(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体循環装置であって、
容積を変更する動作を行なうポンプ室と、
前記ポンプ室への流体の流入路である入口流路と、
前記ポンプ室から前記入口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流出口である出口流路と、
前記出口流路から前記入口流路へ前記流体が循環する流路である循環流路と、
前記ポンプ室の非動作時に、体積Ｖｂの前記流体を収容するとともに、前記ポンプ室の動作時に、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、
前記ポンプ室の動作時における前記循環流路の容積の増加量をΔＶｅとし、
前記ポンプ室の動作時に生じる前記流体の圧力の変化による前記流体の体積の減少量をΔＶｐとし、
前記流体循環装置が利用される温度範囲内における所定の温度を基準温度Ｔｓとし、
前記流体循環装置が利用される温度範囲のうち、前記流体の体積が最も小さくなる温度を温度Ｔｍｉｎとし、
前記流体の温度が前記基準温度Ｔｓから前記温度Ｔｍｉｎに変化した場合における前記流体の体積の減少量をΔＶｔとした場合に、
前記体積Ｖｂは、前記基準温度Ｔｓにおいて、
Ｖｂ≧ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔ
の関係を満たし、
前記流体収容部は、前記供給に用いられる前記流体を内部に収容する流体収容室を含み、
前記流体収容室の容積は、前記内部に収容されている前記流体の量に応じて変更可能である、
流体循環装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体循環装置であって、
前記流体循環装置が利用される温度範囲のうち、前記流体の体積が最も大きくなる温度を温度Ｔｍａｘとし、
前記流体の温度が前記基準温度Ｔｓから前記温度Ｔｍａｘに変化した場合における前記流体の体積の増加量をΔＶｈとした場合に、
前記流体収容部は、前記ポンプ室の非動作時に、前記温度Ｔｍａｘにおいて、ΔＶｈの流体をさらに収容可能である、
流体循環装置。
【請求項３】
請求項１に記載の流体循環装置であって、
前記流体収容室は、袋状に形成されたパックである、
流体循環装置。
【請求項４】
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、前記循環流路から分岐した分岐流路を含む、
流体循環装置。
【請求項５】
請求項４に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、前記分岐流路の内部における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。
【請求項６】
請求項５に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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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等が考慮されていないため、流体を安定して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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２４２４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、流体を安定して循環させることのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
［形態１］  流体循環装置であって、容積を変更する動作を行なうポンプ室と；前記ポンプ室への流体の流入路である入口流路と；前記ポンプ室から前記入口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流出口である出口流路と；前記出口流路から前記入口流路へ前記流体が循環する流路である循環流路と；前記ポンプ室の非動作時に、体積Ｖｂの前記流体を収容するとともに、前記ポンプ室の動作時に、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、前記ポンプ室の動作時における前記循環流路の容積の増加量をΔＶｅとし；前記ポンプ室の動作時に生じる前記流体の圧力の変化による前記流体の体積の減少量をΔＶｐとし、；前記流体循環装置が利用される温度範囲内における所定の温度を基準温度Ｔｓとし；前記流体循環装置が利用される温度範囲のうち、前記流体の体積が最も小さくなる温度を温度Ｔｍｉｎとし；前記流体の温度が前記基準温度Ｔｓから前記温度Ｔｍｉｎに変化した場合における前記流体の体積の減少量をΔＶｔとした場合に；前記体積Ｖｂは、前記基準温度Ｔｓにおいて；Ｖｂ≧ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔの関係を満たし；前記流体収容部は、前記供給に用いられる前記流体を内部に収容する流体収容室を含み；前記流体収容室の容積は、前記内部に収容されている前記流体の量に応じて変更可能である；流体循環装置。
ポンプ室の吸入側において負圧化が進行すると、流体の安定した循環が困難となる。ポンプ室の吸入側における負圧化は、流路を循環する流体の不足に起因している。上記流体循環装置の構成によれば、流体の不足の原因となる、循環流路の変形、圧縮による流体の体積の減少、および、温度変化による流体の体積の減少を考慮して、ポンプ室の非動作時に流体収容部が収容する流体の体積Ｖｂを決定し、流体収容部は、ポンプ室の動作時に、収容している流体を循環する流体の一部として供給するので、循環する流体の不足を十分に補え、ポンプ室の吸入側における負圧化が進行せず、流体を安定して循環させることが可能となる。加えて、この構成によれば、液体収容室は、ポンプ室の非動作時に流体を収容するとともに、ポンプ室の動作時に流体を供給することができるので、循環する流体の不足を十分に補え、ポンプ室の吸入側における負圧化を抑制し、流体を安定して循環させることが可能となる。
【０００６】
[適用例１]
流体循環装置であって、
容積を変更する動作を行なうポンプ室と、
前記ポンプ室への流体の流入路である入口流路と、
