JP2004218941A - Cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
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。
【0002】
【従来の技術】
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)。
【0003】
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14に示すようなものが知られている。
【0004】
図14は従来の電子機器の第1冷却装置の構成図である。図14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。
【0005】
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。
【0006】
次に、電子機器の従来の第2冷却装置として、図15に示すものが提案されている(特許文献1参照)。
【0007】
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。
【0008】
図15は従来の電子機器の第2冷却装置の構成図である。図15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。
【0009】
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。
【0010】
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)。
【0011】
【特許文献1】
特開平7−142886号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
そこで、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を目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷却装置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放熱器と接触熱交換型の遠心ポンプが設けられ、遠心ポンプが発熱電子部品に接触されて内部の冷媒の熱交換作用で該発熱電子部品から熱を奪い、放熱器から放熱を行う冷却装置であって、遠心ポンプが、高熱伝導率の材料で構成されたポンプケーシングと開放型の羽根車とを備え、ポンプケーシングには、内部のポンプ室に沿った側面に受熱面が形成され、且つ該受熱面が接触位置において発熱電子部品の上部表面の3次元的な形状と相補的な形状に形成されとともに、受熱面とポンプ室の内壁面との間に吸込路が設けられたことを特徴とする。
【0020】
本発明によれば、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とすることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するためになされた請求項1の発明は、冷媒を循環するための閉循環路に放熱器と接触熱交換型の遠心ポンプが設けられ、遠心ポンプが発熱電子部品に接触されて内部の冷媒の熱交換作用で該発熱電子部品から熱を奪い、放熱器から放熱を行う冷却装置であって、遠心ポンプが、高熱伝導率の材料で構成されたポンプケーシングと開放型の羽根車とを備え、ポンプケーシングには、内部のポンプ室に沿った側面に受熱面が形成され、且つ該受熱面が接触位置において発熱電子部品の上部表面の3次元的な形状と相補的な形状に形成されとともに、受熱面とポンプ室の内壁面との間に吸込路が設けられたことを特徴とする冷却装置であり、開放型の羽根車の羽根がポンプ室内部に形成される層流境界層を剥ぎ取るため乱流化して伝熱量が増し、吸込路が受熱面とポンプ室の内壁面との間に設けられているので、これによって吸込路近傍の受熱面の温度を下げることができ、吸込路が発熱電子部品の側に張り出していないので、受熱面に遠心ポンプの内部構成による形状の変化を形成する必要がなく、受熱面と発熱電子部品の上部表面が密着しているので、熱を効果的に受熱することができる。
【0022】
請求項2の発明は、吸込路が、ポンプケーシングの肉厚方向に短軸をもつ楕円形状の断面を有していることを特徴とする請求項1記載の冷却装置であり、ポンプ室と発熱部品との距離を縮めることができるために、その間の熱抵抗を下げることができる。
【0023】
請求項3の発明は、請求項1記載の冷却装置において、受熱面とポンプ室の内壁面との間に吸込路が設けられるのに代えて、羽根車の中心に吸水口が形成され、該吸水口と連通する吸込路が受熱面と対向するポンプケーシング側に設けられたことを特徴とする冷却装置であり、ポンプ室の受熱面と反対側から吸い込むことを可能とし、結果に、ポンプ室と発熱部品との距離を縮めることができるために、その間の熱抵抗を下げることができる。
【0024】
請求項4の発明は、吸水口が、羽根車の軸中心と一致する軸中心を有していることを特徴とする請求項3記載の冷却装置であり、羽根車内の流れの対称性を保てるため流量を最も効率よく送ることができ、熱を効果的に受熱することができる。
【0025】
請求項5の発明は、羽根車には、該羽根車の軸中心とずれた位置に貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の冷却装置であり、ポンプ室の羽根車背面から貫通孔を通って還流させることができ、羽根車中央に滞留し易い気泡やキャビティを排出し、キャビテーションによる騒音をなくし伝熱速度を向上できる。
【0026】
請求項6の発明は、ポンプ室内壁面には、羽根の側面が回転する部分に動圧溝が設けられたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の冷却装置であり、動圧溝が羽根車に円滑な回転をさせ、摩擦で発生する熱を抑え、受熱面の背面の表面積を増し、熱を効果的に受熱することができる。
【0027】
請求項7の発明は、ポンプ室内壁には、羽根の側面がスライドする部分の少なくとも一部に層流境界層を剥離させる凹部が多数設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の冷却装置であり、伝熱量が小さい層流境界層を剥離させ、乱流境界層として伝熱を促進させることができる。
【0028】
請求項8の発明は、ポンプ室内壁には、羽根の側面がスライドする部分の少なくとも一部に多数の突起体が設けられたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の冷却装置であり、ポンプ室内の冷媒の乱流発生を促進し、伝熱を促進させることができる。
【0029】
請求項9の発明は、ポンプ室内壁には、吸込路が対向するする部分の少なくとも一部に複数の突起体もしくは溝を設けたことを特徴とする請求項3記載の冷却装置であり、ポンプ室内の冷媒の乱流発生を促進し、伝熱面積を増加させることができるために伝熱を促進することができる。
【0030】
請求項10の発明は、羽根車には、羽根の入口側もしくは羽根間に攪拌用羽根車突起体が形成されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の冷却装置であり、攪拌用羽根車突起体が流路を攪拌するため、ポンプ室内の冷媒の乱流発生を促進する。
【0031】
請求項11の発明は、攪拌用羽根車突起体が、ポンプ室内壁に形成された突起体と半径方向でずれた位置に対向して設けられることを特徴とする請求項10記載の冷却装置であり、攪拌用羽根車突起体が突起体と接触せずに流路を効果的に攪拌し、ポンプ室内の冷媒の乱流発生を促進し、伝熱面積も増加させ、伝熱効率を更に向上させることができる。
