JP4849114B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、筐体内部に配設された中央処理装置（以下、ＣＰＵ）等の発熱電子部品を、冷媒を循環させて冷却する電子機器の冷却装置に関するものである。

最近のコンピューターにおける高速化の動きはきわめて急速であり、ＣＰＵのクロック周波数は以前と比較して格段に大きなものになってきている。この結果、ＣＰＵの発熱量が増し、従来のようにヒートシンクで空冷するだけでは能力不足で、高効率で高出力の冷却装置が不可欠になっている。そこでこのような冷却装置として、発熱電子部品を搭載した基板を、冷媒を循環させて冷却する冷却装置が提案された（特許文献１参照）。

以下、このような冷媒を循環させて冷却する従来の電子機器の冷却装置について説明する。なお、本明細書において電子機器というのは、ＣＰＵ等にプログラムをロードして処理を行う装置、中でもノート型パソコンのような携行可能な小型の装置を中核とするが、このほかに通電により発熱する発熱電子部品を搭載した装置を含むものである。この従来の第１の冷却装置は、例えば図９に示すようなものが知られている。

図９は従来の電子機器の第１冷却装置の構成図である。図９において、１００は筐体であり、１０１は発熱電子部品、１０２は発熱電子部品１０１を実装した基板、１０３は発熱電子部品１０１と冷媒との間で熱交換を行ない発熱電子部品１０１を冷却する冷却器、１０４は冷媒から熱を取り除く放熱器、１０５は冷媒を循環させるポンプ、１０６はこれらを接続する配管、１０７は放熱器１０４を空冷するファンである。この従来の第１冷却装置の動作を説明すると、ポンプ１０５から吐き出された冷媒は、配管１０６を通って冷却器１０３に送られる。ここで発熱電子部品１０１の熱を奪うことでその温度が上昇し、放熱器１０４に送られる。この放熱器１０４でファン１０７によって強制空冷されてその温度が降下し、再びポンプ１０５へ戻ってこれを繰り返す。このように、冷媒を循環させて発熱電子部品１０１を冷却するものであった。

次に、電子機器の従来の第２冷却装置として、図１０に示すものが提案されている（特許文献１参照）。

この第２冷却装置は、発熱部材を狭い筐体内に搭載したとき、発熱部材の発生熱を放熱部である金属筐体壁まで効率良く輸送し発熱部材を冷却するものである。

図１０は従来の電子機器の第２冷却装置の構成図である。図１０において、１０８は電子機器の配線基板、１０９はキーボード、１１０は半導体発熱素子、１１１はディスク装置、１１２は表示装置、１１３は半導体発熱素子１１０との間で熱交換する受熱ヘッダ、１１４は放熱のための放熱ヘッダ、１１５はフレキシブルチューブ、１１６は電子機器の金属筐体である。

この第２冷却装置は、発熱部材である半導体発熱素子１１０と金属筐体１１６とをフレキシブル構造の熱輸送デバイスにより熱的に接続するものである。この熱輸送デバイスは、半導体発熱素子１１０に取り付けた液流路を有する扁平状の受熱ヘッダ１１３、液流路を有し金属筐体１１６の壁に接触させた放熱ヘッダ１１４、さらに両者を接続するフレキシブルチューブ１１５で構成され、内部に封入した液を放熱ヘッダ１１４に内蔵した液駆動機構により受熱ヘッダ１１３と放熱ヘッダ１１４との間で駆動あるいは循環させるものである。これにより、半導体発熱素子１１０と金属筐体１１６とが部品配列に左右されることなく容易に接続できるとともに、液の駆動により高効率で熱が輸送される。放熱ヘッダ１１４においては、放熱ヘッダ１１４と金属筐体１１６とが熱的に接続されているので、金属筐体１１６の高い熱伝導率のために熱が広く金属筐体１１６に拡散されるものである。

また、本出願人も、冷却効率を改善しながら小型化、薄型化でき、構造が簡単な渦流ポンプを使った冷却装置を既に提案した（特願２００２−１３９５９８号）。
特開平７−１４２８８６号公報

しかしながら、従来の第１冷却装置では、発熱電子部品１０１と冷媒とで熱交換を行ない発熱電子部品１０１を冷却する冷却器１０３、冷媒から熱を取り除くための放熱器１０４、冷媒を循環させるポンプ１０５、図示はしないが冷媒を補充しなければならず補充用タンクが必要であり、これらを組み合わせるため装置が大型且つ複雑で小型化が難しく、コストも高くなるという問題があった。すなわち従来の第１冷却装置は、本来大型の電子機器の冷却に適したものであって、小型、軽量且つ薄型で、様々の姿勢で運ばれ、使われる最近の高性能携行型のノート型パソコン等には対応しきれないものであった。

