专利名称：散热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种散热装置，其使冷却剂循环流动来冷却产生热量的半导体，所述半导体包括在个人电脑等中使用的微处理单元(以后称为MPU)以及具有生热部分的其它电子元件。
背景技术：
近年来的电子设备包括高度集成电子元件，并且生成高运行时钟脉冲频率，由此从这些电子元件中生成了大量的热。由于这些热量在增加，电子元件接触点处的温度超过运行温度范围，导致电子元件发生多处故障。由此，将电子元件的温度保持在运行温度范围内，使得这些电子元件正常工作，这是很关键的问题。
可是，单独使用散热器的传统的空气冷却并不足以充分冷却这些生热的电子元件。由此，公开了例如如图18所示的具有更高性能和更高效率的散热装置(现有技术1)。图18示出了使用离心泵的冷却模块301的横截面图。
现有技术1日本专利早期公开公报2004-134423可是，在现有技术1中公开的散热装置中冷却剂向着生热元件303流过叶轮302的中心，其具有下列问题复杂的叶轮轴承结构使可靠性下降；叶轮轴承刚性低引起噪音，或使可靠性降低；以及对冲过位于叶轮中心的小孔的冷却剂的阻力使得难于确保冷却剂的流速，由此阻碍了冷却性能的提高。
为了克服上述问题，提出例如如图14所示的小型的散热装置，其中组合的散热部分和泵使冷却剂循环流动，从而以极有效的方式冷却被加热的电子元件。
图14是传统的散热装置的离心泵的横截面图；图15示出在该传统散热装置的离心泵中的冷却剂的流向；图16和17示出具有散热装置的电子设备的结构。
首先参照图16对具有该散热装置的电子设备的结构进行描述。如图16所示，该电子设备包括作为具有该散热装置的电子设备的膝上型电脑的主体1；膝上型电脑的键盘2；构成该散热装置并接触生热元件用于进行热交换的离心泵3；诸如MPU等之类的生热电子元件4；安装有生热电子元件4的板5；设置在膝上型电脑显示器的背面上并将冷却剂从生热电子元件4中接收的热散失到外部的散热器6；以及连接离心泵3和散热器6并且使冷却剂循环流动的封闭的环流通道7。图17表示具有散热装置的台式电脑，由于散热装置的结构与膝上型电脑中的结构相同，因此在此省略对图17的描述。
下面将参考图14和图15对传统离心泵3的内部结构进行描述。如图14和15所示，离心泵3包括离心泵3的开放型叶轮211；叶轮211的开放型叶片211a；设置在叶轮211的内周面上的磁转子212；设置在磁转子212的内周侧上的定子213；缠绕定子213的线圈214；安装有给线圈214提供电流的电路的电路板215；上部壳体216；在上部壳体216中形成的排出通道216a；同样在上部壳体216中形成的吸入通道216b；装配在上部壳体216上并且接触生热电子元件4的热接收下部壳体218；厚部218a；触及上部壳体216的边缘218b；凹部218c；接触生热电子元件4的接触表面218d；以及将从生热电子元件4接收的热量传递到冷却剂中的散热片218e。
离心泵3进一步包括形成叶轮211的转轴并且固定在上部壳体216上的轴219；如图15所示装配在上部壳体216上用于形成泵腔217的环形密封件220；装配在下部壳体218的厚部218a的侧面上的柱形部分220a；以及设置在上部壳体216和下部壳体218之间并且覆盖凹部218c从而形成水通道的水通道密封部分220b。如图15所示，设置在环形密封件220的上侧的排出连接部220c连接泵腔217和排出通道216a；设置在环形密封件220的下侧的吸入连接部220d连接泵腔217和吸入通道216b。诸如O形环之类的密封件221密封在上部壳体216和下部壳体218之间的部分。
下面将描述散热装置的离心泵3的功能。冷却剂被引入吸入通道216b，并使其强制流过吸入连接部220d。然后通过水通道密封部分220b将冷却剂向着泵腔217的中心导入，并且通过叶片211a的旋转将冷却剂推到泵腔217的外周。然后，使冷却剂强制流过排出连接部220c，从排出通道216a排出。同时，从生热电子元件4释放的热从接触表面218d传递到散热片218e和厚部218a。冷却剂使热量从散热片218e和厚部218a随着在离心泵3内部的流动而散失掉。图15表示离心泵3中的冷却剂的流向，其中冷却剂沿箭头X的方向进入，沿着粗实线流动，沿箭头Y的方向排出。
如图14和15所示的散热装置中，冷却剂从下部壳体218的凹部218c中进入，在厚部218a的表面上流动，由此不需要穿过叶轮211的中心。由此这种结构允许散热装置提供比现有技术1中公开的散热装置更高的可靠性和更好的冷却性能。
具有组合离心泵3的传统散热装置减少了其尺寸，并且提供了在下部壳体218的中心部分中的良好的热传递性能。可是，该传统散热装置在远离中心部分的外周侧上热传递效率低，由此不能在整个泵范围内实现高效的热传递。在厚部218a的表面上设置散热片可以增加外周侧上的热传递效率，但是同时也会增加厚部218a的表面和叶片211a之间的间隙，这引起冷却剂的泄漏流，由此降低了泵送能力。