前記ポンプ室から前記入口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流出口である出口流路と、
前記出口流路から前記入口流路へ前記流体が循環する流路である循環流路と、
前記ポンプ室の非動作時に、体積Ｖｂの前記流体を収容するとともに、前記ポンプ室の動作時に、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、
前記ポンプ室の動作時における前記循環流路の容積の増加量をΔＶｅとし、
前記ポンプ室の動作時に生じる前記流体の圧力の変化による前記流体の体積の減少量をΔＶｐとし、
前記流体循環装置が利用される温度範囲内における所定の温度を基準温度Ｔｓとし、
前記流体循環装置が利用される温度範囲のうち、前記流体の体積が最も小さくなる温度を温度Ｔｍｉｎとし、
前記流体の温度が前記基準温度Ｔｓから前記温度Ｔｍｉｎに変化した場合における前記流体の体積の減少量をΔＶｔとした場合に、
前記体積Ｖｂは、前記基準温度Ｔｓにおいて、
Ｖｂ≧ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔ
の関係を満たす
流体循環装置。
ポンプ室の吸入側において負圧化が進行すると、流体の安定した循環が困難となる。ポンプ室の吸入側における負圧化は、流路を循環する流体の不足に起因している。上記流体循環装置の構成によれば、流体の不足の原因となる、循環流路の変形、圧縮による流体の体積の減少、および、温度変化による流体の体積の減少を考慮して、ポンプ室の非動作時に流体収容部が収容する流体の体積Ｖｂを決定し、流体収容部は、ポンプ室の動作時に、収容している流体を循環する流体の一部として供給するので、循環する流体の不足を十分に補え、ポンプ室の吸入側における負圧化が進行せず、流体を安定して循環させることが可能となる。
【０００７】
[適用例２]
適用例１に記載の流体循環装置であって、
前記流体循環装置が利用される温度範囲のうち、前記流体の体積が最も大きくなる温度を温度Ｔｍａｘとし、
前記流体の温度が前記基準温度Ｔｓから前記温度Ｔｍａｘに変化した場合における前記流体の体積の増加量をΔＶｈとした場合に、
前記流体収容部は、前記ポンプ室の非動作時に、前記温度Ｔｍａｘにおいて、ΔＶｈの流体をさらに収容可能である、
流体循環装置。
この構成によれば、液体の温度が温度Ｔｍａｘまで変化し、液体の体積が増加した場合であっても、液体の体積の増加量ΔＶｈを、流体収容部によって吸収することができる。
【０００８】
[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、
前記流体収容部は、前記供給に用いられる前記流体を内部に収容する流体収容室を含み、
前記流体収容室の容積は、前記内部に収容されている前記流体の量に応じて変更可能である、
流体循環装置。
この構成によれば、液体収容室は、ポンプ室の非動作時に流体を収容するとともに、ポンプ室の動作時に流体を供給することができるので、循環する流体の不足を十分に補え、ポンプ室の吸入側における負圧化を抑制し、流体を安定して循環させることが可能となる。
【０００９】
[適用例４]
適用例３に記載の流体循環装置であって、
前記流体収容室は、袋状に形成されたパックである、
流体循環装置。
この構成によれば、流体収容室を簡易に実現することができ、低コスト化を図ることができる。
【００１０】
[適用例５]
適用例１から適用例４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を含む、
流体循環装置。
この構成によれば、分岐流路は、ポンプ室の非動作時に流体を収容するとともに、ポンプ室の動作時に流体を供給することができるので、循環する流体の不足を十分に補え、ポンプ室の吸入側における負圧化を抑制し、流体を安定して循環させることが可能となる。
【００１１】
[適用例６]
適用例５に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、前記分岐流路の内部における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。
この構成によれば、分岐流路の内部に封止材が配置されているので、流体が分岐流路から外部に流出するのを抑制することができる。
【００１２】
[適用例７]
適用例６に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。
この構成によれば、第１の液体の気化を抑制することができる。
【００１３】
[適用例８]
適用例１から適用例７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。
【００１４】
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、流体を循環させる方法および装置、流体循環システム、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例としての流体噴射システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】フイルムパックの構成を示す説明図である。
【図５】温度変化による液体の体積の変化の様子を示す模式図である。
【図６】液体流路の容積の増加量ΔＶｅを説明するための説明図である。
【図７】液体流路の容積の変化を模式的に示す説明図である。
【図８】液体の温度と液体の体積との関係をグラフ形式で示す説明図である。
【図９】流体循環装置の動作時の様子を模式的に示す説明図である。
【図１０】第２実施例における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。
【図１１】第３実施例における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。
【図１２】第４実施例における流体循環装置を概略的に示す模式図である。
【図１３】採用可能な流体抵抗要素を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．装置構成：
Ａ２．循環ポンプの動作：
Ａ３．フイルムパックの構成：
Ａ４．フイルムパックに収容される液体の体積について：
Ａ５．液体流路の容積の増加量ΔＶｅについて：
Ａ６．圧力の変化による液体の体積の減少量ΔＶｐについて：
Ａ７．温度の変化による液体の体積の減少量ΔＶｔについて：
