JP4653444B2

JP4653444B2 - 冷却用流体ポンプ、冷却装置及び電気機器

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Publication number: JP4653444B2
Application number: JP2004250871A
Authority: JP
Inventors: 克也世古; 賢一伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: US20060120863A1; CN100460687C; JP2006063962A; CN1743679A; US7217086B2

Description

本発明は、ケーシングの外面に冷却対象物を接触させることにより前記冷却対象物を冷却する冷却用流体ポンプ及び前記冷却用ポンプを有する冷却装置並びに電気機器に関する。

流体ポンプは、内部にポンプ室を有するケーシング、前記ケーシングに設けられた吸込口及び吐出口、前記ポンプ室内に回転可能に配置されポンプ羽根やポンプ溝を有するインペラを備えて構成されている。前記インペラの回転に伴い吸込口からポンプ室内に吸い込まれた液体は、前記ポンプ室内のうち前記インペラの周囲部に形成される流体通路を流通し、前記吐出口から吐出される。前記流体通路のうち吸込口と吐出口との間の領域には凸部が設けられており、前記凸部によって前記流体通路内を流通する液体が加圧されるようになっている。
特開２００１−１２３９７８号公報特開２００１−１３２６７７号公報

ところで、電気機器例えばパーソナルコンピュータの発熱部材であるＣＰＵの冷却装置に前記流体ポンプを用いる場合、ＣＰＵは熱拡散板を介して流体ポンプのケーシングに取り付けられる。このような構成により、ＣＰＵで発生した熱は熱拡散板を介してケーシングに伝達され、流体通路（ポンプ室）を流通する液体との間で熱交換する。
従って、発熱部材を効率良く冷却するためには、前記発熱部材や熱拡散板等の冷却対象物と、流体ポンプの流体通路を流通する液体との間の熱交換効率を上げる必要があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却対象物との熱交換効率の向上を図った冷却用流体ポンプ及び冷却装置並びに電気機器を提供することである。

本発明の冷却用流体ポンプは、内部に円筒状のポンプ室を有するケーシングと、ポンプ羽根を有し前記ポンプ室内に回転可能に設けられたインペラと、前記ポンプ室内のうち前記インペラの周囲部に形成され前記インペラの回転に伴い流体が流通する流体通路と、前記ケーシングに設けられ前記インペラの回転に伴い前記流体通路内の流体を吐出する吐出口及び流体を前記流体通路内に吸入する吸入口と、前記ポンプ室の内面のうち前記インペラの軸方向端面と対向する部分に設けられ前記吐出口から吐出される流体と前記吸入口から吸入される流体を分離すると共に前記流体通路内を流通する流体を加圧する凸部と、前記ケーシングの外面のうち前記凸部と重なる部位に設けられた受熱部とを有することを特徴とする。

上記構成によれば、冷却対象物を受熱部に直接的或いは間接的に接触させることにより、冷却対象物の熱は受熱部に伝達され、流体通路を流通する流体との間で熱交換される。この場合、流体通路のうち凸部が位置する部分は、その他の部分に比べて流体通路の断面積が小さい。このため、流体通路のうち凸部が位置する部分を通過する流体の流速は、その他の部分を通過するときよりも速くなる。従って、凸部と重なるように受熱部を設けることにより、前記受熱部に伝達された冷却対象物の熱は、流体通路を流通する流体によって効率良く奪われる。

また、本発明の冷却装置は、上記構成の冷却用流体ポンプを用いて構成されたものである。更に、本発明の電気機器は、上記構成の冷却用流体ポンプを備えた冷却装置を用いて構成されたものである。従って、本発明の冷却装置及び電気機器においても、上記冷却用流体ポンプと同様の作用が得られる。

本発明は、冷却用流体ポンプのケーシングの外面のうち凸部に重なる部位に受熱部を設け、前記受熱部に冷却対象物を接触させるように構成したことにより、前記冷却対象物と流体通路を流れる液体との熱交換効率を向上することができる。

以下、本発明の第１の実施例について図１ないし図５を参照しながら説明する。
まず、図１ないし図４に基づき本実施例に係る冷却用流体ポンプの構成について説明する。流体ポンプ１は内部にポンプ室２を有する略矩形箱状のケーシング３を備えている。前記ケーシング３は、ケース本体４に受熱板５及び底板６を複数本の締結部材、例えばリベット７で連結することにより構成されている。尚、図２及び図３ではリベット７の図示を省略している。