また、従来の第２冷却装置はノート型パソコン等に使用することが可能であるが、半導体発熱素子１１０に取り付けた扁平状の受熱ヘッダ１１３も、金属筐体１１６の壁に接触させた放熱ヘッダ１１４もいずれもがボックス状で厚くならざるをえず、ノート型パソコン等の薄型化を妨げるものであった。すなわち従来の第２冷却装置では、放熱ヘッダ１１４の中に液体駆動装置として他のポンプより横幅が比較的小さくなる往復動ポンプが設けられており、残念なことに、この往復動ポンプが放熱ヘッダ１１４の厚さを規定して全体を厚くしている。これではノート型パソコンの薄型化はできない。

しかし、薄型のノート型パソコンで第２冷却装置の往復動ポンプを受熱ヘッダ１１３の中に収容することは困難である。すなわちポンプの厚さのほかに半導体発熱素子１１０等の厚みも加わって、ノート型パソコンの高さを増加させ、薄型化に逆行することになるからである。その上、往復動ポンプの振動と騒音は、これを載置する半導体発熱素子１１０に影響を与えるし、耳障りになる場合もあり、これらの面からも実現は困難である。

さらに、第２冷却装置において、金属筐体１１６の壁に接触させた放熱ヘッダ１１４は、放熱面積が小さくて伝熱効率が悪く、冷却力に限界が存在するものであった。冷却力を上げるために放熱面積を増すことも考えられるが、これ以上面積を増すのでは流路が長くなって循環量が増し、内蔵した往復動ポンプの出力増加を招き、これによって放熱ヘッダ１１４の厚みを増すという矛盾があった。そこで、往復動ポンプを独立して金属筐体１１６内に収納するという手段を講じると、限界まで無駄なスペースを減少させたノート型パソコン本体に新たなスペースを割かなければならないし、組み立て作業も面倒になってしまう。このように、第２冷却装置はノート型パソコン等の小型化、薄型化に対しては限界を有するものであった。そして、最近のようにＣＰＵの能力が向上して益々大きな冷却能力が要求されるときに、このような問題を抱えた従来の第２冷却装置では将来性で疑問が残るものであった。

また、従来の熱交換機能付ポンプは、冷媒を別の冷却水で冷やしているため、ポンプ内に冷却水路が必要で大型化しポンプ構造が複雑になり、また、冷却水を循環させる第２のポンプや冷却水から熱を奪う第２の熱交換器が必要であるため、システムが複雑で小型化が難しく、部品点数も作業性も悪く、従って熱効率も良好なものは見込めず、コストも高いという課題があった。

また、本出願人の提案した冷却装置は、従来の第１冷却装置、第２冷却装置の課題を解決できる優れた冷却装置であったが、渦流ポンプにおいては、ポンプ室がステータの外周側に位置するため、ＣＰＵの位置がポンプ中心に位置する場合には吸熱するポンプ室とＣＰＵとの距離が大きくなり、受熱効率の改善の余地があった。しかし、この渦流ポンプを単純に他の形式のポンプで置き換えることには困難があった。すなわち、他の形式のポンプでは吸込路と吐出路、さらにはステータが存在するため、ＣＰＵと接触する受熱面をポンプに構成することが難しいからである。そして、敢えてこれを実行しても小型化、薄型化することができなくなるものであった。

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、冷却効率を改善しながら小型化、薄型化でき、構造が簡単な冷却装置を提供することを目的とする。

そこで本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、冷媒を循環するための閉循環路に設けられた遠心ポンプと、前記遠心ポンプに設けられ冷却対象の電子部品と接する受熱面と、前記受熱面の背面側のポンプ室内壁面と、前記ポンプ室内壁面に設けられた凹部とを設けるポンプケーシングと、前記ポンプケーシングに収容され前記ポンプ室内壁面と対面し、回転して冷媒を循環させる羽根車と、前記凹部から羽根車に向かい突出している突起体と、前記ポンプ室内壁面に設けられた複数のディンプルと、を備えたことを特徴とする冷却装置である。

以上の構成により、本発明は冷却効率を改善しながら小型化、薄型化でき、構造が簡単な冷却装置を提供することができる効果を有するものである。

請求項１に記載の発明は、冷媒を循環するための閉循環路に設けられた遠心ポンプと、前記遠心ポンプに設けられ冷却対象の電子部品と接する受熱面と、前記受熱面の背面側のポンプ室内壁面と、前記ポンプ室内壁面に設けられた凹部とを設けるポンプケーシングと、前記ポンプケーシングに収容され前記ポンプ室内壁面と対面し、回転して冷媒を循環させる羽根車と、前記凹部から羽根車に向かい突出している突起体と、前記ポンプ室内壁面に設けられた複数のディンプルと、を備えたことを特徴とする冷却装置であって、ポンプ厚さを薄くしながら、ポンプ室壁面の表面積を増加させ、受熱効率を向上させることができる。さらに、ポンプ室壁面にまとにまとわりつく温度境界層を剥離させ、受熱効率を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、前記突起体が設けられていない部分に、前記羽根車に備えられた羽根を配置していることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置であって、遠心ポンプの厚さを小さくし、かつ突起体の突出高さを大きくすることができる。

