JP6784632B2 - 熱交換器用接続装置 - Google Patents
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Description
上記参考例によれば、上記4つの部屋を有した接続装置に比べて、流体の流出入用の開口一つ分の幅が大きくなるが、2重冷凍サイクルの効果をもたせつつ、冷凍機の設置スペースを削減することができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記第1熱交換器および前記第2熱交換器は、圧縮式冷凍機の蒸発器であって、流体が第1熱交換器または第2熱交換器のいずれか一方の下側の第1パス、同一熱交換器の上側の第2パス、他方の熱交換器の下側の第1パス、同一熱交換器の上側の第2パスの順に流れることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記接続装置本体の軸方向の幅は、前記流体を流出入させる開口の直径以上であることを特徴とする。
このように、フランジ部を備えることにより、2台の熱交換器を容易に接続することができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記接続装置本体は、対称構造であることから、熱交換器のパスの形態に対応して前記第1熱交換器と前記第2熱交換器に対して360°回転可能であることを特徴とする。
このように、接続装置本体をいずれの角度でも取付けることが可能となることにより、冷水や冷却水の設備側配管の取付け箇所の自由度を増すことができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記熱交換器は、圧縮式冷凍機の蒸発器又は凝縮器であることを特徴とする。
また、本発明によれば、接続装置を採用することで、流体を第1熱交換器の下側流路、第1熱交換器の上側流路、第2熱交換器の下側流路、第2熱交換器の上側流路の順に流すことができ、熱交換器によるチューブ伝熱が良くなり、冷凍機の性能が向上し、主電動機の電力消費量を低減できる。
図1は、本発明に係る熱交換器用接続装置の第1の実施形態を示す図であり、接続装置と接続対象の2台の熱交換器とを示す分解斜視図である。図2は、熱交換器用接続装置の斜視図である。
図1に示すように、第1熱交換器1−1と第2熱交換器1−2とからなる接続対象の2台の熱交換器の間には、接続装置2が配置されている。図1では、第1熱交換器1−1と第2熱交換器1−2とを接続装置2により接続する前の状態を示している。各熱交換器1−1,1−2は、円筒形の缶胴11と缶胴11の両端部に設けられた管板(チューブプレート)12,12とにより形成された空間内に、多数の伝熱管(図示せず)を千鳥状に配列した伝熱管群(図示せず)を配置して構成されている。
図1および図3において矢印で示すように、流体は、第1の開口A1から接続装置本体21内の第1の部屋R1に流入し、第1熱交換器1−1の第1パス、第1熱交換器1−1の第2パスの順に流れて接続装置本体21内の第2の部屋R2に流入し、その後、仕切り板22の接続流路22pを通って、第3の部屋R3に流入し、第2熱交換器1−2の第1パス、第2熱交換器1−2の第2パスの順に流れて接続装置本体21内の第4の部屋R4に流入し、第2の開口A2から外部へ流出する。
したがって、接続装置本体21の軸方向の幅は、開口A1または開口A2の直径に溶接等により開口A1及びA2を取付けるのに必要な幅を加えた幅とすれば良く、接続装置本体21をコンパクトにすることができる。
