JPH0731208B2 - 自動分析装置の反応温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動分析装置の反応温度制御装置に係り、特に
臨床検査用生化学自動分析装置の検体と試薬を反応させ
る反応セル内の反応液の温度を一定に保持する恒温循環
水を得るのに好適な反応温度制御装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

臨床検査用生化学自動分析装置においては、分析中の反
応液を一定温度に安定度よく保持することは、正確な分
析結果を得、分析精度の安定化，高信頼化のための必須
条件である。この要求を満すため、従来の反応温度制御
装置は、特開昭59−230162号公報に記載のように次のよ
うに構成されていた。

通常、制御対象の温度を周囲温度が不定のもとで精度よ
く制御するには、冷却部と加熱部の双方を設け、対象物
の温度をその制御系の中に設けた温度センサでコントロ
ーラにフイードバツクして制御温度（目標温度）と温度
センサの検知温度との偏差で冷却部または加熱部を制御
することが行われており、この場合、通常は冷却部を精
度よく制御することは困難であるため、これは連続動作
として加熱部を制御している。従来の装置においても、
冷却部として圧縮式冷凍機を用い、その冷凍サイクル中
の蒸発器部分を冷水槽として冷水を作り、一方、冷水槽
に隣接して恒温槽を設け、恒温槽は冷水槽と細孔で接続
されていて、冷水を冷却源として利用するとともに、恒
温槽中には加熱源としてヒータ及び温度センサが設けら
れていて、温度センサの出力と制御温度との偏差でヒー
タをオン，オフ制御して恒温槽の中の水を所定の温度に
制御し、恒温水をポンプで反応槽との間に循環させて反
応槽の温度を一定に保持している。冷却槽内の冷水は、
ポンプにより試薬貯留部との間を循環して、試薬貯留部
内に収容してある試薬を冷却する。そのため、圧縮式冷
凍機は装置が非動作時であつても常に運転状態にあつて
冷水を一定温度に維持していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

自動分析装置の反応温度制御装置に対する要求の１つ
は、安価で信頼性の高い制御系にあり、この点では従来
のオン，オフ制御はその要求を満たすものであるが、性
能性から次の要求がある。すなわち、正確な分析結果を
得るための温度制御の高精度化であり、また、いま１つ
は、電源投入後の装置の立ち上げ時間の短縮のための反
応槽温度の立ち上がり時間の短縮である。オン，オフ制
御においては、温度制御精度上の問題は、温度リツプル
が大きいことにあり、第１の要求の制御の高精度化を得
るには、ヒータ及び冷却部の容量は制御が可能な範囲内
でできる限り小さいのがよく、第２の要求の立ち上がり
時間の短縮には、冷却能力及びヒータの容量を大きくす
る必要がある。従来の自動分析装置においては、反応温
度は25゜,30゜,37゜のうちからいずれかの温度の選択を
可能とし、また、周囲温度としては、例えば、15〜38℃
を許容している。この条件から従来の装置では、冷却部
の能力は32℃近辺の温度の循環水を25℃の制御範囲内に
所定の時間内に冷却し得る能力として、また、ヒータの
容量は15℃近辺の循環水を37℃の制御範囲内に所定の時
間で加熱し得る能力として２つの矛盾した要求で選ばれ
ており、必ずしもこの２つの要求に対しては満足が得ら
れていたものではなかつた。また、この方法によると、
冷凍サイクルにおける制御動作時の冷凍負荷が必要以上
に大きくなつて、その低減も望まれるところである。

本発明の目的は、従来装置での上記した問題点を解決す
るためになされたもので、立ち上がり時間の短かい、か
つ、温度リツプルの小さい高精度な反応槽温度制御を実
現して使い勝手のよい正確な分析結果が得られる自動分
析装置の反応温度制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、次のような課題解
決手段を提案する。なお、構成要素に付加した符号は、
内容の理解を容易にするため実施例における第１図及び
第５図の符号を引用したものである。

