JP2013194533A - Fluid circulation device and medical apparatus - Google Patents

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尚洋 松崎
Atsushi Oshima
敦 大島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique with which a fluid can be circulated while ensuring a flow rate.SOLUTION: A fluid circulation device includes: a pump chamber which performs a pumping action; an inflow channel; a fluid resistance element which suppresses or blocks a fluid flowing from the pump chamber to the inflow channel; a discharge port; a circulation channel that is a tubular channel in which the fluid is circulated from the discharge port to the inflow channel; and a fluid storage section which is provided on the circulation channel, stores the fluid while the pumping action is stopped, and supplies the stored fluid as a part of the circulating fluid while the pumping action is performed. When a flow rate of the fluid circulating in the circulation channel during the pumping action is defined as Q, channel resistance per unit length of the circulation channel from the fluid storage section to an inflow channel side end portion is defined as R and a suction pressure that is a pressure for the pump chamber to suck the fluid is defined as Pv (Pv>0), the fluid storage section is provided at a position of a length h satisfying a predetermined relational expression from the inflow channel side end portion on the circulation channel.

Description

本発明は、流体循環装置および流体循環装置を用いた医療機器に関するものである。   The present invention relates to a fluid circulation device and a medical device using the fluid circulation device.

従来、物体の温度を調整する技術として、流体循環装置を用いた技術が知られている(例えば特許文献1)。この技術では、温度を調整しようとする物体(以下、温度調整対象とも呼ぶ)に対して、内部に流体が循環する循環流路を接触させ、循環する流体の熱によって、温度調整対象の温度を調整する。しかし、従来の流体循環装置においては、流体の循環時における圧力が考慮されていないため、予め設定した流量を確保して流体を循環させることができない場合があるといった問題があった。   Conventionally, as a technique for adjusting the temperature of an object, a technique using a fluid circulation device is known (for example, Patent Document 1). In this technique, an object whose temperature is to be adjusted (hereinafter also referred to as a temperature adjustment target) is brought into contact with a circulation channel through which a fluid circulates, and the temperature of the temperature adjustment target is set by the heat of the circulating fluid. adjust. However, in the conventional fluid circulation device, the pressure at the time of circulation of the fluid is not taken into consideration, and thus there is a problem that the fluid may not be circulated while securing a preset flow rate.

特開平8−242463号公報JP-A-8-242463

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、所定の流量を確保して流体を循環させることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to ensure a predetermined flow rate and circulate a fluid.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。   In order to solve at least a part of the problems described above, the present invention can take the following forms or application examples.

[適用例1]
流体循環装置であって、流体を吸入して吐出するポンプ動作を行うポンプ室と、該ポンプ室へ流体が流入する流路である流入流路と、前記ポンプ室から前記流入流路へ向かう前記流体の流れを抑制または抑止する流体抵抗要素と、前記ポンプ室からの流体の吐出口と、前記吐出口から前記流入流路へ前記流体が循環する管状の流路である循環流路と、前記循環流路上に設けられ、前記ポンプ動作の停止時に、前記流体を収容するとともに、前記ポンプ動作時に、前記収容している前記流体を前記循環する流体の一部として供給する流体収容部とを備え、前記ポンプ動作時における前記循環流路を循環する前記流体の流量をQとし、前記ポンプ動作時における前記流体収容部から前記流入流路側端部にかけての前記循環流路の単位長さあたりの流路抵抗をRとし、前記ポンプ室が前記流体を吸入する圧力である吸入圧力をPv(Pv>0)とした場合に、前記流体収容部は、前記循環流路上における前記流入流路側の端部から式(3)の関係を満たす長さhの位置に設けられている流体循環装置。

Figure 2013194533
この流体循環装置によると、ポンプ室が循環流路を介して流体収容部から流体を吸入するために必要な圧力に比べて、ポンプ室の吸入圧力Pvが大きくなる位置に流体収容部を備えるので、ポンプ室は流体収容部から流量Qで流体を吸入することができる。結果として、流量Qを確保して循環流路に流体を循環させることができる。 [Application Example 1]
A fluid circulation device that performs a pumping operation for sucking and discharging fluid; an inflow passage that is a passage through which fluid flows into the pump chamber; and the heading from the pump chamber toward the inflow passage. A fluid resistance element that suppresses or inhibits the flow of fluid, a fluid discharge port from the pump chamber, a circulation channel that is a tubular channel through which the fluid circulates from the discharge port to the inflow channel, A fluid storage section that is provided on the circulation flow path and that stores the fluid when the pump operation is stopped and supplies the stored fluid as a part of the circulating fluid when the pump is operating. , Where Q is the flow rate of the fluid circulating through the circulation channel during the pump operation, and per unit length of the circulation channel from the fluid storage unit to the inflow channel side end during the pump operation. When the path resistance is R and the suction pressure, which is the pressure at which the pump chamber sucks the fluid, is Pv (Pv> 0), the fluid storage portion is an end on the inflow channel side on the circulation channel. To a fluid circulation device provided at a position of a length h that satisfies the relationship of formula (3).
Figure 2013194533
According to this fluid circulation device, since the pump chamber includes the fluid storage portion at a position where the suction pressure Pv of the pump chamber becomes larger than the pressure required to suck the fluid from the fluid storage portion via the circulation flow path. The pump chamber can suck fluid from the fluid storage portion at a flow rate Q. As a result, it is possible to ensure the flow rate Q and circulate the fluid through the circulation channel.

[適用例2]
適用例1記載の流体循環装置であって、前記流体の粘度をμとし、前記循環流路の直径をdとした場合に、前記流体収容部は、前記循環流路上における前記流入流路側の端部から式(4)の関係を満たす長さhの位置に設けられている流体循環装置。

Figure 2013194533
この流体循環装置によると、循環流路の流路断面形状が所定の大きさの円形である場合に、流量Qを確保して流体を循環させることができる。 [Application Example 2]
In the fluid circulation device according to Application Example 1, in the case where the viscosity of the fluid is μ and the diameter of the circulation channel is d, the fluid storage portion is an end on the inflow channel side on the circulation channel. A fluid circulation device provided at a position of a length h that satisfies the relationship of formula (4) from the section.
Figure 2013194533
According to this fluid circulation device, when the cross-sectional shape of the circulation channel is a circular shape having a predetermined size, the fluid can be circulated with the flow rate Q secured.

[適用例3]
適用例1または適用例2に記載の流体循環装置であって、前記循環流路は、前記流入流路と一体として形成された管状の吸入流路と、該吸入流路と前記吐出管路との間を接続する管状の流体流路とを備え、前記流体収容部は、前記吸入流路から分岐して設けられている流体循環装置。
この流体循環装置によると、流体収容部は吸入流路と一体として形成された管状の吸入管路から分岐して設けられているので、強度の高い構造とすることができる。
[Application Example 3]
The fluid circulation device according to Application Example 1 or Application Example 2, wherein the circulation channel includes a tubular suction channel formed integrally with the inflow channel, the suction channel, and the discharge conduit. And a tubular fluid flow path that connects the fluid flow paths, and the fluid storage portion is provided by branching from the suction flow path.
According to this fluid circulation device, the fluid storage portion is provided by branching from the tubular suction pipe formed integrally with the suction flow path, so that a structure having high strength can be obtained.

[適用例4]
適用例1から適用例3のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、前記流体収容部は、前記供給に用いる前記流体を収容する流体収容室を含み、前記内部に収容されている前記流体の量に応じて変形可能である流体循環装置。
この流体循環装置によると、流体収容部として、内部に収容されている流体の量に応じて変形可能な流体収容室を用いるので、内部に収容される流体の量が変化しても、内部の圧力を一定に保つことができる。
[Application Example 4]
The fluid circulation device according to any one of Application Example 1 to Application Example 3, wherein the fluid storage unit includes a fluid storage chamber that stores the fluid used for the supply, and is stored in the interior. A fluid circulation device that is deformable according to the amount of the fluid.
According to this fluid circulation device, since the fluid storage chamber that can be deformed according to the amount of fluid stored in the interior is used as the fluid storage section, even if the amount of fluid stored in the interior changes, The pressure can be kept constant.

[適用例5]
適用例4記載の流体循環装置であって、前記流体収容室は、フィルムを袋状に封止することによって形成されたパックである流体循環装置。
この流体循環装置によると、流体収容室としてパックを用いるので、簡易な構成とすることができる。
[Application Example 5]
The fluid circulation device according to application example 4, wherein the fluid storage chamber is a pack formed by sealing a film in a bag shape.
According to this fluid circulation device, since the pack is used as the fluid storage chamber, a simple configuration can be achieved.

[適用例6]
適用例1から適用例5のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、前記流体収容部は、前記循環流路から分岐した分岐流路である流体循環装置。
この流体循環装置によると、流体収容部として分岐流路を用いるので、流体収容部を簡易な構造とすることができる。
[Application Example 6]
The fluid circulation device according to any one of Application Example 1 to Application Example 5, wherein the fluid storage unit is a branch channel branched from the circulation channel.
According to this fluid circulation device, since the branch flow path is used as the fluid storage portion, the fluid storage portion can be made a simple structure.

[適用例7]
適用例6記載の流体循環装置であって、前記分岐流路の内部には、前記収容された前記流体を封止するとともに、前記分岐流路内の前記流体の圧力と大気圧との圧力差に応じて移動する封止材が配置されている流体循環装置。
この流体循環装置によると、分岐流路に封止材が配置されているので、分岐流路から液体が外部に流出するのを防止することができる。
[Application Example 7]
The fluid circulation device according to Application Example 6, wherein the accommodated fluid is sealed in the branch flow path, and the pressure difference between the pressure of the fluid in the branch flow path and atmospheric pressure A fluid circulation device in which a sealing material that moves in accordance with the pressure is arranged.
According to this fluid circulation device, since the sealing material is disposed in the branch channel, it is possible to prevent the liquid from flowing out from the branch channel.

[適用例8]
適用例7記載の流体循環装置であって、前記流体は、第1の液体であり、前記分岐流路の内部のうち、前記第1の液体と前記封止材との間には、前記第1の液体と相分離可能な第2の液体が封止されており、前記第2の液体の気化熱は、前記第1の液体の気化熱よりも大きい流体循環装置。
この流体循環装置によると、分岐流路から第1の液体が気化するのを抑制することができる。
[Application Example 8]
The fluid circulation device according to Application Example 7, wherein the fluid is a first liquid, and the first liquid and the sealing material are disposed between the first liquid and the sealing material in the branch channel. A fluid circulation device in which a second liquid that is phase-separable from one liquid is sealed, and the heat of vaporization of the second liquid is greater than the heat of vaporization of the first liquid.
According to this fluid circulation device, vaporization of the first liquid from the branch channel can be suppressed.

