JP7708200B2

JP7708200B2 - 冷却装置

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Description

本発明は、冷却装置に関する。

従来、蒸発器と凝縮器とを備える冷却装置が開示されている。このような冷却装置は、たとえば、藤井照重、他３名、「潜熱利用流体ループ式排熱システムの蒸気弁操作による温度制御に関する研究」、宇宙航空研究開発機構契約報告、宇宙航空研究開発機構、２００４年１０月２９日、ＪＡＸＡ―ＣＲ―０４―００２（以下、単に「非特許文献１」という）に開示されている。

上記非特許文献１では、ポンプと、蒸発器と、凝縮器と、バルブとを備える冷却装置が開示されている。上記非特許文献１では、ポンプから送り出された冷媒は、蒸発器において熱負荷を吸収することにより蒸発し、凝縮器で凝縮する。また、凝縮した冷媒は、ポンプに戻り、再び送り出され循環を繰り返す。また、上記非特許文献１では、バルブは、蒸発器と凝縮器との間に設けられており、開度を変えることにより、蒸発器内部の冷媒の圧力および冷媒の蒸発温度を変化させる。また、上記非特許文献１では、蒸発器と凝縮器との間のバルブ開度操作により冷媒の蒸発温度を調整することにより、蒸発器表面の温度（すなわち、冷却温度）を調整する。

藤井照重、他３名、「潜熱利用流体ループ式排熱システムの蒸気弁操作による温度制御に関する研究」、宇宙航空研究開発機構契約報告、宇宙航空研究開発機構、２００４年１０月２９日、ＪＡＸＡ―ＣＲ―０４―００２

しかしながら、上記非特許文献１に記載された冷却装置では、蒸発器と凝縮器との間のバルブ開度操作により冷媒の蒸発温度を調整するため、バルブでの圧力損失に起因してポンプによる冷媒の昇圧量（圧力増加量）が大きくなるという不都合がある。この場合、ポンプが大型化するため、ポンプを小型化しながら、冷却温度を調整することができないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、冷媒が液体から気体に変化する際の相変化を利用した二相式の冷却において、ポンプを小型化しながら、冷却温度を調整することが可能な冷却装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における冷却装置は、液体の冷媒を貯留するタンクと、タンクに貯留された液体の冷媒を吐出するポンプと、ポンプから吐出された液体の冷媒を蒸発させることにより、冷却対象を冷却する蒸発器と、蒸発器で蒸発した気体の冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、タンクの気相部には、封入ガスが封入されているとともに、気相部の体積を変化させることにより、封入ガスの圧力を変化させて冷媒の圧力を変化させて冷媒の蒸発温度を調整する体積変化部が設けられている。

上記一の局面における冷却装置では、タンクの気相部に、封入ガスを封入する。これにより、タンクの気相部に封入した封入ガスの圧力（分圧）により、冷媒の圧力を上昇させることができるので、封入ガスの圧力（分圧）の分、ポンプによる冷媒の昇圧量（圧力増加量）を小さくすることができる。その結果、ポンプを小型化することができる。また、タンクの気相部に、気相部の体積を変化させることにより、封入ガスの圧力を変化させて冷媒の圧力を変化させて冷媒の蒸発温度を調整する体積変化部を設ける。これにより、体積変化部および封入ガスにより、冷媒の蒸発温度を調整することにより、冷却温度を調整することができる。これらの結果、冷媒が液体から気体に変化する際の相変化を利用した二相式の冷却において、ポンプを小型化しながら、冷却温度を調整することができる。なお、温度上昇に対する飽和圧力の上昇率が大きい冷媒（二酸化炭素など）を用いる場合、ポンプによる冷媒の昇圧量が大きくなりやすい。このため、二酸化炭素などの温度上昇に対する飽和圧力の上昇率が大きい冷媒を用いる場合に、本構成は、特に効果的である。

一実施形態による冷却装置を示した図である。一実施形態による冷却装置の体積変化部によるタンクの気相部の体積変化を説明するための図である。一実施形態による冷却装置の体積変化部を示した断面図である。一実施形態による冷却装置の冷媒の温度に対する飽和蒸気圧の変化を示したグラフである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図４を参照して、一実施形態による冷却装置１００の構成について説明する。

