特許 6684025 自動分析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6684025

(24)【登録日】2020年3月31日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】自動分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/00 20060101AFI20200413BHJP

【ＦＩ】

   G01N35/00 B

【請求項の数】11

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-139033(P2016-139033)

(22)【出願日】2016年7月14日

(65)【公開番号】特開2018-9884(P2018-9884A)

(43)【公開日】2018年1月18日

【審査請求日】2019年1月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡部 道治

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 重幸

(72)【発明者】

【氏名】大草 武徳

(72)【発明者】

【氏名】磯島 宣之

【審査官】 長谷 潮

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−１５０７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２７６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２３５０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−１１６７６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−１３２７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０４３４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０８３１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３９２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−０７８５５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−３１３５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８３９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９１１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２９６２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第８８／００２１２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−００２２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７４２３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３５／００−３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検体を保持する反応容器保持部を温調する第一の温調装置と、
試薬を保冷する試薬保冷庫を温調するための温調装置であって、その一部に放熱装置を含む第二の温調装置と、
一部が外部に開放されると共に、内部に前記放熱装置が配置される風路として構成された第一の空間と、
前記第一の空間内で前記放熱装置から発生した熱を装置の外部へ排出する排熱風路と、
前記第一の空間内で前記放熱装置から発生した熱を、第一の熱媒体を介して前記反応容器保持部が収容される伝熱空間として構成された第二の空間へ伝熱する輸送流路と、
前記第一の熱媒体の温度を検知する第一の温度検知手段と、
前記第一の熱媒体の流量を制御することで、前記第一の空間内から前記輸送流路に伝熱される熱量を制御する制御装置と、
前記試薬保冷庫を温調する第二の熱媒体を、当該試薬保冷庫と前記第二の温調装置の間で循環させる冷却水ループと、
前記試薬保冷庫を通過した前記第二の熱媒体を流通させる前記冷却水ループから分岐して形成され、前記反応容器保持部に通じる第２輸送流路と、
前記第２輸送流路内を流通する前記第二の熱媒体の流量を制御する第二流量制御手段と、
前記第２輸送流路内における前記第二の熱媒体の温度を検知する第二温度検知手段と、を備えた自動分析装置。

【請求項2】

請求項１に記載の自動分析装置において、
前記第二温度検知手段の温度制御を前記第一の温度検知手段の温度制御に優先して行うことを特徴とする、自動分析装置。

【請求項3】

請求項１に記載の自動分析装置において、
前記第一の熱媒体と前記第二の熱媒体の温度を平均化する温度混合部を設け、
前記輸送流路の前記温度混合部の下流側に前記第一の温度検知手段を設けたことを特徴とする、自動分析装置。

【請求項4】

検体を保持する反応容器保持部を温調する第一の温調装置と、
試薬を保冷する試薬保冷庫を温調するための温調装置であって、その一部に放熱装置を含む第二の温調装置と、
一部が外部に開放されると共に、内部に前記放熱装置が配置される風路として構成された第一の空間と、
前記第一の空間内で前記放熱装置から発生した熱を装置の外部へ排出する排熱風路と、
前記第一の空間内で前記放熱装置から発生した熱を、第一の熱媒体を介して前記反応容器保持部が収容される伝熱空間として構成された第二の空間へ伝熱する輸送流路と、
前記第一の熱媒体の温度を検知する第一の温度検知手段と、
前記第一の熱媒体の流量を制御することで、前記第一の空間内から前記輸送流路に伝熱される熱量を制御する制御装置と、を備え、
前記第一の熱媒体を空気とし、
装置の外部空間と前記輸送流路の途中を接続するバイパス風路と、
前記バイパス風路の風量を調整するバイパス風路用ファンを設け、
前記第一の温度検知手段を前記輸送流路と前記バイパス風路の合流部の下流側に設け、
前記制御装置は、前記第一の温度検知手段の温度が目標値になるように、前記バイパス風路用ファンを制御することを特徴とする、自動分析装置。

【請求項5】

検体を保持する反応容器保持部を温調する第一の温調装置と、
試薬を保冷する試薬保冷庫を温調するための温調装置であって、その一部に放熱装置を含む第二の温調装置と、
一部が外部に開放されると共に、内部に前記放熱装置が配置される風路として構成された第一の空間と、
前記第一の空間内で前記放熱装置から発生した熱を装置の外部へ排出する排熱風路と、
前記第一の空間内で前記放熱装置から発生した熱を、第一の熱媒体を介して前記反応容器保持部が収容される伝熱空間として構成された第二の空間へ伝熱する輸送流路と、
前記第一の熱媒体の温度を検知する第一の温度検知手段と、
前記第一の熱媒体の流量を制御することで、前記第一の空間内から前記輸送流路に伝熱される熱量を制御する制御装置と、を備え、
前記第二の空間、前記輸送流路および前記第一の空間を環状に接続した第１のループと、
前記第１のループ内に封入した熱媒体としての液体を送液する送液装置と、
前記第一の空間の出入口と並行して前記輸送流路の途中をバイパスする分岐流路と、
前記第一の空間と前記分岐流路の流量比を制御する分岐流量制御手段を設け、
前記第一の空間の出口と前記分岐流路の出口の合流部の下流側に前記第一の温度検知手段を設け、
前記第一の温度検知手段の温度が目標値になるように、前記分岐流量制御手段を制御することを特徴とする、自動分析装置。

