KR20070001061A - 가정용 난방 및 동력 발생 시스템 - Google Patents

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히더 알데릿지
프랭크 페르디난디
크리스토퍼 존 스펜슬리
아드리안 로빈 리챠드슨
웨인 케네쓰 알드릿지
데이비드 앤쏘니 클라크
알란 윌리암 맥카시-위퍼
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Abstract

본 발명은 가정용 복합 난방 및 동력(dchp) 유니트의 효율적인 작동 방법이 가능한 가정용 난방 및 동력 시스템 및, dchp 유니트를 가진 가구내에서 가전 제품의 작동을 예정하는 에너지 효율적인 방법들에 관한 것이다. dchp 유니트는 가정에 난방과 온수를 제공하고 또한 가정에서 이용되는 전력을 발전시킨다. 가정용 난방 및 동력 시스템은 서로의 사이에 통신이 가능하도록 연결된 dchp 유니트, dchp 유니트 콘트롤러, 프로그래머 모듈 및, 에너지 예정기를 구비하여 제공되는데, 여기에서 프로그래머 모듈은 데이터 입력을 수신하고 데이터 입력으로부터 난방 및/또는 온수 예정을 발생시키며, dchp 유니트 콘트롤러는 예정에 따라서 dchp 유니트의 작동 시간을 결정하고, 작동 시간들을 에너지 예정기에 제공하여 작동 시간들 동안에 가전 제품을 작동시킨다. 본 발명은 공동 작용하는(cooperating) 가정들의 네트워크에서도 이용될 수 있다.

Description

가정용 난방 및 동력 발생 시스템{Domestic heat and power generation system}
본 발명은 가정용 복합 난방 및 동력(domestic combined heat and power; dchp) 유니트를 작동시키기 위한 효과적인 방법을 가능하게 하는 가정용 난방 및 동력 시스템에 관한 것이며, dchp 유니트를 가지는 가구에서 가정용 제품의 작동에 대한 예정 작용(scheduling)을 수행하는 에너지 효율적인 방법에 관한 것이다.
가정의 환경에서 온수와 중앙 난방을 제공하기 위한 dchp 유니트의 이용이 알려져있다. 예를 들면, 출원인의 국제 특허 출원 제 PCT/GB03/001200 은 스터링 엔진(Stirling engine) 을 포함하는 dchp 유니트를 설명한다. 이러한 유니트들은, 가구의 중앙 난방 및 온수의 필요성을 충족시키는 것에 더하여, 에너지 효율적인 방식으로 전력을 발전시키도록 이용될 수 있으므로 유리하다. 그렇게 발전된 전력은 전력에 대한 수요가 있는 경우에 가구 내에서 이용될 수 있거나, 또는 가구에 공급되는 전기 그리드(electrical grid)로 판매될 수 있다. 따라서 그리드로부터 공급되는 전력의 정미의 양(net amount)이 감소될 수 있다. dchp 유니트의 다른 장점은 전력이 단전되는 경우에 가구내에 전력을 공급하도록 이용될 수 있다는 점이다.
따라서, dchp 유니트들은, 온수 및/또는 중앙 난방을 제공하는 보일러와 같이, 가정에서 채용되는 전통적인 난방 유니트보다 본질적으로 에너지 효율적이다. 즉, 가정에서의 이용과 에너지 공급에서의 계속 증가하는 효율에 대한 경향이 항상 있게 될 것이다. 이것은 소비자들 사이에서 융통성과 편리함에 대한 요구를 수반한다.
본 발명은 향상된 가정용 난방 및 동력 시스템을 제공함으로써 에너지 관리의 문제를 해결하는데, 상기 시스템은 가정 내에서 전력의 예정 작용(scheduling)을 수행하는 향상된 방법이 가능하게 한다.
이러한 배경에 대하여, 그리고 제 1 의 특징으로부터, 본 발명은 dchp 유니트, dchp 유니트 콘트롤러, 프로그래머 모듈 및, 가전 제품과 통신하도록 설치된 에너지 예정기(energy scheduler)를 구비하는 가정용 난방 및 동력 시스템에 관한 것이다. dchp 유니트 콘트롤러, 프로그래머 모듈 및 에너지 예정기는 그들 사이의 통신이 가능하도록 연결된다. 이것은 dchp 유니트가 dchp 유니트 콘트롤러의 명령하에 작동될 수 있게 하여 집을 난방시키기 위한 열을 발생시키고 그리고/또는 집에 온수를 공급하고 집에 공급되는 전력을 발전시킨다. 에너지 예정기는 가전 제품으로부터 동력 요건에 대한 정보를 수신하고 가전 제품이 작동되게 한다. 프로그래머 모듈은 소비자가 입력한 데이터를 수신하고, 그에 대응하는 난방 및/또는 온수에 대한 예정(schedule)을 그로부터 발생시키도록 작동될 수 있다. 다시, dchp 유니트 콘트롤러는 프로그래머 모듈에 의해 제공된 난방 및/또는 온수 예정에 따라서 dchp 유니트의 작동 시간을 결정하고, dchp 유니트 작동 시간을 에너지 예정기에 제공하도록 작동될 수 있다. 에너지 예정기는 다음에 이들 dchp 유니트 작동 시간들을 이용하여 가전 제품의 작동 시간들을 결정하도록 작동될 수 있다.
이러한 방식으로, 가전 제품의 작동은 가전 제품이 dchp 유니트의 작동과 일치되게 작동하도록 최적화될 수 있다. 따라서, dchp 유니트의 작동에 의해 발생된 전력은 가전 제품에 동력을 공급하도록 이용될 수 있다. 명백히, 하나 이상의 가전 제품이 에너지 예정기와 함께 작동될 수 있다. 이것은 그리드에 연결되었을 때 그리드로부터 공급되는 전력을 감소시킬 수 있게 한다.
dchp 유니트 콘트롤러, 프로그래머 모듈 및, 에너지 예정기는 상이한 방법으로 배치될 수 있다. 이들은 상이한 위치들에 놓여있는 분리된 물리적 실체들에 대응할 수 있다. 이와는 달리, 비록 분리된 실체들임에도 불구하고, 2 개 또는 3 개의 dchp 유니트 콘트롤러, 프로그래머 모듈 및, 에너지 예정기가 공통의 위치에 놓여있을 수 있다. 예를 들면, dchp 유니트 콘트롤러와 프로그래머 모듈은 컴퓨터의 회로 기판과 같이 공통의 장치의 상이한 기능 부분들일 수 있다. 회로 기판의 제 1 의 예는 전자 기구에 대응하는 반면에, 컴퓨터의 제 2 예는 소프트웨어 기구에 대응한다. 사실상, dchp 유니트 콘트롤러, 프로그래머 모듈 및, 에너지 예정기 (또는 그것의 그 어떤 조합)는 물리적인 분리가 불가능하도록 될 수 있다: 이들은 단지 공통적인 장치의 순수하게 기능적인 분리에 대응할 수 있거나, 또는 컴퓨터 프로그램 코드의 단일 블록(block)에 대응할 수 있다.