Ａ８．総括：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．変形例：
【００１７】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．装置構成：
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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３４と、流体室３２に連通し、圧電アクチュエータ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。
【００２０】
圧電アクチュエータ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。
【００２１】
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、循環ポンプ１１０を制御する制御部１９６とを備えている。本実施例では、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。すなわち、流体循環装置１００内の流体は、外気に接しない状態で循環する。
【００２２】
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して、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、これらに特に限定されない。本実施例では、液体流路１９０としてシリコンチューブが採用されている。この液体流路１９０は、圧電アクチュエータ３４に巻き付けられている。このため、圧電アクチュエータ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。
【００２３】
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、意図的に循環流体が外部（大気）と接する部分を有しない循環系の流路を言う。
【００２４】
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の底部は圧電素子ケース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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。なお、本実施例では、ポンプ吐出流路１４２の途中部分には、ポンプ吐出流路１４２よりも断面積の大きい吐出側バッファー１４３が形成されている。この吐出側バッファー１４３は、ポンプ室１３０から吐出される液体の脈動を和らげる機能を有する。
【００２７】
液室１４６は、一端が流路ケース１４０の上面側（圧電素子ケース１１２と向かい合う側とは反対側）に開口するとともに、他端がポンプ室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の径が縮小している部分には、ポンプ吸入流路１４４が接続されている。液室１４６のポンプ室１３０側の端部には、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。
【００２８】
流路ケース１４０の上面側に形成された液室１４６の開口部には、接続部材１６２を介してフイルムパック１６０が気密に接続されている。フイルムパック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イルムによって形成されている。なお、本実施例では、フイルムパック１６０は、流路ケース１４０に対して着脱可能となっている。
【００２９】
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。
【００３０】
Ａ２．循環ポンプの動作：
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、フイルムパック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イルムパック１６０内に収容されている液体は、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。フイルムパック１６０内に収容されている液体の量（体積）については、後述する。
【００３１】
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。
【００３２】
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から押出されて循環ポンプ１１０へ戻ってきた液体は、ポンプ吸入流路１４４を通ってフイルムパック１６０へと流入する。ここで、フイルムパック１６０は、柔軟なフイ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、液体流路１９０から戻った液体がフイルムパック１６０に流入しても、フイルムパック１６０が膨らむことによって、フイルムパック１６０内や、フイルムパック１６０と連通する液室１４６内の圧力が高まることが抑制される。
【００３３】
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。
【００３４】
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、液室１４６や逆止弁１４８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、フイルムパック１６０と連通しており、フイルムパック１６０内の液体が滞ることなくポンプ室１３０に流入するので、液室１４６内は、負圧になりにくい。
【００３５】
このようにして容積が回復したポンプ室１３０が液室１４６からの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。
【００３６】
Ａ３．フイルムパックの構成：
図４は、フイルムパック１６０の構成を示す説明図である。図４（Ａ）には、フイルムパック１６０の分解斜視図が示されている。フイルムパック１６０は、ガスバリア性と耐熱性とを備えた一対の柔軟なフイルム１６４と、連通穴１６２ａを有しフイルムパック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。一対のフイルム１６４は、略長方形状に形成されている。フイルムパック１６０は、一対のフイルム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。
