[go: up one dir, main page]

KR20080083538A - 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기 - Google Patents

연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기 Download PDF

Info

Publication number
KR20080083538A
KR20080083538A KR1020070024223A KR20070024223A KR20080083538A KR 20080083538 A KR20080083538 A KR 20080083538A KR 1020070024223 A KR1020070024223 A KR 1020070024223A KR 20070024223 A KR20070024223 A KR 20070024223A KR 20080083538 A KR20080083538 A KR 20080083538A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
air conditioner
cell system
power consumption
electricity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020070024223A
Other languages
English (en)
Inventor
우성제
김동관
김경훈
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020070024223A priority Critical patent/KR20080083538A/ko
Priority to EP08152002A priority patent/EP1970987A3/en
Priority to CN2008100834686A priority patent/CN101266065B/zh
Priority to US12/073,813 priority patent/US20080223067A1/en
Publication of KR20080083538A publication Critical patent/KR20080083538A/ko
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B60H1/00392—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00421—Driving arrangements for parts of a vehicle air-conditioning
    • B60H1/00428—Driving arrangements for parts of a vehicle air-conditioning electric
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/88—Optimized components or subsystems, e.g. lighting, actively controlled glasses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기에 관한 것으로, 본 발명은 가변 부하를 가져 순시 소비전력이 급변하는 공기조화기와, 연료와 산소를 반응시켜 생성된 전기를 상기 공기조화기에 공급하는 연료 전지 시스템을 포함하되, 상기 연료 전지 시스템은 상기 순시 소비전력이 작아지면 생성되는 전기를 저장하고, 상기 순시 소비전력이 커지면 생성되는 전기와 함께 저장된 전기를 상기 공기조화기에 공급한다.