선택적으로는, 가정용 난방 및 동력 시스템이 dchp 에 의해 발전된 전력을 그리드로 공급하도록 적합화된 전기 그리드에 대한 연결을 더 포함한다. 이것은 가전 제품이나 또는 가정용 제품이 소비하는 것보다 많은 전력이 발전될 경우에 전력을 그리드로 송전할 수 있게 한다.
바람직스럽게는, 프로그래머 모듈이 가정용 난방과 동력 시스템에 대한 정보를 표시하도록 작동될 수 있다. 이러한 정보는 가정용 난방과 동력 시스템의 작동에 관한 것일 것 같은데, 예를 들면 난방 또는 온수의 예정, 가전 제품의 작동 예정, dchp 유니트 작동 조건들 및, 서비스 정보와 같은 것이다. 다른 예들은 본 발명의 바람직한 구현예들에 대한 다음의 설명에 제공되어 있다. 일부의 정보가 연속적으로 표시될 수 있는 반면에 (예를 들면, 집의 현재 온도), 대부분의 이용 가능한 정보는 소비자의 요청에 의해 선택적으로 표시된다. 이러한 방식으로, 소비자 또는 서비스 엔지니어는 그들이 보고자 희망하는 정보를 선택할 수 있다. 이것은 메뉴로 구동되는 시각적인 사용자 인터페이스를 가지는 프로그래머 모듈에 의해 용이하게 될 수 있는데, 상기 사용자 인터페이스는 소비자가 프로그래머 모듈에 의해 나타나는 조직적인 메뉴를 통해서 소망되는 정보로 찾아갈 수 있게 한다.
선택적으로, 가정용 난방 및 동력 시스템은 원격의 위치와 통신하도록 작동될 수 있는 통신 수단을 더 구비한다. 원격의 위치들은 서비스 제공자 또는 제품 제공자들일 수 있는데, 예를 들면 dchp 유니트의 연료 공급자 또는 전력 공급자와 같은 것이다. 더욱이, 프로그래머 모듈은 난방 및 동력 시스템에 관한 정보를 통신 수단을 통하여 유지 관리 대리업자에게 보내도록 작동될 수 있다. 비록 이동 네트워크, 라디오 링크 및, 인공 위성 링크들과 같은 다른 링크들이 이용될 수 있을지라도, 통신 수단이 바람직스럽게는 전화 네트워크를 통해서 통신하도록 작동될 수 있는 모뎀을 구비한다.
바람직스럽게는, 가정용 난방 및 동력 시스템이 프로그래머 모듈에 대한 통신이 가능하도록 연결된 제 1 의 써모스태트 유니트(thermostat unit)를 더 구비한다. 편리하게는, 써모스태트 유니트가 온도를 측정하고 그렇게 측정된 온도를 표시하도록 작동될 수 있으며, 조절 수단을 구비하여 소비자가 집의 온도를 설정할 수 있게 한다. 조절 수단은 회전 다이얼이나 또는 그와 유사한 것일 수 있으며, 선택적으로는, 써모스태트 모듈이 소비자에 의해 설정된 집의 온도와 현재 집의 온도를 모두 표시할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 제 2 의 써모스태트 유니트들이 이용될 수 있는데, 이들은 제 1 의 써모스태트 유니트와 통신하는 것이다. 이것은 넓은 집이나 또는 집이 몇 개의 층에 걸쳐 산재된 경우에 부분적으로 유리하다. 바람직스럽게는, 단지 제 1 의 써모스태트 유니트만이 온도를 측정하도록 작동될 수 있고, 모든 써모스태트 유니트들은 그렇게 측정된 온도를 표시하도록 작동될 수 있으며 또한 소비자가 집의 온도를 설정할 수 있도록 조절 수단을 더 구비한다.
본 발명은 공동 작용하는(co-operating) 집들의 네트워크에서 이용될 수도 있다. 따라서, 제 2 의 특징에 따르면, 본 발명은, 허브 콘트롤러, 집들의 네트워크를 연결하는 전력 송전 수단 및, 집들의 네트워크와 허브 콘트롤러 사이의 통신을 가능하게 하는 통신 수단을 구비하는, 집의 네트워크에 이용되는 가정용 난방 및 동력 시스템에 관한 것이다. 가정용 난방 및 동력 시스템은 dchp 유니트가 제공된 적어도 하나의 집, dchp 유니트 콘트롤러 및, 프로그래머 모듈을 더 구비하는데, 여기에서 dchp 유니트 콘트롤러, 프로그래머 모듈 및, 허브 콘트롤러는 그들 사이의 통신을 허용하도록 연결된다. dchp 유니트는 dchp 유니트 콘트롤러의 명령하게 작동될 수 있어서 집을 난방시키는 열을 발생시키고, 그리고/또는 그러한 집에 온수를 제공하며, 그리고 집에서 사용되고 전력 송전 수단을 통해 집의 네트워크로 공급되는 전력을 발생시킨다. 프로그래머 모듈은 소비자에 의해서 입력된 데이터를 수신하고 그리고 그에 대응하는 난방 및/또는 온수의 예정을 데이터로부터 발생시키도록 작동될 수 있다. 다시, dchp 유니트 콘트롤러는 프로그래머 모듈에 의해 제공된 난방 및/또는 온수 예정에 따라서 dchp 유니트의 작동 시간들을 결정하도록 작동될 수 있다. dchp 유니트 콘트롤러는 허브 콘트롤러에 dchp 유니트 작동 시간들을 제공한다.
가정용 난방 및 동력 시스템은 또한 집에 있는 가전 제품과 허브 콘트롤러와 통신하도록 배치된 지역적인 에너지 예정기가 제공된 적어도 하나의 다른 집을 구비한다. 지역적인 에너지 예정기는 가전 제품으로부터 동력 수요에 대한 정보를 수신하고 정보를 허브 콘트롤러에 유통시키도록 작동될 수 있는데, 여기에서 허브 콘트롤러는 dchp 유니트 작동 시간들을 이용하여 가전 제품의 작동 시간들을 결정하도록 작동될 수 있다. 허브 콘트롤러는 가전 제품 작동 시간을 지역적인 에너지 예정기로 유통시키는데, 상기 에너지 예정기는 가전 제품이 예정에 따라서 작동되도록 한다. 따라서, 본 발명의 장점은 커다란 에너지 효율에 대한 잠재성이 있는 집들의 네트워크에 걸쳐서 향유될 수 있다.