【００３７】
図４（Ｂ）には、一対のフイルム１６４を貼り合わせることによって形成されたフイルムパック１６０が示されている。なお、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、フイルムパック１６０は、内部に液体を収容していない状態では、一対のフイルム１６４が互いに接した状態となる。
【００３８】
これに対して、接続部材１６２の連通穴１６２ａを通ってフイルムパック１６０に液体が流入すると、図４（Ｃ）に示すように、一対のフイルム１６４が互いに離れることによってフイルムパック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、フイルムパック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、一対のフイルム１６４が互いに接近してフイルムパック１６０が萎む（容積が減少する）。このようにフイルムパック１６０は、内部に収容する液体量に応じて変形可能である。
【００３９】
図４（Ｄ）には、フイルムパック１６０に用いられるフイルム１６４の構造が例示されている。図示したフイルム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、フイ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イルムパック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、フイルムパック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。
【００４０】
フイルムパック１６０に用いられるフイルム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イルムとしてもよい。フイルムパック１６０を透明にすることにより、フイルムパック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。
【００４１】
Ａ４．フイルムパックに収容される液体の体積について：
本実施例では、フイルムパック１６０は、ポンプ室１３０の非動作時（停止時）に、所定の体積の液体を収容しており、ポンプ室１３０の動作時に、収容している液体を循環する液体の一部として供給する。以下、この理由について説明する。
【００４２】
ポンプ室１３０が動作して液体の循環が始まると、循環ポンプ１１０の吐出側と吸入側で圧力差が生じる（すなわち、圧力勾配が生じる）。吐出側と吸入側で圧力差が生じると、液体流路１９０が変形し、液体流路１９０内の液体の体積に偏りが生じる。ポンプ室１３０の動作をそのまま続けると、循環ポンプ１１０の吸入側における圧力が負圧となり、ポンプ特性が低下する。
【００４３】
これに加え、循環ポンプ１１０による吐出圧によって、循環ポンプ１１０の吐出側では液体の圧縮が起こり、循環ポンプ１１０の吐出圧と液体の圧縮率に応じて、液体の体積が減少する。この結果、流路の容積に対して液体の体積が不足し、負圧化がより進行する。
【００４４】
さらに、流体循環装置１００の周囲の温度が変化することによって、流路内における液体の温度に変化が生じると、液体の体積に変化が生じる。
【００４５】
図５は、温度変化による液体の体積の変化の様子を示す模式図である。図５（Ａ）は、常温時（例えば、２０℃）における流路内の液体の様子を示しており、図５（Ｂ）は、高温時における流路内の液体の様子を示しており、図５（Ｃ）は、低温時における流路内の液体の様子を示している。液体の温度に変化が生じると、液体の膨張係数に応じて液体の膨張や収縮が発生し、流路の体積と液体の体積との間に差異が生じ、流路の外への液体の浸透（図５（Ｂ））や、流路の外からの空気等の混入等が発生するおそれがある（図５（Ｃ））。特に、流路内の液体が収縮すると、流路の容積に対して液体が不足し、負圧化がより進行するおそれがある。
【００４６】
これらの結果、循環ポンプ１１０の吸入側において負圧化が進み、液体を安定して循環させることが困難になる。そこで、本実施例では、フイルムパック１６０が、ポンプ室１３０の動作時に、収容している液体を循環する流体の一部として供給することによって流路内における液体の不足を抑制し、循環ポンプ１１０の吸入側における圧力が負圧となってしまうことを抑制する。
【００４７】
次に、ポンプ室１３０の非動作時にフイルムパック１６０がどれだけの体積の液体を収容していれば、液体の不足を十分に補え、負圧化を抑制することができるのかについて検討する。上述した負圧化の原因をまとめると、以下の３つとなる。
原因１．液体流路１９０の変形
原因２．圧縮による液体の体積の減少
原因３．温度変化による液体の体積の減少
【００４８】
そこで、本実施例では、原因１に対応して、ポンプ室１３０の動作時における液体流路１９０の容積の増加量をΔＶｅとする。そして、原因２に対応して、ポンプ室１３０の動作時に生じる液体の圧力の変化による液体の体積の減少量をΔＶｐとする。さらに、原因３に対応して、流体循環装置１００が利用される温度範囲内における所定の温度を基準温度Ｔｓとし、流体循環装置１００が利用される温度範囲のうち、液体の体積が最も小さくなる温度を温度Ｔｍｉｎとし、液体の温度が基準温度Ｔｓから温度Ｔｍｉｎに変化した場合における液体の体積の減少量をΔＶｔとする。
【００４９】
以上、３つの原因を考慮し、本実施例では、ポンプ室１３０の非動作時においてフイルムパック１６０が収容する液体の体積Ｖｂを、基準温度Ｔｓにおいて、以下の式（１）を満たすようにしている。
Ｖｂ≧ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔ  …（１）
以下では、ΔＶｅ、ΔＶｐ、ΔＶｔの具体的な算出方法について説明する。
【００５０】
Ａ５．液体流路の容積の増加量ΔＶｅについて：
液体流路１９０の容積の増加量ΔＶｅの算出方法の一例について説明する。なお、本明細書では、液体流路１９０の容積が増加した場合に、ΔＶｅが正の値になるものとして説明する。
【００５１】
