WO2025052719A1

WO2025052719A1 - 冷却装置および熱輸送装置

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Publication number: WO2025052719A1
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Inventors: 峻介関本; 幸雄堀口; 嘉晃西浦; 翔太朗松田
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Filing date: 2024-05-09
Publication date: 2025-03-13
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Abstract

この冷却装置（１００）は、液体の冷媒（１０１）を蒸発させて、対象（２００）を冷却する蒸発器（１）と、蒸発器で蒸発した気体の冷媒を凝縮させる凝縮器（２）と、蒸発器と凝縮器との間に設けられ、冷媒の蒸発温度を調整するための開度を調整可能なバルブ（５）と、逆流防止機構（４１）を含み、逆流防止機構により冷媒の逆流を防止しながら凝縮器で凝縮した液体の冷媒を蒸発器に向かって吐出するポンプ（４）と、を備える。

Description

冷却装置および熱輸送装置

　本発明は、冷却装置および熱輸送装置に関する。

　従来、冷却装置が知られている。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には、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。この冷却装置では、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。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、バルブは、蒸発器と凝縮器との間に設けられており、開度を調整することにより、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。蒸発器と凝縮器との間のバルブの開度の調整により冷媒の蒸発温度を調整することにより、蒸発器表面の温度を調整する。ポンプは、ギアポンプである。

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

　ここで、上記非特許文献１に記載された冷却装置では、ポンプがギアポンプであるため、以下のような新規な課題があることを本願発明者らは発見した。すなわち、ギアポンプの構造上ギアポンプの内部において、高圧側と低圧側とを完全に分離するシールを配置することができないため、ギアポンプの内部において高圧側と低圧側との圧力差による冷媒の逆流が発生して冷媒の吐出流量が変化する。具体的には、冷媒の吐出圧力を大きくして高圧側と低圧側との圧力差を大きくした場合、ギアポンプ内部における冷媒の逆流量が大きくなり冷媒の吐出流量が低下する。ギアポンプ内部における冷媒の逆流は、ギアポンプの構造上避けがたいものである。

　また、上記非特許文献１に記載された冷却装置では、バルブの開度の調整により冷媒の蒸発温度を調整する際、冷媒の圧力が変化するため、バルブの開度の調整による冷媒の圧力の変化に起因して、ギアポンプの冷媒の吐出圧力が変化する。この場合、上記のようにギアポンプの内部における冷媒の逆流量が変化するため、ギアポンプの冷媒の吐出流量が変化する。このため、上記非特許文献１に記載された冷却装置では、精度よく冷却を行うためには、バルブの開度だけでなく、ギアポンプの冷媒の吐出流量も制御する必要がある。この場合、制御対象が多くなるため、制御が複雑になるという課題があると考えられる。

　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、冷媒が液体と気体との間で変化する際の相変化を利用した二相式の熱交換において、バルブの開度の調整により冷媒の蒸発温度を調整する場合に、制御が複雑になることを抑制することが可能な冷却装置および熱輸送装置を提供することである。

　この発明の第１の局面における冷却装置は、液体の冷媒を蒸発させて、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、蒸発器と凝縮器との間に設けられ、冷媒の蒸発温度を調整するための開度を調整可能なバルブと、逆流防止機構を含み、逆流防止機構により冷媒の逆流を防止しながら凝縮器で凝縮した液体の冷媒を蒸発器に向かって吐出するポンプと、を備える。

　この発明の第２の局面における熱輸送装置は、液体の冷媒の一部を蒸発させる予熱器と予熱器で蒸発した気体の冷媒を凝縮または液体の冷媒を蒸発させて、対象を加熱または冷却する熱交換器と、予熱器および／または熱交換器で蒸発した気体の冷媒を凝縮させる凝縮器と、蒸発器と凝縮器との間に設けられ、冷媒の蒸発温度を調整するための開度を調整可能なバルブと、逆流防止機構を含み、逆流防止機構により冷媒の逆流を防止しながら凝縮器で凝縮した液体の冷媒を熱交換器に向かって吐出するポンプと、を備える。