제 3 의 특징으로부터, 본 발명은 dchp 유니트, dchp 유니트 콘트롤러 및, 프로그래머 모듈을 구비하는 가정용 난방 및 동력 시스템에 관한 것이다. dchp 유니트는 dchp 유니트 콘트롤러의 명령하에 작동될 수 있어서 가정을 난방시키고, 그리고/또는 집에 온수를 제공하는 열을 발생시키고, 집과 그리고/또는 집이 연결된 전기적인 그리드에 공급하기 위한 전력을 발생시킨다. 프로그래머 모듈은, 시작 시간과 종료 시간들을 가지는 시간 대역(time bands), 그러한 시간 대역 동안에 집을 위한 소망 온도 및/또는, 온수가 시간 대역 동안에 필요하다는 확인에 해당하는 소비자 입력 데이터를 수신하도록 작동될 수 있으며, 프로그래머 모듈은 입력 데이터로부터 해당하는 난방 및/또는 온수 예정을 발생시키도록 작동될 수 있다. 집의 온도가 소망하는 온도에 도달하고 그리고/또는 온수가 각각의 시간 대역의 시작 시간에 이용될 수 있도록, dchp 유니트 콘트롤러는 프로그래머 모듈에 의해 제공된 난방 및/또는 온수 예정에 따라서 dchp 유니트의 작동 시간들을 결정하도록 작동될 수 있다.
이것은 가정용 난방 및 온수 시스템들의 표준적인 작동과 비교되는데, 상기 시스템에서는 소비자가 단지 시간 대역만을 설정할 수 있고, 각각의 시간 대역이 시작 시간과 종료 시간을 가진다. 표준 시스템은 시작 시간에 단지 연소하게 되며 종료 시간에는 꺼지게 된다. 따라서, 온수 및/난방은 소비자에 의해 입력된 시작 시간 이후의 어떤 시간에서만 이용 가능하다. 결과적으로, 소비자는 집이 따뜻해지고 그리고/또는 온수가 특정의 소망 시간에 이용 가능한 것을 보장하도록 필요한 오프셋(offset)이 입력되는 것을 추측해야 한다.
유리하게는, 소비자가 각각의 날을 그 어떤 수의 시간 대역들로 분할하여 관련 온도 및/또는 온수의 요건들을 입력할 수 있다. 이것은 집이 하루종일 가장 낮은 온도에서 유지되는 것을 보장할 것이다. 또한 달성될 수 있는 집의 온도들이 다양해질 수 있게 한다.
dchp 유니트는 종종 주 버너(main burner) 및 보완의 버너(supplementary burner)를 구비할 것이며, 주 버너의 작동은 전력을 발전시키는데, 이러한 경우에 보완의 버너 연소가 최소화되어야 한다는 규칙에 따라서 dchp 유니트 콘트롤러가 바람직스럽게는 dchp 유니트 작동 시간들을 결정한다. 이러한 방식으로, 주 버너의 연소는 최대화되며, 전력의 발전도 그러하다 (가장 최근의 dchp 유니트는 보완의 버너 연소에서 전력을 발전시키지 않는다). 선택적으로는, 상승된 소망 온도로 설정되었던 시간 대역의 시작 시간 이전에만 주 버너가 연소되는 기간이 있도록 dchp 유니트 콘트롤러는 dchp 유니트 작동 시간들을 결정하도록 작동될 수 있다. 소망되는 온도에 도달하는 것이 오래 걸릴지라도, 발전된 전력량은 이런 방식으로 최대화된다.
집의 온도가 시간 대역의 시작 시간에 소망되는 온도로 도달될 것을 보장하기 위하여, dchp 유니트 콘트롤러가 바람직스럽게는, 집의 온도를 표시하는 정보를 수신하고 집이 소망되는 온도에 시간 대역의 시작에 맞춰 제 시간에 도달될 것인지 여부를 예측하도록 작동될 수 있으며, 또한 상기 예측이 부정적인 경우에는 보완의 버너가 연소하여 집이 시간 대역의 시작에 맞춰 제시간에 소망되는 온도에 도달하는 것을 보장하도록 작동될 수 있다.
최적의 예비 가열 주기가 이용되어 시작 시간에 소망되는 온도에 도달하는 것을 보장하는 다양한 방법이 채용될 수 있다. 편리하게는, dchp 유니트 콘트롤러가 이전의 여러 날들에서 시간 대역의 소망 온도에 도달하는데 걸린 시간을 기록하도록 작동될 수 있고, 그리고 이러한 시간들을 이용하여 주 버너만이 연소되어야 하는 주기의 길이를 결정하도록 작동될 수 있다. 더욱이, 시간 대역의 시작에 앞서 집이 소망되는 온도에 도달하는 것을 보장하도록 보완의 버너가 연소된다면, 주 버너만이 연소되는 차후 주기의 길이를 자동적으로 늘이도록 dchp 유니트 콘트롤러가 선택적으로 작동될 수 있다.
선택적으로는, 난방 및 온수가 시간 대역의 시작에 앞서 필요할 때, dchp 유니트가 난방을 제공하도록 작동하는 제 2 의 주기 직전에, dchp 유니트가 제 1 의 주기 동안 온수를 제공하도록 작동하여야 한다는 규칙에 따라서, dchp 유니트 콘트롤러는 dchp 유니트 작동 시간들을 결정한다. 바람직스럽게는, 주 버너가 주기들 사이에서 연소 상태로 유지되도록 dchp 유니트 작동 시간을 결정하게끔 작동될 수 있다. 이러한 방식으로, 주 버너는 상기 양쪽의 주기에 걸쳐서 효율성의 장점을 유지할 수 있다.
선택적으로, 난방 및/또는 온수는 시간 대역 동안에 dchp 유니트 콘트롤러의 명령하에 유지되며, 그에 의해서 연소와 공전 사이에서 주 버너를 전환시키는 것보다 우선하여 보완의 버너를 연소와 공전 사이에서 전환시켜야 한다는 규정에 따라서 dchp 콘트롤러가 dchp 유니트의 작동을 결정하도록 작동될 수 있다. 이것은 주 버너가 우선적으로 연소될 수 있게 하고, 그에 의해서 전력의 발전을 최대화시킨다.
유리하게는, dchp 콘트롤러가 집의 온도 변화 비율의 측정을 이용하여 보완의 버너 및/또는 주 버너의 연소 비율을 제어하도록 작동될 수 있다. 선택적으로, 가정용 난방 및 동력 시스템은 집 온도의 변화 비율 측정을 dchp 유니트 콘트롤러에 공급하도록 작동될 수 있는 써미스터(thermistor)에 기초한 온도계를 더 구비한다.
바람직스럽게는, 주 버너 헤드의 온도가 모니터되며, 선택적으로는 dchp 유니트 콘트롤러는 실질적으로 550℃ 의 주 버너 헤드 온도를 유지하도록 dchp 유니트를 제어하게끔 작동될 수 있다. dchp 유니트 콘트롤러는 주 버너를 통하여 가연성 연료의 흐름을 변화시킴으로써 주 버너의 헤드 온도를 유지하도록 작동될 수 있다. 현재의 바람직한 구현예에서, 상부 한계 온도보다 높은 주 버너 헤드 온도가 측정된다면, dchp 유니트 콘트롤러는 주 버너가 공전 상태로 전환되도록 설치될 수 있다. 더욱이, dchp 유니트 콘트롤러는 하부 한계 온도보다 높지만 상부 한계 온도보다 낮은 주 버너 헤드 온도가 측정되었을 때, 엔진 버너를 공전 상태로 설정하지 않으면서 주 버너 헤드의 온도를 낮추도록 설치될 수 있다.
