JP7664106B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本開示は、自動分析装置に関する。

試料と試薬とを反応容器内で混合し、反応液の光学的特性を測定することにより目的とする成分の分析を行う自動分析装置において、測定精度を維持するために、反応容器を浸漬させる液体の温度を正確に制御する必要がある。

特許文献１には、「円形の反応ディスク１の円周上に取り付けられた反応容器２は、同じく円形の反応槽３に保持された液体に浸漬されている。反応槽内の液体は、排出配管４と供給配管５との間に設置された循環用ポンプ６により常時循環されており、ヒータ７のオン／オフ制御により温度制御されている。これにより、反応容器２の内部に保持された反応液を反応に最適な温度（例えば３７℃）に保っている。反応槽内の液体は水でもよいし、他の溶液であってもよい。また、反応槽内の液体の温度が高くなりすぎた場合に液体を冷却するための冷却ユニット８を設けてもよい。」という構成の自動分析装置が開示されている（特許文献１の段落００１５等参照）。

特開２００９－２０４４４５号公報

特許文献１に記載の冷却ユニットは、冷却する機能しか有しないため、冬季などで周囲温度が低温のときには、反応槽の液体温度が所定の温度に達するまでに長い時間を要する。また、液体温度を速く上昇させるためにはヒータの容量を大きくする必要がある。

そこで、本開示は、ヒータの容量を大きくすることなく反応槽の液温を短時間で所定の温度に上昇させる技術を提供する。

上記課題を解決するために、本開示の自動分析装置は、反応液を収容する反応容器が浸漬される液体を保持する反応槽と、前記液体を循環させて前記反応槽に供給するポンプと、前記液体を加熱するヒータと、前記液体を加熱及び冷却可能なペルチェ素子と、前記液体の温度を検知する第１の温度センサと、前記第１の温度センサの検知した温度に基づいて、前記ヒータの出力及び前記ペルチェ素子の出力を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではない。

本開示の技術によれば、ヒータの容量を大きくすることなく反応槽の液温を短時間で所定の温度に上昇させることができる。上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

第１の実施形態の自動分析装置における反応槽近傍の構成を示す模式図である。 ペルチェユニットの断面図である。 液体ジャケットの構成例を示す断面図である。 液体ジャケットの別の構成例の断面図である。 ヒータの構成例を示す断面図である。 従来例（特許文献１）の冷却ユニット（冷凍機）及びヒータの運転パターンを示す図である。 第１の実施形態のペルチェ素子及びヒータの運転パターンを示す図である。 第１の実施形態のペルチェ素子及びヒータの運転パターンの他の例を示す図である。 制御装置により実行される循環水の温度制御方法を示すフローチャートである。 自動分析装置の起動時におけるペルチェ素子の運転率の設定方法を説明するための図である。 従来例に係る運転方法及び本実施形態に係る運転方法における水温の変化を模式的に示すグラフである。 第２の実施形態におけるペルチェ素子の運転率の設定方法を説明するための図である。 第２の実施形態の変形例に係るペルチェ素子の運転率の設定方法を説明するための図である。 第３の実施形態におけるペルチェ素子の運転率の設定方法を説明するための図である。 第４の実施形態の自動分析装置における反応槽近傍の構成を示す模式図である。 第４の実施形態におけるペルチェ素子の運転率の設定方法を説明するための図である。 第４の実施形態の変形例に係るペルチェ素子の運転率の設定方法を説明するための図である。 第５の実施形態の自動分析装置における反応槽近傍の構成を示す模式図である。 第５の実施形態におけるペルチェ素子の運転率の設定方法を説明するための図である。 第５の実施形態の変形例に係るペルチェ素子の運転率の設定方法を説明するための図である。 第６の実施形態の自動分析装置における反応槽近傍の構成を示す模式図である。 第７の実施形態の自動分析装置における反応槽近傍の構成を示す模式図である。 第７の実施形態のラジエータの構成例を示す断面図である。 ラジエータの別の構成例を示す模式図である。 第８の実施形態の自動分析装置における反応槽近傍の構成を示す模式図である。 第９の実施形態の自動分析装置における反応槽近傍の構成を示す模式図である。

［第１の実施形態］
＜自動分析装置の反応槽近傍の構成例＞
図１は、第１の実施形態の自動分析装置における反応槽１近傍の構成を示す模式図である。自動分析装置は、反応槽１、ポンプ３、ペルチェユニット５、ヒータ６、温度センサ７、制御装置８、光源１０、光度計１１、ディスク１２、チューブ１３を備える。

図１においては、反応槽１の垂直方向の断面図が示されている。反応槽１は、上面視で略円形である。反応槽１の内部には恒温水槽１４が設けられている。反応槽１は、循環水が恒温水槽１４の内部を循環する水循環方式である。

