(57)【要約】循環冷却装置内で用いられる電気浸透流ポンプを提供する。電気浸透流ポンプは、流体チャンバと、ポンピング素子と、インレット電極と、アウトレット電極と、インレット電極及びアウトレット電極に接続され、インレット電極とアウトレット電極間に電圧を印加し、インレット電極とアウトレット電極間に電界を発生させる電圧印加手段とを備える。ポンピング素子は、流体をポンピングするよう構成され、流体インレットポートを含むインレットチャンバと、流体アウトレットポートを含むアウトレットチャンバとに流体チャンバを分割するように配置される。インレットチャンバのサイズは、インレットチャンバの所定の滞留時間に比例する。インレット電極は、インレットチャンバ内に、ポンピング素子の第１の表面から所定の距離離間して配設される。アウトレット電極は、アウトレットチャンバ内に、ポンピング素子の第２の表面から所定の距離離間して配設される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．流体チャンバと、
ｂ．上記流体チャンバを、流体インレットポートを含むインレットチャンバと、流体アウトレットポートを含むアウトレットチャンバとに分割するように配設され、流体をポンピングするポンピング素子と、
ｃ．上記ポンピング素子の第１の表面から所定の距離離間して、上記インレットチャンバ内に配設されたインレット電極と、
ｄ．上記アウトレットチャンバ内に配設されたアウトレット電極と、
ｅ．上記インレット電極及びアウトレット電極に接続され、該インレット電極と該アウトレット電極間に電圧を印加し、該インレット電極と該アウトレット電極間に電界を発生させる電圧印加手段とを備える電気浸透流ポンプ。
【請求項２】
上記インレット電極の上記第１の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項３】
上記アウトレット電極は、上記ポンピング素子の第２の表面から所定の距離離間して配設されていることを特徴とする請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４】
上記アウトレット電極の上記第２の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍであることを特徴とする請求項３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５】
上記アウトレット電極は、上記ポンピング素子の第２の表面上に配設されていることを特徴とする請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項６】
上記インレットチャンバの滞留時間は、約１／２０分〜約１分であることを特徴とする請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７】
上記インレットチャンバの容積は、上記ポンピング素子の面積に約０．４ｃｍ〜約３．０ｃｍの幅を乗算した値に等しいことを特徴とする請求項６記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８】
当該電気浸透流ポンプは、金属、ガラス、セラミック、プラスチック又はこれらの組み合わせのうちの１つ以上の材料から形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項９】
上記１つ以上の材料は、１つ以上のシーリング材料によって連結されていることを特徴とする請求項８記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項１０】
上記１つ以上のシーリング材料は、はんだ、シーリングガラス、低モジュラス接着剤又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項８記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項１１】
上記ポンピング素子は、低モジュラス接着剤により、当該電気浸透流ポンプの筐体に密封されていることを特徴とする請求項１０記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項１２】
当該電気浸透流ポンプは、１つ以上のポンプ材料を用いて形成され、各ポンプ材料は、上記流体に適合性を有し、又は流体に適合性を有さない１つ以上のポンプ材料は、適合性を有する材料によってコーティングされることを特徴とする請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項１３】
上記流体は、緩衝水溶液を含むことを特徴とする請求項１２記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項１４】
上記１つ以上のポンプ材料は、緩衝水溶液に適合性を有する絶縁材料を含むことを特徴とする請求項１３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項１５】
上記ポンプ材料は、シリコン窒化物、チタニア、アルミナ、シリカ、ホウケイ酸塩、バイコール及びプラスチックからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１４記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項１６】
上記ポンピング素子は、流体の存在時に負のゼータ電位を示し、上記インレット電極は、アノード電極であり、上記アウトレット電極は、カソード電極であることを特徴とする請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項１７】
上記アノード電極の材料は、プラチナ、プラチナ被履ニオブ、プラチナメッキチタン、プラチナ被履タンタル、黒鉛、ガラス状炭素、チタン上の混合金属酸化物コーティング、銀含浸インク及び寸法安定性のアノード材料からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１６記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項１８】
上記チタン上の混合金属酸化物コーティングは、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びタンタル酸化物コーティングを含むことを特徴とする請求項１７記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項１９】
上記寸法安定性のアノード材料は、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びルテニウム酸化物コーティングからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１７記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項２０】
上記カソード電極の材料は、銅、プラチナメッキチタン、ステンレススチール、黒鉛、金、銀メッキ、銀含浸インク、ガラス状炭素からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１６記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項２１】
上記ポンピング素子は、流体の存在時に正のゼータ電位を示し、上記インレット電極は、カソード電極であり、上記アウトレット電極は、アノード電極であることを特徴とする請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項２２】
上記アノード電極の材料は、プラチナ、プラチナ被履ニオブ、プラチナメッキチタン、プラチナ被履タンタル、黒鉛、ガラス状炭素、チタン上の混合金属酸化物コーティング、銀含浸インク及び寸法安定性のアノード材料からなるグループから選択されることを特徴とする請求項２１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項２３】
上記チタン上の混合金属酸化物コーティングは、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びタンタル酸化物コーティングを含むことを特徴とする請求項２２記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項２４】
上記寸法安定性のアノード材料は、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びルテニウム酸化物コーティングからなるグループから選択されることを特徴とする請求項２２記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項２５】
上記カソード電極の材料は、銅、プラチナメッキチタン、ステンレススチール、黒鉛、金、銀メッキ、銀含浸インク、ガラス状炭素からなるグループから選択されることを特徴とする請求項２１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項２６】
１つ以上のインレットチャンバと、１つ以上のポンピング素子と、１つ以上のアウトレットチャンバとを更に備え、上記各インレットチャンバは、１つ以上の流体インレットポートを有することを特徴とする請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項２７】
上記インレットチャンバに連結され、インレットチャンバ内の気体及びアウトレットチャンバ内の気体を再結合させる再結合チャンバを更に備える請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項２８】
上記インレットチャンバへのインレットポートは、インレットチャンバに入る流体がよく混合されるように構成及び配置されていることを特徴とする請求項１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項２９】
上記流体は、インレットポートからインレットチャンバに高い平均流速で流体を供給することによってよく混合されることを特徴とする請求項２８記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項３０】
上記インレットポートからインレットチャンバに入る流体の平均流速は、２５ｃｍ／秒以上であることを特徴とする請求項２９記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項３１】
ａ．流体チャンバと、
ｂ．上記流体チャンバを、流体インレットポートを含み、所定の滞留時間に比例するサイズを有するインレットチャンバと、流体アウトレットポートを含むアウトレットチャンバとに分割するように配設され、流体をポンピングするポンピング素子と、
ｃ．上記インレットチャンバ内に配設されたインレット電極と、
ｄ．上記アウトレットチャンバ内に配設されたアウトレット電極と、
ｅ．上記インレット電極及びアウトレット電極に接続され、該インレット電極と該アウトレット電極間に電圧を印加し、該インレット電極と該アウトレット電極間に電界を発生させる電圧印加手段とを備える電気浸透流ポンプ。
【請求項３２】
上記インレットチャンバの滞留時間は、約１／２０分〜約１分であることを特徴とする請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項３３】
上記インレットチャンバの容積は、上記ポンピング素子の面積に約０．４ｃｍ〜約３．０ｃｍの幅を乗算した値に等しいことを特徴とする請求項３２記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項３４】