유리하게는, 시작 시간과 종료 시간을 가지는 시간 대역의 적어도 2 개의 세트들, 시간 대역 동안에 집의 소망 온도 및/또는, 온수가 시간 대역 동안에 필요하다는 확인에 대응하는 소비자 입력의 데이터를 수신하도록 프로그래머 모듈이 작동될 수 있는데, 각각의 시간 대역은 24 시간의 주기에 걸쳐 있고 소비자는 한 주간에 걸친 각각의 날에 대하여 어떤 세트가 이용되어야 하는지를 지시하며, 여기에서 dchp 유니트 콘트롤러는 각각의 날에 적절한 세트를 이행한다.
다른 특징에 따르면, 본 발명은 dchp 유니트, dchp 유니트 콘트롤러, 가전 제품 및, 에너지 예정기를 구비하는 가정의 에너지 예정을 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은: 온수 및/또는 난방 요건을 소비자가 선택하는 단계; dchp 유니트 콘트롤러가 선택된 요건들로부터 온수 및/또는 난방 예정을 발생시키도록 dchp 유니트의 작동을 예정하는 단계; 및, 에너지 예정기가 dchp 유니트의 작동과 일치하도록 가전 제품의 작동을 예정하는 단계;를 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 dchp 유니트, dchp 유니트 콘트롤러, 가전 제품 및, 에너지 예정기를 구비하는, 가정에 난방 및/또는 온수를 제공하는 방법에 관한 것인데, 상기 방법은: 시작 시간 및 종료 시간을 가지는 시간 대역, 시간 대역 동안의 집의 소망 온도 및/또는 시간 대역 동안에 온수가 필요하다는 확인을 소비자가 선택하는 단계; 및, 집의 온도가 선택된 온도에 도달하도록 그리고/또는 온수가 각각의 시간 대역의 시작 시간에 이용 가능하도록 선택된 난방 및/또는 온수 요건들에 따라서, dchp 유니트 콘트롤러가 온수 및/또는 난방 예정을 발생시키도록 dchp 유니트의 작동을 예정하는 단계;를 포함한다.
본 발명이 보다 용이하게 이해될 수 있도록 하기 위하여, 이제 첨부된 도면을 단지 하나의 예로서 참조하기로 한다.
도 1 은 가정용 에너지 예정 시스템에 대한 블록 다이아그램이다.
도 2 는 dchp 유니트를 단순화하여 나타낸 것이다.
도 3 은 "작업" 일(work day)에 해당하는 24 시간 주기에 대한 가열 예정을 도시한다.
도 4 는 "가정"일(home day)에 해당하는 24 시간 주기에 대한 가열 예정을 도시한다.
도 5 는 엔진 버너와 보완의 버너가 중앙 가열 설정 지점(chsp) 근처의 온도에서 어떻게 작동하는지를 나타내는 표이다.
도 6 은 팬의 속도와 믹서의 밸브 각도에 대한 버너 출력에 관한 맵(map)을 도시한다.
도 7 은 도 1 의 dchp 유니트의 시동 시퀀스(start-up sequence)의 상대적인 타이밍을 도시한다.
도 8 은 도 7 의 시동 시퀀스 동안에 집 온도를 그래프로 나타낸 것이다.
가정용 에너지 예정용 시스템(10)이 도 1 에 도시되어 있는데, 이것은 dchp 유니트(12), dchp 콘트롤러(14), 프로그래머 모듈(16), 써모스태트 유니트(18), 에너지 예정기(20), 가전 장치(22) 및, 모뎀(24)을 구비한다. dchp 유니트(12)는 열과 온수를 가정에 공급하기 위한 연소기와 전기를 발전시키기 위한 스터링 엔진(Stirling engine)을 구비한다. dchp 콘트롤러(14)는 dchp 유니트(12)에 대한 직접적인 제어를 실행하며 dchp 유니트(12)의 작동에 대한 정보를 전달하는 반면에, 에너지 예정기(20)는 가전 장치(22)에 대하여 유사한 기능을 수행한다. 상세하게는, 에너지 예정기(20)는 연결된 가전 장치(22)로부터의 전력 수요에 대한 정보를 전달하고 dchp 유니트(12)로부터의 전력 발생의 예정에 응답하여 연결된 가전 장치(22)를 작동시킨다. 프로그래머 모듈(16)은 dchp 콘트롤러(14)와 에너지 예정기(20)에 모두 연결되어 있으며 에너지 예정 시스템(10)에 대한 정보를 표시하고 소비자로부터 프로그래밍 입력을 받아들임으로써 중앙 인터페이스로서 작용한다. 더욱이, 써모스태트 모듈(18)을 이용하여 소비자가 온도를 설정할 수 있다.
dchp 콘트롤러(14)는 dchp 유니트(12) 안에 위치되며 프로그래머 모듈(16)과 통신한다. 프로그래머 모듈(16)은 소비자에 의해서 설정된 작동 예정을 전달하는데, 이러한 작동 예정은 다수의 시간 대역과, 이러한 시간 대역 동안에 가정이 난방되어야 하는 온도와, 온수가 이용 가능해야 하는 시기인 시간 대역에 대응하는 것이다. dchp 콘트롤러(14)는 이들 작동 예정에 맞추도록 dchp 유니트(12)에 대한 작동 계획을 결정한다. 이와는 달리, 프로그래머 모듈(16)은 dchp 유니트(12)에 대한 작동 예정을 결정할 수 있다. 이러한 경우에, dchp 콘트롤러(14)는 프로그래머 모듈에 의해 제공된 신호를 dchp 유니트(12)에 명령하기에 적절한 신호로 전환시키는 수단(즉, 실질적으로 통신 매니저)에 해당할 수 있다.
에너지 예정기(20)는 세탁기, 텀블(tumble) 건조기 및, 식기 세척기와 같은 선택된 가전 제품(22)에 연결된다. 또한 이것은 모뎀(24)에 연결되어 서비스 제공자와 통신을 가능하게 한다. 서비스 제공자는 연소 개스 공급의 비용 및, 그리드(grid)로부터 들어오고 그리드로 나가는 전력의 비용 및, 가격과 같은 정보를 제공할 수 있다. 연결된 가전 제품(22)으로부터의 전력 수요와 dchp 유니트(12)로부터의 예상 전력 공급에 관해서 저장된 정보에 더하여 모뎀(24)을 통하여 수신된 정 보를 이용하여, 에너지 예정기(20)는 연결된 가전 제품(22)의 작동이 예정될 수 있다.
