KR20090057307A - 공기조절제어시스템 - Google Patents

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나오히사 츠치야
도모타카 이시카와
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

본 발명은 연료전지에 냉각액을 메인 순환펌프에 의하여 순환시킴으로써 연료전지의 냉각을 행하는 냉각장치와, 차량의 차실 내의 공기조절을 제어하는 공기조절제어장치를 포함하고, 냉각장치와 공기조절제어장치와의 사이에서 열교환이 가능한 공기조절제어시스템이다. 이 공기조절제어시스템에서, 연료전지를 간헐 운전할 때에, 메인 순환펌프를 연속 동작시킨다.

Description

공기조절제어시스템{AIR CONDITIONING CONTROL SYSTEM}
본 발명은, 연료전지를 이용한 공기조절제어시스템에 관한 것이다.
연료전지는, 저온시에서는 충분한 발전능력을 얻을 수 없다. 이 때문에, 연료전지의 시동 시 등의 저온 시에 있어서, 연료전지의 전력으로 그 냉각수를 가열하여 연료전지를 난기(暖機)하는 기술이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또, 연료전지시스템에는, 연료전지를 운전에 적합한 온도로 유지하기 위하여, 냉각수를 순환시켜, 연료전지에서 생긴 불필요한 열을 라디에이터로 방열하는 냉각장치가 설치된다.
한편, 연료전지를 그 동력원으로서 이용하는 이동체(예를 들면, 하이브리드 자동차나 전기자동차)에는, 실내의 냉난방을 행하는 공기조절제어장치가 탑재된다. 공기조절제어장치에는, 예를 들면 저온측의 열을 고온측으로 이동시키는 증기압축식 히트펌프를 이용하는 것이 있다.
또, 연료전지시스템에서 생기는 열을 공기조절제어장치에서 이용하거나, 배열하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들면, 연료전지스택의 발생열을 난방용 열교환기에 의해 회수하여 난방장치의 열원으로서 이용하는 기술이 있다. 또, 연료전지의 냉각수를 히트 코어에 통수(通水)하여 난방을 행하는 차량용 공기조절장치에 있어서, 연료전지에서 발생한 연료전지에서 불필요한 열량이 공기조절에 필요한 열량보다 작을 때는, 부족되는 열량을 보충하도록 전기 히터를 발열 제어하는 기술이 있다. 또, 연료전지 본체로부터의 남은 열을 공기조절기시스템이 구비하는 방열기로 대기로 방출시키는 기술이 있다. 또, 회생 브레이크에서 발생하는 잉여전력으로 연료전지의 냉각수를 가열함으로써 잉여전력을 소비하고, 연료전지의 냉각수의 열을 공기조절에 이용하는 시스템이 있다.
그런데, 연료전지의 냉각장치와 공기조절제어장치를 복합화시킨 시스템에서는, 연료전지의 필요 출력이 낮아졌을 때에 연료전지를 간헐운전하는 경우가 있다. 그 경우, 공기조절제어장치의 에어컴프레서의 주변 온도가 높아져, 공기조절제어장치에 불량이 생기는 경우가 있었다. 공기압축기의 주변 온도를 낮게 유지하기 위해서는, 공기조절제어장치측에 연료전지의 냉각장치에서 사용되는 냉각액을 순환시키기 위한 대형 순환펌프를 구비할 필요가 있었다.
본 발명은, 연료전지에 냉각액을 메인 순환펌프에 의해 순환시킴으로써 상기 연료전지의 냉각을 행하는 냉각장치와, 차량의 차실 내의 공기조절을 제어하는 공기조절제어장치를 포함하고, 상기 냉각장치와 상기 공기조절제어장치의 사이에서 열교환이 가능한 공기조절제어시스템으로서, 상기 연료전지를 간헐운전할 때에, 상기 메인 순환펌프를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서의 공기조절제어시스템의 구성을 나타내는 도,
도 2는 본 발명의 실시형태에서의 공기조절제어방법의 플로우차트이다.
[구성]
도 1은, 본 발명에서의 공기조절제어시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 공기조절제어시스템은, 연료전지시스템 및 공기조절제어장치를 포함하여 구성된다. 도 1에는, 차량에 탑재된 연료전지시스템 및 공기조절제어장치가 나타나 있다. 연료전지시스템은, 차량의 구동력이 되는 전력을 발전하는 것이다. 또, 공기조절제어장치는, 차량의 실내의 온도를 조정하기 위한 것이다.
<연료전지시스템>
연료전지시스템은, 연료전지(10) 및 연료전지(10)의 냉각장치를 포함하여 구성된다.
