor Eintritt in den Gaskühler, im Wesentlichen parallel zu der Flussrichtung des sekundären

Wärmeträgermediums ausgerichtet ist.

595. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S33 und S48, wobei das Wärmeträgermedium und das sekundäre Wärmeträgermedium durch Aufspaltung eines Umgebungsatmosphärenluftstroms gebildet sind.

596. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S25, wobei die zusätzliche Kühlvorrichtung ein Wärmetransfermedium umfasst, welches zwischen dem thermoelektrischen Wandler und dem Kältekreislauf, insbesondere zwischen dem thermoelektrischen Wandler und dem Gaskühler angeordnet ist. 597. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S96, wobei das Wärmetransfermedium ausgebildet ist, den thermischen Widerstand zwischen thermoelektrischem Wandler und Kältekreislauf zu reduzieren.

598. Kühlsystem nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Kühlsystem eine Steuereinrichtung (112) aufweist, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die zusätzliche Kühlvorrichtung so zu betreiben, dass das Kältemittel in dem Gaskühler in einem subkritischen Zustand ist.

599. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S2, S24, S33, S34, S49 und S98, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, zumindest einen der folgenden Systemparameter zu erfassen: eine Temperatur des Kältemittels vor, nach und/oder in dem Gaskühler; einen Druck des Kältemittels vor, nach und/oder in dem Gaskühler; eine Temperatur des Kältemittels zwischen dem Kompressor und dem Verdampfer; einen Druck des Kältemittels zwischen dem Kompressor und dem Verdampfer; eine Temperatur des Kältemittels zwischen dem Verdampfer und dem Expansionsventil; einen Druck des Kältemittels zwischen dem Verdampfer und dem Expansionsventil; eine Temperatur der Umgebungsatmosphäre; eine Temperatur des Wärmeträgermediums in Flussrichtung nach der Wä rmepumpe eine Leistungsaufnahme der Wärmepumpe; eine Leistungsaufnahme und/oder Fördermenge der Transportvorrichtung; eine Leistungsaufnahme und/oder Fördermenge der sekundären Transportvorrichtung.

5100. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S24 und S98, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, eine Leistungsaufnahme der Wärmepumpe zu steuern.

5101. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S99, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, eine Kühlleistung der Wärmepumpe, eine Kältemittelförderleistung der Transportvorrichtung und/oder eine Kältemittelförderleistung der sekundären Transportvorrichtung in Abhängigkeit von zumindest einem der Systemparameter zu steuern.

5102. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S98, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, eine Leistung des Kompressors, insbesondere durch Anpassen einer Kompressordrehzahl, zu regeln.

5103. Kühlsystem nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform S2 und S98, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, das Expansionsventil zu steuern.

Nachfolgend sind Laborgerätausführungsformen genannt. Diese Ausführungsformen werden mit dem Buchstaben "L", gefolgt von einer Zahl, abgekürzt. Wann immer im Folgenden auf "Laborgerätausführungsformen" Bezug genommen wird, sind diese Ausführungsformen gemeint.

LI. Laborgerät (300) mit einem Kühlsystem nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen.

L2. Laborgerät nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das Laborgerät eine Zentrifuge ist.

L3. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen, wobei das Laborgerät ein Tischgerät oder ein Standgerät ist.

L4. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen, wobei das Laborgerät ein Gehäuse umfasst.

L5. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S54 und L4, wobei die Trennwand einen Teil des Gehäuses bildet.

L6. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S54 und L4, wobei das Gehäuse eine Rückwand (303) aufweist und die Trennwand zumindest teilweise die Rückwand bildet. L7. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S82 und L6, wobei der zweite Wärmetauscher an der Rückwand angeordnet ist.

L8. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S34 und L4, wobei die Transportvorrichtung ausgebildet ist, einen Fluss des Wärmeträgermediums durch das Gehäuse zu erzeugen.

L9. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform L8, wobei die Transportvorrichtung ausgebildet ist, einen Fluss des Wärmeträgermediums von einer Geräterückseite in Richtung einer Gerätevorderseite zu erzeugen und/oder wobei die Transportvorrichtung ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium durch den Gaskühler zu leiten.

L10. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform L5, wobei das Gehäuse eine Bodenfläche (302) aufweist.