　本発明の第１の局面における冷却装置および第２の局面における熱輸送装置では、逆流防止機構を含み、逆流防止機構により冷媒の逆流を防止しながら凝縮器で凝縮した液体の冷媒を蒸発器に向かって吐出するポンプを設ける。これにより、ポンプの内部における冷媒の逆流を防止することができるので、バルブの開度の調整による冷媒の圧力の変化に起因して、ポンプの冷媒の吐出圧力が変化しても、ポンプの冷媒の吐出流量が変化することがない。その結果、バルブの開度の調整により冷媒の蒸発温度を調整する場合に、ポンプの冷媒の吐出流量を制御する必要がない。これにより、制御対象を少なくすることができるので、冷媒が液体と気体との間で変化する際の相変化を利用した二相式の熱交換において、バルブの開度の調整により冷媒の蒸発温度を調整する場合に、制御が複雑になることを抑制することができる。

第１実施形態による冷却装置を示した模式図である。第１実施形態によるポンプを示した模式図である。第１実施形態によるポンプの冷媒の吸い込み動作を説明するための模式図である。第１実施形態によるポンプの冷媒の吐き出し動作を説明するための模式図である。第１実施形態による冷媒の蒸発温度を下げる場合の制御を説明するための模式図である。第１実施形態による冷媒の蒸発温度を上げる場合の制御を説明するための模式図である。第２実施形態による熱輸送装置を示した模式図である。

　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。

［第１実施形態］
　図１～図６を参照して、第１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が液体と気体との間で変化する際の相変化を利用した二相式の熱交換（冷却）を行う冷却装置である。具体的には、冷却装置１００は、蒸発器１と、凝縮器２と、タンク３と、ポンプ４と、バルブ５と、センサ６と、制御部７とを備えている。冷媒１０１は、自然冷媒である二酸化炭素である。二酸化炭素は、フロン系冷媒に比べて、温度上昇に対する飽和圧力の上昇率が大きく、たとえば、二酸化炭素の蒸発温度を－２０℃から０℃に変化させる場合、飽和圧力が１．５ＭＰａ程度上昇する。

　蒸発器１は、液体の冷媒１０１を蒸発させて、対象２００を冷却する。対象２００は、電子機器などの発熱体である。蒸発器１は、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。蒸発器１は、対象２００から熱を受け取り、冷媒１０１を蒸発させる。また、蒸発器１は、冷媒配管８ａを介して凝縮器２に接続されている。なお、冷媒配管８ａ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。

　凝縮器２は、蒸発器１で蒸発した気体の冷媒１０１を凝縮させる。凝縮器２は、チラー９の冷却液９ａ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。凝縮器２は、冷却液９ａに熱を受け渡し、冷媒１０１を凝縮させる。また、凝縮器２は、冷媒配管８ｂを介してタンク３に接続されている。

　タンク３は、凝縮器２とポンプ４との間に設けられ、凝縮器２で凝縮した液体の冷媒１０１を貯留する容器である。タンク３は、冷媒配管８ｃを介してポンプ４に接続されている。

　ポンプ４は、凝縮器２で凝縮されてタンク３に貯留された液体の冷媒１０１を蒸発器１に向かって吐出する。ポンプ４は、タンク３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１に向かって吐出する。また、ポンプ４は、冷媒配管８ｄを介して蒸発器１に接続されている。なお、ポンプ４の詳細な構成については、後述する。

　バルブ５は、冷媒１０１の蒸発温度を調整するために、蒸発器１と凝縮器２との間に設けられている。バルブ５は、蒸発器１と凝縮器２とを互いに接続する冷媒配管８ａの途中に設けられている。また、バルブ５は、開度を調整可能なバルブである。バルブ５は、全閉から全開までの間で開度を段階的に調整可能である。バルブ５は、電磁弁や電動弁などのアクチュエータにより駆動するバルブであり、制御部７の制御信号に基づいてアクチュエータが駆動されることで開度が調整される。バルブ５の開度が調整されると、バルブ５における圧力損失が変化されるため、バルブ５の上流側の蒸発器１における冷媒１０１の圧力が変化される。そして、蒸発器１における冷媒１０１の圧力が変化されることで、蒸発器１における冷媒１０１の蒸発温度が調整される。

