JP4386165B2 - 液体循環装置および該液体循環装置を備えた電子機器 - Google Patents
液体循環装置および該液体循環装置を備えた電子機器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4386165B2 JP4386165B2 JP2003184607A JP2003184607A JP4386165B2 JP 4386165 B2 JP4386165 B2 JP 4386165B2 JP 2003184607 A JP2003184607 A JP 2003184607A JP 2003184607 A JP2003184607 A JP 2003184607A JP 4386165 B2 JP4386165 B2 JP 4386165B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- path
- plate
- circulation device
- liquid path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Reciprocating Pumps (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子機器において発熱する部品の冷却に用いられる液体循環装置、およびそれを用いた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子機器の高性能化や処理速度の高速化などに伴い、CPU等の電子部品の消費電力はますます増大している。その結果、電子部品の発熱量も大きくなり、こうした電子部品から発生し電子機器内に滞留する熱を効率よく放熱することは、電子機器の動作保証の観点から不可欠な技術になっている。
【0003】
パーソナルコンピュータにおける冷却装置の例として、電磁モータで駆動されるファンによる強制空冷システムが一般的である。今後もさらに冷却能力の向上が予想され、このような状況ではファンによる冷却では限界がある。そこで、最近では、冷却能力の向上のため、ポンプによって液体を循環させることによって冷却効果を向上させるなど、液体を媒介とした水冷式の冷却機構が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2等参照。)。
【0004】
図11に、電子部品などの熱源の冷却に用いられる従来の液体循環装置の概念図を示す。図11において、液体循環装置101は、閉路構造の液路114を構成する液路ユニット110と、液体を循環させる駆動源となるポンプ120とを有する。液路114は、1本の流路で構成され、液路ユニット110の内部に所定の経路を通って形成されている。液路ユニット110は、液路114の経路に従った溝が形成された液路板112を、上板111と下板113とで挟んで構成される。液路ユニット110の側面には、液路114の一端および他端が開口しており、これらにそれぞれポンプ120の排出口120aおよび流入口120bが接続されている。液路114およびポンプ120の内部は冷却用の液体で満たされており、ポンプ120を駆動することによって、液体が液路114内を白抜き矢印方向に循環する。
【0005】
上板111または下板113には、熱源となる部品130が配置される。部品130から発生した熱は、液路ユニット110に伝達する。液路ユニット110の内部では液体が循環しているので、液路ユニット110に伝達した熱は、液体の熱伝達作用を通じて液体循環装置全体に均一に拡散し、結果的に、部品130の熱は効率よく放熱される。
【0006】
特に携帯型の電子機器においては、液路内に液体の流れを発生させるポンプとして、特許文献2にも開示されているように、小型で高い吐出力を発生することができる圧電ポンプが用いられることが多い。圧電ポンプは、内部に圧力室を有するケーシングと、圧力室の一壁を構成する振動子と、それぞれ液路に接続する流入口および排出口と、圧力室と流入口とを連結する流入路と、圧力室と排出口とを連結する排出路とを有する。振動子は、金属などからなる弾性板に圧電素子を貼り合わせたもので、圧電素子を駆動して弾性板を振動させることで、液体に作用させる圧力を圧力室内に発生させる。流入路には、流入路内での液体の流れ方向を、流入口側から圧力室側のみに規制するための流入チェック弁が設けられている。同様に、排出路にも、排出路内での液体の流れ方向を、圧力室側から排出口側のみに規制するための排出チェック弁が設けられている。
【0007】
圧電ポンプによる液体の循環は、以下のようにして行われる。振動子を変位させて圧力室内の容積を拡大すると、圧力室内の圧力が負圧となり、それに伴って流入チェック弁が開いて流入路から圧力室内へ液体が供給される。このとき、排出チェック弁の作用により、排出路からの液体の供給はない。次いで、振動子を逆向きに変位させ、圧力室内の容積を縮小させる。これにより、圧力室内の圧力が上昇し、それに伴って排出チェック弁が開き、圧力室内の液体が排出路から吐出される。このとき、流入チェック弁の作用により、流入路からの液体の吐出はない。以上の動作を繰り返すことで、液路内の液体が一方向に流れ、結果的に、液路内を循環する。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−99356号公報
【特許文献2】