[適用例9]
適用例1から適用例8のいずれか一項に記載の流体循環装置を用いた医療機器。
この構成によれば、流体循環装置において流体が安定して循環するので、医療機器の信頼性を向上させることができる。
[Application Example 9]
A medical device using the fluid circulation device according to any one of Application Example 1 to Application Example 8.
According to this configuration, since the fluid circulates stably in the fluid circulation device, the reliability of the medical device can be improved.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、流体循環方法および装置、その他、流体循環システム、温度調整装置などの形態で実現することができる。   Note that the present invention can be realized in various modes. For example, the present invention can be realized in the form of a fluid circulation method and apparatus, a fluid circulation system, a temperature adjustment device, and the like.

流体噴射システムの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of a fluid injection system. 流体循環装置の断面の構成を概略的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows roughly the structure of the cross section of a fluid circulation apparatus. 循環ポンプの内部における液体の流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the liquid in the inside of a circulation pump. フィルムパックの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a film pack. 液体流路の内部圧力を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the internal pressure of a liquid flow path. 分岐流路の構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of a branch flow path. 変形例1における流体循環装置を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the fluid circulation apparatus in the modification 1. 採用可能な流体抵抗要素を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the fluid resistance element which can be employ | adopted.

A.第1実施例:
(A1)システム構成:
本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施例としての流体噴射システム10の概略構成を示す説明図である。流体噴射システム10は、流体噴射装置20と、流体噴射装置20を冷却する流体循環装置100とを備えている。流体噴射装置20は、皮膚等の生体組織に対してジェット水流を噴射し、その衝撃エネルギーによって生体組織を剥離、切開するウォータージェットメスである。特に、本実施例の流体噴射装置20は、ジェット水流を断続的に噴射するウォータージェットパルスメスである。
A. First embodiment:
(A1) System configuration:
Embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fluid ejection system 10 as an embodiment of the present invention. The fluid ejection system 10 includes a fluid ejection device 20 and a fluid circulation device 100 that cools the fluid ejection device 20. The fluid ejecting apparatus 20 is a water jet knife that ejects a jet water flow onto a living tissue such as skin and peels and incises the living tissue by the impact energy. In particular, the fluid ejection device 20 of the present embodiment is a water jet pulse knife that intermittently ejects a jet water flow.

流体噴射装置20は、ジェット水流を噴射する脈動発生部30と、水を収容する流体容器40と、流体容器40に収容されている水を吸い上げて脈動発生部30に供給する供給ポンプ42と、流体容器40と供給ポンプ42とを接続する接続チューブ44と、供給ポンプ42と脈動発生部30とを接続する接続チューブ46とを備えている。   The fluid ejection device 20 includes a pulsation generating unit 30 that ejects a jet water flow, a fluid container 40 that stores water, a supply pump 42 that sucks up water that is stored in the fluid container 40 and supplies the water to the pulsation generating unit 30. A connection tube 44 that connects the fluid container 40 and the supply pump 42 and a connection tube 46 that connects the supply pump 42 and the pulsation generator 30 are provided.

脈動発生部30は、接続チューブ46から供給された水を一時的に貯留する流体室32と、流体室32に貯留された水に対して脈動を与える圧電アクチュエーター34と、流体室32に連通し、圧電アクチュエーター34によって脈動を与えられた水が通過する流体噴射管36と、圧電アクチュエーター34を内部に収容する下ケース38と、流体室32を構成し、下ケース38に接続された上ケース39とを備えている。   The pulsation generating unit 30 communicates with the fluid chamber 32, a fluid chamber 32 that temporarily stores water supplied from the connection tube 46, a piezoelectric actuator 34 that pulsates the water stored in the fluid chamber 32, and the fluid chamber 32. A fluid jet pipe 36 through which water pulsated by the piezoelectric actuator 34 passes, a lower case 38 that houses the piezoelectric actuator 34 therein, and a fluid chamber 32, and an upper case 39 connected to the lower case 38. And.

圧電アクチュエーター34は、積層型圧電素子であり、圧電素子(ピエゾ素子)の圧電効果を利用してダイアフラムを変形させることによって、流体室32の容積を変化させる。流体室32の容積が小さくなると、流体室32に貯留された水は、流体噴射管36を通って、ジェット水流として外部に噴射される。   The piezoelectric actuator 34 is a laminated piezoelectric element, and changes the volume of the fluid chamber 32 by deforming the diaphragm using the piezoelectric effect of the piezoelectric element (piezo element). When the volume of the fluid chamber 32 is reduced, the water stored in the fluid chamber 32 is jetted to the outside through the fluid jet pipe 36 as a jet water flow.

流体循環装置100は、流体噴射装置20の圧電アクチュエーター34を冷却する装置であり、循環ポンプ110と、両端が循環ポンプ110に接続された循環流路である液体流路190とを備えている。液体流路190は、耐圧性及び柔軟性を有するチューブである。耐圧性及び柔軟性を有するチューブとは、例えば、PTFEなどのフッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、PVC系の樹脂などの熱可塑性樹脂や、シリコーンゴムからなる、医療用チューブや一般工業用チューブが適用可能であるが、これに特に限定されない。圧電アクチュエーター34に巻き付けられている。このため、圧電アクチュエーター34に生じた熱は、液体流路190の内部を循環する流体(循環流体)に伝わり、圧電アクチュエーター34は冷却される。温度が上昇した循環流体は、液体流路190を循環中に空冷によって冷却される。その他、別途、ラジエータを用いて循環流体を冷却するとしてもよい。本実施例では、熱の交換効率を考慮し、循環流体は液体である。また、流体循環装置100においては液体として水を採用する。   The fluid circulation device 100 is a device that cools the piezoelectric actuator 34 of the fluid ejection device 20, and includes a circulation pump 110 and a liquid flow channel 190 that is a circulation flow channel having both ends connected to the circulation pump 110. The liquid channel 190 is a tube having pressure resistance and flexibility. The tube having pressure resistance and flexibility is, for example, a medical tube or a general industrial tube made of a thermoplastic resin such as PTFE or other fluororesin, polyimide resin or PVC resin, or silicone rubber. Although it is possible, it is not particularly limited to this. It is wound around the piezoelectric actuator 34. For this reason, the heat generated in the piezoelectric actuator 34 is transmitted to the fluid circulating in the liquid flow path 190 (circulating fluid), and the piezoelectric actuator 34 is cooled. The circulating fluid whose temperature has risen is cooled by air cooling while circulating in the liquid channel 190. In addition, the circulating fluid may be cooled separately using a radiator. In this embodiment, the circulating fluid is a liquid in consideration of heat exchange efficiency. In the fluid circulation device 100, water is used as the liquid.

図2は、流体循環装置100の断面の構成を概略的に示す模式図である。本実施例では、流体循環装置100は、循環ポンプ110と液体流路190とによって密閉系の循環経路が構成されている。密閉系の循環流路とは、循環流体が外部(大気)と接する部分を有しない循環系の流路を言う。密閉系の循環流路を採用することにより、循環流体に気泡やその他の異物等が混入することを防ぐことができる。また、循環流体自体が揮発して量が減少することを防ぐことで循環する流体の流量を安定して確保することができ、安定した循環効率を維持することに寄与する。   FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a cross-sectional configuration of the fluid circulation device 100. In the present embodiment, in the fluid circulation device 100, a closed circulation path is configured by the circulation pump 110 and the liquid flow path 190. The closed circulation path means a circulation path having no part where the circulating fluid is in contact with the outside (atmosphere). By adopting a closed circulation channel, it is possible to prevent bubbles and other foreign matters from entering the circulating fluid. Further, by preventing the circulating fluid itself from volatilizing and reducing its amount, the flow rate of the circulating fluid can be secured stably, contributing to maintaining stable circulation efficiency.

循環ポンプ110は、積層型の圧電素子114と、圧電素子114を内部に収容する圧電素子ケース112と、内部に流路が形成された流路ケース140とを備えている。圧電素子114は、その底部が圧電素子ケース112とは固定されている。圧電素子114の上端には、円形の補強板116が取り付けられており、補強板116の上面には、金属薄板などで形成された円形のダイアフラム118が接着されている。補強板116は、ダイアフラム118の強度を補強している。補強板116の厚さは、ダイアフラム118の下面が圧電素子ケース112の上端面に接するように設定されている。   The circulation pump 110 includes a laminated piezoelectric element 114, a piezoelectric element case 112 that accommodates the piezoelectric element 114 therein, and a flow path case 140 in which a flow path is formed. The bottom of the piezoelectric element 114 is fixed to the piezoelectric element case 112. A circular reinforcing plate 116 is attached to the upper end of the piezoelectric element 114, and a circular diaphragm 118 formed of a thin metal plate or the like is bonded to the upper surface of the reinforcing plate 116. The reinforcing plate 116 reinforces the strength of the diaphragm 118. The thickness of the reinforcing plate 116 is set so that the lower surface of the diaphragm 118 is in contact with the upper end surface of the piezoelectric element case 112.

流路ケース140の下面側(圧電素子ケース112と向かい合う側)には、凹部140Cが形成されており、この凹部140Cには、環状の環状部材120が嵌め込まれている。環状部材120の内径は、ダイアフラム118の外径よりも小さくなっている。圧電素子ケース112と流路ケース140とを向かい合わせてネジ止め等で固定すると、ダイアフラム118は、環状部材120と圧電素子ケース112との間に挟まれ、流路ケース140とダイアフラム118との間の気密は、環状部材120によって確保された状態となる。この結果、ケース140の凹部140Cと、環状部材120の内周面と、ダイアフラム118とによって囲まれた空間であるポンプ室130が形成される。このポンプ室130の容積は、圧電素子114が伸長または収縮してダイアフラム118が変形することによって変化する。   A recess 140C is formed on the lower surface side of the flow path case 140 (side facing the piezoelectric element case 112), and an annular member 120 is fitted in the recess 140C. The inner diameter of the annular member 120 is smaller than the outer diameter of the diaphragm 118. When the piezoelectric element case 112 and the flow path case 140 face each other and are fixed by screws or the like, the diaphragm 118 is sandwiched between the annular member 120 and the piezoelectric element case 112, and between the flow path case 140 and the diaphragm 118. The airtightness is secured by the annular member 120. As a result, a pump chamber 130 that is a space surrounded by the recess 140 </ b> C of the case 140, the inner peripheral surface of the annular member 120, and the diaphragm 118 is formed. The volume of the pump chamber 130 changes as the piezoelectric element 114 expands or contracts and the diaphragm 118 deforms.