Lil. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform L10, wobei die Trennwand zumindest teilweise die Bodenfläche bildet.

L12. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform L10 und S54, wobei die Trennwand mit der Bodenfläche verbunden, insbesondere verschraubt ist.

L13. Laborgerät nach einer der vorhergehenden Laborgerätausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform L10, umfassend einen Absaugventilator, welcher an der Bodenfläche angeordnet und ausgebildet ist, das Wärmeträgermedium aus dem Gehäuse, zu transportieren.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen. Diese Ausführungsformen stellen die vorliegende Erfindung beispielhaft dar und schränken diese nicht ein.

Fig. 1 zeigt ein Enthalpie-Druck-Diagramm für einen transkritischen Zyklus einer Ausführungsform des Kühlsystems; Fig. 2 zeigt ein Enthalpie-Druck-Diagramm für einen subkritischen Zyklus einer Ausführungsform des Kühlsystems;

Fig. 3 zeigt ein Enthalpie-Druck-Diagramm eines Vergleichs eines transkritischen Zyklus des Kühlsystems gemäß einer ersten Ausführungsform mit einem subkritischen Zyklus des Kühlsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Kühlsystems und Teile einer Einhausung dessen in einem Laborgerät gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Aufsicht eines Kühlsystems und Teile einer

Einhausung dessen in einem Laborgerät gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt der zusätzlichen Kühlvorrichtung gemäß einer

Ausführungsform;

Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht des Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 9 zeigt eine perspektivische Seitenansicht des Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 10A zeigt eine schematische Draufsicht der zusätzlichen Kühlvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 10B zeigt eine schematische Querschnittsansicht der zusätzlichen Kühlvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 10C zeigt eine schematische Querschnittsansicht der zusätzlichen Kühlvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 11 zeigt ein schematisches Diagramm eines mehrstufigen Kältekreislaufs des Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 12 zeigt ein schematisches Diagramm des Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 13 zeigt ein Leistungsdiagramm eines thermoelektrischen Wandlers gemäß einer Ausführungsform. Detaillierte Beschreibung der Figuren

Es wird darauf hingewiesen, dass nicht alle Zeichnungen alle Bezugszeichen tragen. Stattdessen sind in einigen der Zeichnungen einige der Bezugszeichen der Kürze und Einfachheit der Darstellung halber weggelassen worden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglicht die effiziente Verwendung eines Kältemittels in einem Laborgerät 300. Insbesondere kann ein Kältemittel mit einer kritischen Temperatur unterhalb einer zulässigen Umgebungs-, respektive Betriebstemperatur eines Laborgeräts 300 in einem subkritischen Bereich verwendet werden. Dies kann durch aktive Kühlung eines Gaskühlers 103 erreicht werden, um das Kältemittel unabhängig von den Umgebungsbedingungen unterhalb des kritischen Punktes zu halten.

Vorzugweise ist das Laborgerät 300 eine Zentrifuge, welche insbesondere mittels eines kompressorgestützten Kältekreislaufs gekühlt werden kann. Als Kältemittel kann Kohlenstoffdioxid (CO2, R744) verwendet werden. Ausführungsformen der Erfindung sind insbesondere auf ein Kühlsystem 100 gerichtet, das beispielsweise Teil des Laborgerätes sein kann. Das Kühlsystem 100 weist einen Kältekreislauf auf - siehe hierzu zum Beispiel dies Figuren 4 und 12. Der Kältekreislauf kann einen Verdampfer 101, einen Kompressor 102 und einen Gaskühler 103 umfassen, wobei diese Komponenten mittels eines Leitungssystems 104 verbunden sind - siehe hierzu zum Beispiel die Figur 4. Der Gaskühler 103 kann ein Gas-Gas-Wärmetauscher sein, wobei das Kältemittel in den Gaskühler 103 fließt und Wärme an ein Wärmeträgermedium abgibt, welches den Gaskühler 103 durchfließt. Hierbei kann das Wärmeträgermedium durch einen Luftstrom aus der Umgebungsluft gebildet werden, welches eine Lamellenanordnung des Gaskühlers 103 durchfließt.

