JP6003031B2 - 送液ポンプ、循環装置及び医療機器。 - Google Patents
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Description
容積が変更可能なポンプ室と、
前記ポンプ室から液体流路に向けて前記液体が流出する出口流路と、
前記ポンプ室に前記液体を供給する入口流路と、
前記入口流路と前記ポンプ室との間に設けられた逆止弁と、
を備えた送液ポンプであって、
前記送液ポンプは、
前記ポンプ室の容積の減少に伴って該ポンプ室の内部圧力が上昇した後、該出口流路から直接前記流体流路に液体が流れることによって該ポンプ室の内部圧力が低下する時の時定数よりも、短い周期で駆動されるポンプであり、
前記出口流路と前記流体流路との間には、前記ポンプ室のコンプライアンスよりも大きく、且つ前記ポンプ室のコンプライアンスに対して100倍以下のコンプライアンスを有する出口側バッファ室が設けられていることを特徴とする。
F=8×μ×L/(πr4) ・・・(1)
ここで、液体流路122の流路抵抗は出口流路116の流路抵抗よりも大きく設定されている。また、ポンプ室102や出口側バッファ118など、流体に満たされた流体室内に圧力が加わった時には、流体室の変形による容積の膨張や流体の圧縮が生じる。例えば、最も単純な場合として、容積がVで体積弾性率がKの流体室に圧縮率κFの流体(ここでは液体とする)で満たされており、流体室内の液体に圧力Pが加わったものとする。このとき、流体室の変形による容積の変化量ΔV1は、
ΔV1=V/K×P ・・・(2)
となる。また、液体の圧縮による体積の変化量ΔV2は、
ΔV2=V×κF×P ・・・(3)
となる。よって、圧力Pに対する見かけ上の流体室の容積の変化量ΔVは、
ΔV=V×(1/K+κF)×P ・・・(4)
となり、このV×(1/K+κF)がコンプライアンスと呼ばれる値である。ここで、流体室が同じ弾性率を持つ部材で、液体が同じ圧縮率を持つ流体であるとき、(4)式は、同じ圧力Pが加わるのであれば、見かけ上の流体室の容積の変化量ΔVは流体室の容積Vに比例することを表している。出口側バッファ室118を有さない従来の送液ポンプでは、図9(b)に示すように、出口流路116および液体流路122で構成される流路抵抗とポンプ室102のコンプライアンスとの積で定められる時定数τに従って、ポンプ室の内部圧力がゆっくり下降する。しかし、本発明の送液ポンプでは、流体流路122は、ポンプ室102よりもコンプライアンスの大きい出口側バッファ室118が存在するためにポンプ室102にはほとんど影響を与えない。
P=ρ×L×a ・・・(5)
が得られる。更に、流路を流れる体積流量をQ、流路を流れる流体の流速をvとすると、
Q=v×S だから、
dQ/dt=a×S ・・・(6)
が成り立つ。(6)式を(5)式に代入すると、
P=(ρ×L/S)×(dQ/dt) ・・・(7)
となる。この式は、流路内の流体についての運動方程式を、流路の一端に加わる圧力P(正確には両端での圧力差)と、dQ/dtとを用いて表した式である。(7)式は、同じ圧力Pが加わるのであれば、(ρ×L/S)が小さくなるほど、dQ/dtが大きくなる(すなわち、流速が大きく変化する)ことを表している。この(ρ×L/S)が、イナータンスと呼ばれる値である。
T=2π(MC)1/2 ・・・(8)
ここで、Mは出口流路116のイナータンス、Cはポンプ室102および出口側バッファ室118の合成コンプライアンスである。また、ポンプ室102のコンプライアンスをC1、出口側バッファ室118のコンプライアンスをC2とすると、合成コンプライアンスCは、以下の(9)式によって与えられる。
C=1/{1/C1+1/C2} ・・・(9)
(8)式に示される固有振動を用いれば、図2に示す振動を再現することが可能となるし、出口側バッファ室118の容積が大きいほど(出口側バッファ室のコンプライアンスが大きくなるので)固有振動周期Tが長くなる現象も説明することができる。また、(8)式および(9)式から、ポンプ室102の容積によっても固有振動周期Tが変化することが分かる。
106…圧電素子、 108…ケース、 110…逆止弁、
112…入口側バッファ室、 114…入口流路、 116…出口流路、
118…出口側バッファ室、 122…流体流路
Claims (7)
- 容積が変更可能なポンプ室と、
前記ポンプ室から液体流路に向けて液体が流出する出口流路と、
前記ポンプ室に前記液体を供給する入口流路と、
前記出口流路と前記液体流路との間に設けられた出口側バッファ室と、を備え、
前記出口流路の流路抵抗が、前記液体流路の流路抵抗よりも低く、
前記出口側バッファ室は、前記ポンプ室のコンプライアンスよりも大きく、且つ前記ポンプ室のコンプライアンスに対して100倍以下のコンプライアンスを有することを特徴とする送液ポンプ。 - 前記入口流路と前記ポンプ室との間に設けられた逆止弁を備える、請求項1に記載の送液ポンプ。
- 前記出口側バッファ室のコンプライアンスは、前記ポンプ室のコンプライアンスに対して10倍以上である、請求項1または請求項2に記載の送液ポンプ。
- 容積が変更可能なポンプ室と、
前記ポンプ室から液体流路に向けて液体が流出する出口流路と、
前記出口流路と前記液体流路との間に設けられた出口側バッファ室と、
前記ポンプ室に前記液体を供給する入口流路と、
前記入口流路と前記ポンプ室との間に設けられた逆止弁と、
前記入口流路と前記逆止弁との間に設けられた入口側バッファ室と、を備え、
前記出口側バッファ室は、前記ポンプ室のコンプライアンスよりも大きく、且つ前記ポンプ室のコンプライアンスに対して100倍以下のコンプライアンスを有することを特徴とする送液ポンプ。 - 前記入口側バッファ室のコンプライアンスが、前記出口側バッファ室のコンプライアンスに対して5倍以上であることを特徴とする請求項4に記載の送液ポンプ。
- 請求項1ないし請求項5の何れか一項に記載の送液ポンプを有する循環装置。
- 請求項1ないし請求項5の何れか一項に記載の送液ポンプを有する医療機器。
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