流路ケース140には、さらに、ポンプ室130に液体を導く液室146と、液体流路190の一端に接続され、ポンプ室130内の液体を液体流路190へと導くポンプ吐出流路142と、液体流路190の他端に接続され液体流路190から供給される液体を液室146へと導くポンプ吸入流路144とが形成されている。   The flow path case 140 further includes a liquid chamber 146 that guides the liquid to the pump chamber 130 and a pump discharge flow path 142 that is connected to one end of the liquid flow path 190 and guides the liquid in the pump chamber 130 to the liquid flow path 190. And a pump suction flow path 144 that is connected to the other end of the liquid flow path 190 and guides the liquid supplied from the liquid flow path 190 to the liquid chamber 146.

液室146は、ポンプ室130に連通しており、ポンプ室130側に向かって径が縮小するように(断面積が小さくなるように)形成されている。液室146とポンプ室130との境界部分には、逆止弁148が設けられている。逆止弁148は、液室146からポンプ室130への液体の流入を許容するとともに、ポンプ室130から液室146への液体の逆流を阻止する。   The liquid chamber 146 communicates with the pump chamber 130 and is formed so that the diameter decreases toward the pump chamber 130 (so that the cross-sectional area decreases). A check valve 148 is provided at the boundary between the liquid chamber 146 and the pump chamber 130. The check valve 148 allows the liquid to flow from the liquid chamber 146 to the pump chamber 130 and prevents the liquid from flowing back from the pump chamber 130 to the liquid chamber 146.

液体流路190上には、液体流路190から分岐した位置に、接続部材162を介してフィルムパック160が気密に接続されている。フィルムパック160は、循環流体への気泡の混入を防止するために、ガスバリア性と耐熱性とを備えた柔軟なフィルムによって形成されている。また、フィルムパック160は、接続部材162に対して着脱可能となっている。液体流路190上におけるフィルムパック160の設置位置については後で詳しく説明する。   On the liquid channel 190, the film pack 160 is airtightly connected via a connection member 162 at a position branched from the liquid channel 190. The film pack 160 is formed of a flexible film having gas barrier properties and heat resistance in order to prevent air bubbles from being mixed into the circulating fluid. The film pack 160 is detachable from the connecting member 162. The installation position of the film pack 160 on the liquid flow path 190 will be described in detail later.

以上のように構成された流体循環装置100は、循環ポンプ110の圧電素子114を駆動することによって、液体流路190内の液体を循環させる。次に、循環ポンプ110の動作の詳細について説明する。   The fluid circulation device 100 configured as described above circulates the liquid in the liquid flow path 190 by driving the piezoelectric element 114 of the circulation pump 110. Next, details of the operation of the circulation pump 110 will be described.

(A2)循環ポンプ110の動作:
図3は、循環ポンプ110の内部における液体の流れを示す説明図である。図3(A)は、循環ポンプ110が動作していない状態(圧電素子114に駆動電圧が印加される前の状態)を示す説明図である。以下、循環ポンプ110が動作している状態を動作状態、循環ポンプ110が動作していない状態を停止状態とも呼ぶ。停止状態においては、ポンプ室130および液体流路190の内部の圧力は大気圧である。停止状態では、ポンプ室130には液体が満たされている。また、停止状態では、フィルムパック160にも、予め、所定量の液体が収容されている。停止状態においてフィルムパック160内に収容されている液体(以下、圧力調整液体BFとも呼ぶ)は、動作状態において、液体流路190の内部を適切な圧力に調整するために用いられる。圧力調整液体BFについては、後で詳細を説明する。
(A2) Operation of circulation pump 110:
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the flow of the liquid inside the circulation pump 110. FIG. 3A is an explanatory diagram illustrating a state where the circulation pump 110 is not operating (a state before a driving voltage is applied to the piezoelectric element 114). Hereinafter, a state where the circulation pump 110 is operating is also referred to as an operating state, and a state where the circulation pump 110 is not operating is also referred to as a stopped state. In the stop state, the pressure inside the pump chamber 130 and the liquid flow path 190 is atmospheric pressure. In the stopped state, the pump chamber 130 is filled with liquid. In the stopped state, the film pack 160 also contains a predetermined amount of liquid in advance. The liquid stored in the film pack 160 in the stopped state (hereinafter also referred to as pressure adjusting liquid BF) is used to adjust the inside of the liquid flow path 190 to an appropriate pressure in the operating state. Details of the pressure adjusting liquid BF will be described later.

図3(B)は、圧電素子114に駆動電圧が印加された状態を示す説明図である。ポンプ室130に液体が満たされた状態で、圧電素子114に駆動電圧が印加されると、圧電素子114は、印加された駆動電圧によって伸長し、補強板116を介してダイアフラム118をポンプ室130の方向に押し上げる。ポンプ室130がダイアフラム118によって押されると、ポンプ室130の容積は減少し、ポンプ室130内の液体が加圧される。このとき、逆止弁148は閉状態となり、ポンプ室130から液室146への液体の逆流が阻止されるので、ポンプ室130の容積が減少した分の液体が、ポンプ吐出流路142を通って、液体流路190に向けて圧送される。   FIG. 3B is an explanatory diagram showing a state in which a driving voltage is applied to the piezoelectric element 114. When a drive voltage is applied to the piezoelectric element 114 in a state where the pump chamber 130 is filled with liquid, the piezoelectric element 114 expands due to the applied drive voltage, and the diaphragm 118 is moved through the reinforcing plate 116 to the pump chamber 130. Push up in the direction of. When the pump chamber 130 is pushed by the diaphragm 118, the volume of the pump chamber 130 decreases and the liquid in the pump chamber 130 is pressurized. At this time, the check valve 148 is closed and the back flow of the liquid from the pump chamber 130 to the liquid chamber 146 is prevented, so that the liquid corresponding to the reduced volume of the pump chamber 130 passes through the pump discharge flow path 142. Thus, it is pumped toward the liquid channel 190.

このようにして液体流路190に液体が送り込まれると、液体流路190内の液体が次々に下流側へ押し流されることになる。また、前述したように、本実施例の流体循環装置100では、液体流路190と循環ポンプ110とによって密閉系が構成されており、液体流路190へ押し流された液体は、液体流路190から分岐して接続されているフィルムパック160へと流入する。ここで、フィルムパック160は、柔軟なフィルムで形成されているとともに、液体が充填されて完全に張った状態ではなく、まだ膨らむ余裕を残した状態で取り付けられている。したがって、液体がフィルムパック160に流入しても、フィルムパック160が膨らむことによって、フィルムパック160内や、フィルムパック160と連通する液体流路190内の圧力が高まることが抑制される。   When the liquid is sent into the liquid flow path 190 in this way, the liquid in the liquid flow path 190 is successively pushed downstream. Further, as described above, in the fluid circulation device 100 of the present embodiment, the liquid flow path 190 and the circulation pump 110 constitute a closed system, and the liquid pushed into the liquid flow path 190 is the liquid flow path 190. And flow into the connected film pack 160. Here, the film pack 160 is formed of a flexible film, and is attached in a state in which the liquid pack 160 is not completely filled with the liquid but is still inflated. Therefore, even if the liquid flows into the film pack 160, the pressure in the film pack 160 and the liquid flow path 190 communicating with the film pack 160 is suppressed by the film pack 160 expanding.

図3(C)は、圧電素子114に印加される駆動電圧が減少した状態を示す説明図である。駆動電圧が減少すると、圧電素子114は、収縮して元の長さに戻る。そうすると、ポンプ室130の容積が増加(元の容積に復元)する。このとき、ポンプ室130内は負圧になるので、逆止弁148が開放状態となって、液室146およびポンプ吸入流路144を介して、フィルムパック160からポンプ室130に液体が吸い込まれる。なお、負圧とは、大気圧以下の圧力を言う。   FIG. 3C is an explanatory diagram showing a state in which the driving voltage applied to the piezoelectric element 114 has decreased. When the drive voltage decreases, the piezoelectric element 114 contracts and returns to its original length. Then, the volume of the pump chamber 130 increases (restores to the original volume). At this time, since the pressure in the pump chamber 130 becomes negative, the check valve 148 is opened, and the liquid is sucked into the pump chamber 130 from the film pack 160 via the liquid chamber 146 and the pump suction flow path 144. . The negative pressure refers to a pressure below atmospheric pressure.

ポンプ室130内の負圧は、ポンプ吐出流路142にも作用する。しかし、ポンプ吐出流路142の流路抵抗は、フィルムパック160から逆止弁148までの流路抵抗よりも大きく設定されている。従って、ポンプ吐出流路142と比べて、液室146からポンプ室130へ液体が流入しやすくなっている。また、液室146は、液体流路190を介してフィルムパック160と連通しているため、フィルムパック160内の液体が滞ることなくポンプ室130に流入する。   The negative pressure in the pump chamber 130 also acts on the pump discharge channel 142. However, the flow resistance of the pump discharge flow path 142 is set larger than the flow resistance from the film pack 160 to the check valve 148. Therefore, it is easier for the liquid to flow from the liquid chamber 146 to the pump chamber 130 than the pump discharge flow path 142. Further, since the liquid chamber 146 communicates with the film pack 160 through the liquid flow path 190, the liquid in the film pack 160 flows into the pump chamber 130 without stagnation.

このようにして容積が回復したポンプ室130が液室146から流入した液体により満たされた後、圧電素子114が駆動電圧の増加によって再び伸長すると、図3(B)に示すように、ポンプ室130内で加圧された液体が、ポンプ吐出流路142及び液体流路190に向けて圧送される。循環ポンプ110が以上のような動作を繰り返すことによって、流体循環装置100は、液体流路190内の液体を循環させる。   After the pump chamber 130 whose volume has been recovered in this way is filled with the liquid flowing in from the liquid chamber 146, when the piezoelectric element 114 expands again due to an increase in driving voltage, as shown in FIG. The liquid pressurized in 130 is pumped toward the pump discharge channel 142 and the liquid channel 190. When the circulation pump 110 repeats the above operation, the fluid circulation device 100 circulates the liquid in the liquid flow path 190.

(A3)フィルムパックの構成:
図4は、フィルムパック160の構成を示す説明図である。図4(A)には、フィルムパック160の分解斜視図が示されている。フィルムパック160は、ガスバリア性と耐熱性とを備えた一対の柔軟なフィルム164と、連通穴162aを有しフィルムパック160を液室146と着脱可能に接続する接続部材162と、開閉可能な開放口が設けられた開放口部材166とから構成されている。一対のフィルム164は、略長方形状に形成されている。フィルムパック160は、一対のフィルム164の長手方向の一端側に接続部材162を挟み、他端側に開放口部材166を挟み、周囲を熱圧着などで気密に貼り合わせることによって形成される。
(A3) Structure of film pack:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the film pack 160. FIG. 4A shows an exploded perspective view of the film pack 160. The film pack 160 includes a pair of flexible films 164 having gas barrier properties and heat resistance, a connecting member 162 having a communication hole 162a and detachably connecting the film pack 160 to the liquid chamber 146, and an openable opening. It is composed of an open mouth member 166 provided with a mouth. The pair of films 164 are formed in a substantially rectangular shape. The film pack 160 is formed by sandwiching the connection member 162 on one end side in the longitudinal direction of the pair of films 164, sandwiching the open port member 166 on the other end side, and airtightly bonding the periphery by thermocompression bonding or the like.