연료전지(10)는, 각각이 발전의 단위가 되는 복수의 단셀이 적층되어 구성된다. 각 셀은, 전해질과, 전해질을 양쪽으로부터 끼우는 연료극(애노드) 및 공기극(캐소드)과, 연료극 및 공기극을 사이에 두는 연료극측 세퍼레이터 및 공기극측 세퍼레이터를 포함하여 구성된다.
연료극은, 확산층과 촉매층을 가진다. 연료극에는, 수소가스 등의 연료가스가 연료공급장치(도시 생략)에 의해 공급된다. 연료극에 공급된 연료가스는, 확산층에서 확산되어 촉매층에 도달한다. 촉매층에서는, 산화반응에 의하여 수소가 프로톤(수소이온)과 전자로 분리된다. 수소 이온은 전해질을 통하여 공기극으로 이 동하고, 전자는 외부 회로를 통하여 공기극으로 이동한다.
공기극은, 확산층과 촉매층을 가진다. 공기극에는, 공기 등의 산화제 가스가 산화제 공급장치(도시 생략)에 의해 공급된다. 공기극에 공급된 산화제 가스는, 확산층에서 확산되어 촉매층에 도달한다. 촉매층에서는, 산화제 가스와, 전해질을 통하여 공기극에 도달한 수소 이온과, 외부 회로를 통하여 공기극에 도달한 전자에 의한 환원반응이 생긴다. 이것에 의하여 물이 생성된다.
또, 연료극에서의 산화반응과 공기극에서의 환원반응 시에, 외부 회로를 지나는 전자가 연료전지(10)의 셀 스택의 양 단자 사이에 접속되는 부하에 대한 전력으로서 인출된다.
연료전지(10)에서는, 발전에 따라 열이 발생한다. 한편, 연료전지(10)에서의 전기화학반응에는 적합한 온도가 있고, 연료전지(10)의 운전이 그것에 적합한 온도에서 행하여지도록, 연료전지(10)에는 냉각장치가 병설된다. 냉각장치로서는, 일반적으로, 연료전지(10)에 설치되어 있는 냉각액 통로로 냉각액을 순환시키는 방법이 채용된다.
본 실시형태에서의 냉각장치는 다음과 같이 구성된다. 연료전지(10)에는, 연료전지(10)의 냉각액 통로로 통하는 냉각액의 입구 및 출구가 설치된다. 냉각액의 입구는, 배관(A)을 거쳐, 냉각액을 순환시키는 순환펌프(워터펌프)(12)의 출구에 접속되어 있다. 한편, 연료전지(10)의 냉각액의 출구는, 배관(B)을 거쳐, 냉각액을 냉각하는 라디에이터(냉각기)(16)의 입구에 접속되어 있다.
또, 라디에이터(16)의 냉각액의 출구는, 배관(C)을 거쳐 삼방밸브(18)의 제 2 입구에 접속되어 있다. 배관(B)에는, 그 도중에서 분기되는 바이패스관(D)의 한쪽 끝이 접속되어 있다. 바이패스관(D)의 다른쪽 끝은, 삼방밸브(18)의 제 1 입구에 접속되어 있다. 또, 삼방밸브(18)의 출구는, 배관(E)을 거쳐 순환펌프(12)의 입구에 접속되어 있다.
이와 같이, 냉각장치는, 냉각액이 라디에이터(16)를 경유하여 순환하는 제 1 순환로와, 냉각액이 라디에이터(16)를 경유하지 않고 바이패스관(D)를 통하여 순환하는(냉각기를 바이패스하는) 제 2 순환로를 포함한다. 제 1 및 제 2 순환로를 흐르는 냉각액의 양은, 연료전지(10)의 온도에 따라 삼방밸브(18)에 의해 조정된다.
구체적으로는, 배관(A, B, C)에는, 연료전지(10)로부터 배출되는 냉각액의 온도를 검지하는 온도센서(20)가 설치되어 있고, 이 온도센서(20)에서 검지되는 냉각액 온도에 따라, 삼방밸브(18)의 동작이 제어된다.
예를 들면, 제 1 및 제 2 입구의 냉각액 온도가 연료전지(10)의 난기를 필요로 한다고 인정되는 제 1 온도를 하회하는 경우에는, 삼방밸브(18)의 제 1 입구가 개방되고, 또한 제 2 입구가 폐쇄되어, 냉각액이 라디에이터(16)에 의해 냉각되지 않게 된다. 또, 연료전지를 안정되게 운전할 수 있는 상한 온도를 냉각액 온도가 넘는 경우에는, 삼방밸브(18)의 제 1 입구가 폐쇄되고, 또한 제 2 입구가 개방되어, 냉각액이 라디에이터(16)에 의해 냉각된다.