上記インレット電極は、上記ポンピング素子の第１の表面から所定の距離離間して配設されていることを特徴とする請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項３５】
上記インレット電極の上記第１の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍであることを特徴とする請求項３４記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項３６】
上記アウトレット電極は、上記ポンピング素子の第２の表面から所定の距離離間して配設されていることを特徴とする請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項３７】
上記アウトレット電極の上記第２の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍであることを特徴とする請求項３６記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項３８】
上記アウトレット電極は、上記ポンピング素子の第２の表面上に配設されていることを特徴とする請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項３９】
酸素に対して非反応性である１つ以上の材料を含む請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４０】
当該電気浸透流ポンプは、金属、ガラス、セラミック、プラスチック又はこれらの組み合わせのうちの１つ以上の材料から形成されていることを特徴とする請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４１】
上記１つ以上の材料は、１つ以上のシーリング材料によって連結されていることを特徴とする請求項４０記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４２】
上記ポンピング素子は、低モジュラス接着剤により、当該電気浸透流ポンプの筐体に密封されていることを特徴とする請求項４１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４３】
上記１つ以上のシーリング材料は、はんだ、シーリングガラス、低モジュラス接着剤又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項４２記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４４】
当該電気浸透流ポンプは、１つ以上のポンプ材料を用いて形成され、各ポンプ材料は、上記流体に適合性を有し、又は流体に適合性を有さない１つ以上のポンプ材料は、適合性を有する材料によってコーティングされることを特徴とする請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４５】
上記流体は、緩衝水溶液を含むことを特徴とする請求項４４記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４６】
上記１つ以上のポンプ材料は、緩衝水溶液に適合性を有する絶縁材料を含むことを特徴とする請求項４５記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４７】
上記ポンプ材料は、シリコン窒化物、チタニア、アルミナ、シリカ、ホウケイ酸塩、バイコール及びプラスチックからなるグループから選択されることを特徴とする請求項４６記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４８】
上記ポンピング素子は、流体の存在時に負のゼータ電位を示し、上記インレット電極は、アノード電極であり、上記アウトレット電極は、カソード電極であることを特徴とする請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項４９】
上記アノード電極の材料は、プラチナ、プラチナ被履ニオブ、プラチナメッキチタン、プラチナ被履タンタル、黒鉛、ガラス状炭素、チタン上の混合金属酸化物コーティング、銀含浸インク及び寸法安定性のアノード材料からなるグループから選択されることを特徴とする請求項４８記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５０】
上記チタン上の混合金属酸化物コーティングは、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びタンタル酸化物コーティングを含むことを特徴とする請求項４９記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５１】
上記寸法安定性のアノード材料は、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びルテニウム酸化物コーティングからなるグループから選択されることを特徴とする請求項４９記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５２】
上記カソード電極の材料は、銅、プラチナメッキチタン、ステンレススチール、黒鉛、金、銀メッキ、銀含浸インク、ガラス状炭素からなるグループから選択されることを特徴とする請求項４８記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５３】
上記ポンピング素子は、流体の存在時に正のゼータ電位を示し、上記インレット電極は、カソード電極であり、上記アウトレット電極は、アノード電極であることを特徴とする請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５４】
上記アノード電極の材料は、プラチナ、プラチナ被履ニオブ、プラチナメッキチタン、プラチナ被履タンタル、黒鉛、ガラス状炭素、チタン上の混合金属酸化物コーティング、銀含浸インク及び寸法安定性のアノード材料からなるグループから選択されることを特徴とする請求項５３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５５】
上記チタン上の混合金属酸化物コーティングは、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びタンタル酸化物コーティングを含むことを特徴とする請求項５４記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５６】
上記寸法安定性のアノード材料は、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びルテニウム酸化物コーティングからなるグループから選択されることを特徴とする請求項５４記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５７】
上記カソード電極の材料は、銅、プラチナメッキチタン、ステンレススチール、黒鉛、金、銀メッキ、銀含浸インク、ガラス状炭素からなるグループから選択されることを特徴とする請求項５３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５８】
１つ以上のインレットチャンバと、１つ以上のポンピング素子と、１つ以上のアウトレットチャンバとを更に備え、上記各インレットチャンバは、１つ以上の流体インレットポートを有することを特徴とする請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項５９】
上記インレットチャンバに連結され、インレットチャンバ内の気体及びアウトレットチャンバ内の気体を再結合させる再結合チャンバを更に備える請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項６０】
上記インレットチャンバへのインレットポートは、インレットチャンバに入る流体がよく混合されるように構成及び配置されていることを特徴とする請求項３１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項６１】
上記流体は、インレットポートからインレットチャンバに高い平均流速で流体を供給することによってよく混合されることを特徴とする請求項６０記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項６２】
上記インレットポートからインレットチャンバに入る流体の平均流速は、２５ｃｍ／秒以上であることを特徴とする請求項６１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項６３】
ａ．流体チャンバと、
ｂ．上記流体チャンバを、流体インレットポートを含むインレットチャンバと、流体アウトレットポートを含むアウトレットチャンバとに分割するように配設され、流体をポンピングするポンピング素子と、
ｃ．上記アウトレットチャンバから上記インレットチャンバに液体を通過させず、気体を通過させる気体透過性素子と、
ｄ．上記ポンピング素子の第１の表面から所定の距離離間して、上記インレットチャンバ内に配設されたインレット電極と、
ｅ．上記アウトレットチャンバ内に配設されたアウトレット電極と、
ｆ．上記インレット電極及びアウトレット電極に接続され、該インレット電極と該アウトレット電極間に電圧を印加し、該インレット電極と該アウトレット電極間に電界を発生させる電圧印加手段とを備える電気浸透流ポンプ。
【請求項６４】
上記気体透過性素子は、上記アウトレットチャンバから上記インレットチャンバに該アウトレットチャンバ内の気体を流すことを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項６５】
上記アウトレットチャンバ内の気体は、主に水素であることを特徴とする請求項６４記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項６６】
上記アウトレットチャンバ内の気体は、主に酸素であることを特徴とする請求項６４記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項６７】
上記インレット電極の上記第１の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍであることを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項６８】
上記アウトレット電極は、上記ポンピング素子の第２の表面から所定の距離離間して配設されていることを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項６９】
上記アウトレット電極の上記第２の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍであることを特徴とする請求項６８記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７０】
上記アウトレット電極は、上記ポンピング素子の第２の表面上に配設されていることを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７１】
上記インレットチャンバの滞留時間は、約１／２０分〜約１分であることを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７２】