図4(B)には、一対のフィルム164を貼り合わせることによって形成されたフィルムパック160が示されている。尚、図4(B)では、熱圧着などによって貼り合わされたシール部がハッチングを付して表されている。図4(B)に示すように、フィルムパック160は、内部に液体を収容していない状態では、一対のフィルム164が互いに接した状態となる。   FIG. 4B shows a film pack 160 formed by bonding a pair of films 164 together. In FIG. 4B, the seal portion bonded by thermocompression bonding or the like is shown with hatching. As shown in FIG. 4B, the film pack 160 is in a state in which the pair of films 164 are in contact with each other in a state where no liquid is accommodated therein.

これに対して、接続部材162の連通穴162aを通ってフィルムパック160に液体が流入すると、図4(C)に示すように、一対のフィルム164が互いに離れることによってフィルムパック160が膨らむ(容積が増加する)ので、液体を収容することができる。また、フィルムパック160内の液体が接続部材162の連通穴162aを通って流出すると、一対のフィルム164が互いに接近してフィルムパック160が萎む(容積が減少する)。このようにフィルムパック160は、内部に収容する液体量に応じて変形可能である。   On the other hand, when the liquid flows into the film pack 160 through the communication hole 162a of the connection member 162, the film pack 160 swells as the pair of films 164 separate from each other as shown in FIG. The liquid can be accommodated. Further, when the liquid in the film pack 160 flows out through the communication hole 162a of the connecting member 162, the pair of films 164 approach each other and the film pack 160 is deflated (the volume is reduced). In this way, the film pack 160 can be deformed according to the amount of liquid stored inside.

図4(D)には、フィルムパック160に用いられるフィルム164の構造が例示されている。図示したフィルム164は、多層構造になっており、アルミ箔(AL)の両面に耐液体性に優れたポリプロピレン(PP)を貼り合わせ、さらにその上から、両面に、耐衝撃性に優れたポリエチレンテレフタレート(PET)を貼り合わせた構造を採る。各層は接着剤によって張り合わされている。アルミ箔の中層を設けることによって、フィルムの強度を高めるとともに、ガスバリア性を高めることができる。このような構成のフィルムパック160は、耐熱性に優れ、高温(例えば、150℃)での取り扱いが可能であるとともに、柔軟性を有し、変形が容易である。また、フィルムパック160は、軽量化を実現できることに加えて、熱圧着で簡単に形成することができる。   FIG. 4D illustrates the structure of the film 164 used for the film pack 160. The illustrated film 164 has a multilayer structure, and is bonded to both sides of an aluminum foil (AL) with polypropylene (PP) having excellent liquid resistance, and from above, polyethylene having excellent impact resistance on both sides. A structure in which terephthalate (PET) is bonded is adopted. Each layer is bonded by an adhesive. By providing the middle layer of the aluminum foil, the strength of the film can be enhanced and the gas barrier property can be enhanced. The film pack 160 having such a configuration has excellent heat resistance, can be handled at a high temperature (for example, 150 ° C.), has flexibility, and can be easily deformed. Further, the film pack 160 can be easily formed by thermocompression bonding in addition to realizing weight reduction.

フィルムパック160に用いられるフィルム164の構造は、図4(D)に示した構造に限られるわけではなく、例えば、中層としてアルミ箔に代えて、エチレンービニルアルコール共重合樹脂(EVOH)や、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)等を用いてもよい。また、ポリアミド(ナイロン)の外層とポリプロピレン(PP)の内層とを、直接に接着剤で貼り合わせて透明なフィルムとしてもよい。フィルムパック160を透明にすることにより、フィルムパック160の内部(液体の量や、液体の流れ)を視認することが可能となる。   The structure of the film 164 used for the film pack 160 is not limited to the structure shown in FIG. 4 (D). For example, instead of aluminum foil as the middle layer, ethylene-vinyl alcohol copolymer resin (EVOH), Polyvinylidene chloride (PVDC) or the like may be used. Alternatively, the outer layer of polyamide (nylon) and the inner layer of polypropylene (PP) may be directly bonded with an adhesive to form a transparent film. By making the film pack 160 transparent, it becomes possible to visually recognize the inside of the film pack 160 (the amount of liquid and the flow of liquid).

(A4)フィルムパック160の設置位置:
次に、フィルムパック160は液体流路190における設置位置について説明する。本実施例における流体循環装置100においては、所定の流量Q(単位:[ml/min])を確保して液体流路190内を液体が循環するようにフィルムパック160の設置位置を決定する。図5は、液体流路190内を所定の流量Qを確保して液体が循環している場合における、液体流路190内の内部圧力を説明する説明図である。
(A4) Installation position of the film pack 160:
Next, the installation position of the film pack 160 in the liquid channel 190 will be described. In the fluid circulation device 100 in the present embodiment, the installation position of the film pack 160 is determined so that a predetermined flow rate Q (unit: [ml / min]) is secured and the liquid circulates in the liquid flow path 190. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the internal pressure in the liquid flow path 190 when the liquid circulates while ensuring a predetermined flow rate Q in the liquid flow path 190.

図5上段には、液体流路190における内部圧力を考察するための流体循環装置100のモデル(内部圧力考察モデル)を示した。図示するように、内部圧力考察モデルにおいては、考察を容易にするために液体流路190を直線上に示すとともに、フィルムパック160を簡易的に図示している。また、本実施例における内部圧力考察モデルにおいては、液体流路190とポンプ吸入流路144とを、断面形状が円形である一連の管状の流路(以下、循環流路195とも呼ぶ)とみなして、内部圧力の考察をする。また、ポンプ吐出流路142と循環流路195とが接続点を流路始点Sとし、循環流路195と液室146との境界を流路終点Eとする。すなわち、流路終点Eは、ポンプ吸入流路144と液室146との境界点である。   The upper part of FIG. 5 shows a model of the fluid circulation device 100 (internal pressure consideration model) for considering the internal pressure in the liquid flow path 190. As shown in the figure, in the internal pressure consideration model, the liquid flow path 190 is shown on a straight line and the film pack 160 is simply shown for easy consideration. In the internal pressure consideration model in the present embodiment, the liquid flow path 190 and the pump suction flow path 144 are regarded as a series of tubular flow paths (hereinafter also referred to as a circulation flow path 195) having a circular cross-sectional shape. Then, consider the internal pressure. The connection point between the pump discharge flow path 142 and the circulation flow path 195 is defined as a flow path start point S, and the boundary between the circulation flow path 195 and the liquid chamber 146 is defined as a flow path end point E. That is, the flow path end point E is a boundary point between the pump suction flow path 144 and the liquid chamber 146.

また、循環流路195におけるフィルムパック160の設置位置から流路終点Eまでの長さ(以下、離隔距離とも呼ぶ)をh(単位:[m])とする。なお、図5においては、流路終点Eと液室146とは分離したように示しているが、実際の流体循環装置100においては、流路終点Eと液室146とは接続されている。図中に示した破線の矢印は、液体の流れる方向を示す。また、循環ポンプ110の動作状態における流路始点Sの循環流路195の内部圧力を圧力Pout、循環ポンプ110の動作状態における循環流路195の流路終点Eの内部圧力の値を圧力Pinとする。   In addition, the length (hereinafter also referred to as a separation distance) from the installation position of the film pack 160 to the channel end point E in the circulation channel 195 is h (unit: [m]). In FIG. 5, the flow path end point E and the liquid chamber 146 are shown as separated from each other, but in the actual fluid circulation device 100, the flow path end point E and the liquid chamber 146 are connected. The broken-line arrows shown in the figure indicate the direction in which the liquid flows. Further, the internal pressure of the circulation flow path 195 at the flow path start point S in the operation state of the circulation pump 110 is the pressure Pout, and the internal pressure value of the flow path end point E of the circulation flow path 195 in the operation state of the circulation pump 110 is the pressure Pin. To do.

循環ポンプ110は、ポンプ吸入流路144からポンプ室130に流入した液体を加圧して、ポンプ吐出流路142から循環流路195に向けて圧力Pinで圧送する。そして、循環ポンプ110による液体の圧送によって、循環流路195の内部圧力に圧力勾配が生じ、生じた圧力勾配によって液体が流量Qで循環流路195を流れ、フィルムパック160に流入する。   The circulation pump 110 pressurizes the liquid that has flowed into the pump chamber 130 from the pump suction flow path 144, and pumps the liquid from the pump discharge flow path 142 toward the circulation flow path 195 with a pressure Pin. Then, a pressure gradient is generated in the internal pressure of the circulation flow path 195 by the liquid pumping by the circulation pump 110, and the liquid flows through the circulation flow path 195 at a flow rate Q by the generated pressure gradient and flows into the film pack 160.

そして、ポンプ室130の容積が増加することによって(図3(C)参照)、ポンプ吸入流路144を介して所定の圧力でフィルムパック160から液体を吸入することにより、フィルムパック160と流路終点Eとの間においても流量Qを確保して液体を循環させることができる。なお、本実施例においては、循環流路195は管状の構造をしていることから、循環流路195内の液体の流れを層流として扱う。本実施例においては、液体流路190の内部圧力を、このような内部圧力考察モデルによって考察する。   Then, when the volume of the pump chamber 130 increases (see FIG. 3C), the liquid is sucked from the film pack 160 at a predetermined pressure through the pump suction flow path 144, thereby causing the film pack 160 and the flow path to flow. Even with the end point E, the liquid Q can be circulated with the flow rate Q secured. In this embodiment, since the circulation channel 195 has a tubular structure, the liquid flow in the circulation channel 195 is treated as a laminar flow. In this embodiment, the internal pressure of the liquid flow path 190 is considered by such an internal pressure consideration model.