가전 에너지 예정 시스템(10)의 각각의 요소들이 이제 보다 상세하게 설명될 것이다.
dchp 유니트
가정을 난방시키고 또한 가정에 온수를 공급할 수 있는 dchp 유니트(12)가 도 2 에 도시되어 있다. 또한, dchp 유니트(12)는 가정에서 소비되거나 또는 가정에 공급된 전기 그리드(grid)로 제공될 수 있는 전력을 발전시키도록 이용될 수 있다.
dchp 유니트(12)는 스터링 엔진(26)에 기초한다. 엔진(26)이 바람직스럽게는 선형의 자유 피스톤 스터링 엔진으로서, 그것의 작동에 관해서는 당해 기술 분야에 공지되어 있다. dchp 유니트(12)에서 이용되기 위하여, 엔진의 전기 출력은 최대 16 Amps 의 단일 위상 출력이어야 한다.
스터링 엔진(26)은 엔진 버너(28)로부터의 열 출력에 의해 구동된다. 이러한 버너(28)는 밸브(34)의 제어하에 공기 공급(32)과 혼합된 가연성 개스 공급(30)에 의해 연료를 공급받는다. 혼합된 흐름은 팬(36)에 의해 엔진 버너(28)로 공급된다. 이것은 스터링 엔진(26)을 구동하여 선형 교류 발전기로부터 전기 출력(38)을 발생시킨다. 열은 스터링 엔진으로부터 냉각기(40)에서 추출되는데, 냉각기는 실질적으로 열 교환기로서, 열교환기를 통하여 물이 펌프(42)에 의해 선(44)을 따라서 펌프 된다. 냉각기(40)를 통과하는 물은 다음에 엔진 버너(28)로부터의 연소 개스에 의해 열 교환기(46)에서 더욱 가열되는데, 상기 엔진 버너의 연소 개스는 스터링 엔진(26)의 헤드를 가열하였던 것이다.
물을 더욱 가열하기 위하여, 그리고 스터링 엔진(26)이 작동되지 않을 때 자립도(degree of independence)를 제공하기 위하여, 보완의 버너(48)는 열 교환기(46)에서 물을 가열하도록 제공된다. 보완의 버너(48)는 밸브(52)의 제어하에 공기 공급(50)과 혼합된 가연성 개스 공급(30)에 의해 연료를 받는다. 혼합된 흐름은 팬(36)에 의하여 보완의 버너(48)로 공급된다. 팬(36)은 전환 밸브(diverter valve, 53)를 통하여 혼합 밸브(34,52)로 공기를 공급하는데, 이것은 각각의 혼합기로 정확한 공기 유동을 보장한다. 대안의 설계에서는, 별도의 팬들이 이용되어 공기를 2 개의 개스/공기 믹서 밸브(34,52)로 공급하였다. 이것은 전환 밸브에 대한 필요성을 제거하지만, 단일 팬 설계에 비하여 현저한 무게, 비용 및, 효율의 불이익을 가진다. 이해되는 바와 같이, 보완의 버너의 작동은 그것이 스터링 엔진(26)을 구동하지 않기 때문에 전기를 발전시키지 않는다.
열교환기(46)에서 열을 방출하였던 보완의 버너(48)와 엔진 버너(28)로부터의 배기 개스는 도관(flue,54)을 따라서 배출된다. 이러한 방식으로, 스터링 엔진(26)은 전기 출력(38)과 열 출력(56)을 발생시키는데, 상기 후자는 예를 들면 가정용 온수의 필요성을 제공하거나, 중앙 난방 시스템을 공급하거나, 또는 이들 모두를 복합된 장치로("콤비" 보일러(combi boiler))써 이용될 수 있다.
dchp 유니트(12)는 최대 4 kW 의 전력(정미(net))을 제공하도록 설계되어, 직접적으로 가정용 네트워크로 공급되며, 따라서 그리드(grid)로부터의 공급과 조합된다.
dchp 콘트롤러
dchp 콘트롤러(14)는 dchp 유니트(12) 안에 하우징되며 관련된 디스플레이는 dchp 유니트(12)의 현재 작동에 대한 정보를 표시하도록 dchp 유니트(12)상에 제공되며, 이러한 정보는 또한 프로그래머 모듈(16)에서 관찰하도록 이용될 수 있다. dchp 콘트롤러(14)는 직접적인 데이터 입력을 위한 수단을 가지지 않는다. 대신에, 이것은 프로그래머 모듈(16)로부터의 정보를 수신한다.
상기 구현예에서 dchp 콘트롤러(14)의 목적은 모든 필요한 안전 기능을 수행하는 동안에 작동 비용을 최소화하기 위하여 dchp 유니트(12)의 작동을 자동화하는 것이다. dchp 콘트롤러(14)는 프로그래머 모듈(14)로부터 각각의 24 시간 주기 동안에 필요한 온도 예정에 관한 정보를 수신한다. dchp 콘트롤러(14)는 이러한 예정들을 24 시간 주기에 대한 작동 계획으로 변환시키는데, 이것은 dchp 유니트(12)의 엔진 버너(28)와 보완의 버너(48)가 가능한 한 경제적으로 작동할 수 있게 한다.
dchp 유니트(12)는 중앙 난방 또는 온수에 대한 수요가 있을 때만 작동할 것이다. 작동될 때, 엔진(26)은 전력을 발생시켜서 그것을 가정의 회로로 공급하여 전기 그리드로부터의 공급과 조합시킨다. dchp 콘트롤러(14)는 그것이 고안했던 작동 계획에 따라서 다음의 24 시간들에 대한 전력 발생 예정을 프로그래머 모듈(16)을 통하여 에너지 예정기(20)에 알려준다.
dchp 콘트롤러(14)는 엔진 버너(28)와 보완의 버너(48)를 시동시키고 정지시키며 밸브(34,52)들과 팬(36)을 이용하여 열의 수요에 비례하여 그것들의 작동을 조절한다. 열 수요에 대한 응답은 엔진 버너(28)와 보완의 버너(48)를 통한 질량 유동의 비율을 조절함으로써 개스 질량 유동의 제어를 통하여 영향을 받는다. 이러한 비율은 제 1 의 물의 회로에 있는 열적 관성과 회로내의 전달 지연을 고려한 적합화 알고리듬(adaptive algorithm)에 의해 결정되어, 열의 수요와 대응하는 질량 유동을 계산할 수 있게 한다. 이들 질량 유동들은 도 6 에 도시된 것과 같이, 지역적으로 저장된 맵(map)에 따라서 대응하는 팬의 속도와 믹서 밸브 각도로 전환된다. 이러한 작동 방법에 대한 보다 상세한 내용은 함께 출원중인 특허 출원 제 GB0305566.2.에서 찾을 수 있다. 열 수요의 크기에 따라서, 한쪽 또는 양쪽 버너(28,48)들이 작동된다.
dchp 콘트롤러(14)는 또한 그리드에 대한 교류 발전기의 연결과 연결 해제를 관리한다. dchp 유니트(12)는 목표 엔진 헤드 온도에 도달되었을 때 그리드에 연결되고, 엔진 헤드 온도가 하부 한계 아래로 강하할 때나, 또는 엔진에 의해 발생된 전력이 하부 한계 아래로 강하할 때 연결 해제된다. 또한 주 공급이 주파수와 전압에 대하여 설정된 외부 한계를 넘어간다면 연결 해제가 발생한다.