또, 연료전지(10)의 냉각액의 입구와 출구에 걸치도록, 이온 교환기(22)가 설치된다. 이온 교환기(22)는, 연료전지의 냉각장치를 순환하는 냉각액에 함유되는 불순물을 제거하여 냉각액을 정화한다. 이에 의하여, 냉각액의 전기적인 절연 내압을 높일 수 있다.
또한, 냉각장치는, 공기조절제어장치와 복합화하기 위한 배관계를 포함하여 구성된다. 삼방밸브(24)의 제 1 입구는 배관(B)에 접속되어 있고, 삼방밸브(24)의 제 2 입구는 배관(F)을 거쳐 배관(E)에 접속됨과 동시에 발열체가 있는 열교환기(14)의 냉각액 출구에 접속되어 있다. 삼방밸브(24)의 출구는, 배관(G)을 거쳐, 순환펌프(26)의 입구에 접속된다. 순환펌프(26)의 출구는, 배관(H)을 거쳐, 제 1 실내 열교환기[실내가스 쿨러(GC)](28)의 열전달부의 입구에 접속된다. 제 1 실내 열교환기(28)의 열전달부의 출구는, 배관(I)을 거쳐, 발열체가 있는 열교환기(14)의 입구에 접속된다. 제 1 실내 열교환기(28)는, 실내로 송출되는 공기의 통로(30) 상에 배치되어 있고, 순환펌프(26)로부터 보내져 오는 냉각액과 송풍기(32)에 의하여 실내로 송출되는 공기와의 열교환을 행한다.
<공기조절제어장치>
차실 내의 공기조절제어장치는, 다음과 같이 구성되어 있다. 냉매를 흡입 압축하는 전동 컴프레서(압축기)(34)의 출구는, 배관(a)을 거쳐, 냉방용 전자밸브(36)의 입구에 접속된다. 냉방용 전자밸브(36)의 출구는, 배관(b)을 거쳐, 난방용 팽창밸브(38)의 입구에 접속된다. 난방용 팽창밸브(38)의 출구는, 배관(c)을 거쳐, 실외 열교환기(40)의 입구에 접속되어 있다.
또, 배관(a)의 도중에는, 배관(a)으로부터 분기하도록 배관(d)이 접속되어 있고, 배관(d)은 발열체가 있는 열교환기(14)의 냉매 입구에 접속되어 있다. 발열체가 있는 열교환기(14)의 냉매 출구는, 배관(e)을 거쳐, 배관(b)의 중간에 접속되 어 있다. 이와 같이, 전동 컴프레서(34)와 실외 열교환기(40)의 사이에는, 병렬인 2개의 냉매유로가 설치된 상태로 되어 있다. 그리고, 냉방용 전자밸브(36)의 밸브개방/밸브폐쇄 동작에 의하여, 2개의 냉매유로를 흐르는 냉매의 양이 조정되도록 구성되어 있다.
실외 열교환기(40)의 출구는, 배관(f)을 거쳐, 내부 열교환기(42)의 실외측 냉매입구에 접속되어 있다. 내부 열교환기(42)는, 실외 열교환기(40)로부터의 냉매와, 전동 컴프레서(34)에 흡입되는 냉매를 열교환한다. 내부 열교환기(42)의 실외측 냉매 출구는, 배관(g)을 거쳐 냉방용 팽창밸브(44)의 입구에 접속되어 있다. 냉방용 팽창밸브(44)의 출구는, 배관(h)을 거쳐 제 2 실내 열교환기(이배퍼레이터)(46)의 입구에 접속되어 있다.
제 2 실내 열교환기(46)는, 공기의 통로(30) 상에서, 제 1 실내 열교환기(28)보다 공기의 흐름의 상류측에 배치되어 있고, 실내로 송출되어야 할 공기와 냉매를 열교환한다. 제 2 실내 열교환기(46)의 출구는, 배관(i)을 거쳐, 어큐뮬레이터(기액분리기)(48)의 입구에 접속되어 있다. 어큐뮬레이터(48)는, 냉매통로(히트 펌프)를 순환하는 냉매를 기상(氣相)냉매와 액상(液相)냉매로 분리하여 액상 냉매를 유출한다. 어큐뮬레이터(48)의 출구는, 배관(j)을 거쳐 내부 열교환기(42)의 실내측 냉매입구에 접속되어 있고, 내부 열교환기(42)의 실내측 냉매 출구는, 배관(k)을 거쳐 전동 컴프레서(34)의 입구에 접속되어 있다.