第１の発明は、水を配管，ポンプ21を介して循環させる
循環水路に、循環水を恒温水にするために熱交換を行な
う冷水槽６及びヒータ25と、前記冷水槽6,ヒータ25を通
して得られた恒温水を導入して反応セル31内の反応液の
温度を一定に保持するための反応槽27とを配置し、恒温
水が目標温度Tiとなるように前記循環水の温度を検知し
て少なくとも前記ヒータ25の加熱温度を制御する制御系
とを備えた自動分析装置の反応温度制御装置において、 前記冷水槽６は、その水槽内で循環水冷却用の冷水を生
成するための蒸発器５を有し、前記循環水路には、前記
循環水を前記冷水槽６の冷水中に通す熱交換量の異なる
複数の冷却用配管7,8と、前記冷水槽６をバイパスして
前記ヒータ25に前記循環水を導くバイパス配管40,44と
を配設し、 且つ恒温水の目標温度Tiに対する循環水温度Tpの偏差ま
たは制御目標温度Tiに対応して要求される循環水冷却能
力を予め設定し、この要求される循環水冷却能力に応じ
て前記複数の冷却用配管7,8と前記バイパス配管40,44の
各配管を選択的に切り替えて前記循環水路の流路の一部
にする配管切替制御手段（第１図では、切替弁34,35及
び制御部53がこれに該当する）を備えたことを特徴とす
る。

第２の発明は、基本的に上記第１の発明と同様の循環水
路、冷水槽６、ヒータ25、反応槽27を採用するが、前記
循環水路には、循環水を前記冷水槽６の冷水中に通す冷
却用配管７′と該冷水槽６をバイパスして前記ヒータ25
に前記循環水を導くバイパス配管40′とを配設し、 且つ、恒温水の目標温度Tiに対する循環水温度Tpの偏差
又は制御目標温度にTiに対応して要求される循環水冷却
能力を予め設定し、この循環水冷却能力に応じて前記冷
却用配管７′と前記バイパス配管40′とに流れる循環水
流量の流量比を制御して、前記循環水と前記冷水槽６の
冷水との熱交換量を可変にする流量比制御手段50を備え
たことを特徴とする。

〔作用〕

従来の反応温度制御装置では、恒温水を生成する場合
に、立ち上げ時に温度の低い循環水をヒータで加熱して
いるときでも、循環水は冷水と熱交換して冷却され、そ
れをヒータで再加熱していたので、立ち上げ時にはヒー
タの能力はこの冷却量だけ損失となるため、大容量化
し、定常な恒温水制御動作時には過剰能力となつて反応
温度制御精度を低下させていた。

これに対して、本願の第１の発明では、目標温度Tiに対
する循環水温度Tpに対する偏差又は制御目標温度Tiに応
じて、予め要求される循環水冷却能力を設定し、この要
求される循環水冷却能力（冷却容量）に応じて熱交換量
の異なる複数の冷却用配管（冷水槽６を通す配管）7,8
と冷水槽６をバイパスしてヒータ25に通じるバイパス配
管40,44の各配管が前記循環水路の流路の一部に選択的
になり得るように切替え可能にしてあるので、次のよう
な制御が可能になる。

例えば、 （イ）反応槽温度制御（恒温水温度制御）の立ち上げ時
に制御目標値（目標温度）Tiに対して循環水の温度Tpが
充分に低い場合は、目標温度Tiに対して所定の温度差範
囲に到達するまで、循環水冷却能力を最小にすることが
望ましいので、この要求に応じて、切替制御手段によっ
て前記バイパス配管40,44を前記循環水路の一部として
選択すれば、循環水は冷水槽６の冷水と熱交換すること
なくヒータ部25に流れるため、ヒータ能力の損失はな
く、従つてヒータ容量は小さく設定し得る。また、恒温
水制御の立ち上げ時間の短縮が得られる。

