JP2012020589A - 空調システム、該システムに用いられる空調ポンプの空回り判定システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空調システムは、冷却ポンプを有する冷却回路と、空調ポンプを有する空調回路と、冷却回路と空調回路との間で冷媒が流通する連結状態と、冷却回路と空調回路との間で冷媒が流通しない非連結状態と、を切り替え可能な切替部と、当該空調システムを制御する制御部とを備える。制御部は、空調ポンプに空回りが発生したと判定した場合、又は、空回りが発生し得る所定の条件が満たされる場合は、連結状態において、空調ポンプを駆動させつつ、燃料電池の発電状態にかかわらず冷却ポンプを所定値以上の回転数で駆動させる。
【選択図】図2
Description
前記制御部は、前記空調ポンプに空回りが発生したと判定した場合、又は、空回りが発生し得る所定の条件が満たされる場合は、前記連結状態において、前記空調ポンプを駆動させつつ、前記燃料電池の発電状態にかかわらず前記冷却ポンプを所定値以上の回転数で駆動させる、空調システム。
空調要求により空調ポンプの駆動を開始させる場合、空調回路中に滞留していたエアが空調ポンプに混入し、空回りが発生する可能性がある。適用例2の空調システムによれば、空調ポンプの駆動を開始させた後の空調ポンプの空回りの発生を低減することができる。
非連結状態から連結状態に切り替えると、冷却回路中のエアが空調回路に侵入し、空調ポンプにエアが混入し、空回りが発生する可能性がある。適用例3の空調システムによれば、非連結状態から連結状態に切り替える場合における空調ポンプの空回りの発生を低減することができる。
前記制御部は、前記第1と第2の温度センサの測定値に基づいて、前記前段冷媒と前記後段冷媒の温度差である測定温度差を算出し、前記熱源の熱量と、前記空調ポンプの回転数とに基づいて、前記前段冷媒と前記後段冷媒の温度差である推定温度差を算出し、前記測定温度差と前記推定温度差とに基づいて、前記空調ポンプに空回りが発生しているかどうかを判定する、空調システム。
適用例4の空調システムによれば、測定温度差と推定温度差に基づいて空調回路中を冷媒が流れているかどうかを検知することができる。これにより、空調回路中を冷媒が流れていない場合は、空調ポンプに空回りが発生したと容易に判定することができる。
前記制御部は、前記第1と第2の温度センサの測定値に基づいて、前記前段冷媒と前記後段冷媒の温度差である測定温度差を算出し、前記熱源の熱量と、前記空調ポンプの回転数とに基づいて、前記前段冷媒と前記後段冷媒の温度差である推定温度差を算出し、前記測定温度差と前記推定温度差とに基づいて、前記空調ポンプに空回りが発生しているかどうかを判定する、空回り判定システム。
空調ポンプの回転数に応じた流量が空調回路に流れている場合は、測定温度差と推定温度差との差は殆ど生じない。よって、適用例6の空回り判定システムによれば、所定の閾値よりも測定温度差と推定温度差との差が大きい場合は、空調回路中に冷媒が流れていないため空調ポンプに空回りが発生していると判定することができる。
適用例7の空回り判定システムによれば、空調ポンプの回転数の変化前後の測定温度差の差である測定変化値と、変化前後の推定温度差の差である推定変化値とを比較することで、温度センサの計測誤差による空回り判定の誤判定を低減することができる。
適用例8の空回り判定システムによれば、熱源の熱量の変化前後の測定温度差の差である測定変化値と、変化前後の推定温度差の差である推定変化値とを比較することで、温度センサの計測誤差による空回り判定の誤判定を低減することができる。
適用例9の空回り判定システムによれば、空調回路中の冷媒を過度に加熱することを防止することができる。これにより、冷媒の蒸発を防止し、空調回路中でのエアの発生を抑制することができる。
適用例10の空回り判定システムによれば、冷却ポンプを用いて空調回路に送液することで空調ポンプに混入したエアを抜くことができる。これにより、空調ポンプの空回りを解消することができる。
A.実施例:
B.変形例:
A−1:システムの構成:
図1は、本発明の実施例としての空調システム1の構成を示す図である。本実施例の空調システム1は、燃料電池スタック100(単に「FC100」ともいう。)と、燃料電池スタック100を冷却するための冷却水が循環する冷却回路10と、車室内40の空調に利用される冷却水が循環する空調回路20と、第1と第2の連通流路216,218と、バルブV3と、空調システム1の運転を制御するECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)30とを主に備える。冷却回路10を構成する配管は、空調回路20を構成する配管よりも内径が大きい。本実施例の場合、冷却回路10を構成する配管の内径はΦ30mm、空調回路20を構成する配管の内径はΦ17mmとしている。