또, 배관(i)의 중간부분에는, 바이패스관(m)의 한쪽 끝이 접속되어 있고, 그 다른쪽 끝은 난방용 전자밸브(50)의 입구에 접속되어 있다. 난방용 전자밸브(50) 의 출구는, 바이패스관(n)을 거쳐 내부 열교환기(42)의 실외측 냉매 입구에 접속되어 있다.
또한, 공기의 통로(30) 내에는, 실내 밖으로부터 도입되는 공기를 공기 흐름의 하류측으로 보내는 송풍기(32)가 설치되어 있다. 또, 제 1 실내 열교환기(28)에는, 제 1 실내 열교환기(28)를 통과하는 공기의 양을 조정하기 위한 에어 믹스 도어(도시 생략)가 설치되어 있다. 에어 믹스 도어의 개방도가 커질수록, 제 1 실내 열교환기(28)를 통과하는 공기의 양이 증가하도록 구성되어 있다.
또한, 발열체가 있는 열교환기(14)는, 통전에 의해 발열하는 히터를 가지는 발열체(도시 생략)와, 냉각액 유로를 가지는 냉각액측부(52)와, 냉매유로를 가지는 냉매측부(54)를 구비하고 있다. 냉각액 유로를 흐르는 냉각액, 및 냉매유로를 흐르는 냉매의 각각은, 발열체의 발열에 의해 가열되도록 구성되어 있다. 또, 냉각액 유로를 흐르는 냉각액과 냉매유로를 흐르는 냉매의 사이에서 열교환이 행하여지 도록 구성되어 있다.
<제어부>
다음에, 상기한 연료전지시스템 및 공기조절제어장치를 제어하는 구성에 대하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 실시형태에 관한 차량에는, 연료전지(10)와, 연료전지(10)에 대하여 병렬로 접속된 축전지(60)와, 차량의 구동력을 공급하는 전동기(모터)(62)와, 그 구동회로(64)와, 연료전지(10)나 축전지(60)로부터의 전력을 구동회로(64)에 공급하고, 전동기(62)의 작동을 제어하는 제어부(66)를 구비하고 있다.
전동기(62)는, 차량의 감속시(차량의 브레이크가 작동하였을 때 등)에 있어서, 일시적으로 발전기로서 사용된다. 이에 의하여, 차량에 회생 브레이크가 걸리도록 구성되어 있다. 회생 브레이크에 의하여 생긴 회생 에너지(회생 전력)는, 축전지(60)로 회수되도록 구성되어 있고, 축전지(60)로 회수할 수 없는 잉여전력은, 발열체의 발열에 의해 소비되도록 구성되어 있다.
제어부(66)는, 연료전지(10) 및 축전지(60)와 구동회로(64)와의 사이에 설치되어 있다. 제어부(66)는, 전력공급선을 거쳐 발열체가 있는 열교환기(14)의 각 발열체(도시 생략)에 접속되어 있다. 제어부(66)는, 연료전지(10)나 축전지(60)로부터의 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터(도시 생략)나, 연료전지시스템 및 공기조절제어장치의 각 부로부터의 신호를 수취하여, 연료전지시스템 및 공기조절제어장치의 제어를 행하는 제어장치[ECU(Electric Control Unit)](68) 등으로 구성되어 있다.
축전지 잔존 용량계(70)는, 축전지(60)의 단자에 접속된다. 축전지 잔존 용량계(70)는, 축전지의 전압이나 전류의 계측값에 의거하여 축전지(60)의 충전율을 제어부(66)로 송신한다. 제어부(66)는, 축전지(60)의 충전율을 감시하도록 구성되어 있다. 회생 브레이크에 의한 전력이 발생한 경우에, 충전율이 소정값을 상회하고 있지 않은 경우에는, 제어부(66)는, 구동회로(64)로부터 수취하는 회생 브레이크에 의해 생긴 전력(전류)을 축전지(60)측에 흘려 축전지(60)를 충전하고, 충전율이 소정값을 상회하고 있는 경우에는, 상기 전력(전류)를 발열체가 있는 열교환기(14)의 발열체측에 흘려 발열체를 발열시키도록 구성되어 있다.
ECU(68)는, CPU(Central Processing Unit), 메모리, 입출력 인터페이스 등으로 구성되어 있고, 메모리에 기억된 소정의 제어 프로그램을 실행함으로써, 발열체의 발열의 온/오프 제어를 행함과 동시에, 이 온/오프 제어에 관련된 연료전지(10)의 온도조정, 실내난방, 잉여의 회생에너지의 소비에 관한 처리를 행한다. 또, 삼방밸브(18, 24), 냉방용 전자밸브(36), 난방용 팽창밸브(38), 냉방용 팽창밸브(44)및 난방용 전자밸브(50)의 개폐 또는 개방도 조정을 행한다. 또한, 라디에이터(16)의 팬의 회전수, 실외 열교환기(40)의 팬의 회전수 및 송풍기(32)의 풍량을 제어한다.