【0032】
請求項12の発明は、羽根の側面には、ポンプ室内壁の表面と接触する弾性線状体もしくは弾性板状体が設けられたことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の冷却装置であり、伝熱量が小さい層流境界層を剥離させ、乱流境界層として伝熱を促進させることができる。
【0033】
請求項13の発明は、受熱面のポンプケーシング厚さが羽根車の軸中心を中心として半径方向に減少することを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の冷却装置であり、電子部品からの熱をポンプ室全体に拡散しやすくし、伝熱を促進させることができる。
【0034】
請求項14の発明は、冷媒の循環路と、前記循環路内の冷媒を循環させるポンプと、前記循環路内の冷媒の熱を放出する放熱器とを備えた電子部品の冷却装置であって、前記ポンプは、前記ポンプのハウジングと前記電子部品が熱的に接触するよう、前記電子部品に直接連結され、前記ポンプのポンプ室の中央部に吸水口が設けられたことを特徴とする電子部品の冷却装置であり、受熱面と発熱電子部品の上部表面が密着しており、ポンプ室の中央部から冷媒を吸い込むことを可能とし、温度の低い冷媒をポンプ室の中央部に供給することができ、羽根車内の流れの対称性を保てるため流量を最も効率よく送ることができ、熱を効果的に受熱することができる。
【0035】
請求項15の発明は、前記ポンプは遠心ポンプであることを特徴とする請求項14記載の電子部品の冷却装置であり、開放型の羽根車の羽根がポンプ室内部に形成される層流境界層を剥ぎ取るため乱流化して伝熱量が増し、熱を効果的に受熱することができる。
【0036】
請求項16の発明は、前記ポンプのポンプ室内壁には、前記羽根車の側面がスライドする部分の少なくとも一部に層流境界層を剥離させる剥離手段がけられていることを特徴とする請求項14記載の電子部品の冷却装置であり、伝熱量が小さい層流境界層を剥離させ、乱流境界層として伝熱を促進させることができる。
【0037】
請求項17の発明は、前記剥離手段が、少なくともポンプ室内壁には凹部または突起体が設けられていることを特徴とする請求項14記載の電子部品の冷却装置であり、伝熱量が小さい層流境界層を剥離させ、乱流境界層として伝熱を促進させることができる。
【0038】
請求項18の発明は、前記剥離手段が、前記羽根車の側面に前記ポンプ室内壁の表面と接触する弾性線状体もしくは弾性板状体が設けられたことを特徴とする請求項14記載の電子部品の冷却装置であり、伝熱量が小さい層流境界層を剥離させ、乱流境界層として伝熱を促進させることができる。
【0039】
以下、本発明の実施の形態について、図1〜13を用いて説明する。
【0040】
(実施の形態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構成図、図3は本発明の実施の形態1における遠心ポンプの羽根車正面図、図4は本発明の実施の形態1における遠心ポンプの流体軸受の展開図、図5は本発明の実施の形態1における遠心ポンプのポンプ室内壁面の外観図、図6(a)は本発明の実施の形態1における遠心ポンプの羽根車に取り付けたブラシの説明図、図6(b)は本発明の実施の形態1における遠心ポンプの羽根車に取り付けたブレードの説明図、図7は図2の遠心ポンプのX−X断面図である。
【0041】
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、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。
【0042】
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。
【0043】
次に、遠心ポンプ1の内部構成について説明する。図2〜図6(a),(b)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、13は羽根車11の外周側方に設けられたマグネットロータである。14はマグネットロータ13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が流体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の側面に形成され、発熱電子部品に接触して熱を奪う受熱面、15cはポンプ室15aの内部のポンプ室内壁面、16は羽根車11を収納した後ポンプ室15bを密閉するためのケーシングカバー、17はポンプケーシング15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、18aは流体軸受の場合の動圧発生溝(図4参照)である。19は吸込路、19aは吸水口、20は吐出路である。21はポンプ室内壁面15cに形成された層流境界層を多数の凹部、22は層流境界層を掻き取るブラシ(本発明の弾性線状体)、22は層流境界層を掻き取るブレード(本発明の弾性板状体)である。
【0044】
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5〜10mm、半径方向の代表寸法が40〜50mm、回転数は1200rpm、流量が0.08〜0.12L/分、ヘッドが0.35〜0.45m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3〜20mm、半径方向代表寸法10〜70mm、流量が0.01〜0.8L/分、ヘッド0.1〜2m程度のものとなる。これは比速度でいうと、24〜28(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。
【0045】
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。ステータ14はケーシングカバー16に圧入され、マグネットロータ13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。
【0046】
ステータ14とマグネットロータ13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はマグネットロータ13と別体構成でもよいが、実施の形態1においては一体で構成され、マグネットロータ13となる円筒部に着磁させた一体型の羽根車11としている。マグネットロータ13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。
【0047】
羽根車11の中心には低摩擦で耐磨耗性のセラミックからなる軸受18が圧入され、さらにこれと同様に、その内側にはセラミックからなる固定軸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。図2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の吸水口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。
【0048】
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24〜28(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。
【0049】