　センサ６は、蒸発器１における冷媒１０１の蒸発温度に関する値を検知する。センサ６は、たとえば、蒸発器１の温度または蒸発器１における冷媒１０１の温度を検知する温度センサや、蒸発器１の圧力を検知する圧力センサなどである。センサ６は、検知した値を制御部７に出力する。制御部７は、センサ６から取得した値に基づいて、バルブ５の開度を調整する制御を行う。

　制御部７は、冷却装置１００の全体を制御する。制御部７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などのプロセッサと、メモリとを含んでいる。制御部７は、内部または外部のメモリに格納されたプログラムに基づいて、冷却装置１００の全体を制御する。

　冷却装置１００では、冷媒１０１が、タンク３、ポンプ４、蒸発器１、凝縮器２の順に流通して再びタンク３に帰還される循環サイクルが繰り返されることにより、対象２００が冷却される。また、対象２００の冷却の際、バルブ５の開度の調整により蒸発器１における冷媒１０１の蒸発温度が調整されることで、対象２００に対する熱交換量（冷却量）が調整される。

（ポンプの詳細な構成）
　ここで、第１実施形態では、図２～図４に示すように、ポンプ４は、逆流防止機構４１を含み、逆流防止機構４１により冷媒１０１の逆流を防止しながら凝縮器２で凝縮した液体の冷媒１０１を蒸発器１に向かって吐出する。ポンプ４は、往復ポンプである。具体的には、ポンプ４は、プランジャポンプである。ポンプ４は、冷媒配管８ｃに接続された入口４ａと、冷媒配管８ｄに接続された出口４ｂと、入口４ａおよび出口４ｂの間に設けられたポンプ室４ｃとを含んでいる。また、ポンプ４は、逆流防止機構４１と、プランジャ４２と、動力伝達部４３と、モータ４４と、インバータ４５とを含んでいる。

　逆流防止機構４１は、ポンプ４の内部に配置された逆止弁４１ａおよび４１ｂを有している。

　逆止弁４１ａは、ポンプ４の入口４ａ側に配置されている。具体的には、逆止弁４１ａは、入口４ａとポンプ室４ｃとの間に配置され、ポンプ室４ｃから入口４ａへの冷媒１０１の逆流を防止する。逆止弁４１ａは、ポンプ４の冷媒１０１の吸い込みの際には開状態となる。また、逆止弁４１ａは、ポンプ４の冷媒１０１の吸い込みが完了すると閉状態となる。これにより、吸い込んだ冷媒１０１がポンプ室４ｃから入口４ａに逆流することが防止される。

　逆止弁４１ｂは、ポンプ４の出口４ｂ側に配置されている。具体的には、逆止弁４１ｂは、出口４ｂとポンプ室４ｃとの間に配置され、出口４ｂからポンプ室４ｃへの冷媒１０１の逆流を防止する。逆止弁４１ｂは、ポンプ４の冷媒１０１の吐き出しの際には開状態となる。また、逆止弁４１ｂは、ポンプ４の冷媒１０１の吐き出しが完了すると閉状態となる。これにより、吐き出した冷媒１０１が出口４ｂからポンプ室４ｃに逆流することが防止される。