ディスク１２は、上面視で略円形であり、複数の反応容器２を保持可能に構成される。反応容器２は、血液又は尿などの生体試料と試薬とを混合させた反応液を収容する。反応容器２は、恒温水槽１４に浸漬される。

ポンプ３は、反応槽１への循環水を循環させる。反応槽１から排出された循環水はペルチェユニット５において冷却又は加熱され、ヒータ６において加熱されて反応槽１に至り、反応槽１からポンプ３に戻る。チューブ１３は、循環水が流れる上記の各構成要素を連結する。温度センサ７は、ヒータ６の下流側に配置され、反応槽１に導入される循環水の温度を検知し、温度の検知信号を制御装置８に出力する。

制御装置８は、汎用コンピュータ、スマートフォン、タブレット端末などのコンピュータ装置である。図示は省略しているが、制御装置８は、本明細書で説明する処理を実行するプロセッサ、プロセッサにより実行されるプログラム及びその他必要なデータを一時的に格納するメモリ、プログラムを格納する記憶装置及び入出力装置を備える。

制御装置８は、温度センサ７の検知した温度が目標の温度になるようにペルチェユニット５への入力及びヒータ６への入力を制御する。このように、本実施形態では、ヒータ６がペルチェユニット５より下流側に配置され、ヒータ６を通過した循環水の温度が温度センサ７により検知される。このような構成は、主にヒータ６によって反応槽１へ供給される循環水の温度を調節する場合に有利である。

ペルチェユニット５は、ペルチェ素子４、液体ジャケット９、フィン５１及びファン５２を有する。ペルチェユニット５の詳細な構成は後述する。

光源１０は、反応槽１の内部に配置され、反応容器２に光を照射する。光度計１１は、反応容器を通過した光の吸光度を計測し、計測信号を制御装置８又は他の演算装置に出力する。制御装置８又は他の演算装置は、光度計１１から受信した計測信号に基づいて、生体試料中の特定成分の定性・定量分析を行う。反応液の温度が分析精度に影響するため、反応容器２が浸漬された恒温水槽１４における水温は、一定の温度に制御する必要がある。

＜ペルチェユニットの構成例＞
図２は、ペルチェユニット５の断面図である。図２に示すように、ペルチェユニット５は、ペルチェ素子４、グリース等のサーマルインタフェース２０１～２０３、ヒートスプレッダ２０４、例えば樹脂製のケース２０５、フィン５１、フィンベース２０６、ファン５２、チューブコネクタ２１１を有する。チューブコネクタ２１１は、チューブ１３（図２には不図示）と液体ジャケット９内の流路２１４とを接続する。

循環水を冷却する場合には、ペルチェ素子４の液体ジャケット９の側の面の温度が低く、フィンベース２０６の側の温度が高くなるように、ペルチェ素子４に通電する。液体ジャケット９の流路２１４を流れる循環水の熱は、液体ジャケット９からサーマルインタフェース２０１及びヒートスプレッダ２０４を介して、ペルチェ素子４によって吸熱されることにより、循環水が冷却される。一方、ペルチェ素子４の反対側は発熱し、その熱はサーマルインタフェース２０３を介してフィンベース２０６からフィン５１に伝わり、ファン５２によってフィン５１の間に送られる空気に放熱される。

一方、循環水を加熱する場合には、ペルチェ素子４の液体ジャケット９の側の面の温度が高く、フィンベース２０６の側の温度が低くなるように、ペルチェ素子４に通電する。ペルチェ素子４の液体ジャケット９の側の面が発熱し、液体ジャケット９に熱が伝わり、その流路２１４を流れる循環水が加熱される。ペルチェ素子４の反対側は吸熱面になり、フィン５１の間を流れる空気からフィン５１及びフィンベース２０６を通って吸熱する。以下の説明において、ペルチェ素子４が循環水を冷却する運転を冷却運転と呼び、ペルチェ素子４が循環水を加熱する運転を加熱運転と呼ぶこととする。

液体ジャケット９、ヒートスプレッダ２０４、フィン５１及びフィンベース２０６は、例えばステンレス又はアルミニウム等の金属で作成することができる。ケース２０５は、断熱性を有する樹脂などの断熱性材料で形成することができ、これにより液体ジャケット９とフィン５１との熱伝導を防止することができ、液体ジャケット９内の循環水の冷却及び加熱を効率的に行うことができる。

図３は、液体ジャケット９の構成例を示す断面図である。図３は、図２の断面と直交する方向における断面を示している。図３に示すように、液体ジャケット９の流路２１４は、複数のフィン２１３により複数の流路に分割することができる。チューブコネクタ２１１から液体ジャケット９に供給された循環水は、フィン２１３の間にある流路２１４を流れて吸熱又は放熱し、チューブコネクタ２１２から排出される。