特開2002−232174号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように閉路構造の液路に対して圧電ポンプを用いて液体を循環させた場合、以下に述べるような問題点があった。
【0010】
圧電ポンプは、上述したように、振動子の動作により圧力室内に圧力波を発生させて液体の移動を誘起させるとともに、流入チェック弁および排出チェック弁を交互に開閉することにより液体の流れ方向を規制している。したがって、排出チェック弁が開いているときには流入チェック弁は閉じており、このとき、圧電ポンプの流入口近傍では液路内の液体の流れが制限される。また、流入チェック弁の動作は極めて短時間で行われ、これにより液体の流れが急激に変化するため、圧電ポンプの流入口近傍では液路内に乱流が発生する。
【0011】
以上のことから圧力室への液体の供給が効率よく行われず、液路を単位時間あたりに移動する液体の体積量すなわち流量が小さくなってしまい、結果的に、ポンプ効率が低下してしまう。ポンプ効率の低下は冷却効率の低下を意味する。
【0012】
そこで本発明は、ポンプを用いた液体循環装置において、液路内での液体の循環を効率よく行わせ、液体の流量を増大させることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の液体循環装置は、液体の流入口および排出口を備えるとともに、チェック弁を内部に有し、前記流入口から流入した液体を前記排出口から排出することで液体の流れを発生させるポンプ手段と、
前記ポンプ手段の排出口から排出された液体を循環させて前記流入口へ戻す閉路構造の液路とを有し、
前記液路は、閉じた液路を構成する主液路と、該主液路から分岐して前記流入口と接続される分岐液路と、前記排出口と接続されて前記主液路と合流する合流液路とを有し、
前記合流液路の、前記主液路への合流角度は、合流によって前記主液路の流れを停止させないような角度であることを特徴とする。
【0014】
このように、液路を、主液路、分岐液路、および合流液路に分けることにより、ポンプ手段のチェック弁の作用によりポンプ手段への液体の流入が一時的に停止した場合であっても、液体は主液路を流れ続けることができるので、液体の循環効率が向上し、液体の流量が増大する。ここで、合流液路の主液路への合流角度を適切に設定することによって、主液路の流れが妨げられることはなくなる。
【0015】
本発明の液体循環装置において、分岐液路に、分岐液路よりも断面積が大きい液溜めを設けることが好ましい。これにより、ポンプ手段の動作により分岐液路に発生する液流の乱れが防止される。この効果をより効果的に発揮させるには、液溜めはポンプ手段の流入口との接続部に設けることが好ましい。また、液溜めを、液溜め内の圧力変動によって容積が可変となるように構成することで、上記効果がより効果的に発揮されるとともに、急激な温度変化に伴う液体の膨張および収縮による液路内の圧力変動が抑制される。
【0016】
さらに、本発明の液体循環装置は、連絡路を介して主液路に連絡した第2の液溜めを有していてもよい。このような第2の液溜めを設けることで、液体中に発生した気泡を第2の液溜めに滞留させることが可能となり、液路での圧力損失が低減する。また、連絡路の断面積を主液路の断面積よりも小さくすれば、第2の液溜めを流れる液体の流量が抑制されるので、主液路での液体の流れが確保される。
【0017】
本発明によれば、上述のように液体の循環効率が向上するので、本発明は、発熱する電子部品を備えた電子機器において、電子部品を冷却するための装置として好適に用いられる。本発明の電子機器は、上述した本発明の液体循環装置を有し、電子部品がこの液体循環装置に接触または近接して配置されている。このように、本発明の液体循環装置を電子機器に用いることにより、電子部品が効率よく冷却される。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0019】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による液体循環装置の分解斜視図である。また図2は、図1に示す液体循環装置における液路の平面図である。
【0020】
本実施形態の液体循環装置1は、例えば、電子機器における電子部品の冷却装置として好適に用いることができるものであり、大きく分けて、液路が設けられた液路ユニット10と、液路ユニット10に接続されて、液路内の液体を循環させる圧電ポンプ20とを有する。これら液路ユニット10と圧電ポンプ20とにより、閉路構造の液路が構成され、この液路内には循環すべき液体が充填されている。
【0021】
液路ユニット10は、液路の経路に従った所定のパターンで溝が形成された液路板12の上下面をそれぞれ上板11および下板13で挟んで構成したもので、これにより、液路ユニット10内に液路が形成される。液路ユニット10内に形成される液路は、圧電ポンプ20を経由しない経路を通りそれ自身で閉じた液路を構成する主液路14と、主液路14から分岐して、圧電ポンプ20の流入口20bに対応する位置で液路ユニット10の側面に開口する分岐液路15と、圧電ポンプ20の排出口20aに対応する位置で液路ユニット10の側面に開口し、主液路14と合流する合流液路16とを有する。したがって、分岐液路15は圧電ポンプ20の流入口20bに接続し、合流液路16は圧電ポンプ20の排出口20aに接続し、液路内の液体は図1の白抜き矢印で示す方向に流れ、液路内を循環する。主液路14での液体の流れは、圧電ポンプ20の動作による、分岐液路15からの液体の吸引と、合流液路16への液体の排出によって作り出される。
