JP2014178062A - Mh cold water and hot water manufacturing control system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture temperature controlled water ranging from cold water to hot water under utilization of an MH cold water manufacturing system.SOLUTION: A cooling heat exchanger coil 14 and a heating heat exchanger coil 16 are arranged in a water storing tank 20. A brine pipe 8 and the cooling heat exchanger coil 14 of an MH freezer device 10 are connected by a cooling connection pipe 14. A high temperature heat source 4H and a heating heat exchanger coil 16 are connected by a heating connection pipe 16a. An agitator 15 is arranged in the water storing tank 20. Brine is supplied from an MH device 10A to the cooling heat exchanger coil 14, directly heat exchanged within the water storing tank 20 to enable it to be cooled. Hot water is supplied from the high temperature heat source 4H to the heating heat exchanging coil 16 and directly heat exchanged within the water storing tank 20 to enable it to be heated. Water in the water storing tank 20 is agitated by the agitator 15 to enable it to be uniformly cooled or heated and further a heat exchanging efficiency is increased.

Description

本発明は、高温熱源と冷温熱源の温度差により水素吸蔵合金で冷熱を発生させるＭＨ冷凍装置を用い、このＭＨ冷凍装置からの冷熱により前記冷温熱源の温度を下回る温度の冷水を製造し、また、高温熱源の高温水により水を加温して、温度制御された温度制御水を製造するＭＨ冷温水製造制御システムに関する。   The present invention uses an MH refrigeration apparatus that generates cold heat with a hydrogen storage alloy by a temperature difference between a high temperature heat source and a cold / hot heat source, produces cold water having a temperature lower than the temperature of the cold / hot heat source by the cold heat from the MH freezing apparatus, The present invention relates to an MH cold / hot water production control system for producing temperature-controlled water by heating water with high-temperature water as a high-temperature heat source.

従来、ＭＨ冷凍装置として、例えば特開２００４−１９０９８３号公報（特許文献１）に開示されたものがある。水素吸蔵合金は、気体の水素を吸収、貯蔵する性質を持った金属であり、水素を吸収するとき発熱し、放出するとき吸熱する、すなわち冷熱を発生させる性質を有している。また、加熱すると水素を放出しやすくなり、冷却すると水素を吸収しやすくなる。   Conventionally, as an MH refrigeration apparatus, there is one disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-190983 (Patent Document 1). A hydrogen storage alloy is a metal that has the property of absorbing and storing gaseous hydrogen, generating heat when absorbing hydrogen, and absorbing heat when released, that is, generating cold. Further, when heated, it becomes easy to release hydrogen, and when cooled, it becomes easy to absorb hydrogen.

図６は水素吸蔵合金を利用したＭＨ冷凍装置の原理的要部概略図、図７はその動作原理を示す図である。ＭＨ冷凍装置は、高温側と低温側でそれぞれ反応温度帯の違う２種類の水素吸蔵合金を利用する。図６に示すように、水素吸蔵合金Ｍ１の入った高温側タンク１と水素吸蔵合金Ｍ２の入った低温側タンク２とをパイプ３で連結し、水素が漏れないように閉鎖回路とする。また、低温側タンク２内には、水素吸蔵合金Ｍ２に接触する配管により、例えば冷凍庫の冷却等に用いるブライン（冷媒）が巡らされる。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the principal part of an MH refrigeration apparatus using a hydrogen storage alloy, and FIG. 7 is a diagram showing the operating principle. The MH refrigerating apparatus uses two types of hydrogen storage alloys having different reaction temperature zones on the high temperature side and the low temperature side. As shown in FIG. 6, the high temperature side tank 1 containing the hydrogen storage alloy M1 and the low temperature side tank 2 containing the hydrogen storage alloy M2 are connected by a pipe 3 to form a closed circuit so that hydrogen does not leak. Moreover, in the low temperature side tank 2, the brine (refrigerant) used for the cooling of a freezer etc. is circulated by the piping which contacts the hydrogen storage alloy M2.

冷凍サイクルの停止時には、高温側の水素吸蔵合金Ｍ１は飽和状態に近く、低温側の水素吸蔵合金Ｍ２の吸蔵量はきわめて微量である。冷凍サイクルの第一段階として、図７(A) に示すように、高温側のタンク１を高温熱源により加熱する。この加熱により高温側タンク１内の水素吸蔵合金Ｍ１から水素が放出されるとともに圧力が上昇し、パイプ３を介して低温側タンク２に水素が移動し、低温側タンク２内の水素吸蔵合金Ｍ２が水素を吸収する。このとき、本来なら低温側タンク２内の水素吸蔵合金Ｍ２が発熱するが、冷温熱源となる水により冷却しているため、発熱が抑制され、高温側タンク１内に比べて低温側タンク２内は圧力が低くなる。   When the refrigeration cycle is stopped, the hydrogen storage alloy M1 on the high temperature side is close to saturation, and the storage amount of the hydrogen storage alloy M2 on the low temperature side is extremely small. As a first stage of the refrigeration cycle, as shown in FIG. 7A, the high temperature side tank 1 is heated by a high temperature heat source. By this heating, hydrogen is released from the hydrogen storage alloy M1 in the high temperature side tank 1 and the pressure rises, and the hydrogen moves to the low temperature side tank 2 through the pipe 3, so that the hydrogen storage alloy M2 in the low temperature side tank 2 is reached. Absorbs hydrogen. At this time, the hydrogen storage alloy M2 in the low temperature side tank 2 normally generates heat, but since it is cooled by water serving as a cold and hot heat source, the heat generation is suppressed, and in the low temperature side tank 2 compared to the high temperature side tank 1. Lowers pressure.

