JP2007056812A - ポンプおよび同ポンプを備えた液体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 取付け方向に規制されることなく自給機能を維持して常時確実に液体を供給出来るポンプを提供する。
【解決手段】 液体を吸排する羽根車１１と、羽根車１１を駆動するモータ部１５と、羽根車１１とモータ部１５の間に配置され羽根車１１とモータ部１５の間を仕切る仕切板１７と、前記羽根車１１を収納するポンプ室１６が形成されたケースと、ケースに接続され液体を吸込む吸込口２０および吐出する吐出口２１とを備え、前記ケースに、前記ポンプ室１６の外周部に沿ってかつポンプ室１６の外周部から所定の距離に前記吸込口２０からポンプ室１６に導入された液体を吐出口２１へ排出させる所定の径をもった排出路２２を設け、前記排出路２２と前記ポンプ室１６を連通し該排出路２２を流れる液体を該ポンプ室１６に還流させる少なくとも一つの還流路２３を配置した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、モータにより駆動され、液体を吸入して吐出するポンプおよび同ポンプを備えた液体供給装置に関する。

ポンプにおいては、液体を吸排する羽根車およびその羽根車を駆動するモータ部と、羽根車とモータ部の間に配置されて両者の間を仕切る機能を有する仕切板とを備えており、さらに前記羽根車を収納するポンプ室が形成されたケースと、ケースに接続され液体を吸込む吸込口および吐出する吐出口とから構成されている。

また、ポンプ室から気体を含む液体を吐出口へ排出する排出路がケースに設けられている。

上記構成のポンプにおいて、回転する羽根車により吸込口からポンプ室に導入された空気等の気体を含む液体は排出路に送られて、この排出路で気液分離が行われた結果、比重差により液体の上方に分離された気体と一部の液体が吐出口より吐出される（例えば特許文献１参照）。

上記のポンプを用いると、ポンプ室に流入した気体を含む液体から気体を分離して排出させることにより液体の供給機能を維持することができる、いわゆる自給機能を備えることができる。
特開平１０−２２７２９１号公報

しかしながら、上記従来の構成では、例えばＣＰＵ等の電子部品に冷媒としての液体を供給して冷却する液冷式冷却装置等に用いられるポンプに使用した場合に、ポンプの取付け方向が常時一定ではなく内部機器の構成や装置設計の都合等により様々な取付け方向で用いられる場合が多い。

このため、特許文献１に記載のポンプでは、取付け方向によっては気液分離を十分行うことができずに自給機能が低下してしまい、その結果液体を確実に供給することができなくなるという課題があった。

そこで本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、取付け方向に規制されることなく自給機能を維持して常時確実に液体を供給出来るポンプおよび同ポンプを備えた液体供給装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、液体を吸排する羽根車と、羽根車を駆動するモータ部と、羽根車とモータ部の間に配置され羽根車とモータ部の間を仕切る仕切板と、前記羽根車を収納するポンプ室が形成されたケースと、ケースに接続され液体を吸込む吸込口および吐出する吐出口とを備え、前記ケースに、前記ポンプ室の外周部に沿ってかつポンプ室の外周部から所定の距離に前記吸込口からポンプ室に導入された液体を吐出口へ排出させる所定の径をもった排出路を設け、前記排出路と前記ポンプ室を連通し該排出路を流れる液体を該ポンプ室に還流させる少なくとも一つの還流路を配置したことを特徴としている。

本発明によれば、ポンプ室に気体が溜まって液体を排出できなくなった場合でも排出路にある液体が環流路を通じてポンプ室に流入し、羽根車を回転させてポンプ室内の気体の一部を排出路へと排出するので、ポンプの取付け方向に規制されることなく自給機能を維持することができる。これにより、本発明によれば、常時確実に液体を供給することができるポンプを提供できる。

また、本発明によれば、前記排出路をポンプ室の側面側に設けたので、ポンプの厚さを薄くすることができ、狭いスペースにもポンプを設置することが可能となる。

また、本発明によれば、前記排出路をポンプ室の上部に設けたので、ポンプの平面方向の長さを短くすることができ、同様に狭いスペースにもポンプを設置することが可能となる。

また、本発明によれば、上記した効果を有した本発明のポンプを電子部品の冷却装置等の液体供給装置に組み込むことで、液体供給装置の使い勝手を大いに高めることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「実施の形態１」
液体供給装置は、図１に示すように、発熱部品１が基板２に実装されており、発熱部品１と冷媒とで熱交換を行ない発熱部品１を冷却する冷却器３を備えている。

また、この液体供給装置は、冷媒から熱を取り除く放熱器４と、冷媒を貯めておくリザーブタンク５と、さらに冷媒を循環させるポンプ６と、前記冷却器３と放熱器４とリザーブタンク５、およびポンプ６を接続する配管７とを有している。