　プランジャ４２は、ポンプ室４ｃに設けられている。プランジャ４２は、直線的に往復動することにより、ポンプ室４ｃの容積を変化させる。これにより、ポンプ４における冷媒１０１の吸い込みまたは吐き出しが行われる。動力伝達部４３は、プランジャ４２とモータ４４との間に設けられており、モータ４４からプランジャ４２に駆動力を伝達する。動力伝達部４３は、モータ４４の円運動をプランジャ４２の直線運動に変換するカム機構やクランク機構を有していてもよい。モータ４４は、プランジャ４２の駆動源であり、動力伝達部４３を介してプランジャ４２を駆動する。インバータ４５は、モータ４４に接続されており、制御部７の制御信号に基づいてモータ４４に供給する電力の周波数を制御する。モータ４４は、インバータ４５から供給された電力の周波数を運転周波数として、運転周波数に応じた回転速度で動作する。ポンプ４は、モータ４４の運転周波数（回転速度）に応じた一定の吐出流量の冷媒１０１を吐出する。

　図３に示すように、ポンプ４は、モータ４４によるプランジャ４２の後進動作により冷媒１０１を入口４ａからポンプ室４ｃに吸い込む。すなわち、モータ４４によりプランジャ４２が後進動作されると、ポンプ室４ｃの容積が増加し、ポンプ室４ｃの圧力が減少する。これにより、冷媒１０１が入口４ａからポンプ室４ｃに吸い込まれる。この際、冷媒１０１が入口４ａからポンプ室４ｃに吸い込まれる力により、逆止弁４１ａは閉状態から開状態となる。そして、冷媒１０１の吸い込みが完了すると、逆止弁４１ａは開状態から閉状態となる。このため、吸い込んだ冷媒１０１がポンプ室４ｃから入口４ａに逆流することが防止される。なお、冷媒１０１の吸い込みの間、逆止弁４１ｂは閉状態を維持する。

　図４に示すように、ポンプ４は、モータ４４によるプランジャ４２の前進動作により冷媒１０１をポンプ室４ｃから出口４ｂに吐き出す。すなわち、モータ４４によりプランジャ４２が前進動作されると、ポンプ室４ｃの容積が減少し、ポンプ室４ｃの圧力が増加する。これにより、冷媒１０１がポンプ室４ｃから出口４ｂに吐き出される。この際、冷媒１０１がポンプ室４ｃから出口４ｂに吐き出される力により、逆止弁４１ｂは閉状態から開状態となる。そして、冷媒１０１の吐き出しが完了すると、逆止弁４１ｂは開状態から閉状態となる。このため、吐き出した冷媒１０１が出口４ｂからポンプ室４ｃに逆流することが防止される。なお、冷媒１０１の吐き出しの間、逆止弁４１ａは閉状態を維持する。

　ポンプ４は、冷媒１０１を吸い込む動作と、冷媒１０１を吐き出す動作とを交互に繰り返すように、プランジャ４２を直線的に往復動させることにより、冷媒１０１を送液する。上記のように、冷媒１０１を吸い込む動作において逆止弁４１ａにより冷媒１０１の逆流が防止されるとともに、冷媒１０１を吐き出す動作において逆止弁４１ｂにより冷媒１０１の逆流が防止されるため、ポンプ４は、逆流を防止しながら一定の吐出流量の冷媒１０１を送液することが可能である。なお、図２～図４では、ポンプ４にプランジャ４２が１つ設けられる例を示しているが、ポンプ４にプランジャ４２が複数設けられてもよい。ポンプ４にプランジャ４２が複数設けられる場合、複数のプランジャ４２を互いに異なるタイミングで動作させれば、脈動を抑制しながら冷媒１０１を送液することが可能である。

（冷却制御の構成）
　図５および図６に示すように、制御部７は、ポンプ４の運転周波数を一定とした状態で、バルブ５の開度を調整することにより、冷媒１０１の蒸発温度を調整する制御を行う。具体的には、制御部７は、対象２００から蒸発器１への入熱量に基づく運転周波数でポンプ４の運転周波数を一定とした状態で、バルブ５の開度を調整することにより、冷媒１０１の蒸発温度を調整する制御を行う。