【請求項6】

検体を保持する反応容器保持部を温調する第一の温調装置と、
試薬を保冷する試薬保冷庫を温調するための温調装置であって、その一部に放熱装置を含む第二の温調装置と、
一部が外部に開放されると共に、内部に前記放熱装置が配置される風路として構成された第一の空間と、
前記第一の空間内で前記放熱装置から発生した熱を装置の外部へ排出する排熱風路と、
前記第一の空間内で前記放熱装置から発生した熱を、第一の熱媒体を介して前記反応容器保持部が収容される伝熱空間として構成された第二の空間へ伝熱する輸送流路と、
前記第一の熱媒体の温度を検知する第一の温度検知手段と、
前記第一の熱媒体の流量を制御することで、前記第一の空間内から前記輸送流路に伝熱される熱量を制御する制御装置と、を備え、
前記第一の温調装置の側面部または下部で前記反応容器保持部の垂直方向または水平方向長さと重なる位置に伝熱体を配置し、
前記輸送流路は前記第一の熱媒体を介して前記伝熱体を加温することで、間接的に前記反応容器保持部内に保持されている前記検体を加温する、自動分析装置。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の自動分析装置において、
前記第二の温調装置はヒートポンプ式の冷却装置である、自動分析装置。

【請求項8】

請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の自動分析装置において、
前記第二の温調装置はペルチェ素子を用いた冷却装置である、自動分析装置。

【請求項9】

請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の自動分析装置において、
前記制御装置は、前記第一の温度検知手段で検出された温度が予め設定された目標温度よりも低い場合には、前記輸送流路を流れる前記第一の熱媒体の流量を増加させるように制御する、自動分析装置。

【請求項10】

請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の自動分析装置において、
前記制御装置は、前記第一の温度検知手段で検出された温度が予め設定された目標温度よりも高い場合には、前記輸送流路を流れる前記第一の熱媒体の流量を減少させるように制御する、自動分析装置。

【請求項11】

請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の自動分析装置において、
前記第一の熱媒体を空気とし、
前記排熱風路と前記輸送流路の風量比を制御する風量比調整ダンパーを設け、
前記第一の温度検知手段の温度が目標よりも高い場合に、前記風量比調整ダンパーを制御することを特徴とする、自動分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は医療用の分析作業に使用される自動分析装置に関する

【背景技術】

【0002】

自動分析装置は、反応容器の中に検体と試薬を混合した反応液を生成し、反応液を所定の温度で保持することによって反応を促進させた後、反応液の光度などを測定することで、検体に含まれる成分を検出するものである。医療分野の血液検査において、酵素などを測定する生化学検査や、特定の疾患に特異的な抗原などを測定する免疫検査に使用される。

【0003】

上記目的のため、自動分析装置は、反応液を所定の温度で保持することができるヒートブロックを備えている。ヒートブロックでは反応液の温度を安定して管理するために、温水やヒータなどを用いた加熱をおこなう。特許文献１には、ヒートブロックの過剰な温度上昇を防ぐために、温度調整した流体をヒートブロックへ供給する自動分析装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１３２７２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ヒートブロックを加熱する際の要求事項は２つある。１つめは反応液の温度を±０．３℃以下の範囲で精密に制御することによって、反応を安定的に促進することである。２つめはヒートブロックを停止状態から温度安定状態まで速く昇温することである。例えば、外気温度が１５℃、反応温度を３７℃とした場合、２２℃の昇温を行う必要がある。

【0006】

上述した特許文献１の場合、ヒートブロックの温度制御を高精度で行うために、必然的に分解能が小さく、応答性が高い熱源が選定される。一方で、この種の熱源は最大出力が小さく、ヒートブロックの立ち上がりが遅いという課題がある。

【0007】

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、反応液の温度制御を精密に行いつつ、ヒートブロックの立ち上がりの速さを両立させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。具体的一例としては、検体を保持する反応容器保持部を温調する第一の温調装置と、試薬を保冷する試薬保冷庫を温調するための温調装置であって、その一部に放熱装置を含む第二の温調装置と、一部が外部に開放されると共に、内部に前記放熱装置が配置される風路として構成された第一の空間と、前記第一の空間内で前記放熱装置から発生した熱を装置の外部へ排出する排熱風路と、前記第一の空間内で前記放熱装置から発生した熱を、第一の熱媒体を介して前記反応容器保持部が収容される伝熱空間として構成された第二の空間へ伝熱する輸送流路と、前記第一の熱媒体の温度を検知する第一の温度検知手段と、前記第一の熱媒体の流量を制御することで、前記第一の空間内から前記輸送流路に伝熱される熱量を制御する制御装置と、前記試薬保冷庫を温調する第二の熱媒体を、当該試薬保冷庫と前記第二の温調装置の間で循環させる冷却水ループと、前記試薬保冷庫を通過した前記第二の熱媒体を流通させる前記冷却水ループから分岐して形成され、前記反応容器保持部に通じる第２輸送流路と、前記第２輸送流路内を流通する前記第二の熱媒体の流量を制御する第二流量制御手段と、前記第２輸送流路内における前記第二の熱媒体の温度を検知する第二温度検知手段と、を備えたことを特徴としている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、必要最小限の構成で、起動の立ち上がりの速さと、精密な温度制御を両立した自動分析装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態 システム構成