[동작설명]
연료전지의 냉각장치와 공기조절제어장치와의 공기조절제어시스템은, 연료전지의 발전에 의한 열을 차실 내의 공기조절에서의 난방에 이용하는 것을 가능하게 한다. 이하, 본 실시형태에서의 공기조절제어시스템에서의 난방 및 냉방의 제어에 대하여 설명한다. 공기조절제어시스템의 제어는, 도 2에 나타내는 플로우차트에 따라 행하여진다.
단계 S10에서는, 냉방 또는 난방의 선택이 행하여진다. 제어부(66)는, 차실 내에 설치되어 있는 공기조절 제어패널의 조작신호를 받아, 냉방운전 또는 난방운전할 필요가 있는 지의 여부를 판정한다. 냉방 운전하는 경우에는 단계 S12로 처리를 이행시키고, 난방 운전하는 경우에는 단계 S14로 처리를 이행시킨다.
단계 S12에서는, 공기조절제어시스템에 의해 냉방운전이 실행된다. 제어부(66)의 ECU(68)는, 냉방용 전자밸브(36)을 개방시킴과 동시에 난방용 전자밸 브(50)을 폐쇄시킨다. 또한, ECU(68)는 냉방용 팽창밸브(44)를 동작시킴과 동시에 난방용 팽창밸브(38)을 정지시킨다. 이에 의하여, 전동 컴프레서(34)로부터의 냉매가 발열체가 있는 열교환기(14)를 경유하지 않고, 또, 난방용 팽창밸브(38)의 영향을 받는 일 없이 실외 열교환기(40)에 도달하는 상태가 된다. 또, 실외 열교환기(40)로부터의 냉매가 냉방용 팽창밸브(44)를 통하여 제 2 실내 열교환기(46)로 안내되는 상태가 된다.
이와 같은 상태에서, 전동 컴프레서(34)가 냉매를 압축하여 배관(a)으로 송출함으로써, 냉매는, 냉방용 전자밸브(36) → 난방용 팽창밸브(38) → 실외 열교환기(40) → 내부 열교환기(42) → 냉방용 팽창밸브(44) → 제 2 실내 열교환기(46)→ 어큐뮬레이터(48) → 내부 열교환기(42) → 전동 컴프레서(34)의 순으로 순환한다.
또, ECU(68)는, 통로(30)에 설치된 에어 믹스 도어를 폐쇄된 상태로 제어한다. 이에 의하여, 통로(30)를 흐르는 공기가 제 1 실내 열교환기(28)를 통과하지않도록 차실로 유도된다.
또한, ECU(68)는, 삼방밸브(24)로 제어신호를 보내어, 배관(F)과 배관(G)이 연결되고, 배관(B)과 배관(G)이 차단된 상태가 되도록 삼방밸브(24)를 변환한다. 이에 의하여, 연료전지의 냉각장치의 냉각액 순환계와 공기조절제어장치의 냉매 순환계가 분리된 상태가 된다.
이 때, 실외 열교환기(40)에 있어서, 실외공기와 냉매와의 열교환에 의해 방열이 행하여진다. 또, 제 2 실내 열교환기(46)에 있어서, 실내로 송출되어야 할 공기와 냉매와의 열교환에 의하여, 냉매가 공기로부터 열을 빼앗아 증발한다. 이것에 의하여, 냉각된 공기가 실내로 송출된다. 한편, 냉각액은, 순환펌프(26) → 제 1 실내 열교환기(28) → 발열체가 있는 열교환기(14) → 삼방밸브(24) → 순환펌프(26)의 순으로, 연료전지(10)의 냉각과는 무관계한 순환경로를 유통한다.
또한, 냉방시에는, 연료전지(10)가 연속 운전인지 간헐 운전인지에 관계없이, 연료전지의 냉각장치에 의하여 냉각액 통로로 냉각액을 순환시켜, 연료전지(10)의 냉각이 행하여진다. 또, 연료전지(10)가 정지되어 있는 경우에는, 연료전지(10)에 대한 연료가스(수소 등)의 공급 및 산화제 가스(공기 등)의 공급을 행하는 펌프와 함께, 순환펌프(12)가 정지된다. 이것에 의하여 공기조절제어시스템전체의 에너지 소비가 억제된다.