发明内容
为了解决上述问题提出了本发明。本发明的目的在于提供一种散热装置，其在泵侧表面上具有低的热阻抗，由此提高了整体的冷却效率，并且维持较低的生热电子元件温度。
本发明涉及一种散热装置，其具有用于循环流动冷却剂的封闭的循环通道中的离心泵和辐射器，该离心泵接触生热元件，并通过与其内部的冷却剂的热交换释放来自生热元件的热量，所述辐射器散失该热量。该离心泵包括设置有接触生热元件的接触表面的第一壳体；装配至第一壳体用于形成冷却剂在其中流动的一空间的第二壳体；分隔壁构件，其设置在第一和第二壳体之间，从而在该分隔壁构件和第一壳体之间形成热传递腔，并且在该分隔壁构件和第二壳体之间形成容纳叶轮的泵腔；连接至所述热传递腔的冷却剂入口；连接至所述泵腔的冷却剂出口；以及通过在所述分隔壁构件的中心部分中形成的通孔连接至泵腔的热传递腔。
在接下来的详细的描述中将结合多个附图通过本发明典型实施例的非限定性实例对本发明进行进一步的描述，在这些附图中，相同的附图标记代表在整个这些附图中相似的部件，其中图1是根据本发明第一实施例的散热装置中的离心泵的横截面图；图2是根据本发明第一实施例的散热装置中的离心泵的分解横截面图；
图3是根据本发明第一实施例的下部壳体的透视图；图4是根据本发明第一实施例的下部壳体的透视图；图5是根据本发明第一实施例的下部壳体的透视图；图6是根据本发明第一实施例的作为单个单元的环形密封件的透视图；图7示出根据本发明第一实施例的离心泵中的冷却剂的流向；图8是根据本发明第二实施例的散热装置中的离心泵的横截面图；图9是根据本发明第二实施例的散热装置中的离心泵的分解横截面图；图10是根据本发明第二实施例的下部壳体的透视图；图11是根据本发明第二实施例的下部壳体的透视图；图12是根据本发明第二实施例的作为单个单元的环形密封件的的透视图；图13示出根据本发明第二实施例的离心泵中的冷却剂的流向；图14是传统散热装置中的离心泵的横截面图；图15示出传统散热装置的离心泵中的冷却剂的流向；图16示出具有散热器的电子设备的结构；图17示出具有散热器的电子设备的结构；以及图18是使用离心泵的冷却模块的横截面图。
具体实施例方式
下面将参考上述附图对本发明的实施例进行解释。
第一实施例下面将描述根据本发明第一实施例的散热装置中的离心泵。图1是根据本发明第一实施例的散热装置中的离心泵的横截面图；图2是根据本发明第一实施例的散热装置中的离心泵的分解横截面图；图3至图5是根据本发明第一实施例的下部壳体的透视图；图6是根据本发明第一实施例作为单个单元的环形密封件的透视图；以及图7示出根据本发明第一实施例的离心泵中的冷却剂的流向。具有根据第一实施例的散热装置的电子设备的整体结构和现有技术的结构相同，因此在第一实施例中也可以参考图16和17。对这些附图的详细的解释就象在现有技术中描述的那样。
下面参考图1至7对离心泵3的内部结构进行描述。离心泵3包括离心泵3的开放型叶轮11；开放型叶片11a；在叶轮11的中心附近形成的小孔11b；以及附接在叶轮11内周表面上的磁转子12。在第一实施例中，叶轮11和磁转子12分开形成。可是，磁转子12可以通过磁化叶轮11的一部分而整体形成，其中叶片11由混合了磁性材料的塑料制成。
当叶轮11旋转冷却剂时，叶片11a外周侧上的冷却剂压力比叶片11a的内周侧(图11中的K)上的冷却剂压力要高。此外，叶轮11入口处与通过小孔11b连接的叶轮11背面上的压力基本上相同。因此，冷却剂在叶轮11的背面运动并通过小孔11b，然后少量的冷却剂回流至入口。由此，与没有设置小孔11b的结构相比较，这种结构减少了给叶轮11的推力，由此使叶轮11的旋转平滑。第一实施例的离心泵3具有3mm至50mm的厚度、10mm至100mm的代表性直径、1,000rpm至8,000rpm的转速以及0.5m至10m的头部。
离心泵3进一步包括设置在磁转子12的内周侧上的定子13；缠绕定子13以在定子13中生成磁场的线圈14；以及安装有给线圈14提供电流的电路的电路板15。优选当形成定子13时层叠多个硅片，从而使涡流损耗最小化。线圈14进一步优选使用绝缘包覆的铜导线。根据电源电压和占空系数使线圈14的导线直径以及导线匝数最优化。在电路板15上安装有检测磁转子12的转动位置的孔元件和用于通断电流的晶体管或二极管。
离心泵3进一步包括容纳叶轮11的上部壳体16；在上部壳体16中形成的排出通道16a；在上部壳体16中形成的吸入通道16b；提供用于接收包括定子13的磁路的空间的凹部16c；以及装配至环形密封件的装配表面16d，这在以后将进行描述。由于上部壳体16具有复杂的结构，并且要求具有一定的热阻抗，因此当形成上部壳体16时，优选模制诸如聚苯硫(PPS)和聚苯醚(PPE)之类的塑料。另一方面，由于由诸如定子13等之类的磁路生成的磁通的波动可能引起涡电流损耗，因此由金属制成上部壳体16并不是优选的。