Description

연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기{A fuel cell system and air conditioner using it}
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기의 블록도이다.
도2a 및 2b는 도1의 용량 가변 압축기를 도시한 단면도이다.
도3은 도2에 나타낸 용량 가변 압축기의 가동율을 도시한 그래프이다.
도4는 도3에 나타낸 용량 가변 압축기의 가동율에 연계된 축전부의 출력을 도시한 그래프이다.
도5는 도1의 연료 전지 시스템과 공기조화기를 일체형으로 구성한 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기의 블록도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
10:연료 전지 시스템 14:연료전지
15:축전부 16:연료 전지 시스템 제어부
20,40:공기조화기 21:고정부하
22:용량 가변 압축기 24:공기조화기 제어부
36:PWM밸브
본 발명은 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소비전력이 급변하는 가변부하를 가진 공기조화기에 정상적으로 전력을 공급할 수 있는 연료 전지 시스템 및 이를 이용한 공기조화기에 관한 것이다.
연료 전지 시스템은 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로, 자동차의 동력원으로 사용되거나 전기계통과 연계되어 각종 전기장치에 전력을 공급한다.
종래의 연료 전지 시스템은 대한민국 공개특허공보 특2003-78973호에 개시된 바와 같이 연료에서 수소를 생성하는 개질부와, 수소와 산소를 반응시켜 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택부와, 연료전지 스택부에서 생성되는 전기 에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부와, 연료 전지 시스템을 제어하는 제어부(미도시) 등으로 구성된다.
이러한 종래의 연료 전지 시스템은 연료전지 스택부에 수소와 산소가 공급되면 이들을 반응시켜 전기를 생성하고, 이를 연료 전지 시스템과 연결된 부하에 공급하였다.
그러나, 이와 같은 종래의 연료 전지 시스템은 대한민국 공개특허공보 특2002-66659호에 사용되는 능력 가변형 스크롤 압축기 또는 대한민국 공개특허공보 특2005-8475호의 용량 조정식 스크롤 압축기와 같이 압축용량이 급변하여 소비전력 또한 변동이 심한 가변부하에는 사용되기에 부적절한 문제점이 있었다.
즉, 연료 전지 시스템은 보통 연료의 공급량을 바꿔 발전량을 변경하는데, 연료 공급량 변경의 효과가 전기 생성량 변경으로 나타나기까지는 다소 긴 시간을 필요로 하므로 단시간에 연료전지 스택부의 발전량을 변경할 수는 없었다. 반면에 전술한 압축기들은 수초 내에서 압축용량이 0%(언로딩 운전)인 운전과 압축용량이 100%(로딩 운전)인 운전을 반복하므로 짧은 시간 동안 소비전력이 급격히 변하였다. 따라서, 기존의 연료 전지 시스템으로는 전술한 압축기들이 요구하는 전력을 적절히 공급하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 소비전력이 급변하는 가변부하에 정상적으로 전력을 공급할 수 있는 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가변 부하를 가져 순시 소비전력이 급변하는 공기조화기와, 연료와 산소를 반응시켜 생성된 전기를 상기 공기조화기에 공급하는 연료 전지 시스템을 포함하되, 상기 연료 전지 시스템은 상기 순시 소비전력이 작아지면 생성되는 전기를 저장하고, 상기 순시 소비전력이 커지면 생성되는 전기와 함께 저장된 전기를 상기 공기조화기에 공급한다.
또한, 상기 연료 전지 시스템은 상기 순시 소비전력이 자신의 생산전력 보다 작으면 생성되는 전기를 저장하고, 상기 순시 소비전력이 자신의 생산전력 보다 크면 생성되는 전기와 함께 저장된 전기를 상기 공기조화기에 공급한다.
또한, 상기 가변부하는 압축용량이 0%인 로딩 운전과 압축용량이 100%인 언로딩 운전을 주기적으로 반복하고, 상기 로딩 운전과 상기 언로딩 운전의 비율로 평균 가동율이 결정되는 용량 가변 압축기이다.