【0022】
次に、圧電ポンプ20について、図3を参照して説明する。なお、本実施形態では以下に説明する図3に示す構成の圧電ポンプ20を用いているが、圧電ポンプの構成はこれに限定されるものではなく、チェック弁の動作により液体を流入口から吸引し排出口から吐出する構成を有する一般的な圧電ポンプを用いることができる。
【0023】
圧電ポンプ20は、2枚の圧電板21が貼り合わされた振動板22を有する。圧電板21には交流電圧が印加され、圧電板21は、印加される電圧の極性の変化に伴って、振動板22とともに板厚方向に屈曲振動する。圧電板21の両面には、圧電板21に電圧を印加するための電極が形成される。電極としては、金、ニッケル、クロム、銅、銀、銀・パラジウム合金、白金などを用いることができる。圧電板21への電極の形成は、焼成法、スパッタ法、メッキ法、蒸着法、化学気相法など、任意の方法を適用することができる。圧電板21と振動板22との貼り合わせには、エポキシ系、アクリル系、あるいはポリイミド系などの接着剤を用いることができる。
【0024】
振動板22の圧電板21が貼り合わされた面と反対側の面には、各圧電板21の位置と対応する位置がくり抜かれた圧力室板23が接合され、さらにその裏面には上部チェック弁板24が接合され、これによって、圧力室23aが形成される。
【0025】
上部チェック弁板24には、各圧力室23aに対応する位置にそれぞれ、流入チェック弁24aおよび排出孔24bが形成されている。流入チェック弁24aは、上部チェック弁板24に片持ち梁状に支持された部分として形成される。上部チェック弁板24の裏面には、中間チェック弁板25が接合されている。中間チェック弁板25には、流入チェック弁24aに対応する位置に流入孔25aが形成されるとともに、排出孔24bに対応する位置には排出孔25bが形成されている。これにより、流入チェック弁24aは、圧力室23aに圧力が作用しない状態では流入孔25aを塞ぎ、中間チェック弁板25側へは変位できないように構成されている。
【0026】
中間チェック弁板25の裏面には、下部チェック弁板26が接合されている。下部チェック弁板26には、流入孔25aに対応する位置に流入孔26aが形成されるとともに、排出孔25bに対応する位置に排出チェック弁26bが形成されている。排出チェック弁26bも、流入チェック弁24aと同様に、下部チェック弁板26に片持ち梁状に支持された部分として形成される。流入チェック弁24aは、圧力室23aに圧力が作用しない状態では排出孔25bを塞ぎ、中間チェック弁板25側へは変位できないように構成されている。
【0027】
下部チェック弁板26の裏面には流入排出板27が接合されている。流入排出板27には、流入口20bと連通する流入路27b、流入路27bから流入した液体を一時的に貯える補助室27c、および排出口20aと連通する排出路27aが形成されている。補助室27cは、流入孔26a、25a、および流入チェック弁24aを介して圧力室23aと連通している。排出路27aは、排出チェック弁26b、および排出孔25b、24bを介して圧力室23aと連通している。また、排出路27aの一部は、流入排出板27側への排出チェック弁26bの変位を許容する形状となっている。
【0028】
流入排出板27の裏面には弾性板28が接合されている。さらに弾性板28の裏面には、補助室27cに対応する位置に補助室27cとほぼ同形状に形成された中抜き部29aを有する剛性板29が接合されている。
【0029】
以上の構成において、振動板22、圧力室板23、上部チェック弁板24、中間チェック弁板25、下部チェック弁板26、流入排出板27、弾性板28および剛性板29には、それぞれアルミニウムを用い、拡散接合法によりこれらを接合することができる。また、これらの材質として他の金属や樹脂を用いることもできるし、各部材をそれぞれの機能に応じて互いに異なる材質で構成することもできる。圧電板21としては、例えば、ジルコン酸・チタン酸鉛系セラミックス材料を用いることができる。また、圧電板21と振動板22との貼り合せに接着剤を利用可能であることは前述したとおりであるが、振動板22としてジルコニアセラミックスやシリコンを用いれば、圧電板21を印刷焼成法、スパッタ法、ゾルゲル法、化学気相法などにより振動板22に一体形成することも可能である。
【0030】
上述した圧電ポンプ20は、以下のように作動する。
【0031】
まず、圧電板21に所定の極性で電圧を印加し、図示上向きに凸となるように変形させると、それに伴って振動板22も上向きに変形し、圧力室23aの容積が拡大する。これにより流入チェック弁24aが上向きに変位し流入孔25aが開くので、液体は、流入口20b、流入路27b、補助室27c、および流入孔26a,25aを順次通って、圧力室23a内に流入する。このとき、排出チェック弁26bは排出孔25bを塞いだ状態となっているので、排出口20a側からの液体の流入および排出はない。
【0032】
次いで、圧電板21に、上記とは逆極性の電圧を印加し、図示下向きに凸となるように変形させると、それに伴って振動板22も下向きに変形し、圧力室23aの容積が縮小する。これにより排出チェック弁26bが下向きに変位し排出孔24b、24bが開くので、圧力室23a内の液体は、排出路27aを通って排出口20aから排出される。それと同時に、流入チェック弁24aは流入孔24bを塞ぐので、流入口20b側からの液体の流入および排出はない。