図４は、液体ジャケット９の別の構成例を示す断面図である。図４の例では、流路２１４の代わりに、蛇行流路２１５が設けられている。チューブコネクタ２１１から液体ジャケットに供給された循環水は、蛇行流路２１５を流れる間に吸熱又は放熱し、チューブコネクタ２１２から排出される。

＜ヒータの構成例＞
図５は、ヒータ６の構成例を示す断面図である。ヒータ６は、加熱部としてのシースヒータ３０１、水路壁３０２、断熱材３０３、流路３０４、チューブコネクタ３０５、チューブコネクタ３０６、電源コード３０７を有する。

水路壁３０２は略円筒形を有し、その内部空間に線形のシースヒータ３０１が配置されるとともに、流路３０４が画定される。シースヒータ３０１と水路壁３０２の接合部は、循環水の外部への漏出を防止するため、シールされている。水路壁３０２は断熱材３０３に覆われている。電源コード３０７は、シースヒータ３０１と電源とを接続し、電源によるシースヒータ３０１への通電は制御装置８により制御される。シースヒータ３０１は通電されることで加熱される。循環水は、入口のチューブコネクタ３０５から供給され流路３０４を通過して出口のチューブコネクタ３０６に流れる間にシースヒータ３０１によって加熱される。シースヒータ３０１の加熱量は、電源からの入力を調節することによって制御される。シースヒータ３０１の種類は、直流電源及び交流電源のいずれでもよい。シースヒータ３０１への入力を変える方法としては、電源の電圧を変える、一定電圧で電源をスイッチングして通電する割合（運転率）を変える、交流の場合はサイリスタを用いるなどの方法がある。

＜ペルチェ素子及びヒータの運転方法＞
次に、本実施形態のペルチェユニット５のペルチェ素子４とヒータ６との運転パターンを従来例と比較して説明する。

図６Ａは、従来例（特許文献１）の冷却ユニット（冷凍機）及びヒータの運転パターンを示す図である。図６Ａに示すように、従来例においては、冷却ユニットは冷却運転しかできないため、循環水の水温にかかわらず、常に冷却運転が行われる。一方、ヒータも常に加熱運転が行われるが、ヒータの入力を変えることによって循環水に与えられる加熱量が制御される。

図６Ｂは、本実施形態のペルチェ素子４及びヒータ６の運転パターンを示す図である。本実施形態においては、制御装置８は、温度センサ７が検知した水温が所定の運転切替温度Ｔｃより低いときには、液体ジャケット９側の面を加熱する加熱運転を行うようにペルチェ素子４を制御し、水温が運転切替温度Ｔｃ以上のときには、液体ジャケット９側の面を冷却する冷却運転を行うようにペルチェ素子４を制御する。運転切替温度Ｔｃは、循環水の目標温度よりも低く設定することができる。

図７は、本実施形態のペルチェ素子４及びヒータ６の運転パターンの他の例を示す図である。図７に示すように、１つの運転切替温度Ｔｃを設定する代わりに、水温上昇時の運転切替温度Ｔｃ１と、水温下降時の運転切替温度Ｔｃ２とを異なる温度として設定し、ヒステリシスを設けてもよい。この場合、制御装置８は、ペルチェ素子４の加熱運転時に温度センサ７の温度が運転切替温度Ｔｃ１以上になった場合に冷却運転に切り替え、ペルチェ素子４の冷却運転時に温度センサ７の温度が運転切替温度Ｔｃ２以下になった場合に加熱運転に切り替える。運転切替温度Ｔｃ１と運転切替温度Ｔｃ２との差は、例えば１℃程度とすることができる。このようにヒステリシスを持たせることにより、ペルチェ素子４の加熱運転と冷却運転が頻繁に切り替わることを防止することができる。

図８は、制御装置８により実行される循環水の温度制御方法を示すフローチャートである。制御装置８は、自動分析装置の起動を開始する指示の入力を受け付けると、不図示のメモリに格納されたプログラムに従って、図８に示す処理を実行する。

ステップＳ１１において、制御装置８は、温度センサ７により検出された水温Ｔｗが運転切替温度Ｔｃよりも高いか否かを判定する。水温Ｔｗが運転切替温度Ｔｃよりも高い場合（Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１２に移行し、制御装置８は、ペルチェ素子４を冷却運転する。水温Ｔｗが運転切替温度Ｔｃ以下の場合（Ｎｏ）、処理はステップＳ１３に移行し、制御装置８は、ペルチェ素子４を加熱運転する。