Der Fluss des Wärmeträgermediums kann insbesondere durch eine Transportvorrichtung 205, beispielsweise einen Ventilator, gesteuert werden. Das Wärmeträgermedium wird mittels der Transportvorrichtung 205 durch den Gaskühler

103 gesogen. Hierbei ist die Flussrichtung insbesondere in das Innere eines Gehäuses des Laborgeräts 300 gerichtet. Dadurch können die übrigen Komponenten 101, 102,

104 des Kältekreislaufs zumindest teilweise auch von dem Wärmeträgermedium umflossen werden. Der Gaskühler 103 kann an einer Seite und/oder an einer Bodenplatte des Gehäuses angeordnet sein. Ferner kann eine Außenseite 109 des Gaskühlers 103 einen Innenraum 301 des Laborgeräts 300 begrenzen. Die Transportvorrichtung 205 kann an einer der Außenseite 109 gegenüberliegenden Innenseite 110 angeordnet sein.

Die Kühlleistung des Gaskühlers 103 kann von der Temperatur des Wärmeträgermediums abhängig sein. Beispielsweise kann der Gaskühler 103 ausgebildet sein, ein AT zwischen der Temperatur Ti des Kältemittels und der Temperatur T2 des Wärmeträgermediums von X K zu erreichen. Typischerweise kann ein Gaskühler 103 ein AT in dem Bereich von 1 K bis 5 K erreichen. Entsprechend kann Ti stets größer sein als T2. Mit steigender Umgebungstemperatur kann das Kältemittel auch mit Kühlung durch den Gaskühler 103 den kritischen Punkt erreichen/überschreiten. Beispielsweise kann das Laborgerät 300 für eine Umgebungstemperatur von vorzugsweise bis zu 40°C ausgelegt sein. Hierbei kann mit Kühlung durch die Umgebungsluft der kritische Punkt von CO2 als Kältemittel überschritten werden.

Der Kältekreislauf arbeitet dann in einem zumindest zeitweise transkritischen Bereich. Ein beispielhaftes Enthalpie-Druck-Diagramm für einen transkritischen Zyklus 113 ist in Fig. 1 gezeigt. Hierbei kann als optimaler Druck für das Kältemittel ein Druck in dem Bereich von 80 bis 120 bar, vorzugsweise in dem Bereich von 95 bis 105 bar, weiter bevorzugt von 98,6 bar, eingestellt werden. Dieser Druck wird insbesondere in dem Gaskühler 103 erreicht. Die in Fig. 1 dargestellte Linie repräsentiert einen beispielhaften Parameterverlauf für einen transkritischen Zyklus 113. An einem Ausgang des Gaskühlers 103 kann beispielsweise eine Temperatur von 40°C erreicht werden. In dem Gaskühler 103 kann die Wärmemenge q _C ondenser an das Wärmeträgermedium abgegeben werden. Die genannten Drücke können für einen Betriebspunkt von 40 °C erreicht bzw. eingestellt werden. Ein Betriebspunkt von 40 °C kann einer Umgebungstemperatur von 40 °C entsprechen. Der optimale Hochdruck kann für andere Betriebspunkte abweichen.

Der transkritischen Dampfkompressionszyklus für Kohlendioxid umfasst ein Verdichten des Dampfes durch den Kompressor, sodass ein Druck, eine Temperatur und eine Enthalpie erhöht werden (rechter Bereich des Vierecks in Fig. 1). Durch Aufnahme von Wärme kann das Kältemittel in den transkritischen Bereich übergehen. Anschließend tritt das Kältemittel in den Gaskühler ein. Dieser kann vorteilhafterweise wassergekühlt oder luftgekühlt sein und die Wärme des Kältemittels an das Wärmeträgermedium übertragen, um das Kältemittel bei konstantem Druck abzukühlen (oberer Bereich des Vierecks). Das gekühlte Kältemittel verlässt den Gaskühler und durchläuft dann einen Expansionsprozess bei im Wesentlichen konstanter Enthalpie durch ein Expansionsventil, um einen Flüssigkeits-Dampf-Bereich zu erreichen (linker Bereich des Vierecks). Das Kältemittel kann in einem Verdampfer verdampft werden, wobei es Wärme aus einem zu kühlenden Volumen, beispielsweise einem Rotorgefäß einer Zentrifuge, aufnimmt (unterer Bereich des Vierecks). Anschließend tritt das Kältemittel wieder in den Kompressor ein und den Kreislauf wiederholt sich.