또한, 상기 생산전력은 상기 가변부하의 평균 가동율에 상응하여 결정된다.
또한, 상기 연료 전지 시스템은 상기 전기를 저장하는 축전부를 더 포함하고, 상기 축전부의 용량은 1주기의 로딩 운전 및 언로딩 운전시 요구되는 전체 소비전력의 1/4이하를 감당할 수 있는 용량이다.
또한, 산소와 연료가 반응하여 전기가 생성되는 연료전지와, 상기 연료전지에서 생성된 전기를 저장하는 축전부를 포함하되, 상기 연료전지 및 축전부는 가변부하를 가진 공기조화기와 연결되어 상기 공기조화기의 순시 소비전력이 작아지면 상기 연료전지에서 생성되는 전기가 상기 축전부에 저장되고, 상기 순시 소비전력이 커지면 상기 연료전지에서 생성되는 전기와 함께 상기 축전부에 저장된 전기가 상기 공기조화기에 공급되게 한다.
또한, 상기 축전부는 상기 순시 소비전력이 상기 연료전지의 생산전력 보다 작으면 생성되는 전기를 저장하고, 상기 순시 소비전력이 상기 생산전력 보다 크면 저장된 전기를 상기 공기조화기에 공급한다.
또한, 상기 가변부하는 압축용량이 0%인 로딩 운전과 압축용량이 100%인 언로딩 운전을 주기적으로 반복하고 상기 로딩 운전과 상기 언로딩 운전의 비율로 평 균 가동율이 결정되는 용량 가변 압축기이고, 상기 생산전력은 상기 가변부하의 평균 가동율에 상응하여 결정된다.
또한, 상기 연료 전지 시스템은 상기 전기를 저장하는 축전부를 더 포함하고, 상기 축전부의 용량은 1주기의 로딩 운전 및 언로딩 운전시 요구되는 전체 소비전력의 1/4이하를 감당할 수 있는 용량이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 도1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기는 실내를 냉난방하는 공기조화기(20)와, 공기조화기(20)에 전기를 공급하는 연료 전지 시스템(10)을 포함한다.
공기조화기(20)는 실외 열교환기 송풍팬(미도시), 전동변(미도시) 등과 같은 고정부하(21)와, 가변부하인 용량 가변 압축기(22)와, 연료 전지 시스템(10)에서 공급되는 전기를 실외 열교환기 송풍팬 또는 용량 가변 압축기(22) 등에 전달하는 전원부(23)와, 공기조화기(20)의 동작을 제어하는 제어부(24)를 포함한다.
용량 가변 압축기(22)는 도 2a와 2b에 도시된 바와 같이 흡입구(37)와 토출구(38)가 마련된 케이싱(30)과, 케이싱(30) 내부에 설치된 모터(31)와, 모터(31)의 회전력를 받아 회전하는 선회스크롤(32)과, 선회스크롤(32)과의 사이에 압축실(33)을 형성하는 고정스크롤(34)을 포함한다. 케이싱(30)에는 고정스크롤(34)의 상측과 흡입구(37)를 연결하는 바이패스관(35)이 설치되고, 이 바이패스관(35)에는 솔레노이드 밸브 형태의 PWM밸브(Pulse Width Modulated Valve,36)가 설치된다.
도2a에서는 PWM밸브(36)가 오프되어 바이패스관(35)을 막고 있으므로 흡입 구(37)를 거쳐 압축실(33)로 공급된 냉매는 압축되어 토출구(38)로 토출된다. 이러한 운전이 로딩(loading)운전이며, 이 때 용량 가변 압축기(22)의 압축용량(또는 가동율)은 100%이다. 도2b에서는 PWM밸브(36)가 온되어 바이패스관(35)을 열고 있으므로 흡입구(37)를 거쳐 압축실(33)로 공급된 냉매는 압축되지 못하고 바이패스관(35)을 거쳐 다시 압축실(33)로 공급된다. 이러한 운전이 언로딩(unloading)운전이며, 이 때 용량 가변 압축기(22)의 압축용량(또는 가동율)은 0%가 된다.
도3에 도시한 바와 같이 전술한 용량 가변 압축기(22)는 일정한 주기로 로딩운전과 언로딩운전을 반복하는데, 각 주기에서의 로딩 운전 시간(A)과 언로딩 운전 시간(B)은 요구되는 냉방능력에 따라 결정된다. 도3에서 X축은 시간을 나타내고, Y축은 용량 가변 압축기(22)의 가동율을 나타낸다. 도3에서 수평으로 그어진 점선은 용량 가변 압축기(22)를 도3의 듀티비로 운전시 용량 가변 압축기(33)의 평균 가동율을 나타내며, 평균 가동율은 (로딩 운전 시간/1주기)*100로 산출된다.