【図2】第１の実施形態 制御フロー

【図3】第２の実施形態 システム構成

【図4】第２の実施形態 制御フロー

【図5】第３の実施形態 システム構成

【図6】第３の実施形態 制御フロー

【図7】第４の実施形態 システム構成

【図8】第４の実施形態 制御フロー

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明における実施例を、図面を用いて説明する。

【0012】

自動分析装置は、血液に含まれる酵素、脂質、電解質、タンパク質を測定する生化学検査や、ウイルス感染症、自己免疫疾患、ホルモン、腫瘍マーカ、炎症マーカなどの疾患に特異的な抗原あるいは抗体を測定する免疫検査に使用する。一般的な自動分析装置は、検体である血液と試薬を反応容器内で混合し、この混合液を含んだ反応容器を恒温槽やインキュベータ内に保持することで、所望の成分とマーカを反応させる。その後、反応過程における混合液の透過光量の変化量や変化率、反応物からの発光量などの情報によって、検体中に含まれる分析対象物の量や濃度を検出する。これらの分析作業には精度の高さと迅速さの両方が求められるため、所定のシーケンスに沿った自動処理が実行される。

【0013】

分析に使用される試薬を収容する試薬ボトル６３は、劣化を防ぐため、１０度以下の低温で保持されることが望ましい。そのため、一般的に自動分析装置には、試薬ボトル６３を外気温よりも低温に保管するための試薬保冷庫１０２を備えている。試薬保冷庫１０２は冷却システム１０１との間で循環する熱媒体（空気、水等）により常に一定の温度範囲となるように温調される。

【0014】

一方、混合液を含む反応容器は安定した分析を生じさせるため、外気温よりも高い所定の温度範囲（例えば３７度）に加温されていることが望ましい。そのため、恒温槽やインキュベータ内にはヒートブロック１００が設けられている。

【実施例1】

【0015】

図１は本発明に係る自動分析装置のシステム構成を示したものである。自動分析装置は、少なくとも、第一の温調装置としてのヒートブロック１００、試薬保冷庫１０２、第二の温調装置としての冷却システム１０１、各機器を制御する制御装置１０３から構成されている。

【0016】

試薬保冷庫１０２は、底面を閉じた円筒状の容器であり、内部に試薬ボトル６３が収納されている。試薬ボトル６３の側面と底面を囲う支持材は試薬保冷庫１０２を冷却するための熱媒体として冷却水が流通する流路を備えている。

【0017】

ヒートブロック１００は円盤状の構造である。ヒートブロック１００は、検体と試薬を反応させるための反応容器６０を保持する複数の反応容器保持部６１を円周上に備えている。ヒートブロック１００の内部には、電圧を印加することで発熱作用が得られるヒータ６２が配置されている。また、ヒートブロック１００は図示外のモータによって回転する。

【0018】

冷却システム１０１は、圧縮装置９０、放熱装置９１、膨張装置９２、冷却装置９３を環状に接続した流路に冷媒を封入した冷媒ループと、冷却装置９３、冷却水ポンプ９５、試薬保冷庫１０２を環状に接続した流路に、第二の熱媒体である冷却水を封入した冷却水ループで構成される。なお、冷却システム１０１の冷媒ループに適用される冷媒としては、Ｒ１３４ａやＲ４１０ａなどがあるが、本発明の効果は冷媒に依存しないため、様々なものが選択できる。また、本実施例においては膨張装置９２に細管からなるキャピラリーチューブを想定したが、電磁膨張弁などの制御が可能なものも選択できる。

【0019】

冷却システム１０１の冷却装置９３は、冷却水と冷媒が熱交換する構造となっている。例えば冷却水の流路と冷媒の流路が並行して接触する構成であったり、冷却水の流路の内部に冷媒流路を配置した構成であったり、冷却水を貯めたタンクの内部に冷媒流路を通過させる構成がある。

【0020】

冷却システム１０１の放熱装置９１と圧縮装置９０は、装置外部と連通した第一の空間に配置されている。この空間の圧縮装置９０の下流側に排気ファン９４を配置することで、装置外部から排気ファン９４へと空気が流通する風路を構成する。装置外部と放熱装置９１の入口の間には、埃などの異物侵入防止のためのフィルタ６４が配置されている。排気ファン９４の下流側は排熱風路２２へと接続し、排熱風路２２は装置外部に連通する。

【0021】

本実施例では、発明の意図する効果を得るために、ヒートブロック１００の下部で、反応容器保持部６１の水平方向長さと重なる位置に、主原料がアルミニウムである伝熱体３を配置している。伝熱体３に対してヒートブロック１００と対向する空間を伝熱空間１と定義し、冷却システム１０１の放熱装置９１と圧縮装置９０が配置されている風路と伝熱空間１を、伝熱流路である輸送流路５で接続した。これにより、放熱装置９１と圧縮装置９０が配置されている風路は、排熱風路２２と輸送流路５の２つの流路に接続する。両者へ流れる風量を調整するために、輸送流路５の流量制御手段７として風量比調整ダンパー２３を配置した。さらに、風量比調整ダンパー２３の、輸送流路５への開度θを調整するために、温度検知手段９を伝熱体３の下面に配置した。