（冷却装置の構成）
図１に示すように、冷却装置１００は、冷媒１０１が液体から気体に変化する際の相変化を利用した二相式の冷却を行う冷却装置である。具体的には、冷却装置１００は、タンク１と、ポンプ２と、蒸発器３と、凝縮器４とを備えている。冷媒１０１としては、特に限られないが、たとえば、自然冷媒である二酸化炭素を採用することができる。また、冷却装置１００は、特に限られないが、たとえば、宇宙機器および機械部品の製造装置などの冷却に適用することができる。

タンク１は、金属製であり、液体の冷媒１０１を貯留するように構成されている。また、タンク１は、冷媒配管５ａを介してポンプ２に接続されている。

ポンプ２は、タンク１に貯留された液体の冷媒１０１を吸い込んで、吸い込んだ液体の冷媒１０１を蒸発器３に向かって吐出するように構成されている。ポンプ２としては、特に限られないが、たとえば、容積式または遠心式のポンプを採用することができる。また、ポンプ２は、冷媒配管５ｂを介して蒸発器３に接続されている。

蒸発器３は、ポンプ２から吐出された液体の冷媒１０１を蒸発させることにより、冷却対象２００を冷却するように構成されている。冷却対象２００は、電子機器などの発熱体である。蒸発器３は、冷却対象２００と冷媒１０１との間で熱を交換する熱交換器として機能する。すなわち、蒸発器３は、冷却対象２００から熱を受け取り、冷媒１０１を蒸発させるように構成されている。また、蒸発器３は、冷媒配管５ｃを介して凝縮器４に接続されている。なお、冷媒配管５ｃでは、冷媒１０１は、液体の冷媒１０１と気体の冷媒１０１とが混合した気液二相流の状態である。

また、蒸発器３の上流側には、予熱器３ａが設けられている。予熱器３ａは、蒸発器３に流入する液体の冷媒１０１を予熱するように構成されている。予熱器３ａは、液体の冷媒１０１を予熱することにより、蒸発器３での冷媒１０１の蒸発を促進させるように構成されている。

また、蒸発器３には、蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度を検知する温度センサ３ｂが設けられている。温度センサ３ｂは、検知した蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度を後述する制御部１０に出力するように構成されている。

凝縮器４は、蒸発器３で蒸発した気体の冷媒１０１を凝縮させるように構成されている。凝縮器４は、冷凍機４ａのブライン４ｂと冷媒１０１との間で熱を交換する熱交換器として機能する。すなわち、凝縮器４は、ブライン４ｂに熱を受け渡し、冷媒１０１を凝縮させるように構成されている。また、凝縮器４は、冷媒配管５ｄを介してタンク１に接続されている。

冷却装置１００は、タンク１から送り出された冷媒１０１が、ポンプ２、蒸発器３、凝縮器４の順に流通して再びタンク１に帰還される循環サイクルを繰り返すことにより、冷却対象２００を冷却するように構成されている。また、冷却装置１００は、冷媒１０１の圧力を調整することにより、冷媒１０１の蒸発温度を調整して冷却対象２００の温度を調整するように構成されている。

ここで、本実施形態では、図１および図２に示すように、タンク１の気相部１ａには、封入ガス６が封入されているとともに、気相部１ａの体積を変化させることにより、封入ガス６の圧力を変化させて冷媒１０１の圧力を変化させて冷媒１０１の蒸発温度を調整する体積変化部７が設けられている。封入ガス６は、冷媒１０１と反応しないとともに、体積変化部７による気相部１ａの体積変化により凝縮しない不活性ガスである。封入ガス６の蒸発温度は、同一圧力の冷媒１０１の蒸発温度よりも小さい。本実施形態では、封入ガス６は、窒素である。また、体積変化部７は、液体の冷媒１０１が貯留された液相部１ｂを避けたタンク１の天井部１ｃに設けられている。なお、図２では、理解の容易化のために、気相部１ａに存在する封入ガス６をハッチングを付した丸印で示すとともに、気相部１ａに存在する気体の冷媒１０１（便宜上、冷媒１０１ａと称する）を白い丸印で示している。