また、図4に示すように軸受18の代わりに流体軸受を用いてもよい。流体軸受の動圧発生溝18aをスパイラル形状として、循環を促進するようにすれば、気泡の排出性能を向上させることができる。動圧発生溝18aの形状としてはヘリングボーン形状などでもよい。羽根車11の背面にも溝を形成し循環量と背圧を調整することもできる。これによって羽根車11に対するアキシャル方向のスラストを発生することもできる。
【0050】
さらに図5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12がスライドする部分の少なくとも一部に凹部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。同様に、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。さらに、図6に示すように、羽根12だけでなく、ポンプ室内壁面15cを軽く擦るようなブラシ22や薄板状のブレード23を羽根車に取り付けることにより、羽根車11の回転力により強制的に層流境界層を崩し、受熱効率を向上させることができる。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、乱流化することで伝熱量を大きくすることができる。
【0051】
発熱量に比べケーシングから冷媒への伝達係数が充分大きくとれ、大きな熱伝達量が得られる場合は、熱をポンプ室15aに沿って広げる必要がなくなるため、ポンプケーシング15の受熱面15b部分の肉厚は薄い方が受熱効率がよくなり、ポンプを薄型にもできる。このために図7に示すように吸込路19を肉厚方向に短軸をもつ楕円形状の断面とするのが好適である。羽根車11の回転を障害しない範囲で伝熱面積を増やすために、ポンプ室内壁面15cの羽根12の側面がスライドする部分の少なくとも一部に小さな柱状体やリブ等の突起体を突出させ、伝熱面積が増加させるとともに乱流化を促進し、受熱量が増加させることができる。これらの柱状体やリブ等は、発熱電子部品2の中心を置く位置近傍に設けるのが受熱効率を増加する。そして発熱電子部品2の中心を羽根車11の軸中心に配置させるときには、羽根車11の軸中心付近に立設すればよい。
【0052】
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、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、且つ受熱面15cとポンプ室内壁面15cとの間(ポンプケーシング15の肉厚部分)に肉厚方向に短軸をもつ楕円形状の吸込路19が配設されているため、全体の肉厚も流路近傍の実質の肉厚も薄くすることができ、吸込路19近傍の受熱面15bの温度が下がり、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に遠心ポンプ1の内部事情で形状変化を加える必要がなく、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。
【0053】
(実施の形態2)
実施の形態2の遠心ポンプは、吸水口が羽根車の背面側に設置されたことを特徴とするものである。図8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構成図、図9は本発明の実施の形態2における遠心ポンプの羽根車の正面図、図10は本発明の実施の形態2における遠心ポンプが回転短軸を備えた羽根車の構成図、図11は本発明の実施の形態2における遠心ポンプのポンプ室内壁面の正面図、図12は本発明の実施の形態2における遠心ポンプのポンプケーシング厚さが半径方向に減少する構成図である。なお、実施の形態2の遠心ポンプは実施の形態1の遠心ポンプ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。
【0054】
図8において、19bは吸込路19とつながった吸水口であり、羽根車11の中心近傍に設けられ、背面側とポンプ室15a側とを貫通するものである。この吸水口19bは、図9に示すように半径方向の同位置にずれて設けられた3個の貫通孔から構成される。吸込路19はケーシングカバー16のステータ14の中央に設けられており、吸水口19bと連通する。固定軸17、軸受18は実施の形態1と同様に配置される。
【0055】
このように、吸込路19を受熱面15bと反対側に配置したことにより、ポンプケーシング15の受熱面15b側の肉厚を薄くすることができ、発熱量に比べケーシングから冷媒への伝達係数が充分大きくとれ、大きな熱伝達量が得られる場合は、熱をポンプ室15aに沿って広げる必要がなく、受熱効率を増すことができる。また、羽根車11の中心近くに吸水口19bを設けることにより、羽根車11の背面から冷媒を吸い込むことができる。
【0056】
なお、図10(a),(b)に示すように、固定軸を取り除いて、羽根車11の背面から冷媒を吸い込む構成としてもよい。図10(a)において、16aはケーシングカバー、16bはケーシングカバー16aの中央に設けられ吸込路19が内部に設けられる筒部、17aは羽根車11の中央に設けられた回転短軸、18bは筒部16bに設けられ回転短軸17aが挿入されて軸支する軸受、19cは羽根車11の軸中心に形成された貫通孔からなる吸水口である。24は吸水口19cと対向するポンプ室内壁面15c中央に設けられた柱状体やリブ等の突起体である。なお、実施の形態2の場合、突起体24は円柱である。また図10(b)において、11cは羽根12の入口側もしくは羽根12間に設けられた根車突起体である。
【0057】
このように吸水口19cによって、背面側の吸込路19とポンプ室15aを連通させ、羽根車11の背面側からの吸込みが可能となる。発熱電子部品2と反対側からの吸い込みにより、受熱面15bのポンプ室壁面15cに冷媒を直接噴射する噴流効果も加わって、高効率の受熱が可能となる。
【0058】
また、ポンプ室内壁面15cから突起体24が突出されることにより、受熱面積が増加し、受熱量を大幅に向上させることができる。また突起体24により、ポンプ室内壁面15cで乱流を発生させ、受熱効率を向上させることができる。
羽根車11の中央部分には羽根12が存在しないため、この部分に突起体24を設けるのが容易であり、とくに発熱電子部品2の中心が設置バランス上、羽根車11の中央に位置することが多いので、この部分に突起体24を設けることにより局所的に受熱効率を向上させることができる。すなわち、羽根車11の中央で吸水するため、この位置に突起体24を設けることは、発熱電子部品2の熱が一番高く冷媒との温度差を最も大きいため、伝熱量が大きくなる。また、この部分で突起体24を設けることにより伝熱面積を増加させるため、熱抵抗を減少させることができ熱量の移動を促進できる。さらに、噴流効果による受熱効率向上が望めるものである。そして突起体24で乱流が発生し、これによる受熱効率向上もアップする。なお、突起体24に代えて溝を形成するのでも、同様の作用効果が期待できる。
【0059】
さらに、図10(b)に示すように、ポンプ室15aの羽根12の入口側に突起体24を設け、この突起体24と半径方向にみていわば噛み合うような配置で攪拌用羽根車突起体11cを設けるのが好適である。望ましくは攪拌用羽根車突起体11cを螺旋状に配置させるのがよい。接触を避けるため、突起体24は攪拌用羽根車突起体11cと同心円上に位置しないように、半径方向にずれた位置で対向して設ける必要がある。攪拌用羽根車突起体11cと突起体24の攪拌作用によって羽根12の入口側で乱流化が促進され、また突起体24の存在で放熱面積が増していることもあり、受熱効率がきわめて向上する。実験によれば、3000rpmで、この構成による熱伝導率は6000W/m2K近傍を示し、受熱面15bから冷媒に最大の熱量を放熱することができる。
