WO2013168551A1 - 冷却装置、加熱冷却装置 - Google Patents

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WO2013168551A1
WO2013168551A1 PCT/JP2013/061826 JP2013061826W WO2013168551A1 WO 2013168551 A1 WO2013168551 A1 WO 2013168551A1 JP 2013061826 W JP2013061826 W JP 2013061826W WO 2013168551 A1 WO2013168551 A1 WO 2013168551A1
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WO
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hole
air
valve
cooling device
vent hole
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Application number
PCT/JP2013/061826
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English (en)
French (fr)
Inventor
神谷岳
平田篤彦
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • F04B43/046—Micropumps with piezoelectric drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • F28D2021/0029—Heat sinks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/08—Fluid driving means, e.g. pumps, fans

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device that blows air to an object to be cooled to cool the object to be cooled, and a heating and cooling device including the cooling device.
  • Patent Document 1 discloses a piezoelectric micro blower that blows air to a cooled object such as a CPU to cool the cooled object.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the main part of the piezoelectric microblower disclosed in Patent Document 1.
  • FIG. 12A shows an initial state (when no voltage is applied) of the piezoelectric microblower.
  • FIGS. 12B to 12E show the blower operation of the piezoelectric micro blower when the diaphragm 2 shown in FIG. 12A is bent and deformed in the primary resonance mode.
  • the arrows in (b) to (e) of FIG. 12 indicate the flow of air.
  • the piezoelectric micro blower includes a blower body 1, a diaphragm 2 whose outer peripheral portion is fixed to the blower body 1, and a piezoelectric device attached to the center of the back surface of the diaphragm 2. And an element 3.
  • a blower chamber 4 is formed between the first wall portion 1 a of the blower body 1 and the diaphragm 2, and the region of the first wall portion 1 a facing the center portion of the diaphragm 2 communicates with the blower chamber 4.
  • a first opening 5a is formed.
  • the blower body 1 is provided with a second wall portion 1b spaced from the first wall portion 1a, and a region of the second wall portion 1b facing the first opening portion 5a communicates with the blower chamber 4. Two openings 5b are formed. An inflow passage 7 communicating with the first opening 5a and the second opening 5b is formed between the first wall 1a and the second wall 1b.
  • the airflow discharged from the blower chamber 4 discharges air existing outside the blower body 1 from the second opening 5b while drawing air through the inflow passage 7. Thereafter, the diaphragm 2 returns to the state shown in FIG. 12B through the state shown in FIG.
  • the second opening 5b is directed to a cooled object such as a CPU, so that air sucked from the outside of the blower body 1 is discharged to the cooled object and the cooled object is cooled. is doing.
  • the temperature of the air discharged to the object to be cooled is the same as the temperature of the air outside the blower body 1 (hereinafter referred to as “environment temperature”).
  • the object to be cooled cannot be cooled to a temperature lower than the environmental temperature.
  • the piezoelectric micro blower of Patent Document 1 has a problem that the object to be cooled cannot be quickly cooled below the ambient temperature.
  • An object of the present invention is to provide a small cooling device capable of quickly cooling an object to be cooled to a temperature lower than the environmental temperature, and a heating / cooling device including the cooling device.
  • the cooling device of the present invention has the following configuration in order to solve the above problems.
  • a pump having a suction hole and a discharge hole; A tank for storing gas, A first vent hole connected to the discharge hole of the pump; a second vent hole connected to the tank; and an exhaust hole for discharging the gas in the tank toward the body to be cooled.
  • a valve The valve communicates the first vent hole with the second vent hole and shuts off the ventilation between the second vent hole and the exhaust hole, and the first vent hole and the second vent. The second communication state is switched between blocking the ventilation with the ventilation hole and allowing the second ventilation hole and the exhaust hole to communicate with each other.
  • the tank is a pressure vessel.
  • the object to be cooled can be quickly cooled to a temperature lower than the environmental temperature while being small.
  • the valve includes a valve housing in which the first ventilation hole, the second ventilation hole, and the exhaust hole are formed, and a first valve that divides the inside of the valve housing and communicates with the first ventilation hole.
  • a diaphragm configured in the valve housing with a first region and a second region communicating with the second vent hole; The diaphragm is When the pressure in the first region is higher than the pressure in the second region, the first vent hole and the second vent hole are communicated with each other, and ventilation between the second vent hole and the exhaust hole is blocked. , When the pressure in the first region is lower than the pressure in the second region, the ventilation of the first ventilation hole and the second ventilation hole is blocked, and the second ventilation hole and the exhaust hole are communicated with each other. So as to be fixed to the valve housing.
  • the gas flows from the discharge hole of the pump to the first region in the valve housing through the first vent hole.
  • the pressure in the first region becomes higher than the pressure in the second region, the first vent hole and the second vent hole communicate with each other, and the ventilation between the second vent hole and the exhaust hole is blocked. Is done.
  • the gas is sent from the pump to the tank via the first vent hole and the second vent hole.
  • the gas is compressed and the pressure of the gas is gradually increased.
  • the temperature of the gas in the tank rises.
  • the temperature of the raised gas decreases with time and approaches the temperature outside the tank (environment temperature).
  • the volume of the pump chamber and the first region is extremely small compared to the volume of gas that can be accommodated in the tank, so that the gas present in the pump chamber and the first region is discharged from the pump. It is quickly discharged from the pump suction hole to the outside of the pump via the hole.
  • the pressure in the first region is lower than the pressure in the second region.
  • ventilation between the first vent hole and the second vent hole is blocked, and the second vent hole and the exhaust hole communicate with each other.
  • the object to be cooled can be quickly cooled to a temperature lower than the environmental temperature while being small.
  • the heat of the gas which is sent to the tank by the drive of the pump and the temperature rises, is conducted from the tank to the heat sink and dissipated.
  • the heat sink excellent in thermal conductivity is attached to the tank, the temperature of the gas in the tank quickly decreases to the environmental temperature.
  • the diaphragm includes a check valve that controls communication between the first vent hole and the second vent hole by a pressure difference between the first area and the second area, and the first area and the second area.
  • An exhaust valve that controls communication between the second vent hole and the exhaust hole by a pressure difference with the two regions is configured together with the valve housing.
  • the cooling device includes a check valve, an exhaust valve, and a pump.
  • the check valve When the pressure in the first region is higher than the pressure in the second region, the check valve communicates the first vent hole and the second vent hole, and the exhaust valve communicates with the second vent hole and the exhaust hole. Block ventilation.
  • the check valve blocks ventilation between the first ventilation hole and the second ventilation hole, and the exhaust valve exhausts from the second ventilation hole. Communicate with the hole.
  • the diaphragm is composed of a single flexible plate.
  • the diaphragm is composed of a single flexible plate, the manufacturing cost of the cooling device can be reduced.
  • the heating / cooling device of the present invention has the following configuration in order to solve the above-described problems.
  • the cooling device according to any one of (1) to (5), and a heating device that heats a cooling target to be heated.
  • the pump of the cooling device includes the heating device that is heated by the heating device. Driving is performed while the cooling body is being heated, and the driving is stopped after the heating device has completed heating of the heating target cooling body.
  • the heating and cooling device including the cooling device has the same effect.
  • the gas is filled in the tank while the heating device is heating the heated cooling body, and after the heating device completes the heating of the heated cooling body, the gas is directed toward the heated cooling body. Drain and cool. Therefore, according to this configuration, heating and cooling can be performed quickly.
  • the pump includes, for example, an actuator that is not substantially constrained in the peripheral portion and bends and vibrates from the central portion to the peripheral portion, and a flexible plate that is disposed in close proximity to the actuator.
  • the flexible plates one in which one or a plurality of ventilation holes are formed in an actuator facing region facing the actuator may be used.
  • a cooling device capable of quickly cooling an object to be cooled to a temperature lower than the environmental temperature while being small, and a heating / cooling device including the cooling device.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the analyzer 10 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the principal part of the cooling device 100 shown in FIG. It is a disassembled perspective view of the piezoelectric pump 101 shown in FIG. It is sectional drawing of the principal part of the piezoelectric pump 101 shown in FIG. It is sectional drawing of the principal part of the non-return valve 102 shown in FIG. It is sectional drawing of the principal part of the exhaust valve 103 shown in FIG. It is a flowchart which shows the operation
  • FIG. 1 It is explanatory drawing which shows the flow of the air immediately after the piezoelectric pump 101 shown in FIG. 1 stopped a drive. It is sectional drawing of the principal part when the valve
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of the analyzer 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the analyzer 10 includes a heating device 113, a cooling device 100, and a control unit 115.
  • the analysis device 10 is a device that analyzes the base sequence of a nucleic acid such as DNA or RNA.
  • the subject 112 is placed on the heating device 113 by a transport unit (not shown).
  • the subject 112 is a container that stores DNA.
  • the analysis of the base sequence of DNA is generally performed after denaturing DNA by heating.
  • the cooling device 100 includes a piezoelectric pump 101, a check valve 102, an exhaust valve 103, and an air tank 109.
  • the cooling device 100 cools the subject 112 by sending air to the subject 112 on the heating device 113.
  • the air tank 109 is a tank that stores air, and a heat sink 110 is attached to the outside of the air tank 109.
  • the air tank 109 and the heat sink 110 are made of a material having excellent thermal conductivity, such as aluminum.
  • the control unit 115 is composed of, for example, a microcomputer, and controls the operation of each unit of the analyzer 10.
  • the control unit 115 is connected to each of the piezoelectric pump 101 and the heating device 113, and transmits a control signal to each of the piezoelectric pump 101 and the heating device 113. More specifically, the control unit 115 generates an alternating drive voltage from a commercial alternating current power source and applies it to the piezoelectric pump 101 to drive the piezoelectric pump 101.
  • the analysis device 10 corresponds to the “heating / cooling device” of the present invention.
  • the subject 112 corresponds to the “cooled body” of the present invention, and corresponds to the “heated / cooled body” of the present invention.
  • the check valve 102 corresponds to the “check valve” of the present invention, and the exhaust valve 103 corresponds to the “exhaust valve” of the present invention.
  • a composite of the check valve 102 and the exhaust valve 103 corresponds to the “valve” of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part of the cooling device 100 shown in FIG.
  • the cooling device 100 has a structure in which a piezoelectric pump 101, a substrate 107, a valve housing 105, and a lid body 106 are stacked in this order.
  • the valve housing 105 includes a dust filter 105A, a check valve 102, and an exhaust valve 103 together with a diaphragm 108. That is, the check valve 102 and the exhaust valve 103 are integrally formed.
  • connection port 106 ⁇ / b> A is formed in the lid body 106.
  • the air tank 109 is joined to the lid body 106 via the packing P after positioning the vent hole 109A of the air tank 109 to communicate with the connection port 106A of the lid body 106.