【0033】
以上の動作を交互に繰り返すことで、流入口20bからの液体の吸引と排出口20aからの液体の吐出が交互に繰り返され、その結果、図1に示す液路ユニット10の液路内を、液体は白抜き矢印のように循環する。
【0034】
上記の液体の循環動作において、圧電ポンプ20による液体の排出過程中は、極めて短時間ではあるが、流入口20bからの液体の吸引は停止する。ここで、本実施形態では、主液路14から分岐した分岐液路15を有し、この分岐液路15が圧電ポンプ20の流入口20bと接続されているので、流入口20bからの液体の吸引が停止しても、分岐液路15への液体の流入が減少するだけであり、分岐液路15に流入しなかった液体は、主液路14をそのまま流れ続け、合流液路16との合流部で、圧電ポンプ20の排出口20aから排出されて合流液路16を流れている液体と合流する。
【0035】
そのため、従来のように液路内を流れる液体の全てが圧電ポンプ20へ流入する場合と比較して、圧電ポンプ20がどのような動作過程にあるかに拘らず、液路内の液体の流れを妨げることなく、効率よく液体を循環させ、液体の流量を増大させることができる。その結果、液体循環装置1を電子機器の冷却装置として適用した場合は、液路ユニット10に直接、または液路ユニット10の近傍に、発熱する電子部品を配置すれば、その部品の発する熱を効率よく放熱することができる。本実施形態によれば、圧電ポンプ20の能力を十分に発揮できるので、圧電ポンプ20も小型のものでよく、電子機器の中でも特に、携帯型の電子機器、例えばノートブック型のパーソナルコンピュータにも好ましく適用できる。
【0036】
液体循環装置をコンピュータの冷却装置として用いた場合、発熱する電子部品として、代表的にはCPUが挙げられる。つまり、液路ユニット10にCPUを接触させるか、または液路ユニット10をCPUの近傍に配置して液体循環装置1をコンピュータに搭載すれば、CPUの熱を効果的に放熱させることができる。
【0037】
なお、主液路14と合流液路16とが合流する際、図4に示す両者の合流角度θが大きすぎると、合流部での主液路14の流れが妨げられることもあり得る。したがって、より効率のよい流れを確保するためには、主液路14と合流液路16との合流角度θは、合流液路16を流れてきた液体が主液路14に合流することによって少なくとも主液路14での流れを停止させないような角度であることが望ましい。
【0038】
以下に、本実施形態についての具体的な例を説明する。
【0039】
圧電ポンプ20は、以下のように作製した。圧電板21は、ジルコン酸・チタン酸鉛系セラミック材料で構成し、これを長さ15mm、幅15mm、厚さ0.1mmに加工し、その両面に銀電極を焼成法により形成した。圧電ポンプ20を構成する圧電板21以外の各部材は、アルミニウム板で形成し、これらを以下に示す寸法に加工し、拡散接合法により一体化した。圧電板21と振動板22との接合は、エポキシ系接着剤によって行った。
【0040】
振動板22の寸法は、長さ50mm、幅50mm、厚さ0.05mmとした。圧力室板23の寸法は、長さ50mm、幅50mm、厚さ0.2mmとし、これに、長さ15mm、幅15mmの圧力室23aを形成した。上部チェック弁板24の寸法は、長さ50mm、幅50mm、厚さ0.5mmとし、これに、長さ10mm、幅6mmの流入チェック弁24aおよび直径5mmの排出孔24bを形成した。中間チェック弁板25の寸法は、長さ50mm、幅50mm、厚さ0.2mmとし、これにそれぞれ直径5mmの流入孔25aおよび排出孔25bを形成した。下部チェック弁板26の寸法は、長さ50mm、幅50mm、厚さ0.1mmとし、これに、直径0.5mmの流入孔26a、および長さ10mm、幅6mmの排出チェック弁26bを形成した。流入排出板27の寸法は、長さ50mm、幅50mm、厚さ0.4mmとし、これに所定のパターンで排出路27a、流入路27b、および補助室27cを形成した。弾性板28の寸法は、長さ50mm、幅50mm、厚さ0.1mmとした。剛性板29の寸法は、長さ50mm、幅50mm、厚さ1mmとした。以上の各部材を接合し、総厚2.55mmの薄型の圧電ポンプ20とした。
【0041】
一方、液路ユニット10は、以下のように構成した。上板11には、長さ200mm、幅150mm、厚さ1mmのアルミニウム合金を用いた。液路板12には、上板11と同寸法のアルミニウム合金を用い、これにプレス加工によって主液路14、分岐液路15および合流液路16を形成した。主液路14は、液路幅を10mm、液路全長を200mmとした。分岐液路15および合流液路16はそれぞれ、液路幅を10mm、長さを30mmとした。上板11と液路板12とを、シリカガラス系ろう材を用いて接合した。下板13としては、液路内での液体の流れを目視で観察できるようにするために、上板11と同寸法の透明のアクリル板を用い、エポキシ系接着剤によって液路板12と接合した。なお、液路内での液体の流れの状態を確認する必要がない場合は、下板13を上板11と同じ材質で構成しても、流れの特性には影響はない。
【0042】
そして、液路ユニット10の液路に不凍液を充填し、さらに、圧電ポンプ20を、アルミ合金製コネクタを用いて液路ユニット10に接合した。
【0043】
以上のようにして液体循環装置を構成し、圧電板21に、50V、200Hzの交流電圧を印加して圧電ポンプ20を駆動し、液路ユニット10内の液体を循環させた。液路ユニット10内の液体の流量を測定したところ、30ml/minであった。また、下板13側から液体の流れを観察したところ、図1、2に示す白抜き矢印の方向に液体が流れるのが確認できた。