제어부(24)는 요구되는 냉방능력에 상응하도록 로딩 운전 시간과 언로딩 운전 시간의 듀티비를 결정하고, 듀티비에 맞춰 PWM밸브(36)를 온 또는 오프시킨다. 또한, 전술한 평균 가동율 산출공식을 이용하여 용량 가변 압축기(22)의 평균 가동율을 연산한다.
연료 전지 시스템(10)은 산소공급부(11)와, 연료공급부(12)와, 개질부(reformer)(13)와, 연료전지(14)와, 축전부(15)와, 제어부(16)를 가진다. 산소공급부(11)는 연료전지(14)에 산소를 공급하고, 연료공급부(12)는 개질부(13)에 연료를 공급한다. 이 때 연료는 천연가스, 메탄 등의 기체연료 또는 메탄올, 히드라진 등의 액체연료를 사용할 수 있다. 개질부(13)는 연료를 가열하여 수소를 생성시키고, 이를 연료전지(14)로 보낸다.
연료전지(14)는 전해질판(미도시), 공기극(음극)(미도시) 및 연료극(양극)(미도시)을 가지는 다수의 단위전지(스택)(미도시)로 이루어진다. 연료극으로 수소가 공급되면 수소는 수소이온과 전자로 분리되어 수소이온은 전해질판을 거쳐 공기극으로 이동하고, 전자는 외부 회로를 거쳐 공기극으로 이동한다. 공기극에서는 공기극으로 공급된 산소와 수소이온이 만나 물을 생성한다. 따라서, 단위전지에서는 산소와 수소가 반응하여 전기와 물이 생성된다.
연료전지(14)는 공기조화기(20)의 전원부(23)와 연결되므로 연료전지(14)에서 생성된 전기는 공기조화기(20)로 전달된다. 이 때 연료전지(14)의 생산전력은 용량 가변 압축기(22)의 평균 가동율에 상응하도록 결정된다. 즉, 연료전지(14)의 생산전력은 용량 가변 압축기(22)가 평균 가동율로 가동될 때 용량 가변 압축기(22)에서 필요한 소비전력 및 고정부하(21)에서 필요한 소비전력을 감당할 수 있는 양으로 결정된다.
결국, 용량 가변 압축기(22)의 로딩 운전 시간 비율이 높을수록 평균 가동율은 증가되므로 연료전지(14)의 생산전력이 커지고, 반대로 용량 가변 압축기(22)의 로딩 운전 시간 비율이 작을수록 평균 가동율은 낮아지므로 연료전지(14)의 생산전력도 작아진다.
축전부(15)는 슈퍼 커패시터 또는 2차 전지로 구성되며, 연료전지(14) 및 공기조화기(20)의 전원부(23)와 연결된다. 축전부(15)는 도4에 도시한 바와 같이 용 량 가변 압축기(22)의 언로딩 운전시에는 연료전지(14)에서 생성된 전기를 전달받아 충전하고, 용량 가변 압축기(22)의 로딩 운전시에는 충전된 전기를 공기조화기(20)로 방전한다. 도4에서 X축은 시간을 나타내고, Y축은 축전부의 출력을 나타낸다.
용량 가변 압축기(22)의 언로딩 운전시에는 연료전지(14)의 생산전력이 공기조화기(20)의 소비전력 보다 크므로 연료전지(14)에서 생성된 전기는 소량만 공기조화기(20)로 전달되어 공기조화기(20)의 고정부하(21) 등을 구동시키는데 사용되고, 나머지는 축전부(15)에 저장된다. 반대로 용량 가변 압축기(22)의 로딩 운전시에는 공기조화기(20)의 소비전력이 연료전지(14)의 생산전력이 보다 크므로 연료전지(14)에서 생성된 전기 뿐만 아니라 축전부(15)에 저장된 전기까지 공기조화기(20)로 공급되어 공기조화기(20)가 정상적으로 동작될 수 있다.
축전부(15)의 용량은 용량 가변 압축기(22)의 1주기 운전에 필요한 소비전력의 1/4까지만을 감당할 수 있는 용량이면 충분하다. 축전부(15)가 공기조화기(20)에 공급해야할 전력량이 가장 큰 운전패턴은 로딩 운전 시간과 언로딩 운전 시간의 비율이 같은 경우이며, 이 경우 축전부(15)는 매 주기의 로딩 운전시 용량 가변 압축기(22)의 1주기 운전에 필요한 소비전력의 1/4를 공기조화기로 공급해야 한다. 따라서, 축전부(15)의 용량은 용량 가변 압축기(22)의 주기를 고려하여 적절한 값으로 선택하는 것이 바람직하다.
제어부(16)는 연료 전지 시스템(10)을 제어하며, 특히, 연료전지(14)의 생산전력을 조절한다. 연료전지(14)의 생산전력 결정시 제어부(16)는 공기조화기(20)의 제어부(24)와 데이터 통신을 하여 용량 가변 압축기(22)의 평균 가동율을 확인하고, 평균 가동율에 상응하여 연료전지(14)의 생산전력을 결정한다. 이를 위해 제어부(16)는 용량 가변 압축기(22)의 평균 가동율 대비 연료 전지의 생산전력 데이터를 미리 저장하고 있다. 연료전지(14)의 생산전력이 결정되면 제어부(16)는 연료 공급부(12) 및 개질부(13) 등을 제어하여 연료전지(14)에서 목표하는 생산전력이 출력되도록 한다.