프로그래머 모듈
프로그래머 모듈(16)은 소비자에 대한 제 1 의 인터페이스를 나타내며, 상기 구현예에 따라서, 비록 서로 근접하게 위치될 수 있을지라도 (예를 들면, 주방이나 또는 설비실(utility room)에 위치됨) 프로그래머 모듈은 dchp 유니트(12)로부터 물리적으로 분리된다. 다른 배치들이 이후에 설명되는 바와 같이 가능하다.
프로그래머 모듈(16)은 정보와 명령을 소비자에게 표시하기 위한 디스플레이를 구비하며, 소비자가 정보를 입력할 수 있는 버튼과 다이얼을 구비한다. 버튼과 다이얼의 기능성은 융통성이 있으며 디스플레이 위에 표시된 정보와 관련하여 작동된다. 소비자는 프로그래머 모듈(16)을 이용하여 예정 정보(scheduling information)를 입력한다. 예를 들면, 프로그래머 모듈(16)을 통하여 변경될 수 있는 기능들은 난방을 켜고 끄는 것, 상이한 난방 예정을 선택하는 것 (예를 들면, 소비자가 집에 있을 것이라면 하루 동안 "집"으로, 그리고 소비자가 일을 하러 갈 것이라면 하루 동안 "일"로, 또는 "절약"과 "급속" 모드 사이), 날자와 시간을 설정하는 것, 그리고 통계적인 정보를 관찰하는 것을 포함한다. 이러한 통계적인 정보는: 그 날까지 생산된 전력; 전류 수요의 백분율이나 또는 부분으로서, 또는 절대적인 것으로 현재 발전되고 있는 전력; 값을 제로로 하는 재설정(reset) 기능(자동차의 마일 주행 거리계의 이동 거리와 유사함); 전체 에너지 양을 재도록 마지막 재설정의 날자; 및, 보증 기간과 서비스 예정에 비교할 수 있도록 설치 날자 및/또는 작동 시간;을 포함할 수 있다.
더욱이, 프로그래머 모듈(16)은 dchp 콘트롤러(14), 에너지 예정기(20) 및, 써모스태트 유니트(18)와 정보를 교환하기 위한 허브(hub)로서 작용한다. 현재 고려되고 있는 일부의 구현예들에서, 에너지 예정기(20)는 에너지 예정 시스템(10)에 구비되어 있지 않은데, 이러한 경우에 프로그래머 모듈(16)은 모뎀(24)과 직접적으 로 연결되어서, 진단 데이터가 서비스 제공자 또는 유지 관리 센터에 전송될 수 있게 한다.
프로그래머 모듈(16)은 에너지 예정 시스템(10)이 부정확하게 기능할 때 오류와 경고를 표시할 수 있다. 일부 오류는 소비자가 dchp 유니트(12) 또는 에너지 예정 시스템(10)의 재설정 수행을 필요로 할 수 있으며, 이는 프로그래머 모듈(16)을 이용하여 수행된다.
써모스태트 유니트
비록 온도가 프로그래머 모듈(16)에서 설정될 수 있을지라도, 하나 또는 그 이상의 써모스태트 유니트(18)들이 제공되어 집 주위의 다른 위치들에서 온도 설정을 가능하게 한다. 써모스태트 유니트(18)는 디스플레이 다이얼과 회전 다이얼을 구비한다: 소비자는 소망되는 온도가 표시될 때까지 다이얼을 회전시킴으로써 집이 설정 온도까지 따뜻해져야하는 온도를 설정할 수 있다. 제공된 써모스태트 유니트(18)들의 수는 일반적으로 집의 크기에 달려있다; 부가적인 써모스태트 유니트(18)들이 편의성을 위해 제공되어 온도 설정을 조절하기 위하여 집 근처에서 너무 멀리 이동할 필요성을 회피한다. 이러한 점은 특히 집이 몇 개의 층에 걸쳐 연장되어 있거나 또는 프로그래머 모듈(16)이 집에서 가끔 사용되는 부분(예를 들면, 설비실)에 위치는 경우에 유리할 수 있는데, 이러한 경우에 써모스태트 유니트(18)들은 거실이나 침실과 같이 빈번하게 이용되는 방이나, 또는 복도나 층계참과 같이 주 통로에 위치될 수 있다.
다수의 써모스태트 유니트(18)들이 설치되는 경우에, 하나의 유니트는 마스터(18a)로 작용하고 다른 유니트들은 보조(18b)로서 작용할 것이다. 모든 써모스태트 유니트(18)가 온도를 설정하도록 이용될 수 있지만, 마스터 유니트(18a)만이 온도 읽기를 제공한다. 마스터 유니트(18a)가 프로그래머 모듈(16)에 연결되고 보조 유니트(18b)가 마스터 유니트(18a)에 연결되도록 써모스태트 유니트(18)들은 체계적으로 네트워크를 이룬다. 더욱이, 써모스태트 유니트(18)는 그들의 디스플레이상에 시스템 오류 메시지를 나타낼 수 있어서, 그 어떤 잘못이라도 가능한 한 빨리 소비자가 볼 수 있게 하는 것을 보장한다.
에너지 예정기
에너지 예정기(energy scheduler,20)는 집에서 프로그래머 모듈(16)과, 에너지 예정 시스템(10)을 통하여 작동되어야 하는 다른 가전 제품(22) 사이의 연결을 제공한다. 단순화를 위해서, 에너지 예정기(20)는 소비자가 직접적인 인터페이스는 없지만, 대신에 소비자가 단일의 인터페이스만을 가지도록 프로그래머 모듈(16)을 통해 통신된다. 따라서, 프로그래머 모듈(16)은 전체적인 가정의 에너지 상태 및 소비 예측을 나타낼 수 있다.
그 어떤 순간에서의 이용 가능한 전력과 (dchp 유니트(12)의 작동 계획으로부터 이어지는) 다음의 24 시간 동안의 예상되는 이용 가능 전력에 대한 정보는 에너지 예정기(2)로 전달된다. 에너지 예정기(20)는 다음에 이러한 전력을 이용하는 가장 경제적인 방법을 결정할 수 있으며, 필요한 경우에, 그것의 메모리에 저장된 국부적인 예정 알고리듬에 따라서 그리드로부터 부가적인 전력을 수입하는 가장 경제적인 방법을 결정할 수 있다.