（ロ）逆に、立ち上げ時に循環水の温度Tpが目標値Tiよ
り充分に高い場合は、前記所定の温度差範囲に到達する
まで、ヒータ25をオフ状態にして、循環水冷却能力を大
きくすることが望ましいので、この要求に応じて、切替
制御手段によって熱交換量の最も大きな冷却用配管７を
前記循環水路の一部として選択すれば、この冷却用配管
７を介して循環水を冷水槽６に通すことにより、循環水
から恒温水を生成する初期段階において最大循環水冷却
能力に選ばれ、恒温水制御の立ち上げ時間の短縮が得ら
れる。

（ハ）そして、立ち上げ時間が過ぎて、定常の恒温水制
御動作（循環水温度Tpが目標温度Tiに対して所定の温度
差範囲に到達している場合）に入ると、循環水温度Tpが
目標温度Tiに対して制御範囲が小さい温度偏差にあるこ
とから、所定温度の恒温水を得るための循環水冷却能力
が小さくて済むので、これに応じて、切替制御手段によ
り熱交換量の最も小さな冷却用配管８が前記循環水路の
一部として選択する。すなわち、循環水の冷却部は制御
動作からのみ決定された循環水冷却能力を選び、冷凍サ
イクル負荷の軽減も得られると同時に、ヒータの加熱容
量も小さくて済み、温度制御のリップルを小さくして、
高精度な恒温水制御を保証する。

したがって、立ち上がり時間の短縮と、温度制御の高精
度化の双方の要求を満足し、しかも冷凍サイクルの負荷
軽減，ヒータ容量の合理化を図ることができる。

また、制御目標値Tiを変化させた場合にも、冷却用配管
7,8、バイパス配管40,44を適宜選択することで、それぞ
れの制御目標値で適正化された循環水冷却能力に切り替
えることも可能になる。

次に第２の発明によれば、恒温水温度制御の立ち上げ時
に、目標温度Tiに対して循環水温度Tpが低い場合や高い
場合には、要求される循環水冷却能力に応じて冷水槽６
の冷却用配管７′やバイパス配管40′を流量比制御手段
50により選択することで（例えば、一方の配管と他方の
配管の流量比を０対100或いはその逆とする）、上記第
１の発明の（イ），（ロ）と同様の作用が得られ、 また、循環水温度Tpが前記所定の温度差範囲に到達して
定常制御装置に入ると、予め設定した流量比により前記
冷却用配管７′と前記バイパス配管40′の循環水を通す
ので、循環水のうち冷水槽６で熱交換する量を小さくし
て、上記第１の発明の（ハ）に実質的の同様の作用が得
られる。

さらに、制御目標値Tiを変化させた場合にも、冷却用配
管７′と、バイパス配管40′とに流れる流量比を要求の
循環水冷却能力に応じて適宜設定することで、それぞれ
の制御目標値で適正化された冷却力に切り替えることも
可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第５図を用いて詳細に
説明する。

第１図は本発明の自動分析装置の反応温度制御装置の一
実施例を示す構成図である。

第１図において、配管36〜46、ポンプ21は循環水路を形
成する要素で、この循環水路に、循環水を恒温水にする
ために熱交換を行なう冷水槽６及びヒータ25と、前記冷
水槽6,ヒータ25を通して得られた恒温水を導入して反応
セル31内の反応液の温度を一定に保持するための反応槽
27とを配置する。

１は例えばフロンＲ−12を冷媒とする圧縮式冷凍機で、
圧縮機2,凝縮器3,膨張弁4,蒸発器５等が図示の如く接続
されている。

冷水槽６の槽内には、圧縮式冷凍機１の蒸発器５が設け
てあり、また、反応槽27から送られてくる循環水を槽内
の冷水11で熱交換する場合に用いる、熱交換量の異なる
第1,第２の冷却用配管（以下、冷却管と称する）7,8が
設けてある。冷水槽６の外周りは断熱材９で覆われてお
り、上部には断熱する蓋10が設けられている。冷水槽６
の内部の水11は圧縮式冷凍機１の冷媒の蒸発器５で気化
により冷やされて冷水となる。