また、本実施形態では、体積変化部７は、体積変化用ガス８により伸縮することによって、体積が変化して気相部１ａの体積を変化させるように構成されている。具体的には、体積変化部７は、ガス源９から体積変化部７の内部に体積変化用ガス８が給気されることにより、伸びるように変形して体積が大きくなることによって、気相部１ａの体積が小さくなるように気相部１ａの体積を変化させるとともに、体積変化部７の内部から外部に体積変化用ガス８が排出されることにより、縮むように変形して体積が小さくなることによって、気相部１ａの体積が大きくなるように気相部１ａの体積を変化させるように構成されている。なお、体積変化部７は、気相部１ａの範囲（液体の冷媒１０１の液面には接しない範囲）で伸縮するように構成されている。また、体積変化部７の最大体積（最大伸長時の体積）は、タンク１の体積よりも小さい。冷却装置１００の規模にもよるが、たとえば、タンク１の体積が６リットルに対して、最大体積が４リットルの体積変化部７を設けることができる。

また、本実施形態では、体積変化用ガス８は、窒素である。この場合、ガス源９としては、窒素ガスが封入された窒素ガスボンベ、および、空気から窒素ガスを取り出して供給する窒素ガス供給装置などを採用することができる。

ここで、体積変化部７が縮んでいる状態の気相部１ａの体積をＶ_Ａとし、その際の気相部１ａにおける封入ガス６の圧力（分圧）をＰ_Ａとする。また、体積変化部７が伸びている状態の気相部１ａの体積をＶ_Ｂとし、その際の気相部１ａにおける封入ガス６の圧力（分圧）をＰ_Ｂとする。また、気相部１ａにおいて封入ガス６の量は一定であるので、ボイルの法則により、Ｐ_Ａ×Ｖ_Ａ＝Ｐ_Ｂ×Ｖ_Ｂの関係が成立する。このため、体積変化部７が縮んでいる状態から伸びている状態に変化することにより、気相部１ａの体積がＶ_ＡからＶ_Ｂに減少した場合、封入ガス６の圧力（分圧）がＰ_ＡからＰ_Ｂに増加する。なお、体積変化部７が縮んでいる状態から伸びている状態に変化した場合、気相部１ａの冷媒１０１ａは、凝縮して液体の冷媒１０１に変化する。このため、冷媒１０１ａの圧力（分圧）は変化しない。

また、封入ガス６の圧力（分圧）がＰ_ＡからＰ_Ｂに増加することは、封入ガス６によるタンク１内の液体の冷媒１０１の加圧量を大きくすることである。このため、封入ガス６の圧力（分圧）がＰ_ＡからＰ_Ｂに増加した場合、冷媒１０１の圧力を大きくすることができるとともに、圧力に対応して変化する冷媒１０１の蒸発温度を大きくすることができる。なお、詳細な説明は省略するが、封入ガス６の圧力（分圧）がＰ_ＢからＰ_Ａに減少した場合、冷媒１０１の蒸発温度を小さくすることができる。

また、本実施形態では、体積変化部７は、金属製のベローズである。具体的には、図３に示すように、体積変化部７は、山折り部と谷折り部とを繰り返す波形状（蛇腹形状）の管壁７ａを有する中空の管状部材である。管壁７ａは、鉛直方向に沿って伸縮可能に、タンク１の天井部１ｃに取り付けられている。また、体積変化部７は、固定端である一端部７ｂがタンク１の天井部１ｃに取り付けられているとともに、可動端である他端部７ｃがタンク１内で鉛直方向に沿って移動可能に設けられている。また、他端部７ｃは、板状に形成されており、管壁７ａの他端側を閉鎖するように設けられている。管壁７ａと他端部７ｃとにより区画された体積変化部７の内部と、タンク１の内部とは、流体（液体および気体）が流通しないように、管壁７ａと他端部７ｃとにより隔てられている。

また、タンク１の天井部１ｃには、ガス源９から体積変化部７の内部に体積変化用ガス８を給気するための開口部１ｄと、体積変化部７の内部から外部に体積変化用ガス８を排気するための開口部１ｅとが設けられている。体積変化部７は、体積変化部７の内部と給気配管９ａを連通する開口部１ｄと、ガス源９に接続された給気配管９ａとを介して、ガス源９に接続されている。また、給気配管９ａの途中には、ガス源９から供給される体積変化用ガス８の圧力を調整するためのレギュレータ９ａａと、ガス源９から体積変化部７への体積変化用ガス８の給気を制御する給気バルブ９ａｂとが設けられている。給気バルブ９ａｂは、制御部１０の制御の下、開閉するように構成されている。また、給気バルブ９ａｂが開いてガス源９から体積変化部７の内部に体積変化用ガス８が給気されると、体積変化部７の管壁７ａが伸びるように変形して体積変化部７の体積が大きくなる。なお、レギュレータ９ａａで調整した後の体積変化用ガス８の圧力が、体積変化部７の体積を変化させるのに十分でない場合には、給気配管９ａのレギュレータ９ａａよりも下流側にコンプレッサなどの昇圧機構を設けてもよい。