离心泵3进一步包括泵腔17和接触生热电子元件4的下部壳体18，该下部壳体18与生热电子元件4之间具有导热润滑脂等(图中未示出)。下部壳体18由诸如铜、铝等之类的具有高导热率和高散热性能的金属材料制成，并且通过铸造、锻造、机械加工或者上述工艺方法的组合进行处理。下部壳体18和上部壳体16装配在一起，并且形成冷却剂在其内流动的空间，诸如泵腔17。
为了有效地用冷却剂交换从生热电子元件4接收的热量，下部壳体18具有如图3所示的结构。如图3和7所示的下部壳体包括基座18f；形成在基座18f上并且具有上侧面18t的环形厚部18a*，该上部表面18t以与环形密封件20(这在以后将要描述)的分隔壁20e相同的角度倾斜；形成在基座18f上、具有和叶轮11基本上相同的中心、并且使冷却剂在通孔20f(这在以后将要描述)附近循环流动的C形圆柱形部分18g；形成在圆柱形部分18g中的切口18h；垂直于基座18f立起并从下部壳体18的外周侧向着圆柱形部分18g延伸至下部壳体18的内周侧的线性导引板18i；触及上部壳体16的边缘18b；用于接收冷却剂的切口18c；接触生热电子元件4的接触表面18d；具有各种形状并且将从生热电子元件4接收的热量传递给冷却剂的散热片18e；以及从叶轮11接收推力的推力接收装置18j。导引板18i具有直到面对环形密封件20的上侧面18u的高度，该高度以等于环形密封件20的分隔壁20e的角度倾斜，在圆柱形部分18g侧较低。在第一实施例中，为了使下部壳体18接触冷却剂的面积最大化，使圆柱形部分18g和导引板18i与下部壳体18形成在一起。可是由于制造过程的限制，圆柱形部分18g和导引板18i可能形成在环形密封件的背面(这在以后将要进行描述)，或者形成为分开的部件。
如图3所示，第一实施例的离心泵3具有销针型(pin-type)散热片18e。如图4所示，代替销针型散热片，可以形成具有以同心模式设置的圆弧形的板或肋型散热片。进一步地，如图5所示，可以形成以径向模式延伸的板或肋型散热片。
如图3所示的销针型散热片18e使用于散热的面积最大化，由此最有效地传递热量。如图4所示具有圆弧形的板或肋型散热片18e不仅仅增加了用于散热的面积，而且减少了冷却剂的流动阻力。如图5所示径向延伸的板或肋型散热片18e增强了下部壳体18的刚度，由此当离心泵3被以较强的力按压于生热电子元件4时可以防止下部壳体18变形，并且防止由于变形在生热电子元件4和接触表面18d之间生成间隙。此外，用较强的力按压生热电子元件4使施加在生热电子元件4和接触表面18d之间的导热润滑脂(图中未示出)薄薄地展开，由此使导热润滑脂的热阻抗最小化，并且防止由于对产品的振动或冲击引起的零件分离。
散热片18e可以具有除上述形状以外的形状。散热片18e还可以具有不同形状的混合。圆柱形部分18g内部和外部的散热片的形状不需要相同；即可以在圆柱形部分18g内部设置肋型散热片18e，而在圆柱形部分18g的外部设置销针型散热片18e。其它形状的组合也是可以的。
此外，参考附图1，第一实施例的离心泵3的结构中，设置在上部壳体16上的轴19可转动地支撑叶轮11。由诸如不锈钢之类的高耐腐蚀性的材料制成的轴19插入并模制入上部壳体16中，以形成一体。环形密封件20装配在上部壳体16上，从而形成泵腔17。诸如O形环之类的密封件21密封上部壳体16和下部壳体18之间的部分，这样是为了防止冷却剂从该部分中泄露出去。圆形热传递腔22设置在环形密封件20(以后将要描述)和下部壳体18之间，其与下部壳体18的圆柱形部分18g和环形厚部18a*形成循环通道，并且连接至环形密封件20的通孔20f(以后将要描述)。
当形成具有如图6所示的结构的环形密封件20时，优选模制诸如聚苯硫(PPS)和聚苯醚(PPE)之类的塑料，因为与上部壳体16相似，环形密封件20具有复杂结构，并且需要具有一定的热阻抗。如图6所示，圆柱形部分20a装配至下部壳体18的环形厚部18a*的侧面；分隔壁20e设置成和叶片11a之间设置有窄间隙；通孔20f形成在分隔壁20e的中心部分；形成在环形密封件20的上侧上的排出连接部20c连接泵腔17和排出通道16a；以及设置在环形密封件20的下侧上的吸入连接部20d连接圆形热传递腔22和吸入通道16b。
在第一实施例中，形成泵腔17的分隔壁20e和环形密封件20形成在一起，以简化制造过程。可是，为了确保分隔壁20e的刚性或其它目的，分隔壁20e可以和环形密封件20分开形成。此外在第一实施例中，分隔壁20e具有圆锥形表面，但是也可以具有平形表面。平形分隔壁20e需要叶片11a相应地具有平形端部。可是，锥形分隔壁20降低了位于下部壳体18的中心部分中并且具有最高温度的圆形热传递腔22的高度，由此，局部加速了该部分中冷却剂的流速。冷却剂的高流速减少了温度边界层，由此提高了热传递效率。同时，圆形热传递腔22的整体高度的降低增加了流动阻力，并且降低了冲过散热装置的冷却剂的流速，由此不利地增加了热阻抗。然而，锥形分隔壁20几乎不会增加总的流动阻力，由此改进了热传递效率。