図６は、液体流路１９０の容積の増加量ΔＶｅを説明するための説明図である。図６（Ａ）に示すように、本実施例では、循環ポンプ１１０にフイルムパック１６０が接続されており、流体循環装置１００の動作前における液体流路１９０内の液体の圧力は、大気圧Ｐ０であり、液体流路１９０の長さがＬであるモデルについて考察する。
【００５２】
このモデルにおいて、循環ポンプ１１０が吐出圧Ｐｓで動作を開始した場合、図６（Ｂ）に示すように、循環ポンプ１１０の吐出側における圧力はＰｓとなり、循環ポンプ１１０の吸入側における圧力は、フイルムパック１６０から液体が供給されて負圧化が抑制されるため、大気圧Ｐ０となる。
【００５３】
液体流路１９０内では、流路抵抗によって圧力損失が発生するため、液体流路１９０内の液体の圧力は、循環ポンプ１１０の吐出側から吸入側に向かうにしたがって減少する。本実施例では、液体流路１９０内の液体の圧力は、循環ポンプ１１０の吐出側から吸入側に向かうにしたがって線形に減少すると仮定した。そして、液体流路１９０は、液体流路１９０内における液体の圧力に応じて変形するため、図６（Ｂ）のように変形すると仮定できる。
【００５４】
図６（Ｃ）に示すように、液体流路１９０を、内径２ａ（内壁の半径がａ）、外径２ｂ（外壁の半径がｂ）の円筒と仮定すると、半径rの位置で内圧pを受けた場合における半径方向の変位uは、内圧を受ける厚肉円筒の変位の式より、以下の式（Ａ１）で表せる。
【００５５】
【数１】
0006015042.tif 000002
【００５６】
ここで、νはポアソン比であり、Ｅはヤング率である。上記式（Ａ１）のｒに、液体流路１９０の内壁の半径ａを代入して、液体流路１９０の内壁の変位ｕ（ａ）を求めると、以下の式（Ａ２）となる。
【００５７】
【数２】
0006015042.tif 000003
【００５８】
ここで、ｃは定数である。液体流路１９０の軸方向長さをＬとし、液体流路１９０の内壁の半径がａからａ＋ｕ（ａ）に変化したことによる単位長さあたりの液体流路１９０の容積の増加量ΔＶｅｄｌは、以下の式（Ａ３）となる。
【００５９】
【数３】
0006015042.tif 000004
【００６０】
なお、上記式（Ａ３）において、ｕ（ａ）＾２の値が無視できるほど小さい場合には、ｕ（ａ）＾２を省略することができる。上記式（Ａ３）において、ｕ（ａ）＾２を省略し、上記式（Ａ２）を代入すると、下記の式（Ａ４）となる。（なお、本明細書において、記号「＾」は、べき乗を意味する。）
【００６１】
【数４】
0006015042.tif 000005
【００６２】
また、循環ポンプ１１０の吐出圧を絶対圧で表した値をＰｓとし、大気圧を絶対圧で表した値をＰ０とした場合において、液体流路１９０の位置ｘにおける圧力を絶対圧で表した値Ｐ（ｘ）は、流路抵抗による圧力損失を線形近似すると、以下の式（Ａ５）となる（図６（Ｂ））。
【００６３】
【数５】
0006015042.tif 000006
【００６４】
液体流路１９０の変形に影響する圧力は、大気圧Ｐ０との差であるから、ｐ（ｘ）＝Ｐ（ｘ）−Ｐ０とし、ｐｓ＝Ｐｓ−Ｐ０とすると、上記式（Ａ５）は、下記の式（Ａ６）となる。
【００６５】
【数６】
0006015042.tif 000007
【００６６】
なお、本明細書では、絶対圧を大文字のＰで表わし、大気圧を基準（０）とした相対圧を小文字のｐで表わす。上記式（Ａ４）に上記式（Ａ６）を代入して、ｘについて０からＬの範囲で積分すると、以下の式（Ａ７）となり、液体流路１９０の全体における容積の増加量ΔＶｅを求めることができる。
【００６７】
【数７】
0006015042.tif 000008
【００６８】
なお、上記式（Ａ３）において、ｕ（ａ）＾２の値を無視しない場合には、上記式（Ａ７）は、下記の式（Ａ８）となる。
【００６９】
【数８】
0006015042.tif 000009
【００７０】
ここで、一例として以下の具体的な値を式（Ａ７）に代入すると、ΔＶｅは、０．０２１ｃｃとなる。
液体流路１９０の内径２ａ：０．５ｍｍ
液体流路１９０の外径２ｂ：１．０ｍｍ
液体流路１９０の長さＬ：２０００ｍｍ
液体流路１９０のヤング率Ｅ：５ＭＰａ
液体流路１９０のポアソン比ν：０．４６
循環ポンプ１１０の吐出圧ｐｓ：０．５ＭＰａ
【００７１】
また、上記の具体的な値を式（Ａ８）に代入すると、ΔＶｅは、０．０２２ｃｃとなる。この場合には、誤差は５％程度であるため、微小項を無視してΔＶｅを算出しても差し支えないことが理解できる。ただし、上記の仕様において、循環ポンプ１１０の吐出圧を１０倍の５．０ＭＰａにすると、式（Ａ７）から算出したΔＶｅは、０．２１ｃｃとなり、式（Ａ８）から算出したΔＶｅは、０．３６ｃｃとなる。したがって、循環ポンプ１１０の吐出圧が大きい場合等、誤差が大きくなる場合には、ΔＶｅは、上記式（Ａ８）から算出することが好ましい。
【００７２】
Ａ６．圧力の変化による液体の体積の減少量ΔＶｐについて：
次に、圧力の変化による液体の体積の減少量ΔＶｐの算出方法の一例について説明する。なお、本明細書では、液体の体積が減少した場合に、ΔＶｐが正の値になるものとして説明する。
【００７３】
図７は、液体流路１９０の容積の変化を模式的に示す説明図である。この図７では、液体流路１９０が循環ポンプ１１０の吸入側から切り離された状態で描かれている。図７（Ａ）は、循環ポンプ１１０の動作前の様子を示しており、図７（Ｂ）は、循環ポンプ１１０の動作時の様子を示している。
【００７４】
図７（Ａ）に示すように、吐出側バッファー１４３を直径Ｄ、長さｈ、容積Ｖ１の円柱形状とし、液体流路１９０の長さをＬとする。また、循環ポンプ１１０の動作前における液体流路１９０の内壁の半径をａとし、液体流路１９０の容積をＶｔｕとする。
【００７５】
また、図７（Ｂ）に示すように、循環ポンプ１１０の動作時では、液体流路１９０は変形するため、液体流路１９０の内壁のうち、吐出側バッファー１４３に接続された部分の半径はａ＋ｕ（ａ）となり、液体流路１９０の容積はＶ２（＝Ｖｔｕ＋ΔＶｅ）となる。また、循環ポンプ１１０の吐出圧はＰｓであり、吐出側バッファー１４３内の液体には一様にＰｓの圧力がかかる。そして、液体流路１９０内の液体には、圧力勾配が生じる。以下ではこのモデルについて、圧力の変化による液体の体積の減少量ΔＶｐを算出する。
【００７６】
一般に、液体の圧縮率をκとし、大気圧下（絶対圧Ｐ０）における液体の体積をＶ０とした場合に、圧力（相対圧）がｐの場合における液体の体積の減少量ΔＶｐは、以下の式（Ｂ１）で表される。
【００７７】
【数９】
0006015042.tif 000010
【００７８】