  • the substrate 107 has a suction port 107A for sucking outside air, an inflow passage 107B for allowing air that has passed through the dust filter 105A to flow into the piezoelectric pump 101, and air discharged from the piezoelectric pump 101 as a valve housing.
  • An outflow passage 107 ⁇ / b> C for allowing the air to flow into 105 and an exhaust port 107 ⁇ / b> D for discharging the air from the air tank 109 are formed.
  • the piezoelectric pump 101 is joined to the substrate 107 through the packing P after the through hole 98 and the discharge hole 55 of the piezoelectric pump 101 are aligned so as to communicate with the inflow passage 107B and the outflow passage 107C of the substrate 107.
  • the material of the diaphragm 108 is an elastic member such as ethylene propylene rubber or silicone rubber.
  • the diaphragm 108 is composed of a single flexible plate such as a diaphragm sheet. Therefore, the manufacturing cost of the cooling device 100 can be reduced.
  • the structure of the piezoelectric pump 101, the check valve 102, and the exhaust valve 103 provided in the cooling device 100 will be described in detail.
  • the structure of the piezoelectric pump 101 will be described in detail with reference to FIGS. 2, 3, and 4.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the piezoelectric pump 101 shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the piezoelectric pump 101.
  • the piezoelectric pump 101 includes a substrate 91, a flexible plate 51, a spacer 53A, a reinforcing plate 43, a vibration plate unit 60, a piezoelectric element 42, a spacer 53B, an electrode conduction plate 70, a spacer 53C, and a lid plate 54 in order. It has a laminated structure.
  • a piezoelectric element 42 is bonded and fixed to the upper surface of the disk-shaped diaphragm 41, and a reinforcing plate 43 is attached to the lower surface of the diaphragm 41.
  • the vibrating plate 41, the piezoelectric element 42, and the reinforcing plate 43 form a disk.
  • a piezoelectric actuator 40 is formed.
  • the piezoelectric element 42 is made of, for example, lead zirconate titanate ceramic.
  • the vibration plate 41 is a metal plate having a linear expansion coefficient larger than that of the piezoelectric element 42 and the reinforcing plate 43, even if heat curing is performed during bonding, the piezoelectric element 42 is appropriately warped without being warped as a whole.
  • the piezoelectric element 42 can be prevented from cracking.
  • the diaphragm 41 may be made of a material having a large linear expansion coefficient such as phosphor bronze (C5210) or stainless steel SUS301
  • the reinforcing plate 43 may be made of 42 nickel, 36 nickel or stainless steel SUS430.
  • the diaphragm 41, the piezoelectric element 42, and the reinforcing plate 43 may be arranged in the order of the piezoelectric element 42, the reinforcing plate 43, and the diaphragm 41 from the top. Also in this case, the linear expansion coefficient is adjusted by reversing the materials of the reinforcing plate 43 and the diaphragm 41 so that an appropriate compressive stress remains in the piezoelectric element 42.
  • a frame plate 61 is provided around the vibration plate 41, and the vibration plate 41 is connected to the frame plate 61 by a connecting portion 62.
  • the connecting portion 62 is formed in a thin ring shape, for example, and has an elastic structure with a small spring constant elasticity.
  • the diaphragm 41 is flexibly supported at two points with respect to the frame plate 61 by the two connecting portions 62. Therefore, the bending vibration of the diaphragm 41 is hardly disturbed. That is, the peripheral edge portion of the piezoelectric actuator 40 (of course, the center portion) is not substantially restrained.
  • the spacer 53A is provided to hold the piezoelectric actuator 40 with a certain gap from the flexible plate 51.
  • An external terminal 63 for electrical connection is formed on the frame plate 61.
  • the diaphragm 41, the frame plate 61, the connecting portion 62, and the external terminal 63 are formed by punching a metal plate, and the diaphragm unit 60 is configured by these.
  • a resin spacer 53B is bonded and fixed to the upper surface of the frame plate 61.
  • the thickness of the spacer 53B is the same as or slightly thicker than that of the piezoelectric element 42, and the frame plate 61 constitutes a part of the pump housing 80 and electrically insulates the electrode conduction plate 70 and the diaphragm unit 60 described below. .
  • a metal electrode conduction plate 70 is bonded and fixed on the spacer 53B.
  • the electrode conduction plate 70 includes a frame portion 71 that is opened in a substantially circular shape, an internal terminal 73 that projects into the opening, and an external terminal 72 that projects outward.
  • the tip of the internal terminal 73 is soldered to the surface of the piezoelectric element 42.
  • the soldering position By setting the soldering position to a position corresponding to the bending vibration node of the piezoelectric actuator 40, the vibration of the internal terminal 73 can be suppressed.
  • a resin spacer 53C is bonded and fixed on the electrode conduction plate 70.
  • the spacer 53 ⁇ / b> C has the same thickness as the piezoelectric element 42.
  • the spacer 53 ⁇ / b> C is a spacer for preventing the solder portion of the internal terminal 73 from coming into contact with the lid plate 54 when the piezoelectric actuator 40 vibrates. Further, the surface of the piezoelectric element 42 is prevented from excessively approaching the cover plate 54 and the vibration amplitude is prevented from being lowered due to air resistance. Therefore, the thickness of the spacer 53C may be the same as that of the piezoelectric element 42 as described above.
  • a discharge hole 55 is formed in the lid plate 54.
  • the cover plate 54 is placed on the top of the spacer 53 ⁇ / b> C and covers the periphery of the piezoelectric actuator 40.
  • a suction hole 52 is formed at the center of the flexible plate 51.
  • a spacer 53 ⁇ / b> A added to the thickness of the reinforcing plate 43 by about several tens of ⁇ m is inserted.
  • the diaphragm 41 is not restrained by the frame plate 61, so that the gap is automatically set according to the variation of the pressure (load) applied to the discharge hole 55. Change.
  • the vibration plate 41 is somewhat affected by the restraint of the connecting portion 62 (spring terminal)
  • the insertion of the spacer 53A in this way positively secures a gap and increases the flow rate when the load is low. be able to.
  • the connection portion 62 (spring terminal) bends when the load is high, and the gap between the opposing areas of the piezoelectric actuator 40 and the flexible plate 51 is automatically reduced to operate at a high pressure. Is possible.
  • connection part 62 in two places, you may provide in three or more places.
  • the connecting portion 62 does not disturb the vibration of the piezoelectric actuator 40, but has some influence on the vibration.
  • the connecting portion 62 can be connected (held) at three locations to enable more natural holding, and the piezoelectric element 42 can be broken. Can also be prevented.
  • a substrate 91 having a cylindrical opening 92 formed in a plan view at the center is provided below the flexible plate 51.
  • a portion of the flexible plate 51 that covers the opening 92 can vibrate at substantially the same frequency as the piezoelectric actuator 40 due to pressure fluctuation accompanying vibration of the piezoelectric actuator 40.
  • Due to the configuration of the flexible plate 51 and the substrate 91 the portion covering the opening 92 in the flexible plate 51 becomes a movable portion 54 capable of bending vibration, and the portion outside the movable portion 54 in the flexible plate 51 is the substrate 91. It becomes the fixing
  • the movable portion 154 includes the center of the region facing the actuator 140 in the flexible plate 151. The natural frequency of this circular movable part is designed to be the same as or slightly lower than the drive frequency of the piezoelectric actuator 40.
  • the piezoelectric actuator 40 bends and vibrates concentrically, and the suction hole 52 is centered in response to the vibration of the piezoelectric actuator 40.
  • the movable part 154 of the flexible plate 51 also vibrates with a large amplitude. If the vibration phase of the flexible plate 51 is a vibration that is delayed (for example, delayed by 90 °) from the vibration phase of the piezoelectric actuator 40, the thickness variation of the gap space between the flexible plate 51 and the piezoelectric actuator 40 is substantially reduced. Increase. As a result, the capacity of the pump can be further improved.
  • a cover plate 95 is provided at the bottom of the substrate 91 as shown in FIG.
  • the cover plate portion 95 is obtained by joining the flow path plate 96 and the cover plate 99.
  • a through hole 98 is formed in the pump housing 80.
  • the piezoelectric pump 101 has a shape in which an L-shaped communication path 97 that connects the inflow path 107B and the opening 92 is formed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part of the check valve 102 shown in FIG.
  • the check valve 102 includes a cylindrical first valve housing 21 and a first diaphragm 108A made of a circular thin film.
  • the first diaphragm 108 ⁇ / b> A is an area of the diaphragm 108 that constitutes the check valve 102.
  • the first valve housing 21 has a first communication hole 24 that communicates with the discharge hole 55 of the piezoelectric pump 101, a second communication hole 22 that communicates with the air tank 109, and a cylindrical protrusion that projects toward the first diaphragm 108A. Part 20 is formed.
  • the first diaphragm 108 ⁇ / b> A is formed with a circular hole 29 at the center of the region facing the protrusion 20.
  • the first diaphragm 108A is fixed to the first valve housing 21 in contact with the protrusion 20.
  • the diameter of the hole 29 is formed to be smaller than the diameter of the surface of the protruding portion 20 that abuts the first diaphragm 108A.
  • the first diaphragm 108A divides the interior of the first valve housing 21, and the first diaphragm 108A has a ring-shaped first valve chamber 26 communicating with the first communication hole 24 and a columnar first communication communicating with the second communication hole 22.
  • a two-valve chamber 23 is formed.
  • the protrusion 20 is formed in the first valve housing 21 so as to pressurize the periphery of the hole 29 in the first diaphragm 108A.
  • the check valve 102 opens and closes when the first diaphragm 108A contacts or separates from the protruding portion 20 due to the pressure difference between the first valve chamber 26 and the second valve chamber 23.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the exhaust valve 103 shown in FIG.
  • the exhaust valve 103 includes a cylindrical second valve housing 31 and a second diaphragm 108B made of a circular thin film.
  • the second diaphragm 108 ⁇ / b> B is an area of the diaphragm 108 that constitutes the exhaust valve 103.
  • the second valve housing 31 has a third communication hole 32 communicating with the outside of the cooling device 100, a fourth communication hole 37 communicating with the discharge hole 55 and the first communication hole 24 of the piezoelectric pump 101, an air tank 109, and a first communication hole.
  • a fifth communication hole 34 that communicates with the two communication holes 22 and a valve seat 30 that protrudes from the periphery of the third communication hole 32 toward the second diaphragm 108B are formed.
  • the second diaphragm 108B is fixed to the second valve housing 31 in contact with the valve seat 30.
  • the second diaphragm 108B divides the inside of the second valve housing 31 and has a cylindrical shape that communicates with the ring-shaped third valve chamber 33 communicating with the fifth communication hole 34 and the fourth communication hole 37. 4 valve chamber 36 is comprised.