また、体積変化部７は、体積変化部７の内部と排気配管９ｂとを連通する開口部１ｅと、外部（大気）に接続（開放）された排気配管９ｂとを介して、外部（大気）に接続されている。また、排気配管９ｂの途中には、体積変化部７から外部（大気）への体積変化用ガス８の排気を制御する排気バルブ９ｂａが設けられている。排気バルブ９ｂａは、制御部１０の制御の下、開閉するように構成されている。また、排気バルブ９ｂａが開くとタンク１の気相部１ａの内圧により体積変化部７の管壁７ａが縮むように変形して、体積変化部７の内部の体積変化用ガス８が排気されて、体積変化部７の体積が小さくなる。

また、本実施形態では、体積変化部７は、蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度が目標温度になるように、体積変化用ガス８により体積が変化されることにより、気相部１ａの体積を変化させて冷媒１０１の蒸発温度を調整するように構成されている。具体的には、制御部１０は、温度センサ３ｂにより検出された蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度に基づいて、蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度が目標温度になるように、給気バルブ９ａｂおよび排気バルブ９ｂａの開度を調整するように構成されている。これにより、体積変化部７は、蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度が目標温度になるように、体積変化用ガス８により体積が変化される。

たとえば、制御部１０は、温度センサ３ｂにより検出された蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度が、目標温度よりも小さい場合、給気バルブ９ａｂを開くことにより、冷媒１０１の蒸発温度を大きくする制御を行う。これにより、冷媒１０１の蒸発温度が大きくなることにより、蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度を大きくすることができるので、蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度を目標温度に近づけることができる。また、たとえば、制御部１０は、温度センサ３ｂにより検出された蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度が、目標温度よりも大きい場合、排気バルブ９ｂａを開くことにより、冷媒１０１の蒸発温度を小さくする制御を行う。これにより、冷媒１０１の蒸発温度が小さくなることにより、蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度を小さくすることができるので、蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度を目標温度に近づけることができる。

図４は、冷媒１０１の温度に対する飽和蒸気圧の変化を示したグラフである。図４のグラフでは、横軸は、温度を示し、縦軸は、圧力を示している。また、図４のグラフでは、Ｐ０は、冷凍機４ａで冷却された温度Ｔ０の冷媒１０１の飽和圧力を示し、Ｐ_Ａは、体積変化部７が縮んでいる状態（図２参照）の気相部１ａにおける封入ガス６の圧力（分圧）を示し、Ｐ１_ｉｎは、圧力Ｐ_Ａの封入ガス６により加圧された冷媒１０１のポンプ２の入口での圧力（Ｐ１_ｉｎ＝Ｐ０＋Ｐ_Ａ）を示し、Ｐ１_ｏｕｔは、圧力Ｐ１_ｉｎでポンプ２に入った冷媒１０１のポンプ２の出口での圧力を示し、Ｔ１は、圧力Ｐ１_ｏｕｔにおける冷媒１０１の蒸発温度を示している。図４に示すように、冷却装置１００では、冷媒１０１が封入ガス６により圧力Ｐ_Ａで加圧されているため、冷媒１０１の蒸発温度をＴ１にする場合のポンプ２による冷媒１０１の昇圧量（Ｐ１_ｏｕｔ－Ｐ１_ｉｎ）を小さくすることができる。