　たとえば、ポンプ４の運転周波数は、予め得られている対象２００から蒸発器１への入熱量から、蒸発器１の出口において冷媒１０１が飽和状態（液体と気体とが共に存在する状態）になるような運転周波数（吐出流量）を計算することで、予め決定されている。入熱量が大きい場合、蒸発器１の出口において冷媒１０１を飽和状態とするためにはポンプ４の冷媒１０１の吐出流量を大きくする必要があるため、運転周波数は大きくなる。また、入熱量が小さい場合、蒸発器１の出口において冷媒１０１を飽和状態とするためにはポンプ４の冷媒１０１の吐出流量を小さくする必要があるため、運転周波数は小さくなる。

　制御部７は、インバータ４５を制御することにより、予め決定された一定の運転周波数で動作するようにポンプ４を制御する。ポンプ４は、インバータ４５からの一定の運転周波数に応じた一定の吐出流量の冷媒１０１を吐出する。ポンプ４は、対象２００の冷却制御の間、一定の運転周波数で動作し続ける。

　また、制御部７は、センサ６で検知した値に基づいて、冷媒１０１の蒸発温度を下げるかまたは上げるかを判断する。制御部７は、センサ６で検知した値に基づいて、冷媒１０１の蒸発温度を下げる必要があると判断した場合、バルブ５の開度を大きくする制御を行う。これにより、バルブ５における圧力損失が小さくなるため、蒸発器１における冷媒１０１の圧力が小さくなる。その結果、蒸発器１における冷媒１０１の蒸発温度が下がる。この際、バルブ５の開度の調整により冷媒１０１の圧力が小さくなったことに起因して、ポンプ４の冷媒１０１の吐出圧力が小さくなる。しかしながら、逆流防止機構４１によりポンプ４の内部における冷媒１０１の逆流が防止されているため、ポンプ４の冷媒１０１の吐出圧力の変化に影響を受けず、ポンプ４は一定の運転周波数に応じた一定の吐出流量で冷媒１０１を吐出する。

　また、制御部７は、センサ６で検知した値に基づいて、冷媒１０１の蒸発温度を上げる必要があると判断した場合、バルブ５の開度を小さくする制御を行う。これにより、バルブ５における圧力損失が大きくなるため、蒸発器１における冷媒１０１の圧力が大きくなる。その結果、蒸発器１における冷媒１０１の蒸発温度が上がる。この際、バルブ５の開度の調整により冷媒１０１の圧力が大きくなったことに起因して、ポンプ４の冷媒１０１の吐出圧力が大きくなる。しかしながら、逆流防止機構４１によりポンプ４の内部における冷媒１０１の逆流が防止されているため、ポンプ４の冷媒１０１の吐出圧力の変化に影響を受けず、ポンプ４は一定の運転周波数に応じた一定の吐出流量で冷媒１０１を吐出する。

（第１実施形態の効果）
　第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

　第１実施形態では、逆流防止機構４１を含み、逆流防止機構４１により冷媒１０１の逆流を防止しながら凝縮器２で凝縮した液体の冷媒１０１を蒸発器１に向かって吐出するポンプ４を設ける。これにより、ポンプ４の内部における冷媒１０１の逆流を防止することができるので、バルブ５の開度の調整による冷媒１０１の圧力の変化に起因して、ポンプ４の冷媒１０１の吐出圧力が変化しても、ポンプ４の冷媒１０１の吐出流量が変化することがない。その結果、バルブ５の開度の調整により冷媒１０１の蒸発温度を調整する場合に、ポンプ４の冷媒１０１の吐出流量を制御する必要がない。これにより、制御対象を少なくすることができるので、冷媒１０１が液体と気体との間で変化する際の相変化を利用した二相式の熱交換（冷却）において、バルブ５の開度の調整により冷媒１０１の蒸発温度を調整する場合に、制御が複雑になることを抑制することができる。