22は筒形のヒータ筒で、配管接続口23,24が設けられ、
棒状ののヒータ25が内部に装着され、また、例えば白金
を温度検出材とした温度センサ26がその内部にそれぞれ
シールされて図示の如く取り付けられている。

反応槽27は、例えば、上方が開放され、Ｕ字断面よりな
る円環状の反応槽が使用され、その底面部に恒温水の循
環のための流入配管28と流出配管29が設けられており、
その外表面は断熱材30で断熱されている。

31は、例えば、ガラス管の透明で光学的特性、熱伝導度
のよい材料よりなる円筒状の反応セルで、その中に検体
と試薬とがそれぞれ定量ずつ注入され、混和される。複
数個の反応セル31が反応デイスク32に保持されて反応槽
27内の温度制御された恒温水33中にその下部を浸して恒
温水33によつて検体と試薬が混和された反応液を所定の
反応温度に保持される。

反応デイスク32は図示を省略した回転駆動機構により、
図示を省略した光度計の周りに所定の間欠回転動作を与
えられて反応セル31内の反応液の反応を吸光度変化とし
て時系列的に測定する。測定が完了した反応器は、吸い
上げ廃棄され、反応セル31は図示を省略した洗浄装置で
洗浄され、再測定に供される。

34,35はそれぞれ第１及び第２の三方電磁弁であり、第
１及び第２の三方電磁弁34,35及び冷水槽６の第１及び
第２の冷却管7,8は、断熱された配管36〜46と２つの三
方接続管47,48により図示の如く接続されている。51は
温度センサ26の出力を電圧に変換，増幅する増幅器、52
はA/D変換器、53はマイクロンピユータシステムよりな
る温度制御装置の制御部、54はヒータ25に印加される交
流電源、55は制御部53からの信号によりヒータ25への交
流電流54の印加の断・接を行うソリツドステートリレー
（以下SSRと略す）である。

上記の構成の装置においては、圧縮式冷凍機１の冷凍サ
イクル動作により、膨脹弁４を出た冷媒は蒸発器５で気
化する際に冷水槽６内の水11から気化熱を吸収するた
め、水11を冷水化する。この圧縮式冷凍機１の動作は、
図示を省略したが冷水11の温度検出を行つて制御され
る。一方、反応槽27を循環する恒温水33の温度制御は次
のようにして行われる。反応槽27の流出配管口29から配
管38に流れ出た循環水は制御状態によりその流路を２つ
の三方電磁弁34,35により選択し、冷却量が立ち上げ時
と制御動作時のそれぞれの状態に応じて３〜４段階で切
り替えられる。冷水11により冷却された循環水33は、反
応槽循環ポンプ21によつてヒータ筒22に送られる。ヒー
タ筒22内では、温度センサ26により筒内の循環水33の温
度Tpを検出し、増幅器51により増幅し、A/D変換器52でA
/D変換され制御部53に伝送される。温度センサ26により
検知された循環水33の温度があらかじめ設定された目標
温度Tiより低ければSSR55をオンしてヒータ25により加
熱し、もし高ければヒータ25をオフのままとするように
目標温度Tiでオン，オフ制御される。こうして恒温に制
御された循環水33は反応槽27に送られて槽内の反応セル
31内の反応液を反応温度に維持する。ここで循環水33の
冷水槽６での冷却流路は第２図〜第４図に示したように
その制御状態によつて次のように選択される。

まず、装置の立ち上げ時であつて、温度センサ26で検出
されて循環水33の温度Tpが目標温度Tiより低い場合の流
路選択を第２図に示す。この場合は、循環水33は冷却管
７あるいは８のいずれをも通ることなく、循環ポンプ21
によりヒータ筒22に送られ、ヒータ25により加熱され
る。従つて従来の装置でみられた循環水33を冷やしなが
ら温めるといつた無駄がなくなり、この場合の立ち上が
り時間を従来と同じく選ぶならばヒータ25の容量を著し
く低減できる。