Mit CO2 als Kältemittel kann der Wärmeübergang ohne Phasenübergang ausschließlich im transkritischen Zustand stattfinden. Entsprechend kann ein Wärmeaustausch in dem Gaskühler 103 von dem gasförmigen Kältemittel zu dem gasförmigen Wärmeträgermedium realisiert werden.

Durch Kühlen des Wärmeträgermediums kann eine Kältekapazität am Gaskühler 103 erhöht werden. Insbesondere können mindestens ein thermoelektrischer Wandler 202 genutzt werden, um das Wärmeträgermedium zu kühlen (siehe zum Beispiel Figuren 4 und 12). Der mindestens eine thermoelektrische Wandler 202 kann beispielsweise als Peltier-Element ausgestaltet sein. Auf diese Weise kann die Wärmeabfuhr am Gaskühler 103 erhöht werden, wie auch die Wärmeabfuhr am Verdampfer 101. Durch Senken der Temperatur des Wärmeträgermediums kann auch die Temperatur des Kältemittels gesenkt werden, sodass das Kältemittel unterhalb eines kritischen Punktes bleibt. Insbesondere kann bei der Verwendung von CO2 eine Überschreitung der Grenztemperatur von 31°C, bzw. 30,98 °C, unterbunden werden. Fig. 2 zeigt einen entsprechenden subkritischen Zyklus 114 des Kältekreislaufs. Hierbei kann durch ein aktives Abkühlen des Wärmeträgermediums sowohl der Wärmeübertrag von dem Kältemittel zu dem Wärmeträgermedium in Form von q _CO ndenser erhöht werden, als auch die in dem Laborgerät 300 aufnehmbare Wärmemenge in Form von q _ev a _P orator erhöht werden. Die Wärmemenge q _ev a _P orator entspricht insbesondere der Wärmemenge, welche an dem Verdampfer 101 von dem Kältemittel aufgenommen wird. Der Verdampfer 101 kann an dem zu kühlenden Bauteil, also insbesondere an dem Rotor einer Zentrifuge, angeordnet sein. Die Erhöhung der jeweiligen Wärmemenge ist als qincrease gekennzeichnet und als dicker ausgebildete Linie dargestellt. Demnach ist die energetische Differenz am Verdampfer 101 gleich der energetischen Differenz am Gaskühler 103, respektive am Verflüssiger.

Ein beispielhaft kalkulierter energetischen Vorteil eines subkritischen Zyklus 114 im Vergleich zu einem transkritischen Zyklus 113 ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist ein Kälteleistungsgewinn 119-1, 119-2 markiert, welcher einer gesteigerten Kälteleistung entspricht. Ferner ist ein Antriebsleistungsgewinn 120 gekennzeichnet, welcher einer reduzierten Kompressorantriebsleistung entspricht. Es kann beispielsweise ein energetischer Vorteil in dem Bereich von 1 % bis 20 %, bevorzugt in dem Bereich von 5 % bis 10 % werden.

Die Energieersparnis kann durch einen sinkenden Polytropenexponent bei dem Übergang von einem transkritischen Prozess zu einem subkritischen Prozess beschrieben werden. Eine Verdichtungsgerade kann steiler werden und sich der Isentropen annähern. Dies kann durch einen verbesserten Liefergrad und ein geringeres Druckverhältnis bedingt sein.

Die Bereiche 119-1, 119-2 kennzeichnen eine gesteigerte Kälteleistung, welche durch die Abkühlung mittels des thermoelektrischen Wandlers erreicht werden kann. Ferner kennzeichnet der Bereich 120 eine verringerte Antriebsleistung des Kompressors 102.

Üblicherweise kann der Gaskühler 103 (siehe wieder zum Beispiel Fig. 4) ausgebildet sein, das Kältemittel auf Umgebungstemperatur plus 3K zu kühlen. Hierbei kann die Umgebungsluft das Wärmeträgermedium für den Gaskühler 103 sein. In Hochtemperatur-Umgebungen, insbesondere bei Umgebungstemperaturen bis 40°C, kann es vorteilhaft sein, das CO2 im Gaskühler 103 auf unter 31°C zu kühlen. Mit einer erreichbaren Temperaturdifferenz von 3K kann eine Temperatur des Kältemittels, insbesondere an einem Ausgang des Gaskühlers 103, 27°C betragen. Ein optimaler Arbeitsdruck kann beispielsweise in dem Bereich von 60 bis 80 bar, vorzugsweise in dem Bereich von 65 bis 75 bar, weiterbevorzugt bei 69,5 bar liegen.