　また、第１実施形態とは異なり、ポンプ４がギアポンプなどの吐出圧力に応じて吐出流量が変化するポンプである場合には、バルブ５の開度の調整によりポンプ４の冷媒１０１の吐出流量が変化するため、ポンプ４の冷媒１０１の吐出流量を適切に調整しようとすると、アキュムレータによる加減圧、蒸発器１とポンプ４との間への流量調整のためのバルブの追加、または、ポンプ４の回転速度のフィードバック制御などが必要になる。これに対して、本実施形態では、ポンプ４の冷媒１０１の吐出流量が変化することがなく、ポンプ４の冷媒１０１の吐出流量を調整する必要がないため、アキュムレータによる加減圧、蒸発器１とポンプ４との間への流量調整のためのバルブの追加、または、ポンプ４の回転速度のフィードバック制御などが必要ない。このため、制御に必要な構成の数を少なくして（アキュムレータや追加のバルブを不要にして）構造の複雑化を抑制することができるとともに、制御対象を少なくして（ポンプ４の回転速度のフィードバック制御を不要にして）制御の複雑化を抑制することができる。

　また、上記第１実施形態による冷却装置１００では、以下のように構成したことによって、以下のような更なる効果が得られる。

　第１実施形態では、逆流防止機構４１は、ポンプ４の内部に配置された逆止弁４１ａおよび４１ｂを有する。これにより、簡易な構造で、ポンプ４の内部における冷媒１０１の逆流を防止することができる。

　また、第１実施形態では、ポンプ４は、往復ポンプである。これにより、吐出圧力によらず吐出流量が安定している往復ポンプを用いるため、一定の吐出流量の冷媒１０１を安定して吐出することができる。

　また、第１実施形態では、ポンプ４は、プランジャポンプである。これにより、ギアポンプとは異なり高圧力の吐出圧力（たとえば、数ＭＰａ程度）にも対応しているプランジャポンプを用いるため、ポンプ４の選定の自由度を向上させることができる。また、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く、高圧力が必要となりやすい冷媒１０１であっても、容易に昇圧することができる。

　また、第１実施形態では、冷却装置１００は、ポンプ４の運転周波数を一定とした状態で、バルブ５の開度を調整することにより、冷媒１０１の蒸発温度を調整する制御を行う制御部７を備える。これにより、バルブ５の開度の調整により冷媒１０１の蒸発温度を調整する場合に、ポンプ４の冷媒１０１の吐出流量を制御する必要がないことを利用して、ポンプ４の運転周波数を一定とすることができるので、制御を容易に行うことができる。

　また、第１実施形態では、制御部７は、対象２００から蒸発器１への入熱量に基づく運転周波数でポンプ４の運転周波数を一定とした状態で、バルブ５の開度を調整することにより、冷媒１０１の蒸発温度を調整する制御を行う。これにより、対象２００から蒸発器１への入熱量に基づく適切な吐出流量で冷媒１０１を吐出しながら、バルブ５の開度の調整により冷媒１０１の蒸発温度を調整することができるので、制御をより容易に行うことができる。

　また、第１実施形態では、冷却装置１００は、凝縮器２とポンプ４との間に設けられ、凝縮器２で凝縮した液体の冷媒１０１を貯留するタンク３を備え、ポンプ４は、タンク３に貯留された液体の冷媒１０１を蒸発器１に向かって吐出する。これにより、タンク３からポンプ４に液体の冷媒１０１を安定して供給することができるので、ポンプ４から蒸発器１に液体の冷媒１０１を安定して供給することができる。

　また、第１実施形態では、冷媒１０１は、二酸化炭素である。ここで、温度上昇に対する飽和圧力の上昇率が大きい二酸化炭素が冷媒１０１である場合、ポンプ４に高い吐出圧力が求められるため、ポンプ４の内部において高圧側と低圧側との圧力差が大きくなりやすい。このため、ポンプ４がギアポンプなどの吐出圧力に応じて吐出流量が変化するポンプである場合には、二酸化炭素を冷媒として用いると、ポンプ４の内部における冷媒１０１の逆流量が大きくなりやすい。これに対して、第１実施形態では、ポンプ４に逆流防止機構４１を設けるため、冷媒１０１としての二酸化炭素の逆流を効果的に防止することができる。