【0022】

制御装置１０３は、圧縮装置９０、排気ファン９４、ヒータ６２、風量比調整ダンパー２３、温度検知手段９、冷却水ポンプ９５と電気配線を介して接続している。冷却システム１０１の起動時には、制御装置１０３は主に圧縮装置９０、排気ファン９４、冷却水ポンプ９５の制御を行う。また、伝熱空間１の排熱を回収する場合には、制御装置１０３は温度検知手段９から温度情報を取得し、この情報を元に比較演算を行い、主に風量比調整ダンバー２３へ制御信号を送信することで、制御を行う。

【0023】

第１の実施例の動作として、まず、ヒートブロック１００の立ち上がり前の状態について説明する。ヒートブロック１００の立ち上がり直前では冷却システム１０１が動作している。この時、制御装置１０３によって駆動された圧縮装置９０では冷媒の圧縮動作が、膨張装置９２では冷媒の膨張動作が行われている。これにより、圧縮装置９０で高温高圧となった冷媒は、放熱装置９１へと流通し、放熱装置９１と圧縮装置９０が配置してある空間へ熱を放出する。放熱を終えた冷媒は膨張装置９２へと流通し、低温低圧へと減圧された後、冷却装置９３にて水を冷却すると同時に冷媒自身が加熱される。

【0024】

冷却システム１０１の風路では、制御装置１０３によって駆動された排気ファン９４によって、装置外部からフィルタ６４を通して放熱装置９１へと空気が流入する。放熱装置９１を流出した空気は、圧縮装置９０、排気ファン９４を通過した後、風量比調整ダンパー２３へと到達する。仮に、制御装置を介して風量比調整ダンパー２３の開度θを０とした場合には、放熱装置９１の排熱は全て装置外部へと放出される。以上の仕組みにより、冷却システム１０１の圧縮装置９０から膨張装置９２にかけての冷媒流路は外気温度よりも温度が高い高温領域６５となり、膨張装置９２から圧縮装置９０の入口にかけての冷媒流路は外気温度よりも温度が低い低温領域６６となる。

【0025】

冷却装置９３では、低温の冷媒と冷却水とが熱交換することで、水が冷却される。冷却された水は、制御装置１０３によって駆動された冷却水ポンプ９５によって試薬保冷庫１０２へと送り出される。試薬保冷庫１０２には試薬ボトル６３が収納されているため、冷却水は試薬ボトル６３と試薬保冷庫１０２が設置されている空間を冷却する。試薬保冷庫１０２にてこれらの被冷却物から加熱された水は、再び冷却装置９３に流入するため、この繰り返しによって試薬保冷庫１０２の冷却が連続的になされる。

【0026】

本実施例の動作について、図２に従って説明する。図２のフローは、冷却システム１０１が動作している状態で、ヒートブロック１００を起動した場合の制御方法を示したものである。

【0027】

ステップＳ２０１でヒートブロック１００を起動した後、伝熱体３の下部に設置した温度検知手段９の制御目標温度Ｔｓ１を設定する（ステップＳ２０２）。具体的にはＴｓ１は反応目標温度の３７℃よりも、反応温度の許容ばらつきから、反応温度の許容ばらつきと環境温度の許容変動幅との和だけ低くすることが望ましい。例えば、反応温度の許容ばらつきが±０．３℃、環境温度の許容変動幅が±２℃の場合には、Ｔｓ１は３６．７℃〜３４．７℃が適切な範囲となる。理由は後述する。次にステップＳ２０３およびステップＳ２０４にて、風量比調整ダンパー２３の開度θと、温度検知手段９の温度Ｔｍ１を検知する。

【0028】

検知した温度Ｔｍ１を設定した制御目標温度Ｔｓ１と比較する（ステップＳ２０５）。ヒートブロック１００の起動直後は、ヒートブロック１００の周囲は外気温度に近いため、通常、Ｔｍ１はＴｓ１よりも低くなり、制御フローの最初の分岐が真（ＹＥＳ）となることが多い。この場合には、伝熱体３へと回収させる高温領域６５の放熱量を増やすため、風量比調整ダンパー２３の開度θが最大か否かを判断し（ステップＳ２０６）、最大でない場合は、風量比調整ダンパー２３の開度θを加算し、輸送流路５への風量を増やす（ステップＳ２０７）。これにより、高温領域６５の熱は輸送流路５を経由して伝熱空間１へと流通し、伝熱体３を加熱する。伝熱体３が加熱されることによりヒートブロック１００周囲の空間を温め、ヒートブロック１００を間接的に加熱する。

【0029】

なお、ヒートブロック１００を伝熱体３によって間接的に加熱する理由は、輸送流路５から流入する空気の流れが反応容器６０の上部に回り込むことで、埃などの不純物が反応液に混入するリスクを低減するためである。そのため、伝熱体３の代わりにヒートブロック１００の近傍の流れ場から不純物を除去する手段を別途設けても良い。ヒートブロック１００の近傍の流れ場から不純物を除去する手段としては、フィルタ６４や粉塵の分離装置などがある。