Die Verbindung der Gaskühlerausgangstemperatur und der Kritizität des Prozesses ergibt sich durch den optimalen Hochdruck. Der optimale Hochdruck beträgt üblicherweise p _HoP t = |2,44 * tGaus[°C] + 1 |*(bar), wobei tGaus die

Gaskühleraustrittstemperatur bezeichnet. Entsprechend kann der optimale Hochdruck maßgeblich durch die Gaskühleraustrittstemperatur bestimmt sein. Mit der Verwendung von CO2 ergibt sich eine vorteilhafte Gaskühleraustrittstemperatur von unter 30°C, sodass sich der optimale Hochdruck unterkritisch einstellen kann.

Mit dem Herabkühlen des Wärmeträgermediums kann ein Leistungsnachteil eines transkritischen, einstufigen CO2 - Kältekreislaufs reduziert sein. Die erhöhte Drucklage im transkritischen Betrieb kann aus der erhöhten Gaskühleraustrittstemperatur resultieren. Entsprechend kann mit Kühlen des Wärmeträgermediums die Gaskühleraustrittstemperatur gesenkt werden, sodass sich auch der optimale Hochdruck reduzieren kann. In dem gezeigten Beispiel kann der optimale Hochdruck von 98,8 bar auf 69,5 bar reduziert werden.

Entsprechend kann mit dem Abkühlen des Wärmeträgermediums ein transkritischer Zyklus 113 zu einem subkritischen Zyklus 114 des Kältekreislaufs verändert werden. Damit können beispielsweise ein besserer Wärmeübergang und eine geringe Antriebsleistung des Kompressors 102 realisiert werden.

Die Antriebsleistung kann insbesondere von dem Druck des Kältemittels abhängig sein. Durch Senken des optimalen Drucks kann entsprechend auch die Antriebsleistung und damit der Leistungsverbrauch reduziert sein. Mit der Druckreduzierung durch Unterbinden eines Übergangs des Kältemittels in einen kritischen Bereich können die Komponenten des Kältekreislaufs einfacher ausgebildet sein, da eine Spezifizierung für geringe Maximaldrücke ausreichend sein kann. Mit einer Reduzierung der Antriebsleistung können vorteilhafterweise auch leistungsschwächere Kompressoren und/oder Kompressorantriebsmodule verwendet werden. Vorteilhafterweise kann eine Reduzierung der Antriebsleistung im Vergleich zu transkritischen Zyklen in dem Bereich von 10 % bis 50 %, bevorzugt in dem Bereich von 35 % bis 45 %.

Der Gaskühler 103 kann das primäre Mittel zur Abkühlung des CO2 sein, und thermoelektrischen Wandler 202 können eingesetzt werden, um stets den Gaskühler 103 zu kühlen. Gekühlte Luft kann mittels eines Ventilators 205 dem Gaskühler 103 zugeführt werden und Abwärme der thermoelektrischen Wandler 202 kann mittels eines weiteren Ventilators 206 abgeführt werden. Vorteilhafterweise ist der Luftstrom an der Kaltseite 203 getrennt von dem Luftstrom an der Warmseite 204. Fig. 4 zeigt einen schematischen Aufbau des Kältekreislaufs. Eine Kompressionsleistung, respektive eine Verdichtungsarbeit, des Kompressors 102 kann durch eine Drehzahländerung eines Kompressormotors 118 angepasst werden (siehe hierzu Fig. 12). Insbesondere kann die Kompressorleistung in Abhängigkeit von Druck und Temperatur gesteuert werden. In dem Kältekreislauf kann ein Expansionsventil 107 vorgesehen sein, welches den Hochdruck in dem Kältekreislauf regeln kann. Mittels des Expansionsventils 107 kann das Kältemittel expandiert werden und so von einem Hochdruck auf einen geringeren Druck entspannt werden. Der Kältekreislauf kann ferner einen Flüssigkeitsabscheider 121 umfassen, welcher ausgebildet ist, zwischen dem Verdampfer 101 und dem Kompressor 102 eine Flüssigphase des Kältemittels von einer Gasphase des Kältemittels abzuscheiden. Entsprechend kann an dem Kompressor 102 das Kältemittel in einer reinen Gasphase vorliegen, um Flüssigkeitsschläge an dem Kompressor 102 zu unterbinden.