図2は、空調駆動開始時の空調システム1の動作を示すフローチャートである。空調システム1の起動中は、ECU30は、温度設定器401からの空調要求の有無を監視している。温度設定器401からの空調要求が無い場合は、空調要求の有無の監視を継続する。一方、温度設定器401の暖房スイッチがONされると、ECU30は温度設定器401から空調要求を受信し(ステップS12:YES)、CPU310が初期エア抜き動作を実行する(ステップS14)。初期エア抜き動作の実行後、空調回路20の各種アクチュエータを駆動させ車室内40に温風を送る(ステップS16)。
図4は、空調駆動中の空調システム1の動作を示すフローチャートである。図4を用いて、空調を駆動中の空調システム1の動作を説明する。すなわち、図4は、図2のステップS12〜S16が実行された後の、空調システム1の動作を説明するためのフローチャートである。
図5は、第1態様の空回り判定のフローチャートである。CPU310は、温度センサ230,232(図1)の測定値に基づき冷却水のヒータコア200の出入り口温度差△Ta1(以下「測定温度差△Ta1」ともいう。)を算出する(ステップS180)。また、CPU310は、ヒータコア200への送風温度及びヒータコア200への送風量に関するデータと、既知のヒータコア200の性能に関するデータに基づいてヒータコア200の放熱量を算出する。そして、算出した放熱量と空調ポンプWP2の回転数に基づいて、冷却水のヒータコア200の出入り口の温度差△Tb1を算出する(ステップS182)。この出入り口温度差△Tb1を、以下では「推定温度差△Tb1」ともいう。推定温度差△Tb1は具体的には以下の式(1)を用いて算出する。
Q=C×m×△Tb1 (1)
ここで、Qはヒータコアの放熱量(kW)、Cは空調回路20を流れる冷却水の比熱(kJ/g・℃)、mは空調ポンプWP2の回転数に基づき算出した空調回路20を流れる冷却水の流量(kg/s)である。なお、ステップS180とステップS182の順番はこれに限定されるものではなく、ステップS182を先に実行しても良い。
図6は、第2態様の空回り判定のフローチャートである。CPU310は、空回り判定を行う場合、空調要求にかかわらず空調ポンプWP2の回転数を所定量変化させる(ステップS190)。次に、CPU310は、温度センサ230,232(図1)の測定値に基づき、回転数を変化させる前のヒータコア200の出入り口温度差△Tc1と、回転数を変化させた後のヒータコア200の出入り口温度差△Tc2との差ΔTc3(以下、「測定変化値△Tc3」ともいう。)を算出する(ステップS192)。以下にステップS190,S192の詳細について図7を用いて説明する。
図8は、連結開始時の空調システム1の動作を示すフローチャートである。このフローは、空調システム1が非連結状態おいて空調が駆動している場合の動作フローである。CPU310は、空調システム1を非連結状態から連結状態に切り替え可能かどうかを判断する。具体的には、温度センサ132(図1)により測定される燃料電池スタック100から流出する冷却水の温度(以下、「FC出口水温」ともいう。)が所定値以上の場合は切り替え可能と判断する。ここで、FC出口水温の所定値は、燃料電池スタック100から流出する冷却水を空調回路20の熱源として有効に利用できる最低温度以上(例えば50℃以上)の範囲で設定可能であり、ここでは、所定値を60℃に設定している。
なお、上記実施例における構成要素の中の、特許請求の範囲の独立項に記載した要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明の上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
実施例の第1態様の空回り判定(図5)では、ヒータコア200の前後の冷却水の温度を用いて空回り判定を実行していたが、これに限定されるものではなく空調回路20に配置される各種熱源の前後の冷却水温度を利用して第1態様の空回り判定を実行することができる。例えば、ヒータコア200に代えて電気ヒータ202の出入り口の測定温度差と推定温度差に基づいて空回り判定を実行しても良い。このようにしても、空調回路20に配置された電気ヒータ202を利用して空調ポンプWP2の空回りの発生を容易に判定することができる。
図9は、第2変形例の空回り判定のフローチャートである。実施例の第2態様の空回り判定(図6)と異なる点は、空調ポンプWPの回転数を変化させることに代えて電気ヒータ202の発熱量を変化させた点である。空調システム1の構成は実施例と同様の構成(図1)であるため、説明を省略する。