次に、ステップＳ１４において、制御装置８は、水温Ｔｗと、予め定められた循環水の目標水温に従って、ヒータ６の入力を決定し、ＰＩＤ制御等によって入力を変化させて水温を制御する。

次に、ステップＳ１５において、制御装置８は、反応容器２の反応液の測定が終了したか否かを判定する。測定が終了した場合（Ｙｅｓ）、処理を終了する。測定が終了していない場合（Ｎｏ）、処理はステップＳ１１に戻る。

＜ペルチェ素子の運転率について＞
図９は、自動分析装置の起動時におけるペルチェ素子４の運転率の設定方法を説明するための図である。図９において、縦軸はペルチェ素子４の運転率を示し、正の値は冷却運転の運転率を表し、負の値は加熱運転の運転率を表す。横軸は起動時に温度センサ７が検知した水温Ｔｗを示す。

自動分析装置の起動時において、温度センサ７で検知された水温Ｔｗが運転切替温度Ｔｃ以下のときには常にペルチェ素子４を１００％の運転率で加熱運転をしてもよい。代替的に、図９に示すように、起動時の水温Ｔｗに応じてペルチェ素子４の運転条件を変更してもよい。図９に示すように、起動時の水温Ｔｗが低いときにはペルチェ素子４を加熱運転させ、起動時の水温Ｔｗが高いときには冷却運転させ、さらに起動時の水温Ｔｗに応じてペルチェ素子４の運転率を変化させることにより、より速く反応槽１の水温を目標温度に到達させることができる。ペルチェ素子４の運転率が０％となる起動時の水温Ｔｗは、例えば上記の運転切替温度Ｔｃ以下とすることができる。ペルチェ素子４の加熱運転率を１００％とする水温Ｔｗ、冷却運転率を１００％とする水温Ｔｗは、自動分析装置の出荷前などに予め任意に設定することができ、制御装置８の記憶装置に記憶させておく。

ペルチェ素子４の運転率は、一定電流でスイッチングさせて、オンとオフの比率を変えることにより制御することができる。運転率を変える替わりに、ペルチェ素子４に流す電流を変化させることによってペルチェ素子４の能力を変化させてもよい。

図１０は、従来例に係る運転方法及び本実施形態に係る運転方法における水温の変化を模式的に示すグラフである。図１０に示すように、本実施形態のように水温が運転切替温度Ｔｃ以下のときにペルチェ素子４を加熱運転することにより、従来例よりも速く水温を目標温度Ｔｓまで到達させることが可能であり、迅速に自動分析装置を立ち上げることが可能である。また、従来例においては、液体温度を速く上昇させるためにヒータの容量を大きくすると、ヒータが大きくなって装置が大きくなり、ヒータ及び電源のコストが上昇してしまう。これに対し、本実施形態によれば、立ち上げ時間に余裕がある場合には、ヒータ６の容量を小さくすることができるため、ヒータ６を小型化したり、ヒータ６に要するコストを低減したりすることができる。

＜第１の実施形態のまとめ＞
以上のように、本実施形態の自動分析装置は、反応液を収容する反応容器２が浸漬される循環水（液体）を保持する反応槽１と、循環水を循環させて反応槽１に供給するポンプ３と、循環水を加熱するヒータ６と、循環水を加熱及び冷却可能なペルチェ素子４と、循環水の温度を検知する温度センサ７と、温度センサの検知した温度に基づいて、ヒータ６の出力及びペルチェ素子４の出力を制御する制御装置８と、を備える。このように、ヒータ６と、加熱及び冷却が可能なペルチェ素子４とを組み合わせることにより、ヒータ６の容量を大きくすることなく、循環水のトータルの加熱能力を向上できるので、周囲の空気温度が低温の場合においても、反応槽１の液体温度をより速く所定の温度に上げることが可能である。また、例えば水温がある程度上昇した場合などにはペルチェ素子４を冷却運転することで、循環水の水温を安定化することができる。

［第２の実施形態］
上述の第１の実施形態においては、自動分析装置の起動時における循環水の水温に基づいて、ペルチェ素子４の運転率を決定することを説明した。第２の実施形態においては、循環水の水温が安定しているときのペルチェ素子４の運転率の決定方法について提案する。本実施形態の自動分析装置の構成は第１の実施形態と同じであるため説明を省略する。