진단 데이터는 dchp 콘트롤러(14)로부터 에너지 예정기(20)로 프로그래머 모듈(16)을 통하여 송신된다. 이러한 데이터는 에너지 예정기(20)가 연결되어 있는 모뎀(24)을 통하여 서비스 제공자에게 정규적인 업데이트(update)의 일부로서 송신된다. 다시, 같은 서비스 제공자, 또는 하나 또는 그 이상의 다른 서비스 제공자들은 (전력의 수입/지출 및 개스 공급에 대한) 최근의 세율 정보를 에너지 예정 알고리듬에 이용하기 위하여 에너지 예정기(20)로 송신한다. 온라인 세율 정보를 이용할 수 없는 경우에, 소비자가 주기적으로 업데이트시킬 수 있는, 저장된 세율 데이터가 대신 이용된다. 따라서 서비스 제공자 연결(또는 모뎀)이 이용 불가능할 때조차도 에너지 예정 시스템(10)의 장점을 이용할 수 있다.
가전 제품
원칙적으로, 그 어떤 유형의 가전 제품(22)이라도 에너지 예정기(20)에 연결될 수 있다. 그러나, 가전 제품(22)들 모두가 에너지 예정에 적절한 것은 아니며, 이는 가전 제품들이 주문 서비스를 제공하기 때문이다 (예를 들면, 텔레비전). 세탁기, 텀블 건조기 및, 식기 세척기들과 같은 가전 제품(22)들은 그것들의 작동의 타이밍과 관련하여 일부 융통성을 가지고 작동될 수 있으며, 따라서 에너지 예정기(20)에 대한 연결에 탁월하게 적절하다.
모뎀
전화선, 라디오 연결, 광역 네트워크 또는 그와 유사한 데이터 연결을 통하여 서비스 제공자, 유지 관리 센터, 또는 다른 유사한 위치에 위치하고 있는 원격의 컴퓨터 서버와 에너지 예정기가 통신할 수 있게 하는 표준 모뎀(24)이 이용된다.
소비자 프로그래밍
영국의 대부분의 중앙 난방/온수 콘트롤러들은 소비자들이 설정한 시간 대역에 따라서 2 개의 "온(on)" 주기에 대응하도록 작동될 수 있는데, 이러한 시간 동안에 집은 써모스태트(thermostat)를 이용하여 설정된 온도로 난방된다. 집의 난방은 각각의 "온" 주기의 시작에서만 개시될 것이어서, 집이 설정 온도에 도달하기 전에는 지연이 있다. 이러한 작동 방법은 특히 불편한 것인데, 이는 대부분의 소비자들이 설정 시간에 설정 온도에 도달될 것을 요구하기 때문이며, 예를 들면, 아침에 기상했을 때나 또는 직장에서 집으로 돌아왔을 때 설정 온도에 도달될 것을 요구하기 때문이며, 그리고 "온(on)" 주기들 사이의 온도에서는 아무런 제어도 없기 때문이다. 더욱이, 이러한 방법은 외부 조건을 고려하지 않는데, 상기 외부 조건은 난방 시간과 도달된 온도에 현저한 영향을 미친다.
이러한 구현예는 대안의 작동 방법을 채용하는데, 여기에서 소비자는 날(day)을 그 어떤 수의 시간 대역(58)으로 분할하고 각각의 대역(58)에 대한 집의 온도(60)를 선택한다. 따라서, 집의 온도는 항상 제어된다. 도 3 및, 도 4 에는 일 예가 도시되어 있다. 도 3 은 "일"의 날에 해당하며, 여기에서는 소비자가 24 시간의 기간중에 특정의 제한된 기간 동안에만 집에 있게 될 것이다. 집이 비어있고 그리고 밤중에는 낮은 온도(15℃)가 설정되고, 점심 시간과 초저녁에는 중간 온도(20℃)가 설정되며, 아침과 늦은 저녁에는 상승된 온도(23℃)가 설정된다. 도 4 는 "집"의 날에 해당하는데 여기에서 집은 하루 종일 중간 온도(20℃)로 유지되는 경우이다.
더욱이, 소비자에 의해 설정된 대역(58)의 시작 시간은 그 시간까지 대역의 온도(60)가 도달되어야 하는 시간으로서 실행된다. 따라서, 가열 시스템은 시작 시간에 앞서서 작업을 시작하게 되어 선택된 높은 온도가 시작 시간까지 도달되는 것을 보장하거나, 또는 시작 시간에 앞서 꺼지게 되어 집이 낮은 선택 온도로 냉각되게 할 수 있다. 이것은 도 3 및, 도 4 의 선(62)으로 표시되어서 집의 온도를 표시한다.
선택된 시간에 선택 온도에 맞추기 위하여 난방이 시작되거나 또는 종료되는 시간은 실내 공기 온도, 외부 공기 온도, dchp 유니트(12)의 가열 동력, 집의 크기 및, 집의 단열 품질에 대하여 계산된다. 이러한 정보는 이후에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 선택된 높은 온도로 집을 난방시키는 가장 경제적인 방법을 결정하도록 dchp 콘트롤러(14)에 의해 이용된다.
위에서 설명된 "일" 그리고 "집" 프로그램에 더하여, 그 어떤 수의 다른 프로그램들도 소비자에게 최대한의 편의를 제공하도록 설정될 수 있다. 예를 들면, "휴일" 프로그램은 집을 낮은 온도로 유지하게끔 이용될 수 있다. 따라서, 소비자가 휴가를 가려고 집을 떠날 때 소비자는 집의 식물과 다른 예민한 물건들을 위해서 집을 일시적으로 최소의 소망 온도에 유지시키는 예정으로써 신속하고 편리하게 변환시킬 수 있다. 이것은 또한 그 어떤 서리 방지일 수 있는데, 예를 들면 물의 동결을 방지하도록 dchp 유니트(12) 안의 물의 온도가 쓰레숄드 레벨(예를 들면, 약 5℃) 아래로 떨어질 때 보완의 버너를 연소시키는 것과 같은 것이다. dchp 유니트(12) 안에 위치된 온도 센서는 dchp 유니트(12)가 가열 시스템에서 가장 차가운 지점에 있다는 가정하에 이용된다. 이것은 종종 dchp 유니트(12)가 공통적으로 차고 또는 설비실에 위치하는 것과 같은 경우이다. 그러나, 이러한 가정이 진실이 아닌 경우에는 온도 센서가 원격지에 위치될 수 있다 (예를 들면, 다락에 위치될 수 있다).