단계 S14에서는, 연료전지(10)의 배열(排熱)의 크기에 따라, 연료전지(10)의 냉각장치와 공기조절제어장치와의 접속이 제어된다. ECU(68)는, 온도센서(20) 등에 의해 연료전지(10)의 온도가 소정의 온도(TR) 이상이라고 판단되는 경우, 삼방밸브(24)에 제어신호를 송신하여, 배관(B)과 배관(G)이 연결되고, 배관(F)과 배관(G)이 차단된 상태가 되도록 삼방밸브(24)를 변환한다. 이와 같이, 연료전지(10)의 운전상태에 따라, 연료전지(10)로부터의 배열이 크다고 판단되는 경우에는, 연료전지의 냉각액의 순환경로와 공기조절제어장치의 냉매 순환경로가 열적으로 접속된다.
한편, 온도센서(20) 등에 의해 연료전지(10)의 온도가 소정의 온도(TR) 미만이라고 판단되는 경우, 삼방밸브(24)에 제어신호를 송신하여, 배관(F)과 배관(G)이 연결되고, 배관(B)과 배관(G)이 차단된 상태가 되도록 삼방밸브(24)를 변환한다. 이와 같이, 연료전지(10)로부터의 배열이 작다고 판단되는 경우에는, 연료전지의 냉각액의 순환경로와 공기조절제어장치의 냉매순환경로가 열적으로 차단된다.
또한, 본 실시형태에서는, 온도센서(20)에 의해 연료전지(10)의 온도를 검출하여 처리하는 것으로 하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 연료전지(10)에 온도센서를 설치하여, 연료전지(10)의 온도를 직접 측정하는 것으로 하여도 된다.
단계 S16에서는, 연료전지(10)가 연속 운전상태인지, 간헐 운전상태인지가 판정된다. ECU(68)는, 연료전지(10)의 필요 출력에 따라, 연료전지(10)의 운전상태를 제어한다. 예를 들면, 연료전지(10)에 요구되는 출력이 연료전지(10)의 정격출력의 10% 이상이면 연속 운전으로 하고, 10% 미만이 된 경우에 간헐 운전상태로 한다. 연료전지(10)가 연속 운전상태이면 단계 S18로 처리를 이행시키고, 연료전지(10)가 간헐 운전상태이면 단계 S20으로 처리를 이행시킨다.
단계 S18에서는, 연료전지(10)가 연속 운전되고 있을 때의 난방운전이 실행된다. 제어부(66)의 ECU(68)는, 냉방용 전자밸브(36)를 폐쇄시킴과 동시에 난방용 전자밸브(50)을 개방시킨다. 또한, ECU(68)는, 냉방용 팽창밸브(44)를 정지시킴과 동시에 난방용 팽창밸브(38)를 동작시킨다. 이에 의하여, 전동 컴프레서(34)로부터의 냉매가 발열체가 있는 열교환기(14)를 경유함과 동시에, 난방용 팽창밸브(38)의 동작을 받아 실외 열교환기(40)에 도달하는 상태가 된다. 또, 실외 열교환기(40)로부터의 냉매가 난방용 전자밸브(50)을 통하여, 제 2 실내 열교환기(46)로 안내되지 않고, 어큐뮬레이터(48)로 안내된다.
이와 같은 상태에서, 전동 컴프레서(34)가 냉매를 압축하여 배관(a)으로 송출함으로써, 냉매는, 열교환기(14) → 난방용 팽창밸브(38) → 실외 열교환기(40)→ 난방용 전자밸브(50) → 어큐뮬레이터(48) → 내부 열교환기(42) → 전동 컴프레서(34)의 순으로 순환한다.
또, ECU(68)는, 통로(30)에 설치된 에어 믹스 도어를 개방한 상태로 제어한다. 이에 의하여, 통로(30)를 흐르는 공기가 제 1 실내 열교환기(28)를 통과한 다음에 차실로 유도된다.
연료전지(10)의 온도가 소정의 온도(TR) 미만이었던 경우, 연료전지(10)의 냉각액 순환경로와 제 1 실내 열교환기(28)의 냉각액 순환경로는 삼방밸브(24)에 의하여 열적으로 차단되어 있다. 연료전지(10)의 출구로부터 나온 냉각액은 라디에이터(16)에 의해 냉각되고, 순환펌프(12)에 의해 다시 연료전지(10)로 되돌아간다. 한편, 제 1 실내 열교환기(28)를 흐르는 냉각액은, 순환펌프(26)에 의해 제 1 실내 열교환기(28), 열교환기(14), 삼방밸브(24)를 통하여 순환펌프(26)에 되돌아온다.