また、図４のグラフでは、Ｐ_Ｂは、体積変化部７が伸びている状態（図２参照）の気相部１ａにおける封入ガス６の圧力（分圧）を示し、Ｐ２_ｉｎは、圧力Ｐ_Ｂの封入ガス６により加圧された冷媒１０１のポンプ２の入口での圧力（Ｐ２_ｉｎ＝Ｐ０＋Ｐ_Ｂ）を示し、Ｐ２_ｏｕｔは、圧力Ｐ２_ｉｎでポンプ２に入った冷媒１０１のポンプ２の出口での圧力を示し、Ｔ２は、圧力Ｐ２_ｏｕｔにおける冷媒１０１の蒸発温度を示している。図４に示すように、冷却装置１００では、冷媒１０１が封入ガス６により圧力Ｐ_Ｂで加圧されているため、冷媒１０１の蒸発温度をＴ２にする場合のポンプ２による冷媒１０１の昇圧量（Ｐ２_ｏｕｔ－Ｐ２_ｉｎ）を小さくすることができる。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、冷却装置１００は、液体の冷媒１０１を貯留するタンク１と、タンク１に貯留された液体の冷媒１０１を吐出するポンプ２と、ポンプ２から吐出された液体の冷媒１０１を蒸発させることにより、冷却対象２００を冷却する蒸発器３と、蒸発器３で蒸発した気体の冷媒１０１を凝縮させる凝縮器４と、を備え、タンク１の気相部１ａには、封入ガス６が封入されているとともに、気相部１ａの体積を変化させることにより、封入ガス６の圧力を変化させて冷媒１０１の圧力を変化させて冷媒１０１の蒸発温度を調整する体積変化部７が設けられている。

上記のように、タンク１の気相部１ａに、封入ガス６を封入する。これにより、タンク１の気相部１ａに封入した封入ガスの圧力（分圧）により、冷媒１０１の圧力を上昇させることができるので、封入ガス６の圧力（分圧）の分、ポンプ２による冷媒１０１の昇圧量（圧力増加量）を小さくすることができる。その結果、ポンプ２を小型化することができる。また、上記のように、タンク１の気相部１ａに、気相部１ａの体積を変化させることにより、封入ガス６の圧力を変化させて冷媒１０１の圧力を変化させて冷媒１０１の蒸発温度を調整する体積変化部７を設ける。これにより、体積変化部７および封入ガス６により、冷媒１０１の蒸発温度を調整することにより、冷却温度を調整することができる。これらの結果、冷媒１０１が液体から気体に変化する際の相変化を利用した二相式の冷却において、ポンプ２を小型化しながら、冷却温度を調整することができる。なお、温度上昇に対する飽和圧力の上昇率が大きい冷媒１０１（二酸化炭素など）を用いる場合、ポンプ２による冷媒１０１の昇圧量が大きくなりやすい。このため、二酸化炭素などの温度上昇に対する飽和圧力の上昇率が大きい冷媒１０１を用いる場合に、本構成は、特に効果的である。

また、冷媒１０１の蒸発温度を調整するために、アキュムレータにより冷媒１０１を加圧して冷媒１０１の圧力を調整することも考えられるが、この場合、アキュムレータは、液体の冷媒１０１を加圧する必要がある。これは、アキュムレータにより気体の冷媒１０１を加圧しても、冷媒１０１が気体から液体に変化して冷媒１０１の圧力を調整できないためである。また、液体の冷媒１０１を加圧する場合、加圧機構としてのアキュムレータのサイズが大きくなりやすい。これに対して、上記のように、タンク１の気相部１ａに、気相部１ａの体積を変化させることにより、封入ガス６の圧力を変化させて冷媒１０１の圧力を変化させ、冷媒１０１の蒸発温度を調整する体積変化部７を設ける。これにより、体積変化部７により、気相部１ａの体積を変化させることにより、封入ガス６の圧力を変化させて冷媒１０１の圧力を変化させるので、体積変化部７により液体の冷媒１０１を直接的に加圧する場合に比べて、加圧機構としての体積変化部７のサイズを小さくすることができる。

また、冷媒１０１の蒸発温度を調整するために、タンク１内の封入ガス６を出し入れすることにより封入ガス６の圧力を調整することも考えられるが、この場合、冷媒１０１とは独立して封入ガス６を出し入れすることが困難である。これに対して、上記のように、タンク１の気相部１ａに、気相部１ａの体積を変化させることにより、封入ガス６の圧力を変化させて冷媒１０１の圧力を変化させ、冷媒１０１の蒸発温度を調整する体積変化部７を設ける。これにより、冷媒１０１の蒸発温度を調整するために、タンク１内の封入ガス６を出し入れする必要がないので、タンク１内の封入ガス６を出し入れする場合と異なり、封入ガス６と共に冷媒１０１が出ていくことを抑制することができる。

また、上記本実施形態では、以下のように構成したことによって、下記のような更なる効果が得られる。

すなわち、本実施形態では、上記のように、体積変化部７は、体積変化用ガス８により伸縮することによって、体積が変化して気相部１ａの体積を変化させるように構成されている。これにより、体積変化用ガス８により体積変化部７を伸縮させるだけで、気相部１ａの体積を変化させることができるので、簡素な構成で、気相部１ａの体積を変化させて、冷媒１０１の蒸発温度を調整することができる。