【0060】
また、発熱電子部品2の接触面積が羽根12の回転面積より小さく、受熱した熱をポンプ室15aに沿った側面に広げる必要がある場合には、薄い肉厚のポンプケーシングより、図12に示すように中心部が盛り上がったポンプ室内壁面15cが受熱効率の向上には貢献する。図12において、15dはポンプケーシング15の肉厚が羽根車11の軸中心を中心として半径方向に減少するように構成したポンプ室内壁面である。熱流束は通過する断面積が大きかったり、熱伝導率が大きいなどといった熱抵抗が小さい部分を流れ易く、肉厚が半径方向に減少するポンプ室内壁面15dとすることにより、熱をポンプ室15aに沿った側面にまで広げることができる。
【0061】
ところで、図10で示した遠心ポンプの構成においては、マグネットロータ13の周方向内周面と外周面、羽根車11の表面にへリングボーン形状等の溝を形成して羽根車11を流体の動圧で保持するとともに、ケーシングカバー16aの筒部16bの軸受18bと羽根車11の中央に設けられた回転短軸17aとの間で軸支するから、簡単な構成で羽根車11の安定した円滑な回転を確保し、伝熱を促進させることができる。
【0062】
(実施の形態3)
実施の形態3の遠心ポンプは、羽根車11を円盤状とし、羽根車11に着磁したものである。図13は本発明の実施の形態3における冷却装置を構成する熱交換型の遠心ポンプの構成図である。図13において、11bは羽根車11の背面に着磁されて設けられたマグネットである。マグネット11bは、別体の平板状の磁石を羽根車に取り付けることで形成するのでもよい。さらに実施の形態1,2と同様に、受熱効率を向上させうるために、ポンプ室壁面15cに凹部や柱状体、羽根車11にブラシ、ブレードを設けたり、中心部の肉厚を増したりもできる。
【0063】
このように実施の形態3の遠心ポンプ1は、軸方向の厚さを薄型にすることができ、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することにより、発熱電子機器2の冷却を効果的に行うことができる。
【0064】
【発明の効果】
本発明の冷却装置によれば、開放型の羽根車の羽根がポンプ室内部に形成される層流境界層を剥ぎ取るため乱流化して伝熱量が増し、吸込路が受熱面とポンプ室の内壁面との間に設けられているので、これによって吸込路近傍の受熱面の温度を下げることができ、吸込路が発熱電子部品の側に張り出していないので、受熱面に遠心ポンプの内部構成による形状の変化を形成する必要がなく、受熱面と発熱電子部品の上部表面が密着しているので、熱を効果的に受熱することができる。
【0065】
肉厚方向に短軸をもつ楕円形状の断面を有してため、ポンプ室と発熱部品との距離を縮めることができるために、その間の熱抵抗を下げることができる。
【0066】
吸水口と連通する吸込路が受熱面と対向するポンプケーシング側に設けられたため、ポンプ室の受熱面と反対側から吸い込むことを可能とし、結果に、ポンプ室と発熱部品との距離を縮めることができるために、その間の熱抵抗を下げることができる。
【0067】
吸水口が、羽根車の軸中心と一致する軸中心を有してから、羽根車内の流れの対称性を保てるため流量を最も効率よく送ることができ、熱を効果的に受熱することができる。
【0068】
羽根車の軸中心とずれた位置に貫通孔が形成されているから、ポンプ室の羽根車背面から貫通孔を通って還流させることができ、羽根車中央に滞留し易い気泡やキャビティを排出し、キャビテーションによる騒音をなくし伝熱速度を向上できる。
【0069】
ポンプ室内壁面には、羽根の側面が回転する部分を含んで動圧溝が設けられているから、動圧溝が羽根車に円滑な回転をさせ、摩擦で発生する熱を抑え、受熱面の背面の表面積を増し、熱を効果的に受熱することができる。羽根の側面がスライドする部分の少なくとも一部に層流境界層を剥離させる凹部が多数設けられているから、伝熱量が小さい層流境界層を剥離させ、乱流境界層として伝熱を促進させることができる。羽根の側面がスライドする部分の少なくとも一部に多数の突起体が設けられたため、ポンプ室内の冷媒の乱流発生を促進し、伝熱を促進させることができる。羽根の側面がスライドする部分の少なくとも一部に複数の突起体もしくは溝を設けたから、ポンプ室内の冷媒の乱流発生を促進し、伝熱面積を増加させることができるために伝熱を促進することができる。
【0070】
羽根の入口側もしくは羽根間に攪拌用羽根車突起体が形成され、攪拌用羽根車突起体が流路を攪拌するため、ポンプ室内の冷媒の乱流発生を促進することができる。また、攪拌用羽根車突起体が、ポンプ室内壁に形成された突起体と半径方向でずれた位置に対向して設けられるため、攪拌用羽根車突起体が突起体と接触せずに流路を効果的に攪拌し、ポンプ室内の冷媒の乱流発生を促進し、伝熱面積も増加させ、伝熱効率を更に向上させることができる。
【0071】
羽根の側面には、ポンプ室内壁の表面と接触する弾性線状体もしくは弾性板状体が設けられたため、伝熱量が小さい層流境界層を剥離させ、乱流境界層として伝熱を促進させることができる。ポンプケーシング厚さが羽根車の軸中心を中心として半径方向に減少するため、電子部品からの熱をポンプ室全体に拡散しやすくし、伝熱を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における冷却装置の構成図
【図2】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構成図
【図3】本発明の実施の形態1における遠心ポンプの羽根車正面図
【図4】本発明の実施の形態1における遠心ポンプの流体軸受の展開図
【図5】本発明の実施の形態1における遠心ポンプのポンプ室内壁面の外観図
【図6】(a)本発明の実施の形態1における遠心ポンプの羽根車に取り付けたブラシの説明図
(b)本発明の実施の形態1における遠心ポンプの羽根車に取り付けたブレードの説明図
【図7】図2の遠心ポンプのX−X断面図
【図8】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構成図
【図9】本発明の実施の形態2における遠心ポンプの羽根車の正面図
【図10】本発明の実施の形態2における遠心ポンプが回転短軸を備えた羽根車の構成図
【図11】本発明の実施の形態2における遠心ポンプのポンプ室内壁面の正面図
【図12】本発明の実施の形態2における遠心ポンプのポンプケーシング厚さが半径方向に減少する構成図
【図13】本発明の実施の形態3における冷却装置を構成する熱交換型の遠心ポンプの構成図
【図14】従来の電子機器の第1冷却装置の構成図
【図15】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
2 発熱電子部品
3 放熱器
4 循環路
11 羽根車
11a 貫通孔
11b マグネット
11c 攪拌用羽根車突起体
12 羽根
13 マグネットロータ
14 ステータ
15 ポンプケーシング
15a ポンプ室
15b 受熱面
15c,15d ポンプ室内壁面
16,16a ケーシングカバー
16b 筒部
17 固定軸
17a 回転短軸
18,18b 軸受
18a 動圧発生溝
19 吸込路
19a,19b,19c 吸水口
20 吐出路
21 凹部
22 ブラシ
23 ブレード