  • the exhaust valve 103 opens and closes the valve when the second diaphragm 108B comes into contact with or separates from the valve seat 30 due to the pressure difference between the third valve chamber 33 and the fourth valve chamber 36.
  • the first valve chamber 26 and the fourth valve chamber 36 correspond to the “first region” of the present invention
  • the second valve chamber 23 and the third valve chamber 33 correspond to the “second region” of the present invention.
  • the first communication hole 24 and the fourth communication hole 37 correspond to the “first ventilation hole” of the present invention
  • the second communication hole 22 and the fifth communication hole 34 correspond to the “second ventilation hole” of the present invention
  • the third communication hole 32 corresponds to the “exhaust hole” of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an operation performed by the control unit 115 shown in FIG.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing the flow of air when the piezoelectric pump 101 shown in FIG. 1 is driven.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the flow of air immediately after the piezoelectric pump 101 shown in FIG. 1 stops driving. The arrows in FIGS. 8 and 9 indicate the flow of air.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part when the valve of the exhaust valve 103 provided in the cooling device 100 according to the first embodiment of the present invention is open.
  • control unit 115 heats the subject 112 containing the DNA by the heating device 113 (FIG. 7: S1). DNA is denatured by this heating.
  • the analysis of the base sequence of DNA is performed after denaturing DNA by heating as described above.
  • the control unit 115 drives the piezoelectric pump 101 as shown in FIG. 8 (FIG. 7: S2). Accordingly, outside air is sucked from the suction port 107A and flows into the pump chamber 45 in the piezoelectric pump 101 via the dust filter 105A (see FIG. 2). Then, the air discharged from the discharge hole 55 of the piezoelectric pump 101 flows into the check valve 102.
  • the forward discharge pressure from the first communication hole 24 to the second communication hole 22 is generated by driving the piezoelectric pump 101, and the pressure in the first valve chamber 26 is greater than the pressure in the second valve chamber 23. Get higher.
  • the first diaphragm 108 ⁇ / b> A is separated from the protrusion 20, and the first communication hole 24 and the second communication hole 22 communicate with each other through the hole 29.
  • the fourth valve chamber 36 is boosted by driving the piezoelectric pump 101, and the pressure in the fourth valve chamber 36 is higher than the pressure in the third valve chamber 33.
  • the second diaphragm 108 ⁇ / b> B contacts the valve seat 30 to seal the third communication hole 32, and the ventilation of the fifth communication hole 34, the second communication hole 22, and the third communication hole 32 is blocked.
  • the temperature of the increased air decreases with time and approaches the temperature of the outside air (environment temperature).
  • the heat sink 110 having excellent thermal conductivity is attached to the air tank 109, the temperature of the air in the air tank 109 is quickly lowered to the environmental temperature.
  • the first diaphragm 108A is fixed to the first valve housing 21 so that the periphery of the hole 29 of the first diaphragm 108A is in contact with the protruding portion 20.
  • the protrusion 20 pressurizes the periphery of the hole 29 in the first diaphragm 108A.
  • the air flowing out from the hole 29 via the first communication hole 24 of the check valve 102 becomes a pressure slightly lower than the discharge pressure of the piezoelectric pump 101, and enters the second valve chamber 23 from the hole 29. Inflow.
  • the discharge pressure of the piezoelectric pump 101 is applied to the first valve chamber 26.
  • the pressure in the first valve chamber 26 is slightly higher than the pressure in the second valve chamber 23, and the state in which the first diaphragm 108A is separated from the protrusion 20 and the hole 29 is opened is maintained.
  • the pressure difference between the first valve chamber 26 and the second valve chamber 23 is small, the pressure difference is not extremely biased, and the first diaphragm 108A can be prevented from being damaged.
  • the cooling device 100 has a structure in which the second communication hole 22 of the check valve 102 and the fifth communication hole 34 of the exhaust valve 103 communicate with each other.
  • the exhaust valve 103 has a shape in which a fifth communication hole 34 is formed on the outer periphery around the third communication hole 32.
  • the air flowing out from the second communication hole 22 via the first communication hole 24 of the check valve 102 becomes slightly lower than the discharge pressure of the piezoelectric pump 101, and the exhaust valve from the fifth communication hole 34. 103 flows into the third valve chamber 33.
  • the discharge pressure of the piezoelectric pump 101 is applied to the fourth valve chamber 36.
  • the pressure in the fourth valve chamber 36 is slightly higher than that in the third valve chamber 33, and the state in which the second diaphragm 108B seals the third communication hole 32 is maintained in the exhaust valve 103. Further, since the pressure difference between the fourth valve chamber 36 and the third valve chamber 33 is small, the pressure difference is not extremely biased, and the second diaphragm 108B can be prevented from being damaged.
  • the control unit 115 stops heating the subject 112 by the heating device 113 (FIG. 7: S4).
  • the control unit 115 stops the driving of the piezoelectric pump 101 (FIG. 7: S5).
  • the volumes of the pump chamber 45, the first valve chamber 26, and the fourth valve chamber 36 are extremely small compared to the volume of air that can be accommodated in the air tank 109.
  • the air in the pump chamber 45, the first valve chamber 26 and the fourth valve chamber 36 is sucked into the cooling device 100 via the suction hole 52 and the opening 92 of the piezoelectric pump 101.
  • the air is quickly exhausted from the port 107A to the outside of the cooling device 100. Further, the pressure of the air tank 109 is applied to the second valve chamber 23 and the third valve chamber 33.
  • the compressed air in the air tank 109 is released to the atmosphere and adiabatically expands, and the temperature of the air falls below the environmental temperature.
  • Air having a temperature lower than the environmental temperature (for example, 246K) is rapidly exhausted from the exhaust port 107D via the fifth communication hole 34 and the third communication hole 32 (see FIG. 9). Therefore, a large flow rate of air having a temperature lower than the ambient temperature is instantaneously exhausted from the exhaust port 107D toward the subject 112 via the fifth communication hole 34 and the third communication hole 32.
  • control unit 115 analyzes the base sequence of the denatured DNA stored in the subject 112 with the analyzer 10 (FIG. 7: S6).
  • control unit 115 moves the subject 112, which has been analyzed, from the heating device 113 to another location by a transport unit (not shown), and moves the next subject 112 onto the heating device 113 by a transport unit (not shown). Place (FIG. 7: S7). Then, the control unit 115 returns to S1 and continues the process.
  • the piezoelectric pump 101 sequentially sends more air than the volume of 100 cc of the air tank 109, the air in the air tank 109 is gradually compressed. As the air is compressed in this manner, the pressure in the air tank 109 is finally increased to 300 kPa. At the same time, the temperature of the air in the air tank 109 gradually increases.
  • the first diaphragm 108A comes into contact with the protruding portion 20 to seal the hole 29, and in the exhaust valve 103, the second diaphragm 108B is It opens and the 5th communicating hole 34 and the 3rd communicating hole 32 connect.
  • the volume change of the air is determined from the Poisson's equation and the state equation by the pressure of the air in the air tank 109 immediately before being opened to the atmosphere P 0 , the pressure of the air after being opened to the atmosphere P 1 ,
  • V 0 V 0 ⁇ (P 0 / P 1 ) ⁇ ( 1 / 1.4) of the first equation.
  • 1.4 is the value of the specific heat ratio.
  • V 1 is about 164 cc from the first equation. Therefore, the volume of air discharged from the exhaust port 107D is about 64 cc, which is obtained by subtracting the volume 100 cc of the air tank 109. Since about 64 cc of this air is discharged in about 1.5 seconds, the average flow rate is about 6.6 L / min. That is, a large flow rate of air is instantaneously discharged from the exhaust port 107D toward the subject 112.
  • air since air is discharged from the diameter 0.5 mm of the exhaust port 107 ⁇ / b> D, it can be cooled by blowing air to a very small subject 112 of about 10 mm ⁇ 10 mm, for example.
  • the flow rate of air is large, but air flows in an area of the fan, for example, 40 mm ⁇ 40 mm. Therefore, even if the air sent from the fan motor is directed to the subject 112 of about 10 mm ⁇ 10 mm, the amount of air that can be used for cooling is very small, and the cooling efficiency is poor.
  • the temperature change of the air is P 0 , the pressure of the air in the air tank 109 immediately before being opened to the atmosphere, P 1 , the pressure of the air after being opened to the atmosphere, and the opening to the atmosphere.
  • T 1 T 0 ⁇ (P 0 / P 1 ) ⁇ ⁇ (1)
  • T 0 is the temperature of the air in the air tank 109 immediately before the release
  • T 1 is the temperature of the air after being released to the atmosphere.
  • 1.4 is the value of the specific heat ratio.
  • T 1 of the air discharged from the exhaust port 107D is about 246K from the second equation.
  • the temperature of the air discharged from the exhaust port 107D is lower than the environmental temperature (300K).
  • air that is cooler than the ambient air at the ambient temperature can be discharged toward the subject 112.
  • the subject 112 can be frozen.
  • the capacity of the air tank 109 and the discharge pressure of the piezoelectric pump 101 may be determined according to the heat capacity of the subject 112 and the temperature to which the temperature of the subject 112 is lowered.
  • the subject 112 can be quickly cooled to a temperature lower than the environmental temperature while being small. Further, since the check valve 102 and the exhaust valve 103 are passively opened and closed in accordance with the operation of the piezoelectric pump 101, the manufacturing cost can be reduced.
  • the same effect can be obtained in the analyzer 10 including the cooling device 100.
  • the piezoelectric pump 101 has a very narrow flow path inside, and thus there is no possibility of sending a large foreign object to the air tank 109. Accordingly, clean air can be sent to the air tank 109. In addition, since the piezoelectric pump 101 does not generate audible noise when driven, air can be sent to the air tank 109 silently.
  • the piezoelectric pump 101 is characterized in that a high pressure can be realized by connecting in series in multiple stages. Of course, when rapid filling is required, parallel connection may be used.
  • cooling device 100 of this embodiment it can be used repeatedly without using a greenhouse gas or a flammable substance.
  • the air tank 109 is filled with air while the heating device 113 is heating the subject 112, and after the heating device 113 completes the heating of the subject 112, the subject 112. Exhaust air and cool down. Therefore, according to the analyzer 10 of this embodiment, heating and cooling can be performed quickly.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a main part of an air blower device 11 according to the second embodiment of the present invention.
  • the air blower device 11 includes a cooling device 200 and a control unit 215.
  • the air blower device 11 is used as a cold spray, for example.
  • the cooling device 200 includes a piezoelectric pump 201, a check valve 202, an exhaust valve 203, an exhaust nozzle 204, and an air tank 209.