図5下段には、循環流路195を流量Qで液体が循環しているとした場合における循環流路195の内部圧力分布モデルを示した。内部圧力分布モデルにおいては、横軸を循環流路195における流路始点Sからの位置xとし、縦軸を位置xにおける内部圧力P(x)とする。なお、内部圧力P(x)は、相対圧力(大気圧を0)として表している。ポンプ吐出流路142から循環流路195内に流出する液体の内部圧力は、位置xが増加するに伴って、循環流路195の流路抵抗によって減少する。つまり、上述したように、液体流路190の内部圧力には圧力勾配が生じる。本実施例においては、循環流路195における圧力勾配は線形のモデルを採用する。   The lower part of FIG. 5 shows an internal pressure distribution model of the circulation channel 195 in the case where the liquid circulates in the circulation channel 195 at the flow rate Q. In the internal pressure distribution model, the horizontal axis is the position x from the flow path start point S in the circulation flow path 195, and the vertical axis is the internal pressure P (x) at the position x. The internal pressure P (x) is expressed as a relative pressure (atmospheric pressure is 0). The internal pressure of the liquid flowing out from the pump discharge channel 142 into the circulation channel 195 decreases with the channel resistance of the circulation channel 195 as the position x increases. That is, as described above, a pressure gradient is generated in the internal pressure of the liquid channel 190. In this embodiment, the pressure gradient in the circulation channel 195 employs a linear model.

フィルムパック160の設置位置における循環流路195の内部圧力は0(大気圧)となる。これは、フィルムパック160の設置位置近傍の循環流路195の内部圧力と大気圧との差に応じて、フィルムパック160内の液体が循環流路195との間で流入または流出するためである。このことからわかるように、フィルムパック160は、その設置位置における循環流路195の内部圧力を大気圧にすることができる。従って、その設置位置を制御することによって、循環ポンプ110が流量Qを確保して液体を循環させている際に、循環流路195の内部圧力が所定の圧力以下になることを防止することができる。例えば、フィルムパック160を流路終点Eの近傍に設置すれば、流路終点E近傍の内部圧力が0(大気圧)になるように制御することができる。   The internal pressure of the circulation channel 195 at the installation position of the film pack 160 is 0 (atmospheric pressure). This is because the liquid in the film pack 160 flows into or out of the circulation channel 195 according to the difference between the internal pressure of the circulation channel 195 near the installation position of the film pack 160 and the atmospheric pressure. . As can be seen from this, the film pack 160 can make the internal pressure of the circulation flow path 195 at the installation position thereof atmospheric pressure. Therefore, by controlling the installation position, when the circulation pump 110 secures the flow rate Q and circulates the liquid, it is possible to prevent the internal pressure of the circulation flow path 195 from falling below a predetermined pressure. it can. For example, if the film pack 160 is installed in the vicinity of the flow path end point E, the internal pressure in the vicinity of the flow path end point E can be controlled to be 0 (atmospheric pressure).

また、フィルムパック160は停止状態において予め圧力調整液体BFを収容している。これは、循環ポンプ110の動作状態においては、循環流路195の一部の内部圧力が大気圧以上となり、当該部分が膨張することに対応するためである。すなわち、循環ポンプ110と循環流路195とが液体を収容する総容積(以下、流体収容総容積とも呼ぶ)が、循環流路195の膨張により、循環流体の総体積(以下、循環流体総体積とも呼ぶ)より大きくなるため、その差分を補うために、停止状態において予めフィルムパック160に圧力調整液体BFを収容している。循環ポンプ110の動作状態において、流体収容総容積と循環流体総体積との差分が生じ、循環流路195の内部圧力が大気圧以下に低下する方向に移動した場合には、フィルムパック160の圧力調整液体BFが大気圧によって自動的に循環流路195に供給され、流体収容総容積と循環流体総体積との差分を補う。   Moreover, the film pack 160 contains the pressure adjustment liquid BF in advance in a stopped state. This is because, in the operation state of the circulation pump 110, the internal pressure of a part of the circulation flow path 195 becomes equal to or higher than the atmospheric pressure, and this part corresponds to expansion. That is, the total volume in which the circulation pump 110 and the circulation flow path 195 contain liquid (hereinafter also referred to as fluid storage total volume) is the total volume of the circulation fluid (hereinafter referred to as total circulation fluid volume) due to the expansion of the circulation flow path 195. In order to compensate for the difference, the pressure adjustment liquid BF is previously stored in the film pack 160 in the stopped state. In the operating state of the circulation pump 110, when the difference between the total volume of fluid accommodation and the total volume of the circulating fluid occurs and the internal pressure of the circulation flow path 195 moves in a direction that decreases below atmospheric pressure, the pressure of the film pack 160 is increased. The adjustment liquid BF is automatically supplied to the circulation flow path 195 according to the atmospheric pressure, and compensates for the difference between the total fluid storage volume and the total circulation fluid volume.

このように、フィルムパック160を流路終点Eの近傍へ設置し、圧力調整液体BFによって循環流路195の内部圧力を大気圧以上に調整した場合には、循環流路195の大凡の部分で内部圧力は大気圧以上となり、内部圧力と大気圧との差による循環流路195の内向き方向の変形を回避することができる。従って、フィルムパック160は、流路終点Eの近傍に備えるのが好適である。   As described above, when the film pack 160 is installed in the vicinity of the flow path end point E and the internal pressure of the circulation flow path 195 is adjusted to be equal to or higher than the atmospheric pressure by the pressure adjusting liquid BF, The internal pressure becomes equal to or higher than atmospheric pressure, and deformation of the circulation channel 195 in the inward direction due to the difference between the internal pressure and atmospheric pressure can be avoided. Therefore, the film pack 160 is preferably provided in the vicinity of the flow path end point E.

一方、図5の内部圧力分布モデルに示すように、離隔距離hを大きくした場合には、フィルムパック160から液室146に流量Qで液体を吸入するために、循環ポンプ110は循環流路195から所定の圧力以上で液体を吸入する必要がある。以下、詳しく説明する。   On the other hand, as shown in the internal pressure distribution model of FIG. 5, when the separation distance h is increased, the circulation pump 110 is connected to the circulation channel 195 in order to suck liquid from the film pack 160 into the liquid chamber 146 at a flow rate Q. It is necessary to inhale liquid at a predetermined pressure or higher. This will be described in detail below.

循環流路195の単位長さあたりの流路抵抗を流路抵抗R(単位:kg/m^5・S)とした場合、循環流路195に流量Qの流れを生じさせるためには、フィルムパック160と流路終点Eとの間の内部圧力に、「R・Q」の大きさの圧力勾配を付与する必要がある。フィルムパック160の内部圧力が「0」であることを考慮すると、流路終点Eにおける内部圧力を内部圧力Pin=−R・Q・hとした場合に、フィルムパック160と流路終点Eとの間に「R・Q」の大きさの圧力勾配を付与することができる。   When the flow resistance per unit length of the circulation flow path 195 is flow resistance R (unit: kg / m ^ 5 · S), in order to generate the flow of the flow rate Q in the circulation flow path 195, a film It is necessary to apply a pressure gradient of “R · Q” to the internal pressure between the pack 160 and the flow path end point E. Considering that the internal pressure of the film pack 160 is “0”, when the internal pressure at the flow path end point E is set to the internal pressure Pin = −R · Q · h, the film pack 160 and the flow path end point E A pressure gradient having a magnitude of “R · Q” can be applied therebetween.

ここで、循環ポンプ110が液体を吸入時に流路終点Eに加えることのできる圧力を吸入圧力Pv(Pv>0)と定義し、循環ポンプ110が液体を吸入する圧力の基準値として用いる。すなわち、循環ポンプ110が吸入圧力Pvで循環流路195から液体を吸入した場合には、相対気圧(大気圧を0)において、流路終点Eの内部圧力Pin=−Pvとなる。このように定義した場合、下記式(5)を満たすことによって、循環ポンプ110は、フィルムパック160と流路終点Eとの間に流量Qの流れを生じさせることができ、フィルムパック160から流量Qで液体を吸入することができる。

Figure 2013194533
Here, the pressure at which the circulation pump 110 can apply the liquid to the flow path end point E during the suction is defined as the suction pressure Pv (Pv> 0), and is used as a reference value for the pressure at which the circulation pump 110 sucks the liquid. That is, when the circulation pump 110 sucks liquid from the circulation flow path 195 at the suction pressure Pv, the internal pressure Pin = −Pv at the flow path end point E is obtained at the relative atmospheric pressure (atmospheric pressure is 0). When defined in this way, the circulation pump 110 can generate the flow of the flow rate Q between the film pack 160 and the flow path end point E by satisfying the following formula (5). Q can inhale liquid.
Figure 2013194533

また、式(5)を離隔距離hについての制限として表した場合には、下記式(6)として表すことができる。

Figure 2013194533
Moreover, when Formula (5) is expressed as a restriction on the separation distance h, it can be expressed as the following Formula (6).
Figure 2013194533

式(6)は、離隔距離hの上限値を表す。一方、離隔距離hの下限値については、フィルムパック160が流路終点Eの近傍であるほど、流路終点Eに加える吸入圧力Pvは小さくても流量Qを生じさせることができるため、離隔距離hの下限値はh>0となる。従って、離隔距離hが下記式(7)を満たす場合、吸入圧力Pvの循環ポンプ110は、フィルムパック160から流量Qで液体を吸入することができる。

Figure 2013194533
Expression (6) represents the upper limit value of the separation distance h. On the other hand, as the lower limit value of the separation distance h, the closer the film pack 160 is to the flow path end point E, the more the suction pressure Pv applied to the flow path end point E can be, the more the flow rate Q can be generated. The lower limit of h is h> 0. Therefore, when the separation distance h satisfies the following formula (7), the circulation pump 110 having the suction pressure Pv can suck the liquid from the film pack 160 at the flow rate Q.
Figure 2013194533

ここで、循環流路195の流路直径をd、液体流路190を循環する液体の粘度をμ(単位:Pa・s)とすると、ハーゲン・ポアズイユの法則から、単位長さあたりの流路抵抗Rは下記式(8)として表すことができる。

Figure 2013194533
Here, assuming that the channel diameter of the circulation channel 195 is d and the viscosity of the liquid circulating in the liquid channel 190 is μ (unit: Pa · s), the channel per unit length is calculated according to Hagen-Poiseuille's law. The resistance R can be expressed as the following formula (8).
Figure 2013194533

従って、式(7)および式(8)より、下記式(9)が導出される。

Figure 2013194533
Therefore, the following equation (9) is derived from the equations (7) and (8).
Figure 2013194533

本実施例においては、循環ポンプ110の吸入圧力Pv=10[kpa]、液体流路190の流路直径d=0.0005[m]、液体(水)の粘度μ=0.001[Pa・s]、流量Q=5[ml/min]である。従って、離隔距離h[m]が下記式(10)を満たす位置にフィルムパック160を設置することによって、循環ポンプ110は、流量Q=5[ml/min]を確保して液体を循環させることができる。