Der Kältekreislauf kann zudem mehrstufig ausgebildet sein (siehe Fig. 11). Dazu kann neben dem Kompressor 102 ein weiterer Kompressor 105 vorgesehen sein, und die Kompressoren 102 und 105 können zueinander in Reihe geschaltet sein, also seriell angeordnet sein. Der Kompressor 102 kann das Kältemittel von einem Niederdruck 115 auf einen Mitteldruck 116 verdichten und der weitere Kompressor 105 kann das Kältemittel von dem Mitteldruck 116 zu einem Hochdruck 117 verdichten. Entsprechend kann der weitere Kompressor 105 dem Kompressor 102 in Flussrichtung des Kältemittels nachgeschaltet angeordnet sein. Die Kompressoren 102, 105 können in einer Booster-Kompressor-Verschaltung angeordnet sein. Das Laborgerät 300 kann eine Zentrifuge sein, wobei der Verdampfer 101 umlaufend an einem Rotorkessel angeordnet sein kann, um in der Zentrifuge angeordnete Proben zu kühlen.

Vorzugsweise verfügt das Kühlsystem 100 über eine Steuereinrichtung 112 (siehe Fig. 12), welche ausgebildet ist, den Druck und die Temperatur des Kältemittels an den jeweiligen Komponenten des Kältekreislaufs 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 zu erfassen. Hierzu können an den jeweiligen Abschnitten des Leitungssystems 104 entsprechende Sensoren (jeweils gekennzeichnet durch T,p) vorgesehen sein. Ferner kann die Steuereinrichtung 112 eine Motorleistung erfassen, um den Kompressor gemäß den erfassten Druck- und/oder Temperaturdaten zu steuern. Die Steuereinrichtung 112 kann mittels entsprechender Steuerleitungen mit den Sensoren verbunden sein.

Ferner kann eine Leistung der thermoelektrischen Wandler 202 gesteuert werden, um eine Temperatur des Wärmeträgermediums zu regeln. Vorteilhafterweise kann auch eine Förderleistung der Transportvorrichtung 205, 206 angepasst werden, um den Fluss der jeweiligen Wärmeträgermedien zu steuern.

Die Leistung der thermoelektrischen Wandler 202 kann anhand einer typen-spezifischen Kennlinie der thermoelektrischen Wandler (siehe Fig. 13) gesteuert werden. Insbesondere kann die Steuereinrichtung auf Basis des verwendeten thermoelektrischen Wandlertyps, der verwendeten Kühlkörper und insbesondere auch auf Basis der Umgebungstemperatur eine Leistung der thermoelektrischen Wandler anpassen, um eine optimale Temperatur des Kältemittels in dem Gaskühler 103, insbesondere am Ausgang des Gaskühlers 103 einzustellen.