  • the cooling device 200 cools the subject by sending air to the subject (not shown).
  • the air tank 209 is a pressure vessel that stores air.
  • the air tank 209 is made of a material having excellent thermal conductivity, such as aluminum.
  • the check valve 202 corresponds to the “check valve” of the present invention
  • the exhaust valve 203 corresponds to the “exhaust valve” of the present invention
  • a composite of the check valve 202 and the exhaust valve 203 corresponds to the “valve” of the present invention.
  • the piezoelectric pump 201, the check valve 202, the exhaust valve 203, and the air tank 209 are the same as the piezoelectric pump 101, the check valve 102, the exhaust valve 103, and the air tank 109 of the first embodiment, the description is provided. Omitted.
  • the exhaust nozzle 204 has a long cylindrical shape in the axial direction, and one end is provided in the exhaust port 207D.
  • the control unit 215 includes a drive circuit 216, a power supply circuit 217, a battery 218, and a drive switch 219.
  • the control unit 215 is electrically connected to the piezoelectric pump 201, and drives the piezoelectric pump 201 by transmitting a control signal generated by the control unit 215.
  • control unit 215 adjusts the DC signal from the battery 218 to an appropriate potential by the power supply circuit 217. Thereafter, the control unit 215 appropriately adjusts the frequency and waveform of the DC signal by the drive circuit 216 to generate an AC signal (control vibration). The control unit 215 drives the cooling device 200 by applying this AC signal to the piezoelectric pump 201.
  • the drive switch 219 is, for example, a push button type.
  • the air tank 209 is filled with air only while the operator presses the drive switch 219. Then, air is discharged from the air tank 209 at the same time when the operator releases the drive switch 219.
  • the air blower device 11 can be used not only for cold spraying but also for dust removal (air duster), for example.
  • the cooling device 100 cools the subject 112 containing the DNA.
  • the cooling device 100 may cool electronic components such as a CPU.
  • the analyzer 10 is cited as the heating / cooling device, but the present invention is not limited to this.
  • the unimorph-type actuator 40 that bends and vibrates is provided.
  • the actuator 40 may be configured such that the piezoelectric element 42 is attached to both surfaces of the vibration plate 41 so as to bend and vibrate bimorph. Good.
  • the pump of the above-described embodiment includes the actuator 40 that bends and vibrates due to the expansion and contraction of the piezoelectric element 42, but is not limited thereto.
  • an actuator that bends and vibrates by electromagnetic drive may be provided.
  • the piezoelectric element 42 is composed of a lead zirconate titanate ceramic, but is not limited thereto.
  • the heat sink 110 is provided outside the air tank 109, but is not limited thereto.
  • cooling may be performed by providing the heat sink 110 inside the air tank 109 so that the heat of the air inside the air tank 109 is released from the heat sink 110 to the air tank 109.
  • the air tank 109 is detachably attached to the lid body 106 as shown in FIG. 2, but the present invention is not limited to this.
  • the air tank 109 may be completely fixed to the lid body 106 without being detachable.
  • Reinforcement plate 45 ... Pump chamber 51 ... Flexible plate 52 ... Suction hole 53A, 53B, 53C ... Spacer 54 ... Lid plate 55 ... Discharge hole 60 ... Vibration plate unit 61 ... Frame plate 62 ... Connection part 63, 72 ... External terminal 70 ... Electrode conducting plate 71 ... Frame part 73 ... Internal terminal 80 ... Pump housing 91 ... Substrate 92 ... Mouth part 95 ... Cover plate part 96 ... Flow path plate 97 ... Communication path 98 ... Through hole 99 ... Cover plate 100, 200 ... Cooling device 101, 201 ... Piezoelectric pump 102, 202 ... Check valve 103, 203 ... Exhaust valve 105 ...

Abstract

　分析装置（１０）は、加熱装置（１１３）と冷却装置（１００）と制御部（１１５）とを備える。冷却装置（１００）は圧電ポンプ（１０１）と逆止弁（１０２）と排気弁（１０３）とエアタンク（１０９）とを備える。分析装置（１０）は被検体（１１２）を加熱装置（１１３）によって加熱する。加熱装置（１１３）が被検体（１１２）を加熱している間、冷却装置（１００）は圧電ポンプ（１０１）を駆動する。これにより、外気が吸引口（１０７Ａ）から吸引され、圧電ポンプ（１０１）から吐出される空気は、逆止弁（１０２）を介してエアタンク（１０９）に収納され、エアタンク（１０９）内の圧力が高まる。その後、冷却装置（１００）は圧電ポンプ（１０１）の駆動を停止する。これにより、エアタンク（１０９）内の空気が排気弁（１０３）を介して被検体（１１２）に向けて排出され、被検体（１１２）を冷却する。

Description

冷却装置、加熱冷却装置
　この発明は、被冷却体に送風して被冷却体を冷却する冷却装置、及び当該冷却装置を備える加熱冷却装置に関する。
　特許文献１において、ＣＰＵ等の被冷却体に送風して被冷却体を冷却する圧電マイクロブロアが開示されている。
　図１２は、特許文献１の圧電マイクロブロアの主要部の断面図である。図１２の（ａ）は、圧電マイクロブロアの初期状態（電圧を印加していないとき）を示している。図１２の（ｂ）～（ｅ）は、図１２の（ａ）に示すダイヤフラム２を１次共振モードで屈曲変形させた場合の圧電マイクロブロアのブロア動作を示している。図１２の（ｂ）～（ｅ）中の矢印は空気の流れを示している。
　この圧電マイクロブロアは、図１２の（ａ）に示すように、ブロア本体１と、外周部がブロア本体１に対して固定されたダイヤフラム２と、ダイヤフラム２の背面中央部に貼り付けられた圧電素子３と、を備えている。ブロア本体１の第１壁部１ａとダイヤフラム２との間にはブロア室４が形成されており、ダイヤフラム２の中心部と対向する第１壁部１ａの領域には、ブロア室４に連通する第１開口部５ａが形成されている。