第二段階として、上記圧力差により高温側タンク１内の水素が低温側タンク２内に移動した後、図７(B)に示すように、低温側タンク２の冷却を停止し、ブライン（メタノール等）との熱交換の条件を整え、高温側タンク１を冷温熱源の水で冷却する。このとき、低温側タンク２の圧力Ｐ２と高温側タンク１の圧力Ｐ１の関係は、Ｐ２＞Ｐ１となるので、低温側タンク２から高温側タンク１へ水素が移動し、低温側タンク２内の水素吸蔵合金Ｍ２は、熱交換の条件を整えられたブラインから熱を奪うため、例えば冷凍庫の冷却に用いるブラインが冷やされる。   As a second stage, after the hydrogen in the high temperature side tank 1 moves into the low temperature side tank 2 due to the pressure difference, the cooling of the low temperature side tank 2 is stopped as shown in FIG. Etc.) and the high temperature side tank 1 is cooled with water of a cold / hot heat source. At this time, the relationship between the pressure P2 of the low temperature side tank 2 and the pressure P1 of the high temperature side tank 1 is P2> P1, so that hydrogen moves from the low temperature side tank 2 to the high temperature side tank 1, Since the hydrogen storage alloy M2 takes heat away from the brine whose heat exchange conditions are adjusted, for example, the brine used for cooling the freezer is cooled.

図５は、上記のようなＭＨ冷凍装置を利用した従来のＭＨ冷水製造システムの要部概略図である。ＭＨ冷凍装置１０は、ＭＨ装置１０Ａを有し、このＭＨ装置１０Ａに、図６と同様に水素吸蔵合金Ｍ１の入った高温側タンク１と水素吸蔵合金Ｍ２の入った低温側タンク２とを備えている。そして、高温側タンク１と低温側タンク２はパイプ３で連結され、水素が漏れないように閉鎖回路としている。また、ＭＨ冷凍装置１０は、高温水を供給する高温熱源４Ｈと、冷水を供給する低温熱源４Ｃと、三方弁５ａ，５ｂ，５ｃと、第１熱交換器６と、低温熱源４Ｃの冷水を第１熱交換器６に供給する冷水配管７と、低温側タンク２内で水素吸蔵合金Ｍ２と接触して閉回路を構成してブライン（冷媒）を流すブライン配管８と、ブライン配管８内のブラインを循環させるブライン循環用ポンプ９とを備えている。   FIG. 5 is a schematic diagram of a main part of a conventional MH cold water production system using the MH refrigeration apparatus as described above. The MH refrigeration apparatus 10 includes an MH apparatus 10A, and the MH apparatus 10A includes a high temperature side tank 1 containing a hydrogen storage alloy M1 and a low temperature side tank 2 containing a hydrogen storage alloy M2 as in FIG. ing. And the high temperature side tank 1 and the low temperature side tank 2 are connected by the pipe 3, and it is set as the closed circuit so that hydrogen may not leak. In addition, the MH refrigeration apparatus 10 supplies the high-temperature heat source 4H that supplies high-temperature water, the low-temperature heat source 4C that supplies cold water, the three-way valves 5a, 5b, and 5c, the first heat exchanger 6, and the cold water from the low-temperature heat source 4C. A cold water pipe 7 to be supplied to the first heat exchanger 6, a brine pipe 8 that is in contact with the hydrogen storage alloy M 2 in the low temperature side tank 2 to form a closed circuit and flows brine (refrigerant); And a brine circulation pump 9 for circulating the brine.

そして、このＭＨ冷水製造システムは、ＭＨ冷凍装置１０のブライン配管８に接続された第２熱交換器１１と、冷却する水を溜める貯水タンク２０と、第２熱交換器１１と貯水タンク２０との間に配管された送水回路１２と、第２熱交換器１１と貯水タンク２０との間で送水回路１２内の水を循環させる送水ポンプ１３とを備えている。   The MH cold water production system includes a second heat exchanger 11 connected to the brine pipe 8 of the MH refrigeration apparatus 10, a water storage tank 20 that stores water to be cooled, a second heat exchanger 11, and a water storage tank 20. And a water supply pump 13 for circulating water in the water supply circuit 12 between the second heat exchanger 11 and the water storage tank 20.

前述のように高温側タンク１内の水素吸蔵合金Ｍ１の加熱及び冷却を行うときは、三方弁５ａを切り替え制御することで、高温熱源４Ｈの高温水で加熱し、低温熱源４Ｃの冷水で冷却する。一方、低温側タンク２内の水素吸蔵合金Ｍ２の冷却は、三方弁５ｂと三方弁５ｃを切り替え制御することにより、第１熱交換器６により冷温熱源４Ｃの冷水と熱交換するブラインにより間接的に冷却する。   As described above, when the hydrogen storage alloy M1 in the high temperature side tank 1 is heated and cooled, the three-way valve 5a is switched and heated to be heated with the high temperature water of the high temperature heat source 4H and cooled with the cold water of the low temperature heat source 4C. To do. On the other hand, the cooling of the hydrogen storage alloy M2 in the low temperature side tank 2 is indirectly performed by brine that exchanges heat with the cold water of the cold / hot heat source 4C by the first heat exchanger 6 by switching and controlling the three-way valve 5b and the three-way valve 5c. Cool down.

以上の構成により、ＭＨ冷凍装置１０の運転によりブライン配管８内を冷却されたブラインが循環し、三方弁５ｂと三方弁５ｃの切り替え制御により、第２熱交換器１１を介して水路管１２内の水が冷却される。この冷却された水は送水ポンプ１３により送水回路１２及び貯水タンク２０内を循環し、貯水タンク２０内の冷水が冷却される。   With the above configuration, the brine cooled in the brine pipe 8 by the operation of the MH refrigeration apparatus 10 circulates, and in the water pipe 12 through the second heat exchanger 11 by switching control of the three-way valve 5b and the three-way valve 5c. The water is cooled. The cooled water is circulated in the water supply circuit 12 and the water storage tank 20 by the water supply pump 13, and the cold water in the water storage tank 20 is cooled.