上記インレットチャンバの容積は、上記ポンピング素子の面積に約０．４ｃｍ〜約３．０ｃｍの幅を乗算した値に等しいことを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７３】
当該電気浸透流ポンプは、金属、ガラス、セラミック、プラスチック又はこれらの組み合わせのうちの１つ以上の材料から形成されていることを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７４】
上記１つ以上の材料は、１つ以上のシーリング材料によって連結されていることを特徴とする請求項７３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７５】
上記１つ以上のシーリング材料は、はんだ、シーリングガラス、低モジュラス接着剤又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項７４記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７６】
上記ポンピング素子は、低モジュラス接着剤により、当該電気浸透流ポンプの筐体に密封されていることを特徴とする請求項７５記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７７】
当該電気浸透流ポンプは、１つ以上のポンプ材料を用いて形成され、各ポンプ材料は、上記流体に適合性を有し、又は流体に適合性を有さない１つ以上のポンプ材料は、適合性を有する材料によってコーティングされることを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７８】
上記流体は、緩衝水溶液を含むことを特徴とする請求項７７記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項７９】
上記１つ以上のポンプ材料は、緩衝水溶液に適合性を有する絶縁材料を含むことを特徴とする請求項７８記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８０】
上記ポンプ材料は、シリコン窒化物、チタニア、アルミナ、シリカ、ホウケイ酸塩、バイコール及びプラスチックからなるグループから選択されることを特徴とする請求項７９記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８１】
上記ポンピング素子は、流体の存在時に負のゼータ電位を示し、上記インレット電極は、アノード電極であり、上記アウトレット電極は、カソード電極であることを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８２】
上記アノード電極の材料は、プラチナ、プラチナ被履ニオブ、プラチナメッキチタン、プラチナ被履タンタル、黒鉛、ガラス状炭素、チタン上の混合金属酸化物コーティング、銀含浸インク及び寸法安定性のアノード材料からなるグループから選択されることを特徴とする請求項８１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８３】
上記チタン上の混合金属酸化物コーティングは、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びタンタル酸化物コーティングを含むことを特徴とする請求項８２記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８４】
上記寸法安定性のアノード材料は、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びルテニウム酸化物コーティングからなるグループから選択されることを特徴とする請求項８２記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８５】
上記カソード電極の材料は、銅、プラチナメッキチタン、ステンレススチール、黒鉛、金、銀メッキ、銀含浸インク、ガラス状炭素からなるグループから選択されることを特徴とする請求項８１記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８６】
上記ポンピング素子は、流体の存在時に正のゼータ電位を示し、上記インレット電極は、カソード電極であり、上記アウトレット電極は、アノード電極であることを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８７】
上記アノード電極の材料は、プラチナ、プラチナ被履ニオブ、プラチナメッキチタン、プラチナ被履タンタル、黒鉛、ガラス状炭素、チタン上の混合金属酸化物コーティング、銀含浸インク及び寸法安定性のアノード材料からなるグループから選択されることを特徴とする請求項８６記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８８】
上記チタン上の混合金属酸化物コーティングは、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びタンタル酸化物コーティングを含むことを特徴とする請求項８７記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項８９】
上記寸法安定性のアノード材料は、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びルテニウム酸化物コーティングからなるグループから選択されることを特徴とする請求項８７記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項９０】
上記カソード電極の材料は、銅、プラチナメッキチタン、ステンレススチール、黒鉛、金、銀メッキ、銀含浸インク、ガラス状炭素からなるグループから選択されることを特徴とする請求項８６記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項９１】
１つ以上のインレットチャンバと、１つ以上のポンピング素子と、１つ以上のアウトレットチャンバとを更に備え、上記各インレットチャンバは、１つ以上の流体インレットポートを有することを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項９２】
上記インレットチャンバに連結され、インレットチャンバ内の気体及びアウトレットチャンバ内の気体を再結合させる再結合チャンバを更に備える請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項９３】
上記インレットチャンバへのインレットポートは、インレットチャンバに入る流体がよく混合されるように構成及び配置されていることを特徴とする請求項６３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項９４】
上記流体は、インレットポートからインレットチャンバに高い平均流速で流体を供給することによってよく混合されることを特徴とする請求項９３記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項９５】
上記インレットポートからインレットチャンバに入る流体の平均流速は、２５ｃｍ／秒以上であることを特徴とする請求項９４記載の電気浸透流ポンプ。
【請求項９６】
ａ．ポンピング素子を収容する構造体と、
ｂ．上記構造体に連結された複数の流体ラインと、
ｃ．上記構造体及び各流体ラインの間に配置され、該構造体の材料と実質的に等しい熱膨張特性を有する延性材料とを備えるポンピング装置。
【請求項９７】
上記構造体は、上記ポンピング素子の第１の側に第１の電気コンタクトを提供するよう構成された第１の電気コンタクトポートを更に備える請求項９６記載のポンピング装置。
【請求項９８】
第１の電気コンタクト及び第１の電気コンタクトポートの間に配置された延性材料を更に備える請求項９７記載のポンピング装置。
【請求項９９】
ａ．上記第１の電気コンタクトを上記第１の側に連結する接着剤と、
ｂ．上記接着剤に適用され、該接着剤の泳動を防止するパシベーション層とを更に備える請求項９７記載のポンピング装置。
【請求項１００】
上記ポンピング素子の大部分は、非平行な間隙を有することを特徴とする請求項９６記載のポンピング装置。
【請求項１０１】
上記ポンピング素子の周辺表面に適用され、該ポンピング素子材料に一致する膨張特性を有するエポキシ材料を更に備える請求項１００記載のポンピング装置。
【請求項１０２】
上記構造体は、上記ポンピング素子の第２の側に第２の電気コンタクトを提供するよう構成された第２の電気コンタクトポートを更に備える請求項９７記載のポンピング装置。
【請求項１０３】
第２の電気コンタクト及び第２の電気コンタクトポートの間に配置された延性材料を更に備える請求項１０２記載のポンピング装置。
【請求項１０４】
上記第１の電気コンタクトポート及び第２の電気コンタクトポートは、上記構造体の同じ外表面上に配置されることを特徴とする請求項１０２記載のポンピング装置。
【請求項１０５】
上記第１の電気コンタクトポート及び第２の電気コンタクトポートは、上記構造体の異なる外表面上にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１０２記載のポンピング装置。
【請求項１０６】
上記ポンピング素子は、上記構造の流体インレット領域に関連付けられた第１の側と、上記構造の流体アウトレット領域に関連付けられた第２の側と、上記流体インレット領域から上記流体アウトレット領域に流体を循環させる複数の流体ラインとを備えることを特徴とする請求項９６記載のポンピング装置。
【請求項１０７】
上記構造体は、第１の外表面及び第２の外表面を備え、該構造体の該第１の外表面には、複数の流体ラインの第１の流体ライン及び第２の流体ラインが連結されることを特徴とする請求項９６記載のポンピング装置。
【請求項１０８】
上記構造体は、第１の外表面及び第２の外表面を備え、該第１の外表面には、複数の流体ラインの第１の流体ラインが連結され、該第２の外表面には、複数の流体ラインの第２の流体ラインが連結されることを特徴とする請求項９６記載のポンピング装置。
【請求項１０９】
上記構造体は、
ａ．第１の流体ラインを流体インレット領域に連結し、第２の流体ラインを流体アウトレット領域に連結して、上記ポンピング素子を収容する収容部を有する基体と、
ｂ．上記基体に嵌合して該構造体を密閉する蓋体とを備えることを特徴とする請求項１０６記載のポンピング装置。
【請求項１１０】
上記基体は、余剰水素ガス及び余剰酸素ガスを水に再結合させる空洞を備えることを特徴とする請求項１０９記載のポンピング装置。
【請求項１１１】
上記延性材料は、タングステンであることを特徴とする請求項９６記載のポンピング装置。
【請求項１１２】
上記ポンピング素子は、ホウケイ酸ガラスを材料とすることを特徴とする請求項９６記載のポンピング装置。
【請求項１１３】
上記流体ラインは、銅を材料とすることを特徴とする請求項９６記載のポンピング装置。
【請求項１１４】
上記第１及び第２の電気コンタクトは、銅を材料とすることを特徴とする請求項１０２記載のポンピング装置。
【請求項１１５】
上記第１及び第２の電気コンタクトは、タングステンを材料とすることを特徴とする請求項１０２記載のポンピング装置。
【請求項１１６】
回路を冷却する循環冷却システムにおいて、
ａ．１つ以上の流体ラインに連結された複数の熱交換流体ポートを有し、上記回路に接触し、該回路を冷却する少なくとも１つの熱交換器と、
ｂ．上記熱交換器に連結され、
１．上記流体ラインに連結された複数のポンプ流体ポートを有し、ポンピング素子を収容する構造体と、
２．延性材料上記ポンプ流体ポートと、各対応する流体ラインとの間に配設され、該構造体の材料と実質的に等しい熱膨張特性を有する延性材料とを備える少なくとも１つのポンプアセンブリとを備える循環冷却システム。