【0044】
本実施形態の効果を確認するため、比較例として、図11に示した従来の構成の液体循環装置を作製し、その流量を測定した。この比較例の液体循環装置は、液路ユニット中の液路を、液路幅10mm、液路全長を200mmとしたこと以外は、上述した本例の液体循環装置と同じであり、また、駆動条件も同じにした。比較例における流量は、10ml/minであった。すなわち、本実施形態により、従来と比較して3倍の流量が得られた。
【0045】
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態による液路ユニットの分解斜視図である。本実施形態でも、液路ユニット30内での液体の循環は圧電ポンプ(不図示)によって行われるが、圧電ポンプは第1の実施形態で説明したものと同様のものを使用できるので、ここでは圧電ポンプについての説明は省略し、液路ユニット30の構成を中心に説明する。
【0046】
本実施形態の液路ユニット30も、第1の実施形態と同様に、液路の経路に従った所定のパターンで溝が形成された液路板32の上下面をそれぞれ上板31および下板33で挟むことによって、液路を形成している。
【0047】
液路は、第1の実施形態と同様に、それ自身で閉液路を構成する主液路34と、主液路34から分岐して不図示の圧電ポンプの流入口に対応する位置で液路ユニット30の側面に開口する分岐液路35と、圧電ポンプの排出口に対応する位置で液路ユニット30の側面に開口し、主液路34と合流する合流液路36とを有する。
【0048】
本実施形態ではさらに、分岐液路35の、圧電ポンプの流入口との接続部に、分岐液路35よりも断面積の大きい領域として形成された貯液部37を有する。これにより、分岐液路35に流入した液体は、貯液部37に一旦保持された後、圧電ポンプに吸引される。液体が貯液部37に保持されることによって、液体の流れが静流化する。その結果、圧電ポンプの液体排出過程における、分岐液路35からの液体の流入が停止されることによる分岐液路35での液体の流れの乱れといった、圧電ポンプへの液体の流入を妨げる圧力変動を防止することができる。したがって、効率よく圧電ポンプへ液体を流入させ、ポンプ効率を向上させることができる。
【0049】
本実施形態の具体的な例を以下に示す。
【0050】
ここでは、貯液部37の寸法を、幅30mm、長さ30mm、深さ1mmとして分岐液路35に形成したこと以外は第1の実施形態と同様に液体循環装置を作製し、第1の実施形態と同じ条件で液体を循環させた。流量を測定したところ、50ml/minであった。すなわち、前述した比較例と比べて5倍の流量が得られた。
【0051】
(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施形態による液路ユニットの分解斜視図である。本実施形態は、上述した第2の実施形態をさらに発展させ、貯液部47にバッファ的な機能を持たせたものである。すなわち、本実施形態では、貯液部47に対応する上板41の部分を、貯液部47内の圧力変動によって変形可能な程度に剛性を低くした薄肉部41aとして形成し、この薄肉部41aにおいて、上板41を変形可能な構造とている。より詳しくは、図7の断面図に示すように、上板41の上面を、貯液部47の上方の領域で部分的に除去することで薄肉部41aを形成している。その他、液路ユニット40が上板41、液路板42および下板43で構成されること、液路が主液路44、分岐液路45および合流液路46を有することなどは第2の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【0052】
このように、変形可能な薄肉部41aを形成することによって、貯液部47内の圧力変動に伴って貯液部47の容積が変化し、その結果、貯液部47における液体の流れの静流効果をより向上させることができる。また、変形可能な薄肉部41aを形成することによって、液路ユニット40の急激な温度変化に伴う液体の膨張および収縮による液路内の圧力変動をも抑制することができ、結果的に、急激な温度変化による液路ユニット40の破壊、さらには圧電ポンプ(不図示)も含めた液体循環装置全体の破壊を防止することができる。
【0053】
図6および図7では、上板41の一部を、貯液部47の形状に合致させて薄肉部41aとした例を示したが、その他にも、例えば図8および図9に示すように、貯液部57の輪郭に沿って上板51に薄肉部51aを形成し、薄肉部51aで囲まれた領域全体が変位する構成とすることによって、貯液部57にバッファ的機能を持たせることもできる。この場合は、薄肉部51aで囲まれた上板51の部分の重量が貯液部57に作用するので、より安定した流れを形成することができる。
【0054】
なお本実施形態では、上板の一部に薄肉部を設けることによって貯液部の容積を可変とする構造を示したが、上板にではなく下板に対して薄肉部を設けた構成としてもよいし、上板および下板の両方に薄肉部を設けた構成としてもよい。また、構造的にではなく、上板および下板のうち変形させたい部材または部分の材質を、他の部材または部分よりも剛性が低く、貯液部内の圧力変動によって変形可能な材質で構成してもよい。
【0055】
本実施形態の具体的な例を以下に示す。
【0056】