また、本実施形態では、上記のように、体積変化部７は、ガス源９から体積変化部７の内部に体積変化用ガス８が給気されることにより、伸びるように変形して体積が大きくなることによって、気相部１ａの体積が小さくなるように気相部１ａの体積を変化させるとともに、体積変化部７の内部から外部に体積変化用ガス８が排出されることにより、縮むように変形して体積が小さくなることによって、気相部１ａの体積が大きくなるように気相部１ａの体積を変化させるように構成されている。これにより、ガス源９から体積変化部７の内部に体積変化用ガス８が給気された場合、封入ガス６の圧力および冷媒１０１の圧力を大きくして、冷媒１０１の蒸発温度を容易に大きくすることができる。また、体積変化部７の内部から外部に体積変化用ガス８が排出された場合、封入ガス６の圧力および冷媒１０１の圧力を小さくして、冷媒１０１の蒸発温度を容易に小さくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、体積変化部７は、蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度が目標温度になるように、体積変化用ガス８により体積が変化されることにより、気相部１ａの体積を変化させて冷媒１０１の蒸発温度を調整するように構成されている。これにより、目標温度に合わせて体積変化部７により冷媒１０１の蒸発温度を調整することができるので、蒸発器３の温度または蒸発器３での冷媒１０１の温度を容易にかつ確実に目標温度に調整することができる。

また、本実施形態では、上記のように、体積変化部７は、金属製のベローズである。これにより、体積変化部７がゴム製のバルーンなどである場合に比べて、容易に高圧に耐えることができるので、高圧の冷媒１０１でも容易に圧力を調整することができる。また、体積変化部７が金属製のベローズであるので、体積変化部７がピストンとシリンダとによる構成である場合と異なり、ピストンとシリンダとの間に設けられるようなシール構造が必要ないので、簡素な構成で、体積変化部７を構成することができる。

また、本実施形態では、上記のように、封入ガス６は、冷媒１０１と反応しないとともに、体積変化部７による気相部１ａの体積変化により凝縮しない不活性ガスである。これにより、タンク１の気相部１ａにおいて封入ガス６を安定して配置することができるとともに、体積変化部７による気相部１ａの体積変化により封入ガス６量が変化しない（凝縮しない）ので、体積変化部７により気相部１ａの体積が変化しても、封入ガス６の圧力の作用を確実に発揮することができる。

また、本実施形態では、上記のように、封入ガス６は、窒素を含む。これにより、冷媒１０１と反応しないとともに、体積変化部７による気相部１ａの体積変化により凝縮しない封入ガス６を容易に実現することができる。

また、本実施形態では、上記のように、体積変化部７は、タンク１の天井部１ｃに設けられている。これにより、体積変化部７をタンク１の液相部１ｂを避けた位置に容易に配置することができるので、体積変化部７によりタンク１の気相部１ａの体積を容易に変化させることができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、冷媒が、二酸化炭素である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、冷媒が、フロン系冷媒であってもよいし、二酸化炭素以外のアンモニアなどの自然冷媒であってもよい。

また、上記実施形態では、封入ガスが、窒素である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、封入ガスが、アルゴンであってもよい。

また、上記実施形態では、体積変化用ガスが、窒素である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、体積変化用ガスが、窒素以外のガスであってもよい。

また、上記実施形態では、体積変化部が、金属製のベローズである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、体積変化部が、金属製以外のベローズであってもよい。また、体積変化部が、体積変化用ガスにより伸縮可能なゴム製のバルーン、および、体積変化用ガスによりシリンダ内でピストンが移動するシリンダ構造であってもよい。しかしながら、耐圧性の観点から、体積変化部は、ゴム製のバルーンであるよりも、金属製のベローズである方が好ましい。また、構造を簡素化する観点から、体積変化部は、ピストンとシリンダとの間にシール構造が必要なシリンダ構造であるよりも、金属製のベローズである方が好ましい。

また、上記実施形態では、体積変化部が、タンクの天井部に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、体積変化部が、タンクの側面部に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、体積変化部に体積変化用ガスを給気するための給気バルブと、体積変化部から体積変化用ガスを排気するための排気バルブとがそれぞれ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、体積変化部に体積変化用ガスを給気するため、および、体積変化部から体積変化用ガスを排気するための給排気バルブが設けられていてもよい。