特開２００４−１９０９８３号公報JP 2004-190983 A

前記従来のＭＨ冷水製造システムは、貯水タンク２０内の水を冷却する冷却専用のシステムとなっているため、例えば各種の事業に向けたシステムとして汎用性に乏しいという問題がある。また、ブラインの冷熱を利用するために第２熱交換器１１を用いているので、熱交換のロスが発生するという問題があり、さらに、このような熱交換器は高価であり、コスト高の要因となる。   Since the conventional MH cold water manufacturing system is a cooling-only system that cools the water in the water storage tank 20, there is a problem that it is not versatile as a system for various businesses, for example. In addition, since the second heat exchanger 11 is used to use the cold heat of the brine, there is a problem that heat exchange loss occurs. Furthermore, such a heat exchanger is expensive and expensive. It becomes a factor.

なお、第２熱交換器１１内では送水回路１２の水がブラインの冷熱に曝される。このブラインは例えば−５℃のように氷点下となるため、ＭＨ冷凍装置１０の運転中は勿論、運転を停止した後でも、送水ポンプ１３で送水回路１２内の水を水素吸蔵合金Ｍ２の温度が０℃以上になるまで循環させる必要がある。循環させていないと、第２熱交換器１１内で水が凍結してしまうという問題がある。また、第２熱交換器１１への送水回路１２に不具合が生じた際には、第２熱交換器１１内の水が凍結して第２熱交換器１１及び送水ポンプ１３の破損を招く恐れがある。仮に破損を免れても、第２熱交換器１１は断熱構造となっているため融解に相当の時間を要することとなり、迅速な運転の復帰は困難となる。   In addition, in the 2nd heat exchanger 11, the water of the water supply circuit 12 is exposed to the cold heat | fever of a brine. Since this brine is below freezing point, for example, at −5 ° C., not only during operation of the MH refrigeration apparatus 10, but also after the operation is stopped, the water in the water supply circuit 12 is removed from the water supply circuit 12 by the temperature of the hydrogen storage alloy M 2. It is necessary to circulate until it reaches 0 ° C or higher. If it is not circulated, there is a problem that water freezes in the second heat exchanger 11. In addition, when a failure occurs in the water supply circuit 12 to the second heat exchanger 11, the water in the second heat exchanger 11 may freeze and cause damage to the second heat exchanger 11 and the water supply pump 13. There is. Even if the damage is avoided, the second heat exchanger 11 has a heat insulating structure, so that a considerable time is required for melting, and it is difficult to quickly return to operation.

また、貯水タンク２０内の水は第２熱交換器１１及び送水回路１２を介して間接的に冷却されるので、この水の温度変化はＭＨ冷凍装置１０による冷却能力に対して応答性が悪く、例えば、ＭＨ冷凍装置１０の運転及び停止を制御して冷水の温度管理を行うのが困難である。   Further, since the water in the water storage tank 20 is indirectly cooled via the second heat exchanger 11 and the water supply circuit 12, the temperature change of this water has poor response to the cooling capacity of the MH refrigeration apparatus 10. For example, it is difficult to control the temperature of the cold water by controlling the operation and stop of the MH refrigeration apparatus 10.

本発明は、従来の問題点に鑑み、ＭＨ冷水製造システムを改良し、第２熱交換器を無くして冷却する水に対するブラインの冷熱の熱交換のロスを低減するとともにコストを低減し、さらに冷却水のみならず、冷水から高温水までの範囲で水の温度調節が可能で汎用性の高いＭＨ冷温水製造制御システムを提供することを課題とする。   In view of the conventional problems, the present invention improves the MH cold water production system, reduces the heat exchange loss of the cold heat of the brine to the water to be cooled without the second heat exchanger, reduces the cost, and further reduces the cooling. It is an object of the present invention to provide a highly versatile MH cold / hot water production control system that can adjust the temperature of water in a range from cold water to high-temperature water as well as water.

請求項１のＭＨ冷温水製造制御システムは、ＭＨ冷凍装置にて高温熱源と冷温熱源の温度差により水素吸蔵合金で冷熱を発生させ、当該水素吸蔵合金が発生する冷熱と、前記高温熱源の高温水の熱とにより冷水から高温水までの範囲の温度の水を製造するＭＨ冷温水製造制御システムであって、冷水または温水とする水を溜める貯水タンク内に、前記ＭＨ冷凍装置本体より送り込まれる冷却されたブラインと前記貯水タンク内の水とで直接熱交換させる冷却用熱交換器と、前記高温熱源の高温水と前記貯水タンク内の水とで直接熱交換させる加温用熱交換器とを設けるとともに、前記貯水タンク内の水を攪拌する攪拌器を設けたことを特徴とする。   The MH cold / hot water production control system according to claim 1, the MH refrigeration apparatus generates cold heat by the hydrogen storage alloy due to a temperature difference between the high temperature heat source and the cold / hot heat source, the cold heat generated by the hydrogen storage alloy, and the high temperature of the high temperature heat source. An MH cold / hot water production control system for producing water having a temperature ranging from cold water to high-temperature water by the heat of the water, and is fed from the MH refrigeration apparatus main body into a water storage tank for accumulating cold water or hot water. A cooling heat exchanger that directly exchanges heat between the cooled brine and the water in the water storage tank; and a heating heat exchanger that exchanges heat directly between the high-temperature water of the high-temperature heat source and the water in the water storage tank; And a stirrer for stirring the water in the water storage tank.

請求項２のＭＨ冷温水製造制御システムは、請求項１に記載のＭＨ冷温水製造制御システムであって、前記貯水タンク内で、前記冷却用熱交換器の内側に前記加温用熱交換器を配置したことを特徴とする。   The MH cold / hot water production control system according to claim 2 is the MH cold / hot water production control system according to claim 1, wherein the heating heat exchanger is disposed inside the cooling heat exchanger in the water storage tank. It is characterized by arranging.