24 突起体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device for an electronic device that cools a heat-generating electronic component such as a central processing unit (hereinafter, a CPU) disposed inside a housing by circulating a coolant.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the speed at which computers have become faster is extremely rapid, and the clock frequency of CPUs has become much higher than before. As a result, the amount of heat generated by the CPU is increased, and the air-cooling with a heat sink as in the related art is insufficient in capacity, and a high-efficiency, high-output cooling device is indispensable. Therefore, as such a cooling device, a cooling device that circulates a cooling medium to cool a substrate on which heat-generating electronic components are mounted has been proposed (see Patent Document 1).
[0003]
Hereinafter, a cooling device for a conventional electronic device that circulates and cools such a refrigerant will be described. In this specification, an electronic device is a device that loads a program into a CPU or the like to perform processing, and in particular, is a small portable device such as a notebook computer. Including a device on which heat-generating electronic components are mounted. As this conventional first cooling device, for example, the one shown in FIG. 14 is known.
[0004]
FIG. 14 is a configuration diagram of a first cooling device of a conventional electronic device. 14,
[0005]
Explaining the operation of this conventional first cooling device, the refrigerant discharged from the
[0006]
Next, as a conventional second cooling device for electronic equipment, the one shown in FIG. 15 has been proposed (see Patent Document 1).
[0007]
In the second cooling device, when the heat-generating member is mounted in a narrow housing, heat generated by the heat-generating member is efficiently transported to the metal housing wall, which is a heat radiating portion, to cool the heat-generating member.
[0008]
FIG. 15 is a configuration diagram of a second cooling device of a conventional electronic device. 15,
[0009]
The second cooling device thermally connects the semiconductor
[0010]
In addition, the present applicant has already proposed a cooling device using a vortex pump having a simple structure that can be reduced in size and thickness while improving the cooling efficiency (Japanese Patent Application No. 2002-139598).
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-7-142886
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first conventional cooling device, a heat exchange is performed between the heat-generating
[0013]
Further, the conventional second cooling device can be used for a notebook computer or the like, but the flat
[0014]
However, it is difficult to accommodate the reciprocating pump of the second cooling device in the
[0015]
Further, in the second cooling device, the
[0016]
Further, since the conventional pump with a heat exchange function cools the refrigerant with another cooling water, a cooling water passage is required in the pump, the pump becomes large and the pump structure becomes complicated, and the second pump for circulating the cooling water is used. Since a second heat exchanger for removing heat from the pump and cooling water is required, the system is complicated and difficult to miniaturize, and the number of parts and workability are poor, so that one with good thermal efficiency cannot be expected and the cost is high. There was a problem.