請求項３に記載の発明は、前記凹部と前記凹部から一段上昇する前記受熱面の背面の間には、傾斜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置であって、冷媒がポンプ室に設けられる凹部から一段上昇するポンプ室壁面へ通過する際に流動抵抗を極力減少させ、ポンプ性能を維持することができる。

請求項４に記載の発明は、前記羽根車には、前記羽根車の表面と背面を連通している貫通孔を設けていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置であって、キャビテーションに原因する騒音が少なく、気層が形成させないうえ、冷媒の流れが乱流化するため伝熱量も大きくなる。

以下、本発明の実施例について、図１〜図８を用いて説明する。

（実施例１）
図１は本発明の実施の形態１における冷却装置の構成図、図２は本発明の実施の形態１における冷却装置を構成する熱交換型の遠心ポンプの外観正面図、図３は本発明の実施の形態１における図２の熱交換型の遠心ポンプのＡ−Ｏ−Ｂ断面図、図４は本発明の実施の形態１における熱交換型の遠心ポンプの羽根車正面図、図５は本発明の実施の形態１における熱交換型の遠心ポンプのポンプ室内壁面の外観図である。

図１において、１は冷却装置を構成する接触熱交換型の遠心ポンプ、２はＣＰＵ等の発熱電子部品であり、通常は表面がフラットなチップ部品である。なお、実施の形態１の遠心ポンプ１と発熱電子部品２は、きわめて小型で、ノート型パソコンのように携行可能な小型の電子機器に搭載されるものである。３は発熱電子部品２から受熱した冷媒を外部に放熱する放熱器、４は遠心ポンプ１と放熱器３を接続して冷媒を循環するための循環路である。なお、この冷媒としては、液体であり、食品添加物などに用いられる無害なプロピレングリコール水溶液が適当であり、さらに後述するようにケーシング材料としてアルミや銅等を使用する場合には、これらに対する防食性能を向上させるための防食添加剤を添加するのが望ましい。

放熱器３は、熱伝導率が高く放熱性のよい材料、例えば銅、アルミニウム等の薄板材で構成され、内部に冷媒通路とリザーブタンクが形成されている。また、放熱器３に強制的に空気を当てて冷やし冷却効果を増やすためファンを設けてもよい。循環路４は、配管レイアウトの自由度を確保するため、フレキシブルでガス透過性の少ないゴム、例えばブチルゴムなどのゴムチューブで構成されている。これはチューブ内に気泡が混入するのを防止するためである。

次に、遠心ポンプ１の内部構成について説明する。

図２〜図５において、１１は遠心ポンプの開放型の羽根車、１１ａは羽根車１１に設けられた貫通孔、１２は羽根車１１の開放した羽根、１３ａは羽根車１１にインサートされたリングマグネットである。１４はリングマグネット１３ａの内周側に設けられたステータ、１５は羽根車１１を収容すると同時に羽根車１１が冷媒に与えた運動エネルギーを圧力回復して吐出口へと導くポンプケーシング、１５ａは羽根１２で与えられた運動エネルギーを圧力回復して吐出口へと導くためのポンプ室、１５ｂはポンプ室１５ａに沿ったポンプケーシング１５の外面に形成され、発熱電子部品に接触して熱を奪う受熱面、受熱面１５ｂは羽根車１１の回転面と略平行なポンプケーシング１５の外面に形成される。１５ｃはポンプ室１５ａの内部のポンプ室内壁面、１５ｅはポンプケーシング１５のポンプ室１５ａに面する壁面が凹んだポンプ室凹部であり、ポンプ室凹部１５ｅの底面から羽根車１１に向けて突出した突起体２４を多数有している。１６は羽根車１１を収納し、ポンプ室１５ａをケーシング１５とともに形成するためのケーシングカバー、１７はケーシングカバー１６に設けられ、羽根車１１を回転自在に軸支するための固定軸、１８は羽根車１１の中心に設けられ固定軸１７に装着される軸受、１９は吸込路、２０は吐出路である。２１はポンプ室内壁面１５ｃに形成された多数の凹形状を有したディンプルである。２６は吸込路１９から羽根車１１の回転中心に向けて伸び、ポンプ室凹部１５ｅより更に一段下がった溝形状をなす吸込溝であり、吸込路１９から吸い込まれた液体を羽根車１１の回転中心付近まで導く役目をする。２７はポンプ室凹部１５ｅから一段上がったポンプ室内壁面１５ｃに徐々に上昇していくスロープ部である。２５はケーシングカバー１６とポンプケーシング１５が勘合しそれらの間をシールする役目を果たすＯリング、２５ａはＯリング２５と同様の役割を果たすパッキンであり、２９はステータ１４の巻線に対しての出力電圧を制御するＩＣ、２８はＩＣ２９が取付けられた制御基板である。３１はケーシングカバー１６とポンプケーシング１５を締めつけるためのネジ孔、３２は遠心ポンプ１をバネ、ネジ等を用いて発熱電子部品に接触、押し付け、固定させるためにバネ、ネジ等を挿入する固定孔である。