Figure 2013194533
In this embodiment, the suction pressure Pv of the circulation pump 110 is 10 [kpa], the channel diameter d of the liquid channel 190 is 0.0005 [m], and the viscosity of the liquid (water) μ = 0.001 [Pa · s], flow rate Q = 5 [ml / min]. Therefore, by installing the film pack 160 at a position where the separation distance h [m] satisfies the following formula (10), the circulation pump 110 circulates the liquid while ensuring a flow rate Q = 5 [ml / min]. Can do.
Figure 2013194533

本実施例の流体循環装置100においては、上記導出した離隔距離hの制限に基づき、離隔距離hが式(10)を満たす位置にフィルムパック160を設ける。結果として、循環ポンプ110は、ポンプ特性が低下することなく、流量Q=5[ml/min]を確保して液体を循環させることができる。特に、離隔距離hは、その値が0に近いほど、内部圧力Pinが吸入圧力Pvより十分に小さくなるので、循環ポンプ110への負担が軽減され、循環ポンプ110は安定して動作する。また、式(10)から分かるように、離隔距離hは流路終点Eの近傍に設けるとしてもよいので、後述する変形例1で説明するように、フィルムパック160をポンプ吸入流路144に設けるとしてもよい。   In the fluid circulation device 100 of the present embodiment, the film pack 160 is provided at a position where the separation distance h satisfies the expression (10) based on the above-described restriction of the separation distance h. As a result, the circulation pump 110 can circulate the liquid while ensuring the flow rate Q = 5 [ml / min] without deteriorating the pump characteristics. In particular, as the separation distance h is closer to 0, the internal pressure Pin becomes sufficiently smaller than the suction pressure Pv, so that the burden on the circulation pump 110 is reduced and the circulation pump 110 operates stably. Further, as can be seen from the equation (10), the separation distance h may be provided in the vicinity of the flow path end point E, so that the film pack 160 is provided in the pump suction flow path 144 as will be described in Modification 1 described later. It is good.

以上説明したように、流体循環装置100は、フィルムパック160を備えるので、循環流路195の内部圧力を制御することができる。また、流体循環装置100は、フィルムパック160を、離隔距離hが式(10)を満たす循環流路195の位置に設けるので、フィルムパック160から流量Qで液体を吸入するために必要な流路終点Eにおける圧力低下量「R・Q・h」と比較して、吸入圧力Pvを大きくすることができる。従って、循環ポンプ110は、流量Qで循環流路195に液体を循環させることができる。また、フィルムパック160を液体流路190上に設けることにより、フィルムパック160を流体循環装置100から容易に着脱することができ、組み立てやメンテナンスを容易に行うことができる。   As described above, since the fluid circulation device 100 includes the film pack 160, the internal pressure of the circulation channel 195 can be controlled. Further, since the fluid circulation device 100 is provided with the film pack 160 at the position of the circulation flow path 195 where the separation distance h satisfies the expression (10), the flow path necessary for sucking the liquid from the film pack 160 at the flow rate Q. Compared with the pressure drop amount “R · Q · h” at the end point E, the suction pressure Pv can be increased. Therefore, the circulation pump 110 can circulate the liquid through the circulation channel 195 at the flow rate Q. Further, by providing the film pack 160 on the liquid flow path 190, the film pack 160 can be easily detached from the fluid circulation device 100, and assembly and maintenance can be easily performed.

B.第2実施例:
次に本発明の第2実施例について説明する。第2実施例においては、流体循環装置として、流体循環装置100に代えて流体循環装置200を用いる。第1実施例における流体循環装置100は、圧力調整液体BFをフィルムパック160に収容するとしたが、第2実施例における流体循環装置200は、フィルムパック160に代えて、液体流路190に設けた分岐流路210に圧力調整液体BFを収容する。分岐流路210以外の構成は、第1実施例と同じであるので、分岐流路210以外の構成についての説明は省略する。なお、第1実施例と第2実施例とにおける同じ構成については、同じ符号を用いる。
B. Second embodiment:
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, a fluid circulation device 200 is used instead of the fluid circulation device 100 as a fluid circulation device. Although the fluid circulation device 100 in the first embodiment stores the pressure adjusting liquid BF in the film pack 160, the fluid circulation device 200 in the second embodiment is provided in the liquid flow path 190 instead of the film pack 160. The pressure adjusting liquid BF is accommodated in the branch channel 210. Since the configuration other than the branch flow path 210 is the same as that of the first embodiment, the description of the configuration other than the branch flow path 210 is omitted. In addition, the same code | symbol is used about the same structure in 1st Example and 2nd Example.

図6は、本実施例における分岐流路210の構成を説明する説明図である。分岐流路210は、式(10)を満たす循環流路195上の離隔距離hの位置に設けられている。分岐流路210は、ガスバリア性が高く、内部の液体が揮発しにくい材質で構成されている。分岐流路210内には、圧力調整液体BFを含め、循環ポンプ110の動作によって液体流路190を循環する液体が収容されている。以下、循環ポンプ110および液体流路190を循環する液体を第1液体Lq1とも呼ぶ。   FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the branch flow path 210 in the present embodiment. The branch flow path 210 is provided at a position of a separation distance h on the circulation flow path 195 that satisfies Expression (10). The branch flow path 210 is made of a material having a high gas barrier property and is less likely to volatilize the internal liquid. In the branch flow path 210, the liquid that circulates through the liquid flow path 190 by the operation of the circulation pump 110 is accommodated, including the pressure adjusting liquid BF. Hereinafter, the liquid circulating through the circulation pump 110 and the liquid flow path 190 is also referred to as a first liquid Lq1.

分岐流路210は、第1液体Lq1の液頭の位置が循環ポンプ110より高い位置となるように設置されている。分岐流路210内には、体積Vbの第1液体Lq1が収容されており、循環ポンプ110の動作状態において圧力調整液体BFとして機能する。   The branch flow path 210 is installed so that the position of the liquid head of the first liquid Lq1 is higher than the circulation pump 110. A first liquid Lq1 having a volume Vb is accommodated in the branch flow path 210, and functions as the pressure adjusting liquid BF in the operation state of the circulation pump 110.

図示するように、分岐流路210は、その内部に可動部216を備える。分岐流路210は、空気流通路としての通気孔218を有し、可動部216が外気と接するように構成されている。可動部216は、第2液体Lq2と、高粘度ゲル状流体214とから構成される。第2液体Lq2は、第1液体Lq1の液頭と接して位置している。第1液体Lq1の液頭の位置が移動すると、可動部216は、第1液体Lq1の液頭に接した状態で分岐流路210の高さ方向に移動する。分岐流路210の内壁面は、可動部216の移動が円滑になされるように、滑らかな表面を有する。また、流体循環装置200は、分岐流路210の近傍に、可動部216の移動量を測定可能なセンサー230を備えており、可動部216の移動量を測定可能である。   As illustrated, the branch channel 210 includes a movable portion 216 therein. The branch flow path 210 has a vent hole 218 as an air flow path, and is configured such that the movable portion 216 is in contact with outside air. The movable part 216 includes the second liquid Lq2 and the high-viscosity gel fluid 214. The second liquid Lq2 is located in contact with the liquid head of the first liquid Lq1. When the position of the liquid head of the first liquid Lq1 moves, the movable portion 216 moves in the height direction of the branch flow path 210 while being in contact with the liquid head of the first liquid Lq1. The inner wall surface of the branch flow path 210 has a smooth surface so that the movable part 216 can move smoothly. In addition, the fluid circulation device 200 includes a sensor 230 that can measure the amount of movement of the movable part 216 in the vicinity of the branch flow path 210, and can measure the amount of movement of the movable part 216.

可動部216の構成要素である高粘度ゲル状流体214は、分岐流路210からの第1液体Lq1の漏れ防止、および蒸発防止のための封止材として封入されている(水性ボールペンの液栓と同様の原理)。高粘度ゲル状流体214は、平均分子量630のポリブテンを基材とし、粘弾性と透明性を有する。高粘度ゲル状流体214として、平均分子量300〜3700のポリブテンやαオレフィンなどを用いることができる。   The high-viscosity gel fluid 214 that is a constituent element of the movable portion 216 is sealed as a sealing material for preventing leakage of the first liquid Lq1 from the branch flow path 210 and preventing evaporation (a liquid ballpoint pen liquid stopper). The same principle). The high viscosity gel fluid 214 is based on polybutene having an average molecular weight of 630 and has viscoelasticity and transparency. As the high-viscosity gel fluid 214, polybutene, α-olefin, or the like having an average molecular weight of 300 to 3700 can be used.

また、高粘度ゲル状流体214は、実質的に第1液体Lq1と相溶しないものであることが望ましい。第1液体Lq1に油性媒体を使用する場合には、水を媒体とした水性系の高粘度ゲルを使用することができる。水性系の高粘度ゲル状流体214を使用する場合において、高粘度ゲル状流体214の気体透過性が高い場合や、乾燥しやすい場合には、高粘度ゲル状流体214の上にさらに有機溶剤を溶媒とした油性系の層を形成し、透過及び乾燥の防止を行うとしてもよい。   Further, it is desirable that the high-viscosity gel fluid 214 is substantially incompatible with the first liquid Lq1. When an oily medium is used for the first liquid Lq1, an aqueous high-viscosity gel using water as a medium can be used. When the aqueous high-viscosity gel fluid 214 is used and the gas permeability of the high-viscosity gel fluid 214 is high or it is easy to dry, an organic solvent is further added on the high-viscosity gel fluid 214. An oily layer as a solvent may be formed to prevent permeation and drying.

第2液体Lq2は、高粘度ゲル状流体214が第1液体Lq1に溶解するのを防止するために分岐流路210に収容されている。第2液体Lq2は、第1液体Lq1より気化熱が大きい液体であり、かつ、第1液体Lq1と相分離可能な液体である。また、第2液体Lq2は第1液体Lq1より密度が小さい。本実施例においては、第2液体Lq2として流動パラフィンを用いる。その他、第2液体Lq2としてアルギン酸カルシウムを用いることもできる。   The second liquid Lq2 is accommodated in the branch flow path 210 in order to prevent the high-viscosity gel fluid 214 from dissolving in the first liquid Lq1. The second liquid Lq2 is a liquid having a larger heat of vaporization than the first liquid Lq1, and is a liquid that can be phase-separated from the first liquid Lq1. Further, the density of the second liquid Lq2 is smaller than that of the first liquid Lq1. In this embodiment, liquid paraffin is used as the second liquid Lq2. In addition, calcium alginate can be used as the second liquid Lq2.