上記実施例の第2態様の空回り判定(図6)では、空調ポンプWP2の回転数を変化させて、ヒータコア200の出入り口温度の差である測定変化値△Tc3と推定変化値△Td3によって空回り判定を行っていたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、空調回路20に配置された電気ヒータ202とヒータコア200のいずれか一つの熱量(放熱量又は発熱量)を所定量変化させ、電気ヒータ202の入口(前段)と、ヒータコア200の出口(後段)との推定変化値と測定変化値との差により空回り判定を行っても良い。すなわち、空調回路20に配置された熱源の一つの熱量(放熱量又は発熱量)を空調要求にかかわらず変化させ、熱源の前段に位置する冷却水と後段に位置する冷却水の測定変化値と推定変化値との差が所定の閾値SVよりも大きいかどうかを判定しても良い。このようにしても、第2態様の空回り判定と同様に、精度よく空回り判定を行うことができる。
上記実施例では、FCポンプWP1は最大流量150L/minの容量を有し、空調ポンプWP2は最大流量10L/minの容量を有していたが、特にこれに限定されるものではない。FCポンプWP1の最大流量が、空調ポンプWP2の最大流量以上である空調システム1に本発明のエア抜き動作は適用することができる。なお好ましくは、FCポンプWP2の最大流量が空調ポンプWP2の最大流量の2倍以上であることが好ましく、10倍以上であることがさらに好ましい。こうすることで、確実にFCポンプWP1を利用して空調ポンプWP2に混入したエアを抜くことができる。
上記実施例では、空調システム1が車両に搭載される場合を例に挙げて説明を行ったが、各種移動体に搭載された空調システム1に本発明を適用することができる。例えば、列車、船舶、航空機の各種移動体に本発明に係る空調システム1を適用できる。さらには、移動体に限らず、家屋の空調の熱源として燃料電池スタック100の廃熱を利用するシステムにも本発明の空調システム1を適用することができる。
上記実施例では、ECU30は燃料電池スタック100を有する冷却回路10と、車室内40に送風に利用される空調回路20の双方の制御に利用されていたが、冷却回路10を制御するためのECUと、空調回路20を制御するためのECUとをそれぞれ設けても良い。この場合、各ECU間で必要な情報(温度センサ132の測定値等)を通信する。
上記実施例では、暖房の熱源として燃料電池スタック100の廃熱と電気ヒータ202とヒータコア200とを利用可能であったが、暖房の熱源に利用可能な熱源は特にこれに限定されるものではない。例えば、通風ダクト24内にヒートポンプや空気加熱ヒータ等の熱交換器を設けても良い。
上記実施例では、冷媒として冷却水を用いたが、特にこれに限定されるものではなく各種液体を冷媒として用いることができる。例えば、冷媒として水にエチレングリコールなどを添加した不凍液を用いても良い。
上記実施例では、燃料電池スタック100として固体高分子型燃料電池を用いたが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池を用いることができる。
10…冷却回路
20…空調回路
24…通風ダクト
30…ECU
40…車室内
100…燃料電池スタック
110…ラジエータ
112…ファン
120…第1の冷却流路
122…入口側流路
124…出口側流路
126…第2の冷却流路
128…第3の冷却流路
130…温度センサ
132…温度センサ
134…温度センサ
200…ヒータコア
202…電気ヒータ
210…第1の空調用流路
212…入口側空調流路
213…出口側空調流路
214…第2の空調用流路
216…第1の連通流路
218…第2の連通流路
220…ブロア
230…温度センサ
232…温度センサ
310…CPU
320…メモリ
330…入出力ポート
401…温度設定器
V1…バルブ
V3…バルブ
WP1…FCポンプ
WP2…空調ポンプ
Claims (10)
- 空調システムであって、
冷媒を循環させるための冷却ポンプを有する冷却回路であって、燃料電池を冷却するための冷却回路と、
冷媒を循環させるための空調ポンプを有する空調回路であって、室内に送風する空気の温度調節に利用される熱源が配置された空調回路と、
前記冷却回路と前記空調回路との間で冷媒が流通する連結状態と、前記冷却回路と前記空調回路との間で冷媒が流通しない非連結状態と、を切り替え可能な切替部と、
当該空調システムを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記空調ポンプに空回りが発生したと判定した場合、又は、空回りが発生し得る所定の条件が満たされる場合は、前記連結状態において、前記空調ポンプを駆動させつつ、前記燃料電池の発電状態にかかわらず前記冷却ポンプを所定値以上の回転数で駆動させる、空調システム。 - 請求項1に記載の空調システムであって、
前記所定の条件は、前記制御部が前記室内に空気を送風する空調要求を受け付けて前記空調ポンプの駆動を開始させることを一部の条件として含む、空調システム。 - 請求項1に記載の空調システムであって、