ケーシングカバー１６はポンプケーシング１５と組み立てられて全体として遠心ポンプ１のポンプケーシングを構成する。ポンプケーシング１５とケーシングカバー１６のうち少なくともポンプケーシング１５は、高熱伝導率で放熱性のよい材料、例えば銅、アルミニウム等で構成する。なお、本実施の形態１の遠心ポンプは回転軸方向の厚さが７〜１７ｍｍ、半径方向の代表寸法が４０〜５０ｍｍ、回転数は３２００ｒｐｍ、流量が０．３〜０．９Ｌ／分、ヘッドが０．３５〜２ｍ程度のポンプである。そして、本発明のポンプの諸元は、本実施の形態１の値を含んで、厚さ５〜２０ｍｍ、半径方向代表寸法１０〜７０ｍｍ、流量が０．２〜１．０Ｌ／分、ヘッド０．２〜２ｍ程度のものとなる。これは比速度でいうと、３０〜１７０（単位：ｍ、ｍ³／分、ｒｐｍ）程度のポンプであって、従来
のポンプとはまったく隔絶した大きさの小型薄型のポンプである。

実施の形態１の遠心ポンプ１においては、羽根車１１の羽根１２と発熱電子部品２とが対向するように設置され、発熱電子部品２の上部表面と相補的な形状となる受熱面１５ｂが形成されており、受熱面１５ｂを介してポンプ室１５ａで直接受熱を行なう。なお、図３では発熱電子部品２の上方に遠心ポンプ１が配置されているが、発熱電子部品２の配置によっては発熱電子部品２が上方に配置され、下方に遠心ポンプ１が配置されることもあれば、それらが横方向に配置されることもありえる。

ステータ１４はケーシングカバー１６に圧入され、リングマグネット１３ａの内周面とステータ１４の外周部分が対向して配置される。

ステータ１４とリングマグネット１３ａの間にはケーシングカバー１６が両者を仕切る分離板として配置され、ステータ１４は完全にポンプ室１５ａ内を流れる冷媒と隔離される。羽根車１１はリングマグネット１３ａと一体構成でもよいが、実施の形態１においては別体構成とし、一体構成の場合には羽根車１１を磁石材料で構成し、ステータ１４が対抗する部分に着磁すればよい。リングマグネット１３ａがステータ１４の回転磁界の作用で回転することにより、羽根車１１が回転する。羽根車１１が回転すると、羽根車１１の中心付近に負圧が発生し、連通している吸込路１９から冷媒が吸い込まれ、羽根車１１によって運動量を得て外側に吐き出される。羽根車１１の外周部分には吐出口（図示しない）が設けられ、吐出路２０を経て冷媒は循環路４に排出される。

羽根車１１の中心には低摩擦で耐磨耗性の樹脂からなる軸受１８が圧入され、さらに、その内側にはステンレスからなる固定軸１７がポンプケーシング１５とケーシングカバー１６に両端を固定されて配設される。製造上の問題であるが軸受１８は羽根車１１にインサート成形されても圧入されてもよい、固定軸１７もケーシングカバー１５等にインサート成形されても圧入されてもよい。図４に示すように、軸受１８の外周面にはＤカットを施し、羽根車１１の軸受圧入孔（図示しない）との間に隙間ができるように構成され、羽根車１１の背面側とポンプ室１５ａ側を連通している。この隙間が軸中心からずれた実施の形態１における貫通孔１１ａである。この貫通孔１１ａにより、羽根車１１で遠心力を受け押し出された冷媒の一部分は羽根車１１の背面側に回り込み、貫通孔１１ａを通って負圧状態の羽根車１１の吸水路１９ａに流出する。すなわち、遠心ポンプ１の中で一部の冷媒が還流している。還流する冷媒は吸水口１９ａ内で混合され、再度還流する冷媒は入れ替わったものとなる。

羽根車１１による遠心力で羽根車１１の中心付近は負圧となり、この付近はキャビテーションが発生し易い環境にある。しかし、実施の形態１の遠心ポンプ１は比速度で３０〜１７０（単位：ｍ、ｍ³／分、ｒｐｍ）程度であってキャビテーションは起こり難い上に、仮に発生しても上述した還流によって混合して排出されるものである。そして、発生したキャビティが羽根車１１の中央付近に留まろうとしても、羽根車１１の背面と吸水口１９ａ側で冷媒が入れ替わりながら循環するので、滞留することはない。また、冷却装置のどこかで空気が混入し、これが遠心ポンプ１に吸い込まれたとしても、還流によって羽根車１１の中央付近に滞留することがなく、気泡は徐々に排出される。従ってキャビテーションに原因する騒音は少なく、気層が形成されないし、流れが乱流化するため伝熱量も大きくなる。