前記ポンプ室２は、ケース本体４に形成された円形状の凹部８を前記受熱板５で塞ぐことにより構成される。受熱板５は、ケース本体４に前記受熱板５を取り付けたとき前記凹部８内に嵌合する環状凸部９を有している。また、受熱板５のうち環状凸部９の内部には凸部１０が設けられている。前記凸部１０は、環状凸部９の内周面から前記ポンプ室２の中心部を越える部位まで延びるように構成されている。前記凸部１０のうち環状凸部９の内周面からポンプ室２の中心付近に至る部分は略同じ幅寸法に構成され、ポンプ室２の中心付近を越える部分は先細状に構成されている。また、前記凸部１０の側部は滑らかな斜面１１となっている。

前記受熱板５は１枚の金属板から一体的に構成され、前記凸部１０の形成面とは反対側の面が受熱面５ａとされている。また、受熱板５の受熱面５ａのうち特に前記凸部１０に対応する領域は受熱部５ｂとされている。前記受熱部５ｂは、その中心がポンプ室２の中心よりも外周に位置するように設けられている。尚、本実施例では、受熱部５ｂの中心がケーシング３の中心付近に位置するように、ポンプ室２の中心がケーシング３の中心から径方向にずれるように構成されている。

前記ポンプ室２にはインペラ１２が回転可能に配設されている。前記インペラ１２の回転軸１３はポンプ室２の中心部に位置しており、ケース本体４及び受熱板５のそれぞれに設けられた軸受部１４，１５に支持されている。
前記ケース本体４には、前記ポンプ室２から前記ケース本体４の一側面に向かって延びる吸入口１６及び吐出口１７が設けられている。吸入口１６及び吐出口１７は、ケース本体４のうち受熱板５側の内部に設けられている。前記ケース本体４の一側面における吸入口１６及び吐出口１７の開口部には筒状をなす吸入口体１８及び吐出口体１９がそれぞれ連結されている。これら吸入口体１８及び吐出口体１９はケース本体４の一側面に対して略垂直に設けられている。

ケース本体４の凹部８の内周面のうち吸入口１６と吐出口１７との間には凸部２０が設けられている。前記凸部１０は、ケース本体４に受熱板５を取り付けたときに前記凸部２０の上部に位置するように構成されている。
ケース本体４の下面にはステータ収容部２１が形成されている。前記ステータ収容部２１は前記凹部８の中央部に位置し且つ前記凹部８内に入り込むように形成されている。このような構成により、前記ポンプ室２は、ステータ収容部２１の周囲部及びステータ収容部２１の受熱板５側の端面と受熱板５との間に形成される。このようなポンプ室２の形状に対応して前記インペラ１２は円板部１２ａと円板部１２ａの外周部に位置する円筒部１２ｂとから構成される。円板部１２ａと円筒部１２ｂとに囲まれた部分に前記ステータ収容部２１は位置する。

インペラ１２の前記円板部１２ａは、その外周縁部が円弧面状に構成されている。また、前記円板部１２ａの上面には放射状に延びる多数本のポンプ羽根２２が設けられている。各ポンプ羽根２２は、インペラ１２の回転に伴い凸部１０，２０と対向する。
インペラ１２の前記円筒部１２ｂの内周部にはリング状のロータヨーク２３が固定されており、前記ロータヨーク２３の内周部にはリング状のロータマグネット２４が固定されている。前記ロータマグネット２４は、Ｎ，Ｓ極が周方向に交互に現れるように例えば８極に着磁されている。

ステータ収容部２１にはステータ２５が収容されている。ステータ２５は複数のティース２６を有するステータコア２７と前記ティース２６に巻回されたコイル２８とから構成されている。前記ステータ収容部２１の中央部には取付突部２９が設けられており、ステータコア２７は前記取付突部２９に固定されている。
前記ティース２６の外周面はステータ収容部２１の周壁部２１ａを挟んで前記ロータマグネット２４の内周面と径方向に対向している。本実施例では、インペラ１２、ロータヨーク２３、ロータマグネット２４からロータ３０が構成され、前記ロータ３０及びステータ２５からモータ３１が構成される。尚、ケース本体４の下面のうちステータ収容部２１に隣接する部分にはモータ３１の制御回路（図示せず）を収容する収容凹部３２が形成されている。ステータ収容部２１及び収容凹部３２は、ケース本体４の下面に取り付けられる底板６によって塞がれるようになっている。