リザーブタンク５内の冷媒は、ポンプ６から吐出された後、配管７を通って冷却器３に送られ発熱部品１の熱を奪うことで冷媒の温度が上昇し、昇温された冷媒は放熱器４に送られる。

そして、放熱器４で冷却された冷媒は、その温度が降下してリザーブタンク５へ戻されている。

このように、ポンプ６により冷媒を放熱器４に供給し循環させることで発熱部品１を冷却することができる。

図２および図３は本発明の実施の形態１における小型ポンプの断面図である。

ポンプには、図２に示すように、液体を吸排する羽根車１１があり、その羽根車１１の外周上側には、多数の羽根１２が形成されている。

また、羽根車１１の内周側には、ローターマグネット１３が取りつけられていて、さらに羽根車１１の中心部には軸受１４が配置されている。そして、ローターマグネット１３の内周側には、モータ部を構成するモーターステーター１５が設けられている。

次に、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２１へと導くためのポンプ室１６が形成されたケースであるポンプケーシング１６ａが設けられている。

ポンプケーシング１６ａの下側には、図２に示すように、仕切板１７が配設されていいる。仕切板１７は、ポンプ室１６とモーターステーター１５を気密に仕切ると共に、特にローターマグネット１３とモーターステーター１５の間は、仕切板１７の一部であり仕切板１７に一体に形成された隔壁１９が配置されている。

また、ポンプケーシング１６ａには、軸１８が固定されている。この軸１８は、羽根車１１の中心の貫通口１１ａに挿入されており、羽根車１１が摺動可能な構成となっている。

そして、ポンプケーシング１６ａには、液体が流入する吸込口２０、および液体が吐出される吐出口２１が接続されている。

さらに、ポンプケーシング１６ａには、ポンプ室１６に流入した液体を吐出口２１へ排出する排出路２２が当該ポンプ室１６の外周部の側面に沿って設定されていて、その排出路２２の所定４箇所にはポンプ室１６と排出路２２を連通する還流路２３が形成されている。環流路２３は、例えば排出路２２の入口側近傍部と出口側近傍部とそれらの間の２個所にそれぞれ設けられている。

以上の構成において、本実施の形態１に示すポンプの動作を図２および図３を用いて説明する。

外部電源から電力を供給されると、ポンプ６に設けられた電気回路（図示せず）により制御された電流が、モーターステーター１５のコイルに流れることで回転磁界が発生する。

この回転磁界がローターマグネット１３に作用するとローターマグネット１３に物理力が発生する。

ここで、このローターマグネット１３は羽根車１１と一体化されているため、羽根車１１に回転トルクが作用し、この回転トルクにより羽根車１１が軸１８を中心として回転を始める。

羽根車１１が回転を始めると、羽根車１１の外周上側に設けられた羽根１２は吸込口２０から流入した流体に運動エネルギーを与え、その運動エネルギーによりポンプケーシング１６ａ内の流体の圧力が徐々に高められ、排出路２２を通り吐出口２１から吐出される。

このとき、吸込口２０から気体が混入した流体が流入すると気体は圧縮流体であるため、羽根車１１が気体をポンプ室１６から押し出すことができずに、液体のみがポンプ室１６の側面側に配置された排出路２２へ排出され、その結果ポンプ室１６には気体が溜まり液体を搬出できなくなる。

この状態になると、排出路２２にある液体が還流路２３を通じポンプ室１６へ流入し、羽根車１１に供給された液体によりポンプ室１６内の気体の一部を排出路２２へと排出させる。

この動作を繰り返し行なってポンプ室１６の気体をすべて排出し、以後は液体をポンプ室１６から排出路２２に排出させることができる。

また、排出路２２をポンプ室１６の外周部の側面に設け、排出路２２とポンプ室１６を連通する還流路２３を所定の位置に設けたことにより、例えばポンプ６が吐出口２１を上向き以外となるように取り付けられたとしても排出路２２内の液体が還流路２３を通してポンプ室１６へと還流され、前記のごとくポンプ室１６内の気体をすべて排出路２２へと排出させた後、吐出口２１より流体を吐出させることができ、その結果、液体をポンプ室１６から排出できる。

以上のように本実施の形態１によれば、ポンプの取りつけ方向にかかわらずポンプ室１６内の気体を排出して液体を確実に供給できる、いわゆる自給機能を常時維持することができるとともに排出路２２をポンプ室１６の外周部の側面側に設けたためにポンプの厚みを薄くすることができ、このため取り付け場所を限定されることなく常時確実に液体を供給できる小型のポンプを提供することができる。

「実施の形態２」
本実施の形態２において、実施の形態１と同じ構成および作用効果を奏するものについては実施の形態１と同一の符号を付し、その詳細な説明については実施の形態１の説明を援用する。

本実施の形態２が実施の形態１と異なる部分は、排出路２２が実施の形態１ではポンプ室１６の外周部の側面に設けていたが、実施の形態２では排出路２２をポンプ室１６と略平行の上方位置に設けたところである。