請求項１のＭＨ冷温水製造制御システムによれば、冷水または温水とする水を溜める貯水タンク内に冷却用熱交換器と加温用熱交換器が設けられるとともに、この貯水タンク内の水を攪拌する攪拌器が設けられているので、ＭＨ冷凍装置本体より送り込まれる冷却されたブラインと貯水タンク内の水とが貯水タンク内で直接熱交換されるとともに、貯水タンク内の水が攪拌器により攪拌される。また、高温熱源より送り込まれる高温水と貯水タンク内の水とが貯水タンク内で直接熱交換されるとともに、貯水タンク内の水が攪拌器により攪拌される。したがって、ブラインと水との間の熱交換の効率、高温水と水との間の熱交換の効率がそれぞれ高くなり、熱交換のロスを低減することができる。また、第２熱交換器や送水ポンプを必要とせず、コストを低減できる。さらに、ブライン及び高温水と水との間の熱交換の効率が高いので、ＭＨ冷凍装置による冷却能力に対して貯水タンク内の水の温度変化の応答性が良くなり、ＭＨ冷凍装置の運転及び停止を制御して冷水の温度管理を行うことができる。したがって、冷水から高温水までの温度に制御された冷水または温水を得ることができ、汎用性が向上する。なお、ＭＨ冷凍装置に高温水を供給するために従来のＭＨ冷水製造システムでも備えている高温熱源を利用しているので、別途の熱源を用意する必要もない。   According to the MH cold / hot water production control system of claim 1, a cooling heat exchanger and a heating heat exchanger are provided in a water storage tank for storing cold water or hot water, and the water in the water storage tank is Since a stirrer for stirring is provided, the cooled brine sent from the MH refrigeration unit main body and the water in the water storage tank are directly heat-exchanged in the water storage tank, and the water in the water storage tank is Stir. Further, the high-temperature water fed from the high-temperature heat source and the water in the water storage tank are directly heat-exchanged in the water storage tank, and the water in the water storage tank is stirred by the stirrer. Therefore, the efficiency of heat exchange between brine and water and the efficiency of heat exchange between high-temperature water and water are increased, and heat exchange loss can be reduced. Moreover, a 2nd heat exchanger and a water pump are not required, and cost can be reduced. Furthermore, since the efficiency of heat exchange between brine and high-temperature water and water is high, the responsiveness of the temperature change of the water in the water storage tank to the cooling capacity of the MH refrigeration apparatus is improved, and the operation of the MH refrigeration apparatus and The temperature control of the cold water can be performed by controlling the stop. Therefore, cold water or hot water controlled to a temperature from cold water to high temperature water can be obtained, and versatility is improved. In addition, since the high temperature heat source provided also in the conventional MH cold water manufacturing system is utilized in order to supply high temperature water to MH freezing apparatus, it is not necessary to prepare a separate heat source.

請求項２のＭＨ冷温水製造制御システムによれば、請求項１の効果に加えて、冷却用熱交換器の内側に加温用熱交換器が配置されているので、貯水タンク内の水に対して、高温水との温度差より温度差が小さいブラインを流す冷却用熱交換器の長さを長くできるので、高温水との熱交換と、ブラインとの熱交換とのバランスが良好になり、システム全体として温度管理がし易くなる。   According to the MH cold / hot water production control system of claim 2, in addition to the effect of claim 1, the heating heat exchanger is arranged inside the cooling heat exchanger. On the other hand, the length of the cooling heat exchanger that flows brine with a temperature difference smaller than that of the high-temperature water can be increased, so that the balance between heat exchange with the high-temperature water and heat exchange with the brine is improved. This makes it easy to manage the temperature of the entire system.

本発明の実施形態のＭＨ冷温水製造制御システムの要部概略図である。It is a principal part schematic diagram of the MH cold / hot water production control system of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のＭＨ冷温水製造制御システムにおけるブライン、熱湯及び地下水を流す回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit which flows the brine, hot water, and groundwater in the MH cold / hot water production control system of embodiment of this invention. 本発明の実施形態における貯水タンクの平断面図及び縦断面図である。It is the plane sectional view and longitudinal section of the water storage tank in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における制御の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the control in embodiment of this invention. 従来のＭＨ冷水製造システムの要部概略図である。It is a principal part schematic diagram of the conventional MH cold water manufacturing system. ＭＨ冷凍装置の原理的要部概略図である。It is a principal principal part schematic diagram of MH freezing apparatus. ＭＨ冷凍装置の動作原理を示す図である。It is a figure which shows the operating principle of MH freezing apparatus.

次に、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態のＭＨ冷温水製造制御システムの要部概略図であり、前記従来のＭＨ冷水製造システムと同様な要素には図５と同符号を付記して詳細な説明は省略する。   Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of an MH cold / hot water production control system according to an embodiment of the present invention. Elements similar to those of the conventional MH cold water production system are denoted by the same reference numerals as those in FIG. To do.

