(57)【要約】【課題】２台の熱交換器を接続装置によって接続して熱交換器の接続用配管を削除することにより、圧力損失を低減することができ、かつ冷凍機システムの長手方向の寸法を短くすることができ、設置スペースを最小限に抑えることができる熱交換器用接続装置を提供する。【解決手段】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２であって、略円筒状又は略角筒状の接続装置本体２１の内部を仕切ることにより流路を構成する仕切り板２２と、接続装置本体２１に、２パスの第１熱交換器１−１の一方のパスに流体を流出入させる第１の開口Ａ１と、２パスの第２熱交換器１−２の一方のパスに流体を流出入させる第２の開口Ａ２とを設けた。【選択図】図１
2018173190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の開口とを設けたことを特徴とする接続装置。
【請求項２】
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請求項１記載の接続装置。
【請求項３】
前記接続装置本体を前記仕切り板で仕切ることにより３つの部屋を形成し、該３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及び前記第２熱交換器の一方のパスに連通する第２の部屋と、
前記第２熱交換器の他方のパスに連通する第３の部屋とからなり、
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２パス、第２熱交換器の第１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請求項１記載の接続装置。
【請求項４】
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２または３記載の接続装置。
【請求項５】
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４記載の接続装置。
【請求項６】
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左側に配置され他方が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２または３記載の接続装置。
【請求項７】
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、２、４乃至６のいずれか一項に記載の接続装置。
【請求項８】
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７のいずれか一項に記載の接続装置。
【請求項９】
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８のいずれか一項に記載の接続装置。
【請求項１０】
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９のいずれか一項に記載の接続装置。
【請求項１１】
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９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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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熱交換器用接続装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、蒸発器、圧縮機、凝縮器等から構成される冷凍機を複数台備えた冷凍機システムが用いられている。この冷凍機システムは、例えば、特開２００７−１８３０７７号公報（特許文献１）に記載されているように、２台の冷凍機における２台の蒸発器は配管で直列に接続され、２台の凝縮器は配管で直列に接続されている。従って冷水は２台の蒸発器における冷媒の蒸発熱で順次冷却され、また冷却水は２台の凝縮器における冷媒蒸気を順次冷却することになる。このように冷水と冷却水とを複数台の冷凍機に直列に供給することにより、平均蒸発温度を高く、平均凝縮温度を低くすることができる。（特許文献１の段落〔００２２〕〔００２３〕参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８３０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、２台の蒸発器を配管によって直列に接続し、２台の凝縮器を配管によって直列に接続する場合には、配管による圧力損失が生じ、冷却水と冷水のポンプの動力が増加し、ポンプの動力消費量が増大するという問題があり、また、冷凍機システムの長手方向の寸法が長くなるために大きな設置スペースを必要とするという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、２台の熱交換器を接続装置によって接続して熱交換器の接続用配管を削除することにより、圧力損失を低減することができ、かつ冷凍機システムの長手方向の寸法を短くすることができ、設置スペースを最小限に抑えることができる熱交換器用接続装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明の熱交換器用接続装置は、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の開口とを設けたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の好ましい態様によれば、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。