[0017]
Further, the cooling device proposed by the present applicant is an excellent cooling device that can solve the problems of the conventional first cooling device and second cooling device. However, in the vortex pump, the pump chamber is located on the outer peripheral side of the stator. Therefore, when the position of the CPU is located at the center of the pump, the distance between the pump chamber that absorbs heat and the CPU increases, and there is room for improvement in heat receiving efficiency. However, it has been difficult to simply replace this vortex pump with another type of pump. That is, in other types of pumps, the suction path, the discharge path, and the stator are present, so that it is difficult to configure the heat receiving surface in contact with the CPU in the pump. And even if this is performed dare, it is impossible to reduce the size and thickness.
[0018]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a cooling device that can be reduced in size and thickness while improving the cooling efficiency and has a simple structure.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The cooling device of the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a radiator and a contact heat exchange type centrifugal pump are provided in a closed circulation path for circulating a refrigerant, and the centrifugal pump is a heat-generating electronic component. A cooling device that removes heat from the heat-generating electronic components by a heat exchange action of an internal refrigerant by contacting with the inside, and radiates heat from a radiator, wherein a centrifugal pump is opened with a pump casing made of a material having a high thermal conductivity. The pump casing has a heat receiving surface formed on a side surface along an internal pump chamber, and the heat receiving surface is complementary to a three-dimensional shape of an upper surface of the heat-generating electronic component at a contact position. And a suction path is provided between the heat receiving surface and the inner wall surface of the pump chamber.
[0020]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a cooling apparatus which can be reduced in size and thickness while improving cooling efficiency, and which has a simple structure can be provided.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is characterized in that a radiator and a contact heat exchange type centrifugal pump are provided in a closed circuit for circulating a refrigerant, and the centrifugal pump is brought into contact with a heat-generating electronic component. A cooling device that removes heat from the heat-generating electronic components by a heat exchange action of an internal refrigerant and radiates heat from a radiator, wherein a centrifugal pump includes a pump casing made of a material having high thermal conductivity and an open impeller. A heat receiving surface is formed on a side surface of the pump casing along the inner pump chamber, and the heat receiving surface has a shape complementary to the three-dimensional shape of the upper surface of the heat-generating electronic component at the contact position. A cooling device, wherein a suction passage is provided between a heat receiving surface and an inner wall surface of a pump chamber, wherein a laminar flow boundary in which an open impeller blade is formed inside a pump chamber. Turbulence to peel off layers The amount of heat increases, and the suction passage is provided between the heat receiving surface and the inner wall surface of the pump chamber, so that the temperature of the heat receiving surface near the suction passage can be reduced, and the suction passage is located on the side of the heat-generating electronic components. Since it does not overhang, there is no need to form a shape change due to the internal configuration of the centrifugal pump on the heat receiving surface, and the heat receiving surface and the upper surface of the heat-generating electronic component are in close contact, so that heat can be effectively received. .
[0022]
The invention according to
[0023]
According to a third aspect of the present invention, in the cooling device according to the first aspect, instead of providing the suction passage between the heat receiving surface and the inner wall surface of the pump chamber, a water suction port is formed at the center of the impeller. A cooling device characterized in that a suction passage communicating with a water suction port is provided on a pump casing side facing a heat receiving surface, and allows suction from a side of the pump chamber opposite to the heat receiving surface. Since the distance between the heat generating component and the heat generating component can be reduced, the thermal resistance therebetween can be reduced.
[0024]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the cooling device according to the third aspect, wherein the water inlet has an axial center coinciding with the axial center of the impeller, and the symmetry of the flow in the impeller can be maintained. Therefore, the flow rate can be sent most efficiently, and the heat can be effectively received.
[0025]
The invention according to claim 5 is the cooling device according to any one of claims 1 to 4, wherein the impeller is formed with a through hole at a position shifted from the axial center of the impeller. In addition, it is possible to recirculate through the through hole from the back of the impeller of the pump chamber, to discharge air bubbles and cavities that easily stay at the center of the impeller, to eliminate noise due to cavitation, and to improve the heat transfer speed.
[0026]
The invention according to claim 6 is the cooling device according to any one of claims 1 to 5, wherein a dynamic pressure groove is provided on a portion of the pump chamber wall surface where the side surface of the blade rotates. The pressure grooves cause the impeller to rotate smoothly, suppress heat generated by friction, increase the surface area on the back surface of the heat receiving surface, and receive heat effectively.
[0027]
The invention according to claim 7 is characterized in that at least a part of the portion where the side surface of the blade slides is provided with a large number of concave portions for separating the laminar flow boundary layer on the inner wall of the pump. The cooling device according to any of the above, wherein the laminar boundary layer having a small heat transfer amount is separated, and heat transfer can be promoted as a turbulent boundary layer.
[0028]
The invention according to claim 8 is the cooling device according to any one of claims 1 to 7, wherein a large number of protrusions are provided on at least a part of a portion where the side surface of the blade slides on the inner wall of the pump. The device is capable of promoting generation of turbulent flow of the refrigerant in the pump chamber and promoting heat transfer.