　ブロア本体１には、第１壁部１ａと間隔をあけて第２壁部１ｂが設けられ、第１開口部５ａと対向する第２壁部１ｂの領域には、ブロア室４に連通する第２開口部５ｂが形成されている。第１壁部１ａと第２壁部１ｂとの間には、第１開口部５ａ及び第２開口部５ｂに連通する流入通路７が形成されている。
　以上の構成において、圧電素子３に駆動電圧が印加されると、図１２の（ｂ）～（ｅ）に示すように、ダイヤフラム２が圧電素子３の伸縮により屈曲変形して、ブロア室４の容積が周期的に変化する。
　まず、図１２の（ｂ）に示すように、圧電素子３に駆動電圧が印加され、ダイヤフラム２が圧電素子３側へ屈曲すると、ブロア室４の容積が増大する。これに伴い、流入通路７の空気の一部が第１開口部５ａを介してブロア室４内に吸い込まれる。
　次に、図１２の（ｃ）（ｄ）に示すように、圧電素子３に駆動電圧が印加され、ダイヤフラム２がブロア室４側へ屈曲すると、ブロア室４の容積が減少する。これに伴い、ブロア室４内の空気が第１開口部５ａを介して第２開口部５ｂから吐出する。
　この時、ブロア室４から吐出される気流が、ブロア本体１の外部に存在する空気を、流入通路７を介して引き込みながら第２開口部５ｂから吐出する。その後、ダイヤフラム２は、図１２の（ｅ）に示す状態を経て図１２の（ｂ）に示す状態に戻る。
　特許文献１の圧電マイクロブロアでは、第２開口部５ｂをＣＰＵ等の被冷却体に向けることで、ブロア本体１の外部から吸い込んだ空気を被冷却体に対して吐出し、被冷却体を冷却している。
国際公開第２００８／０６９２６６号パンフレット
　しかしながら、前記特許文献１の圧電マイクロブロアでは、被冷却体に対して吐出する空気の温度がブロア本体１の外部の空気の温度（以下、「環境温度」と称する。）と同じであるため、環境温度より低い温度に被冷却体を冷却することができない。
　また、前記特許文献１の圧電マイクロブロアは小型であるため、ブロア本体１の外部から吸い込むことのできる空気の流量が少ない。そのため、吐出流量が小さく、被冷却体を冷却するために長時間を要する。
　したがって、前記特許文献１の圧電マイクロブロアには、被冷却体を環境温度以下に速やかに冷却することができないという問題がある。
　本発明の目的は、被冷却体を環境温度より低い温度に速やかに冷却することができる小型の冷却装置、及び当該冷却装置を備える加熱冷却装置を提供することにある。
　本発明の冷却装置は、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。
（１）吸引孔および吐出孔を有するポンプと、
　気体を収納するタンクと、
　前記ポンプの前記吐出孔に接続された第１通気孔と、前記タンクに接続された第２通気孔と、前記タンク内の前記気体を被冷却体に向けて排出するための排気孔とを有するバルブと、を備え、
　前記バルブは、前記第１通気孔と前記第２通気孔とを連通させるとともに前記第２通気孔と前記排気孔との通気を遮断する第１連通状態と、前記第１通気孔と前記第２通気孔との通気を遮断するとともに前記第２通気孔と前記排気孔とを連通させる第２連通状態とを切り替える。
　この構成において、タンクは耐圧容器である。
　この構成では、バルブが第１連通状態のとき、ポンプが駆動すると、冷却装置の外部の気体がポンプの吐出孔から第１通気孔と第２通気孔を経由してタンクへ送出される。タンクへの気体の送出が継続されると、タンク内の気体が圧縮され、徐々にタンク内の気体の圧力が高まる。同時に、タンク内の気体の温度も徐々に上昇する。
　ただし、気体の熱がタンクへ伝導するため、上昇した気体の温度は、時間の経過とともに下がり、タンク外部の温度（環境温度）に近づいていく。
　次に、バルブが第１連通状態から第２連通状態に切り替わると、第２通気孔と排気孔とが連通するため、タンク内の圧縮された気体が大気開放されて断熱膨張し、気体の温度が環境温度より低下する。
　そして、環境温度より低い温度の気体が、第２通気孔を経由して排気孔から急速に排出される。よって、環境温度より低い温度の大流量の気体が瞬間的に、排気孔から被冷却体に向けて排出される。
　従って、この構成によれば、小型でありながら、被冷却体を環境温度より低い温度に速やかに冷却することができる。
（２）前記バルブは、前記第１通気孔、前記第２通気孔、及び前記排気孔が形成された弁筐体と、前記弁筐体内を分割して、前記第１通気孔に連通する第１領域および前記第２通気孔に連通する第２領域を前記弁筐体内に構成するダイヤフラムとを有し、
　前記ダイヤフラムは、
　前記第１領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも高い場合、前記第１通気孔と前記第２通気孔とを連通させるとともに、前記第２通気孔と前記排気孔との通気を遮断し、
　前記第１領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも低い場合、前記第１通気孔と前記第２通気孔との通気を遮断するとともに、前記第２通気孔と前記排気孔とを連通させるよう、前記弁筐体に固定されている。
　この構成においてポンプが駆動を行うと、気体は、ポンプの吐出孔から第１通気孔を介して弁筐体内の第１領域に流入する。これにより弁筐体内では、第１領域の圧力が第２領域の圧力よりも高くなり、第１通気孔と第２通気孔とが連通するとともに、第２通気孔と排気孔との通気が遮断される。
　この結果、気体がポンプから第１通気孔と第２通気孔とを経由してタンクへ送出される。タンクへ気体の送出を続けると気体が圧縮され、徐々に気体の圧力が高まる。同時に、タンク内の気体の温度が上昇する。ただし、気体の熱がタンクへ伝導するため、上昇した気体の温度は、時間の経過とともに下がり、タンク外部の温度（環境温度）に近づいていく。
　次に、ポンプが駆動を停止すると、ポンプ室と第１領域との体積はタンクの収容できる気体の体積に比べて極めて小さいため、ポンプ室と第１領域とに存在する気体は、ポンプの吐出孔を経由してポンプの吸引孔からポンプの外部へ速やかに排出される。
　この結果、弁筐体内では、ポンプが駆動を停止すると、第１領域の圧力が第２領域の圧力より低下する。第１領域の圧力が第２領域の圧力より低下すると、第１通気孔と第２通気孔との通気が遮断されるとともに、第２通気孔と排気孔とが連通する。
　これにより、タンク内の圧縮された気体が大気開放されて断熱膨張し、気体の温度が環境温度より低下する。そして、環境温度より低い温度の気体が、第２通気孔を経由して排気孔から急速に排出される。よって、環境温度より低い温度の大流量の気体が瞬間的に、排気孔から被冷却体に向けて排出される。
　従って、この構成によれば、小型でありながら、被冷却体を環境温度より低い温度に速やかに冷却することができる。
（３）前記タンクには、ヒートシンクが取り付けられている。
　この構成では、ポンプの駆動によりタンクに送出され、温度の上昇した気体の熱がタンクからヒートシンクに伝導し、放散される。この構成では、熱伝導性に優れたヒートシンクがタンクに取り付けられているため、タンク内の気体の温度が環境温度まで速やかに低下する。
（４）前記ダイヤフラムは、前記第１領域と前記第２領域との圧力差により前記第１通気孔と前記第２通気孔との連通を制御する逆止弁と、前記第１領域と前記第２領域との圧力差により前記第２通気孔と前記排気孔との連通を制御する排気弁と、を前記弁筐体とともに構成する。
　この構成において、冷却装置は、逆止弁と、排気弁と、ポンプと、を備える。
　そして、第１領域の圧力が第２領域の圧力よりも高い場合、逆止弁は、第１通気孔と第２通気孔とを連通させ、排気弁は、第２通気孔と排気孔との通気を遮断する。
　反対に、第１領域の圧力が第２領域の圧力よりも低い場合、逆止弁は、第１通気孔と第２通気孔との通気を遮断し、排気弁は、第２通気孔と排気孔とを連通させる。
（５）前記ダイヤフラムは、一枚の可撓板から構成されている。
　この構成では、ダイヤフラムを一枚の可撓板から構成するため、冷却装置の製造コストを低減できる。
　また、本発明の加熱冷却装置は、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。
（６）前記（１）～（５）のいずれかに記載の冷却装置と、　被加熱冷却体を加熱する加熱装置と、を備え、　前記冷却装置の前記ポンプは、前記加熱装置が前記被加熱冷却体を加熱している間、駆動を行い、前記加熱装置が前記被加熱冷却体の加熱を完了した後、駆動を停止する。
　この構成により、前記（１）～（５）のいずれかの冷却装置を用いることで、当該冷却装置を備える加熱冷却装置にも同様の効果を奏する。
　さらに、この構成では、加熱装置が被加熱冷却体を加熱している間に気体をタンクに充填し、加熱装置が被加熱冷却体の加熱を完了した後、被加熱冷却体に向けて気体を排出して冷却する。そのため、この構成によれば、加熱と冷却を速やかに行うことができる。
　なお、この構成において、前記ポンプは、例えば、周縁部が実質的に拘束されていなくて、中心部から周縁部にかけて屈曲振動するアクチュエータと、前記アクチュエータに近接対向して配置される可撓板とを有し、前記可撓板のうち前記アクチュエータと対向するアクチュエータ対向領域に、１つまたは複数の通気孔が形成されたものを用いてもよい。
　この構成によれば、小型・低背でありながら高い圧力と大きな流量が得られるポンプを使用するので、さらに小型・低背な冷却装置および加熱冷却装置を提供できる。
　本発明によれば、小型でありながら、被冷却体を環境温度より低い温度に速やかに冷却できる冷却装置、及び当該冷却装置を備える加熱冷却装置を提供できる。
本発明の第１の実施形態に係る分析装置１０の主要部の構成を示すブロック図である。 図１に示す冷却装置１００の主要部の断面図である。 図１に示す圧電ポンプ１０１の分解斜視図である。 図１に示す圧電ポンプ１０１の主要部の断面図である。 図１に示す逆止弁１０２の主要部の断面図である。 図１に示す排気弁１０３の主要部の断面図である。 図１に示す制御部１１５が行う動作を示すフローチャートである。 図１に示す圧電ポンプ１０１が駆動を行っているときの空気の流れを示す説明図である。 図１に示す圧電ポンプ１０１が駆動を停止した直後の空気の流れを示す説明図である。 図１に示す排気弁１０３の弁が開であるときの主要部の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る分析装置１１の主要部の構成を示すブロック図である。 特許文献１の圧電マイクロブロアの主要部の断面図である。
　《第１の実施形態》
　以下、本発明の第１の実施形態に係る分析装置１０について説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る分析装置１０の主要部の構成を示すブロック図である。分析装置１０は、加熱装置１１３と、冷却装置１００と、制御部１１５と、を備える。分析装置１０は、例えばＤＮＡやＲＮＡなどの核酸の塩基配列を分析する装置である。
　加熱装置１１３には、被検体１１２が不図示の搬送部によって載置されている。被検体１１２は、ＤＮＡを収納した容器である。ここで、一般的にＤＮＡの塩基配列の分析は、ＤＮＡを加熱により変性させた後に行われる。
　冷却装置１００は、圧電ポンプ１０１と逆止弁１０２と排気弁１０３とエアタンク１０９とを備える。冷却装置１００は、加熱装置１１３上の被検体１１２に送風して被検体１１２を冷却する。