本発明によれば、接続装置の内部で流路を交差させることで、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、第１熱交換器と第２熱交換器において違う温度領域となり、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、冷水の出入口温度差が大きい為、主電動機の電力消費量を低減できる。
【０００８】
本発明の好ましい態様によれば、前記接続装置本体を前記仕切り板で仕切ることにより３つの部屋を形成し、該３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及び前記第２熱交換器の一方のパスに連通する第２の部屋と、前記第２熱交換器の他方のパスに連通する第３の部屋とからなり、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２パス、第２熱交換器の第１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。
本発明によれば、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。
【０００９】
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、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。本発明によれば、上下に第１パスと第２パスを備える既存の熱交換器２台を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。
【００１０】
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、第１パスと第２パスのいずれか一方が左側に配置され他方が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。本発明によれば、左右に第１パスと第２パスを備える既存の熱交換器２台を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。
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、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。
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。
【００１２】
本発明の圧縮式冷凍機システムは、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上記に記載の接続装置で接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２台の熱交換器を接続装置によって接続して熱交換器の接続用配管を削除することにより、冷却水および冷水の流れがスムーズとなり、圧力損失を低減することでポンプ動力消費量を低減できる。また、冷凍機システムの長手方向の寸法を短くすることができ、設置スペースを最小限に抑えることができる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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】図２は、熱交換器用接続装置の斜視図である。
【図３】図３は、第１熱交換器と第２熱交換器とを接続装置によって接続した状態を示す正面図である。
【図４】図４は、接続装置を第１熱交換器の側から見た斜視図である。
【図５】図５は、接続装置を第１熱交換器の側から見た斜視図である。
【図６】図６は、接続装置を第２熱交換器の側から見た斜視図である。
【図７】図７は、接続装置を第２熱交換器の側から見た斜視図である。
【図８】図８は、本発明に係る熱交換器用接続装置の第２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９】図９は、熱交換器用接続装置の斜視図である。
【図１０】図１０は、第１熱交換器と第２熱交換器とを接続装置によって接続した状態を示す正面図である。
【図１１】図１１は、接続装置を第１熱交換器の側から見た斜視図である。
【図１２】図１２は、接続装置を第１熱交換器の側から見た斜視図である。
【図１３】図１３は、接続装置を第２熱交換器の側から見た斜視図である。
【図１４】図１４は、接続装置を第２熱交換器の側から見た斜視図である。
【図１５】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す図であり、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である。
【図１６】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である。