[0029]
According to a ninth aspect of the present invention, in the cooling device according to the third aspect, a plurality of protrusions or grooves are provided on at least a part of a portion of the pump chamber wall facing the suction passage. Since the generation of turbulent flow of the indoor refrigerant can be promoted and the heat transfer area can be increased, heat transfer can be promoted.
[0030]
The invention according to claim 10 is the cooling device according to any one of claims 1 to 9, wherein the impeller is formed with a stirring impeller protrusion on the inlet side of the blade or between the blades. In addition, since the stirring impeller protrusion stirs the flow path, the generation of turbulent flow of the refrigerant in the pump chamber is promoted.
[0031]
The invention according to
[0032]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the first aspect, an elastic linear body or an elastic plate-like body that is in contact with the surface of the inner wall of the pump chamber is provided on a side surface of the blade. It is a cooling device that can separate a laminar boundary layer having a small amount of heat transfer and promote heat transfer as a turbulent boundary layer.
[0033]
The invention according to
[0034]
An invention according to
[0035]
The invention according to
[0036]
The invention according to
[0037]
The invention according to
[0038]
The invention according to
[0039]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0040]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a cooling device according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a heat exchange type centrifugal pump that configures a cooling device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. Fig. 4 is a front view of an impeller of a centrifugal pump according to Embodiment 1 of the present invention. Fig. 4 is a development view of a fluid bearing of the centrifugal pump according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 6A is an explanatory view of a brush attached to the impeller of the centrifugal pump according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a diagram illustrating the impeller of the centrifugal pump according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view of the centrifugal pump of FIG.
[0041]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a contact heat exchange type centrifugal pump constituting a cooling device, and 2 denotes a heat-generating electronic component such as a CPU, which is usually a chip component having a flat surface. The centrifugal pump 1 and the heat-generating
[0042]
The
[0043]
Next, the internal configuration of the centrifugal pump 1 will be described. 2 to 6A and 6B,
[0044]
The
[0045]
In the centrifugal pump 1 according to the first embodiment, the
[0046]
A
A discharge port (not shown) is provided on the outer peripheral portion of the
[0047]
A bearing 18 made of low-friction and wear-resistant ceramic is press-fitted into the center of the
[0048]
The centrifugal force of the
[0049]
Further, as shown in FIG. 4, a fluid bearing may be used instead of the
[0050]
Further, as shown in FIG. 5, by forming a large number of
[0051]
When the transfer coefficient from the casing to the refrigerant is sufficiently large compared to the heat generation amount, and when a large heat transfer amount is obtained, it is not necessary to spread the heat along the
[0052]
As described above, the centrifugal pump 1 of the cooling device according to the first embodiment is provided with the
[0053]
(Embodiment 2)
The centrifugal pump according to the second embodiment is characterized in that the water suction port is provided on the back side of the impeller. FIG. 8 is a configuration diagram of a heat exchange type centrifugal pump constituting a cooling device according to
[0054]
In FIG. 8,
[0055]
By arranging the
[0056]
In addition, as shown in FIGS. 10A and 10B, a configuration may be adopted in which the fixed shaft is removed and the refrigerant is sucked from the back surface of the
[0057]
In this way, the
[0058]
In addition, since the
Since the
[0059]
Further, as shown in FIG. 10B, a
[0060]
When the contact area of the heat-generating
[0061]
By the way, in the configuration of the centrifugal pump shown in FIG. 10, a herringbone-shaped groove or the like is formed on the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the
[0062]
(Embodiment 3)
In the centrifugal pump according to the third embodiment, the
[0063]
As described above, the centrifugal pump 1 according to the third embodiment can be reduced in thickness in the axial direction, and is mounted on a small-sized portable electronic device such as a notebook computer. Cooling can be performed effectively.
[0064]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the cooling device of this invention, since the blade of an open-type impeller peels off the laminar boundary layer formed in a pump chamber, it becomes turbulent and heat transfer increases, and a suction path forms the heat receiving surface and the pump chamber. Since it is provided between the inner wall surface, the temperature of the heat receiving surface in the vicinity of the suction passage can be lowered, and since the suction passage does not protrude toward the heat-generating electronic components, the internal structure of the centrifugal pump is provided on the heat receiving surface. It is not necessary to form a change in shape due to the above, and since the heat receiving surface and the upper surface of the heat generating electronic component are in close contact, heat can be effectively received.
[0065]
Since it has an elliptical cross section having a short axis in the thickness direction, the distance between the pump chamber and the heat-generating component can be shortened, so that the thermal resistance therebetween can be reduced.
[0066]
Since the suction passage communicating with the water suction port is provided on the pump casing side facing the heat receiving surface, it is possible to suck in from the side opposite to the heat receiving surface of the pump chamber, and as a result, the distance between the pump chamber and the heat generating component is reduced. Therefore, the thermal resistance during that period can be reduced.
[0067]
Since the water inlet has an axial center coinciding with the axial center of the impeller, the flow rate can be sent most efficiently to maintain the symmetry of the flow in the impeller, and the heat can be effectively received. .
[0068]
Since the through hole is formed at a position deviated from the axial center of the impeller, it is possible to recirculate through the through hole from the back of the impeller of the pump chamber, and to discharge bubbles and cavities that easily stay at the center of the impeller. In addition, the heat transfer speed can be improved by eliminating the noise due to cavitation.