【請求項１１７】
上記流体ラインに連結された複数の除熱器流体ポートを有する少なくとも１つの除熱器を更に備える請求項１１６記載の循環冷却システム。
【請求項１１８】
上記延性材料は、上記複数の流体ラインと除熱器流体ポートとの間に配設され、上記除熱器を密閉することを特徴とする請求項１１７記載の循環冷却システム。
【請求項１１９】
上記延性材料は、上記複数の流体ラインと除熱器流体ポートとの間に配設され、上記除熱器を密閉することを特徴とする請求項１１６記載の循環冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、２００３年１月３１日に出願された係属中の米国仮特許出願番号第６０／４４４，２６９号、発明の名称「電子デバイス用の循環液体冷却における凍結対策（REMEDIES FOR FREEZING IN CLOSED-LOOP LIQUID COOLING FOR ELECTRONIC DEVICES）」に対する優先権を主張する。２００３年１月３１日に出願された係属中の米国仮特許出願番号第６０／４４４，２６９号、発明の名称「電子デバイス用の循環液体冷却装置における凍結対策（REMEDIES FOR FREEZING IN CLOSED-LOOP LIQUID COOLING FOR ELECTRONIC DEVICES）」は、引用により本願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、発熱デバイスを冷却するための方法及び装置に関し、詳しくは、低コストな界面動電ポンプアセンブリ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
動電学的なポンプ（electrokinetic pump：以下、界面動電ポンプという。）は、１００ｍｌ／分以上の流量及び１０ｐｓｉ以上の圧力を生成する能力を有する。当分野において周知の通り、界面動電ポンプは、筐体内の多孔性のポンピング素子の反対側に配設された電極に電圧を印加することによって動作する。従来の界面動電ポンプは、筐体内に配設され、幾つかの設計上の問題点を有している。これらの問題により、ポンプの一貫した性能が損なわれ、ポンプの信頼性が低下する。具体的には、既存の界面動電ポンプにおいて用いられている材料のアレーの熱膨張係数が異なることにより、漏洩及びフィードスルー障害（feedthrough failure）等の問題が生じることがある。更に、従来の技術界面動電ポンプは、ポンプ筐体の材料及び流体ポート、並びにポンプ筐体に取り付けられた流体ラインの間の熱膨張係数の不一致を考慮に入れていない。これらの材料の熱膨張係数の不一致により、ポンプ及び流体ラインの間で漏洩又は破損が生じることがある。これらの問題に対処する従来の界面動電ポンプ筐体は、設計が複雑であり、ポンプの製造が高コストで、時間と手間が掛かるといった問題があった。
【０００４】
更に、従来の界面動電ポンプの物理的な設計では、界面動電ポンプの性能を最適に引き出すことができなかった。すなわち、流体チャンバのサイズ、ポンピング素子及びそれらの電極の位置の仕様を改善することにより、界面動電ポンプの性能がより最適化されるはずである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述の問題を解決し、高い費用効率で製造できる設計構成を有する密封されたポンプ筐体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電気浸透流ポンプは、流体チャンバと、流体チャンバを、流体インレットポートを含むインレットチャンバと、流体アウトレットポートを含むアウトレットチャンバとに分割するように配設され、流体をポンピングするポンピング素子と、ポンピング素子の第１の表面から所定の距離離間して、インレットチャンバ内に配設されたインレット電極と、アウトレットチャンバ内に配設されたアウトレット電極と、インレット電極及びアウトレット電極に接続され、インレット電極とアウトレット電極間に電圧を印加し、インレット電極とアウトレット電極間に電界を発生させる電圧印加手段とを備える。
【０００７】
インレット電極の第１の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍとしてもよい。アウトレット電極は、ポンピング素子の第２の表面から所定の距離離間して配設してもよい。アウトレット電極の第２の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍとしてもよい。アウトレット電極は、ポンピング素子の第２の表面上に配設してもよい。インレットチャンバの滞留時間は、約１／２０分〜約１分としてもよい。インレットチャンバの容積は、ポンピング素子の面積に約０．４ｃｍ〜約３．０ｃｍの幅を乗算した値に等しくしてもよい。電気浸透流ポンプは、金属、ガラス、セラミック、プラスチック又はこれらの組み合わせのうちの１つ以上の材料から形成してもよい。１つ以上の材料は、１つ以上のシーリング材料によって連結してもよい。１つ以上のシーリング材料は、はんだ、シーリングガラス、低モジュラス接着剤又はこれらの組み合わせを含んでいてもよい。ポンピング素子は、低モジュラス接着剤により、電気浸透流ポンプの筐体に密封してもよい。電気浸透流ポンプは、１つ以上のポンプ材料を用いて製造してもよく、各ポンプ材料は、流体に適合性を有し、又は流体に適合性を有さない１つ以上のポンプ材料は、適合性を有する材料によってコーティングしてもよい。流体は、緩衝水溶液を含んでいてもよい。１つ以上のポンプ材料は、緩衝水溶液に適合性を有する絶縁材料を含んでいてもよい。ポンプ材料は、シリコン窒化物、チタニア、アルミナ、シリカ、ホウケイ酸塩、バイコール及びプラスチックからなるグループから選択してもよい。ポンピング素子は、流体の存在時に負のゼータ電位を示してもよく、インレット電極は、アノード電極であり、アウトレット電極は、カソード電極であってもよい。ポンピング素子は、流体の存在時に正のゼータ電位を示してもよく、インレット電極は、カソード電極であり、アウトレット電極は、アノード電極であってもよい。アノード電極の材料は、プラチナ、プラチナ被履ニオブ、プラチナメッキチタン、プラチナ被履タンタル、黒鉛、ガラス状炭素、チタン上の混合金属酸化物コーティング、銀含浸インク及び寸法安定性のアノード材料からなるグループから選択してもよい。チタン上の混合金属酸化物コーティングは、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びタンタル酸化物コーティングを含んでいてもよい。寸法安定性のアノード材料は、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びルテニウム酸化物コーティングからなるグループから選択してもよい。カソード電極の材料は、銅、プラチナメッキチタン、ステンレススチール、黒鉛、金、銀メッキ、銀含浸インク、ガラス状炭素からなるグループから選択してもよい。電気浸透流ポンプは、１つ以上のインレットチャンバと、１つ以上のポンピング素子と、１つ以上のアウトレットチャンバとを更に備え、各インレットチャンバは、１つ以上の流体インレットポートを有していてもよい。電気浸透流ポンプは、インレットチャンバに連結され、インレットチャンバ内の気体及びアウトレットチャンバ内の気体を再結合させる再結合チャンバを更に備えていてもよい。インレットチャンバへのインレットポートは、インレットチャンバに入る流体がよく混合されるように構成及び配置してもよい。流体は、インレットポートからインレットチャンバに高い平均流速で流体を供給することによってよく混合してもよい。インレットポートからインレットチャンバに入る流体の平均流速は、２５ｃｍ／秒以上であってもよい。
【０００８】
他の側面として、本発明に係る電気浸透流ポンプは、流体チャンバと、流体チャンバを、流体インレットポートを含み、所定の滞留時間に比例するサイズを有するインレットチャンバと、流体アウトレットポートを含むアウトレットチャンバとに分割するように配設され、流体をポンピングするポンピング素子と、インレットチャンバ内に配設されたインレット電極と、アウトレットチャンバ内に配設されたアウトレット電極と、インレット電極及びアウトレット電極に接続され、インレット電極とアウトレット電極間に電圧を印加し、インレット電極とアウトレット電極間に電界を発生させる電圧印加手段とを備える。インレットチャンバの滞留時間は、約１／２０分〜約１分であってもよい。インレットチャンバの容積は、ポンピング素子の面積に約０．４ｃｍ〜約３．０ｃｍの幅を乗算した値に等しくしてもよい。インレット電極は、ポンピング素子の第１の表面から所定の距離離間して配設してもよい。インレット電極の第１の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍとしてもよい。アウトレット電極は、ポンピング素子の第２の表面から所定の距離離間して配設してもよい。アウトレット電極の第２の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍであってもよい。アウトレット電極は、ポンピング素子の第２の表面上に配設してもよい。電気浸透流ポンプは、酸素に対して非反応性である１つ以上の材料を含んでいてもよい。電気浸透流ポンプは、金属、ガラス、セラミック、プラスチック又はこれらの組み合わせのうちの１つ以上の材料から形成してもよい。１つ以上の材料は、１つ以上のシーリング材料によって連結してもよい。１つ以上のシーリング材料は、はんだ、シーリングガラス、低モジュラス接着剤又はこれらの組み合わせを含んでいてもよい。ポンピング素子は、低モジュラス接着剤により、電気浸透流ポンプの筐体に密封してもよい。電気浸透流ポンプは、１つ以上のポンプ材料を用いて製造してもよく、各ポンプ材料は、流体に適合性を有し、又は流体に適合性を有さない１つ以上のポンプ材料は、適合性を有する材料によってコーティングしてもよい。流体は、緩衝水溶液を含んでいてもよい。１つ以上のポンプ材料は、緩衝水溶液に適合性を有する絶縁材料を含んでいてもよい。ポンプ材料は、シリコン窒化物、チタニア、アルミナ、シリカ、ホウケイ酸塩、バイコール及びプラスチックからなるグループから選択してもよい。ポンピング素子は、流体の存在時に負のゼータ電位を示してもよく、インレット電極は、アノード電極であり、アウトレット電極は、カソード電極であってもよい。ポンピング素子は、流体の存在時に正のゼータ電位を示してもよく、インレット電極は、カソード電極であり、アウトレット電極は、アノード電極であってもよい。アノード電極の材料は、プラチナ、プラチナ被履ニオブ、プラチナメッキチタン、プラチナ被履タンタル、黒鉛、ガラス状炭素、チタン上の混合金属酸化物コーティング、銀含浸インク及び寸法安定性のアノード材料からなるグループから選択してもよい。チタン上の混合金属酸化物コーティングは、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びタンタル酸化物コーティングを含んでいてもよい。寸法安定性のアノード材料は、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びルテニウム酸化物コーティングからなるグループから選択してもよい。カソード電極の材料は、銅、プラチナメッキチタン、ステンレススチール、黒鉛、金、銀メッキ、銀含浸インク、ガラス状炭素からなるグループから選択してもよい。電気浸透流ポンプは、１つ以上のインレットチャンバと、１つ以上のポンピング素子と、１つ以上のアウトレットチャンバとを更に備え、各インレットチャンバは、１つ以上の流体インレットポートを有していてもよい。電気浸透流ポンプは、インレットチャンバに連結され、インレットチャンバ内の気体及びアウトレットチャンバ内の気体を再結合させる再結合チャンバを更に備えていてもよい。インレットチャンバへのインレットポートは、インレットチャンバに入る流体がよく混合されるように構成及び配置してもよい。流体は、インレットポートからインレットチャンバに高い平均流速で流体を供給することによってよく混合してもよい。インレットポートからインレットチャンバに入る流体の平均流速は、２５ｃｍ／秒以上であってもよい。