【0030】

本実施例では、伝熱体３は主原料をアルミニウムとし、反応容器保持部６１の水平方向が伝熱体３と重なるように構成した。つまり、少なくとも反応容器が保持されている部分については、水平方向に亘って伝熱体がその下に位置付けられるように配置される。伝熱体３の素材をアルミニウムとした理由は、伝熱体３の下面から加えた熱が伝熱体３の上面へ到達する際の熱抵抗を低くすることで、ヒートブロック１００へ伝える熱量を多くするためである。そのため、熱抵抗が低ければ伝熱体には様々なものが選択できる。具体的には熱伝導率の高い銅や、薄い樹脂などでもよい。伝熱体３の寸法を反応容器保持部６１の水平方向と重なるようにした理由は、温度を安定化させたい反応容器６０の近傍を集中して加熱するためである。

【0031】

伝熱体３を加熱し終えた空気は、伝熱空間１の下部に設けた排気口から流出し、排熱風路２２を経由した後、装置外部へと排出される。この一連の流れによって高温領域６５の熱を伝熱体３へ回収する。

【0032】

外気温度が反応目標温度Ｔｓ１に近い場合には、時間の経過に伴って制御目標温度Ｔｓ１に対して、温度検知手段９の温度Ｔｍ１が高くなり、ステップＳ２０５の条件分岐が偽（Ｎｏ）、ステップＳ２０８の条件分岐が真（ＹＥＳ）となる。このときには、風量比調整ダンパー２３が全閉（θ＝０）であるか否かを確認し（ステップＳ２０９）、θ＝０でない場合には風量比調整ダンパー２３の開度θを減算することで、輸送流路５の風量を低減する（ステップＳ２１０）。

【0033】

次に、本実施例の効果について説明する。ヒートブロック１００に配置したヒータ６２は、反応液を３７℃に保持することが主目的であるため、ヒートブロック１００が周囲へ放熱する量と同じ熱量を出力できればよい。加えて、反応液の温度を±０．３℃の範囲で制御するためには、ヒータ６２には単位信号辺りの電圧変化量が小さい、すなわち分解能を高くできるものが求められる。以上から、ヒートブロック１００に設置するヒータ６２の出力は数ワットから数十ワット程度と低いものが適切となる。その一方で、出力の小さい熱源は、昇温幅の大きな加熱の際に時間がかかるという特徴があるため、ヒートブロック１００の起動を速めるためには、別の熱源を設けることが望ましい。

【0034】

高温領域６５からの排熱の熱量は、ヒートポンプサイクルの動作原理より、概ね圧縮装置９０への入力電力と冷却装置９３での冷却熱量の和となる。また冷却装置９３の冷却熱量は、試薬保冷庫１０２にて被冷却物（試薬容器）から受け取る熱量と、冷却装置９３と試薬保冷庫１０２を接続する配管が装置内部で加熱される熱量の和となる。したがって、放熱装置９１からの放出熱量は試薬保冷庫１０２の冷却に必要な熱量よりも数倍大きく、一般的に数十ワット以上となる。したがって、ヒートブロック１００に求められる出力よりも大きい。このような熱源は応答が鈍く、また制御の分解能が粗いため、ヒートブロック１００の近傍の温度が上昇しすぎた場合の温度の低減速度が遅く、精密な温度制御には不適である。

【0035】

したがって、温度検知手段９の制御目標温度Ｔｓ１を反応目標温度よりも低い値に設定し、ヒートブロック１００の周囲環境温度の調整に冷却システム１０１の放熱を利用し、反応容器６０の温度の微調整にヒートブロック１００に設けたヒータ６２を利用することで、ヒートブロック１００の素早い起動と、精密な制御が両立できる。
ここで、反応温度には許容ばらつきがあるため、反応容器の温度を調整するためには、少なくとも許容ばらつき分だけ制御目標温度Ｔｓ１を低くする必要がある。さらに、環境温度には許容変動幅があるため、不意に環境温度が上昇した場合に、高温領域６５からの排熱温度が上昇することで反応目標温度を超えてしまう可能性がある。この場合には、風量比調整ダンパー２３の開度θを調整することで温度上昇を回避できるが、予め制御目標温度Ｔｓ１を低く設定しても良い。したがって、Ｔｓ１は反応温度の許容ばらつきから、反応温度の許容ばらつきと環境温度の許容変動幅の和だけ低く設定しておくことが望ましいこととなる。

【0036】

なお、本実施例は冷却システム１０１としてヒートポンプ式の装置を想定したが、他の動作原理によるものでも構わない。具体的には、ペルチェ素子による冷却システム１０１を用いた場合についても、放熱面が高温領域６５、冷却面が低温領域６６となり、冷却熱量と入力電力の和が放熱面から放出されるため、本実施例と同様の効果が得られる。