　エアタンク１０９は空気を収納するタンクであり、エアタンク１０９の外側にはヒートシンク１１０が装着されている。エアタンク１０９とヒートシンク１１０とは、例えばアルミニウム等の、熱伝導性に優れた材料から構成されている。
　制御部１１５は、例えばマイクロコンピュータで構成され、分析装置１０の各部の動作を制御する。制御部１１５は、圧電ポンプ１０１及び加熱装置１１３のそれぞれに接続されており、圧電ポンプ１０１及び加熱装置１１３のそれぞれに制御信号を送信する。さらに詳細には、制御部１１５は、商用の交流電源から交流の駆動電圧を生成して圧電ポンプ１０１に印加し、圧電ポンプ１０１を駆動する。
　なお、分析装置１０が、本発明の「加熱冷却装置」に相当する。被検体１１２が、本発明の「被冷却体」に相当し、本発明の「被加熱冷却体」に相当する。また、逆止弁１０２が、本発明の「逆止弁」に相当し、排気弁１０３が、本発明の「排気弁」に相当する。そして、逆止弁１０２及び排気弁１０３の複合体が、本発明の「バルブ」に相当する。
　以下、前記冷却装置１００の構造について詳述する。
　図２は、図１に示す冷却装置１００の主要部の断面図である。冷却装置１００は、圧電ポンプ１０１と、基板１０７と、弁筐体１０５と、蓋体１０６と、をこの順に積層した構造を有する。
　弁筐体１０５は、防塵フィルタ１０５Ａと逆止弁１０２と排気弁１０３とをダイヤフラム１０８とともに構成する。即ち、逆止弁１０２及び排気弁１０３は一体に形成されている。
　蓋体１０６には、接続口１０６Ａが形成されている。エアタンク１０９の通気口１０９Ａが蓋体１０６の接続口１０６Ａに連通するよう位置合わせしてから、エアタンク１０９は、パッキンＰを介して蓋体１０６に接合させる。
　基板１０７には、外気を吸引するための吸引口１０７Ａと、防塵フィルタ１０５Ａを通過した空気を圧電ポンプ１０１内へ流入させるための流入路１０７Ｂと、圧電ポンプ１０１から吐出された空気を弁筐体１０５内へ流出させるための流出路１０７Ｃと、エアタンク１０９の空気を排出するための排気口１０７Ｄと、が形成されている。
　圧電ポンプ１０１の貫通孔９８及び吐出孔５５が基板１０７の流入路１０７Ｂ及び流出路１０７Ｃに連通するよう位置合わせしてから、圧電ポンプ１０１は、パッキンＰを介して基板１０７に接合される。
　ダイヤフラム１０８の材質は、例えばエチレンプロピレンゴムまたはシリコーンゴム等の弾性部材である。ダイヤフラム１０８は、例えばダイヤフラムシートのような一枚の可撓板から構成されている。そのため、冷却装置１００の製造コストを低減できる。
　ここで、前記冷却装置１００に備えられる圧電ポンプ１０１と逆止弁１０２と排気弁１０３との構造について詳述する。まず、図２、図３、図４を用いて圧電ポンプ１０１の構造について詳述する。
　図３は、図１に示す圧電ポンプ１０１の分解斜視図であり、図４は、同圧電ポンプ１０１の主要部の断面図である。圧電ポンプ１０１は、基板９１、可撓板５１、スペーサ５３Ａ、補強板４３、振動板ユニット６０、圧電素子４２、スペーサ５３Ｂ、電極導通用板７０、スペーサ５３Ｃ及び蓋板５４を備え、それらを順に積層した構造を有している。
　円板状の振動板４１の上面には圧電素子４２が接着固定され、振動板４１の下面には補強板４３が貼着されて、振動板４１と圧電素子４２と補強板４３とによって円板状の圧電アクチュエータ４０が構成される。圧電素子４２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。
　振動板４１は圧電素子４２および補強板４３よりも線膨張係数の大きな金属板であるので、接着時に加熱硬化をさせたとしても、全体が反ることなく、圧電素子４２に適切な圧縮応力を残留させることができ、圧電素子４２の割れを防止できる。例えば、振動板４１をリン青銅（Ｃ５２１０）やステンレススチールＳＵＳ３０１など線膨張係数の大きな材料とし、補強板４３を４２ニッケルまたは３６ニッケルまたはステンレススチールＳＵＳ４３０などとするのがよい。
　なお、振動板４１、圧電素子４２、補強板４３については、上から圧電素子４２、補強板４３、振動板４１の順に配置してもよい。この場合も圧電素子４２に適切な圧縮応力が残留するように、補強板４３、振動板４１の材質を逆にすることで線膨張係数が調整されている。
　振動板４１の周囲には枠板６１が設けられていて、振動板４１は枠板６１に対して連結部６２で連結されている。連結部６２は例えば細いリング状に形成されており、小さなバネ定数の弾性をもたせて弾性構造としている。
　したがって振動板４１は二つの連結部６２で枠板６１に対して２点で柔軟に支持されている。そのため、振動板４１の屈曲振動を殆ど妨げない。すなわち、圧電アクチュエータ４０の周縁部が（勿論中心部も）実質的に拘束されていない状態となっている。
　なお、スペーサ５３Ａは可撓板５１と一定の隙間をあけて圧電アクチュエータ４０を保持するために設けられる。枠板６１には電気的に接続するための外部端子６３が形成されている。
　振動板４１、枠板６１、連結部６２及び外部端子６３は金属板の打ち抜き加工により成形されていて、これらによって振動板ユニット６０が構成されている。
　枠板６１の上面には、樹脂製のスペーサ５３Ｂが接着固定されている。スペーサ５３Ｂの厚みは圧電素子４２と同じか少し厚く、枠板６１は、ポンプ筺体８０の一部を構成するとともに、次に述べる電極導通用板７０と振動板ユニット６０とを電気的に絶縁する。
　スペーサ５３Ｂの上には、金属製の電極導通用板７０が接着固定されている。電極導通用板７０は、ほぼ円形に開口した枠部位７１と、この開口内に突出する内部端子７３と、外部へ突出する外部端子７２とで構成されている。
　内部端子７３の先端は圧電素子４２の表面にはんだ付けされる。はんだ付け位置を圧電アクチュエータ４０の屈曲振動の節に相当する位置とすることにより内部端子７３の振動は抑制できる。
　電極導通用板７０の上には、樹脂製のスペーサ５３Ｃが接着固定される。スペーサ５３Ｃはここでは圧電素子４２と同程度の厚さを有する。スペーサ５３Ｃは、圧電アクチュエータ４０が振動したときに、内部端子７３のはんだ部分が、蓋板５４に接触しないようにするためのスペーサである。また、圧電素子４２表面が蓋板５４に過度に接近して、空気抵抗により振動振幅の低下するのを防止する。そのため、スペーサ５３Ｃの厚さは、前述の通り、圧電素子４２と同程度の厚さであればよい。
　蓋板５４には吐出孔５５が形成されている。蓋板５４は、スペーサ５３Ｃの上部に被せられ、圧電アクチュエータ４０の周囲を覆う。
　一方、可撓板５１の中心には吸引孔５２が形成されている。この可撓板５１と振動板ユニット６０との間に、補強板４３の厚みへ数１０μｍ程度加えたスペーサ５３Ａが挿入されている。このように、スペーサ５３Ａが存在しても、振動板４１は枠板６１に拘束されているわけではないので、吐出孔５５に付与される圧力（負荷）の変動に応じて間隙は自動的に変化する。
　但し、振動板４１は連結部６２（バネ端子）の拘束の影響を多少は受けるので、このようにスペーサ５３Ａを挿入することで、低負荷のときには積極的に隙間を確保して流量を増大することができる。また、スペーサ５３Ａを挿入した場合でも、高負荷のときには連結部６２（バネ端子）がたわんで、圧電アクチュエータ４０と可撓板５１との対向領域の隙間が自動的に減少し、高い圧力で動作することが可能である。
　なお、図３に示した例では、連結部６２を二箇所に設けたが、三箇所以上に設けてもよい。連結部６２は圧電アクチュエータ４０の振動を妨げるものではないが、振動に多少の影響を与えるため、例えば三箇所で連結（保持）することにより、より自然な保持が可能となり、圧電素子４２の割れを防止することもできる。
　可撓板５１の下部には、中心に平面視して円柱形の開口部９２が形成された基板９１が設けられている。可撓板５１における開口部９２を覆う部分は、圧電アクチュエータ４０の振動に伴う圧力変動により、圧電アクチュエータ４０と実質的に同一周波数で振動することができる。この可撓板５１と基板９１との構成により、可撓板５１における開口部９２を覆う部分は、屈曲振動可能な可動部５４となり、可撓板５１における可動部５４より外側の部分は基板９１に拘束された固定部５５となる。可動部１５４は、可撓板１５１におけるアクチュエータ１４０に対向する領域の中心を含む。この円形の可動部の固有振動数は、圧電アクチュエータ４０の駆動周波数と同一か、やや低い周波数になるように設計している。
　従って、外部端子６３，７２に交流の駆動電圧が制御部１１５により印加されると、圧電アクチュエータ４０が同心円状に屈曲振動し、圧電アクチュエータ４０の振動に呼応して、吸引孔５２を中心とした可撓板５１の可動部１５４も大きな振幅で振動する。可撓板５１の振動位相が圧電アクチュエータ４０の振動位相よりも遅れた（例えば９０°遅れの）振動となれば、可撓板５１と圧電アクチュエータ４０との間の隙間空間の厚さ変動が実質的に増加する。そのことによってポンプの能力をより向上させることができる。
　基板９１の下部には、図２に示すようにカバー板部９５が設けられている。カバー板部９５は、流路板９６及びカバー板９９を接合したものである。また、ポンプ筺体８０には貫通孔９８が形成されている。これらにより、圧電ポンプ１０１は、流入路１０７Ｂと開口部９２とを連通させるＬ字状の連通路９７が形成された形状を有している。
　次に、図２、図５を用いて逆止弁１０２の構造について詳述する。
　図５は、図１に示す逆止弁１０２の主要部の断面図である。逆止弁１０２は、円筒状の第１弁筐体２１と円状の薄膜からなる第１ダイヤフラム１０８Ａとを有する。第１ダイヤフラム１０８Ａは、逆止弁１０２を構成するダイヤフラム１０８の一領域である。
　第１弁筐体２１には、圧電ポンプ１０１の吐出孔５５に連通する第１連通孔２４と、エアタンク１０９に連通する第２連通孔２２と、第１ダイヤフラム１０８Ａ側へ突出した円柱状の突出部２０と、が形成されている。
　第１ダイヤフラム１０８Ａには、図１、図５に示すように、突出部２０に対向する領域の中心部に円形の孔部２９が形成されている。第１ダイヤフラム１０８Ａは、突出部２０に接触して第１弁筐体２１に固定されている。孔部２９の直径は、第１ダイヤフラム１０８Ａに当接する突出部２０の面の直径よりも小さく形成されている。
　これにより、第１ダイヤフラム１０８Ａは、第１弁筐体２１内を分割して、第１連通孔２４に連通するリング状の第１バルブ室２６と第２連通孔２２に連通する円柱状の第２バルブ室２３とを構成する。
　突出部２０は、第１ダイヤフラム１０８Ａにおける孔部２９の周囲を与圧するよう第１弁筐体２１に形成されている。
　以上の構造において逆止弁１０２は、第１バルブ室２６と第２バルブ室２３との圧力差によって、第１ダイヤフラム１０８Ａが突出部２０に対して接触または離間することで、弁を開閉する。
　次に、図２、図６を用いて排気弁１０３の構造について詳述する。
　図６は、図１に示す排気弁１０３の主要部の断面図である。排気弁１０３は、円筒状の第２弁筐体３１と円状の薄膜からなる第２ダイヤフラム１０８Ｂとを有する。第２ダイヤフラム１０８Ｂは、排気弁１０３を構成するダイヤフラム１０８の一領域である。
　第２弁筐体３１には、冷却装置１００外部に連通する第３連通孔３２と、圧電ポンプ１０１の吐出孔５５及び第１連通孔２４に連通する第４連通孔３７と、エアタンク１０９及び第２連通孔２２に連通する第５連通孔３４と、第３連通孔３２の周縁から第２ダイヤフラム１０８Ｂ側へ突出した弁座３０と、が形成されている。