実施形態のＭＨ冷温水製造制御システムのＭＨ冷凍装置１０では、高温熱源４Ｈから供給される高温水は９５℃の熱湯であり、低温熱源４Ｃから供給される冷水は地下水である。貯水タンク２０内には「冷却用熱交換器」としての冷却用熱交換コイル１４が配設されている。この冷却用熱交換コイル１４は、冷却用接続管１４ａを介してブライン配管８に接続されており、冷却用熱交換コイル１４、冷却用接続管１４ａ、ブライン配管８は、低温側タンク２内で水素吸蔵合金Ｍ２と接触して閉回路を構成している。これにより、ＭＨ冷凍装置１０からブライン管８に送り込まれるブラインは冷却用接続管１４ａを介して冷却用熱交換コイル１４に供給される。そして、ブラインと貯水タンク２０内の水とが直接熱交換される。また、貯水タンク２０内には、攪拌器１５が配設されている。さらに、貯水タンク２０内には「加温用熱交換器」としての加温用熱交換コイル１６が配設されている。この加温用熱交換コイル１６は、加温用接続管１６ａを介して高温熱源４Ｈに接続されている。高温熱源４Ｈから送り込まれる熱湯（高温水）は加温用接続管１６ａを介して加温用熱交換コイル１６に供給される。そして、熱湯と貯水タンク２０内の水とが直接熱交換される。   In the MH refrigeration apparatus 10 of the MH cold / hot water production control system of the embodiment, the high-temperature water supplied from the high-temperature heat source 4H is 95 ° C. hot water, and the cold water supplied from the low-temperature heat source 4C is groundwater. A cooling heat exchange coil 14 as a “cooling heat exchanger” is disposed in the water storage tank 20. The cooling heat exchange coil 14 is connected to the brine pipe 8 via the cooling connection pipe 14 a, and the cooling heat exchange coil 14, the cooling connection pipe 14 a, and the brine pipe 8 are provided in the low temperature side tank 2. A closed circuit is formed in contact with the hydrogen storage alloy M2. Thereby, the brine sent from the MH refrigerating apparatus 10 to the brine pipe 8 is supplied to the cooling heat exchange coil 14 via the cooling connection pipe 14a. The brine and the water in the water storage tank 20 are directly heat-exchanged. A stirrer 15 is disposed in the water storage tank 20. Further, a heating heat exchange coil 16 as a “heating heat exchanger” is disposed in the water storage tank 20. The heating heat exchange coil 16 is connected to the high-temperature heat source 4H through a heating connection pipe 16a. Hot water (high temperature water) fed from the high temperature heat source 4H is supplied to the heating heat exchange coil 16 via the heating connection pipe 16a. And hot water and the water in the water storage tank 20 are directly heat-exchanged.

図２は実施形態のＭＨ冷温水製造制御システムにおけるブライン、熱湯及び地下水を流す回路を示すブロック図であり、ブラインが流れるブライン回路は太線の破線、熱湯（高温水）が流れる熱湯回路は太線の実線、地下水（冷水）が流れる地下水回路は白抜きの線でそれぞれ示している。また、矢印は流れの方向を示す。   FIG. 2 is a block diagram showing a circuit for flowing brine, hot water, and groundwater in the MH cold / hot water production control system of the embodiment, where the brine circuit through which the brine flows is a thick broken line, and the hot water circuit through which the hot water (high temperature water) flows is a thick line. The solid line and the groundwater circuit through which groundwater (cold water) flows are indicated by white lines. The arrows indicate the direction of flow.

なお、低温側タンク２の水素吸蔵合金Ｍ２に貯蔵されている水素が高温側タンク１へ移動を始めた直後は、ブラインの温度が貯水タンク２０内の水温より高い状態であるため、貯水タンク２０内の水の冷却を行うのに非効率である。そこで、水素吸蔵合金Ｍ２の温度が十分低下して、ブラインの温度が貯水タンク２０内の水温以下になるまで、ブラインの循環を停止する間欠制御を行うことにより効果的な冷熱の取得を可能としている。すなわち、ブラインの温度（ブライン温度）が貯水タンク２０内の水温（貯水タンク水温）より高い状態では、ブラインの循環を停止する。そして、ブライン温度が貯水タンク水温より低くなった状態でブラインを循環させる。なお、実施形態におけるブラインはメチルアルコール３０％のアルコール水溶液である。   Note that immediately after the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy M2 in the low temperature side tank 2 starts to move to the high temperature side tank 1, the temperature of the brine is higher than the water temperature in the water storage tank 20, so that the water storage tank 20 It is inefficient to cool the water inside. Therefore, it is possible to acquire effective cold heat by performing intermittent control to stop the circulation of the brine until the temperature of the hydrogen storage alloy M2 sufficiently decreases and the temperature of the brine becomes equal to or lower than the water temperature in the water storage tank 20. Yes. That is, in a state where the brine temperature (brine temperature) is higher than the water temperature in the water storage tank 20 (water storage tank water temperature), the circulation of the brine is stopped. Then, the brine is circulated in a state where the brine temperature is lower than the water temperature of the storage tank. Note that the brine in the embodiment is an aqueous alcohol solution of 30% methyl alcohol.

図３に示すように、冷却用熱交換コイル１４は、パイプを螺旋状に成型したものであり、貯水タンク２０の内壁に接近して配設されている。そして、前記ブライン配管８から供給されるブラインは、一方の冷却用接続管１４ａを通って冷却用熱交換コイル１４内を下から上に流れ、他方の冷却用接続管１４ａを通って低温側タンク２に通じる前記ブライン配管８へと循環する。また、加温用熱交換コイル１６は、パイプを螺旋状に成型したものであり、冷却用熱交換コイル１４の内側に接近して配設されている。そして、前記高温熱源４Ｈから供給される熱湯は、一方の加温用接続管１６ａを通って加温用熱交換コイル１６内を下から上に流れ、他方の加温用接続管１６ａを通って高温熱源４Ｈへと循環する。   As shown in FIG. 3, the cooling heat exchange coil 14 is a pipe formed in a spiral shape, and is disposed close to the inner wall of the water storage tank 20. The brine supplied from the brine pipe 8 flows from the bottom to the top in the cooling heat exchange coil 14 through one cooling connection pipe 14a, and passes through the other cooling connection pipe 14a. Circulate to the brine line 8 leading to 2. The heating heat exchange coil 16 is a pipe formed in a spiral shape, and is disposed close to the inside of the cooling heat exchange coil 14. The hot water supplied from the high-temperature heat source 4H flows from the bottom to the top in the heating heat exchange coil 16 through one heating connection pipe 16a, and passes through the other heating connection pipe 16a. It circulates to the high temperature heat source 4H.