ここでは、図6に示すような薄肉部41aを、化学的エッチング法により、幅30mm、長さ30mm、厚さ0.5mmの寸法で、上板41の貯液部47と対応する位置に形成したこと以外は第2の実施形態と同様にして液体循環装置を作製し、第2の実施形態と同じ条件で液体を循環させた。流量を測定したところ、60ml/minであった。これは、前述した比較例に対して6倍の流量である。
【0057】
さらに、図8に示すような薄肉部51aを、貯液部57の輪郭に沿って、幅2mm、厚さ0.5mmの寸法で形成したこと以外は第2の実施形態と同様にして液体循環装置を作製し、第2の実施形態と同じ条件で液体を循環させた。流量を測定したところ、55ml/minであった。これは前述した比較例に対して5.5倍の流量である。
【0058】
(第4の実施形態)
図10は、本発明の第4の実施形態による液路ユニットの分解斜視図である。本実施形態でも、液路ユニット60内での液体の循環は圧電ポンプ(不図示)によって行われるが、圧電ポンプは第1の実施形態で説明したものと同様のものを使用できるので、ここでは圧電ポンプについての説明は省略し、液路ユニット60の構成を中心に説明する。
【0059】
本実施形態の液路ユニット60も、第1の実施形態と同様に、液路の経路に従った所定のパターンで溝が形成された液路板62の上下面をそれぞれ上板61および下板63で挟むことによって、液路を形成している。本実施形態と第1の実施形態との違いは、2つの連絡路69を介して主液路64に連絡する貯液部68が設けられている点である。その他は第1の実施形態と同様に構成することができる。
【0060】
このように、主液路64を流れる液体を保持する貯液部68を設けることによって、急激な温度変化による液体の膨張および収縮による液路内の圧力変動を低減することができる。この効果は、貯液部68を、連絡路69を介して主液路64と連絡するのではなく、主液路64の断面積を部分的に大きくした部分として形成しても得ることができる。なお、本実施形態の貯液部68に対しても、第3の実施形態と同様に、貯液部68の容積を可変とすることのできる構成を適用すれば、第3の実施形態と同様の効果が得られる。
【0061】
また、貯液部68は、連絡路69を介して主液路64と連通しているので、貯液部68を流れる液体の流量を、主液路64を流れる液体の流量よりも少なくすることができる。このことにより、液体中に発生する気泡を貯液部68に滞留させることが可能となるため、液路での圧力損失を低減し、結果的に、ポンプの圧力伝達効率を向上させることができる。さらに、貯液部68に滞留した気泡は、温度変化による液体の体積収縮に対するダンパーとして利用することもできる。これにより、液路ユニット60の構造強度を保つことができ、耐久性が向上する。
【0062】
ここで、連絡路69の断面積を主液路64の断面積よりも小さくし、貯液部68での音響インピーダンスを高めることによって、貯液部68を流れる液体の流量を極小にすることができる。これにより、主液路64の液体の流れを妨げることなく主液路64での液体の流れを確保することができる。
【0063】
本実施形態では一つの貯液部68を設けた例を示したが、主液路64に複数の貯液部68を設けてもよい。また、第2の実施形態で示した構成、すなわち分岐液路に対して貯液部を設けた構成を付加したり、さらにその貯液部に対して、第3の実施形態で示した構成を付加した構成としてもよく、これにより、それぞれの構成の相乗効果が得られる。
【0064】
本実施形態の具体的な例を以下に示す。
【0065】
ここでは、図6に示したのと同様に液路板62に貯液部を形成するとともに上板61に薄肉部を形成し、さらに、図10に示す貯液部68および連絡路69を液路板62に形成したこと以外は第1の実施形態と同様にして液体循環装置を作製し、第1の実施形態と同じ条件で液体を循環させた。分岐液路に設ける貯液部の寸法は、幅30mm、長さ30mm、深さ1mmとした。上板61に設ける薄肉部の寸法は、幅30mm、長さ30mm、厚さ0.5mmとした。主液路64に連絡する貯液部68の寸法は、幅20mm、長さ20mm、深さ1mmとした。連絡路69の寸法は、幅1mmとした。
【0066】
流量を測定したところ、70ml/minであった。これは、前述した比較例に対して7倍の流量である。また、アクリル板で構成した下板63側から液体の流れを観察したところ、貯液部68に気泡が滞留していることが確認できた。
【0067】
以上、本発明の好ましい実施形態について幾つかの例を挙げて説明した。上述した各実施形態では液路を3枚の板部材を積層した構造体中に形成したが、液路は、これに限らず配管(チューブ)で構成してもよい。また、液路の経路についても前述した各実施形態で示した経路に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更することができる。さらに、液路に付加的に設けられる各種構造(貯液部など)の配置や形状なども、必要に応じて自由に変更することができる。
【0068】
液路中に液体の流れを生じさせる駆動源として、上述した各実施形態では圧電ポンプを例に挙げたが、駆動源は圧電ポンプに限定されるものではなく、チェック弁により液体の流れの方向を規制する構成を有する種々のポンプであっても同様の効果が得られる。ただし、圧電ポンプは、非常に小型に構成できるので、小型の液体循環装置とするためには圧電ポンプを用いるのが好ましい。
【0069】