【0037】

また、本実施例では温度検知手段９を伝熱体３の下部に配置したが、高温領域６５の下流であれば、どの領域に設置しても構わない。例えば、温度検知手段９を排気ファン９４の直後に設置した場合、温度検知手段９の計測温度Ｔｍ１が制御目標温度Ｔｓ１よりも高い場合には、風量比調整ダンパー２３の開度θを０とし、温度検知手段９の温度Ｔｍ１が制御目標温度Ｔｓ１よりも低い場合には、風量比調整ダンパー２３の開度θを最大として熱回収を行うことができる。

【0038】

さらに、上記では温度検知手段９の制御目標温度Ｔｓ１を一定としたが、例えば反応容器の温度が３７℃に達するまでは、Ｔｓ１を反応温度よりも高く設定しておき、反応容器の温度が目標温度に達した時に、Ｔｓ１を３７℃よりも低い値に更新するなどの処理を行うこともできる。

【実施例2】

【0039】

第２の実施例について、図３と図４を参照して説明する。図３は第２の実施例のシステム構成を示したものである。

【0040】

第２の実施例は、第１の実施例に、輸送流路５の途中と装置外部とを接続するバイパス風路２０と、バイパス風路２０の途中にバイパス風路用ファン２１を加えたものである。バイパス風路用ファン２１は制御装置１０３によって制御できるように電気配線を介して接続しており、制御装置１０３からの指令で駆動回転数が制御される。温度検知手段９はバイパス風路２０と輸送流路５の合流部の下流側に設置されている。

【0041】

図４を用いて、第２の実施例の動作について説明する。実施例１と同じく、ヒートブロック１００の起動直前は冷却システム１０１が動作している。

【0042】

最初に、ヒートブロック１００を起動し（ステップＳ４０１）、バイパス風路用ファン２１の回転数Ｎを０に設定し（ステップＳ４０２）、外気の吸入を止める。ここから、温度検知手段９の温度Ｔｍ１が制御目標温度Ｔｓ１へ上昇するまでの動作（ステップＳ４０３からステップＳ４０９）は、実施例１と同じであるため、省略する。

【0043】

ステップＳ４０９で温度検知手段９の温度Ｔｍ１が制御目標温度Ｔｓ１を上回った場合、まずバイパス風路用ファン２１の回転数Ｎが最大となっているか否かを判定し（ステップＳ４１０）、Ｎが最大値でない場合は、バイパス風路用ファン２１の回転数Ｎを加算し、高温領域６５からの温風を外気と混合することで、ヒートブロック１００へ流入する空気の温度を調整する（ステップＳ４１１）。これにより、温度検知手段９の温度Ｔｍ１が制御目標温度Ｔｓ１を超えた際の伝熱空間１への送風量が実施例１よりも多くなるため、伝熱体３の温度制御が行いやすくなる。

【0044】

温度検知手段９の温度Ｔｍ１が制御目標温度Ｔｓ１を上回り、かつバイパス風路用ファン２１の回転数Ｎが最大の場合（ステップＳ４０９がＹｅｓ、かつステップ４１０がＹｅｓの場合）には、伝熱空間１の温度を下げるために、風量比調整ダンパー２３の開度θを減算する（ステップ４１２、ステップＳ４１３）。これにより、輸送流路５の風量を減らすとともに、排熱風路２２の風量を増やす。仮に、ヒートブロック１００の空間が予期せず異常加熱した際には、バイパス風路用ファン２１の回転数Ｎが最大、風量比調整ダンパー２３の開度θが０に近づくため、伝熱空間１は外気で冷却されることとなる。

【0045】

以上の通り、実施例２は実施例１に対して伝熱体３の温度制御をより安定して行うことができるシステムとなる。

【実施例3】

【0046】

第３の実施例について、図５と図６を参照して説明する。第３の実施例は、試薬保冷庫１０２、ヒートブロック１００、冷却システム１０１は実施例１と同一としつつ、排熱の回収と、伝熱空間１の冷却に２つの水系ループを用いたものである。

【0047】

図５を用いて本実施例の構成について説明する。第３の実施例は、冷却システム１０１の高温領域６５と接した高温流路４０と、輸送流路５、流量制御手段７となる分岐流路用三方弁４３、熱回収ポンプ４１、温度検知手段９、伝熱空間１を環状に接続した流路に、熱媒体１１として水を流通させた第１のループと、冷却装置９３、冷却水ポンプ９５、試薬保冷庫１０２、第２温度検知手段１０、第２流量制御手段８となる冷却用三方弁４４を環状に接続した流路に第２熱媒体１２として水を流通させた第２のループで構成されたものである。制御装置１０３は、第１の実施例において制御可能な要素の他に、分岐流路用三方弁４３、熱回収ポンプ４１、冷却用三方弁４４、第２温度検知手段１０と電気配線を介して接続している。制御装置１０３は、温度検知手段９と第２温度検知手段１０から取得した温度情報を元に演算処理を行い、主に分岐流路用三方弁４３と冷却用三方弁４４へ制御信号を送信する。

【0048】

第１のループについて説明する。冷却システム１０１の圧縮装置９０と放熱装置９１の間は、熱媒体１１である水が流通する流路と冷媒が流通する流路の熱交換部６５が設けられている。熱交換部６５では、冷却装置９３と同様に、冷媒と水の流路が並行に接するなどの構成となっており、水が流通する流路が、外気よりも温度が高い高温流路４０となっている。