[0069]
On the pump chamber wall surface, a dynamic pressure groove is provided including a part where the side surface of the blade rotates, so the dynamic pressure groove makes the impeller rotate smoothly, suppresses the heat generated by friction, and reduces the heat receiving surface. The surface area of the back surface can be increased and heat can be effectively received. Since at least a part of the portion where the side surface of the blade slides is provided with a large number of concave portions for separating the laminar flow boundary layer, the laminar flow boundary layer having a small amount of heat transfer is separated, and heat transfer is promoted as a turbulent flow boundary layer. be able to. Since a large number of protrusions are provided on at least a part of the portion where the side surface of the blade slides, generation of turbulent flow of the refrigerant in the pump chamber can be promoted, and heat transfer can be promoted. Since a plurality of protrusions or grooves are provided on at least a part of the portion where the side surface of the blade slides, the generation of turbulent flow of the refrigerant in the pump chamber is promoted, and the heat transfer area is increased, thereby promoting heat transfer. be able to.
[0070]
A stirring impeller protrusion is formed on the inlet side of the blade or between the blades, and the stirring impeller protrusion stirs the flow path, so that the generation of turbulent refrigerant in the pump chamber can be promoted. Further, since the stirring impeller projection is provided at a position radially displaced from the projection formed on the inner wall of the pump chamber, the stirring impeller projection does not come into contact with the projection and the flow path does not contact the projection. Is effectively stirred, the generation of turbulent flow of the refrigerant in the pump chamber is promoted, the heat transfer area is increased, and the heat transfer efficiency can be further improved.
[0071]
An elastic linear body or an elastic plate-like body that is in contact with the surface of the inner wall of the pump chamber is provided on the side surface of the blade, so that the laminar boundary layer with small heat transfer is separated and heat transfer is promoted as a turbulent boundary layer. be able to. Since the thickness of the pump casing decreases in the radial direction around the axial center of the impeller, heat from the electronic components can be easily diffused to the entire pump chamber, and heat transfer can be promoted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a cooling device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a heat exchange type centrifugal pump constituting the cooling device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a front view of an impeller of the centrifugal pump according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a development view of a fluid bearing of the centrifugal pump according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an external view of a pump chamber wall surface of the centrifugal pump according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 (a) is an explanatory view of a brush attached to an impeller of a centrifugal pump according to the first embodiment of the present invention.
(B) Explanatory drawing of the blade attached to the impeller of the centrifugal pump according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view taken along line XX of the centrifugal pump of FIG. 2;
FIG. 8 is a configuration diagram of a heat exchange type centrifugal pump constituting a cooling device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a front view of an impeller of a centrifugal pump according to
FIG. 10 is a configuration diagram of an impeller in which a centrifugal pump according to
FIG. 11 is a front view of a pump chamber wall surface of the centrifugal pump according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram in which the pump casing thickness of the centrifugal pump according to the second embodiment of the present invention decreases in the radial direction.
FIG. 13 is a configuration diagram of a heat exchange type centrifugal pump constituting a cooling device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram of a first cooling device of a conventional electronic device.
FIG. 15 is a configuration diagram of a second cooling device of a conventional electronic device.
[Explanation of symbols]
1 Centrifugal pump
2 Heating electronic components
3 radiator
4 circulation path
11 Impeller
11a Through hole
11b magnet
11c Stirring impeller projection
12 feathers
13 Magnet rotor
14 Stator
15 Pump casing
15a Pump room
15b Heat receiving surface
15c, 15d Pump room wall surface
16, 16a Casing cover
16b tube
17 Fixed axis
17a Rotation short axis
18, 18b bearing
18a Dynamic pressure generating groove
19 Suction path
19a, 19b, 19c Water inlet
20 Discharge path
21 recess
22 brushes
23 blade
24 protrusion
Claims (18)
前記遠心ポンプが、高熱伝導率の材料で構成されたポンプケーシングと開放型の羽根車とを備え、
前記ポンプケーシングには、内部のポンプ室に沿った側面に受熱面が形成され、且つ該受熱面が接触位置において前記発熱電子部品の上部表面の3次元的な形状と相補的な形状に形成されとともに、前記受熱面と前記ポンプ室の内壁面との間に吸込路が設けられたことを特徴とする冷却装置。A radiator and a contact heat exchange type centrifugal pump are provided in a closed circulation path for circulating the refrigerant, and the centrifugal pump is brought into contact with the heat-generating electronic component to remove heat from the heat-generating electronic component by a heat exchange action of the internal refrigerant. A cooling device for robbing and radiating heat from the radiator,
The centrifugal pump includes a pump casing and an open impeller made of a material having high thermal conductivity,
In the pump casing, a heat receiving surface is formed on a side surface along an internal pump chamber, and the heat receiving surface is formed in a shape complementary to a three-dimensional shape of an upper surface of the heat generating electronic component at a contact position. And a suction device is provided between the heat receiving surface and the inner wall surface of the pump chamber.
前記循環路内の冷媒を循環させるポンプと、
前記循環路内の冷媒の熱を放出する放熱器とを備えた電子部品の冷却装置であって、
前記ポンプは、前記ポンプのハウジングと前記電子部品が熱的に接触するよう、前記電子部品に直接連結され、前記ポンプのポンプ室の中央部に吸水口が設けられたことを特徴とする電子部品の冷却装置。A refrigerant circulation path;
A pump for circulating the refrigerant in the circulation path,
A radiator that emits heat of a refrigerant in the circulation path, and a cooling device for an electronic component,
The electronic component, wherein the pump is directly connected to the electronic component such that a housing of the pump and the electronic component are in thermal contact with each other, and a water inlet is provided in a central portion of a pump chamber of the pump. Cooling device.
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