下面参考图2对上述离心泵3的组装过程进行解释。首先，线圈14缠绕在定子13上，并将安装有电子元件的电路板15附接至定子13。然后将具有定子13的该组装的部件插入上部壳体16的凹部16c中。将填料(图中未示出)注入凹部16c，然后在温控浴槽等中进行硬化。填料用于散失来自安装在电路板15上的电子元件的热量，以及用于防止冷却剂在泄漏出去的情况下接触电路板15。理想的是使用环氧树脂封装剂作为填料。然后，叶轮11插入与上部壳体16形成在一起的轴19中。然后将环形密封件20插进上部壳体16中，使得圆柱形部分20a的外周面装配至安装面16d。当插入环形密封件20时，吸入连接部20d和吸入通道16b建立连接，同时排出连接部20c和排出通道16a也建立连接。最后密封件21设置在环形厚部18a*的外周面上，下部壳体18装配并螺纹固定至(图中未示出)上部壳体16。当下部壳体18装配至上部壳体16时，环形厚部18a*的外周面和圆柱部分20a的内周面相配合，吸入连接部20d和切口18c建立连接。当上部壳体16装配至下部壳体18上时，环形密封件20的分隔壁20e的下表面装配至下部壳体18的上侧面18t以及导引板18i的上侧面18u。由此，环形密封件20和下部壳体18形成圆形热传递腔22。
以下将描述根据第一实施例的散热装置中离心泵3的功能。驱动电路板15在定子13中生成交变磁场。该磁场使组合有磁转子12的叶轮11旋转，由此给冷却剂提供动量，并且在该中心部分中引起负压。然后，从吸入通道16b引入冷却剂。然后强制该冷却剂通过吸入连接部20d，进入设置在圆柱形部分18g的外周侧并位于基座18f和分隔壁20e之间的圆形热传递腔22中。然后该冷却剂在基座18f上循环流动。通过导引板18i的导引，强制该冷却剂通过切口18h，进入圆柱形部分18g内部，然后通过通孔20f。叶片11a的旋转将冷却剂推入泵腔17的外周处。然后强制冷却剂通过排出连接部20c并从排出通道16a排出。图7表示离心泵3内部冷却剂的上述流向。冷却剂沿箭头P的方向进入，沿粗实线流过，然后沿箭头Q的方向排出。
提供大致为C形的圆柱形部分18g，从而使圆形热传递腔22用作循环通道，这样可以防止进入离心泵3的冷却剂直接引入通孔20f，由此使冷却剂接触下部壳体18的大面积区域。此外，提供导引板18i可以防止进入离心泵3的冷却剂在基座18f上重复循环流动，由此在该冷却剂在基座18f上转动整圈之前平滑地引导冷却剂进入通孔20f。
下部壳体18同时在接触表面18d上接收从生热电子元件4中释放的热量。与本身由厚部构成的传统散热装置中的下部壳体218不同，第一实施例的下部壳体18具有基座18f，基座18f具有在下部壳体18的外周侧均匀的平面形状。由此第一实施例的下部壳体18使热量在下部壳体18内较短的热传递路径上大面积地传递，并且到达散热片18e、基座18f和圆柱形部分18g的表面。由于该热传递路径短，因此在传递期间热阻抗低。由此，散热片18e、基座18f和圆柱形部分18g的表面温度接近生热电子元件4的温度。
由于冷却剂从圆形热传递腔22的基座18f流入、在该基座上循环流动、并且从基座18f流出，因此在接收热量之后，冷却剂以较高的速度接触具有高温的散热片18e、基座18f和圆柱形部分18g的表面。由此，温度边界层变薄，冷却剂有效地从下部壳体18接收热量。传统的散热装置在靠近厚部218a的表面处具有叶片211a(参见图14)，这种散热装置不允许在其上形成散热片来扩展表面面积，但是最好是形成凹痕。图14所示的下部壳体218具有位于下部壳体218的外周侧的泵腔217以及与叶片211a的旋转面大致相同的曲面，与图14所示的下部壳体218不同，第一实施例的下部壳体18可以在下部壳体18的外周侧具有大的散热片18e。由此第一实施例的下部壳体18显著地增大了接触冷却剂的面积，并且大大地降低了离心泵3的重量。
在传统的散热装置的离心泵中，下部壳体218厚部218a的表面提供如图14所示的两个功能一个功能是向冷却剂传递热量，一个功能是形成泵腔217的壁。在第一实施例中，其中在叶轮11和下部壳体18之间设置分隔壁20e，下部壳体18的基座18f和散热片18e的表面具有冷却剂传递热量的功能，环形密封件20的分隔壁20e具有形成泵腔17的壁的功能。由此，第一实施例的散热装置具有高效的热传递性能，并且对泵性能也没有负面影响。
根据如上所述的本发明第一实施例，将从生热电子元件4接收热量的散热部分和泵集成在一起，这使得在小型个人电脑等的主体内设置散热装置具有更大的灵活性。此外，上述结构允许冷却剂在从生热电子元件4开始的短的热传递路径上、下部壳体18的外周上以及其中间部分中接触下部壳体18。由此使热阻抗不仅在中心部分中保持很低，而且在外周侧也保持很低。由此提高了整体冷却效率，并且使生热电子元件4的温度保持很低。