【図１７】図１７（ａ），（ｂ）は、第１の冷凍機の蒸発器および凝縮器と第２の冷凍機の蒸発器および凝縮器とを相互に接続装置で接続した圧縮式冷凍機システムの外観構成を示す図であり、図１７（ａ）は正面図であり、図１７（ｂ）は背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る熱交換器用接続装置の実施形態を図１乃至図１７を参照して説明する。図１乃至図１７において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
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。
【００１６】
第１熱交換器１−１と第２熱交換器１−２は、それぞれ内部に２個の伝熱管群を備えた２パスのシェルアンドチューブ式熱交換器である。第１熱交換器１−１および第２熱交換器１−２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か、または第１パスと第２パスのいずれか一方が左側に配置され他方が右側に配置された左右２パスの熱交換器からなる。接続装置２は、第１熱交換器１−１の管板１２と第２熱交換器１−２の管板１２との間に配置されている。第１熱交換器１−１および第２熱交換器１−２は、接続装置２と反対側の端部にパス折り返し用の水室１３を備えている。
【００１７】
図１および図２に示すように、接続装置２は、略円筒状の接続装置本体２１を備え、接続装置本体２１の内部を仕切り板２２で仕切ることにより４つの部屋を形成している。ここで、接続装置本体２１は略角筒状であってもよい。４つの部屋は、第１熱交換器１−１の一方のパスに連通する第１の部屋Ｒ１と、第１熱交換器１−１の他方のパスに連通する第２の部屋Ｒ２と、第２熱交換器１−２の一方のパスに連通する第３の部屋Ｒ３と、第２熱交換器１−２の他方のパスに連通する第４の部屋Ｒ４とからなる。仕切り板２２に接続流路２２ｐを設けて第２の部屋Ｒ２と第３の部屋Ｒ３とを連通させている。接続装置本体２１に、２パスの第１熱交換器１−１の一方のパスに流体を流出入させる第１の開口Ａ１と、２パスの第２熱交換器１−２の一方のパスに流体を流出入させる第２の開口Ａ２とを設けている。第１の開口Ａ１は第１の部屋Ｒ１に連通し、第２の開口Ａ２は第４の部屋Ｒ４に連通している。接続装置本体２１の軸方向の幅は、流体を流出入させる開口Ａ１，Ａ２の直径以上に設定されている。接続装置本体２１は、軸方向の両端に、第１熱交換器１−１の管板１２および第２熱交換器１−２の管板１２と接続するためのフランジ部２１ｆ，２１ｆを備えている。
【００１８】
図３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によって接続した状態を示す正面図である。図３に示すように、第１熱交換器１−１の管板１２と接続装置本体２１のフランジ部２１ｆとは、ボルト・ナット等の締結具１５によって締結されており、第２熱交換器１−２の管板１２と接続装置本体２１のフランジ部２１ｆとは、ボルト・ナット等の締結具１５によって締結されている。これにより、第１熱交換器１−１と第２熱交換器１−２とは、接続装置２により接続されて一体化されている。この一体化の際に、接続装置本体２１は、熱交換器のパスの形態（すなわち、上下２パスの形態，左右２パスの形態等）に対応して第１熱交換器１−１と第２熱交換器１−２に対して３６０°回転可能である。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。また、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箇所の自由度を増すことができる。
【００１９】
次に、第１熱交換器１−１と第２熱交換器１−２とを接続装置２によって接続した後の流体の流れについて図１および図３を参照して説明する。
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。
【００２０】
上述したように、接続装置２は、流体が第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、第２熱交換器１−２の第１パス、第２熱交換器１−２の第２パスの順に流れるように第１熱交換器１−１と第２熱交換器１−２とを接続可能である。
【００２１】
次に、略円筒状の接続装置本体２１の内部に４つの部屋Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４および接続流路２２ｐを形成するための接続装置２の構成について図４乃至図７を参照して説明する。接続装置本体２１の内部に４つの部屋Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を形成するために４枚の仕切り板２２が設けられているが、以下の説明においては、４枚の仕切り板２２を峻別するために符号２２にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを付加して説明する。
【００２２】