上記説明した構成の流体循環装置200において、循環ポンプ110が動作すると、第1実施例において説明したように、液体流路190の内部圧力に圧力勾配が生じる。そして、液体流路190の容積変化により、液体流路190の流路終点E近傍の圧力は、大気圧を下回る方向に移動する。その際、流路終点E近傍の内部圧力と分岐流路210にかかる大気圧との圧力差により、分岐流路210内の第1液体Lq1(圧力調整液体BFに相当)が液体流路190に供給される。結果的に、分岐流路210の設置位置における循環流路195の内部圧力は0(大気圧)を維持し、循環ポンプ110は循環流路195の内部圧力を適切な状態にして動作することができる。   In the fluid circulation device 200 having the above-described configuration, when the circulation pump 110 operates, a pressure gradient is generated in the internal pressure of the liquid flow path 190 as described in the first embodiment. Then, due to the volume change of the liquid flow path 190, the pressure in the vicinity of the flow path end point E of the liquid flow path 190 moves in a direction below atmospheric pressure. At that time, due to the pressure difference between the internal pressure in the vicinity of the flow path end point E and the atmospheric pressure applied to the branch flow path 210, the first liquid Lq1 (corresponding to the pressure adjusting liquid BF) in the branch flow path 210 enters the liquid flow path 190. Supplied. As a result, the internal pressure of the circulation flow path 195 at the installation position of the branch flow path 210 is maintained at 0 (atmospheric pressure), and the circulation pump 110 can operate with the internal pressure of the circulation flow path 195 in an appropriate state. it can.

以上説明したように、流体循環装置200は、分岐流路210は、式(10)を満たす循環流路195上の離隔距離hの位置に設けられているので、分岐流路210から流路終点Eまでの流路抵抗と比較して吸入圧力Pvを大きくすることができる。従って、循環ポンプ110は、所定の流量Qを確保して循環流路195に液体を循環させることができる。また、分岐流路210を液体流路190上に設けることにより、フィルムパック160を流体循環装置100から容易に着脱することができ、組み立てやメンテナンスを容易に行うことができる。また、分岐流路210には可動部216が備えられているので、第1液体Lq1が分岐流路から外部に漏れることを防止し、さらに、第1液体Lq1が気散するのを防止することができる。   As described above, in the fluid circulation device 200, the branch flow path 210 is provided at the position of the separation distance h on the circulation flow path 195 that satisfies the expression (10). The suction pressure Pv can be increased compared to the flow path resistance up to E. Therefore, the circulation pump 110 can circulate the liquid through the circulation flow path 195 while ensuring a predetermined flow rate Q. Further, by providing the branch channel 210 on the liquid channel 190, the film pack 160 can be easily detached from the fluid circulation apparatus 100, and assembly and maintenance can be easily performed. In addition, since the branch channel 210 includes the movable portion 216, the first liquid Lq1 is prevented from leaking outside from the branch channel, and further, the first liquid Lq1 is prevented from being diffused. Can do.

C.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
(C1)変形例1:
上記実施例においては、フィルムパック160は循環流路195としての液体流路190に設けるとしたが、上記説明した離隔距離hの制限(式(7),式(9),式(10))を満たす範囲であれば、フィルムパック160を他の位置に設置するとしてもよい。例えば、循環流路195としてのポンプ吸入流路144に設けるとしてもよい。図7は、変形例1における流体循環装置100を説明する説明図である。図示するように、流路ケース140にポンプ吸入流路144と連通する流路(以下、連通流路145とも呼ぶ)を設け、フィルムパック160を連通流路145を介してポンプ吸入流路144と接続することによって、フィルムパック160をポンプ吸入流路144に設けることができる。このようにすることで、循環ポンプ110とフィルムパック160とを一体的な構造とすることができ、コンパクト化、耐久性の向上を実現することができる。
C. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
(C1) Modification 1:
In the above embodiment, the film pack 160 is provided in the liquid flow path 190 as the circulation flow path 195, but the above-described limitation of the separation distance h (formula (7), formula (9), formula (10)). The film pack 160 may be installed at another position as long as it satisfies the requirement. For example, the pump suction flow path 144 as the circulation flow path 195 may be provided. FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating the fluid circulation device 100 according to the first modification. As shown in the figure, the flow path case 140 is provided with a flow path (hereinafter also referred to as a communication flow path 145) that communicates with the pump suction flow path 144, and the film pack 160 is connected to the pump suction flow path 144 via the communication flow path 145. By connecting, the film pack 160 can be provided in the pump suction flow path 144. By doing in this way, the circulation pump 110 and the film pack 160 can be made into an integral structure, and compactness and improvement in durability can be realized.

(C2)変形例2:
上記実施例においては、流体収容部としてフィルムパック160、又は、分岐流路210を用いるとしたが、それに限ることなく他の流体収容部を採用するとしてもよい。例えば、ダイアフラム(ダイアフラムポンプ)、シリンジ、ベローズ等の流体収容部を採用することができる。上記実施例と同様に、各流体収容室を、接続部材を介して液体流路190と接続することや、変形例1で説明したポンプ吸入流路144と連通した連通流路に接続することで実現することができる。このようにしても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
(C2) Modification 2:
In the above-described embodiment, the film pack 160 or the branch flow path 210 is used as the fluid storage unit. However, other fluid storage units may be employed without being limited thereto. For example, a fluid container such as a diaphragm (diaphragm pump), a syringe, or a bellows can be employed. Similarly to the above-described embodiment, each fluid storage chamber is connected to the liquid flow path 190 via a connection member, or connected to the communication flow path communicating with the pump suction flow path 144 described in the first modification. Can be realized. Even if it does in this way, the effect similar to the said Example can be acquired.

(C3)変形例3:
上記実施例においては、循環流路の一態様として、断面積が円形の管状の循環流路195を採用したが、それに限ることなく、種々の循環流路を採用することができる。この場合、採用する循環流路の単位長さ当たりの流路抵抗Rを所定の演算により算出し、式(7)の流路抵抗Rに適用することで離隔距離hの制限を導出することができる。そして、導出した離隔距離hの制限を満たす循環流路195の位置にフィルムパック160を設ける。このようにすることで、循環ポンプ110は、種々の形状の循環流路において、流量Qを確保して流体を循環させることができる。
(C3) Modification 3:
In the above-described embodiment, the tubular circulation channel 195 having a circular cross-sectional area is adopted as an embodiment of the circulation channel. However, the present invention is not limited to this, and various circulation channels can be employed. In this case, the restriction of the separation distance h can be derived by calculating the flow resistance R per unit length of the circulation flow path to be adopted by a predetermined calculation and applying it to the flow resistance R of Expression (7). it can. And the film pack 160 is provided in the position of the circulation flow path 195 which satisfy | fills the restriction | limiting of the derived separation distance h. By doing in this way, the circulation pump 110 can circulate the fluid by ensuring the flow rate Q in the circulation channels of various shapes.

また、上記実施例においては、循環ポンプ110の吸入圧力Pv=10[kpa]、液体流路190の流路直径d=0.0005[mm]、液体(水)の粘度μ=0.001[Pa・s]、流量Q=5[ml/min]として導出された式(10)を満たす離隔距離hを採用してフィルムパック160を設けるとした。しかし、循環ポンプの種類を変更することによって吸入圧力Pvを他の値とすることや、流路直径d、粘度μ、流量Qとして他の値を採用して流体循環装置100を構成するとしてもよい。この場合には、採用した吸入圧力Pv、流路直径d、粘度μ、流量Qの各値を、式(9)に適用することによって、具体的な離隔距離hの制限を導出し、導出した離隔距離hを満たす位置にフィルムパック160を設置することで、循環ポンプ110は、流量Qを確保して循環流路195に流体を循環させることができる。   In the above embodiment, the suction pressure Pv of the circulation pump 110 is 10 [kpa], the channel diameter d of the liquid channel 190 is 0.0005 [mm], and the viscosity of the liquid (water) μ = 0.001 [ It is assumed that the film pack 160 is provided by adopting the separation distance h that satisfies the expression (10) derived as Pa · s] and the flow rate Q = 5 [ml / min]. However, the fluid circulation device 100 may be configured by changing the type of the circulation pump to set the suction pressure Pv to another value, or adopting other values as the flow path diameter d, viscosity μ, and flow rate Q. Good. In this case, by applying the values of the adopted suction pressure Pv, flow path diameter d, viscosity μ, and flow rate Q to the equation (9), a specific limit of the separation distance h is derived and derived. By installing the film pack 160 at a position that satisfies the separation distance h, the circulation pump 110 can ensure the flow rate Q and circulate the fluid through the circulation channel 195.

(C4)変形例4:
上記実施例では、流体循環装置100は、流体噴射装置20(ウォータージェットメス)の圧電アクチュエーター34を冷却するために利用されている。特に高い安全性が要求される医療機器においては、上述した実施例および変形例の流体循環装置100は安定した循環効率を確保するため、様々な医療機器に適用することが可能である。例えば、流体循環装置100は、医療用ドリルのモーター部や、超音波によって歯石を除去する超音波スケーラーの超音波発生部等の温度を調整するために利用されてもよい。また、流体循環装置100は、発熱部を冷却するために用いる場合に限らず、物体を加熱する場合に用いるとしてもよい。例えば、人体の一部を加熱または保温する場合に用いることができる。この場合には、上記流体循環装置100に、別途、循環流体を加熱する加熱部を備えることにより実現することができる。
(C4) Modification 4:
In the above embodiment, the fluid circulation device 100 is used for cooling the piezoelectric actuator 34 of the fluid ejection device 20 (water jet knife). In medical devices that require particularly high safety, the fluid circulation device 100 according to the above-described embodiments and modifications can be applied to various medical devices in order to ensure stable circulation efficiency. For example, the fluid circulation device 100 may be used to adjust the temperature of a motor unit of a medical drill or an ultrasonic generator of an ultrasonic scaler that removes tartar by ultrasonic waves. Further, the fluid circulation device 100 is not limited to the case where it is used for cooling the heat generating portion, but may be used when heating an object. For example, it can be used when a part of a human body is heated or kept warm. In this case, it can be realized by providing the fluid circulation device 100 with a separate heating unit for heating the circulating fluid.

(C5)変形例5:
上記実施例においては、流体循環装置100を循環する流体として液体、特に水を採用したが、それに限ることなく、種々の流体を採用することができる。例えば、気体として窒素や二酸化炭素を採用するとしてもよい。また、液体として、水、油などの他に、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリンや、これらの水溶液などを用いるとしてもよい。この場合、採用する液体の粘度の値を粘度μとして適用することで、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
(C5) Modification 5:
In the above embodiment, liquid, particularly water, is employed as the fluid circulating through the fluid circulation device 100, but various fluids can be employed without being limited thereto. For example, nitrogen or carbon dioxide may be employed as the gas. In addition to water and oil, propylene glycol, ethylene glycol, glycerin, and aqueous solutions thereof may be used as the liquid. In this case, by applying the viscosity value of the employed liquid as the viscosity μ, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

(C6)変形例6:
第2実施例においては、分岐流路210は可動部216を備えるとしたが、可動部を備えない分岐流路を採用するとしてもよい。このようにすることで、分岐流路の構成を簡易なものとすることができる。
(C6) Modification 6:
In the second embodiment, the branch flow path 210 includes the movable portion 216, but a branch flow path that does not include the movable portion may be employed. By doing in this way, the structure of a branch flow path can be simplified.