作为冷却剂，防冻剂溶液很合适，其包括乙二醇溶液和丙二醇溶液。此外，由于铜等被用作下部壳体材料，因此理想的是添加抗腐蚀添加剂。
如图16和17所示的辐射器6由诸如铜和铝的层状材料之类的具有高导热率和高散热性能的材料制成，并且辐射器6在其内部一体地设置有冷却剂通道和储液罐。储液罐可以与辐射器6分开形成。此外，可以提供对着辐射器6鼓风的风扇来加速冷却效率。循环通道7由诸如丁基橡胶管之类的具有低透气度的柔性橡胶管制成，从而确保管道布置的灵活性。
第二实施例下面将描述根据本发明第二实施例的散热装置中的离心泵。图8是根据本发明第二实施例的散热装置中的离心泵的横截面图；图9是根据本发明第二实施例的散热装置中的离心泵的分解横截面图；图10和图11是根据本发明第二实施例的下部壳体的透视图；图12是根据本发明第二实施例作为单个单元的环形密封件的透视图；以及图13示出根据本发明第二实施例的离心泵中的冷却剂的流向。具有根据第二实施例的散热装置的电子设备的整体结构和现有技术的结构相同，因此在第二实施例中也可以参考图16和17。对这些附图的详细的解释就象在现有技术中描述的那样。
下面参考图8至13对离心泵3的内部结构进行描述。离心泵3包括离心泵3的开放型叶轮111；开放型叶片111a；在叶轮111的中心附近形成的小孔111b；以及附接在叶轮111内周表面上的磁转子112。在第二实施例中，叶轮111和磁转子112分开形成。可是，磁转子112可以通过磁化叶轮111的一部分而整体形成，叶轮111由混合了磁性材料的塑料制成。
当叶轮111旋转冷却剂时，叶片111a外周侧的冷却剂压力比叶片111a的内周侧(图8中的L)上的冷却剂压力要高。进一步地，叶轮111入口处与通过小孔111b相连接的叶轮111背面上的压力基本上相同。因此，冷却剂在叶轮111的背面运动，通过小孔111b然后少量的冷却剂回流至入口。由此，与没有提供小孔111b的结构相比较，这种结构减少了给叶轮111的推力，由此使叶轮111的旋转平滑。第二实施例的离心泵3具有3mm至50mm的厚度、10mm至100mm的代表性半径、1,000rpm至8,000rpm的转速以及0.5m至10m的头部。
离心泵3进一步包括设置在磁转子112的内周侧的定子113；缠绕定子113以在定子113中生成磁场的线圈114；以及安装有给线圈114提供电流的电路的电路板115。优选当形成定子113时层叠多个硅片，从而使涡流损耗最小化。线圈114进一步优选使用绝缘包覆的铜导线。线圈114的导线直径以及导线匝数根据电源电压和占空系数来最优化。在电路板115上安装有检测磁转子112的转动位置的孔元件和通断电流的晶体管或二极管。
离心泵3进一步包括容纳叶轮111的上部壳体116；在上部壳体116中形成的排出通道116a；在上部壳体116中形成的吸入通道116b；提供用于接收包括定子113的磁路的空间的凹部116c；以及装配至环形密封件的装配表面116d，这在以后将进行描述。由于上部壳体116具有复杂的结构，并且要求具有一定的热阻抗，因此当形成上部壳体116时，优选是模制诸如聚苯硫(PPS)和聚苯醚(PPE)之类的塑料。另一方面，由于由诸如定子113等之类的磁路生成的磁通的波动可能引起涡电流损耗，因此由金属制成上部壳体116并不是优选的。
离心泵3进一步包括泵腔117和接触生热电子元件4的下部壳体118，该下部壳体118与生热电子元件4之间具有导热润滑脂等(图中未示出)。下部壳体118由诸如铜、铝等之类的具有高导热率和高散热性能的金属材料制成，并且通过铸造、锻造、机械加工或者上述工艺方法的组合进行处理。下部壳体118装配至上部壳体116，并且形成冷却剂在其内流动的空间，诸如泵腔117。
为了有效地与冷却剂交换从生热元件4接收的热量，下部壳体118具有如图10所示的结构。下部壳体118包括触及上部壳体116的边缘118b；用于收容冷却剂的凹部118c；接触生热电子元件4的接触表面118d；散热片118e，其与传统散热装置相似，将从生热电子元件4接收的热量传递给冷却剂，并且扩大与冷却剂接触的面积，从而便于热传递；基座118f；在基座118f上形成的并且具有上侧面118t的环形厚部118a*，上部面118t以与环形密封件120(这在以后将要描述到)的分隔壁120e相同的角度倾斜；以及导引部分118k，其基本上垂直于基座118f竖直设置，用于将冷却剂导引至下部壳体118上，使得冷却剂冲过设置在基座118f上的吸入热传递腔的中间部分(这在以后将要描述到)。
在第二实施例中，为了使下部壳体118与冷却剂的接触面积最大化，导引部分118k和下部壳体118形成在一起。可是由于制造的限制，导引部分118k可以形成在环形密封件120(这在以后将要描述到)的背面，或者作为单独部件形成。在第二实施例中，还面对流入方向在环形厚部118a*上设置有分流壁118l，从而在圆形热传递腔122中将来自导引部分118k的引入流分成两个方向，这在以后将要描述到。