도5에서는 일체형인 연료 전지 시스템과 공기조화기를 도시하였다. 도5의 공기조화기(40)는 연료 전지 시스템을 포함하고 있으므로 하나의 제어부(24)가 공기조화기(40)와 연료 전지 시스템을 모두 제어한다. 따라서, 도1에서와 같은 제어부 사이의 데이터 통신이 필요하지 않다.
또한, 도5에서는 연료전지(14), 축전부(15), 고정부하(21) 및 용량 가변 압축기(22)가 모두 전기계통에 연계되어 있어 연료전지(14) 또는 축전부(15)의 전기를 전기계통(50)으로 보내거나, 필요시 전기계통(50)에서 고정부하(21) 또는 용량 가변 압축기(22)에 상용전기가 공급될 수도 있다. 기타 구성요소에 대한 설명은 도1에서와 동일하다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기의 동작을 설명한다. 공기조화기(20)의 사용자가 목표온도를 설정하고, 공기조화기(20)에 운전명령을 입력하면 공기조화기(20)의 제어부(24)는 실내온도와 목표온도의 차이를 감안해 요구되는 냉방능력을 산출한다. 그리고, 산출된 냉방능력에 상응하도록 용량 가변 압축기(22)의 로딩 운전 시간과 언로딩 운전 시간(듀티 비)을 설정한다. 이 때는 공기조화기(20)에서 필요한 소비전력이 크지 않으므로 연료전지(14)는 구동되지 않고 축전부(15)에서 소량의 전기만이 공기조화기(20)로 공급된다.
듀티비가 설정되면 공기조화기(20)의 제어부(24)는 평균 가동율 산출공식을 써서 용량 가변 압축기(22)의 평균 가동율을 산출하고, 연료 전지 시스템(10)의 제어부(16)와 데이터 통신을 하여 연료 전지 시스템(10)의 제어부(16)에 평균 가동율을 알려준다. 연료 전지 시스템(10)의 제어부(16)는 용량 가변 압축기의 평균 가동율 대비 연료 전지의 생산전력 데이터를 참고하여 연료 전지 시스템(10)의 생산전력을 결정한다. 그리고, 연료공급부(12) 등을 제어하여 연료 전지 시스템(10)에서 목표한 생산전력이 출력되도록 한다.
연료 전지 시스템(10)에서 용량 가변 압축기(22)의 평균 가동율에 상응하는 생산전력이 출력되면 연료 전지 시스템(10)의 제어부(16)는 그 사실을 데이터 통신으로 공기조화기(20)의 제어부(24)에 알린다. 그러면, 공기조화기(20)의 제어부(24)는 PWM밸브(36)를 듀티비에 따라 온 또는 오프시키면서 용량 가변 압축기(22)를 로딩 운전 또는 언로딩 운전시킨다.
용량 가변 압축기(22)의 로딩 운전시에는 연료전지(14)의 생산전력만으로 공기조화기(20)의 소비전력을 감당할 수 없으므로 축전부(15)에 저장된 전기가 공기조화기로 함께 공급된다. 반면에 용량 가변 압축기(22)의 언로딩 운전시에는 연료전지(14)의 생산전력이 공기조화기(20)에서 필요한 소비전력을 능가하므로 잉여전력이 축전부(15)에 저장된다.
본 실시예에서는 본 발명이 적용되는 공기조화기로 용량 가변 압축기가 설치된 공기조화기를 예시하였으나, 본 발명은 소비전력이 급변하는 다른 형태의 공기조화기(예를 들면 수분 간격으로 압축기의 온 및 오프가 반복되는 저가의 공기조화기)에도 적용될 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 출력변화의 속도가 느린 연료 전지 시스템으로도 소비전력이 급변하는 공기조화기에 정상적으로 전원을 공급할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에서는 축전부의 용량이 용량 가변 압축기의 1주기 운전시 필요한 소비전력의 1/4까지만을 감당하면 되므로 소형의 축전부를 사용할 수 있고, 이에 따라 연료 전지 시스템의 제조 비용 절감 및 사이즈 축소 효과를 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 가변 부하를 가져 순시 소비전력이 급변하는 공기조화기와,
    연료와 산소를 반응시켜 생성된 전기를 상기 공기조화기에 공급하는 연료 전지 시스템을 포함하되,
    상기 연료 전지 시스템은 상기 순시 소비전력이 작아지면 생성되는 전기를 저장하고, 상기 순시 소비전력이 커지면 생성되는 전기와 함께 저장된 전기를 상기 공기조화기에 공급하는 연료 전지 시스템을 이용하는 공기조화기