(C7)変形例7:
上記実施例においては、動作素子として圧電素子を採用したが、それに限らず種々の素子を採用するとしてもよい。例えば、電歪素子、電磁アクチュエーター、静電アクチュエーター、誘電型ポリアクチュエーターなどの駆動素子を用いることができる。これら駆動素子を採用しても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。また、上記実施例においては、圧電素子として、積層型のものを採用したが、他に、結晶単体の圧電素子や、モノモルフ型や、バイモルフ型の圧電素子を採用するとしてもよい。
(C7) Modification 7:
In the above-described embodiment, the piezoelectric element is employed as the operating element. However, the present invention is not limited thereto, and various elements may be employed. For example, driving elements such as electrostrictive elements, electromagnetic actuators, electrostatic actuators, and dielectric polyactuators can be used. Even if these driving elements are employed, the same effects as in the above-described embodiment can be obtained. In the above-described embodiment, the stacked type is used as the piezoelectric element, but in addition, a piezoelectric element of a single crystal, a monomorph type, or a bimorph type piezoelectric element may be used.

(C8)変形例8:
上記実施例においては、上記実施例においては、流体抵抗要素として逆止弁148を採用したが、それに限らず、種々の流体抵抗要素を採用することができる。図8は、採用可能な流体抵抗要素を示した説明図である。図示した流体抵抗要素(A)は、第1実施例とはことなる位置に設置された逆止弁である。流体抵抗要素(B)は、逆止弁を用いずにポンプ室130から液室146への液体の流れを抑制する。流体抵抗要素(C)は、上記実施例において逆止弁148を設置しない構成である。流体抵抗要素(C)であっても、その形状によって、ポンプ室130から液室146への液体の流れを抑制することができる。また、流体抵抗要素(B)、および流体抵抗要素(C)は、逆止弁148のような可動部が無いので、耐久性を向上させることができる。
(C8) Modification 8:
In the above embodiment, the check valve 148 is employed as the fluid resistance element in the above embodiment, but not limited thereto, various fluid resistance elements can be employed. FIG. 8 is an explanatory diagram showing fluid resistance elements that can be employed. The illustrated fluid resistance element (A) is a check valve installed at a position different from the first embodiment. The fluid resistance element (B) suppresses the flow of liquid from the pump chamber 130 to the liquid chamber 146 without using a check valve. The fluid resistance element (C) has a configuration in which the check valve 148 is not installed in the above embodiment. Even if it is a fluid resistance element (C), the flow of the liquid from the pump chamber 130 to the liquid chamber 146 can be suppressed with the shape. Further, since the fluid resistance element (B) and the fluid resistance element (C) do not have a movable portion like the check valve 148, durability can be improved.

10…流体噴射システム
20…流体噴射装置
30…脈動発生部
32…流体室
34…圧電アクチュエーター
36…流体噴射管
38…下ケース
39…上ケース
40…流体容器
42…供給ポンプ
44…接続チューブ
46…接続チューブ
100…流体循環装置
110…循環ポンプ
112…圧電素子ケース
114…圧電素子
116…補強板
118…ダイアフラム
120…環状部材
130…ポンプ室
140…流路ケース
140C…凹部
142…ポンプ吐出流路
144…ポンプ吸入流路
146…液室
148…逆止弁
160…フィルムパック
162…接続部材
162a…連通穴
164…フィルム
166…開放口部材
190…液体流路
195…循環流路
200…流体循環装置
210…分岐流路
214…高粘度ゲル状流体
216…可動部
218…通気孔
230…センサー
Q…流量
S…流路始点
E…流路終点
h…離隔距離
Lq1…第1液体
Lq2…第2液体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fluid ejecting system 20 ... Fluid ejecting apparatus 30 ... Pulsation generating part 32 ... Fluid chamber 34 ... Piezoelectric actuator 36 ... Fluid ejecting pipe 38 ... Lower case 39 ... Upper case 40 ... Fluid container 42 ... Supply pump 44 ... Connection tube 46 ... Connection tube 100 ... Fluid circulation device 110 ... Circulation pump 112 ... Piezoelectric element case 114 ... Piezoelectric element 116 ... Reinforcing plate 118 ... Diaphragm 120 ... Ring member 130 ... Pump chamber 140 ... Flow path case 140C ... Concave part 142 ... Pump discharge flow path 144 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Pump suction flow path 146 ... Liquid chamber 148 ... Check valve 160 ... Film pack 162 ... Connection member 162a ... Communication hole 164 ... Film 166 ... Opening port member 190 ... Liquid flow path 195 ... Circulation flow path 200 ... Fluid circulation apparatus 210 ... Branch channel 214 ... High viscosity gel fluid 216 ... Moving part 218 ... Vent 230 ... Sensor Q ... Flow rate S ... Flow path start point E ... Flow path end point h ... Separation distance Lq1 ... First liquid Lq2 ... Second liquid

Claims (9)

流体循環装置であって、
流体を吸入して吐出するポンプ動作を行うポンプ室と、
該ポンプ室へ流体が流入する流路である流入流路と、
前記ポンプ室から前記流入流路へ向かう前記流体の流れを抑制または抑止する流体抵抗要素と、
前記ポンプ室からの流体の吐出口と、
前記吐出口から前記流入流路へ前記流体が循環する管状の流路である循環流路と、
前記循環流路上に設けられ、前記ポンプ動作の停止時に、前記流体を収容するとともに、前記ポンプ動作時に、前記収容している前記流体を前記循環する流体の一部として供給する流体収容部と
を備え、
前記ポンプ動作時における前記循環流路を循環する前記流体の流量をQとし、
前記ポンプ動作時における前記流体収容部から前記流入流路側端部にかけての前記循環流路の単位長さあたりの流路抵抗をRとし、
前記ポンプ室が前記流体を吸入する圧力である吸入圧力をPv(Pv>0)とした場合に、
前記流体収容部は、前記循環流路上における前記流入流路側の端部から式(1)の関係を満たす長さhの位置に設けられている
流体循環装置。
Figure 2013194533
A fluid circulation device comprising:
A pump chamber that performs a pump operation for sucking and discharging a fluid; and
An inflow channel which is a channel through which fluid flows into the pump chamber;
A fluid resistance element that suppresses or inhibits the flow of the fluid from the pump chamber toward the inflow channel;
A fluid outlet from the pump chamber;
A circulation channel that is a tubular channel through which the fluid circulates from the discharge port to the inflow channel;
A fluid storage section provided on the circulation flow path and configured to store the fluid when the pump operation is stopped and to supply the stored fluid as a part of the circulating fluid when the pump is operated; Prepared,
Let Q be the flow rate of the fluid circulating through the circulation channel during the pump operation,
R is a flow path resistance per unit length of the circulation flow path from the fluid containing part to the inflow flow path side end during the pump operation,
When the suction pressure, which is the pressure at which the pump chamber sucks the fluid, is Pv (Pv> 0),
The fluid container is provided at a position of a length h that satisfies the relationship of the formula (1) from the end on the inflow channel on the circulation channel.
Figure 2013194533
請求項1記載の流体循環装置であって、
前記流体の粘度をμとし、
前記循環流路の直径をdとした場合に、
前記流体収容部は、前記循環流路上における前記流入流路側の端部から式(2)の関係を満たす長さhの位置に設けられている
流体循環装置。
Figure 2013194533
The fluid circulation device according to claim 1,
The viscosity of the fluid is μ,
When the diameter of the circulation channel is d,
The fluid accommodating portion is provided at a position of a length h that satisfies the relationship of Expression (2) from an end portion on the inflow channel on the circulation channel.
Figure 2013194533
請求項1または請求項2に記載の流体循環装置であって、
前記循環流路は、前記流入流路と一体として形成された管状の吸入流路と、該吸入流路と前記吐出管路との間を接続する管状の流体流路とを備え、
前記流体収容部は、前記吸入流路から分岐して設けられている
流体循環装置。
The fluid circulation device according to claim 1 or 2,
The circulation channel includes a tubular suction channel formed integrally with the inflow channel, and a tubular fluid channel connecting the suction channel and the discharge pipe line,
The fluid storage device is provided by branching from the suction flow path.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、
前記流体収容部は、前記供給に用いる前記流体を収容する流体収容室を含み、前記内部に収容されている前記流体の量に応じて変形可能である
流体循環装置。
The fluid circulation device according to any one of claims 1 to 3,
The fluid storage unit includes a fluid storage chamber that stores the fluid used for the supply, and is deformable according to the amount of the fluid stored in the interior.
請求項4記載の流体循環装置であって、
前記流体収容室は、フィルムを袋状に封止することによって形成されたパックである
流体循環装置。
The fluid circulation device according to claim 4,
The fluid storage chamber is a pack formed by sealing a film in a bag shape.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、
前記流体収容部は、前記循環流路から分岐した分岐流路である
流体循環装置。
The fluid circulation device according to any one of claims 1 to 5,
The fluid storage device is a branch channel branched from the circulation channel.
請求項6記載の流体循環装置であって、
前記分岐流路の内部には、前記収容された前記流体を封止するとともに、前記分岐流路内の前記流体の圧力と大気圧との圧力差に応じて移動する封止材が配置されている
流体循環装置。
The fluid circulation device according to claim 6,
A sealing material that seals the accommodated fluid and moves according to a pressure difference between the pressure of the fluid in the branch channel and atmospheric pressure is disposed inside the branch channel. A fluid circulation device.
請求項7記載の流体循環装置であって、
前記流体は、第1の液体であり、
前記分岐流路の内部のうち、前記第1の液体と前記封止材との間には、前記第1の液体と相分離可能な第2の液体が封止されており、
前記第2の液体の気化熱は、前記第1の液体の気化熱よりも大きい
流体循環装置。
The fluid circulation device according to claim 7,
The fluid is a first liquid;
A second liquid that can be phase-separated from the first liquid is sealed between the first liquid and the sealing material inside the branch flow path,
The fluid circulation device, wherein the heat of vaporization of the second liquid is greater than the heat of vaporization of the first liquid.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の流体循環装置を用いた医療機器。   A medical device using the fluid circulation device according to any one of claims 1 to 8.
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