　第２ダイヤフラム１０８Ｂは、弁座３０に接触して第２弁筐体３１に固定されている。
これにより、第２ダイヤフラム１０８Ｂは、第２弁筐体３１内を分割して、第５連通孔３４に連通するリング状の第３バルブ室３３と第４連通孔３７に連通する円柱状の第４バルブ室３６とを構成する。
　以上の構造において排気弁１０３は、第３バルブ室３３と第４バルブ室３６との圧力差によって第２ダイヤフラム１０８Ｂが弁座３０に対して接触または離間することで、弁を開閉する。
　なお、第１バルブ室２６及び第４バルブ室３６は、本発明の「第１領域」に相当し、第２バルブ室２３及び第３バルブ室３３は、本発明の「第２領域」に相当する。また、第１連通孔２４及び第４連通孔３７は、本発明の「第１通気孔」に相当する。第２連通孔２２及び第５連通孔３４は、本発明の「第２通気孔」に相当する。第３連通孔３２は、本発明の「排気孔」に相当する。
　ここで、分析装置１０の動作について説明する。
　図７は、図１に示す制御部１１５が行う動作を示すフローチャートである。図８は、図１に示す圧電ポンプ１０１が駆動を行っているときの空気の流れを示す説明図である。図９は、図１に示す圧電ポンプ１０１が駆動を停止した直後の空気の流れを示す説明図である。図８と図９中の矢印は空気の流れを示している。図１０は、本発明の第１の実施形態に係る冷却装置１００に備えられる排気弁１０３の弁が開であるときの主要部の断面図である。
　まず、制御部１１５は、ＤＮＡを収納した被検体１１２を加熱装置１１３により加熱する（図７：Ｓ１）。この加熱により、ＤＮＡは変性していく。
　なお、ＤＮＡの塩基配列の分析は、前述したように、ＤＮＡを加熱により変性させた後に行われる。
　次に、加熱装置１１３が被検体１１２を加熱している間、制御部１１５は、図８に示すように、圧電ポンプ１０１を駆動する（図７：Ｓ２）。これにより、外気が、吸引口１０７Ａから吸引され、防塵フィルタ１０５Ａ（図２参照）を介して圧電ポンプ１０１内のポンプ室４５に流入する。そして、圧電ポンプ１０１の吐出孔５５から吐出される空気は、逆止弁１０２に流入する。
　逆止弁１０２では、圧電ポンプ１０１の駆動により第１連通孔２４から第２連通孔２２への順方向の吐出圧力が発生し、第１バルブ室２６の圧力が第２バルブ室２３の圧力より高くなる。これにより、第１ダイヤフラム１０８Ａが突出部２０から離間して第１連通孔２４と第２連通孔２２とが孔部２９を介して連通する。
　また、排気弁１０３では、圧電ポンプ１０１の駆動により第４バルブ室３６が昇圧し、第４バルブ室３６の圧力が第３バルブ室３３の圧力より高くなる。これにより、第２ダイヤフラム１０８Ｂが弁座３０に当接して第３連通孔３２をシールし、第５連通孔３４及び第２連通孔２２と第３連通孔３２との通気を遮断する。
　以上の結果、空気が圧電ポンプ１０１から逆止弁１０２の第１連通孔２４と孔部２９と第２連通孔２２を経由してエアタンク１０９へ送出される。（図８参照）エアタンク１０９への空気の送出が継続されると、エアタンク１０９内の空気が圧縮され、徐々にエアタンク１０９内の圧力（空気圧）が高まる。同時に、エアタンク１０９内の空気の温度も徐々に上昇する。
　ただし、エアタンク１０９内の空気の熱がエアタンク１０９及びヒートシンク１１０へ伝導して放散するため、上昇した空気の温度は、時間の経過とともに下がり、外気の温度（環境温度）に近づいていく。この実施形態では、熱伝導性に優れたヒートシンク１１０がエアタンク１０９に取り付けられているため、エアタンク１０９内の空気の温度が環境温度まで速やかに低下する。
　なお、第１ダイヤフラム１０８Ａは、第１ダイヤフラム１０８Ａの孔部２９の周囲が突出部２０に接触するよう第１弁筐体２１に固定されている。そして、この突出部２０は、第１ダイヤフラム１０８Ａにおける孔部２９の周囲を与圧している。
　これにより、逆止弁１０２の第１連通孔２４を経由して孔部２９から流出する空気は、圧電ポンプ１０１の吐出圧力より若干低い圧力となって、孔部２９から第２バルブ室２３に流入する。一方、第１バルブ室２６には圧電ポンプ１０１の吐出圧力が加わる。
　この結果、逆止弁１０２では、第１バルブ室２６の圧力が第２バルブ室２３の圧力より若干勝り、第１ダイヤフラム１０８Ａが突出部２０から離間して孔部２９を開放した状態が維持される。また、第１バルブ室２６と第２バルブ室２３との圧力差が小さいため、当該圧力差が極端に偏ることもなく、第１ダイヤフラム１０８Ａが破損するのを防ぐこともできる。
　また、冷却装置１００は、逆止弁１０２の第２連通孔２２と排気弁１０３の第５連通孔３４とが連通した構造となっている。また、排気弁１０３は、第３連通孔３２を中心に第５連通孔３４を外周に形成した形状を有している。
　これにより、逆止弁１０２の第１連通孔２４を経由して第２連通孔２２から流出する空気は、圧電ポンプ１０１の吐出圧力より若干低い圧力となって、第５連通孔３４から排気弁１０３の第３バルブ室３３に流入する。一方、第４バルブ室３６には圧電ポンプ１０１の吐出圧力が加わる。
　この結果、排気弁１０３では第４バルブ室３６の圧力が第３バルブ室３３より若干勝り、排気弁１０３では第２ダイヤフラム１０８Ｂが第３連通孔３２をシールした状態が維持される。また、第４バルブ室３６と第３バルブ室３３との圧力差が小さいため、当該圧力差が極端に偏ることもなく、第２ダイヤフラム１０８Ｂが破損するのを防ぐこともできる。
　次に、被検体１１２の温度が所定温度（例えば３５０Ｋ）に達すると（図７：Ｓ３）、制御部１１５は、加熱装置１１３による被検体１１２への加熱を停止する（図７：Ｓ４）。
　次に、制御部１１５は、図９に示すように、圧電ポンプ１０１の駆動を停止する（図７：Ｓ５）。ここで、ポンプ室４５と第１バルブ室２６と第４バルブ室３６との体積は、エアタンク１０９の収容できる空気の体積に比べて極めて小さい。
　そのため、圧電ポンプ１０１の駆動が停止すると、ポンプ室４５と第１バルブ室２６と第４バルブ室３６の空気は、圧電ポンプ１０１の吸引孔５２および開口部９２を経由して冷却装置１００の吸引口１０７Ａから冷却装置１００の外部へ速やかに排気される。また、第２バルブ室２３及び第３バルブ室３３には、エアタンク１０９の圧力が加わる。
　この結果、逆止弁１０２では、圧電ポンプ１０１の駆動が停止すると、第１バルブ室２６の圧力が第２バルブ室２３の圧力より低下する。同様に、排気弁１０３では、圧電ポンプ１０１の駆動が停止すると、第４バルブ室３６の圧力が第３バルブ室３３の圧力より低下する。
　逆止弁１０２では、第１バルブ室２６の圧力が第２バルブ室２３の圧力より低下すると、第１ダイヤフラム１０８Ａが突出部２０に当接して孔部２９をシールする。また、排気弁１０３では、第４バルブ室３６の圧力が第３バルブ室３３の圧力より低下すると、図１０に示すように第２ダイヤフラム１０８Ｂが弁座３０から離間して第５連通孔３４と第３連通孔３２とが連通する。
　以上により、エアタンク１０９内の圧縮空気が大気開放されて断熱膨張し、空気の温度が環境温度より低下する。環境温度より低い温度の空気（例えば２４６Ｋ）は、第５連通孔３４及び第３連通孔３２を経由して排気口１０７Ｄから急速に排気される（図９参照）。よって、環境温度より低い温度の大流量の空気が瞬間的に、第５連通孔３４及び第３連通孔３２を経由して排気口１０７Ｄから被検体１１２に向けて排出される。
　次に、制御部１１５は、被検体１１２に収納されている変性後のＤＮＡの塩基配列を分析装置１０で分析する（図７：Ｓ６）。
　次に、制御部１１５は、分析の終了した被検体１１２を不図示の搬送部によって加熱装置１１３上から別の場所に移し、次の被検体１１２を不図示の搬送部によって加熱装置１１３上に載置する（図７：Ｓ７）。そして、制御部１１５は、Ｓ１に戻り処理を継続する。
　なお、Ｓ７では、次の冷却のために圧電ポンプ１０１の駆動を開始しておくとよい。
　ここで、大気圧１００ｋＰａ、環境温度３００Ｋの条件下で、体積１００ｃｃのエアタンク１０９と吐出圧力２００ｋＰａの圧電ポンプ１０１とを用いた具体例を示す。
　まず、圧電ポンプ１０１が駆動を行うと、前述したように、空気が圧電ポンプ１０１から逆止弁１０２の第１連通孔２４と孔部２９と第２連通孔２２を経由してエアタンク１０９へ送出される。
　圧電ポンプ１０１は、エアタンク１０９の体積１００ｃｃよりも多くの空気を順次送出するので、エアタンク１０９内の空気が徐々に圧縮される。このようにして空気が圧縮されることで、エアタンク１０９内の圧力は最終的に３００ｋＰａまで高まる。同時に、エアタンク１０９内の空気の温度も徐々に上昇する。
　一方で、エアタンク１０９内の空気の熱はエアタンク１０９及びヒートシンク１１０へ伝導して放散するため、前述の上昇した空気の温度は、時間の経過とともに下がり、環境温度３００Ｋまで低下する。
　次に、圧電ポンプ１０１が駆動を停止すると、前述したように、逆止弁１０２では第１ダイヤフラム１０８Ａが突出部２０に当接して孔部２９をシールし、排気弁１０３では第２ダイヤフラム１０８Ｂが開放して第５連通孔３４と第３連通孔３２とが連通する。
　これにより、エアタンク１０９内の圧縮空気が大気開放されて断熱膨張し、空気の温度が環境温度より低下する。環境温度より低い温度の空気は、エアタンク１０９分の体積１００ｃｃを残して、第５連通孔３４及び第３連通孔３２を経由して排気口１０７Ｄから急速に排気される（図９参照）。
　よって、環境温度より低い温度の大流量の空気が瞬間的に、第５連通孔３４及び第３連通孔３２を経由して排気口１０７Ｄから被検体１１２に向けて排出される。実験では、排気口１０７Ｄの直径が約０．５ｍｍであるとき、エアタンク１０９の圧力が約１．５秒で大気圧になることが明らかになった。
　ここで、まず、空気の体積変化は、ポアソンの式と状態方程式から、大気開放される直前のエアタンク１０９内の空気の圧力をＰ０、大気開放された後の当該空気の圧力をＰ１、大気開放される直前のエアタンク１０９内の空気の体積をＶ０、大気開放された後の当該空気の体積をＶ１、としたとき、Ｖ１＝Ｖ０×（Ｐ０／Ｐ１）＾（１／１．４）の第１式で求められる。１．４は、比熱比の値である。
　この具体例ではＰ０＝３００ｋＰａ、Ｐ１＝１００ｋＰａ、Ｖ０＝１００ｃｃであるため、Ｖ１は、この第１式より約１６４ｃｃである。そのため、排気口１０７Ｄから排出される空気の体積は、エアタンク１０９の体積１００ｃｃを減じて、約６４ｃｃとなる。この約６４ｃｃの空気が、約１．５秒で排出されるため、平均流量は約６．６Ｌ／ｍｉｎとなる。すなわち、大流量の空気が瞬間的に、排気口１０７Ｄから被検体１１２に向けて排出される。
　また、空気は排気口１０７Ｄの直径０．５ｍｍから排出するため、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の極めて小さい被検体１１２に送風して冷却することができる。通常のファンモーターなどでは、空気の流量は大きいが、空気がファンの面積、例えば、４０ｍｍ×４０ｍｍなどの領域を流れる。そのため、ファンモーターから送出される空気を１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の被検体１１２に向けたとしても冷却に使用できる空気は極僅かであり、冷却効率が悪い。
　次に、空気の温度変化は、ポアソンの式と状態方程式から、大気開放される直前のエアタンク１０９内の空気の圧力をＰ０、大気開放された後の当該空気の圧力をＰ１、大気開放される直前のエアタンク１０９内の空気の温度をＴ０、大気開放された後の当該空気の温度をＴ１、としたとき、Ｔ１＝Ｔ０×（Ｐ０／Ｐ１）＾｛（１－１．４）／１．４｝の第２式で求められる。１．４は、比熱比の値である。