【０００９】
本発明の他の側面として、本発明に係る電気浸透流ポンプは、流体チャンバと、流体チャンバを、流体インレットポートを含むインレットチャンバと、流体アウトレットポートを含むアウトレットチャンバとに分割するように配設され、流体をポンピングするポンピング素子と、アウトレットチャンバからインレットチャンバに液体を通過させず、気体を通過させる気体透過性素子と、ポンピング素子の第１の表面から所定の距離離間して、インレットチャンバ内に配設されたインレット電極と、アウトレットチャンバ内に配設されたインレット電極及びアウトレット電極に接続され、インレット電極とアウトレット電極間に電圧を印加し、インレット電極とアウトレット電極間に電界を発生させる電圧印加手段とを備える。気体透過性素子は、アウトレットチャンバからインレットチャンバにアウトレットチャンバ内の気体を流してもよい。アウトレットチャンバ内の気体は、主に水素であってもよい。アウトレットチャンバ内の気体は、主に酸素であってもよい。インレット電極の第１の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍであってもよい。アウトレット電極は、ポンピング素子の第２の表面から所定の距離離間して配設してもよい。アウトレット電極の第２の表面から離間する所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍであってもよい。アウトレット電極は、ポンピング素子の第２の表面上に配設してもよい。インレットチャンバの滞留時間は、約１／２０分〜約１分であってもよい。インレットチャンバの容積は、ポンピング素子の面積に約０．４ｃｍ〜約３．０ｃｍの幅を乗算した値に等しくしてもよい。電気浸透流ポンプは、金属、ガラス、セラミック、プラスチック又はこれらの組み合わせのうちの１つ以上の材料から形成してもよい。１つ以上の材料は、１つ以上のシーリング材料によって連結してもよい。１つ以上のシーリング材料は、はんだ、シーリングガラス、低モジュラス接着剤又はこれらの組み合わせを含んでいてもよい。ポンピング素子は、低モジュラス接着剤により、電気浸透流ポンプの筐体に密封してもよい。電気浸透流ポンプは、１つ以上のポンプ材料を用いて製造してもよく、各ポンプ材料は、流体に適合性を有し、又は流体に適合性を有さない１つ以上のポンプ材料は、適合性を有する材料によってコーティングしてもよい。流体は、緩衝水溶液を含んでいてもよい。１つ以上のポンプ材料は、緩衝水溶液に適合性を有する絶縁材料を含んでいてもよい。ポンプ材料は、シリコン窒化物、チタニア、アルミナ、シリカ、ホウケイ酸塩、バイコール及びプラスチックからなるグループから選択してもよい。ポンピング素子は、流体の存在時に負のゼータ電位を示してもよく、インレット電極は、アノード電極であり、アウトレット電極は、カソード電極であってもよい。ポンピング素子は、流体の存在時に正のゼータ電位を示してもよく、インレット電極は、カソード電極であり、アウトレット電極は、アノード電極であってもよい。アノード電極の材料は、プラチナ、プラチナ被履ニオブ、プラチナメッキチタン、プラチナ被履タンタル、黒鉛、ガラス状炭素、チタン上の混合金属酸化物コーティング、銀含浸インク及び寸法安定性のアノード材料からなるグループから選択してもよい。チタン上の混合金属酸化物コーティングは、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びタンタル酸化物コーティングを含んでいてもよい。寸法安定性のアノード材料は、チタン上のイリジウム酸化物コーティング及びルテニウム酸化物コーティングからなるグループから選択してもよい。カソード電極の材料は、銅、プラチナメッキチタン、ステンレススチール、黒鉛、金、銀メッキ、銀含浸インク、ガラス状炭素からなるグループから選択してもよい。電気浸透流ポンプは、１つ以上のインレットチャンバと、１つ以上のポンピング素子と、１つ以上のアウトレットチャンバとを更に備えていてもよく、各インレットチャンバは、１つ以上の流体インレットポートを有していてもよい。電気浸透流ポンプは、インレットチャンバに連結され、インレットチャンバ内の気体及びアウトレットチャンバ内の気体を再結合させる再結合チャンバを更に備えていてもよい。インレットチャンバへのインレットポートは、インレットチャンバに入る流体がよく混合されるように構成及び配置してもよい。流体は、インレットポートからインレットチャンバに高い平均流速で流体を供給することによってよく混合してもよい。インレットポートからインレットチャンバに入る流体の平均流速は、２５ｃｍ／秒以上であってもよい。
【００１０】
本発明のこの他の特徴及び利点は、以下に示す好ましい実施形態の詳細によって明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明に基づく循環冷却装置１０の概略を示している。循環冷却装置１０は、好ましくは、マイクロプロセッサ等の熱源９９に連結されたマイクロチャンネル熱交換器１２を備えている。これに代えて、熱交換器１２は、１つのコンポーネントとして、熱源９９と一体に形成してもよい。なお、循環冷却装置１０は、如何なる種類の熱交換器を備えていてもよい。
【００１２】
図１に示すように、熱交換器１２の流体アウトレットポート１６は、流体ライン１８を介して、除熱器２０の流体インレットポート２４に連結されている。除熱器２０の流体アウトレットポート２６は、流体ライン１８を介して、本発明に基づくポンプ２２の流体インレットポート２８に連結されている。ポンプ２２の流体アウトレットポート３０は、流体ライン１８を介して、熱交換器１２の流体インレットポート１４に連結されている。本発明のポンプ２２は、循環冷却装置１０内で流体をポンピングし、循環させる。一実施形態においては、この循環冷却装置１０は、１つ以上の熱交換器１２を備えていてもよい。他の実施形態においては、この循環冷却装置１０は、１つ以上の除熱器２０を備えていてもよい。また、循環冷却装置１０内で１つ以上の熱源９９を冷却してもよい。これに代えて、１つ以上の熱交換器１２及び１つ以上の除熱器２０がある場合、多連ポンプ（図示せず）によって、それぞれのインレットポート１４、２４及びアウトレットポート１６、２６に流体を循環させてもよい、なお、図１に示されていない他のコンポーネントを設けてもよいことは、当業者にとって明らかである。また、循環冷却装置１０のコンポーネントは、循環冷却装置１０内で、この他の如何なる適切な順序で配置してもよく、この順序は、図１に示す構成には制限されないことも当業者にとっては明らかである、
循環冷却装置１０の好ましい動作として、循環冷却装置１０は、熱源９９を冷却し、ポンプ２２は、アウトレットポート３０を介して、熱交換器１２に冷却された流体を循環させる。本発明のポンプ２２は、好ましくは、熱交換器１２及び除熱器２０に流体を均一に循環させ、状況に応じて、単相流又は二相流である流体を循環冷却装置１０内でポンピングする。これに代えて、ポンプ２２は、熱交換器１２への流量を変化させてもよい。ポンプ２２から流出した流体は、熱交換器１２に流入し、熱源９９が発生した熱を吸収する。熱交換器１２内では、流体は、以下に限定されるものではないが、熱源９９が発生する熱量、熱源を通過する流体の流量及び流速、及びこの他の因子を含む様々な因子によって、単相流又は二相流のいずれかとして存在する。加熱された流体は、アウトレットポート１６を介して熱交換器１２から流出し、除熱器２０のインレットポート２４に流入し、除熱器２０は、流体内の熱を周囲の空気に放熱することによって流体を冷却する。冷却された流体は、アウトレットポート２６を介して、除熱器２０を出て、インレットポート２８を介して、ポンプ２２に入る。このプロセスによって、循環冷却装置１０又は熱源９９は、所定の最高温度以下に維持される。或いは、このプロセスにより、循環冷却装置１０内の１つ以上の個々のコンポーネントは、所望の温度に維持される。
【００１３】
循環冷却装置１０内の流体は、好ましくは、水を主体とする液体である。これに代えて、循環冷却装置１０内の流体は、凍結温度を低くし、又は熱特性を強化し、及び耐腐食性を向上させる有機溶液の組み合わせであってもよい。循環冷却装置１０内の流体は、単相流状態であっても二相流状態であってもよい。二相流とは、液体状態及び気体状態の両方を含む流体である。但し、単相流の場合も二相流の場合も、均衡した全ての動作温度又は保存温度において、例えば、管、熱交換器、ポンプ、マニホルド、フィッティング及びコネクタ等のコンポーネントを含む循環冷却装置１０内で、流体は、ある程度の蒸気の状態を呈することは当業者にとって明らかである。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態に基づくポンプアセンブリの分解図を図２Ａに示す。図２Ａに示すように、好ましい電気浸透流ポンプ（以下、単にポンプという。）１００は、筐体底部部分１０２Ａ及び筐体蓋１０２Ｂを有する筐体本体を備える。更に、ポンプ１００は、流体インレットポート１２６及び流体アウトレットポート１２４と、アウトレット電極１１２Ｂ’及びインレット電極１１２Ａ’とを備える。アウトレット電極１１２Ｂ’は、アウトレット電気コンタクト１１２Ｂに接続されており、インレット電極１１２Ａ’は、インレット電気コンタクト１１２Ａに接続されている。アウトレット電気コンタクト１１２Ｂ及びインレット電気コンタクト１１２Ａは、好ましくは、それぞれ筐体底部部分１０２Ａを介してポンプ１００に連結されている。筐体底部部分１０２Ａは、好ましくは、電気浸透流ポンピング素子（electroosmotic pumping element：以下、単にポンピング素子という。）１０４を収容する空洞１０６を備えている。好ましい実施形態においては、ポンピング素子１０４は、ガラスフリットである。また、筐体底部部分１０２Ａは、冷却装置内で生じた水素及び酸素を再結合させ、水に戻す再結合空洞（recombination cavity）１０８を備える。ポンプ内で、電気浸透によって水素及び酸素が生じる仕組みは、当分野では周知であり、ここでは詳細には説明しない。水以外の液体をポンピングする場合、この他の気体又は化学物質が生じることもある。
【００１５】
アウトレット電極１１２Ｂ’と、インレット電極１１２Ａ’とは、好ましくは、それぞれポンピング素子１０４から所定の距離離間して配設される。この好ましい実施形態では、アウトレット電極１１２Ｂ’及びインレット電極１１２Ａ’をオフフリット電極（off-frit electrode）と呼ぶ。好ましくは、インレット電極１１２Ａ’は、筐体底部部分１０２Ａに機械的に連結されるとともに、筐体底部部分１０２Ａから電気的に絶縁され、アウトレット電極１１２Ｂ’は、筐体底部部分１０２Ａ内の空洞１０６の底面に機械的に連結されるとともに、空洞１０６から電気的に絶縁される。好ましくは、いずれの電極も、筐体底部部分１０２Ａに連結される。インレット電極１１２Ａ’は、筐体底部部分１０２Ａに直接連結してもよく、中間支持構造体を介して筐体底部部分１０２Ａに連結してもよい。如何なる手法を用いる場合も、インレット電極１１２Ａ’は、筐体底部部分１０２Ａに連結され、ポンピング素子１０４の対応する最も近い表面（図２Ａに示すポンピング素子１０４の上面）から所定の距離離間して配設される。インレット電極１１２Ａ’とポンピング素子１０４との間の所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍとすることが好ましい。同様にアウトレット電極１１２Ｂ’は、筐体底部部分１０２Ａに直接連結してもよく、中間支持構造体を介して筐体底部部分１０２Ａに連結してもよい。アウトレット電極１１２Ｂ’は、ポンピング素子１０４の対応する最も近い表面（図２Ａに示すポンピング素子１０４の底面）から所定の距離離間して配設される。アウトレット電極１１２Ｂ’とポンピング素子１０４との間の所定の距離は、約０．０５ｍｍ〜約５．０ｍｍとすることが好ましい。