図４および図５は、接続装置２を第１熱交換器１−１の側から見た斜視図である。図４および図５に示すように、接続装置２は、第１熱交換器側に第１の部屋Ｒ１と第２の部屋Ｒ２とを備えている。第１の部屋Ｒ１は、略半円板状の仕切り板２２Ａと略三角形の板状の仕切り板２２Ｂと接続装置本体２１の内周面とによって囲まれた空間である。第２の部屋Ｒ２は、略半円板状の仕切り板２２Ｃと前記略三角形の板状の仕切り板２２Ｂと接続装置本体２１の内周面とによって囲まれた空間である。仕切り板２２Ｂは略直角三角形の形状を有しており、その底辺が第１熱交換器側に位置し、斜辺が第２熱交換器側に位置している。仕切り板２２Ｂの斜面側に形成されている略三角形状の開口は、第２の部屋Ｒ２と、仕切り板２２Ａの裏面側にある第３の部屋Ｒ３とを連通させる接続流路２２ｐである。第１の開口Ａ１は第１の部屋Ｒ１に連通している。
【００２３】
図６および図７は、接続装置２を第２熱交換器１−２の側から見た斜視図である。図６および図７に示すように、接続装置２は、第２熱交換器側に第３の部屋Ｒ３と、第４の部屋Ｒ４とを備えている。第３の部屋Ｒ３は、略半円板状の仕切り板２２Ａと略三角形の板状の仕切り板２２Ｄと接続装置本体２１の内周面とによって囲まれた空間である。第４の部屋Ｒ４は、略半円板状の仕切り板２２Ｃと前記略三角形の板状の仕切り板２２Ｄと接続装置本体２１の内周面とによって囲まれた空間である。第２の開口Ａ２は第４の部屋Ｒ４に連通している。仕切り板２２Ｄは略直角三角形の形状を有しており、その底辺が第２熱交換器側に位置し、斜辺が第１熱交換器側に位置している。略三角形状の開口である接続流路２２ｐは、図７に示すように、仕切り板２２Ｄの斜辺と仕切り板２２Ｂの斜辺と接続装置本体２１の内周面とにより形成されている。この接続流路２２ｐは、接続装置本体２１の軸方向の幅に近い寸法の底辺と、接続装置本体２１の内径の略半分の高さを持った三角形の開口からなり、通常、冷水や冷却水の配管径（開口Ａ１または開口Ａ２の直径）に比べて缶胴の内径（接続装置本体２１の内径）は大幅に大きいため、接続流路２２ｐの流路断面積を第１の開口Ａ１または第２の開口Ａ２の流路断面積以上にすることができる。
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。
【００２４】
図４乃至図７に示すように、本発明の接続装置２においては、接続装置本体２１の内部に４枚の仕切り板２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄを設けることにより、第１熱交換器側に２つの部屋Ｒ１，Ｒ２を形成し、第２熱交換器側に２つの部屋Ｒ３，Ｒ４を形成している。これにより、第１の部屋Ｒ１を第１熱交換器１−１の一方のパスに連通させ、第２の部屋Ｒ２を第１熱交換器１−１の他方のパスに連通させ、第３の部屋Ｒ３を第２熱交換器１−２の一方のパスに連通させ、第４の部屋Ｒ４を第２熱交換器１−２の他方のパスに連通させることができる。
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。
【００２５】
図８は、本発明に係る熱交換器用接続装置の第２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９は、熱交換器用接続装置の斜視図である。
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。
【００２６】
第１熱交換器１−１と第２熱交換器１−２は、それぞれ内部に２個の伝熱管群を備えた２パスのシェルアンドチューブ式熱交換器である。第１熱交換器１−１および第２熱交換器１−２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か、または第１パスと第２パスのいずれか一方が左側に配置され他方が右側に配置された左右２パスの熱交換器からなる。接続装置２は、第１熱交換器１−１の管板１２と第２熱交換器１−２の管板１２との間に配置されている。第１熱交換器１−１および第２熱交換器１−２は、接続装置２と反対側の端部にパス折り返し用の水室１３を備えている。
【００２７】
図８および図９に示すように、接続装置２は、略円筒状の接続装置本体２１を備え、接続装置本体２１の内部を仕切り板２２で仕切ることにより３つの部屋を形成している。接続装置本体２１は略角筒状であってもよい。３つの部屋は、第１熱交換器１−１の一方のパスに連通する第１の部屋Ｒ１と、第１熱交換器１−１の他方のパスおよび第２熱交換器１−２の一方のパスに連通する第２の部屋Ｒ２と、第２熱交換器１−２の他方のパスに連通する第３の部屋Ｒ３とからなる。接続装置本体２１に、２パスの第１熱交換器１−１の一方のパスに流体を流出入させる第１の開口Ａ１と、２パスの第２熱交換器１−２の一方のパスに流体を流出入させる第２の開口Ａ２とを設けている。第１の開口Ａ１は第１の部屋Ｒ１に連通し、第２の開口Ａ２は第３の部屋Ｒ３に連通している。接続装置本体２１の軸方向の幅は、溶接等により開口Ａ１及びＡ２を取付けるのに必要なスペースを確保するため、第１の開口Ａ１の直径と第２の開口Ａ２の直径の和よりやや大きく設定されている。接続装置本体２１は、軸方向の両端に、第１熱交換器１−１の管板１２および第２熱交換器１−２の管板１２と接続するためのフランジ部２１ｆ，２１ｆを備えている。
【００２８】
図１０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によって接続した状態を示す正面図である。図１０に示すように、第１熱交換器１−１の管板１２と接続装置本体２１のフランジ部２１ｆとは、ボルト・ナット等の締結具１５によって締結されており、第２熱交換器１−２の管板１２と接続装置本体２１のフランジ部２１ｆとは、ボルト・ナット等の締結具１５によって締結されている。これにより、第１熱交換器１−１と第２熱交換器１−２とは、接続装置２により接続されて一体化されている。この一体化の際に、接続装置本体２１は、熱交換器のパスの形態（すなわち、上下２パスの形態，左右２パスの形態等）に対応して第１熱交換器１−１と第２熱交換器１−２に対して３６０°回転可能である。