＜ペルチェ素子の運転率について＞
図１１は、第２の実施形態におけるペルチェ素子４の運転率の設定方法を説明するための図である。図１１において、縦軸は図９と同様である。横軸は起動後ある程度の時間が経過して温度センサ７が検知した水温Ｔｗが安定した状態におけるヒータ６の運転率を示す。本実施形態では、図１１のように、制御装置８は、温度センサ７の検知する水温Ｔｗがある程度安定した時点において、ヒータ６の運転率又はヒータ６の入力に応じてペルチェ素子４の運転率を変化させ、ペルチェ素子４の冷却能力及び加熱能力を変化させる。ヒータ６の運転率が高いときには反応槽１等の熱負荷、すなわち放熱量が大きいと推定し、ヒータ６の運転率が高いほどペルチェ素子４の冷却能力を下げ、さらにヒータ６の運転率が高いときにはペルチェ素子４の加熱能力を上げる運転を行う。ペルチェ素子４の運転率を０％とするときのヒータ６の運転率は、例えば５０％とすることができる。ペルチェ素子４の加熱運転率を１００％とするヒータ６の運転率、冷却運転率を１００％とするヒータ６の運転率は、自動分析装置の出荷前などに予め任意に設定することができ、制御装置８の記憶装置に記憶させておく。

図１２は、第２の実施形態の変形例に係るペルチェ素子４の運転率の設定方法を説明するための図である。図１１ではペルチェ素子４の運転率を直線的に変化させている。これに対し、図１２に示すように、ペルチェ素子４の運転率を階段状に変化させ、ヒータ６の運転率の上昇時と下降時とでヒステリシスを持たせてもよい。

動作が不安定になるのを避けるために、図１１及び図１２に基づくペルチェ素子４の運転率の変更は常時行うのではなく、ある程度の時間間隔で行うようにしてもよい。

＜第２の実施形態のまとめ＞
従来例の自動分析装置においては、周囲の空気温度によって変わる熱負荷にかかわらず冷却ユニットが冷却運転を行うため、ヒータの消費電力が多くなりがちであった。これに対し、本実施形態のように熱負荷に応じてペルチェ素子４の運転率とヒータ６の運転率を制御することによって、無駄な冷却及び加熱を行うことがなくなり、消費電力を低減することが可能である。

［第３の実施形態］
＜ペルチェ素子の運転率について＞
図１３は、第３の実施形態におけるペルチェ素子４の運転率の設定方法を説明するための図である。図１３において、縦軸は図９と同様である。横軸は起動後ある程度の時間が経過して温度センサ７が検知した水温Ｔｗが安定した状態におけるヒータ６の運転率とペルチェ素子４の運転率との差を示す。水温Ｔｗが安定した状態におけるヒータ６の運転率とペルチェ素子４の運転率との差は、そのときにトータルとしての加熱量、すなわち反応槽１などの熱負荷を表すと考えられる。そこで、制御装置８は、ヒータ６の運転率とペルチェ素子４の運転率の差に応じて、ペルチェ素子４の運転率を変更する。実際には、ヒータ６の運転率に定数Ａを乗じ、ペルチェ素子４の運転率に定数Ｂを乗じて、図１３の横軸を「Ａ×ヒータの運転率－Ｂ×ペルチェ素子の運転率」としてもよい。

図１３においては、ヒータ６の運転率がペルチェ素子４の運転率よりも高い場合のグラフが示されているが、ヒータ６の運転率とペルチェ素子４の運転率とのバランス（ヒータ６の能力とペルチェ素子４の能力との兼ね合い）に応じて、図１３中のグラフの線はシフトする。

動作が不安定になるのを避けるため、図１３に基づくペルチェ素子の運転率の変更は常時行うのではなく、ある程度の時間間隔で行うようにしてもよい。

＜第３の実施形態のまとめ＞
以上のように、本実施形態のように熱負荷に応じてペルチェ素子４の運転率とヒータ６の運転率を制御することによって、無駄な冷却及び加熱を行うことがなくなり、消費電力を低減することが可能である。

［第４の実施形態］
＜自動分析装置の反応槽近傍の構成例＞
図１４は、第４の実施形態の自動分析装置における反応槽１近傍の構成を示す模式図である。本実施形態の自動分析装置は、周囲の空気温度を検知する空気温度センサ１５をさらに備える点で、第１の実施形態の構成と異なっている。他の構成については第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。空気温度センサ１５は、空気温度の検知信号を制御装置８に出力する。

＜ペルチェ素子の運転率について＞
図１５は、本実施形態におけるペルチェ素子の運転率の設定方法を説明するための図である。図１５において、縦軸は図９と同様である。横軸は空気温度センサ１５が検知した周囲の空気温度を示す。空気温度が低いほど反応槽１などからの周囲への放熱量すなわち熱負荷が大きい。そこで、本実施形態においては、制御装置８は、空気温度センサ１５が検知した周囲の空気温度が所定の空気温度より低いときにはペルチェ素子４の加熱運転を行い、周囲の空気温度が低いほどペルチェ素子４の運転率が高くなるように、ペルチェ素子４の運転率を制御する。空気温度センサ１５が検知した周囲の空気温度が所定の空気温度以上の場合には、ペルチェ素子４を冷却運転し、周囲の空気温度が高いほどペルチェ素子４の運転率が高くなるようにする。ペルチェ素子４の運転率を０％とする周囲の空気温度（上記の所定の空気温度：加熱運転と冷却運転を切り替えるときの空気温度）は、例えば、循環水の目標温度よりも低い温度とすることができる。