ポンプ厚みを極力薄くし、かつポンプ性能を維持しつつ、高い受熱効率を達成するために本発明の接触型熱交換ポンプではポンプケーシング１５のポンプ室内壁面１５ｃの中央付近にポンプ室凹部１５ｅを設け、その底面から円柱状の突起体２４を羽根車１１に向けて突出させている。これにより、ポンプ室壁面１５ｃから突起体２４を突出させるより、ポンプ室凹部１５ｅの深さだけ遠心ポンプ１全体の厚みを薄くでき、ポンプケーシング１５に伝導した電子部品からの熱を冷媒に伝達しやすくなる。本実施の形態１ではさらにポンプ全体の厚さを小さくし、かつ突起体２４の突出高さを大きくするために突起体２４を配置した部分には羽根１２を配置せず、羽根車１１をポンプケーシング１５に近づけ突起体２４の配置範囲の半径方向外側に羽根１２を設けているが、ポンプ厚さが羽根１２の高さ以上増加しても良いならば突起体２４の設置範囲に羽根を設けても良い。吸込路１９を羽根車中心まで孔の状態で通さず孔の上方の肉を削除し、ポンプ室凹部１５ｅと突起体２４を形成するためにこの吸込溝２６を設けることにより、性能を維持しつつ、ポンプ全体厚さを小さくすることができた。

さらに図３に示すように、ポンプ室内壁面１５ｃ（受熱面１５ｂの背面側）の羽根車１１がスライドする部分の少なくとも一部にディンプル２１を多数形成することにより、羽根車１１の回転で流動する冷媒がポンプ室内壁面１５ｃに沿って形成する層流境界層を剥離させ、乱流化することができる。これによって受熱面１５ｂから冷媒に伝達する熱量を大きくすることができる。ポンプ室内壁面１５ｃの特に羽根１２がスライドする部分にディンプル２１を設けることにより冷媒の層流境界層を剥離される効果はより高いものとなり、その結果、受熱面１５ｂから冷媒に伝達する熱量をさらに大きくすることができるが、羽根車１１の回転のための必要トルクが若干増加することになるので許容トルクに合わせて適宜ディンプル２１の配置、個数を設計する必要がある。また、ポンプ室内壁面１５ｃをショットピーニング加工、サンドブラスト加工などで凹凸を形成もしくは粗くすることにより、効果は多少低いが同様な原理で受熱効率を上げることが可能となる。なお、図示はしないが、ポンプ室内壁面１５ｃにスパイラル形状の溝を形成しても、冷媒の流れを乱流化することで伝熱量を大きくすることができる。

ポンプ室凹部１５ｅ周縁のスロープ部２７はポンプ室凹部１５ｅから一段上昇するポンプ室壁面１５ｃへ冷媒が通過する際に流動抵抗を極力減少させポンプ性能を略維持するために役立っている。

Ｏリング２５はケーシングカバー１６とポンプケーシング１５を勘合する際に半径方向に挟み込まれながらケーシングカバー１６とポンプケーシング１５の間をシールし、パッキン２５ａは更にケーシングカバー１６とポンプケーシング１５をネジ（図示せず）等で締結する際に圧縮されケーシングカバー１６とポンプケーシング１５の間をシールする。よって、ポンプ室１５ａは２重のシールをなされることになる。すなわち、冷却システム内を循環する冷媒の蒸発量は１重シールの場合よりもかなり減少し冷却システムから蒸発する冷媒の量を減少されることができる。また、冷却装置からの液漏れに対する安全性が格段に増加する。このＯリング２５とパッキン２５ａを一体成形ゴムとし、２重シールを行うこともできる。

ＩＣ２９はポンプの運転中には１００℃付近、若しくはそれ以上の高温になるが、ポンプケーシング１５に接触するように取り付ることにより、ポンプケーシング１５から熱を取られることになる。つまり、遠心ポンプ１はＩＣ２９の発熱をも受熱し、ポンプ運転中にＩＣ２９の温度を低下させることができ、常に安定させてＩＣ２９を作動させることが可能となる。また、ＩＣ２９は使用状態の温度が低いほど寿命が永くなるために、ＩＣ２９の寿命を長くすることも可能となる。また図３ではＩＣ２９が直接、ポンプケーシング１５に接触するように基板２８を設置したが、基板２８の電子部品（ＩＣ２９等）が取り付けられていない面（ＩＣ２９設置面の反対面）をポンプケーシング１５に接触させてＩＣ２９の熱を放熱させても良い。