연료전지(10)의 온도가 소정의 온도(TR) 이상이었던 경우, 연료전지(10)의 출구로부터 나온 냉각액의 일부는, 삼방밸브(24), 순환펌프(26), 제 1 실내 열교환기(28), 열교환기(14)를 통하여 순환펌프(12)에 의해 다시 연료전지(10)로 되돌아간다. 이 때, 제 1 실내 열교환기(28)로부터, 송풍기(32)에 의해 차실로 들여 보내는 공기에 연료전지(10)로부터의 배열이 전달되어, 차실이 난기된다. 또, 열교 환기(14)에서는, 냉각액으로부터 공기조절제어장치를 순환하는 냉매에 열이 전달된다.
이 때, 연료전지(10)는 연속 운전 중이기 때문에, 연료전지(10)로 연료가스를 공급하기 위한 연료가스공급용 펌프(도시 생략) 및 산화제 가스 공급용 펌프(도시 생략)도 연속 운전되고 있다.
단계 S20에서는, 연료전지(10)가 간헐 운전되고 있을 때의 난방 운전이 실행된다. 난방 운전시의 공기조절제어장치는, 대략 스텝 S18과 동일하다.
연료전지(10)의 온도가 소정의 온도(TR) 미만이었던 경우, 연료전지(10)의 냉각액 순환경로와 제 1 실내 열교환기(28)의 냉각액 순환경로는 삼방밸브(24)에 의하여 열적으로 차단되어 있다. 연료전지(10)의 출구로부터 나온 냉각액은 라디에이터(16)에 의해 냉각되어, 순환펌프(12)에 의해 다시 연료전지(10)로 되돌아간다. 한편, 제 1 실내 열교환기(28)를 흐르는 냉각액은, 순환펌프(26)에 의해 제 1 실내 열교환기(28), 열교환기(14), 삼방밸브(24)를 통하여 순환펌프(26)로 되돌아온다.
연료전지(10)의 온도가 소정의 온도(TR) 이상이었던 경우, 연료전지(10)의 출구로부터 나온 냉각액의 일부는, 삼방밸브(24), 순환펌프(26), 제 1 실내 열교환기(28), 열교환기(14)를 통하여 순환펌프(12)에 의해 다시 연료전지(10)로 되돌아간다. 이 때, 제 1 실내 열교환기(28)로부터, 송풍기(32)에 의해 차실로 들여 보내는 공기에 연료전지(10)로부터의 배열이 전달되어, 차실이 난기된다. 또, 열교환기(14)에서는, 냉각액으로부터 공기조절제어장치를 순환하는 냉매에 열이 전달된 다.
이 때, 연료전지(10)의 간헐적인 정지에 맞추어, 연료전지(10)로 공급되는 연료가스 및 산화제 가스의 적어도 한쪽의 공급이 간헐적으로 정지된다. 즉, 연료전지(10)로 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급용 펌프(도시 생략) 및 산화제 가스 공급용 펌프(도시 생략)의 적어도 한쪽이 간헐 운전되고 있다.
한편, 순환펌프(12)는, 연료전지(10)의 간헐적인 정지에도 불구하고 연속적으로 운전된다. 순환펌프(12)를 연속적으로 운전시킴으로써, 연료전지(10)의 정지시에도 순환펌프(12)에 의해 제 1 실내 열교환기(28)로 냉각액을 연속적으로 공급할 수 있어, 순환펌프(26)의 부하의 부담을 경감시킬 수 있다.
종래, 연료전지(10)의 정지시에는 동시에 정지시키고 있던 순환펌프(12)를 연료전지(10)의 정지시에도 동작시킴으로써, 종래는 연료전지(10)의 정지시에는 순환펌프(26)에만 부담시키고 있었던 제 1 실내 열교환기(28)에 대한 냉각액의 순환을 순환펌프(12)에도 부담시킬 수 있다. 따라서, 정격출력이 작은 순환펌프(26)를 설치하는 것만으로 좋아진다. 구체적으로는, 순환펌프(26)의 최대 유량을 순환펌프(12)의 1/10 미만으로 하여도 된다. 즉, 메인 순환펌프[순환펌프(12)]의 최대 출력 유량은, 서브 순환펌프[순환펌프(26)]의 출력정격의 2배 이상으로 하는 것이적합하다. 또, 순환펌프(26)의 정격출력을 순환펌프(12)의 정격출력의 1/2 미만으로 하여도 된다. 즉, 메인 순환펌프[순환펌프(12)]의 출력정격은, 서브 순환펌프[순환펌프(26)]의 출력정격의 2배 이상으로 하는 것이 적합하다.