如图10所示，第二实施例的离心泵3具有销针型散热片118e。如图11所示，代替销针型散热片，可以形成销针型散热片和板或肋型散热片的组合。也可以形成板型和肋型散热片中的其中一种。
如图10所示的销针型散热片118e使用于散热的面积最大化，由此最有效地传递热量。如图11所示具有销针型和板型或肋型的组合的散热片118e不仅仅增加了用于散热的面积，而且减少了冷却剂的流动阻力。此外，具有销针型和板型或肋型的组合的散热片118e增强了下部壳体118的刚度，由此当离心泵3被以较强的力按压于生热电子元件4上时可以防止下部壳体118变形，并且防止由于变形在生热电子元件4和接触表面118d之间生成间隙。此外，用较强的力按压生热电子元件4会将施加在生热电子元件4和接触表面118d之间的导热润滑脂(图中未示出)薄薄地展开，由此使导热润滑脂的热阻抗最小化，并且防止由于对产品的振动或冲击引起的零件分离。
散热片118e可以具有除销针型、板型和肋型以外的形状。上述有关设置在导引部分118k之间的散热片118e的上述描述也适用于在导引部分118k外部设置的散热片118e中。导引部分118k外部的散热片118e可以是销针型、板型、肋型、其它类型或这些类型的组合。
此外，参考附图8，第二实施例的离心泵3的结构中，设置在上部壳体116上的轴119可转动地支撑叶轮111。由诸如不锈钢之类的高耐腐蚀性的材料制成的轴119插入并模制入上部壳体116中，以形成一体。环形密封件120装配至上部壳体116，从而形成泵腔117。诸如O形环之类的密封件121密封上部壳体116和下部壳体118之间的部分，这样是为了防止冷却剂从该部分中泄露出去。圆形热传递腔122设置在环形密封件120和下部壳体118之间，其由下部壳体118的导引部分118k和环形厚部118a*形成，圆形热传递腔122与环形密封件120的两个通孔120f(以后将要描述到)相连接。热传递导引通道123被一对导引部分118k夹着，并且形成在下部壳体118和顶板120g(以后将要描述到)之间。
当形成具有如图12所示的结构的环形密封件120时，由于与上部壳体116相似，环形密封件120具有复杂结构，并且需要具有一定的热阻抗，因此其优选是模制诸如聚苯硫(PPS)和聚苯醚(PPE)之类的塑料。如图12所示，圆柱形部分120a装配在下部壳体118的环形厚部118a*的侧面上；分隔壁120e和叶片111a之间设置有窄间隙；顶板120g封闭导引部分118k的上部，开且形成将冷却剂导引到圆形热传递腔122中的热传递导引通道123；两个半月形通孔120f形成在顶板120g的两侧上；推力接收装置120h从叶轮111接收推力；形成在环形密封件120的上侧的排出连接部120c连接泵腔117和排出通道116a；以及设置在环形密封件120的下侧的吸入连接部120d连接圆形热传递腔122和吸入通道116b。热传递导引通道123和圆形热传递腔122作为一个整体形成本发明的引入热传递腔，所述的一对导引部分118k形成本发明的分隔构件。
在第二实施例中，形成泵腔117的分隔壁120e和环形密封件120形成在一起，以方便制造。可是，为了确保分隔壁120e的刚性或其它目的，分隔壁120e可以和环形密封件120分开形成。此外在第二实施例中，分隔壁120e具有圆锥形表面，但是也可以具有平表面。平形分隔壁120e需要叶片111a相应地具有平形端部。可是，锥形分隔壁120e降低了位于下部壳体118的中心部分中并且具有最高温度的圆形热传递腔122的高度，由此，局部加速了在该部分中的冷却剂的流速。冷却剂的高流速减少了温度边界层，由此提高了热传递效率。同时，圆形热传递腔122的整体高度的降低增加了流动阻力，并且降低了冲过散热装置的冷却剂的流速，由此不利地增加了热阻抗。可是，锥形分隔壁120e几乎不会增加总的流动阻力，由此提高了热传递效率。
下面参考图9对上述离心泵3的组装过程进行解释。首先，将线圈114缠绕于定子113，并将安装有电子元件的电路板115附接至定子113。然后将具有定子113的该组装的部件插入上部壳体116的凹部116c中。将填料(图中未示出)注入凹部116c中，并在温控浴槽等中进行硬化。填料用于散失来自安装在电路板115上的电子元件的热量，并且防止冷却剂在泄漏出去的情况下接触电路板115。理想的是使用环氧树脂封装剂作为填料。然后，叶轮111插入和上部壳体116形成在一起的轴119中。然后将环形密封件120插进上部壳体116中，使得圆柱形部分120a的外周面装配至安装面116d。当插入环形密封件120时，吸入连接部120d和吸入通道116b建立连接，排出连接部120c和排出通道116a也建立连接。最后密封件121设置在环形厚部118a*的外周面上，下部壳体118装配并螺纹固定至(图中未示出)上部壳体116。当下部壳体118装配至上部壳体116上时，环形厚部118a*的外周面和圆柱部分120a的内周面相配合，并且吸入连接部120d和凹部118c建立连接。当上部壳体116装配互下部壳体118时，环形密封件120的分隔壁120e的下表面装配至下部壳体118的上侧面118t，并且环形密封件120的顶板120g的下表面装配至导引部分118k的上侧面118u。由此，环形密封件120和下部壳体118形成圆形热传递腔122。