前記所定の条件は、前記制御部が前記非連結状態から前記連結状態に切り替えることを一部の条件として含む、空調システム。 - 請求項1に記載の空調システムであって、
前記熱源を通過する前の前記冷媒である前段冷媒の温度を測定するための第1の温度センサと、
前記熱源を通過した後の前記冷媒である後段冷媒の温度を測定するための第2の温度センサと、を備え、
前記制御部は、
前記第1と第2の温度センサの測定値に基づいて、前記前段冷媒と前記後段冷媒の温度差である測定温度差を算出し、
前記熱源の熱量と、前記空調ポンプの回転数とに基づいて、前記前段冷媒と前記後段冷媒の温度差である推定温度差を算出し、
前記測定温度差と前記推定温度差とに基づいて、前記空調ポンプに空回りが発生しているかどうかを判定する、空調システム。 - 空調回路に配置され、冷媒を前記空調回路に循環させるための空調ポンプの空回り判定システムであって、
室内に送風する空気の温度調節に利用される熱源であって、前記空調回路に配置された熱源と、
前記熱源を通過する前の前記冷媒である前段冷媒の温度を測定するための第1の温度センサと、
前記熱源を通過した後の前記冷媒である後段冷媒の温度を測定するための第2の温度センサと、
当該空回り判定システムを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第1と第2の温度センサの測定値に基づいて、前記前段冷媒と前記後段冷媒の温度差である測定温度差を算出し、
前記熱源の熱量と、前記空調ポンプの回転数とに基づいて、前記前段冷媒と前記後段冷媒の温度差である推定温度差を算出し、
前記測定温度差と前記推定温度差とに基づいて、前記空調ポンプに空回りが発生しているかどうかを判定する、空回り判定システム。 - 請求項5に記載の空回り判定システムであって、
前記制御部は、
前記測定温度差と前記推定温度差との差が所定の閾値より大きい場合は、前記空調ポンプに空回りが発生していると判定し、
前記測定温度差と前記推定温度差との差が所定の閾値以下の場合は、前記空調ポンプに空回りが発生していないと判定する、空回り判定システム。 - 請求項5に記載の空回り判定システムであって、
前記制御部は、
前記空調ポンプの回転数を変化させ、
前記変化前の前記測定温度差と、前記変化後の前記測定温度差との差である測定変化値を算出し、
前記変化前の前記推定温度差と、前記変化後の前記推定温度差との差である推定変化値を算出し、
前記測定変化値と前記推定変化値との差が所定の閾値より大きい場合は、前記空調ポンプに空回りが発生していると判定し、
前記測定変化値と前記推定変化値との差が所定の閾値以下の場合は、前記空調ポンプに空回りが発生していないと判定する、空回り判定システム。 - 請求項5に記載の空回り判定システムであって、
前記制御部は、
前記熱源の熱量を変化させ、
前記変化前の前記測定温度差と、前記変化後の前記測定温度差との差である測定変化値を算出し、
前記変化前の前記推定温度差と、前記変化後の前記推定温度差との差である推定変化値を算出し、
前記測定変化値と前記推定変化値との差が所定値より大きい場合は、前記空調ポンプに空回りが発生していると判定し、
前記測定変化値と前記推定変化値との差が所定の閾値以下の場合は、前記空調ポンプに空回りが発生していないと判定する、空回り判定システム。 - 請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載の空回り判定システムであって、
前記熱源が、前記空調回路を流れる冷媒を加熱する加熱機器を有している場合は、
前記制御部は、前記空調ポンプに空回りが発生していると判定した場合に、前記加熱機器による冷媒の加熱を停止させる、空回り判定システム。 - 請求項5乃至請求項9のいずれか1項に記載の空回り判定システムを備えた空調システムであって、
冷媒を循環させるための冷却ポンプを有する冷却回路であって、燃料電池を冷却するための冷却回路と、
前記冷却回路と前記空調回路との間で冷媒が流通する連結状態と、前記冷却回路と前記空調回路との間で冷媒が流通しない非連結状態と、を切り替え可能な切替部と、
空調システムを制御する空調制御部と、を備え、
前記空回り判定システムが前記空調ポンプに空回りが発生したと判定した場合は、前記空調制御部は、連結状態において、前記燃料電池の発電状態にかかわらず前記冷却ポンプを所定値以上の回転数で駆動させる、空調システム。
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JP2015063160A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | トヨタ自動車株式会社 | 温度制御装置、温度制御方法 |
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