［態様］
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（項目１）
液体の冷媒を貯留するタンクと、
前記タンクに貯留された液体の前記冷媒を吐出するポンプと、
前記ポンプから吐出された液体の前記冷媒を蒸発させることにより、冷却対象を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した気体の前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、
前記タンクの気相部には、封入ガスが封入されているとともに、前記気相部の体積を変化させることにより、前記封入ガスの圧力を変化させて前記冷媒の圧力を変化させて前記冷媒の蒸発温度を調整する体積変化部が設けられている、冷却装置。

（項目２）
前記体積変化部は、体積変化用ガスにより伸縮することによって、体積が変化して前記気相部の体積を変化させるように構成されている、項目１に記載の冷却装置。

（項目３）
前記体積変化部は、ガス源から前記体積変化部の内部に前記体積変化用ガスが給気されることにより、伸びるように変形して体積が大きくなることによって、前記気相部の体積が小さくなるように前記気相部の体積を変化させるとともに、前記体積変化部の内部から外部に前記体積変化用ガスが排出されることにより、縮むように変形して体積が小さくなることによって、前記気相部の体積が大きくなるように前記気相部の体積を変化させるように構成されている、項目２に記載の冷却装置。

（項目４）
前記体積変化部は、前記蒸発器の温度または前記蒸発器での前記冷媒の温度が目標温度になるように、前記体積変化用ガスにより体積が変化されることにより、前記気相部の体積を変化させて前記冷媒の蒸発温度を調整するように構成されている、項目２または３に記載の冷却装置。

（項目５）
前記体積変化部は、金属製のベローズである、項目１～４のいずれか１項に記載の冷却装置。

（項目６）
前記封入ガスは、前記冷媒と反応しないとともに、前記体積変化部による前記気相部の体積変化により凝縮しない不活性ガスである、項目１～５のいずれか１項に記載の冷却装置。

（項目７）
前記封入ガスは、窒素およびアルゴンのうちの少なくとも１つを含む、項目６に記載の冷却装置。

（項目８）
前記体積変化部は、前記タンクの天井部に設けられている、項目１～７のいずれか１項に記載の冷却装置。

１タンク
１ａ気相部
１ｂ天井部
２ポンプ
３蒸発器
４凝縮器
６封入ガス
７体積変化部
８体積変化用ガス
９ガス源
１００冷却装置
１０１冷媒
２００冷却対象

Claims

液体の冷媒を貯留するタンクと、
前記タンクに貯留された液体の前記冷媒を吐出するポンプと、
前記ポンプから吐出された液体の前記冷媒を蒸発させることにより、冷却対象を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した気体の前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、を備え、
前記タンクの気相部には、封入ガスが封入されているとともに、前記気相部の体積を変化させることにより、前記封入ガスの圧力を変化させて前記冷媒の圧力を変化させて前記冷媒の蒸発温度を調整する体積変化部が設けられている、冷却装置。
前記体積変化部は、体積変化用ガスにより伸縮することによって、体積が変化して前記気相部の体積を変化させるように構成されている、請求項１に記載の冷却装置。
前記体積変化部は、ガス源から前記体積変化部の内部に前記体積変化用ガスが給気されることにより、伸びるように変形して体積が大きくなることによって、前記気相部の体積が小さくなるように前記気相部の体積を変化させるとともに、前記体積変化部の内部から外部に前記体積変化用ガスが排出されることにより、縮むように変形して体積が小さくなることによって、前記気相部の体積が大きくなるように前記気相部の体積を変化させるように構成されている、請求項２に記載の冷却装置。
前記体積変化部は、前記蒸発器の温度または前記蒸発器での前記冷媒の温度が目標温度になるように、前記体積変化用ガスにより体積が変化されることにより、前記気相部の体積を変化させて前記冷媒の蒸発温度を調整するように構成されている、請求項２に記載の冷却装置。
前記体積変化部は、金属製のベローズである、請求項１に記載の冷却装置。
前記封入ガスは、前記冷媒と反応しないとともに、前記体積変化部による前記気相部の体積変化により凝縮しない不活性ガスである、請求項１に記載の冷却装置。
前記封入ガスは、窒素およびアルゴンのうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の冷却装置。
前記体積変化部は、前記タンクの天井部に設けられている、請求項１に記載の冷却装置。