以下将描述根据第二实施例的散热装置中离心泵3的功能。驱动电路板115在定子113中生成交变磁场。该磁场使组合有磁转子112的叶轮111旋转，由此给冷却剂提供动量，并且在该中心部分中引起负压。然后，从吸入通道116b引入冷却剂。然后强制该冷却剂通过吸入连接部120d，进入在下部壳体118和顶板120g之间形成的热传递导引通道123中。这些进入的冷却剂将来自直接位于生热电子元件4上方的高温基座118f的热量有效地散失掉。
然后冷却剂到达基座118f的端部，并且被分成向右和向左两个方向。这两股分开的冷却剂分别在设置在导引部分118k和环形厚部118a*之间的圆形热传递腔122中循环流动。叶轮111中心部分中的负压又一次将冷却剂吸入到基座118f的中心部分，并且强制冷却剂通过两个通孔120f。在这个过程期间，冷却剂将经过从生热电子元件4到基座118f这一短距离的热量散失掉。
尽管在第二实施例中在到达基座118f端部时冷却剂在分流壁处被分成两个方向，但是冷却剂也可以在一个方向上流动。可是将冷却剂分成两个方向降低了流动阻力，并且均匀地冷却下部壳体118的外周。最后，由叶轮111的旋转来提供动量的冷却剂被推到泵腔117的外周，强制通过排出连接部120c，然后从排出通道116a排出。图13表示离心泵3内部的冷却剂的上述流向。冷却剂沿箭头R的方向进入，沿粗实线流动，然后沿箭头S的方向排出。
与冷却剂直接引入叶轮211的传统散热装置不同，第二实施例的离心泵3配置有形成热传递导引通道123的导引部分118k和顶板120g，该离心泵3在下部壳体118的中心部分从一端到另一端线性地导引这些进入的冷却剂，并没有任何冷却剂泄漏到其它部分。由此，冷却剂以较高速度接触具有最高温度的下部壳体118的中心部分的宽阔表面区域。此外，与冷却剂在泵腔217中停滞的传统散热装置不同，第二实施例的离心泵3对冷却效果并没有不利的影响。
此外，与本身由厚部构成的传统散热装置中的下部壳体218不同，第二实施例的下部壳体118设置有环绕热传递导引通道123的圆形热传递腔122，该下部壳体118具有平形的基座118f。由此第二实施例的下部壳体118使热量能够在下部壳体118内的短路径上大面积地传递，并到达散热片118e和基座118f的表面。由于该热传递路径短，因此在传递过程中热阻抗低。由此，散热片118e和基座118f的表面温度接近生热电子元件4的温度。
由于冷却剂流入下部壳体118的中心部分并且在圆形热传递腔122内循环流动并从其中流出，所以在接收热量之后，冷却剂以高速接触具有高温的散热片118e和基座118f的表面。由此，温度边界层变薄，冷却剂有效地从下部壳体118接收热量。传统的散热装置在靠近厚部218a的表面处具有叶片211a(参见图14)，这种散热装置不允许在其上形成散热片来扩展表面面积，而最好是形成凹痕。图14所示的下部壳体218具有厚部218a，与图14所示的下部壳体218不同，第二实施例的下部壳体118可以在下部壳体118的外周侧具有大的散热片118e，由此显著地增大了接触冷却剂的面积。
在传统的散热装置的离心泵中，如图15所示，下部壳体218厚部218a的表面提供两个功能一个功能是给冷却剂传递热量，一个功能是形成泵腔217的壁。在其中叶轮111和下部壳体118之间设置分隔壁120e的第二实施例中，下部壳体118的基座118f和散热片118e的表面具有向冷却剂传递热量的功能，环形密封件120的分隔壁120e具有形成泵腔117的壁的功能。由此，第二实施例的散热装置具有极有效的热传递性能，而对泵性能没有负面影响。
根据如上所述的本发明第二实施例，将从生热电子元件4接收热量的散热部分和泵集成在一起，这使得在小型个人电脑等的主体内设置散热装置具有更大的灵活性。此外，上述结构允许冷却剂以高速接触下部壳体的整个中间部分，并且在下部壳体外周的圆形热传递腔内接触位于从生热电子元件开始的短的热传递路径上的下部壳体。由此使热阻抗不仅在中心部分中保持很低，而且在外周处也保持很低，从而使生热电子元件的温度保持很低。
作为冷却剂，防冻剂溶液是合适的，其包括乙二醇溶液和丙二醇溶液。此外，由于铜等被用作下部外壳的材料，因此理想的是添加抗腐蚀添加剂。