【００１６】
インレット電極１１２Ａ’及びアウトレット電極１１２Ｂ’は、ワイヤメッシュ、穿孔されたホイル、緩やかな螺旋、被履金属箔、エキスパンドメタルホイル又は筐体部分の内表面に蒸着形成された薄膜等であってもよい。また、インレット電極１１２Ａ’及びアウトレット電極１１２Ｂ’としては、他の種類の電極を用いてもよい。このような代替となるの電極の具体例は、２００３年９月２３日に、同じ出願人により、同時に出願された係属中の米国特許出願第１０／６６９，４９５号、発明の名称「オンフリット電極を有するミクロ構造の界面動電ポンプ（Micro-fabricated Electrokinetic Pump with On-Frit Electrode）」に開示されており、この特許文献は、引用により本願に援用されるものとする。アノード電極として用いる材料は、好ましくは、プラチナ、プラチナ被履ニオブ、プラチナメッキチタン、プラチナ被履タンタル、黒鉛、ガラス状炭素、例えば、チタン上のイリジウム及びタンタル酸化物コーティング等のチタン上の混合金属酸化物コーティング、銀含浸インク、例えば、導電性酸化イリジウム又はチタン上のルテニウム酸化物コーティング等の寸法安定性のアノード材料からなるグループから選択される。カソード電極として用いる材料は、好ましくは、プラチナ、銅、プラチナメッキチタン、ステンレススチール、黒鉛、金、銀メッキ、銀含浸インク、ガラス状炭素からなるグループから選択される。
【００１７】
本発明の変形例に基づくポンプアセンブリの分解図を図２Ｂに示す。図２Ｂに示すように、代替例のポンプ２００は、筐体底部部分２０２Ａと、筐体蓋２０２Ｂとを有する筐体本体を備える。ポンプ２００は、アウトレット電極２１２Ｂ’及びインレット電極２１２Ａ’がポンピング素子２０４に連結されている点を除いて、ポンプ１００と同様の構成を有している。この代替例では、アウトレット電極２１２Ｂ’及びインレット電極２１２Ａ’をオンフリット電極（on-frit electrode）と呼ぶ。
【００１８】
図３Ａは、本発明の好ましい実施形態に基づく筐体底部部分１０２Ａの受け入れ側領域の正面の斜視図である。更に、図４Ａは、本発明の好ましい実施形態に基づく筐体底部部分１０２Ａの外表面の背面の分解斜視図である。図３Ａ及び図４Ａに示すように、好ましい筐体底部部分１０２Ａは、底面１１８Ａと、側壁１１４Ａ、１１４Ｂ、１１６Ａ、１１６Ｂとを備える。筐体底部部分１０２Ａの周囲全体には、側壁１１４Ａ、１１４Ｂ、１１６Ａ、１１６Ｂから突出する上縁部（top lip）１１８Ｂが設けられている。上縁部１１８Ｂは、筐体蓋１０２Ｂの外縁部（outer lip）１０３（図２Ａ）に揃えられ、この外縁部１０３に取り付けられるように形成される。図５Ａに示すように、筐体蓋１０２Ｂの外縁部１０３と、筐体底部部分１０２Ａの上縁部１１８Ｂとは、互いに当接し、接着又は係合されてシールを構成し、これにより、ポンプ１００内で密封環境を形成する。側壁１１４Ａ、１１４Ｂ、１１６Ａ、１１６Ｂは、好ましくは、長方形の筐体底部部分１０２Ａを形成するが、この筐体部分は、他の如何なる適切な形状（例えば、円形、正方形の台形他のあらゆる多角形又は円形及び多角形の部分的な組み合わせ）を有していてもよいことは当業者にとって明らかである。
【００１９】
図３Ａに示すように、筐体底部部分１０２Ａは、受け入れ側の空洞１０６及び再結合空洞１０８を有し、これらの間には、バリア壁１２２が設けられ、これにより、受け入れ側の空洞１０６は、再結合空洞１０８から分離されている。受け入れ側の空洞１０６は、好ましくは、円形の電気浸透流ポンピング素子１０４が嵌合されて固定されるように、円形の形状を有する。アウトレット電極１１２Ｂ’及びインレット電極１１２Ａ’（図３Ａには示されていない）の形状は、ポンピング素子１０４の形状に実質的に適合する形状とすることが好ましい。これに代えて、インレット電極１１２Ａ’及びアウトレット電極１１２Ｂ’の形状は、ポンピング素子１０４の形状に一致していなくてもよい。電気浸透流ポンピング素子１０４（図２Ａ及び図３Ａ）は、円形のディスク形状を有しているが、他の形状のポンピング素子を用いてもよい。したがって、空洞１０６は、ポンピング素子１０４の形状に対応するこの他の形状を有していてもよい。
【００２０】
図３Ｂは、図２Ｂに示す本発明の変形例に基づく筐体底部部分２０２Ａの受取り側の正面の斜視図である。この変形例では、アウトレット電極２１２Ｂ’及びインレット電極２１２Ａ’は、ポンピング素子２０４に連結され、換言すれば、アウトレット電極２１２Ｂ’及びインレット電極２１２Ａ’は、オンフリット電極である。したがって、アウトレット電極２１２Ｂ’は、筐体底部部分２０２Ａには連結されていない。図３Ｂは、筐体底部部分２０２Ａを示しているので、図３Ｂには、インレット電極２１２Ａ’は示されていない。
【００２１】
図２Ａ及び図３Ａに示すように、空洞１０６は、好ましくは、内部の底面に傾斜した端部（beveled edge）１２０を有する。ポンピング素子１０４及び筐体１０２は、好ましくは、ホウケイ酸ガラスから形成され、これにより、互いに一致する熱膨張率（coefficient of thermal expansion：ＣＴＥ）を有する。したがって、ポンピング素子１０４及び筐体１０２は、動作時に、同じ速度で熱膨張する。ポンピング素子１０４の底面は、端部１２０上に載置され、これにより、ポンピング素子１０４の下にアウトレットチャンバ１４０（図５Ａ）が形成され、ポンピング素子１０４の上にインレットチャンバ１４２（図５Ａ）が形成される。ポンピング素子１０４は、好ましくは、シーリングガラスによって端部１２０に連結され、インレットチャンバ１４２内の流体は、ポンピング素子１０４によってポンピングされる。これに代えて、ポンピング素子１０４は、接着剤、好ましくは、低モジュラス接着剤（low modulus adhesive）によって端部１２０に連結してもよい。
【００２２】
図３Ａ及び図４Ａに示すように、筐体底部部分１０２Ａは、好ましくは、筐体底部部分１０２Ａの外側の底面１１８Ａから延びるインレットポート１２６及びアウトレットポート１２４を備えている。流体インレットポート１２６及び流体アウトレットポート１２４は、筐体の同じ表面から延び出ていることが望ましく、これにより、ポンプ１００を狭い空間に配設することができる。これに代えて、インレットポート１２６及びアウトレットポート１２４は、ポンプ１００筐体の異なる表面から延び出るように構成してもよい。図３Ａ及び図４Ａに示すように、インレットポート１２６は、空洞１０６に連結され、流体インレットチャンバ１４２に連結されている。更に、インレットポート１２６は、底面１１８Ａから、筐体底部部分１０２Ａを介して、筐体底部部分１０２Ａの上縁部１１８Ｂの近傍の開口部に延びている。インレットポート１２６を介して流通する流体は、アウトレットポート１２４を介して流通する流体から分離されている。更に、ここでは、１つのインレットポート及び１つのアウトレットポートのみを示しているが、これに代えて、本発明のポンプ１００において、如何なる数のインレットポート及びアウトレットポート、並びに流体ラインを用いてもよいことは当業者にとって明らかである。
【００２３】
アウトレットポート１２４の位置を選択する際、ポンプの向きは重要な因子となる。好ましい実施形態では、ポンピング素子は、負のゼータ電位を有する。このため、アウトレットチャンバ１４０のアウトレット電極１１２Ｂ’（図５Ａ）は、界面動電ポンプが動作している間、水素ガスを発生する。水素ガスは、最終的にポンプのインレットチャンバ１４２（図５Ａ）に到達し、触媒によって酸素と再結合し、水に戻る。図５Ａに示すポンプ１００の好ましい構成は、インレットチャンバ１４２の上部又は上部近傍に配設されたインレットポート１２６を備える。この構成により、アウトレット電極１１２Ｂ’からアウトレットポート１２４への水素気泡の移動を浮力が補助し、これにより、水素気泡は、流体ループを介してポンプ１００のインレットチャンバ１４２に押し戻され、再結合空洞（以下、再結合チャンバともいう。）１０８において再結合する。この作用のためにポンプ１００は、再結合チャンバ１０８がポンピング素子１０４の上に配置されるように構成される。
【００２４】
図５Ａは、本発明に基づく好ましいポンプ１００の横断面を示す。ポンピング素子１０４の底面は、端部１２０上に載置され、これにより、ポンピング素子１０４の下にアウトレットチャンバ１４０が形成され、ポンピング素子１０４の上にインレットチャンバ１４２が形成される。インレット電極を含むチャンバは、インレットチャンバと呼ばれ、このチャンバは、図５Ａでは、インレットチャンバ１４２に対応する。また、アウトレット電極を含むチャンバは、アウトレットチャンバと呼ばれ、このチャンバは、図５Ａでは、アウトレットチャンバ１４０に対応する。インレットチャンバのサイズは、好ましくは、所定の滞留時間に基づいて決定される。滞留時間は、インレットチャンバの容積を流量によって除算することによって求められる。例えば、インレットチャンバの容積が１ｌであり、流量が１ｌ／分である場合、平均滞留時間は、１分である。好ましい実施形態では、滞留時間は、約１／２０分〜約１分の範囲内とする。インレットチャンバの容積は、ポンプアセンブリの予期される流量に応じて、必要な滞留時間を実現するように決定される。
【００２５】
インレットチャンバ及びアウトレットチャンバの容積は、好ましくは、１／２０分〜１分の必要な滞留時間を考慮して設計される。これらの滞留時間を達成するために、インレットチャンバの寸法は、好ましくは、多孔性のポンピング素子の底面積に約０．４ｃｍ〜約３ｃｍの間の幅を乗算して、所望の容積が実現されるように設定される。また、アウトレットチャンバの寸法も同様に求めることができる。これらのチャンバからの流体インレット及び流体アウトレットは、好ましくは、これらのチャンバ内で流体がある程度混合されるように設計される。インレットチャンバ内の流体の平均ｐＨの標準偏差は、ｐＨ３未満であることが好ましく、この場合、インレットチャンバの流体は、よく混合される。より好ましくは、ｐＨの標準偏差は、ｐＨ２未満である。最も好ましくは、ｐＨの標準偏差は、ｐＨ１未満である。インレットチャンバ内の流体をよく混合するために、インレットポートを介してインレットチャンバに入る流体の平均流速は、速い方がよい。この平均流速は、好ましくは、１０ｃｍ／秒以上である。より好ましくは、平均流速は、２０ｃｍ／秒以上である。最も好ましくは、平均流速は、２５ｃｍ／秒以上である。
【００２６】
図３Ａ及び図４Ａに示すように、筐体底部部分１０２Ａは、好ましくは、２つの電気コンタクトポート１２８、１３０を備え、電気コンタクトポート１２８、１３０は、それぞれ、インレット電気コンタクト１１２Ａ及びアウトレット電気コンタクト１１２Ｂを保持するように構成される。詳しくは、電気コンタクトポート１３０は、空洞１０６から延び、好ましくは、底面１１８Ａから突出している。更に、電気コンタクトポート１２８は、底面１１８Ａから突出し、好ましくは、筐体底部部分１０２Ａの基体を貫通して、筐体底部部分１０２Ａの上縁部１１８Ｂに延びている。図３Ａ及び図４に示すように、アウトレット電気コンタクト１１２Ｂは、電気コンタクトポート１３０内に嵌合し、これにより、アウトレット電気コンタクト１１２Ｂは、アウトレット電極１１２Ｂ’に接触する。更に、インレット電気コンタクト１１２Ａは、電気コンタクトポート１２８内に嵌合し、これにより、インレット電気コンタクト１１２Ａは、インレット電極１１２Ａ’に接触する。