さらに、本発明は電子機器における冷却装置として好適に用いられるものであるが、本発明は、液体を循環させる種々の装置に広く適用することができる。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、主液路から分岐してポンプに接続する分岐液路を設けることで、液体を効率よく循環させ、液体の流量を増大させることができる。また、分岐液路に液溜めを設けることで、分岐液路に発生する液流の乱れを防止することができ、より効果的に液体の循環効率を向上させることができるし、この液溜めを容積が可変となるように構成することで、急激な温度変化に伴う液体の膨張および収縮による液路内の圧力変動を抑制することができる。さらに、連絡路を介して主液路に連絡する第2の液溜めを設けることで、液体中に発生した気泡を第2の液溜め内に滞留させることができる。これにより、液路での圧力損失を低減し、結果的に、ポンプの圧力伝達効率を向上させることができる。
【0071】
以上のことにより、本発明の液体循環装置を電子機器の冷却装置として用いることにより、発熱する電子部品を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による液体循環装置の分解斜視図である。
【図2】図1に示す液体循環装置における液路の平面図である。
【図3】図1に示す圧電ポンプの分解斜視図である。
【図4】図2に示す液路の、主液路と合流液路との合流部を拡大して示す図である。
【図5】本発明の第2の実施形態による液路ユニットの分解斜視図である。
【図6】本発明の第3の実施形態による液路ユニットの一例の分解斜視図である。
【図7】図6に示す上板の、薄肉部での断面図である。
【図8】本発明の第3の実施形態による液路ユニットの他の例の分解斜視図である。
【図9】図8に示す上板の、薄肉部での断面図である。
【図10】本発明の第4の実施形態による液路ユニットの分解斜視図である。
【図11】電子部品などの熱源の冷却に用いられる従来の液体循環装置の概念図である。
【符号の説明】
1 液体循環装置
10,30,40,60 液路ユニット
11,31,41,51,61 上板
12,32,42,62 流路板
13,33,43,63 下板
14,34,44,64 主液路
15,35,45 分岐液路
16,36,46 合流液路
20 圧電ポンプ
20a 排出口
20b 流入口
21 圧電板
22 振動板
23 圧力室板
24 上部チェック弁板
24a 流入チェック弁
25 中間チェック弁板
26 下部チェック弁板
26b 排出チェック弁
27 流入排出板
28 弾性板
29 剛性板
37,47,57,68 貯液部
41a,51a 薄肉部
69 連絡路
Claims (8)
- 液体の流入口および排出口を備えるとともに、チェック弁を内部に有し、前記流入口から流入した液体を前記排出口から排出することで液体の流れを発生させるポンプ手段と、
前記ポンプ手段の排出口から排出された液体を循環させて前記流入口へ戻す閉路構造の液路とを有し、
前記液路は、閉じた液路を構成する主液路と、該主液路から分岐して前記流入口と接続される分岐液路と、前記排出口と接続されて前記主液路と合流する合流液路とを有し、
前記合流液路の、前記主液路への合流角度は、合流によって前記主液路の流れを停止させないような角度である、液体循環装置。 - 前記分岐液路に、前記分岐液路よりも断面積が大きい液溜めが設けられている、請求項1に記載の液体循環装置。
- 前記液溜めは前記流入口との接続部に設けられている請求項2に記載の液体循環装置。
- 前記液溜めは、前記液溜め内の圧力変動によって容積が可変に設けられている請求項2または3に記載の液体循環装置。
- 少なくとも一つの連絡路を介して前記主液路に連絡した第2の液溜めを有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の液体循環装置。
- 前記連絡路の断面積は前記主液路の断面積よりも小さい、請求項5に記載の液体循環装置。
- 前記ポンプ手段は圧電ポンプである請求項1ないし6のいずれか1項に記載の液体循環装置。
- 発熱する電子部品を備えた電子機器であって、
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の液体循環装置を有し、
前記電子部品が前記液体循環装置に接触または近接して配置されている電子機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003184607A JP4386165B2 (ja) | 2003-06-27 | 2003-06-27 | 液体循環装置および該液体循環装置を備えた電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003184607A JP4386165B2 (ja) | 2003-06-27 | 2003-06-27 | 液体循環装置および該液体循環装置を備えた電子機器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005016467A JP2005016467A (ja) | 2005-01-20 |
JP4386165B2 true JP4386165B2 (ja) | 2009-12-16 |
Family