ここで、循環ポンプ１１０の動作時における液体の体積の減少量ΔＶｐを求める。循環ポンプ１１０の吐出圧をｐｓとして、ΔＶｐを、吐出側バッファー１４３内の液体と、液体流路１９０内の液体とに分けて計算すると、下記の式（Ｂ２）となる。
【００７９】
【数１０】
0006015042.tif 000011
【００８０】
ここで、ＶｔｕｄＬは変形前の液体流路１９０の単位長さあたりの液体の体積である。なお、上記式（Ｂ２）におけるｐ（ｘ）は、上記式（Ａ６）を代入することで求めることができ、ΔＶｅｄＬは、上記式（Ａ３）を代入することで求めることができる。このようにして、循環ポンプ１１０の動作時における圧力の変化による液体の体積の減少量ΔＶｐを求めることができる。
【００８１】
ここで、一例として以下の具体的な値を式（Ｂ２）に代入すると、ΔＶｐは、０．０００２７ｃｃ（０．２７ｍｍ3）となる。
吐出側バッファー１４３の直径Ｄ：５ｍｍ
吐出側バッファー１４３の長さｈ：５０ｍｍ
液体流路１９０の内径２ａ：０．５ｍｍ
液体流路１９０の外径２ｂ：１．０ｍｍ
液体流路１９０の長さＬ：２０００ｍｍ
液体流路１９０のヤング率Ｅ：５ＭＰａ
液体流路１９０のポアソン比ν：０．４６
循環ポンプ１１０の吐出圧ｐｓ：０．５ＭＰａ
液体（水）の圧縮率κ：０．４５ＧＰａ-1
【００８２】
なお、吐出側バッファー１４３を設けないモデル（下記の第３実施例）についてΔＶｐを求める場合には、式（Ｂ２）の右辺第１項を０とした上で上記の具体的な値を式（Ｂ２）に代入すればよく、ΔＶｐは、０．００００６ｃｃ（０．０６ｍｍ3）となる。
【００８３】
Ａ７．温度の変化による液体の体積の減少量ΔＶｔについて：
次に、温度の変化による液体の体積の減少量ΔＶｔの算出方法の一例について説明する。なお、本明細書では、液体の体積が減少した場合に、ΔＶｔが正の値になるものとして説明する。
【００８４】
まず、流体循環装置１００が利用される温度範囲内における所定の温度を基準温度Ｔｓとし、基準温度Ｔｓにおける液体の体積をＶｓとし、流体循環装置１００が利用される温度範囲のうち、液体の体積が最も小さくなる温度を温度Ｔｍｉｎとし、温度Ｔｍｉｎにおける液体の体積をＶｍｉｎとすると、液体の温度が基準温度Ｔｓから温度Ｔｍｉｎに変化した場合における液体の体積の減少量ΔＶｔは、以下の式（Ｃ１）によって表わされる。
【００８５】
【数１１】
0006015042.tif 000012
【００８６】
ここで、液体の膨張率をβとすると、温度Ｔｍｉｎにおける液体の体積Ｖｍｉｎは、以下の式（Ｃ２）によって表わされる。
【００８７】
【数１２】
0006015042.tif 000013
【００８８】
上記式（Ｃ２）を上記式（Ｃ１）に代入すると、ΔＶｔは、以下の式（Ｃ３）によって表わされる。
【００８９】
【数１３】
0006015042.tif 000014
【００９０】
なお、Ｖｓとしては、ポンプ室１３０の非動作時に液体流路１９０や循環ポンプ１１０内に存在している液体の体積に、フイルムパック１６０内に収容されている液体の体積を加算した値を用いることが好ましい。しかし、液体流路１９０や循環ポンプ１１０内に存在している液体の体積に比べて、フイルムパック１６０内に収容されている液体の体積が微小量である場合には、ΔＶｔを算出する際に、フイルムパック１６０内に収容されている液体の体積を無視してもよい。後述するΔＶｈを算出する場合についても、同様に、液体流路１９０や循環ポンプ１１０内に存在している液体の体積に比べて、フイルムパック１６０内に収容されている液体の体積が微小量である場合には、ΔＶｔを算出する際に、フイルムパック１６０内に収容されている液体の体積を無視してもよい。以下では、上記式（Ｃ３）に具体的な値を代入し、ΔＶｔの一例を算出する。
【００９１】
図８は、液体の温度と液体の体積との関係をグラフ形式で示す説明図である。この図８では、流体循環装置１００が使用される温度範囲を０℃から１００℃に設定し、基準温度Ｔｓを２０℃に設定した。基準温度Ｔｓは、例えば、流体循環装置１００が製造される環境の温度に設定されることが好ましい。そして、Ｖｓを２．０００ｃｃとし、液体（水）の２０℃における膨張率βを２．１×１０-4／℃とした。なお、膨張率βは、温度によって変化するが、ここでは０℃から１００℃の温度範囲で膨張率βは一定であると仮定した。これらの値を式（Ｃ３）に代入すると、ΔＶｔは、０．００８４ｃｃとなる。なお、図８に示すΔＶｈ、Ｖｍａｘ、Ｔｍａｘについては、後述する。
【００９２】
図９は、流体循環装置１００の動作時の様子を模式的に示す説明図である。なお、この図９は、フイルムパック１６０が液体流路１９０に接続されている例を示している。また、この図９に描かれているフイルムパック１６０の大きさは、フイルムパック１６０の内部に収容されている液体の量（体積）を示している。この図９の例では、フイルムパック１６０は、基準温度Ｔｓにおいて、ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔ以上の体積の液体を収容している。
【００９３】
図９（Ａ）は、温度Ｔｍｉｎにおける流体循環装置１００の動作時の様子を示している。この図９（Ａ）では、温度変化による液体の圧縮により、流路内における液体の体積が減少し、その減少分を補うように、フイルムパック１６０に収容されている液体が減少している。図９（Ｂ）は、基準温度Ｔｓにおける流体循環装置１００の動作時の様子を示している。図９（Ｃ）は、温度Ｔｍａｘにおける流体循環装置１００の動作時の様子を示している。この図９（Ｃ）では、温度変化による液体の膨張により、流路内における液体の体積が増加し、その増加分を吸収するように、フイルムパック１６０に収容されている液体が増加している。
【００９４】
Ａ８．総括：
以上説明したように、本実施例では、ポンプ室１３０の非動作時においてフイルムパック１６０が収容する液体の体積Ｖｂを、基準温度Ｔｓにおいて、以下の式（１）を満たすようにしているので、液体の不足を十分に補え、循環ポンプ１１０の吸入側における負圧化を抑制し、液体を安定して循環させることが可能となる。
Ｖｂ≧ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔ  …（１）
【００９５】
なお、図８に示すように、流体循環装置１００が利用される温度範囲のうち、液体の体積が最も大きくなる温度を温度Ｔｍａｘ（図８では１００℃）とし、温度Ｔｍａｘにおける液体の体積をＶｍａｘとし、液体の温度が基準温度Ｔｓから温度Ｔｍａｘに変化した場合における液体の体積の増加量をΔＶｈとする。
【００９６】