図５は上記構成の流体ポンプ１を用いて構成された冷却装置３５の一例を示すものである。図５に示すように、冷却装置３５は流体ポンプ１及び放熱部４１から構成されている。放熱部４１は、ファンケース４２とカバー４３とを組み合わせて構成されたユニットケース４４を有している。ファンケース４２内の上下部には、多数の放熱フィン４５（放熱部材に相当）及びファン４６がそれぞれ設けられている。前記ファン４６はファンモータ（図示せず）を内蔵している。また、ファンケース４２内にはＵ字状をなす流通管４７が設けられている。前記流通管４７は各放熱フィン４５を貫通している。前記流通管４７の一端部は流体ポンプ１の吸入口体１８に接続されており、他端部は吐出口体１９に接続されている。

前記流通管４７及び流体ポンプ１のポンプ室２の内部には、冷却用の液体が封入されている。ポンプ室２内の液体は、主に、インペラ１２の円板部１２ａ及び円筒部１２ｂの外面とポンプ室２の内面との間の空間を流通する。以下、ポンプ室２内のうち主に液体が流通する空間を液体通路Ｐと称する。
ファンケース４２及びカバー４３のうちファン４６に対応する部分には円形状の吸気口４８が形成されている。また、ファンケース４２の上部は開放されていて、排気口４９が形成されている。

次に、上記冷却装置３５を用いて冷却対象物を冷却するときの作用について説明する。ここでは、冷却対象物として熱拡散板を備えた発熱部品を例に挙げて説明する。前記熱拡散板は、発熱部品の熱を拡散させるために前記発熱部品に取り付けられるものであり、前記発熱部品との接触領域を含む領域が高温となる。そこで、前記発熱部品は熱拡散板を介して流体ポンプ１の受熱面５ａに取り付けられる。このとき、熱拡散板の高温領域が受熱部５ｂとほぼ重なるように、前記熱拡散板は受熱面５ａに接触される。図５に、流体ポンプ１の受熱面５ａに取り付けられた熱拡散板５０及びその高温領域Ｓを二点鎖線で示す。

さて、流体ポンプ１のコイル２８に通電することにより回転磁界を生成し、インペラ１２（ロータ３０）を矢印Ａ方向（図２及び図３参照）に回転させる。すると、ポンプ室２内の液体はインペラ１２の送液作用により液体通路Ｐ内を流通する。このとき、液体通路Ｐのうち凸部１０，２０よりも吐出口１７側を流通する液体の一部はポンプ羽根２２に押されて凸部１０，２０に衝突する。これにより、液体は加圧されて流速が速められ、吐出口１７から吐出口体１９を経て流通管４７に吐出される。また、一部の液体は、凸部１０，２０とポンプ羽根２２との間を通過し、液体通路Ｐ内を循環する。一方、液体通路Ｐのうち凸部１０，２０よりも吸入口１６側の部分はポンプ羽根２２の通過に伴い負圧となるため、流通管４７内の液体が吸入口体１８を経て吸入口１６から流入する。つまり、ポンプ室２内の液体は液体通路Ｐ内を循環しつつ、吐出口１７及び吸入口１６から出入りすることにより液体通路Ｐ及び流通管４７の間を循環する。

このとき、発熱部品で発生し熱拡散板５０に伝達された熱は受熱板５を介して液体通路Ｐを流通する液体に奪われる。この場合、熱拡散板５０は、その高温領域Ｓと受熱部５ｂとが重なるように受熱面５ａに取り付けられ、前記受熱部５ｂは受熱面５ａのうち凸部１０に対応する部分に設けられている。従って、受熱板５に伝達された熱は、主に、液体通路Ｐのうち凸部１０，２０とポンプ羽根２２との間を通過する液体に奪われる。液体通路Ｐのうち凸部１０，２０とポンプ羽根２２との間は、その他の部分に比べて断面積が小さく、液体の流速が速くなる。このため、発熱部品及び熱拡散板５０の熱は、液体通路Ｐを通過する液体との間で効率良く熱交換される。