図１６は、第４の実施形態の変形例に係るペルチェ素子４の運転率の設定方法を説明するための図である。図１５ではペルチェ素子４の運転率を直線的に変化させている。これに対し、図１６に示すように、ペルチェ素子４の運転率を階段状に変化させ、ヒータ６の運転率の上昇時と下降時とでヒステリシスを持たせてもよい。

動作が不安定になるのを避けるために、図１５及び図１６に基づくペルチェ素子４の運転率の変更は常時行うのではなく、ある程度の時間間隔で行うようにしてもよい。

＜第４の実施形態のまとめ＞
以上のように、本実施形態のように熱負荷に応じてペルチェ素子４の運転率とヒータ６の運転率を制御することによって、無駄な冷却及び加熱を行うことがなくなり、消費電力を低減することが可能である。

［第５の実施形態］
＜自動分析装置の反応槽近傍の構成例＞
図１７は、第５の実施形態の自動分析装置における反応槽１近傍の構成を示す模式図である。本実施形態の自動分析装置は、反応槽１とポンプ３との間に設けられ、循環水の温度を検知する温度センサ１６をさらに備える点で、第１の実施形態の構成と異なっている。温度センサ１６は、循環水の温度の検知信号を制御装置８に出力する。

＜ペルチェ素子の運転率について＞
図１８は、本実施形態におけるペルチェ素子の運転率の設定方法を説明するための図である。図１８において、縦軸は図９と同様である。横軸は温度センサ７（第１の温度センサ）が検知した水温と温度センサ１６（第２の温度センサ）が検知した水温との差を示す。本実施形態では、反応槽１などの放熱量が大きいほど、温度センサ７の検知温度と温度センサ１６の検知温度との差が大きいことを利用する。具体的には、制御装置８は、温度センサ７が検知した温度と、温度センサ１６が検知した温度との差が所定値以上のときにはペルチェ素子４の加熱運転を行い、温度差が大きいほど運転率を高く設定する。制御装置８は、２つの温度センサ７及び１６の温度差が所定値より低いときにはペルチェ素子４の冷却運転を行い、温度差が小さいほどペルチェ素子４の運転率を高く設定する。ペルチェ素子４の運転率を０％とするときの２つの温度センサ７及び１６の温度差（上記の所定値：加熱運転と冷却運転を切り替えるときの空気温度）は、例えば、１℃未満とすることができる。

図１９は、第５の実施形態の変形例に係るペルチェ素子４の運転率の設定方法を説明するための図である。図１８ではペルチェユニットの運転率を直線的に変化させている。これに対し、図１９に示すように、ペルチェ素子４の運転率を階段状に変化させ、ヒータ６の運転率の上昇時と下降時とでヒステリシスを持たせてもよい。

動作が不安定になるのを避けるために、図１８及び図１９に基づくペルチェ素子４の運転率の変更は常時行うのではなく、ある程度の時間間隔で行うようにしてもよい。

［第６の実施形態］
＜自動分析装置の反応槽近傍の構成例＞
図２０は、第６の実施形態の自動分析装置における反応槽１近傍の構成を示す模式図である。本実施形態の自動分析装置は、ペルチェユニット５がヒータ６の下流側に配置されている点で、第１の実施形態の構成と異なっている。本実施形態においては、制御装置８は、温度センサ７の検知した循環水の水温Ｔｗと目標温度に従って、ペルチェ素子４の冷却能力又は加熱能力を制御する。ペルチェ素子４の冷却能力又は加熱能力は、ペルチェ素子４の電圧の印加方向と運転率を変化させて制御する。

より具体的には、制御装置８は、運転開始時に温度センサ７が検知した水温Ｔｗが所定値以下の場合には、ヒータ６を一定出力で運転するとともに、ペルチェ素子４を加熱運転し、温度センサ７の検知した水温Ｔｗに従ってペルチェ素子４の加熱能力又は冷却能力を制御する。ヒータ６の運転時において温度センサ７の温度が安定した時点で、ペルチェ素子４が冷却運転されているか、ペルチェ素子４の加熱運転における運転率が所定値以下のときには、制御装置８は、ヒータ６を停止し、ペルチェ素子４によって循環水の温度を制御する。