本実施例では、フイルムパック１６０は、ポンプ室１３０の非動作時、かつ、温度Ｔｍａｘにおいて、ΔＶｈの液体をさらに収容することができるだけの膨らむ余裕を有している。したがって、液体の温度が温度Ｔｍａｘまで変化した場合であっても、液体の体積の増加量であるΔＶｈを、フイルムパック１６０によって吸収することができる。なお、ΔＶｈは、下記の式（Ｃ４）によって求めることができる。また、「ポンプ室１３０の非動作時、かつ、温度Ｔｍａｘ」としたのは、このタイミングにおいて、フイルムパック１６０に収容される液体の量が最も多くなるからである。また、図８では、ΔＶｈを求める際に、Ｖｓの値として２．０００ｃｃを採用している。
【００９７】
【数１４】
0006015042.tif 000015
【００９８】
Ｂ．第２実施例：
図１０は、第２実施例における流体循環装置１００ｂの断面の構成を概略的に示す模式図である。図２に示した第１実施例との主な違いは、フイルムパック１６０の代わりに、吸入側バッファー１６０ｂが設けられているという点であり、他の構成は第１実施例と同じである。
【００９９】
吸入側バッファー１６０ｂの上面には、変形可能なダイアフラム１６１が設けられている。ダイアフラム１６１は、吸入側バッファー１６０ｂに収容されている液体の量に応じて変形可能であり、吸入側バッファー１６０ｂの容積は、ダイアフラム１６１が変形することによって変化する。
【０１００】
本実施例では、基準温度Ｔｓにおいてポンプ室１３０が動作すると、吸入側バッファー１６０ｂのダイアフラム１６１が変形し、吸入側バッファー１６０ｂに収容されている液体のうち、ΔＶｅ＋ΔＶｐの体積の液体が、循環する液体の一部として供給される。換言すれば、基準温度Ｔｓにおいてポンプ室１３０が動作すると、ダイアフラム１６１が変形することによって、吸入側バッファー１６０ｂの容積が、ΔＶｅ＋ΔＶｐだけ減少する。
【０１０１】
さらに、温度Ｔｍｉｎにおいてポンプ室１３０が動作すると、吸入側バッファー１６０ｂのダイアフラム１６１がさらに変形し、吸入側バッファー１６０ｂに収容されている液体のうち、ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔの体積の液体が、循環する液体の一部として供給される。換言すれば、温度Ｔｍｉｎにおいてポンプ室１３０が動作すると、ダイアフラム１６１が変形することによって、吸入側バッファー１６０ｂの容積が、ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔだけ減少する。
【０１０２】
すなわち、吸入側バッファー１６０ｂは、基準温度Ｔｓにおいて、ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔ以上の体積の液体を収容しており、ダイアフラム１６１が変形することによって、ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔの体積の液体を、循環する流体の一部として供給することが可能であればよい。ただし、本実施例では、吸入側バッファー１６０ｂは、液体の循環路の一部としての機能も有しているため、ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔよりも多い液体を収容している。
【０１０３】
このように、フイルムパック１６０の代わりに、吸入側バッファー１６０ｂを設けても、第１実施例と同様に、循環ポンプ１１０の吸入側における負圧化を抑制し、液体を安定して循環させることが可能となる。
【０１０４】
Ｃ．第３実施例：
図１１は、第３実施例における流体循環装置１００ｃの断面の構成を概略的に示す模式図である。図１０に示した第２実施例との違いは、吐出側バッファー１４３が省略されている点であり、他の構成は第２実施例と同じである。
【０１０５】
このように、吐出側バッファー１４３を省略しても、第２実施例と同様に、循環ポンプ１１０の吸入側における負圧化を抑制し、液体を安定して循環させることが可能となる。
【０１０６】
Ｄ．第４実施例：
図１２は、第４実施例における流体循環装置１００ｄを概略的に示す模式図である。図２に示した第１実施例との違いは、循環ポンプ１１０においてフイルムパック１６０が省略されており、フイルムパック１６０の代わりに、分岐流路２１０が液体流路１９０に設けられている点であり、他の構成は第１実施例と同じである。
【０１０７】
分岐流路２１０は、液体流路１９０におけるポンプ吸入流路１４４に近い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、液体流路１９０を循環する液体と同じ液体が収容されている。以下、液体流路１９０に収容されている液体および循環ポンプ１１０を循環する液体を第１液体Ｌｑ１とも呼ぶ。
【０１０８】
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、分岐流路２１０内に収容されている第１液体Ｌｑ１は、循環ポンプ１１０の動作時に、循環する液体の一部として供給される。
【０１０９】
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１００ｄ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２３０を備えており、可動部２１６の移動量を測定可能である。
【０１１０】
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の漏れおよび蒸発の抑制のための封止材として機能する（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て構成されており、粘弾性と透明性を有する。高粘度ゲル状流体２１４としては、例えば、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。
【０１１１】
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、高粘度ゲル状流体２１４として、水を媒体とした水性系の高粘度ゲルを用いることができる。水性系の高粘度ゲル状流体２１４を用いる場合において、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することによって、透過及び乾燥を抑制してもよい。
【０１１２】