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템은 상기 순시 소비전력이 자신의 생산전력 보다 작으면 생성되는 전기를 저장하고, 상기 순시 소비전력이 자신의 생산전력 보다 크면 생성되는 전기와 함께 저장된 전기를 상기 공기조화기에 공급하는 연료 전지 시스템을 이용하는 공기조화기
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가변부하는 압축용량이 0%인 로딩 운전과 압축용량이 100%인 언로딩 운전을 주기적으로 반복하고, 상기 로딩 운전과 상기 언로딩 운전의 비율로 평균 가동율이 결정되는 용량 가변 압축기인 연료 전지 시스템을 이용하는 공기조화기
  4. 제3항에 있어서,
    상기 생산전력은 상기 가변부하의 평균 가동율에 상응하여 결정되는 연료 전지 시스템을 이용하는 공기조화기
  5. 제3항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템은 상기 전기를 저장하는 축전부를 더 포함하고,
    상기 축전부의 용량은 1주기의 로딩 운전 및 언로딩 운전시 요구되는 전체 소비전력의 1/4이하를 감당할 수 있는 용량인 연료 전지 시스템을 이용하는 공기조화기
  6. 산소와 연료가 반응하여 전기가 생성되는 연료전지와,
    상기 연료전지에서 생성된 전기를 저장하는 축전부를 포함하되,
    상기 연료전지 및 축전부는 가변부하를 가진 공기조화기와 연결되어 상기 공기조화기의 순시 소비전력이 작아지면 상기 연료전지에서 생성되는 전기가 상기 축전부에 저장되고, 상기 순시 소비전력이 커지면 상기 연료전지에서 생성되는 전기와 함께 상기 축전부에 저장된 전기가 상기 공기조화기에 공급되게 하는 연료 전지 시스템
  7. 제6항에 있어서,
    상기 축전부는 상기 순시 소비전력이 상기 연료전지의 생산전력 보다 작으면 생성되는 전기를 저장하고, 상기 순시 소비전력이 상기 생산전력 보다 크면 저장된 전기를 상기 공기조화기에 공급하는 연료 전지 시스템
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가변부하는 압축용량이 0%인 로딩 운전과 압축용량이 100%인 언로딩 운전을 주기적으로 반복하고 상기 로딩 운전과 상기 언로딩 운전의 비율로 평균 가동율이 결정되는 용량 가변 압축기이고, 상기 생산전력은 상기 가변부하의 평균 가동율에 상응하여 결정되는 연료 전지 시스템
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템은 상기 전기를 저장하는 축전부를 더 포함하고,
    상기 축전부의 용량은 1주기의 로딩 운전 및 언로딩 운전시 요구되는 전체 소비전력의 1/4이하를 감당할 수 있는 용량인 연료 전지 시스템
KR1020070024223A 2007-03-12 2007-03-12 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기 Ceased KR20080083538A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070024223A KR20080083538A (ko) 2007-03-12 2007-03-12 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기
EP08152002A EP1970987A3 (en) 2007-03-12 2008-02-27 Fuel cell system and air conditioner using the same
CN2008100834686A CN101266065B (zh) 2007-03-12 2008-03-07 燃料电池系统及使用该燃料电池系统的空调
US12/073,813 US20080223067A1 (en) 2007-03-12 2008-03-10 Fuel cell system and air conditioner using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070024223A KR20080083538A (ko) 2007-03-12 2007-03-12 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080083538A true KR20080083538A (ko) 2008-09-18