［第２実施形態］
　次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、熱輸送装置の例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

（熱輸送装置の構成）
　図７に示すように、熱輸送装置３００は、冷媒１０１が液体と気体との間で変化する際の相変化を利用した二相式の熱交換（加熱または冷却）を行う熱輸送装置である。具体的には、熱輸送装置３００は、予熱器３１０と、熱交換器３０１と、凝縮器２と、タンク３と、ポンプ４と、バルブ５と、センサ６と、制御部７とを備えている。

　予熱器３１０は、ポンプ４と熱交換器３０１との間に設けられている。予熱器３１０は、熱交換器３０１に流入する液体の冷媒１０１を予熱することにより、液体の冷媒１０１の一部を蒸発させる。予熱器３１０は、熱交換器３０１に気液二相の状態の冷媒１０１を供給する機能を有する。

　熱交換器３０１は、上記第１実施形態の蒸発器１に代えて設けられている。熱交換器３０１は、予熱器３１０で蒸発した気体の冷媒１０１を凝縮または液体の冷媒１０１を蒸発させて、対象２００を加熱または冷却する。熱交換器３０１は、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。熱交換器３０１は、対象２００から熱を受け取り、冷媒１０１を蒸発させる。この場合、対象２００が冷却される。また、熱交換器３０１は、対象２００に熱を与え、冷媒１０１を凝縮させる。この場合、対象２００が加熱される。第２実施形態では、予熱器３１０を設けることで、対象２００の冷却だけでなく、加熱も行うことが可能である。　

　第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

　（第２実施形態の効果）
　第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

　第２実施形態では、逆流防止機構４１を含み、逆流防止機構４１により冷媒１０１の逆流を防止しながら凝縮器２で凝縮した液体の冷媒１０１を熱交換器３０１に向かって吐出するポンプ４を設ける。これにより、上記第１実施形態と同様に、冷媒１０１が液体と気体との間で変化する際の相変化を利用した二相式の熱交換（加熱または冷却）において、バルブ５の開度の調整により冷媒１０１の蒸発温度を調整する場合に、制御が複雑になることを抑制することができる。

　なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

　［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、上記第１および第２実施形態では、ポンプが往復ポンプ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、逆流防止機構を含んでいれば、ポンプが往復ポンプ以外であってもよい。

　また、上記第１および第２実施形態では、ポンプがプランジャポンプ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、ポンプがダイアフラムポンプであってもよい。

　また、上記第１および第２実施形態では、冷却装置がタンクを備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえばタンクを設けなくても冷媒配管からポンプに安定して冷媒を供給できるような場合には、冷却装置がタンクを備えなくてもよい。

　また、上記第１および第２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、アンモニアなどの二酸化炭素以外の自然冷媒であってもよい。また、冷媒が、フロン系冷媒であってもよい。

　［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）
　液体の冷媒を蒸発させて、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、
　前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられ、前記冷媒の蒸発温度を調整するための開度を調整可能なバルブと、
　逆流防止機構を含み、前記逆流防止機構により前記冷媒の逆流を防止しながら前記凝縮器で凝縮した液体の前記冷媒を前記蒸発器に向かって吐出するポンプと、を備える、冷却装置。

　（項目２）
　前記逆流防止機構は、前記ポンプの内部に配置された逆止弁を有する、項目１に記載の冷却装置。

　（項目３）
　前記ポンプは、往復ポンプである、項目１または２に記載の冷却装置。

　（項目４）
　前記ポンプは、プランジャポンプまたはダイアフラムポンプである、項目３に記載の冷却装置。

　（項目５）
　前記ポンプの運転周波数を一定とした状態で、前記バルブの開度を調整することにより、前記冷媒の蒸発温度を調整する制御を行う制御部をさらに備える、項目１～４のいずれか１項に記載の冷却装置。