【００２９】
次に、第１熱交換器１−１と第２熱交換器１−２とを接続装置２によって接続した後の流体の流れについて図８および図１０を参照して説明する。
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。
【００３０】
上述したように、接続装置２は、流体が第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、第２熱交換器１−２の第２パス、第２熱交換器１−２の第１パスの順に流れるように第１熱交換器１−１と第２熱交換器１−２とを接続可能である。第２の実施形態の接続装置２は、第１の実施形態の接続装置２に対し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。
【００３１】
次に、略円筒状の接続装置本体２１の内部に３つの部屋Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を形成するための接続装置２の構成について図１１乃至図１４を参照して説明する。接続装置本体２１の内部に３つの部屋Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を形成するために２枚の仕切り板２２が設けられているが、以下の説明においては、２枚の仕切り板２２を峻別するために符号２２にＡ，Ｂを付加して説明する。
【００３２】
図１１および図１２は、接続装置２を第１熱交換器１−１の側から見た斜視図である。図１１および図１２に示すように、接続装置２は、第１熱交換器側に第１の部屋Ｒ１と第２の部屋Ｒ２とを備えている。第１の部屋Ｒ１は、略半円板状の仕切り板２２Ａと略矩形の板状の仕切り板２２Ｂと接続装置本体２１の内周面とによって囲まれた空間である。第２の部屋Ｒ２は、前記矩形の板状の仕切り板２２Ｂと接続装置本体２１の内周面とによって囲まれた空間である。第１の開口Ａ１は第１の部屋Ｒ１に連通している。
【００３３】
図１３および図１４は、接続装置２を第２熱交換器１−２の側から見た斜視図である。図１３および図１４に示すように、接続装置２は、第２熱交換器側に第２の部屋Ｒ２と、第３の部屋Ｒ３とを備えている。第２の部屋Ｒ２は、図１１および図１２に示した第２の部屋Ｒ２と同一の部屋である。第３の部屋Ｒ３は、略半円板状の仕切り板２２Ａと略矩形の板状の仕切り板２２Ｂと接続装置本体２１の内周面とによって囲まれた空間である。第２の開口Ａ２は第３の部屋Ｒ３に連通している。
【００３４】
図１１乃至図１４に示すように、本発明の接続装置２においては、接続装置本体２１の内部に２枚の仕切り板２２Ａ，２２Ｂを設けることにより、第１熱交換器側に２つの部屋Ｒ１，Ｒ２を形成し、第２熱交換器側に２つの部屋Ｒ２，Ｒ３を形成している。これにより、第１の部屋Ｒ１を第１熱交換器１−１の一方のパスに連通させ、第２の部屋Ｒ２を第１熱交換器１−１の他方のパスに連通させるとともに第２熱交換器１−２の一方のパスに連通させ、第３の部屋Ｒ３を第２熱交換器１−２の他方のパスに連通させることができる。
【００３５】
次に、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冷凍機システムにおいて単一冷凍サイクルと２重冷凍サイクルとの効率の違いについて説明する。以下の説明においては、第１熱交換器として第１蒸発器、第２熱交換器として第２蒸発器の場合を説明する。
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。
【００３６】
（１）図１５（ａ）に示す接続方法においては、冷水は、第１蒸発器の上側のパス、第２蒸発器の上側のパス、第２蒸発器の下側のパス、第１蒸発器の下側のパスの順に流れる。
（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。
【００３７】
一般的に、２つの熱交換器を接続する場合、図１５（ａ）に示す単一冷凍サイクルとしての接続方法１と図１５（ｂ）に示す２重冷凍サイクルとしての接続方法２があり、接続方法１と接続方法２は、それぞれ以下のように考えられる。
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。
【００３８】
次に、上述した単一冷凍サイクルと２重冷凍サイクルにおける圧縮仕事の差について説明する。
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。
【００３９】
図１７（ａ），（ｂ）は、第１の冷凍機の蒸発器および凝縮器と第２の冷凍機の蒸発器および凝縮器とを相互に接続装置で接続した圧縮式冷凍機システムの外観構成を示す図であり、図１７（ａ）は正面図であり、図１７（ｂ）は背面図である。
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。
【００４０】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
１−１  第１熱交換器
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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