이와 같이, 순환펌프(26)의 정격출력을 작게 함으로써, 연료전지(10)를 완전 히 정지시켜, 연료전지(10)의 냉각장치와 공기조절제어장치를 열적으로 절단한 경우에 있어서, 순환펌프(26)를 동작시킬 때의 시스템 전체의 소비전력을 억제할 수 있다.
한편, 연료전지(10)를 간헐적으로 운전시켜, 연료전지(10)의 배열을 공기조절제어장치에서 이용할 수 있는 경우에서는, 순환펌프(26)의 정격출력이 작아도, 연료전지(10)의 냉각장치의 냉각액으로부터 공기조절제어장치의 냉매에 대한 충분한 열교환을 할 수 있을 정도로 제 1 실내 열교환기(28)로 냉각액을 순환시킬 수 있다. 즉, 공기조절제어장치측에 대형의 냉각액 순환펌프를 구비하지 않아도, 연료전지를 간헐 운전한 경우에 공기조절제어장치의 에어컴프레서의 온도의 상승을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 공기조절제어장치의 전동 컴프레서(34)의 부담을 저감시킬 수 있다.
이상과 같이, 난방시에, 연료전지(10)의 냉각장치의 냉각액 순환계와 공기조절제어장치의 냉매 순환계와의 사이에서 열교환을 가능하게 한다. 이것에 의하여, 연료전지(10)로부터의 배열을 차실의 공기조절의 난기에 사용하는 것이 가능해진다.

Claims (6)

  1. 연료전지에 냉각액을 메인 순환펌프에 의해 순환시킴으로써 상기 연료전지의 냉각을 행하는 냉각장치와,
    차량의 차실 내의 공기조절을 제어하는 공기조절제어장치를 포함하고,
    상기 냉각장치와 상기 공기조절제어장치와의 사이에서 열교환이 가능한 공기조절제어시스템에 있어서,
    상기 연료전지를 간헐 운전할 때에, 상기 메인 순환펌프를 동작시키는 것을 특징으로 하는 공기조절제어시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지에 대한 연료가스 및 산화제 가스의 적어도 하나의 공급을 정지한 동안, 상기 메인 순환펌프를 동작시키는 것을 특징으로 하는 공기조절제어시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각장치와 상기 공기조절제어장치와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기와,
    상기 냉각장치로부터 상기 열교환기로 냉각액을 순환시키는 상태와, 상기 냉각장치와는 독립으로 상기 열교환기로 냉각액을 순환시키는 상태를 변환하는 삼방 밸브와,
    상기 냉각장치와는 독립으로 상기 열교환기로 냉각액을 순환시키는 서브 순환펌프를 구비하고,
    상기 메인 순환펌프의 출력정격은, 상기 서브 순환펌프의 출력정격의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 공기조절제어시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 냉각장치와 상기 공기조절제어장치와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기와,
    상기 냉각장치로부터 상기 열교환기로 냉각액을 순환시키는 상태와, 상기 냉각장치와는 독립으로 상기 열교환기로 냉각액을 순환시키는 상태를 변환하는 삼방밸브와,
    상기 냉각장치와는 독립으로 상기 열교환기로 냉각액을 순환시키는 서브 순환펌프를 구비하고,
    상기 메인 순환펌프의 출력정격은, 상기 서브 순환펌프의 출력정격의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 공기조절제어시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각장치와 상기 공기조절제어장치와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기와,
    상기 냉각장치로부터 상기 열교환기로 냉각액을 순환시키는 상태와, 상기 냉각장치와는 독립으로 상기 열교환기로 냉각액을 순환시키는 상태를 변환하는 삼방밸브와,
    상기 냉각장치와는 독립으로 상기 열교환기로 냉각액을 순환시키는 서브 순환펌프를 구비하고,
    상기 메인 순환펌프의 최대 출력 유량은, 상기 서브 순환펌프의 최대 출력 유량의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 공기조절제어시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 냉각장치와 상기 공기조절제어장치와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기와,
    상기 냉각장치로부터 상기 열교환기에 냉각액을 순환시키는 상태와, 상기 냉각장치와는 독립으로 상기 열교환기로 냉각액을 순환시키는 상태를 변환하는 삼방밸브와,
    상기 냉각장치와는 독립으로 상기 열교환기에 냉각액을 순환시키는 서브 순환펌프를 구비하고,
    상기 메인 순환펌프의 최대 출력 유량은, 상기 서브 순환펌프의 최대 출력 유량의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 공기조절제어시스템.
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