　（項目６）
　前記制御部は、前記対象から前記蒸発器への入熱量に基づく運転周波数で前記ポンプの運転周波数を一定とした状態で、前記バルブの開度を調整することにより、前記冷媒の蒸発温度を調整する制御を行う、項目５に記載の冷却装置。

　（項目７）
　前記凝縮器と前記ポンプとの間に設けられ、前記凝縮器で凝縮した液体の前記冷媒を貯留するタンクをさらに備え、
　前記ポンプは、前記タンクに貯留された液体の前記冷媒を前記蒸発器に向かって吐出する、項目１～６のいずれか１項に記載の冷却装置。

　（項目８）
　前記冷媒は、二酸化炭素である、項目１～７のいずれか１項に記載の冷却装置。

　（項目９）
　液体の冷媒の一部を蒸発させる予熱器と
　前記予熱器で蒸発した気体の前記冷媒を凝縮または液体の前記冷媒を蒸発させて、対象を加熱または冷却する熱交換器と、
　前記予熱器および／または前記熱交換器で蒸発した気体の前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
　前記熱交換器と前記凝縮器との間に設けられ、前記冷媒の蒸発温度を調整するための開度を調整可能なバルブと、
　逆流防止機構を含み、前記逆流防止機構により前記冷媒の逆流を防止しながら前記凝縮器で凝縮した液体の前記冷媒を前記熱交換器に向かって吐出するポンプと、を備える、熱輸送装置。

　１　蒸発器
　２　凝縮器
　３　タンク
　４　ポンプ
　５　バルブ
　７　制御部
　４１　逆流防止機構
　４１ａ、４１ｂ　逆止弁
　１００　冷却装置
　１０１　冷媒
　２００　対象
　３００　熱輸送装置
　３０１　熱交換器
　３１０　予熱器

Claims

　液体の冷媒を蒸発させて、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、
　前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられ、前記冷媒の蒸発温度を調整するための開度を調整可能なバルブと、
　逆流防止機構を含み、前記逆流防止機構により前記冷媒の逆流を防止しながら前記凝縮器で凝縮した液体の前記冷媒を前記蒸発器に向かって吐出するポンプと、を備える、冷却装置。
　前記逆流防止機構は、前記ポンプの内部に配置された逆止弁を有する、請求項１に記載の冷却装置。
　前記ポンプは、往復ポンプである、請求項１に記載の冷却装置。
　前記ポンプは、プランジャポンプまたはダイアフラムポンプである、請求項３に記載の冷却装置。
　前記ポンプの運転周波数を一定とした状態で、前記バルブの開度を調整することにより、前記冷媒の蒸発温度を調整する制御を行う制御部をさらに備える、請求項１に記載の冷却装置。
　前記制御部は、前記対象から前記蒸発器への入熱量に基づく運転周波数で前記ポンプの運転周波数を一定とした状態で、前記バルブの開度を調整することにより、前記冷媒の蒸発温度を調整する制御を行う、請求項５に記載の冷却装置。
　前記凝縮器と前記ポンプとの間に設けられ、前記凝縮器で凝縮した液体の前記冷媒を貯留するタンクをさらに備え、
　前記ポンプは、前記タンクに貯留された液体の前記冷媒を前記蒸発器に向かって吐出する、請求項１に記載の冷却装置。
　前記冷媒は、二酸化炭素である、請求項１に記載の冷却装置。
　液体の冷媒の一部を蒸発させる予熱器と
　前記予熱器で蒸発した気体の前記冷媒を凝縮または液体の前記冷媒を蒸発させて、対象を加熱または冷却する熱交換器と、
　前記予熱器および／または前記熱交換器で蒸発した気体の前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
　前記熱交換器と前記凝縮器との間に設けられ、前記冷媒の蒸発温度を調整するための開度を調整可能なバルブと、
　逆流防止機構を含み、前記逆流防止機構により前記冷媒の逆流を防止しながら前記凝縮器で凝縮した液体の前記冷媒を前記熱交換器に向かって吐出するポンプと、を備える、熱輸送装置。