Beispielsweise kann eine Gruppe von thermoelektrischen Wandlern 202 in einer Reihe mit einem Kühlkörper gekoppelt werden. Vorzugsweise können 5-10 identische thermoelektrische Wandler mit einem Kühlkörper an den jeweiligen Kaltseiten gekoppelt werden. Hierbei kann jeder der thermoelektrischen Wandler eine Kälteleistung von 60 W bei einer Temperatur von 25°C erreichen. Um das Wärmeträgermedium zu kühlen, kann eine Kälteleistung in dem Bereich von 500 W bis 1000 W gefordert sein. Die Kälteleistung kann über die Anzahl der verwendeten thermoelektrischen Wandler skaliert werden. Eine einreihige Kopplung von thermoelektrischen Wandlern an einen Kühlkörper kann eine Minimalkonfiguration bezüglich einer Kühlleistung der zusätzlichen Kühlvorrichtung sein (siehe Fig. 7). Eine Maximalkonfiguration hinsichtlich der Kühlleistung kann mittels einer Konfiguration, gemäß der in Fig. 5, 6, 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen erreicht werden. In dieser Ausführungsform kann die Wärmeübertragungsfläche der Kühlkörper maximiert sein. Insbesondere kann eine Fläche, welche durch eine Geräteseite bestimmt ist, maximal mit Kühlkörpern besetzt sein. Die maximale Kühlleistung kann entsprechend flexibel zwischen der Minimalkonfiguration und der Maximalkonfiguration eingestellt werden. Eine optimale Konfiguration kann in Abhängigkeit von einer notwendigen Kühlleistung und einer maximalen Betriebstemperatur bestimmt werden. Ferner kann die optimale Ausführungsform durch weitere Faktoren wie Kosten, Leistung und konstruktive Beschränkungen bestimmt sein. In Fig. 6, Fig. 8 und Fig. 9 sind ferner eine Flussrichtung des Wärmeträgermediums durch den ersten Wärmetauscher 209-1, respektive entlang der Kühlkörper, und durch den Gaskühler 103 und eine Flussrichtung eines sekundären Wärmeträgermediums durch den zweiten Wärmetauscher 209-2 mit Pfeilen gekennzeichnet.

Die zusätzliche Kühlvorrichtung 108 kann an dem Leitungssystem 104 des Kältekreislaufs, respektive an einer Gaskühlleitung 106 des Gaskühlers 103 angeordnet sein (siehe Fig. 10A, Fig. 10B, Fig. 10C). Fig. 10B zeigt einen Querschnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 10A entlang der Achse A-A'. Insbesondere kann der erste Wärmetauscher 209-1 ein Kontaktwärmetauscher sein, welcher Ausnehmungen zur Aufnahme einer Leitung 104 des Kältekreislaufs aufweist. Um eine Kontaktfläche zwischen dem ersten Wärmetauscher 209-1 und der Leitung 104 zu erhöhen, kann die Leitung 104 in Schleifen an dem ersten Wärmetauscher 209-1 angeordnet sein. Der Wärmetauscher 209-1 kann aus zwei Formteilen 210-1, 210-2 gebildet sein, welche zueinander ausgerichtete Ausnehmungen zur Aufnahme der Leitung 104 aufweisen. Die Ausnehmungen können an den Radius und die Form der Leitung 104 angepasst sein, insbesondere um eine Flächendeckung der Ausnehmung mit einer Außenfläche der Leitung 104 zu maximieren. Die gezeichneten Ovale bilden eine Formtoleranz ab. Die Formteile 210-1, 210-2 können mittels einer stoffschlüssigen Verbindung 211 verbunden sein. Beispielsweise können die Formeilte 210-1, 210-2 verlötet, verschweißt, verpresst und/oder verklebt sein. Ferner können die Formteile 210-1, 210- 2 miteinander verschraubt sein. An dem zweiten Formteil 210-2 kann eine Wärmepumpe 201 angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Kaltseite eines thermoelektrischen Wandlers 202 an dem Formteil 210-1 angeordnet sein. Die jeweiligen Ausnehmungen in den Formteilen 210-1, 210-2 kann eine in der jeweiligen Ausnehmung angeordnete Leitung 104 vollumfänglich oder teilweise umschließen. Die Kontaktfläche zwischen den Formteilen 210-1, 2102- und der Leitung 104 kann einer Mantelfläche der Leitung 104 entsprechen.