一方、放熱部４１では、ファンモータによりファン４６が回転駆動されると、図５に矢印Ｂで示すように、前記ファン４６の送風作用によりユニットケース４４の周辺空気が吸気口４８からユニットケース４４内に吸入される。また、ユニットケース４４内の空気が、各放熱フィン４５間を通って排気口４９から排出される。従って、発熱部品及び熱拡散板５０の熱を奪って温度上昇した液体通路Ｐ内の液体は、吐出口１７から流通管４７内に吐出され、流通管４７を流通する過程で放熱フィン４５を通して放熱し、冷却されて吸入口１６から液体通路Ｐ内に戻される。このようにして、発熱部品及び熱拡散板５０は冷却される。

上記実施例によれば次の効果を奏する。
受熱板５に圧力発生用の凸部１０を一体的に設け、受熱板５の受熱面５ａのうち前記凸部１０と対応する部分に受熱部５ｂを設けた。そして、熱拡散板５０ａの高温領域Ｓが受熱部５ｂと重なるように前記熱拡散板５０ａを受熱面５ａに接触させた。このため、受熱板５を介した熱拡散板５０ａと液体通路Ｐ内の液体との熱交換効率が向上し、冷却対象物（発熱部品及び熱拡散板５０）を効率良く冷却することができる。

受熱板５をケース本体４とは別体に構成したため、適宜の熱伝導率を有する金属材料から受熱板５を構成することにより冷却対象物の発熱量に応じた冷却性能を有する流体ポンプ１及び冷却装置３５を構成することができる。また、種々の冷却性能を有する流体ポンプ１及び冷却装置３５を製造するに当たって、受熱板５以外の部品の共通化を図ることができる。

凸部１０を、ポンプ室２の内周面からインペラ１２の回転中心を越える部位まで延びるように構成した。このように、凸部１０を大きくすることにより、液体通路Ｐ内のうち流速が速くなる領域を大きくできため、熱交換効率の向上を図ることができる。
凸部１０の側部を滑らかな斜面１１とした。このため、液体通路Ｐを流通する液体が前記凸部１０と衝突する際の衝撃を和らげることができる。特に、凸部１０のうち吐出口１７側の側部では、インペラ１２の回転に伴いポンプ羽根２２に押された液体が凸部１０に強く衝突するが、斜面１１を設けたことにより衝撃に伴う振動や騒音の発生を抑えることができる。

インペラ１２の外周縁部を円弧面状に構成した。このような構成により、ポンプ室２内の液体は、インペラ１２の円板部１２ａと受熱板５の間だけでなく円筒部１２ｂと凹部８の内周面との間をも流通し易くなり、液体通路Ｐ内の液体を吐出口１７から効率良く吐出させることができる。
ところで、インペラ１２の回転中心付近ではポンプ羽根２２が密集しており、殆ど液体が流通しない。また、インペラ１２の回転中心よりも外周のほうが液体通路Ｐを流通する液体の流速が速い。そこで、受熱部５ｂの中心をポンプ室２の中心、即ちインペラ１２の回転中心よりも外周に位置させた。このような構成により、受熱部５ｂを介した発熱部品及び熱拡散板５０と液体通路Ｐ内の液体との熱交換効率をより一層向上することができる。

図６は、本発明を電気機器としてのノート型パーソナルコンピュータに適用した第２の実施例を示すものである。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付している。図６に示すように、前記パーソナルコンピュータ５１は、本体ケース５２と、この本体ケース５２に回動可能に設けられた蓋ケース５３とを備えている。前記本体ケース５２の上面部にはキーボード（図示せず）が設けられている。また、蓋ケース５３のうち本体ケース５２の上面部と対向する面には液晶表示部（図示せず）が設けられている。前記蓋ケース５３の内部のうち前記液晶表示部の後面には放熱板５４（放熱部材に相当）が配置されている。前記放熱板５４には冷却用の液体が封入された流通管５５が設けられており、前記流通管５５の両端部には入口５５ａ及び出口５５ｂが設けられている。

前記本体ケース５２の内部には冷却対象物であるＣＰＵ５８（発熱部品に相当）が配置されており、前記ＣＰＵ５８の上に流体ポンプ１が配置されている。具体的には、ＣＰＵ５８の上面は流体ポンプ１のケーシング３の受熱面５ａの受熱部５ｂ（図２及び図３参照）に接触している。
また、前記流体ポンプ１の吐出口体１９は接続チューブ５６を介して前記流通管５５の入口５５ａに接続され、流体ポンプ１の吸入口体１８は接続チューブ５７を介して前記出口５５ｂに接続されている。