上記差異を踏まえて、本実施の形態２におけるポンプ６の動作を図４および図５を用いて説明する。

実施の形態２のポンプ６では、実施の形態１と同様、気体を含まない流体では吸込口２０から液体が流入し、ポンプ室１６で増圧され排出路２２を経て、吐出口２１より排出される。

一方、実施の形態２では、気体が混入した流体が流入すると気体は圧縮流体であるため、羽根車１１が気体をポンプ室１６から押し出せず、液体のみをポンプ室１６の上部に設けられた排出路２２へ押し出してしまうために、ポンプ室１６には気体が溜まり液体を搬出できなくなる。

この状態になると、排出路２２にある液体が還流路２３を通じてポンプ室１６へと上から下へと流れ込み、羽根車１１に供給された液体によりポンプ室１６内の気体の一部を当該ポンプ室１６の上部に配置した排出路２２へと排出させる。

この動作を繰り返し行なってポンプ室１６の気体をすべて排出し、以後は液体のみをポンプ室１６から排出路２２に排出させることができる。

また、排出路２２をポンプ室１６の上方略平行として設け、排出路２２とポンプ室１６を連通する還流路２３を所定の位置に設けたことにより、例えばポンプ６が吐出口２１を上向き以外となるように取り付けられたとしても排出路２２内の液体が還流路２３により、ポンプ室１６へと還流され、前記のごとくポンプ室１６内の気体をすべて排出路２２へ排出した後、吐出口２１より流体を吐出させることができ、その結果、液体をポンプ室１６から排出できる。

以上のように実施の形態２によれば、ポンプの取りつけ方向にかかわらずポンプ室１６内の気体を排出して液体を確実に供給できる、いわゆる自給機能を常時維持することができるとともに排出路２２をポンプ室１６の上方外周部に略平行に設けたために、ポンプ６の平面方向の長さを短くすることができ、このため取り付け場所を限定されることなく常時確実に液体を供給できる小型のポンプを提供することができる。

「他の実施の形態」
なお、上記実施の形態においては、液体供給装置の一例として発熱部品を冷却するシステムを示しているが、たとえばメタノールなどの液体を搬送してなる燃料電池システムとしても良い。

また、羽根車１１は、羽根１２とローターマグネット１３とを違う材料ではめ合わせて一体化しても良いし、また磁性樹脂材で構成して羽根１２とローターマグネット１３とを同一材料で一体化しても良い。

一方、軸１８は、別部品として圧入やインサート成形によりポンプケーシング１６ａまたは仕切板１７に固定されてもよく、またはポンプケーシング１６ａまたは仕切板１７と同一材料による一体成形で形成されても良い。

さらに、実施の形態１、２では、排出路２２に設けた還流路２３は４箇所としたが、１箇所や２箇所または３箇所でもよく５箇所以上設けても良い。

そして、実施の形態１、２では、ポンプケーシング１６ａ単一部材で構成しているが、例えばポンプケーシング１６ａを複数部材に分割して組み立てても良い。

本発明の液体供給装置は、例えば燃料電池装置やヒートポンプ装置等に使用される様々な液体供給装置への応用が期待できる。

本発明の実施の形態１及び実施の形態２における電子部品の冷却装置の全体概要図である。 本発明の実施の形態１におけるポンプの縦断面図である。 本発明の実施の形態１におけるポンプの排出路の横断面図である。 本発明の実施の形態２におけるポンプの縦断面図である。 本発明の実施の形態２におけるポンプの排出路の横断面図である。

符号の説明

１…発熱部品
２…基板
３…冷却器
４…放熱器
５…リザーブタンク
６…ポンプ
７…配管
１１…羽根車
１３…ローターマグネット
１５…モーターステーター
１６…ポンプ室
１６ａ…ポンプケーシング
１７…仕切板
２０…吸込口
２１…吐出口
２２…排出路
２３…環流路

Claims (4)

1. 液体を吸排する羽根車と、羽根車を駆動するモータ部と、羽根車とモータ部の間に配置され羽根車とモータ部の間を仕切る仕切板と、前記羽根車を収納するポンプ室が形成されたケースと、ケースに接続され液体を吸込む吸込口および吐出する吐出口とを備え、
   前記ケースに、前記ポンプ室の外周部に沿ってかつポンプ室の外周部から所定の距離に前記吸込口からポンプ室に導入された液体を吐出口へ排出させる所定の径をもった排出路を設け、前記排出路と前記ポンプ室を連通し該排出路を流れる液体を該ポンプ室に還流させる少なくとも一つの還流路を配置した
   ことを特徴とするポンプ。
2. 請求項１に記載のポンプであって、
   前記排出路は、前記ポンプ室の側面側に設けられた
   ことを特徴とするポンプ。
3. 請求項１に記載のポンプであって、
   前記排出路は、前記ポンプ室の上部に配置された
   ことを特徴とするポンプ。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載のポンプを備えた
   ことを特徴とする液体供給装置。

Images