次にこの遠心ポンプの動作を示す。ＩＣ２９、制御基板２８によりステータ１４の巻線に制御電圧を印加する。それにより、ステータ１４に回転磁界が発生し、その回転磁界によってリングマグネット１３ａ、つまり羽根車１１が回転する。リングマグネット１３ａはステータ１４の方向以外にも磁力が若干漏れているため、羽根車１１が回転するとリングマグネット１３ａから漏れた移動磁界が金属（導電材料）のポンプケーシング１５まで及びポンプケーシング１５に渦電流が発生する。つまり、これがリングマグネット１３ａの回転の抵抗となるため、リングマグネット１３ａとポンプケーシング１５との最短部分の距離を２ｍｍ以上とすればその影響はかなり軽減される。また、リングマグネット１３ａは半径方向にステータ１４が配置される場合、半径方向の磁力を発生するように着磁されるから、漏れ磁界もリングマグネット１３ａの軸方向の高さ範囲において、半径方向外側に主に発生する。よってリングマグネット１３ａの軸方向の高さと同じレベルに金属（導電材料）であるポンプケーシング１５が２ｍｍ以内に配置されなければ、リングマグネット１３ａの回転を妨げる抵抗をかなり軽減することができる。更にはリングマグネット１３ａの外周部分などにヨークを設ければ漏れ磁界は略防ぐことができる。リングマグネット１３ａを内配勾かつ内周着磁すれば、リングマグネットとステータが半径方向に配置される場合には、リングマグネット１３ａの移動磁界による渦電流による回転抵抗は軽減される。

回転する羽根１２により吸込路１９から冷媒を吸い込み、吐出路２０から吐出する。その間、ポンプ室１５ａ内部では吸込路１９から吸い込まれた冷媒はポンプケーシング１５のポンプ室凹部１５ｅまで運ばれ、その勢いで吸込溝２６に沿って羽根車１１の回転中心付近まで流れる。その後、液体は軸受１８に衝突し、あらゆる方向に広がり羽根１２の入り口まで多数の突起体２４に衝突しながら到達する。一方、発熱電子部品２からポンプケーシング１５に伝達した熱はポンプ室凹部１５ｅから突出した突起体２４に伝導しており、冷媒が突起体２４に衝突する際に突起体２４から熱を奪う。また、冷媒が突起体２４どうしの隙間を通過する際に渦を発生するために、更に突起体２４の周りの温度境界層を剥離させ、つまりは突起体２４にまとわりついた液体膜を剥離することにより熱を奪うことになる。突起体２４の代わりにポンプ室凹部１５ｅ底面にディンプル（図示せず）を設けても、温度境界層を剥離させポンプケーシング１５の熱を奪いやすくなる。当然のことではあるが発熱電子部品２からポンプケーシング１５に伝達した熱はポンプ室内壁面１５ｃのいたるところにも伝導している。一方、冷媒がポンプ室１５ａを通過する際に形成されるポンプ室内壁面１５ｃにまとわりつくように形成された層流境界層をポンプ室内壁面１５ｃに設けられた多数のディンプル２１とそこをスライドする羽根車１１もしくは羽根１２により、剥離させている。つまり、ポンプケーシング１５に伝導した熱が留まっているこの層流境界層、言いかえれば温度境界層を剥離させることにより、ポンプケーシング１５に伝導した熱をより多くの熱を冷媒に伝達し流すことができる。このようにして、突起体２４の熱、ポンプケーシング１５の熱、つまりは発熱電子部品２の熱は冷媒に奪い取られ、冷媒と共に羽根１２の回転によって吐出路２０から吐き出され循環路４を通って放熱器３へと運ばれ、放熱器３で冷却された冷媒は温度を低下させ、再び遠心ポンプ１へと吸い込まれこのような循環を繰り返しながら発熱電子部品２を冷却する。

以上説明したように、実施の形態１の冷却装置の遠心ポンプ１には、高熱伝導率の材料で構成されたポンプケーシング１５と、羽根１２が形成された開放型の羽根車１１が設けられており、更にはポンプ室内壁面１５ｃにポンプ室凹部を設け、ポンプ室凹部１５ｅ、１５ｆ底面から羽根車１１に向かい突起体が突出しているためにポンプ厚さを薄くしながらも、ポンプ室壁面の表面積を増加させ、受熱効率を向上させることができる。また、受熱面１５ｂと発熱電子部品２の上部表面の形状が３次元的に相補的形状とされ、吸込路１９が発熱電子部品２の側に張り出していないので、受熱面１５ｂと発熱電子部品２の上部表面が密着できるため、効果的に受熱できる。

（実施例２）
実施の形態２の遠心ポンプは、吸水口が遠心ポンプ外側からポンプケーシングのポンプ室凹部を一部横断して羽根車中心付近まで管の状態で伸びたことを特徴とするものである。