【0049】

伝熱空間１は、ヒートブロック１００の側面と重なるように螺旋状に配置した管状の伝熱体３の内側の空間である。高温流路４０と伝熱空間１を接続する輸送流路５の途中は、分岐流路４２でバイパスされており、熱回収ポンプ４１の入口側の分岐点に、流量制御手段７として分岐流路用三方弁４３が設置されている。分岐流路用三方弁４３は、高温流路４０の出口側と分岐流路４２の出口側の切り替え開度θ１を調整できる配置となっている。この構成により、熱回収熱量を増やしたい場合には、分岐流路用三方弁４３の開度θ１を減らすことで高温流路４０の流量を増やし、熱回収熱量が過剰である場合には逆にθ１を増やすといった制御が可能となる。

【0050】

第２のループについて説明する。試薬保冷庫１０２の出口側と冷却装置９３の入口側の間と、分岐流路用三方弁４３と熱回収ポンプ４１の入口側の間は、第２輸送流路６で接続され、第２輸送流路６と輸送流路５の合流部が、温度混合部５０となる。試薬保冷庫１０２を流出する第２熱媒体１２の流路と、第２輸送流路６の交点には第２流量制御手段８として冷却用三方弁４４が設置されている。冷却用三方弁４４は、冷却装置９３の入口側と第２輸送流路６の入口側の切り替え開度θ２が調整できる配置となっている。また、伝熱空間１の出口側と分岐流路４２の分岐点の間は、冷却用三方弁４４と冷却装置９３の間の流路と接続している。この構成により、輸送流路５を流れる熱媒体の温度が制御目標温度Ｔｓ１よりも高い場合には、冷却用三方弁４４を第２輸送流路６側に開く、すなわちθ２を増やすことで温度混合部５０を介して熱媒体の冷却を行い、逆に熱媒体の温度が低い場合にはθ２を減らすことで冷却量を減らすことが可能となる。第３の実施例の動作について、図６のフローに従って説明する。ヒートブロック１００の起動直前の状態は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

【0051】

ヒートブロック１００を起動した後（ステップＳ６０１）、ヒートポンプの排熱を回収するために、熱回収ポンプ４１を起動する（ステップＳ６０２）。次に温度検知手段９の制御目標温度Ｔｓ１と第２温度検知手段１０の制御目標温度Ｔｓ２を設定する（ステップＳ６０３，ステップＳ６０４）。ここで、第２温度検知手段１０の制御目標温度Ｔｓ２は、例えば試薬保冷庫１０２を所定の温度以下に保つ事ができる最大の温度を設定する。

【0052】

制御目標温度の設定後、まず第２温度検知手段１０の温度Ｔｍ２を検知する（ステップＳ６０５）。この時点で、第２温度検知手段１０の温度Ｔｍ２が第２温度検知手段１０の制御目標温度Ｔｓ２よりも高いか否かを判定し（ステップＳ６０６）、第２温度検知手段１０の温度Ｔｍ２の方が高い場合には、試薬保冷庫１０２の冷却が十分に行えない可能性があるため、第２輸送流路６への冷却用三方弁４４の開度θ２が０でない限りθ２を減算することで第２輸送流路６の流量を減らし、ステップＳ６０３へ戻る（ステップＳ６０７〜ステップＳ６０９）。この動作により、試薬保冷庫１０２の冷却を優先して行う。

【0053】

ステップＳ６０６で第２温度検知手段１０の温度Ｔｍ２が、制御目標Ｔｓ２よりも低い場合、分岐流路４２への分岐流路用三方弁４３の開度θ１と、温度検知手段９の温度Ｔｍ１を検知する（ステップＳ６１０、ステップＳ６１１）。温度検知手段９の温度Ｔｍ１が温度検知手段９の制御目標温度Ｔｓ１よりも低い場合（ステップＳ６１２でＹｅｓ）、熱回収量を増やす必要があるため、冷却用三方弁４４の開度θ２を検知し（ステップＳ６１３）、θ２が０でない限りはθ２を減算することで冷却水の供給量を減らす（ステップＳ６１４、ステップＳ６１５）。さらに、θ２が０の場合には、θ１が０でない限りθ１を減算することで、高温流路４０の流量を増やし、熱回収量を増やす（ステップＳ６１６、ステップＳ６１７）。

【0054】

一方、ステップＳ６１２で温度検知手段９の温度Ｔｍ１が制御目標温度Ｔｓ１を超えた場合には、熱回収量を減らす必要があるため、分岐流路用三方弁４３のθ１が最大でない限りθ１を加算し、分岐流路４２の流量を増やす（ステップＳ６１８〜ステップＳ６２０）。さらに、θ１が最大であるにもかかわらず、温度検知手段９の温度Ｔｍ１が制御目標温度Ｔｓ１よりも高い場合には（ステップＳ６１８でＹｅｓかつステップＳ６１９でＹｅｓ）、θ２を検知し、θ２が最大でない限りはθ２を加算することで、試薬保冷庫１０２から流出する冷却水を温度混合部５０へと送る（ステップＳ６２１〜ステップＳ６２３）。この動作は、ヒートブロック１００の温度が意図せず上昇した場合の冷却手段として利用できる。