【００２７】
このポンプ１００の筐体１０２は、ポンピング素子１０４に設けられた電気コンタクトがポンプ１００に短絡しない材料で形成される。すなわち、筐体１０２は、以下に限定されるものではないが、ガラス、セラミック、プラスチック、ポリマ又はこれらの組み合わせを含む絶縁材料で形成することが好ましい。これに代えて、筐体１０２を任意の適切な金属で形成し、上述した絶縁材料のいずれかで内表面をコーティングしてもよい。
【００２８】
また、ポンプ及び循環冷却装置１０（図１）の他のコンポーネントの材料としては、循環冷却装置１０内で用いられる流体に適合性を有する材料を選択することが望ましい。上述したように、循環冷却装置１０で用いられる流体は、好ましくは、水を主体とする流体である。より好ましい流体は、ｐＨが高い緩衝水溶液である。このような流体に対しては、例えば、アルミニウム等の腐食又は分解しやすい材料がある。但し、ｐＨが緩衝水溶液に対して適合性を有する金属、セラミック及びガラスも多く存在する。好ましい金属としては、以下に制限にされるものではないが、銅、チタン、ステンレススチール、プラチナ、銀、金、ニオブ、ニッケル等がある。好ましいセラミックとしては、以下に制限されるものではないが、シリコン窒化物、チタニア、アルミナ、シリカ等がある。好ましいガラスとしては、以下に制限されるものではないが、シリカ、ホウケイ酸塩、バイコール等がある。
【００２９】
例えば、シリカをポンピング素子の材料とし、これと所定のｐＨ範囲の流体とを組み合わせることによって、負のゼータ電位が生じることが知られている。このような流体及びポンプ材料の組み合わせを用いた場合、流体は、アノードからカソードに流れる。これに代えて、例えば、アルミナ等の他のポンピング素子材料を所定のｐＨ範囲の流体に組み合わせると、正のゼータ電位が生じる。このような流体及びポンプ材料の組み合わせを用いた場合、流体は、カソードからアノードに流れる。
【００３０】
当分野で周知のように、電気浸透流ポンプを動作させることによって、インレット電極において酸素が発生する。発生する酸素の一部は、流体に溶存する酸素の形式で存在する。循環冷却装置１０（図１）の冷却ループ内のいずれかの位置で、溶存酸素が、例えば、エポキシ等の有機材料に反応することは望ましくない。溶存酸素が有機材料と反応し、循環系内から酸素が減ると、水素が過剰に残り、循環系内の圧力が徐々に高くなる。この作用は、システム全体において、有機材料を用いた内表面の面積を削減するか又は制限することによって抑制できる。本発明の一実施形態においては、例えば、ガラス、シーリングガラス、金属及びセラミック等の非反応性の材料のみからポンプ１００、２００を形成する。この場合、材料の接合には、エポキシの代わりに、はんだ及び／又はシーリングガラスを用いる。他の実施形態において、エポキシの使用が望ましい場合は、ポンプアセンブリ内でエポキシが流体に晒される面積を設計によって制限する。また、流体に晒される部分を非反応性コーティングによってコーティングしてもよく、及び／又は流体に晒される表面を予め酸化処理し、これにより、更なる酸化に対して不活性となるようにしてもよい。
【００３１】
また、循環冷却装置１０内では、他の流体を用いることもでき、循環冷却装置１０の部品の材料は、選択された流体に対して適合性を有する材料、例えば、選択された流体に接触しても、全く又は殆ど腐食又は分解しない任意の材料から形成してもよい。
【００３２】
図５Ａに示すように、インレットの流体管１３８は、流体インレットポート１２６に連結される。流体管１３６の内表面及び流体インレットポート１２６の間には、好ましくは、シーリングカラー１４４を配設する。シーリングカラー１４４は、好ましくは、流体インレットポート１２６の材料と略一致する熱膨張率（ＣＴＥ）を有するタングステン又は他の適切な材料から形成する。シーリングカラー１４４材料のＣＴＥは、流体インレットポート１２６材料のＣＴＥに近似するため、シーリングカラー１４４材料のＣＴＥは、流体管１３８材料のＣＴＥには一致しないことがある。但し、シーリングカラー１４４は、好ましくは、流体管１３８の膨張又は収縮の量にかかわらず、流体管１３８材料との間の密閉性を維持するために適切な延性を有している。また、シーリングカラー１４４は、好ましくは、流体アウトレットポート１２４及びアウトレットの流体管１３６の間にも配設される。ここでは、ポンプ１００に関連してシーリングカラー１４４を説明したが、以下に限定されるものではないが、熱交換器１２及び除熱器２０等、循環冷却装置１０（図１）の他のコンポーネントの流体ラインとインレットポート及びアウトレットポートとを連結するためにシーリングカラー１４４を用いてもよいことは当業者にとって明らかである。
【００３３】
流体管１３６、１３８及び流体ポート１２４、１２６の間には、好ましくは、流体管１３６、１３８が延び、スリップがシーリングカラー１４４に重なるように、所定の温度に流体管１３６、１３８を加熱することによってシーリングカラー１４４が設けられている。そして、シーリングカラー１４４を流体管１３６、１３８内に挿入し、流体管１３６、１３８を冷却して収縮させ、これによりシーリングカラー１４４の周囲にシールを形成する。このアセンブリを完成する前に、以下に限定されるものではないが、シーリングガラス、はんだ付け、ガラス溶解、エポキシによる接合等の任意の適切な手法を用いてシーリングカラー１４４を流体ポート１２４、１２６に連結する。これに代えて、シーリングカラー１４４は、ガラス成形又は筐体１０２を形成するためのプレス加工時に流体ポート１２４、１２６に連結してもよい。ポンピング素子１０４及び筐体コンポーネントは、好ましくは、これら同じプロセスを用いて取り付けられる。ポンプ１００を組み立てる工程の順序は、各ステップにおけるコンポーネントの温度と、ポンプ１００のある要素をある温度から保護する必要性に応じて決定される。例えば、触媒の熱曝露の限界値が４００℃である場合、触媒要素を内部に有する再結合チャンバ１０８をシーリングする前に、より高温の組立工程を実行することが望ましい。
【００３４】
流体管１３６、１３８は、上述のように、好ましくは、シーリングカラー１４４を介して流体ポート１２４、１２６に連結される。これに代えて、以下に限定されるものではないが、シーリングカラー及び流体ポートの間にシーリング材料を設け、又はシーリングカラー及び流体管の間にシーリング材料を設け、又はシーリングカラーを用いることなく流体ポートに流体管を直接挿入し、又はシーリングカラーを用いることなくシーリング材料を挟んで流体ポートに流体管を挿入する等の手法によって、流体管１３６、１３８を流体ポート１２４、１２６に密封的に連結してもよい。このような密封法の具体例は、同時に出願され、継続中の米国仮特許出願、代理人整理番号（Cool-0 2100）発明の名称「密封循環流体システム（Hermetic Closed Loop Fluid System）」に開示されており、この文献は引用により本願に援用される。
【００３５】
ポンプ１００を組み立てるための好ましいプロセスは、シーリングガラス又は低モジュラス接着剤を用いて、多孔性のポンピング素子１０４を筐体１０２内の空洞１０６に連結し、シールを流体ポート１２４、１２６及びシーリングカラー１４４の間に連結する工程を含む。電気フィードスルーは、好ましくは、次の工程で形成される。続いて、筐体底部部分１０２Ａ及び筐体蓋１０２Ｂと、電極１１２Ａ’、１１２Ｂ’を組み合わせて、その間に触媒を入れる。続いて、低温はんだリフロー又はエポキシシールを用いて筐体１０２を密封する。次に、好ましくは、流体管１３６、１３８を加熱し、シーリングカラー１４４の周囲を密封する。
【００３６】
図５Ｂは、本発明に基づく代替のポンプ２００の横断面を示している。代替のポンプ２００では、インレット電極２１２Ａ’（図示せず）は、ポンピング素子２０４の上面に連結され、アウトレット電極２１２Ｂ’（図示せず）は、ポンピング素子２０４の底面に連結される。図の２Ｂ、図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、アウトレット電気コンタクト２１２Ｂは、電気コンタクトポート２３０内に嵌合し、アウトレット電極２１２Ｂ’に接触し、アウトレット電極２１２Ｂ’は、ポンピング素子２０４のアウトレット側に接触している。更に、インレット電気コンタクト２１２Ａは、電気コンタクトポート２２８内に嵌合し、インレット電極２１２Ａ’に接触し、インレット電極２１２Ａ’は、ポンピング素子１０４のインレット側に接触する。
【００３７】
図６Ａは、本発明に基づく好ましい電気浸透流ポンプ１００において用いられる電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂの横断面を示している。図６Ａに示すように、インレット電気コンタクト１１２Ａは、インレットポート１２６内に配設され、アウトレット電気コンタクト１１２Ｂは、アウトレットポート１２４内に配設されている。好ましくは、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂは、例えば、底面１１８Ａ（図４Ａ）等の同じ外表面を介して筐体底部部分１０２Ａ内に配設され、これにより、ポンプ１００は、電子デバイス内で、より小さい領域に嵌合することができる。これに代えて、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂは、筐体底部部分１０２Ａ及び筐体蓋１０２Ｂの異なる外表面を介してポンプ１００内に配設してもよい。
【００３８】
流体管１３６、１３８と同様に、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂは、通常、筐体１０２材料のＣＴＥに一致しないＣＴＥを有する銅から形成される。このため、銅製の電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂが、筐体１０２の材料より速い速度で膨張すると、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂは、それぞれのポートの内壁に対して押し付けられ、これにより、筐体１０２と、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂとの間の密封のための圧力が高まる。但し、この圧力が筐体１０２の材料の強度の限界以上に高くなると、筐体１０２にクラックが生じる。逆に筐体１０２材料が電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂの材料より速く膨張すると、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂと、それぞれの電気コンタクトポート１２８、１３０との間のシールに間隙が生じ、この結果、ポンプ１００及び循環冷却装置１０（図１）内の密閉性が損なわれることがある。電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂ及び筐体１０２が異なる速度で熱膨張することを許容するとともに、ポンプ１００及び循環冷却装置１０の密閉性を維持するために、好ましくは、電気コンタクトポート１２８、１３０の内表面と、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂとの間にシーリングカラー１４４を配設する。シーリングカラー１４４は、好ましくは、タングステン、又は筐体１０２の材料に略一致するＣＴＥを有する他の適切な材料から形成するとよい。また、シーリングカラー１４４は、適切な延性を有する電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂと、電気コンタクトポート１２８、１３０との間の公差を緩衝し、これにより、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂ及び電気コンタクトポート１２８、１３０がそれぞれの速度で膨張しても、筐体１０２の密閉性が損なわれない。