流体ポンプ１のポンプ室２内及び流通管５５内には、冷却用の液体が封入されており、インペラ１２の回転に伴い前記液体はポンプ室２（液体通路Ｐ）内及び流通管５５内を循環する。本実施例では、流体ポンプ１、放熱板５４、流通管５５、接続チューブ５６，５７から冷却装置３５が構成される。
上記構成においては、ＣＰＵ５８で発生した熱は受熱部５ｂを介して液体通路Ｐを通過する液体に奪われる。また、ＣＰＵ５８の熱を奪った液体通路Ｐ内の液体は、吐出口１７から流通管５５に吐出され、放熱板５４において冷却された後、吸入口１６から液体通路Ｐに戻される。このようにして、ＣＰＵ５８は冷却される。従って、本実施例においても、第１の実施例に示した流体ポンプ１及び冷却装置３５と同様の作用、効果が得られる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形が可能である。
流体ポンプのポンプ室や流通管内には冷却用の気体を封入しても良い。
インペラを回転駆動するモータのロータは、インペラと別にポンプ室外に設けても良い。また、前記モータの全体をケーシングの外部に配置しても良い。

凸部は、ポンプ室の内面のうちインペラの軸方向端面と対向する部分にのみ設けても良い。また、インペラの回転中心よりも外周部に位置する部分にのみ形成しても良い。冷却対象物の大きさに応じて凸部の大きさは適宜、変更可能である。

本発明の第１の一実施例を示す冷却用流体ポンプの縦断面図受熱板側から見た流体ポンプの分解斜視図底板側から見た流体ポンプの分解斜視図流体ポンプの上面図前記流体ポンプを利用して構成された冷却装置の一例を示す斜視図本発明の第２の実施例を示すパーソナルコンピュータの概略的な斜視図

符号の説明

図面中、１は流体ポンプ、２はポンプ室、３はケーシング、４はケース本体、５は受熱板、５ａは受熱面、５ｂは受熱部、８は凹部、１０，２０は凸部、２２はポンプ羽根、３５は冷却装置、４１は放熱部、４５は放熱フィン（放熱部材）、４７，５５は流通管、５０は熱拡散板（冷却対象物）、５１はパーソナルコンピュータ（電気機器）、５４は放熱板（放熱部材）、５８はＣＰＵ（発熱部品）を示す。

Claims

内部に円筒状のポンプ室を有するケーシングと、
ポンプ羽根を有し前記ポンプ室内に回転可能に設けられたインペラと、
前記ポンプ室内のうち前記インペラの周囲部に形成され前記インペラの回転に伴い流体が流通する流体通路と、
前記ケーシングに設けられ前記インペラの回転に伴い前記流体通路内の流体を吐出する吐出口及び流体を前記流体通路内に吸入する吸入口と、
前記ポンプ室の内面のうち前記インペラの軸方向端面と対向する部分に設けられ前記吐出口から吐出される流体と前記吸入口から吸入される流体を分離すると共に前記流体通路内を流通する流体を加圧する凸部と、
前記ケーシングの外面のうち前記凸部と重なる部位に設けられた受熱部とを有する冷却用流体ポンプ。
ケーシングは、凹部を有するケース本体と、前記凹部を塞ぐように前記ケース本体に設けられ前記凹部との間にポンプ室を形成する金属製の受熱板とを備えて構成され、
前記受熱板に凸部及び受熱部が一体的に設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷却用流体ポンプ。
凸部は、ポンプ室の内面のうち吸入口と吐出口との間に位置する部位からインペラの回転中心を越える部位まで延びるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の冷却用流体ポンプ。
凸部の側部のうち少なくとも吐出口側の側部は斜面状に構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の冷却用流体ポンプ。
インペラの外周縁部は斜面状若しくは円弧面状に構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の冷却用流体ポンプ。
受熱部の中心は、インペラの回転中心よりも外周に位置するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却用流体ポンプ。
請求項１ないし６のいずれかに記載の冷却用流体ポンプと、
前記冷却用流体ポンプの吸入口及び吐出口に両端部が接続された流通管と、
前記流通管に設けられた放熱部材とを備えた冷却装置。
請求項７記載の冷却装置と、
冷却用流体ポンプのケーシングの受熱部に直接的或いは間接的に接触される発熱部品とを備えた電気機器。