【0055】

以上のフローにより、試薬保冷庫１０２の冷却を優先しつつ伝熱空間１への排熱回収を行う。伝熱空間１の温度が上昇することで、伝熱体３である螺旋状の流路とその周囲の空間を介して、ヒートブロック１００が加熱されるため、本発明の効果が得られる。

【0056】

なお、本実施例では熱媒体１１と第２熱媒体１２を水としたが、別の方法として、第１の実施例において、試薬保冷庫へ流通させる冷却水の出口側と輸送風路６の温度を混合する熱交換部を設ける構成とすることなどでも実装できる。そのため、本実施例は熱媒体の種類によらず効果が得られる。

【実施例4】

【0057】

第４の実施例について、図７と図８を参照して説明する。第４の実施例は、第１の実施例に対して、試薬保冷庫１０２の冷却水の出口側に流路（第２輸送流路６）を追加したものである。

【0058】

第４の実施例では、試薬保冷庫１０２の第２熱媒体１２の出口側と冷却装置９３の間に、第２熱媒体１２の流れに沿って配置した第２温度検知手段１０と、輸送流路６への分岐点を配置した。輸送流路６への分岐点には、第２流量制御手段８となる冷却用三方弁４４を配置した。冷却用三方弁４４は、冷却装置９３の入口側と第２輸送流路６の入口側の切り替え開度θ２が調整できる配置となっている。

【0059】

第２輸送流路６は、ヒートブロック１００の下部に設置されている発熱要素６７と接した管状の第２伝熱体４の内部の第２伝熱空間２と接続している。第２伝熱空間２の出口は第２輸送流路６を経由したのち、冷却用三方弁４４と冷却装置９３の間に接続する。

【0060】

ヒートブロック１００の下部に設置した発熱要素６７は、電力を加える事で仕事を行い、加えたエネルギの一部が熱損失となって放出される機器などが該当する。本実施例ではヒートブロック１００を回転させるためのモータがこれに相当する。

【0061】

制御装置１０３は、第１の実施例で制御可能な要素に加えて、冷却用三方弁４４、第２温度検知手段１０、発熱要素６７であるモータと電気配線を介して接続している。制御装置１０３は、モータを駆動させつつ、温度検知手段９と第２温度検知手段１０から取得した温度情報を元に演算処理を行い、主に風量比調整ダンパー２３、冷却用三方弁４４へ制御信号を送信する。

【0062】

本実施例の動作について説明する。本実施例は、流量制御手段７である風量比調整ダンパー２３の開度θの制御を図２のフローで行い、第２流量制御手段８である冷却用三方弁４４の開度θ２の制御を図８のフローで行う。

【0063】

ヒートブロック１００を起動した際、第２温度検知手段１０の制御目標温度Ｔｓ２を設定し、第２輸送流路６への冷却用三方弁４４の開度θ２と、第２温度検知手段１０の温度Ｔｍ２を検知する。

【0064】

第２温度検知手段１０の温度Ｔｍ２が制御目標温度Ｔｓ２より低い場合は、試薬保冷庫１０２の冷却熱量に対して冷却システム１０１の生み出す冷却熱量に余裕があるため、θ２が最大でない限りθ２を加算することで第２輸送流路６の流量を増やす。これにより、発熱要素６７の周囲に配置した第２伝熱空間２の冷却水流量が増えるため、円管状の第２伝熱体４を介した発熱要素６７の冷却熱量が増え、温度が低下する。

【0065】

一方、第２温度検知手段１０の温度Ｔｍ２が制御目標温度Ｔｓ２よりも大きいときは、試薬保冷庫１０２の冷却に必要な熱量が不足していることになるため、θ２がゼロでない限りθ２を減算することで発熱要素６７の冷却熱量を減らす。

【0066】

以上の仕組みにより、試薬保冷庫１０２の冷却を優先しつつ、余剰となった冷却能力で発熱要素６７を冷却し、局所的なヒートブロック１００の加熱を抑制することで、温度制御を安定的に行うことができる。

【符号の説明】

【0067】

１：伝熱空間（第二の空間）
２：第２伝熱空間
３：伝熱体
４：第２伝熱体
５：輸送流路
６：第２輸送流路
７：流量制御手段
８：第２流量制御手段
９：温度検知手段（第一の温度検知手段）
１０：第２温度検知手段（第二の温度検知手段）
１１：熱媒体
１２：第２熱媒体
２０：バイパス風路
２１：バイパス風路用ファン
２２：排熱風路
２３：風量比調整ダンパー
４０：高温流路
４１：熱回収ポンプ（送液装置）
４２：分岐流路
４３：分岐流路用三方弁（分岐流量制御手段）
４４：冷却用三方弁
５０：温度混合部
６０：反応容器
６１：反応容器保持部
６２：ヒータ
６３：試薬ボトル
６４：フィルタ
６５：高温領域
６６：低温領域
６７：発熱要素
９０：圧縮装置
９１：放熱装置
９２：膨張装置
９３：冷却装置
９４：排気ファン
９５：冷却水ポンプ
１００：ヒートブロック（第一の温調装置）
１０１：冷却システム（第二の温調装置）
１０２：試薬保冷庫
１０３：制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】