また、貯水タンク２０内には、底部に攪拌器１５が配設されている。攪拌器１５は、駆動軸１５ａにフィン１５ｂを備えており、駆動軸１５ａとフィン１５ｂが回転することにより、貯水タンク２０内の水を攪拌する。ブラインの循環が開始されると、貯水タンク２０内へは０℃を下回るブラインが連続的にＭＨ装置１０Ａより送り込まれる。したがって、貯水タンク２０内の水が攪拌されないと、冷却用熱交換コイル１４付近の水が凍結し冷熱の供給が非効率となる。しかし、攪拌器１５により水が攪拌されるため、凍結を防止することができる。また、加温用熱交換コイル１６へ９５℃の熱湯を循環させるときも、攪拌器１５により水が攪拌される。   In the water storage tank 20, a stirrer 15 is disposed at the bottom. The stirrer 15 includes fins 15b on the drive shaft 15a, and the water in the water storage tank 20 is stirred by the rotation of the drive shaft 15a and the fins 15b. When the circulation of the brine is started, the brine below 0 ° C. is continuously fed into the water storage tank 20 from the MH apparatus 10A. Therefore, if the water in the water storage tank 20 is not agitated, the water in the vicinity of the cooling heat exchange coil 14 is frozen and the supply of cold heat becomes inefficient. However, since water is stirred by the stirrer 15, freezing can be prevented. The water is also stirred by the stirrer 15 when hot water of 95 ° C. is circulated through the heating heat exchange coil 16.

また、攪拌される水は、図３(A) に矢印Ａで示すように貯水タンク２０の底部を巡って冷却用熱交換コイル１４及び加温用熱交換コイル１６に直接接触して乱流となる。これにより、冷却用熱交換コイル１４内のブラインと貯水タンク２０内の水との間での熱交換の効率が高まる。同様に、加温用熱交換コイル１６内の熱湯と貯水タンク２０内の水との間での熱交換の効率が高まる。また、この攪拌により水の均一な冷却及び加温が可能となる。さらに、冷却用熱交換コイル１４は貯水タンク２０の内壁に接近して配設し、これにより、貯水タンク２０内での冷却用熱交換コイル１４の長さをできるだけ長くしている。したがって、冷却用熱交換コイル１４と水との接触面積を大きくすることができ、熱交換の効率をさらに高めている。   Further, the agitated water is directly contacted with the cooling heat exchange coil 14 and the heating heat exchange coil 16 around the bottom of the water storage tank 20 as shown by an arrow A in FIG. Become. As a result, the efficiency of heat exchange between the brine in the cooling heat exchange coil 14 and the water in the water storage tank 20 is increased. Similarly, the efficiency of heat exchange between the hot water in the heating heat exchange coil 16 and the water in the water storage tank 20 is increased. Further, the stirring enables uniform cooling and heating of water. Further, the cooling heat exchange coil 14 is disposed close to the inner wall of the water storage tank 20, thereby making the length of the cooling heat exchange coil 14 in the water storage tank 20 as long as possible. Therefore, the contact area between the cooling heat exchange coil 14 and water can be increased, and the efficiency of heat exchange is further enhanced.

ところで、ＭＨ装置１０Ａにより発生する冷熱量は、水素吸蔵合金が水素を放出する際に発生する化学反応に依存するため、単一出力となる。したがって、従来のＭＨ冷水製造システムを各種産業で利用する場合、熱の収支バランスに合わせて水素吸蔵合金の量を調整する必要がある。しかし、高温側タンク及び低温側タンクは圧力容器であることと、一度活性化して水素を吸収した水素吸蔵合金は、空気に触れると発火することなどから、途中で水素吸蔵合金の量を変更することは不可能である。   By the way, the amount of cold generated by the MH apparatus 10A depends on a chemical reaction that occurs when the hydrogen storage alloy releases hydrogen, and thus has a single output. Therefore, when the conventional MH cold water production system is used in various industries, it is necessary to adjust the amount of the hydrogen storage alloy in accordance with the balance of heat balance. However, since the high-temperature side tank and the low-temperature side tank are pressure vessels, and the hydrogen storage alloy that has been activated once and absorbed hydrogen ignites when exposed to air, the amount of the hydrogen storage alloy is changed in the middle. It is impossible.

そこで、貯水タンク２０内に水温センサを設置し、この水温センサから出力される水温が指定した水温となった際に、高温側タンク１と低温側タンク２の間で行われている水素の移動を停止させ、一時的にＭＨ冷凍装置１０の運転を停止する回路を付加する。例えば、一時的にＭＨ冷凍装置１０の運転を停止したときは、エネルギーの入力源である高温熱源４Ｈから供給する高温水と、低温熱源４Ｃから供給する冷水とを停止させる。さらに、高温側タンク１と低温側タンク２を連結するパイプ３にバルブ等を設けてもよい。   Therefore, when a water temperature sensor is installed in the water storage tank 20 and the water temperature output from the water temperature sensor reaches the specified water temperature, the hydrogen movement performed between the high temperature side tank 1 and the low temperature side tank 2 is performed. And a circuit for temporarily stopping the operation of the MH refrigeration apparatus 10 is added. For example, when the operation of the MH refrigeration apparatus 10 is temporarily stopped, the high-temperature water supplied from the high-temperature heat source 4H that is an energy input source and the cold water supplied from the low-temperature heat source 4C are stopped. Further, a valve or the like may be provided in the pipe 3 that connects the high temperature side tank 1 and the low temperature side tank 2.