ここで、本発明の第1熱交換器および第2熱交換器が圧縮式冷凍機の蒸発器である場合は、冷水を第1熱交換器または第2熱交換器のいずれか一方の下側の第1パス、同一熱交換器の上側の第2パス、他方の熱交換器の下側の第1パス、同一熱交換器の上側の第2パスの順に流すことが好ましい。第1熱交換器及び第2熱交換器の下側のパスから上側のパスに冷水を流すことにより、第1熱交換器及び第2熱交換器の下部のパスの冷水の温度が高くなることから液冷媒が蒸発しやすく、また、第1熱交換器及び第2熱交換器の缶胴上側の第2パスにおける冷媒液の液ヘッドは、缶胴下側の第1パスの液ヘッドより小さいことから蒸発しやすい。したがって、高い温度の冷水が熱交換器の下側の第1パスから上側の第2パスに流れることにより液冷媒の沸騰が容易になるので、効率面で蒸発器として好ましい。
図8に示すように、第1熱交換器1−1と第2熱交換器1−2とからなる接続対象の2台の熱交換器の間には、接続装置2が配置されている。図8では、第1熱交換器1−1と第2熱交換器1−2とを接続装置2により接続する前の状態を示している。各熱交換器1−1,1−2は、円筒形の缶胴11と缶胴11の両端部に設けられた管板(チューブプレート)12,12とにより形成された空間内に、多数の伝熱管(図示せず)を千鳥状に配列した伝熱管群(図示せず)を配置して構成されている。
図8および図10において矢印で示すように、流体は、第1の開口A1から接続装置本体21内の第1の部屋R1に流入し、第1熱交換器1−1の第1パス、第1熱交換器1−1の第2パスの順に流れて接続装置本体21内の第2の部屋R2に流入し、その後、第2熱交換器1−2の第2パス、第2熱交換器1−2の第1パスの順に流れて接続装置本体21内の第3の部屋R3に流入し、第2の開口A2から外部へ流出する。
図15(a)は、単一冷凍サイクルとしての第1蒸発器と第2蒸発器の接続方法を示し、図15(b)は2重冷凍サイクルとしての第1蒸発器と第2蒸発器の接続方法を示す。図15(b)に示す接続方法は、本発明の第1の実施形態で実施される。
(2)図15(b)に示す接続方法においては、冷水は、第1蒸発器の下側の第1パス、第1蒸発器の上側の第2パス、第2蒸発器の下側の第1パス、第2蒸発器の上側の第2パスの順に流れる。
接続方法1の流し方では、第1蒸発器と第2蒸発器に冷水を流し、蒸発器と同様に第1凝縮器と第2凝縮器(図示せず)に冷却水を流すと、第1蒸発器と第2蒸発器の内部の温度及び圧力がほぼ同一になり、同様に、第1凝縮器と第2凝縮器の内部の温度及び圧力もほぼ同一になるので、単一サイクルが2つあることと同じである。
接続方法2の流し方では、第1蒸発器と第2蒸発器に冷水を流し、蒸発器と同様に第1凝縮器と第2凝縮器(図示せず)に冷却水を流すと、第1蒸発器と第2蒸発器の内部の温度及び圧力が異なり、同様に、第1凝縮器と第2凝縮器の内部の温度及び圧力も異なるので、2重冷凍サイクルが1つあることと同じである。
図16は、単一冷凍サイクルと2重冷凍サイクルの冷水または冷却水温度−比エントロピーとの関係を示すグラフ(理想サイクルにおける圧縮仕事を表す。)である。破線が単一サイクルであり、実線が2重冷凍サイクルを示している。2重冷凍サイクルは、高圧と低圧の2つのサイクルで構成され、上側が高圧のサイクル、下側が低圧のサイクルを示している。
図16の面積が圧縮仕事を表す。蒸発温度から凝縮温度までの温度ヘッドを圧縮機で上昇させるのであるが、2重冷凍サイクルでは冷凍機内に2系統のサイクルを持たせることで、平均の温度ヘッドを低下(各々の圧縮機の吸込みと吐出の差圧を下げる)させて、効率を改善することができる。図16の斜線の面積が、単一冷凍サイクルと2重冷凍サイクルとの圧縮仕事の差となる。
このように、2つの熱交換器を接続する場合、単一冷凍サイクルよりも2重冷凍サイクルとしての接続の方が圧縮仕事の小さいことから、結果的に主電動機の電力を削減することができる。
図17(a),(b)に示すように、第1の冷凍機REF1は、第1蒸発器E1、第1圧縮機Comp1、第1凝縮器C1を備えている。第2の冷凍機REF2は、第2蒸発器E2、第2圧縮機Comp2、第2凝縮器C2を備えている。