次に、装置の立ち上げ時であつて、上記した循環水33の
温度Tpが目標値Tiよりも高い場合は、第３図に示したよ
うに冷却流路が選択される。すなわち、熱交換量の大き
い第１の冷却管７が選ばれる。この第１の冷却管７は制
御精度に係りなく循環水33の冷却速度のみから冷凍機１
の能力内で冷却能力を最大に選ぶことができる。従つて
温度制御時の制御精度に影響されることなく、立ち上が
り時間の短縮を可能とする。

第４図は、循環水33の温度が制御範囲内（目標温度Tiに
対して所定の温度差内）、例えば、目標値の±0.1℃以
内となつたときに選択される流路を示す。第２の冷却管
８の冷却能力は、冷却速度に係りなく、温度制御精度か
ら適正化された値に選ばれており、上記したヒータ25の
低容量化とあわせ、温度制御精度の改善、温度リツプル
幅の低減を得ることができるとともに冷凍機１の負荷低
減もあわせて可能とする。

上記したこれらの制御状態における流路の選択は、ヒー
タ25のオン，オフ動作とあわせ制御部53により行われ
る。また、このヒータ25のオン，オフ動作は、上記した
±0.1℃といつた冷却流路の選択条件よりももつと狭い
範囲で行われる。以上の説明で明らかなように本実施例
によれば、循環水33を冷却するのに、大きい冷却速度を
必要とするときには、大きい冷却能力を、冷却を必要と
しないときは冷やすことなく、また、高精度な制御を行
うときはそれに適正化された冷却能力の選択が可能とさ
れ、これにより立ち上げ時間の短縮と制御精度の改善が
互いに干渉することなく達せられるとともに冷凍機１に
対しては負荷軽減によりその高信頼度化，長寿命化が得
られるものである。また、上記した説明では立ち上げ時
と制御状態とで冷却力を切り替える説明をしたが、目標
温度が上記したように25,30,37℃と切り替わる場合に
は、それぞれの目標温度で適正化された冷却力に切り替
えることも可能となり、これによればさらに精細な制御
が可能となる。

また、本実施例では冷却部の流路を切り替えることで制
御状態に応じた冷却力の適正化を行つたが、冷却管を１
本としてその入口と出口間を冷水槽６の外でバイパスす
る流路を設け、制御状態に応じて冷却管に流れる流路と
バイパス流路の流量比を制御して冷却力の適正化をはか
つても同様の効果を期待できる。

第５図は、それを具体化した実施例てあり、基本的には
第１図の実施例と共通するが、循環水路には、循環水を
冷水槽６の冷水中に通す冷却用配管７′と冷水槽６をバ
イパスしてヒータ25に循環水を直接導くバイパス配管4
0′とを配設する共に、冷却用配管７′とバイパス配管4
0′とに流れる循環水流量の流量比を要求される循環水
冷却能力に応じて流量比制御手段（例えば流量比制御
弁）50により制御して前記循環水と前記冷水との熱交換
量を可変にした点にある。