図６は本発明の実施の形態２における冷却装置を構成する熱交換型の遠心ポンプの外観正面図、図７は本発明の実施の形態２における図６の熱交換型の遠心ポンプのＣ−Ｏ´−
Ｄ断面図、図８は本発明の実施の形態２における遠心ポンプ２のポンプ室内壁面の外観図である。なお、実施の形態２の遠心ポンプ２は実施の形態１の遠心ポンプ１と同一の構成部分を有しているため、同一符号の説明は省略する。

図６の一点鎖線Ｃ−Ｏ´−Ｄで実施の形態２の遠心ポンプを切断した断面図が図７であ
る。図７、図８において、１５ｆはポンプケーシング１５に設けられたポンプ室内壁面１５ｃより一段落ちたポンプ室凹部、２４はポンプ室凹部１５ｆの底面から羽根車１１に向けて伸びた円柱状の突起体、３０は吸込路１９がポンプ室凹部１５ｆを横断しながらポンプケーシング１５中心に向けて伸びるために設けられた凹部横断部であり、３０ａは凹部横断部Ａ、３０ｂは凹部横断部Ｂ、２４ａは凹部横断部３０、凹部横断部Ａ３０ａ、凹部横断部Ａ３０ｂの上面から伸びた突起体である。

凹部横断部３０は内側には吸込路１９を有し、吸込路１９をケーシング１５の中心付近まで導いており、その外観上面はポンプ室内壁面１５ｃと略同じ高さとしている。なお、遠心ポンプ１が動作中は吸いこまれた冷媒がポンプ室凹部１５ｆを羽根車１１に引きずられながら、羽根車１１の外側まで流れるが、その際に凹部横断部３０が冷媒の流れの抵抗となり、羽根車１１を浮上させることになる。羽根車１１の浮上バランスをとるために凹部横断部３０とポンプ室１５ａ側から見た形状が略同一の凹部横断部Ａ、凹部横断部Ｂを等間隔で設けている。これにより、羽根車１１はバランス良く浮上力を受け、傾くことなく回転することになる。もし、凹部横断部３０のみで凹部横断部Ａ３０ａ、凹部横断部Ｂ３０ｂが設けられなければ、羽根車１１はポンプ室内壁面１５ｃに対して傾いて回転しようとし、その際には固定軸１７、軸受１８の寿命が縮まる、もしくはポンプ室内壁面１５ｃへ接触しながら回転し、ポンプ性能低下、最悪の場合にはポンプの動作が停止することになる。実施の形態２では凹部横断部３０、凹部横断部Ａ３０ａ、凹部横断部Ｂ３０ｂのように等間隔（１２０°）で３箇所設けたが、固定軸１７を中心に略放射線上に等間隔であれば数多く設けた方が羽根車１１の回転バランスが保ちやすい。

凹部横断部３０、凹部横断部Ａ３０ａ、凹部横断部Ｂ３０ｂのポンプ室１５ａ側の面には突起体２４ａを設け、その設置範囲には羽根１２を設けていない。これにより、ポンプ室内壁面１５ｃの表面積を増加させ、ポンプ全体の厚みを薄くしながらも、受熱性能を向上させることができる。受熱性能よりもポンプ性能を向上させたいなら、突起体２４ａを省き、羽根１２を設ければよく、ポンプの薄さにさほどこだわる必要がなければ、突起体２４ａを設けてさらのその設置範囲に羽根１２を突起体２４ａと接触しないように設ければ、受熱性能、ポンプ性能ともに向上させることができる。

次にこの遠心ポンプの動作を示す。ＩＣ２９、制御基板２８によりステータ１４の巻線に制御電圧を印加する。それにより、ステータ１４に回転磁界が発生し、その回転磁界によってリングマグネット１３ａ、つまり羽根車１１が回転する。回転する羽根車１１つまり羽根１２により吸込路１９から冷媒を吸い込み、吐出路２０から吐出する。その間、ポンプ室１５ａ内部では吸込口１９ａから吸い込まれた冷媒はポンプケーシング１５のポンプ室凹部１５ｆを凹部横断部３０の中を通りポンプ室凹部１５ｆを横断し、ポンプ室１５ａの中心付近まで到達する。その後、冷媒は軸受１８に衝突し、あらゆる方向に広がり羽根１２の入り口まで多数の突起体２４に衝突しながら到達する。一方、発熱電子部品２からポンプケーシング１５に伝達した熱はポンプ室凹部１５ｆから突出した突起体２４、２４ａに伝導しており、冷媒が突起体２４に衝突する際に突起体２４から熱を奪う。また、冷媒が突起体２４どうしの隙間を通過する際に渦を発生するために、更に突起体２４の周りの温度境界層を剥離させ、つまりは突起体２４にまとわりついた液体膜を剥離することにより熱を奪うことになる。突起体２４の代わりにポンプ室凹部１５ｆ底面にディンプル（図示せず）を設けても、温度境界層を剥離させポンプケーシング１５の熱を奪いやすくなる。当然のことではあるが発熱電子部品２からポンプケーシング１５に伝達した熱はポンプ室内壁面１５ｃのいたるところにも伝導している。一方、冷媒がポンプ室１５ａを通過する際に形成されるポンプ室内壁面１５ｃにまとわりつくように形成された層流境界層をポンプ室内壁面１５ｃに設けられた多数のディンプル２１とそこをスライドする羽根車１１もしくは羽根１２により、剥離させている。つまり、ポンプケーシング１５に伝導した熱が留まっているこの層流境界層、言いかえれば温度境界層を剥離させることにより、ポンプケーシング１５に伝導した熱をより多く液体に伝達し流すことができる。このようにして、突起体２４の熱、ポンプケーシング１５の熱、つまりは発熱電子部品２の熱は冷媒に奪い取られ、冷媒と共に羽根１２の回転によって吐出路２０から吐出され循環路４を通って放熱器３へと運ばれ、放熱器３で冷却された冷媒は温度を低下させ、再びポンプへと吸い込まれこのような循環を繰り返しながら発熱電子部品を冷却する。