＜第６の実施形態のまとめ＞
以上のように、本実施形態によれば、加熱の負荷が小さいときにはヒータ６を停止してペルチェ素子４のみで循環水の温度を制御することにより、省電力の運転が実現される。

［第７の実施形態］
＜自動分析装置の反応槽近傍の構成例＞
図２１は、第７の実施形態の自動分析装置における反応槽１近傍の構成を示す模式図である。本実施形態の自動分析装置は、ペルチェユニット５の替わりにラジエータ６０が設けられ、ラジエータ６０によって循環水の熱を空気に放熱することにより循環水の冷却を行う点で、第１の実施形態の構成と異なっている。

ラジエータ６０は、液体ジャケット９、フィン５１及びファン５２を有する。ラジエータ６０の詳細な構成は後述する。ラジエータ６０のファン５２の動作は、制御装置８により制御される。

＜ラジエータの構成例＞
図２２は、ラジエータ６０の構成例を示す断面図である。ラジエータ６０は、液体ジャケット９、フィン５１、ファン５２、グリース等のサーマルインタフェース２０１、フィンベース２０６を有する。液体ジャケット９は、サーマルインタフェース２０１を介してフィンベース２０６に接続されている。液体ジャケット９からの熱は、サーマルインタフェース２０１を経てフィンベース２０６からフィン５１に伝導する。フィン５１及びフィンベース２０６からは、ファン５２によってフィン５１間を流れる空気に放熱される。液体ジャケット９の構造は、第１の実施形態（図３又は図４）に例示した構造と同様の構造とすることができる。

図２３は、第７の実施形態の変形例に係る別の構造のラジエータ７０を示す模式図である。図２３の左側は、ラジエータ７０を第１の方向から見た図を示し、図２３の右側は、第１の方向とは直交する第２の方向から見た図を示している。ラジエータ７０は、液体ジャケット９、フィン５１、サーマルインタフェース２０１及びフィンベース２０６の代わりに、循環水が流れるパイプ５３が設けられている。パイプ５３は、チューブ１３（図２３には不図示）に接続される。パイプ５３はステンレス等の金属製とすることができる。循環水はパイプ５３を流れ、ファン５２によってパイプ５３の周囲に空気が流され、循環水の熱はパイプ５３から空気に放熱される。

ラジエータ６０及び７０のファン５２は常時運転してもよいが、以下のような制御を行ってもよい。制御装置８は、起動時において、温度センサ７が検知した温度が所定値より低い場合はファン５２を停止する。これにより、水温を速く目標温度まで到達させることができる。さらに、制御装置８は、水温が安定した状態でヒータ６の運転率が所定値以上のときにはファン５２を停止する。これにより、定常時の消費電力を低減することができる。

本実施形態において、第２の実施形態と同様に、ヒータ６の運転率又はヒータ６の入力に応じてファン５２の運転（冷却）及び停止を制御するようにしてもよい。この場合、制御装置８は、ヒータ６の運転率又は印加電圧が所定値より低い場合に、ファン５２を運転し、ヒータ６の運転率又は印加電圧が所定値以上の場合に、ファン５２を停止する。

＜第７の実施形態のまとめ＞
以上のように、本実施形態によれば、比較的構造が単純なラジエータを循環水の冷却に用いることにより、コストを低減することが可能である。

［第８の実施形態］
＜自動分析装置の反応槽近傍の構成例＞
図２４は、第８の実施形態の自動分析装置における反応槽１近傍の構成を示す模式図である。本実施形態の自動分析装置は、周囲の空気温度を検知する空気温度センサ１５をさらに備える点で、第７の実施形態の構成と異なっている。他の構成については第７の実施形態と同様であるため説明を省略する。空気温度センサ１５は、空気温度の検知信号を制御装置８に出力する。

本実施形態では、制御装置８は、空気温度センサ１５の検知した周囲の空気温度が所定値より低いときに、ファン５２を停止し、周囲の空気温度が所定値以上のときに、ファン５２を運転する。ファン５２を停止するための上記の所定値は、例えば、循環水の目標温度よりも低い温度とすることができる。これにより、従来よりも速く水温を目標温度まで到達させることができ、迅速に自動分析装置を立ち上げることが可能である。

［第９の実施形態］
＜自動分析装置の反応槽近傍の構成例＞
図２５は、第９の実施形態の自動分析装置における反応槽１近傍の構成を示す模式図である。本実施形態の自動分析装置は、反応槽１とポンプ３との間に設けられ、循環水の温度を検知する温度センサ１６をさらに備える点で、第７の実施形態の構成と異なっている。温度センサ１６は、循環水の温度の検知信号を制御装置８に出力する。