【００３９】
シーリングカラー１４４は、好ましくは、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂ及び電気コンタクトポート１２８、１３０の間で、シーリングガラスを用いて固定される。これに代えて、はんだ付けにより、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂ及び電気コンタクトポート１２８、１３０にシーリングカラー１４４を固定してもよい。また、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂと、電気コンタクトポート１２８、１３０の筐体との間にシーリングカラー１４４を用いることに代えて、タングステン又は電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂが筐体１０２とともに膨張し、ポンプ１００の密閉性を維持できるような、この他の任意の適切な材料で電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂ自体を作成してもよい。これに代えて、流体管１３６、１３８の流体ポート１２４、１２６への連結に関連して上述したものと同様の密封法を用いて、電気コンタクト１１２Ａ、１１２Ｂを筐体１０２に密封してもよい。
【００４０】
図６Ｂは、本発明に基づく代替のポンプ２００において用いられる電気コンタクトの横断面を示している。図６Ｂに示すように、インレット電気コンタクト２１２Ａは、インレットの電気コンタクトポート２２８内に配設され、オンフリット電極のインレット電極２１２Ａ’に接続され、アウトレット電気コンタクト２１２Ｂは、アウトレットポート２３０内に配設され、オンフリット電極のアウトレット電極２１２Ｂ’に接続されている。
【００４１】
なお、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａに示す好ましいポンプ１００に関連した上述の説明は、ポンプ１００がオフフリット電極を有しているのに対し、ポンプ２００がオンフリット電極を有している点を除き、図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂの代替のポンプ２００にも同様に適用される。
【００４２】
図７Ａは、好ましくは、筐体蓋１０２Ｂの内表面に接触して、好ましくは、ポンピングアセンブリ１０４から所定の距離離間して配設されたオフフリット電極１４６に接続されたインレット電気コンタクト１１２Ａを備える好ましいポンプ１００の一部を切り欠いて示す図である。図７Ａに示すように、インレット電気コンタクト１１２Ａは、はんだ付け又は導電性エポキシ（以下、取付材料ともいう。）１４８によって、オフフリット電極１４６に接続される。インレット電気コンタクト１１２Ａ及び取付材料１４８上には、好ましくは、エポキシ１５０を設け、取付材料１４８を不活性化し、これにより取付材料１４８を保護する。同様に、アウトレット電気コンタクト１１２Ｂ（図示せず）は、好ましくは、筐体底部部分１０２Ａの内表面に接触し、好ましくは、ポンピング素子１０４からの所定の距離離間して配設された第２のオフフリット電極（図示せず）に接続される。アウトレット電気コンタクト１１２Ｂは、はんだ付け又は動電性エポキシによって第２のオフフリット電極に接続され、アウトレット電気コンタクト１１２Ｂ及び取付材料には、好ましくは、エポキシを設ける。
【００４３】
図７Ｂは、インレット電気コンタクト２１２Ａが連結された、本発明に基づく代替のポンプ２００の一部を切り欠いて示す図である。図７Ｂに示すように、インレット電気コンタクト２１２Ａは、はんだ付け又は導電性エポキシ２４８によって、ポンピング素子２０４の表面上に配置されたオンフリット電極２４６に接続される。
【００４４】
オンフリット電極２４６に関する更なる詳細は、２００３年９月２３日に出願された、係属中の米国特許出願第１０／６６９，４９５号、発明の名称「オンフリット電極を有するミクロ構造の界面動電ポンプ（Micro- fabricated Electrokinetic Pump with On-frit Electrode）」に開示及び説明されており、この文献は引用により本願に援用される。取付材料２４８として、はんだを用いる場合、用いられるインレット電気コンタクト２１２Ａに流れる電流によって、はんだ接合部が腐食する可能性がある。これに代えて、取付材料２４８として、導電性エポキシを用いる場合、インレット電気コンタクト２１２Ａに流れる電流によって、銀腐食が生じる虞がある。このような腐食の発生を防止するために、インレット電気コンタクト２１２Ａ及び取付材料２４８上には、好ましくは、エポキシ２５０を設け、取付材料２４８を不活性化し、これにより取付材料２４８を保護する。このインレット電気コンタクト２１２Ａに関する処理は、アウトレット電気コンタクト２１２Ｂ（図示せず）にも同様に適用される。
【００４５】
上述したように、例えば、導電性エポキシ１４８、２４８及びエポキシ１５０、２５０（図７Ａ及び図７Ｂ）等、ポンプアセンブリの一部にエポキシを用いる場合、エポキシを非反応性コーティングでコーティングし、又は、流体に晒される表面を予め酸化処理し、これにより、更なる酸化に対して不活性となるようにすることが好ましい。
【００４６】
以下、図５Ａを用いて、電気浸透流ポンプ１００の動作を詳細に説明する。図５Ａの矢印によって示すように、流体は、好ましくは、流体インレットポート１２６を介してポンプ１００に入り、流体インレットチャンバ１４２に流入する。流体インレットチャンバ１４２の下方に配設されたポンピング素子１０４は、電気浸透により、流体インレットチャンバ１４２からポンピング素子１０４内の個々の流体チャンネルを介して、実質的に全ての流体を吸い込む。流体は、ポンピング素子１０４を介してポンピングされ、ポンピング素子１０４の下方にある流体アウトレットチャンバ１４０に流入する。更に、流体アウトレットチャンバ１４０にポンピングされた流体は、アウトレットポート１２４に流れる。上述のように、インレットポート１２６は、筐体底部部分１０２Ａのボディーを介して延び、インレットポート１２６を介して流れる流体は、流体アウトレットチャンバ１４０に入る流体に混合され又は接触することはない。流体は、アウトレットポート１２４から、流体管１３６を介して、循環冷却装置１０の下流側のコンポーネントに流出する。
【００４７】
ポンピング素子１０４が負のゼータ電位を有する好ましい実施形態における実際の動作では、再結合チャンバ１０８は、好ましくは、ポンピング素子１０４の低圧力側で発生した、循環流体とともに移動しない余剰酸素を格納する。このように、ポンプ１００内で余剰酸素が発生すると、気体は、自然に再結合チャンバ１０８に流れ込み、再結合チャンバ１０８内に残る。一方、ポンピング素子１０４の高圧力側では、余剰水素が発生する。余剰水素は、流体と共に移動し、再結合チャンバ１０８に流入し、余剰水素ガス及び余剰酸素ガスは、再結合して水になり、ポンプ１００から排出される。代替の電気浸透流ポンプ２００は、上述したポンプ１００と同様に動作する。
【００４８】
以上では、インレット電極及びアウトレット電極がいずれもオフフリット電極であるポンプアセンブリ（ポンプ１００）又はいずれもオンフリット電極であるポンプアセンブリ（ポンプ２００）について説明したが、一方の電極がオンフリット電極とし、他方の電極がオフフリット電極であるポンプアセンブリを構成してもよい。
【００４９】
図８は、代替のポンプ３００の横断面を示している。ポンプ３００は、アウトレット電極チャンバ内で発生した気体を、循環冷却装置１０（図１）の全体のループを通過させることなく、インレットチャンバに直接運ぶ手段を備えている。アウトレットチャンバ３４０の上部近傍には、液体を通過させず、気体のみを通過させる半透性の素子３２１が配設されている。これにより、アウトレットチャンバ３４０内で発生した水素ガスは、上昇し、この半透性の素子３２１を介してインレットチャンバ３４２に直接流れ込むことができる。そして、水素ガスは、インレットチャンバ３４２内で発生した酸素ガスと共に、再結合チャンバ３０８に流れ込む。半透性の素子３２１は、例えば、多孔質構造体、疎水性の網材料、又は気体のみを優先的に通過させ液体を通過させない他のあらゆる材料又は構造を含む様々な材料又は構造から形成できる。このようなバイパスの幾つかの具体例は、２００３年９月４日出願された継続中の米国特許出願番号第２００３／０１６４２３１号、発明の名称「電気浸透流マイクロチャンネル冷却装置（Electroosmotic Microchannel Cooling System）」に開示されており、この文献は引用により本願に援用されるものとする。半透性の素子３２１は、低モジュール接着剤シーリングガラス又は、上述した他の任意の手法を用いて筐体３０２Ａに取り付けられる。
【００５０】
ここに説明した界面動電ポンプの具体例は、単一のインレットチャンバ及び単一のアウトレットチャンバのみを備えているが、界面動電ポンプは、１つ以上のインレットチャンバ、１つ以上のポンピング素子及び１つ以上のアウトレットチャンバを備えていてもよいことは明らかである。各インレットチャンバは、１つ以上の流体インレットポートを備えていてもよい。
【００５１】
また、各図面は、本発明の理解を補助するために例示的に示しているにすぎない。例えば、上、下、上方、下方等の用語は、これらの図面に合わせて用いているにすぎない。このような記述は、本発明の動作の向きを制限するものではない。
【００５２】
本発明の構成及び動作原理を明瞭に説明するために、様々な詳細を含む特定の実施例を用いて本発明を説明した。このような特定の実施例の説明及びその詳細は、特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、例示的に選択された実施例を変更できることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に基づく循環冷却装置の概略図である。
【図２Ａ】本発明の好ましい実施形態に基づくポンプアセンブリの分解図である。
【図２Ｂ】本発明の変形例に基づくポンプアセンブリの分解図である。
【図３Ａ】本発明の好ましい実施形態に基づく筐体底部部分の正面の斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の変形例に基づく筐体底部部分の正面の斜視図である。
【図４Ａ】本発明の好ましい実施形態に基づく筐体底部部分の背面の分解斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の変形例に基づく筐体底部部分の背面の分解斜視図である。
【図５Ａ】本発明の好ましい実施形態に基づくポンプアセンブリの横断面図である。
【図５Ｂ】本発明の変形例に基づく代替のポンプアセンブリの横断面図である。
【図６Ａ】本発明に基づく好ましいポンプアセンブリで用いられる電気コンタクトの横断面図である。
【図６Ｂ】本発明に基づく代替のポンプアセンブリで用いられる電気コンタクトの横断面図である。
【図７Ａ】本発明に基づく、所定の距離離間して配設された電気コンタクトを有する好ましいポンピング素子の一部切欠斜視図である。
【図７Ｂ】本発明に基づく、電気コンタクトが連結された好ましいポンピング素子の一部切欠斜視図である。
【図８】本発明に基づく他の代替のポンプアセンブリの横断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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