第1の冷凍機REF1の第1蒸発器E1と第の2冷凍機REF2の第2蒸発器E2とは、本発明の接続装置2により接続されている。第1の冷凍機REF1の第1凝縮器C1と第2の冷凍機REF2の第2凝縮器C2とは、本発明の接続装置2により接続されている。
1−2 第2熱交換器
2 接続装置
11 管胴
12 管板
13 水室
15 締結具
21 接続装置本体
21f フランジ部
22A,22B,22C,22D 仕切り板
22p 接続流路
A1 第1の開口
A2 第2の開口
C1 第1凝縮器
C2 第2凝縮器
Comp1 第1圧縮機
Comp2 第2圧縮機
E1 第1蒸発器
E2 第2蒸発器
R1 第1の部屋
R2 第2の部屋
R3 第3の部屋
R4 第4の部屋
REF1 第1の冷凍機
REF2 第2の冷凍機
Claims (9)
- 2台の冷凍機の2パスのシェルアンドチューブ式熱交換器を接続するための接続装置であって、
略円筒状又は略角筒状の接続装置本体の内部を仕切ることにより流路を構成する仕切り板と、
前記接続装置本体に、2パスの第1熱交換器の一方のパスに流体を流出入させる第1の開口と、2パスの第2熱交換器の一方のパスに流体を流出入させる第2の開口とを設け、
前記接続装置本体を前記仕切り板で仕切ることにより4つの部屋を形成し、該4つの部屋は、
前記第1熱交換器の一方のパスに連通する第1の部屋と、
前記第1熱交換器の他方のパスに連通する第2の部屋と、
前記第2熱交換器の一方のパスに連通する第3の部屋と、
前記第2熱交換器の他方のパスに連通する第4の部屋とからなり、
前記仕切り板により接続流路を設けて前記第2の部屋と前記第3の部屋とを連通させ、
流体が第1熱交換器の第1パス、第1熱交換器の第2パス、第2熱交換器の第1パス、第2熱交換器の第2パスの順に流れるように第1熱交換器と第2熱交換器とを接続可能であることを特徴とする接続装置。 - 前記第1熱交換器および前記第2熱交換器は、第1パスと第2パスのいずれか一方が上側に配置され他方が下側に配置された上下2パスの熱交換器からなることを特徴とする請求項1記載の接続装置。
- 前記第1熱交換器および前記第2熱交換器は、圧縮式冷凍機の蒸発器であって、流体が第1熱交換器または第2熱交換器のいずれか一方の下側の第1パス、同一熱交換器の上側の第2パス、他方の熱交換器の下側の第1パス、同一熱交換器の上側の第2パスの順に流れることを特徴とする請求項2記載の接続装置。
- 前記第1熱交換器および前記第2熱交換器は、第1パスと第2パスのいずれか一方が前記第1熱交換器および前記第2熱交換器の長手方向に垂直な縦断面において左側に配置され他方が前記縦断面において右側に配置された左右2パスの熱交換器からなることを特徴とする請求項1記載の接続装置。
- 前記接続装置本体の軸方向の幅は、前記流体を流出入させる開口の直径以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の接続装置。
- 前記接続装置本体は、軸方向の両端に、前記第1熱交換器および前記第2熱交換器の管板と接続するためのフランジ部を備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の接続装置。
- 前記接続装置本体は、熱交換器のパスの形態に対応して前記第1熱交換器と前記第2熱交換器に対して360°回転可能であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の接続装置。
- 前記熱交換器は、圧縮式冷凍機の蒸発器又は凝縮器であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の接続装置。
- 第1の冷凍機の蒸発器及び/又は凝縮器と第2の冷凍機の蒸発器及び/又は凝縮器とを相互に請求項1乃至7のいずれか一項に記載の接続装置で接続したことを特徴とする圧縮式冷凍機システム。
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