Family

ID=39596513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070024223A Ceased KR20080083538A (ko) 2007-03-12 2007-03-12 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20080223067A1 (ko)
EP (1) EP1970987A3 (ko)
KR (1) KR20080083538A (ko)
CN (1) CN101266065B (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102012076B (zh) * 2010-11-09 2013-03-27 广东美的电器股份有限公司 以蓄电池作为辅助能源的空调系统的控制方法
CN103953985A (zh) * 2014-04-16 2014-07-30 沈阳时尚实业有限公司 一种燃料电池的家用空调系统
JP6044620B2 (ja) * 2014-11-13 2016-12-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6495277B1 (en) * 1999-07-27 2002-12-17 Idatech, Llc Fuel cell system controller
US6367272B1 (en) * 1999-12-29 2002-04-09 General Motors Corporation Compressor capacity control system and method
KR100384511B1 (ko) 2001-02-13 2003-05-22 삼성전자주식회사 공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어방법
KR20030078973A (ko) 2002-03-21 2003-10-10 주식회사 엘지이아이 연료전지 시스템
US6889762B2 (en) * 2002-04-29 2005-05-10 Bergstrom, Inc. Vehicle air conditioning and heating system providing engine on and engine off operation
US6821092B1 (en) 2003-07-15 2004-11-23 Copeland Corporation Capacity modulated scroll compressor
US8057929B2 (en) * 2003-10-20 2011-11-15 GM Global Technology Operations LLC Regenerative compressor motor control for a fuel cell power system
DE102004002715A1 (de) * 2004-01-19 2005-09-15 Webasto Ag Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug
JP5002883B2 (ja) * 2004-03-31 2012-08-15 ダイキン工業株式会社 燃料電池発電冷凍システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP1970987A2 (en) 2008-09-17
US20080223067A1 (en) 2008-09-18
CN101266065B (zh) 2011-02-16
EP1970987A3 (en) 2009-06-10
CN101266065A (zh) 2008-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7918655B2 (en) Fixed and variable compressor system capacity control
CN110131845B (zh) 一种空调器及其控制方法、计算机可读存储介质
CA2956120C (en) Fuel cell system
WO2004075329A1 (ja) 燃料電池システム
EP2915209B1 (en) Fuel cell humidification management method&system
JPH11214025A (ja) 燃料電池装置
EP1844236B1 (en) A system and a method for capacity control in a screw compressor
KR20080083538A (ko) 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기
JP2021190175A (ja) 燃料電池システム
JP3561621B2 (ja) 固体高分子形燃料電池装置
CN113594506B (zh) 燃料电池系统的温度控制方法及相关设备
JP6323599B2 (ja) 燃料電池システム
TW562898B (en) Air conditioning unit and method of operating the same
KR101369259B1 (ko) 열 펌프 일체형 연료 전지 시스템
JP2005050638A (ja) 車両用燃料電池システム
EP2789036B1 (en) Fuel cell assembly and method of control
CN113745593B (zh) 燃料电池系统
JP2006286513A (ja) 燃料電池システム
JP2007157375A (ja) 燃料電池システム及びその運転方法並びに移動体
JP5358357B2 (ja) 燃料電池システム
JP2007042375A (ja) 燃料電池システム
US20070287039A1 (en) Fuel Cell System
JP2010015733A (ja) 燃料電池システム、および、圧縮空気供給装置
JP2012133910A (ja) 燃料電池システム
KR100837958B1 (ko) 수소 배기 제어방법 및 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20070312

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20100111

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20070312

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20111024

Patent event code: PE09021S01D

E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20120501

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20111024

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I