　この具体例ではＰ０＝３００ｋＰａ、Ｐ１＝１００ｋＰａ、Ｔ０＝３００Ｋであるため、排気口１０７Ｄから排出される空気の温度Ｔ１は、この第２式より約２４６Ｋである。
そのため、排気口１０７Ｄから排出される空気の温度は、環境温度（３００Ｋ）より低い。
　よって、環境温度の外気よりも冷たい空気を被検体１１２に向けて排出することができる。そして、例えば被検体１１２の熱容量が小さい場合、被検体１１２を冷凍することも可能である。
　なお、エアタンク１０９の容量や圧電ポンプ１０１の吐出圧力は、被検体１１２の熱容量や、被検体１１２の温度をどの温度まで下げるかによって定めると良い。
　従って、この実施形態の冷却装置１００によれば、小型でありながら、被検体１１２を環境温度より低い温度に速やかに冷却することができる。また、逆止弁１０２と排気弁１０３は、圧電ポンプ１０１の動作に合わせてパッシブに開閉する構成であるため、製造コストを低減できる。
　また、この実施形態の冷却装置１００を用いることで、当該冷却装置１００を備える分析装置１０にも同様の効果を奏する。
　また、この実施形態の冷却装置１００によれば、圧電ポンプ１０１は内部に非常に狭い流路を有するため、エアタンク１０９に大きな異物を送出してしまう恐れがない。従ってエアタンク１０９にクリーンな空気を送出できる。また、圧電ポンプ１０１は駆動時に可聴域の騒音を生じないため、エアタンク１０９への空気の送出を静音に行うことができる。
　また、この実施形態の冷却装置１００によれば、圧電ポンプ１０１はその構造上、直列多段接続することで高い圧力を実現できるという特徴がある。もちろん、急速充填が必要な場合には、並列接続してもよい。
　また、この実施形態の冷却装置１００によれば、温室効果ガスや可燃性物質を使用せず、繰り返し使用することができる。
　さらに、この実施形態の分析装置１０では、加熱装置１１３が被検体１１２を加熱している間に空気をエアタンク１０９に充填し、加熱装置１１３が被検体１１２の加熱を完了した後、被検体１１２に向けて空気を排出して冷却する。そのため、この実施形態の分析装置１０によれば、加熱と冷却を速やかに行うことができる。
　《第２の実施形態》
　以下、本発明の第２の実施形態に係るエアブロア装置１１について説明する。
　図１１は、本発明の第２の実施形態に係るエアブロア装置１１の主要部の構成を示すブロック図である。エアブロア装置１１は、冷却装置２００と、制御部２１５と、を備える。エアブロア装置１１は、例えばコールドスプレーとして用いられる。
　冷却装置２００は、圧電ポンプ２０１と、逆止弁２０２と、排気弁２０３と、排気ノズル２０４と、エアタンク２０９と、を備える。冷却装置２００は、被検体（図示せず）に送風して被検体を冷却する。
　エアタンク２０９は空気を収納する耐圧容器である。エアタンク２０９は、例えばアルミニウム等の、熱伝導性に優れた材料から構成されている。
　なお、被検体が、本発明の「被冷却体」に相当する。また、逆止弁２０２が、本発明の「逆止弁」に相当し、排気弁２０３が、本発明の「排気弁」に相当する。そして、逆止弁２０２及び排気弁２０３の複合体が、本発明の「バルブ」に相当する。
　以下、エアブロア装置１１の構成について詳述する。なお、圧電ポンプ２０１、逆止弁２０２、排気弁２０３、及びエアタンク２０９については、第１の実施形態の圧電ポンプ１０１、逆止弁１０２、排気弁１０３、及びエアタンク１０９と同じ構成のため記載を省略する。
　排気ノズル２０４は、軸方向に長い円筒状であり、一端が排気口２０７Ｄに設けられている。
　制御部２１５は、駆動回路２１６と、電源回路２１７と、電池２１８と、駆動スイッチ２１９と、を備える。制御部２１５は、圧電ポンプ２０１に電気的に接続されており、制御部２１５で生成された制御信号を送信することで圧電ポンプ２０１を駆動する。
　詳述すると、制御部２１５は、電池２１８による直流信号を電源回路２１７によって適切な電位に調整する。その後、制御部２１５は、駆動回路２１６によって該直流信号の周波数や波形を適切に調整して交流信号（制御振動）を生成する。制御部２１５は、この交流信号を圧電ポンプ２０１に印加することによって、冷却装置２００を駆動する。
　駆動スイッチ２１９は例えば押しボタン式である。エアブロア装置１１では、操作者が駆動スイッチ２１９を押圧している間だけエアタンク２０９に空気の充填が行われる。そして、操作者が駆動スイッチ２１９を離すと同時にエアタンク２０９からの空気の排出が行われる。
　よって、このような機構にすることで、空気の排出流量や排出圧力の調整を容易に行うことができる。従って、この実施形態のエアブロア装置１１によれば、前述の冷却装置１００と同様の効果を奏する。
　なお、エアブロア装置１１は、コールドスプレーだけでなく、例えばホコリ落とし用途（エアダスター）として用いることもできる。
　《その他の実施形態》
　なお、前述の実施形態では気体として空気を用いているが、これに限るものではなく、当該気体が、空気以外の気体であっても適用できる。
　また、前述の実施形態では冷却装置１００がＤＮＡを収納した被検体１１２を冷却しているが、これに限るものではない。例えば、冷却装置１００でＣＰＵ等の電子部品を冷却しても良い。同様に、前述の実施形態では加熱冷却装置として分析装置１０を挙げているが、これに限るものではない。
　また、前述の実施形態ではユニモルフ型で屈曲振動するアクチュエータ４０を設けたが、アクチュエータ４０は、振動板４１の両面に圧電素子４２を貼着してバイモルフ型で屈曲振動するように構成してもよい。
　また、前述の実施形態のポンプは、圧電素子４２の伸縮によって屈曲振動するアクチュエータ４０を備えるが、これに限るものではない。例えば、電磁駆動で屈曲振動するアクチュエータを備えてもよい。
　また、前述の実施形態において、圧電素子４２はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成しているが、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などから構成してもよい。
　また、前述の実施形態において、ヒートシンク１１０はエアタンク１０９の外側に設けられているが、これに限るものではない。例えば、ヒートシンク１１０をエアタンク１０９の内側に設けて、エアタンク１０９内部の空気の熱をヒートシンク１１０からエアタンク１０９へ逃がすようにして冷却を行ってもよい。
　また、前述の実施形態ではエアタンク１０９が図２に示すように、蓋体１０６に対して着脱自在に取り付けられているが、これに限るものではない。例えばエアタンク１０９は蓋体１０６に対して、着脱自在でなく完全に固定されていてもよい。
　最後に、前述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１…ブロア本体
　１ａ…第１壁部
　１ｂ…第２壁部
　２…ダイヤフラム
　３…圧電素子
　４…ブロア室
　５ａ…第１開口部
　５ｂ…第２開口部
　７…流入通路
　１０…分析装置
　２０…突出部
　２１…第１弁筐体
　２２…第２連通孔
　２３…第１バルブ室
　２４…第１連通孔
　２６…第２バルブ室
　３０…弁座
　３１…第２弁筐体
　３２…第３連通孔
　３３…第３バルブ室
　３４…第５連通孔
　３６…第４バルブ室
　３７…第４連通孔
　４０…圧電アクチュエータ
　４１…振動板
　４２…圧電素子
　４３…補強板
　４５…ポンプ室
　５１…可撓板
　５２…吸引孔
　５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ…スペーサ
　５４…蓋板
　５５…吐出孔
　６０…振動板ユニット
　６１…枠板
　６２…連結部
　６３，７２…外部端子
　７０…電極導通用板
　７１…枠部位
　７３…内部端子
　８０…ポンプ筺体
　９１…基板
　９２…開口部
　９５…カバー板部
　９６…流路板
　９７…連通路
　９８…貫通孔
　９９…カバー板
　１００、２００…冷却装置
　１０１、２０１…圧電ポンプ
　１０２、２０２…逆止弁
　１０３、２０３…排気弁
　１０５…弁筐体
　１０５Ａ…防塵フィルタ
　１０６…蓋体
　１０６Ａ…接続口
　１０７…基板
　１０７Ａ…吸引口
　１０７Ｂ…流入路
　１０７Ｃ…流出路
　１０７Ｄ…排気口
　１０８…ダイヤフラム
　１０９、２０９…エアタンク
　１０９Ａ…通気口
　１１０…ヒートシンク
　１１２…被検体
　１１３…加熱装置
　１１５…制御部
　２０４…ノズル
　２１５…制御部
　Ｐ…パッキン

Claims (6)

  1. 　吸引孔および吐出孔を有するポンプと、
    　気体を収納するタンクと、
    　前記ポンプの前記吐出孔に接続された第１通気孔と、前記タンクに接続された第２通気孔と、前記タンク内の前記気体を被冷却体に向けて排出するための排気孔とを有するバルブと、を備え、
    　前記バルブは、前記第１通気孔と前記第２通気孔とを連通させるとともに前記第２通気孔と前記排気孔との通気を遮断する第１連通状態と、前記第１通気孔と前記第２通気孔との通気を遮断するとともに前記第２通気孔と前記排気孔とを連通させる第２連通状態とを切り替える、冷却装置。
  2. 　前記バルブは、前記第１通気孔、前記第２通気孔、及び前記排気孔が形成された弁筐体と、前記弁筐体内を分割して、前記第１通気孔に連通する第１領域および前記第２通気孔に連通する第２領域を前記弁筐体内に構成するダイヤフラムとを有し、
    　前記ダイヤフラムは、
    　前記第１領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも高い場合、前記第１通気孔と前記第２通気孔とを連通させるとともに、前記第２通気孔と前記排気孔との通気を遮断し、
    　前記第１領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも低い場合、前記第１通気孔と前記第２通気孔との通気を遮断するとともに、前記第２通気孔と前記排気孔とを連通させるよう、前記弁筐体に固定されている、請求項１に記載の冷却装置。
  3. 　前記タンクには、ヒートシンクが取り付けられている、請求項１または２に記載の冷却装置。
  4. 　前記ダイヤフラムは、前記第１領域と前記第２領域との圧力差により前記第１通気孔と前記第２通気孔との連通を制御する逆止弁と、前記第１領域と前記第２領域との圧力差により前記第２通気孔と前記排気孔との連通を制御する排気弁と、を前記弁筐体とともに構成する、請求項２または３に記載の冷却装置。
  5. 　前記ダイヤフラムは、一枚の可撓板から構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却装置。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置と、
    　被加熱冷却体を加熱する加熱装置と、を備え、
    　前記冷却装置の前記ポンプは、前記加熱装置が前記被加熱冷却体を加熱している間、駆動を行い、前記加熱装置が前記被加熱冷却体の加熱を完了した後、駆動を停止する、加熱冷却装置。
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