すなわち、実施形態のＭＨ冷温水製造制御システムは、貯水タンク２０内に設けた冷却用熱交換コイル１４により、ブラインと水との間の熱交換の効率を高くしているので、ＭＨ冷凍装置１０による冷却能力に対して貯水タンク２０内の水の温度変化の応答性が良くなっている。また、貯水タンク２０内に設けた加温用熱交換コイル１６により、熱湯と水との間の熱交換の効率も高くしているので、高温熱源４Ｈから供給する熱湯の量に対して貯水タンク２０内の水の温度変化の応答性が良くなっている。したがって、ＭＨ冷凍装置の運転及び停止を制御して冷水の温度管理を行うことができる。例えば０℃〜９５℃の範囲で温度調節が可能となる。   That is, in the MH cold / hot water production control system of the embodiment, the efficiency of heat exchange between the brine and the water is increased by the cooling heat exchange coil 14 provided in the water storage tank 20. The responsiveness of the temperature change of the water in the water storage tank 20 is improved with respect to the cooling capacity due to. Further, since the efficiency of heat exchange between the hot water and water is increased by the heating heat exchange coil 16 provided in the water storage tank 20, the water storage tank corresponds to the amount of hot water supplied from the high temperature heat source 4H. The responsiveness of the temperature change of the water in 20 has improved. Therefore, the temperature management of cold water can be performed by controlling the operation and stop of the MH refrigeration apparatus. For example, the temperature can be adjusted in the range of 0 ° C to 95 ° C.

図４は実施形態における制御の一例を示す概略図である。加温時と冷却時の運転は、ＭＨ冷温水製造制御システムの図示しない制御盤に設置された切り替えスイッチにより制御パターンを切り替えるようにする。すなわち、図示しないコンピュータ、駆動回路、バルブ等で構成された切り替え手段を設け、水温センサで検出される水温を判断し、ブライン回路、熱湯回路、地下水回路のそれぞれにおいて導通と遮断を制御する。図４に示す「×」印及び破線は回路を遮断した状態を示している。   FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of control in the embodiment. During heating and cooling, the control pattern is switched by a changeover switch installed on a control panel (not shown) of the MH cold / hot water production control system. That is, a switching means including a computer, a drive circuit, a valve, and the like (not shown) is provided, the water temperature detected by the water temperature sensor is determined, and conduction and interruption are controlled in each of the brine circuit, the hot water circuit, and the groundwater circuit. The “x” mark and the broken line shown in FIG. 4 indicate a state where the circuit is cut off.

図４(A) に示すように、冷却運転を行うときは、加温用熱交換コイル１６に接続される加温用接続管１６ａにおける熱湯回路を遮断する。また、加温運転を行うときは、水温設定機能、送水ポンプ、高温熱源４Ｈによる加温動作及び異常アラーム以外は作動不能とし、図４(B) に示すように、バルブの操作により高温熱源４ＨからがＭＨ装置１０Ａへの熱湯回路を遮断し、高温熱源４Ｈの熱湯がＭＨ装置１０Ａに流入することを防止する。これにより、加温運転に起因する高温側タンク１内の水素吸蔵合金Ｍ１からの水素の放出によるタンク内圧力の上昇を防止することができる。また、加温運転を行うときは、図４(B) に示すように、バルブの操作により、第１熱交換器６への地下水回路と、第１熱交換器６とＭＨ装置１０Ａとの間のブライン回路と、ＭＨ装置１０Ａと冷却用熱交コイル１６との間のブライン回路とを、それぞれ遮断する。   As shown in FIG. 4A, when performing the cooling operation, the hot water circuit in the heating connecting pipe 16a connected to the heating heat exchange coil 16 is shut off. In addition, when performing the heating operation, it is impossible to operate except for the water temperature setting function, the water pump, the heating operation by the high temperature heat source 4H and the abnormal alarm, and as shown in FIG. 4 (B), the high temperature heat source 4H is operated by operating the valve. The hot water circuit to the MH device 10A is cut off, and hot water from the high temperature heat source 4H is prevented from flowing into the MH device 10A. Thereby, the rise in the pressure in the tank due to the release of hydrogen from the hydrogen storage alloy M1 in the high temperature side tank 1 due to the heating operation can be prevented. In addition, when performing the heating operation, as shown in FIG. 4 (B), by operating the valve, the groundwater circuit to the first heat exchanger 6, and between the first heat exchanger 6 and the MH device 10A are operated. The brine circuit and the brine circuit between the MH device 10A and the cooling heat exchange coil 16 are shut off.

なお、加温運転時において、貯水タンク２０内の水温が指定水温となったとき、又は許容温度帯を超えて水温が上昇若しくは降下した場合、一時的に高温熱源４Ｈの熱湯による加温の運転を停止させる。これにより、過剰な加温を防止するとともにエネルギーの過剰投入も防止できる。   During the heating operation, when the water temperature in the water storage tank 20 reaches the specified water temperature, or when the water temperature rises or falls beyond the allowable temperature range, the operation is temporarily warmed with hot water from the high-temperature heat source 4H. Stop. Thereby, excessive heating can be prevented and excessive input of energy can also be prevented.

このように、ＭＨ冷温水製造制御システムの運用時に、貯水タンク２０内の水温の調節が可能になり、各種産業のシステムに合わせた設計をしなくてもよく、ＭＨ冷水製造システムの汎用性が向上する。さらに。温度条件の設定が自由になるので、各種事業に向けた汎用性が向上する。   As described above, when the MH cold / hot water production control system is operated, the water temperature in the water storage tank 20 can be adjusted, and it is not necessary to design the system according to various industrial systems. improves. further. Since the temperature conditions can be set freely, versatility for various businesses is improved.