第２液体Ｌｑ２は、高粘度ゲル状流体２１４が第１液体Ｌｑ１に溶解するのを抑制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。
【０１１３】
本実施例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の内部に圧力勾配が生じる。そして、液体流路１９０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が液体流路１９０に供給される。結果として、液体流路１９０の内部圧力は大気圧以上を維持し、循環ポンプ１１０の吸入側における圧力が負圧となることを抑制することができる。
【０１１４】
このように、本実施例では、流体循環装置１００ｄは、第１液体Ｌｑ１を収容する分岐流路２１０を備えるので、第１実施例と同様に、循環ポンプ１１０の吸入側における負圧化を抑制し、液体を安定して循環させることが可能となる。
【０１１５】
また、分岐流路２１０は、可動部２１６を備えるので、第１液体Ｌｑ１が分岐流路から外部に漏れることを抑制し、さらに、第１液体Ｌｑ１が気散するのを抑制することができる。
【０１１６】
さらに、流体循環装置１００ｄは、センサ２３０を備えるので、循環ポンプ１１０の停止時における可動部２１６の位置を測定することができ、これにより、外部漏れ等による第１液体Ｌｑ１の減少を検出することができる。この場合、循環ポンプ１１０の動作前に、分岐流路２１０から第１液体Ｌｑ１を補充することによって、流体循環装置１００ｄの正常な動作を維持することが可能となる。
【０１１７】
Ｅ．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。
【０１１８】
Ｅ１．変形例１：
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ことができるため、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設けることにより実現することができる。
【０１１９】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、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採用してもよい。
【０１２０】
Ｅ３．変形例３：
上記実施例では、液体収容室として、フイルムパック１６０や、ダイアフラム１６１を有する筐体である吸入側バッファー１６０ｂを採用したが、それに限ることなく、例えば、弾性の袋状のゴムパックや、ベローズなど、収容される液体の量に応じて変形可能な液体収容室を採用してもよい。このような液体収容室を採用しても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１２１】
Ｅ４．変形例４：
上記実施例では、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してもよい。例えば、電歪素子、電磁アクチュエータ、静電アクチュエータ、誘電型ポリアクチュエータなどの駆動素子を用いることができる。これらの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、上記実施例では、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してもよい。
【０１２２】
Ｅ５．変形例５：
上記実施例では、基準温度Ｔｓを２０℃とし、流体循環装置が利用される温度範囲を０℃から１００℃として設定したが、これらの温度は、流体循環装置が製造される環境や、実際に流体循環装置が利用される温度範囲に基づいて、適宜設定することができる。また、ポンプ室１３０の非動作時においてフイルムパック１６０が収容する液体の体積Ｖｂを、基準温度Ｔｓにおいて、以下の式（２）を満たすようにすれば、液体の不足を十分に補いつつも、液体収容室（フィルムパック１６０）の容積を不必要に大型化する必要がなくなり、流体循環装置を小型化することが可能となる。
ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔ≦Ｖｂ≦（ΔＶｅ＋ΔＶｐ＋ΔＶｔ）×Ｋ  …（２）
ただし、Ｋは１以上の正の数であり、例えば、Ｋは、１．５や２．０、２．５、３．０等を選択することができる。
【０１２３】
Ｅ６．変形例６：
上記実施例では、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１３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実施例とは異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。
【符号の説明】
【０１２４】
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
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
１００ｂ…流体循環装置
１００ｃ…流体循環装置
１００ｄ…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
１４３…吐出側バッファー
１４４…ポンプ吸入流路
１４６…液室
１４８…逆止弁
１６０…フイルムパック
１６０ｂ…吸入側バッファー
１６１…ダイアフラム
１６２…接続部材
１６２ａ…連通穴
１６４…フイルム
１６６…開放口部材
１９０…液体流路
１９６…制御部
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
Ｌｑ１…第１液体
Ｌｑ２…第２液体
【図１】
0006015042.tif 000016
【図２】
0006015042.tif 000017
【図３】
0006015042.tif 000018
【図４】
0006015042.tif 000019
【図５】
0006015042.tif 000020
【図６】
0006015042.tif 000021
【図７】
0006015042.tif 000022
【図８】
0006015042.tif 000023
【図９】
0006015042.tif 000024
【図１０】
0006015042.tif 000025
【図１１】
0006015042.tif 000026
【図１２】
0006015042.tif 000027
【図１３】
0006015042.tif 000028