如图16和17所示的辐射器6由诸如铜和铝的层状材料之类的具有高导热率和高散热性能的材料制成，并且辐射器6在其内部一体地结合有冷却剂通道和储液罐。储液罐可以与辐射器6分开形成。此外，可以提供对着辐射器6鼓风的风扇来加速冷却效率。循环通道7由诸如丁基橡胶管之类的具有低透气度的柔性橡胶管制成，从而确保管道布置的灵活性。
应该注意，上述实例仅仅是为了解释的目的而提出的，并不能认为是对本发明的限制。尽管参照示例性实施例对本发明已经作出描述，但是可以理解其中使用的语句是说明和解释性的语句，而不是限制性的语句。在不脱离本发明范围和精神的情况下，在如这里所陈述和修改的所附权利要求的范围内，可以进行改变。尽管参考具体的结构、材料和实施例在此对本发明进行了描述，但是本发明并不仅限于在此公开的具体实例；相反，本发明延伸到所有功能上等效的结构、方法和使用中，这些都在所附权利要求的范围内。
本发明并不限于上述详细的实施方式，在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种改变和变形。
本申请基于于2004年12月27日申请的日本专利申请No.2004-376062和No.2004-376063，这些申请的全部内容通过引用被结合于此。
权利要求
1.一种散热装置，其具有用于循环流动冷却剂的封闭循环通道中的离心泵和辐射器，该离心泵接触生热元件，并且通过与其内的冷却剂进行热交换而释放来自所述生热元件的热量，所述辐射器散失该热量，所述离心泵包括第一壳体，其设置有接触所述生热元件的接触表面；第二壳体，其装配在所述第一壳体上，从而形成冷却剂在其中流动的空间；分隔壁构件，其设置在所述第一和第二壳体之间，从而在该分隔壁构件和所述第一壳体之间形成热传递腔，并且在该分隔壁构件和所述第二壳体之间形成容纳一叶轮的泵腔；冷却剂入口，其连接至所述热传递腔；冷却剂出口，其连接至所述泵腔；以及通过在所述分隔壁构件的中心部分中形成的一通孔连接至所述泵腔的所述热传递腔。
2.如权利要求1所述的散热装置，其中，进一步包括设置在所述第一壳体和所述热传递腔的分隔壁构件之间的导引构件，从而形成冷却剂的流动通道。
3.如权利要求2所述的散热装置，其中，所述导引构件包括C形的圆柱形部分，其使引入的冷却剂在所述通孔附近循环流动；以及线性导引板，其将冷却剂从所述第一壳体的外周侧引导至位于所述第一壳体内侧的通孔。
4.如权利要求3所述的散热装置，其中，在所述热传递腔中与所述接触表面相反的一表面上设置有多个散热片，这些散热片从所述第一壳体向所述分隔壁构件凸出。
5.如权利要求1所述的散热装置，其中，所述分隔壁构件倾斜成使得所述热传递腔中所述第一壳体和分隔壁构件之间的距离在所述热传递腔的中心部分处较短。
6.一种散热装置，其具有用于循环流动冷却剂的封闭循环通道中的离心泵和辐射器，该离心泵接触生热元件，并且，通过与其内部的冷却剂进行热交换而释放来自生热元件的热量，所述辐射器散失该热量，该离心泵包括第一壳体，其设置有接触所述生热元件的接触表面；第二壳体，其装配至所述第一壳体上，从而形成冷却剂在其中流动的空间；分隔壁构件，其设置在所述第一和第二壳体之间，从而在所述分隔壁构件和第一壳体之间形成热传递腔，并且在所述分隔壁构件和第二壳体之间形成容纳一叶轮的泵腔；冷却剂入口，其连接至所述热传递腔；冷却剂出口，其连接至所述泵腔；通孔，其形成在所述分隔壁构件中，以便连接所述热传递腔和泵腔；以及一对导引板，其设置在所述热传递腔中，以便将冷却剂从所述入口引导至所述热传递腔的中心部分。
7.如权利要求6所述的散热装置，其中，所述分隔壁构件中的通孔设置在所述的一对导引板的外侧。
8.如权利要求6所述的散热装置，其中，所述导引板从所述热传递腔的入口延伸超过热传递腔的中心。
9.如权利要求6所述的散热装置，其中，在所述热传递腔中设置一分流壁，以便将经过所述导引板的冷却剂在所述热传递腔中分成两个方向。
10.如权利要求6所述的散热装置，其中，所述分隔壁构件中的通孔设置在所述的一对导引板外侧的两个位置处。
11.如权利要求6所述的散热装置，其中，在所述热传递腔中与所述接触表面相反的一表面上设置多个散热片，这些散热片从所述第一壳体向所述分隔壁构件凸出。
全文摘要
本发明涉及一种散热装置，其具有用于循环流动冷却剂的封闭的循环通道中的离心泵和辐射器，其中接触生热元件的该离心泵通过与冷却剂进行的热交换将来自生热元件的热量散失掉。该离心泵包括设置有接触生热元件的接触表面的下部壳体；上部壳体；环形密封件，其设置在下部壳体和上部壳体之间，从而在其与下部壳体之间形成圆形热传递腔，并且在其与上部壳体之间形成容纳叶轮的泵腔；在下部壳体上凸出设置的导引构件，用来使圆形热传递腔形成一循环通道；以及与在环形密封件的中心部分中形成的通孔相连接的圆形热传递腔。
文档编号H01L23/367GK1809260SQ20051010469
公开日2006年7月26日 申请日期2005年12月27日 优先权日2004年12月27日
发明者真锅晴二, 佐藤郁, 河野治彦 申请人:松下电器产业株式会社