本実施形態においては、制御装置８は、起動時に温度センサ７が検知した温度が所定値より低い場合はファン５２を停止する。これにより、速く水温を目標温度まで到達させることができる。さらに、制御装置８は、水温安定時に、温度センサ７と温度センサ１６の温度の差が所定値以上のときにはファン５２を停止する。これにより、定常時の消費電力を低減することが可能である。

［変形例］
本開示は、上述した実施形態に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施形態は、本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施形態の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。

１…反応槽
２…反応容器
３…ポンプ
４…ペルチェ素子
５…ペルチェユニット
６…ヒータ
７…温度センサ
８…制御装置
９…液体ジャケット
１０…光源
１１…光度計
１２…ディスク
１３…チューブ
１４…恒温水槽
１５…空気温度センサ
１６…温度センサ
５１…フィン
５２…ファン
５３…パイプ
２０１、２０２、２０３…サーマルインタフェース
２０４…ヒートスプレッダ
２０５…ケース
２０６…フィンベース
２１１、２１２…チューブコネクタ
２１３…フィン
２１４…流路
３０１…シースヒータ
３０２…水路壁
３０３…断熱材
３０４…流路
３０５、３０６…チューブコネクタ
３０７…電源コード

Claims (6)

1. 反応液を収容する反応容器が浸漬される液体を保持する反応槽と、
   前記液体を循環させて前記反応槽に供給するポンプと、
   前記液体を加熱するヒータと、
   前記液体を加熱及び冷却可能なペルチェ素子と、
   前記液体の温度を検知する第１の温度センサと、
   周囲の空気温度を検知する空気温度センサと、
   前記第１の温度センサの検知した温度に基づいて、前記ヒータの出力及び前記ペルチェ素子の出力を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記空気温度センサの検知した前記空気温度が所定の空気温度以上のときには、前記ペルチェ素子が前記液体を冷却する冷却運転を行い、前記空気温度センサの検知した前記空気温度が前記所定の空気温度よりも低いときには、前記ペルチェ素子が前記液体を加熱する加熱運転を行うように、前記ペルチェ素子の出力を制御し、
   前記冷却運転においては、前記空気温度センサの検知した前記空気温度が高いほど前記ペルチェ素子の運転率又は電流を大きくし、
   前記加熱運転においては、前記空気温度センサの検知した前記空気温度が低いほど前記ペルチェ素子の運転率又は電流を大きくする、自動分析装置。
2. 反応液を収容する反応容器が浸漬される液体を保持する反応槽と、
   前記液体を循環させて前記反応槽に供給するポンプと、
   前記液体を加熱するヒータと、
   前記液体を加熱及び冷却可能なペルチェ素子と、
   前記ヒータと前記反応槽との間に設けられ、前記液体の温度を検知する第１の温度センサと、
   前記反応槽と前記ポンプとの間に配置され、前記液体の温度を検知する第２の温度センサと、
   前記第１の温度センサの検知した温度に基づいて、前記ヒータの出力及び前記ペルチェ素子の出力を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記第１の温度センサの検知した温度と前記第２の温度センサの検知した温度との差が所定値よりも小さいときには、前記ペルチェ素子が前記液体を冷却する冷却運転を行い、前記第１の温度センサの検知した温度と前記第２の温度センサの検知した温度との差が前記所定値以上のときには、前記ペルチェ素子が前記液体を加熱する加熱運転を行うように、前記ペルチェ素子の出力を制御し、
   前記冷却運転においては、前記第１の温度センサの検知した温度と前記第２の温度センサの検知した温度との差が小さいほど前記ペルチェ素子の運転率又は電流を大きくし、
   前記加熱運転においては、前記第１の温度センサの検知した温度と前記第２の温度センサの検知した温度との差が大きいほど前記ペルチェ素子の運転率又は電流を大きくする、自動分析装置。
3. 請求項１において、
   前記制御装置は、前記自動分析装置の起動時の前記周囲の空気温度に応じて、前記ペルチェ素子の運転率を変化させる、自動分析装置。
4. 請求項１において、
   前記制御装置は、前記ペルチェ素子の運転率又は電流を階段状に、かつ階段状に上昇する時と下降する時とでヒステリシスを持たせて制御する、自動分析装置。
5. 請求項２において、
   前記制御装置は、前記自動分析装置の起動時の、前記第１の温度センサの検知した温度と前記第２の温度センサの検知した温度との差に応じて、前記ペルチェ素子の運転率を変化させる、自動分析装置。
6. 請求項２において、
   前記制御装置は、前記ペルチェ素子の運転率又は電流を階段状に、かつ階段状に上昇する時と下降する時とでヒステリシスを持たせて制御する、自動分析装置。

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