以上説明したように、実施の形態２の冷却装置の遠心ポンプ１ａには、高熱伝導率の材料で構成されたポンプケーシング１５と、羽根１２が形成された開放型の羽根車１１が設けられており、更にはポンプ室内壁面１５ｃに凹部を設け、凹部底面から羽根車１１に向かい突起体が突出しているためにポンプ厚さを薄くしながらも、ポンプ室壁面の表面積を増加させ、更にポンプ室凹部１５ｆを設けて吸い込んだ冷媒を確実にポンプ室凹部１５ｆの中心付近まで導くことにより、突起体２４から確実に熱を冷媒に伝えることができ、受熱効率を向上させることができる。また、受熱面１５ｂと発熱電子部品２の上部表面の形状が３次元的に相補的形状とされ、吸込路１９が発熱電子部品２の側に張り出していないので、受熱面１５ｂと発熱電子部品２の上部表面が密着できるため、効果的に受熱できる。

本発明の冷却装置は冷却効率を改善しながら小型化、薄型化でき、構造が簡単であるので、ノート型パソコンのような携行可能な小型の装置をはじめ、通電により発熱する発熱電子部品を搭載した装置を含むものに有用である。

本発明の実施の形態１における冷却装置の構成図 本発明の実施の形態１における冷却装置を構成する熱交換型の遠心ポンプの外観正面図 本発明の実施の形態１における図２の熱交換型の遠心ポンプのＡ−Ｏ−Ｂ断面図 本発明の実施の形態１における熱交換型の遠心ポンプの羽根車正面図 本発明の実施の形態１における熱交換型の遠心ポンプのポンプ室内壁面の外観図 本発明の実施の形態２における冷却装置を構成する熱交換型の遠心ポンプの外観正面図 本発明の実施の形態２における図６の熱交換型の遠心ポンプのＣ−Ｏ´−Ｄ断面図 本発明の実施の形態２における熱交換型の遠心ポンプのポンプ室内壁面の外観図 従来の電子機器の第１冷却装置の構成図 従来の電子機器の第２冷却装置の構成図

符号の説明

１ 遠心ポンプ
１ａ 遠心ポンプ
２ 発熱電子部品
３ 放熱器
４ 循環路
１１ 羽根車
１１ａ 貫通孔
１２ 羽根
１３ａ リングマグネット
１４ ステータ
１５ ポンプケーシング
１５ａ ポンプ室
１５ｂ 受熱面
１５ｃ ポンプ室内壁面
１５ｅ ポンプ室凹部
１５ｆ ポンプ室凹部
１６ ケーシングカバー
１７ 固定軸
１８ 軸受
１９ 吸込路
１９ａ 吸水口
２０ 吐出路
２１ ディンプル
２４ 突起体
２４ａ 突起体
２５ Ｏリング
２５ａ パッキン
２６ 吸込溝
２７ スロープ部
２８ 制御基板
２９ ＩＣ
３０ 凹部横断部
３０ａ 凹部横断部Ａ
３０ｂ 凹部横断部Ｂ

Claims (4)

1. 冷媒を循環するための閉循環路に設けられた遠心ポンプと、
   前記遠心ポンプに設けられ冷却対象の電子部品と接する受熱面と、前記受熱面の背面側のポンプ室内壁面と、前記ポンプ室内壁面に設けられた凹部とを設けるポンプケーシングと、前記ポンプケーシングに収容され前記ポンプ室内壁面と対面し、回転して冷媒を循環させる羽根車と、
   前記凹部から羽根車に向かい突出している突起体と、
   前記ポンプ室内壁面に設けられた複数のディンプルと、を備えたことを特徴とする冷却装置。
2. 前記突起体が設けられていない部分に、前記羽根車に備えられた羽根を配置していることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記凹部と前記凹部から一段上昇する前記受熱面の背面の間には、傾斜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記羽根車には、前記羽根車の表面と背面を連通している貫通孔を設けていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。

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