以上のように、貯水タンク２０内に、冷却用熱交換コイル１４と、加温用熱交換コイル１６と、水を攪拌する攪拌器１５とを設けているので、ブラインと貯水タンク２０内の水との間の熱交換の効率が高くなり、また、熱湯と貯水タンク２０内の水との間の熱交換の効率が高くなり、熱交換のロスを低減することができる。なお、ブラインを送り込む配管をＭＨ冷凍装置１０本体から貯水タンク２０に直接付設すればよいので、システム配管等を簡略化できる。さらに、従来のような第２熱交換器や送水ポンプを必要としないので、コストを低減できる。さらに、ブラインと水、熱湯と水との間の熱交換の効率が高いので、前記のように貯水タンク２０内の水の温度変化の応答性が良くなり前記のように、冷水または温水の温度管理を行うことができる。   As described above, since the cooling heat exchange coil 14, the heating heat exchange coil 16, and the stirrer 15 for stirring the water are provided in the water storage tank 20, the brine and the water in the water storage tank 20 are provided. The heat exchange efficiency between the hot water and the water in the water storage tank 20 increases, and the heat exchange loss can be reduced. In addition, since the piping which sends in a brine should just be directly attached to the water storage tank 20 from MH freezing apparatus 10 main body, system piping etc. can be simplified. Furthermore, since the 2nd heat exchanger and water pump like the past are not required, cost can be reduced. Furthermore, since the efficiency of heat exchange between brine and water and hot water and water is high, the responsiveness of the temperature change of the water in the water storage tank 20 is improved as described above, and the temperature of cold water or hot water as described above. Management can be performed.

なお、実施形態では、貯水タンク内に設けた冷却用熱交換器及び加温用熱交換器がコイル状の場合を例にして説明したが、この貯水タンク内に設ける冷却用熱交換器及び加温用熱交換器としては、例えばフィンが付属する配管など、他の構造のものでもよい。   In the embodiment, the cooling heat exchanger and the heating heat exchanger provided in the water storage tank are described as an example of a coil, but the cooling heat exchanger and the heating heat exchanger provided in the water storage tank are described as an example. As a heat exchanger for temperature, the thing of other structures, such as piping to which a fin is attached, may be sufficient, for example.

また、貯水タンク２０内の水を攪拌する攪拌器として、フィンを回転させる構造を例に説明したが、貯水タンク２０内に設けた水中ポンプで水を攪拌するようにしてもよいし、貯水タンク２０の外部に設けたポンプと配管により貯水タンク２０内の水を循環させて攪拌するようにしてもよい。   Further, as an agitator for agitating the water in the water storage tank 20, a structure in which the fins are rotated has been described as an example. However, the water may be agitated by a submersible pump provided in the water storage tank 20, or the water storage tank The water in the water storage tank 20 may be circulated and agitated by a pump and piping provided outside the tank 20.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。   The present invention is not limited to the above embodiment. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

１ 高温側タンク
Ｍ１ 水素吸蔵合金
２ 低温側タンク
Ｍ２ 水素吸蔵合金
３ パイプ
４Ｈ 高温熱源
４Ｃ 低温熱源
５ａ 三方弁
５ｂ 三方弁
５ｃ 三方弁
６ 第１熱交換器
７ 冷水配管
８ ブライン配管
９ ブライン循環用ポンプ
１０ ＭＨ冷凍装置
１０Ａ ＭＨ装置
１１ 第２熱交換器
２０ 貯水タンク
１２ 送水回路
１３ 送水ポンプ
１４ 冷却用熱交換コイル（冷却用熱交換器）
１４ａ 冷却用接続管
１５ 攪拌器
１５ａ 駆動軸
１５ｂ フィン
１６ 加温用熱交換コイル（加温用熱交換器）
１６ａ 加温用接続管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High temperature side tank M1 Hydrogen storage alloy 2 Low temperature side tank M2 Hydrogen storage alloy 3 Pipe 4H High temperature heat source 4C Low temperature heat source 5a Three-way valve 5b Three-way valve 5c Three-way valve 6 First heat exchanger 7 Cold water pipe 8 Brine pipe 9 Brine circulation pump DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 MH freezing apparatus 10A MH apparatus 11 2nd heat exchanger 20 Water storage tank 12 Water supply circuit 13 Water supply pump 14 Heat exchange coil for cooling (heat exchanger for cooling)
14a Cooling connecting tube 15 Stirrer 15a Drive shaft 15b Fin 16 Heating coil for heating (heat exchanger for heating)
16a Connecting pipe for heating

Claims (2)

ＭＨ冷凍装置にて高温熱源と冷温熱源の温度差により水素吸蔵合金で冷熱を発生させ、当該水素吸蔵合金が発生する冷熱と、前記高温熱源の高温水の熱とにより冷水から高温水までの範囲の温度の水を製造するＭＨ冷温水製造制御システムであって、
冷水または温水とする水を溜める貯水タンク内に、前記ＭＨ冷凍装置本体より送り込まれる冷却されたブラインと前記貯水タンク内の水とで直接熱交換させる冷却用熱交換器と、前記高温熱源の高温水と前記貯水タンク内の水とで直接熱交換させる加温用熱交換器とを設けるとともに、前記貯水タンク内の水を攪拌する攪拌器を設けたことを特徴とするＭＨ冷温水製造制御システム。 In the MH refrigerator, cold is generated by the hydrogen storage alloy due to the temperature difference between the high temperature heat source and the cold heat source, and the range from cold water to high temperature water by the cold heat generated by the hydrogen storage alloy and the heat of the high temperature water of the high temperature heat source. MH cold / hot water production control system for producing water at a temperature of
A cooling heat exchanger for directly exchanging heat between the cooled brine fed from the MH refrigeration apparatus main body and the water in the storage tank in a storage tank for storing cold water or hot water, and the high temperature of the high-temperature heat source An MH cold / hot water production control system provided with a heating heat exchanger for directly exchanging heat between water and water in the water storage tank, and provided with a stirrer for stirring the water in the water storage tank . 前記貯水タンク内で、前記冷却用熱交換器の内側に前記加温用熱交換器を配置したことを特徴とする請求項１に記載のＭＨ冷温水製造制御システム。   The MH cold / hot water production control system according to claim 1, wherein the heating heat exchanger is arranged inside the cooling heat exchanger in the water storage tank.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107865588A (en) * 2017-12-09 2018-04-03 徐根彪 The warm water feed system and control method of water dispenser

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