流量比制御手段50は、第１図の実施例と同様に制御部53
からの指令によって、反応槽27の恒温水温度制御の立ち
上げ時に目標温度Tiに対して前記温度検知対象の循環水
温度Tpが低い場合には、目標温度Tiに対して所定の温度
差範囲に到達するまでバイパス配管40′に循環水を通
し、目標温度Tiに対して温度検知対象の循環水温度Tpが
高い場合には、所定の温度差範囲に到達するまで冷却用
配管７′に循環水を通し、温度検知対象の循環水温度Ti
が所定の温度差範囲に到達している場合には、予め設定
した流量比により冷却用配管７′とバイパス配管40′に
循環水を通すように設定してある。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、冷水槽での循環水の冷却
力を循環水の温度制御状態からの要求により制御動作の
立ち上げ時で大きい冷却速度を必要とするときは大きく
し、冷却を必要としないときは冷却することなく、ま
た、制御動作に入つたときには、制御精度から要求され
る適正値に選択が可能となり、温度制御の立ち上げ時間
の短縮化と制御精度の改善を互いに干渉し合うことなく
達せられ、また、冷凍機に対しては、その負荷軽減が著
しく、高信頼度化，長寿命化が得られ、装置に実用して
分析精度の改善，安定化，高信頼化が得られるととも
に、立ち上がり時間の短縮が可能となり、性能上使い勝
手上で大なる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動分析装置の反応温度制御装置の一
実施例を示す構成図、第２図〜第４図は本発明における
流路の選択を示した流路図、第５図は本発明の他の実施
例を示す構成図である。 １……圧縮式冷凍機、６……冷水槽、7,8……冷却管、2
1……反応槽循環ポンプ、22……ヒータ筒、25……ヒー
タ、26……温度センサ、27……反応槽、31……反応セ
ル、33……恒温循環水、34,35……三方電磁弁、36〜46
……配管、47,48……三方接続管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水を配管，ポンプを介して循環させる循環
   水路に、循環水を恒温水にするために熱交換を行なう冷
   水槽及びヒータと、前記冷水槽，ヒータを通して得られ
   た恒温水を導入して反応セル（反応セルは検体と試薬を
   反応させるための容器である）内の反応液の温度を一定
   に保持するための反応槽とを配置し、恒温水が目標温度
   となるように前記循環水の温度を検知して少なくとも前
   記ヒータの加熱温度を制御する制御系とを備えた自動分
   析装置の反応温度制御装置において、 前記冷水槽は、その水槽内で循環水冷却用の冷水を生成
   するための蒸発器を有し、前記循環水路には、前記循環
   水を前記冷水槽の冷水中に通す熱交換量の異なる複数の
   冷却用配管と、前記冷水槽をバイパスして前記ヒータに
   前記循環水を導くバイパス配管とを配設し、 且つ、恒温水の目標温度に対する循環水温度の偏差又は
   制御目標温度に対応して要求される循環水冷却能力を予
   め設定し、この要求される循環水冷却能力に応じて前記
   複数の冷却用配管と前記バイパス配管の各配管を選択的
   に切り替えて前記循環水路の流路の一部にする配管切替
   制御手段を備えて成ることを特徴とする自動分析装置の
   反応温度制御装置。
2. 【請求項２】水を配管，ポンプを介して循環させる循環
   水路に、循環水を恒温水にするために熱交換を行なう冷
   水槽及びヒータと、前記冷水槽，ヒータを通して得られ
   た恒温水を導入して反応セル（反応セルは検体と試薬を
   反応させるための容器である）内の反応液の温度を一定
   に保持するための反応槽とを配置し、恒温水が目標温度
   となるように前記循環水の温度を検知して少なくとも前
   記ヒータの加熱温度を制御する制御系とを備えた自動分
   析装置の反応温度制御装置において、 前記冷水槽は、その水槽内で循環水冷却用の冷水を生成
   するための蒸発器を有し、前記循環水路には、循環水を
   前記冷水槽の冷水中に通す冷却用配管と該冷水槽をバイ
   パスして前記ヒータに前記循環水を導くバイパス配管と
   を配設し、 且つ、恒温水の目標温度に対する循環水温度の偏差又は
   制御目標温度に対応して要求される循環水冷却能力を予
   め設定し、この要求される循環水冷却能力に応じて前記
   冷却用配管と前記バイパス配管とに流れる循環水流量の
   流量比を制御して、前記循環水と前記冷水槽の冷水との
   熱交換量を可変にする流量比制御手段を備えて成ること
   を特徴とする自動分析装置の反応温度制御装置。