Die Kühlkörper können einen Wärmewiderstand Rth in einem Bereich von 0,055 K/W bis 40 K/W, vorzugsweise 0,08 K/W oder 0,19 K/W. Der Wärmewiderstand Rth kann von einer Länge der Kühlkörper abhängen. Für 100 mm Länge in der senkrechten Richtung kann der Kühlkörper einen Rth von 0,19 K/W aufweisen. Für eine verbaute Länge von 400 mm, kann der Rth bei 0,08 K/W liegen. In einer Ausführungsform kann eine Leistung in dem Bereich von 500 W bis 1000 W übertragen werden. Entsprechend kann für die kürzeste Länge des Kühlkörpers von 100 mm die Temperaturdifferenz 95 K betragen. Ein thermoelektrischer Wandler, welcher einer in Fig. 13 gezeigten Leistungscharakteristik entspricht, kann die Temperaturdifferenz nicht erreichen: Die Markierung 401 kennzeichnet einen Punkt mit 25 K Temperaturdifferenz bei 60 Watt Wärmeabgabe je thermoelektrischen Wandler, respektive Peltier-Element. Mit einem Rth von 0,05 können beispielsweise 500 Watt übertragen werden, mit einem Rth von 0,19 K/W können bei einer Temperaturdifferenz von 25 K 130 Watt übertragen werden. In Abhängigkeit von den konstruktiven Gegebenheiten kann dieses Prinzip weiter zu größeren Leistungen hin skaliert werden. Da die Effizienz (der COP) des Gesamtsystems durch den zusätzlichen energetischen Input verringert wird, ist die Anwendungsgrenze für ein System ein COP von 1. Wobei der COP das Verhältnis von Kälteleistung zu elektrischer Leistung angibt.

In einer Ausführungsform kann eine zweite Reihe Kühlkörper und entsprechend eine zweite Reihe Peltier-Elemente vorgesehen sein. Damit kann erreicht werden, dass eine geforderte Leistung je Peltier-Element auf 30 W sinken kann und die mögliche Temperaturdifferenz kann auf 45 K steigen (siehe Markierung 402, Fig. 13). Der Kühlkörper kann einen Rth von 0,09 aufweisen. Ferner kann der Kühlkörper eine Breite von 750 mm und eine Höhe von 200 mm aufweisen. Tc - Th beschreibt ein Temperatur Delta, welches einer Differenz der Temperatur an der Oberfläche des Peltier-Elements zu einer Temperatur der Umgebungsluft wiedergibt. Qv kann die abzuführende Wärme und Rth der Wärmewiderstand am Kühlkörper sein. Entsprechend kann sich der Wärmewiderstand ergeben zu Rth = AT/Qv.

Gemäß dieser Ausführungsform können Peltier-Elemente verwendet werden, welche zumindest 30 Watt bei einer Temperaturdifferenz von 45 K erbringen. Andere Kombinationen von Kühlkörpern und Peltier-Elementen sind möglich, wenn eine entsprechende Kühlleistung erbracht werden kann.

Wenn in diesem Dokument ein relativer Begriff wie "etwa", "im Wesentlichen" oder "ungefähr" verwendet wird, soll dieser Begriff auch den genauen Begriff einschließen. Das heißt, z. B. "im Wesentlichen gerade" sollte so ausgelegt werden, dass er auch "(genau) gerade" einschließt.

Wann immer in diesem Dokument Schritte genannt werden, ist zu beachten, dass die Reihenfolge, in der die Schritte in diesem Text genannt werden, zufällig sein kann. Das heißt, dass die Reihenfolge, in der die Schritte genannt werden, zufällig sein kann, es sei denn, es wird etwas anderes angegeben oder es ist für den Fachmann klar. Das heißt, wenn im vorliegenden Dokument z. B. angegeben wird, dass ein Verfahren die Schritte (A) und (B) umfasst, bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass Schritt (A) vor Schritt (B) erfolgt, sondern es ist auch möglich, dass Schritt (A) (zumindest teilweise) gleichzeitig mit Schritt (B) durchgeführt wird oder dass Schritt (B) vor Schritt (A) erfolgt. Wenn außerdem gesagt wird, dass ein Schritt (X) einem anderen Schritt (Z) vorausgeht, bedeutet dies nicht, dass es keinen Schritt zwischen den Schritten (X) und (Z) gibt. Das heißt, Schritt (X) vor Schritt (Z) umfasst die Situation, dass Schritt (X) direkt vor Schritt (Z) ausgeführt wird, aber auch die Situation, dass (X) vor einem oder mehreren Schritten (Yl), ..., gefolgt von Schritt (Z), ausgeführt wird. Entsprechende Überlegungen gelten, wenn Begriffe wie "nach" oder "vor" verwendet werden. Während im Vorstehenden eine bevorzugte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass diese Ausführungsform nur zur Veranschaulichung bereitgestellt wurde und keinesfalls so ausgelegt werden sollte, dass sie den Bereich der vorliegenden Erfindung, der durch die Ansprüche definiert ist, einschränkt.