ID=34184316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003184607A Expired - Lifetime JP4386165B2 (ja) | 2003-06-27 | 2003-06-27 | 液体循環装置および該液体循環装置を備えた電子機器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4386165B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6089394B2 (ja) * | 2011-11-18 | 2017-03-08 | セイコーエプソン株式会社 | 液体循環装置および電子機器 |
CN105508209B (zh) * | 2016-03-04 | 2017-07-25 | 青岛农业大学 | 大流量阻流体无阀压电泵 |
JP7130434B2 (ja) * | 2018-05-24 | 2022-09-05 | 三井化学株式会社 | 冷却ジャケット |
CN111863748B (zh) * | 2020-08-17 | 2022-02-15 | 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) | 一体化微型冷却器及冷却系统 |
-
2003
- 2003-06-27 JP JP2003184607A patent/JP4386165B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005016467A (ja) | 2005-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8678787B2 (en) | Piezoelectric micro-blower | |
WO2005012729A1 (ja) | ダイヤフラムポンプおよび該ダイヤフラムポンプを備えた冷却システム | |
JP4529915B2 (ja) | 圧電ポンプおよびこれを用いた冷却装置 | |
JP4629145B2 (ja) | 冷却システム、及び携帯機器 | |
JP5287854B2 (ja) | 圧電マイクロブロア | |
US20050089415A1 (en) | Diaphragm air pump | |
WO2004017698A1 (ja) | 電子機器の冷却装置 | |
JPWO2009050990A1 (ja) | 圧電マイクロブロア | |
US20080223552A1 (en) | Liquid cooling system | |
TW200850137A (en) | Cooling system | |
WO2007111049A1 (ja) | マイクロポンプ | |
JP4386165B2 (ja) | 液体循環装置および該液体循環装置を備えた電子機器 | |
JP2010242501A (ja) | 圧電ポンプ | |
JP4957501B2 (ja) | 圧電マイクロブロア | |
JP3767605B2 (ja) | 流体輸送システム | |
JP4383207B2 (ja) | 流体ポンプ | |
JP2006191123A (ja) | 圧電ファンおよびこれを用いた冷却装置、その駆動方法 | |
JP4365564B2 (ja) | 小型ポンプ | |
JP5003154B2 (ja) | 圧電ポンプ | |
TWI709209B (zh) | 液體散熱模組 | |
KR100829930B1 (ko) | 압전펌프 | |
JP4193848B2 (ja) | 冷却装置および電子機器 | |
JP2002202061A (ja) | 小型ポンプ及び冷却システム | |
WO2007000905A1 (ja) | マイクロポンプおよびマイクロポンプシステム | |
JP2009026950A (ja) | 液冷システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20050124 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050124 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060202 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060516 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081225 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090422 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090619 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090722 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090814 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090909 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090922 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121009 Year of fee payment: 3 |