서비스
소비자를 위한 인터페이스를 제공하는 것에 더하여, 프로그램 모듈(16)은 (시스템의 유지 관리 기간 동안 또는 시스템의 설치 기간 동안) 집을 방문하는 서비스 엔지니어를 위한 인터페이스를 제공한다. 이러한 방식으로, 종래의 난방 장치에 대하여 이용되었던 것보다 훨씬 상세한 정보가 서비스 엔지니어에게 제시될 수 있으며, 그것은 다음과 같은 것들이다:
* 설치하는 동안, 그리고 업데이트를 위한 시스템 정보
- 프로그램/집적 회로 버전
- 오류 이력, 예를 들면 마지막 10 회의 오류 코드의 로그(log)
- 국가 언어(영어, 프랑스어, 독일어 등) 설정을 위한 지리적 위치, 온도 포맷(℃,℉) 및, 날자 포맷(31/12/03, 12/31/03)
* 온도의 표시
- 실내/실외 공기 온도
- 써모스태트 온도
- 유동/복귀 온도
- 균형/엔진 헤드 온도
* 다음의 조절을 가능하게 하는 dchp 유니트(12)의 구성
- 엔진(26)을 켜고/끄기
- 예비 난방(pre-heating)을 켜고/끄기
- 보완의 예비 시작(pre-start) 시간 조절의 재설정
- 보완의 예비 시작 시간 조절
주기화 방지 전략(Anti-cycling Strategies)
dchp 유니트(12)가 완전히 가열되었을 때, 엔진 버너(28)의 연소 비율을 최소로 유지하는 것을 보장하면서 집 안의 온도를 안정되게 유지하도록 작동되어야 한다. 이것은 보완의 버너(48)가 연소하는 때를 조절함으로써 달성된다. 이러한 조절은 그 어떤 요구되는 열의 수요에 대해서도 열 교환기(46) 안의 온도를 가능한 한 낮게 유지하는 효과를 가지며, 그에 의해서 응축 효율을 최대화시킨다. 이것은 dchp 유니트 회로의 마지막 단계에서 낮은 물 온도에 기인하여 난방의 평균 효율을 증가시키며, 따라서 경제적으로 유리하다.
엔진(26)의 켜고/끄는 주기를 최소화시키기 위하여 정상 작동 동안에 다른 전략이 이용될 수 있다. 이들은 시스템 부하에서의 변동 효과를 완화시키는 것을 목적으로 하는데, 그러한 변동은 어떤 때는 엔진 버너 출력 보다 낮은 수요를 초래하고 다른 때는 엔진 버너 출력 보다 큰 수요를 초래하는 것이다. 선제적인 작용이 취해지지 않는다면, 이것은 한쪽 또는 양쪽 버너(28,48)들의 비효율적인 주기화에 이르게 될 것이다. 버너(28,48)들의 빈번한 주기화는 비효율적인 것에 더하여 그것의 수명을 현저하게 감소시킬 것이다.
엔진 버너(28)와 보완의 버너(48)가 어떻게 이용되는지에 대응하는 영역들을 한정하도록 보호 대역이 유동 온도 설정 지점의 근처에 설정되었다. 이들은 도 5 에 도시되어 있다.
열 수요 신호가 나타날 때, 엔진(26)은 시동된다. 엔진 헤드 온도가 500℃를 나타낼 때, 타이머가 시동된다. 만약 8 분 후에 유동 온도가 chsp-δeng_neg 미만이라면, (본 구현예에서 chsp 는 중심의 난방 설정 지점 온도이고 δeng_neg 가 5℃ 가 되도록 설정된 경우에) 보완의 버너(48)가 연소될 것이다. 유동 온도가 chsp-δeng_neg 아래로 다시 강하할 때, 타이머들이 재시동되고 보완의 버너(48)는 위에서 설명되고 도 5에서 도시된 바와 같이 제어된다. 도 5 에 있어서, δsup_pos 는 이러한 구현예에서 5℃ 가 되도록 설정되고 δeng_pos 는 10℃ 가 되도록 설정된다.
따라서 보완의 버너(48)의 제어는 k-유형 써모커플(thermocouple)에 의해서 측정되는 바와 같이 엔진 헤드의 온도에 기초한다. 안전상의 이유로, 최대의 히터 헤드 온도(도 5에서 "최대 온도"로 표시됨)는 600℃ 가 되도록 정해진다: 이러한 온도가 초과되면, 엔진 버너(28)는 정지되며 엔진(26)은 교류 발전기를 멈추게 함으로써 정지된다. 엔진 버너(28)의 작동은 또한 정점 온도(peak temperature)와 철의 온도(iron temperature)에 대하여 조절된다. 정점 온도는 설비 냉각 회로에서 가장 높은 온도이며 85℃를 초과하지 않아야 한다. 철의 온도는 교류 발전기내 자석의 온도이며 자석의 강도 및/또는 자석의 수명 손실을 회피하기 위하여 상한선을 초과하지 않아야 한다.
시스템의 예열
이전에 설명된 바와 같이, 가정 에너지 예정 시스템(10)은, dchp 유니트(12)가 작동되어 집이 설정 시간까지 설정 온도에 도달하는 것을 보장하도록 소비자에 의해 프로그램된다. 종종 소비자는 이러한 집의 난방이 필요한 것과 동시에 온수가 이용될 수 있기를 요구할 것이다. 정확히 어떻게 dchp 유니트(12)가 작동되어 집을 난방시키고 온수를 공급할 것인가는 dchp 콘트롤러(14)에 의해 결정된다.
밝혀진 바에 따르면, 온수와 중앙 난방 설정 온도를 가능한 한 빠른 시간 안에 시도해서 전달하기 보다는, 엔진 버너(28)와 보완의 버너(48) 양쪽을 모두 연소시키는 68 에서의 짧은 기간에 앞서서, dchp 유니트(12)가 최초의 예비 가열 주기(64,66)를 가지는 것이 전체적으로 효율적이었다.
(대부분의 현대적인 집들의 경우에서와 같이) 집의 조직으로부터의 손실이 작은 경우에, 엔진 버너(28) 만을 이용하는 온도에까지 집의 온도를 오게 함으로써 난방 요건을 맞추게끔 dchp 유니트(12)를 이용하는 것이 유리하다.
이러한 방식으로, 보완의 버너(48)는 단지 예비 가열 기간(64,66)에만 이용되며, 이러한 경우에 열 부하는 엔진 버너(28)만으로부터 공급될 수 있는 것보다 크다. 예열 기간(64,66)은, dchp 유니트(12)에 의해 발생된 전력의 장점이 집의 조직을 통한 열 손실의 비용을 능가하는 경우에 대해서만 이용된다. 예를 들면, 에너지 예정기(20)는, 세탁기가 작동되도록 설정되어서 세탁기가 dchp 유니트(12)에 의해 발생된 전력을 이용하여 온수 예비 가열(64)과 중앙 난방 예비 가열(66) 동안에 작동될 수 있는 것을 지시할 수 있었다.
Qmax를 집으로부터의 쓰레숄드 열 손실로서 취하고, 그 이상에서 중앙 난방 예열(66)을 이용하는 것을 비경제적이라고 한다면, Qmax 는 (모뎀(24)을 통하여 공급되는) 개스의 값 및, 전력과, (에너지 예정기(20)에 의해 전달되는) 집에서의 평가 전력 수요의 비율에 의해서 결정될 수 있다. 집에서의 열 손실은 외벽의 열 전달 계수(U, U 는 빌딩 사양에 대한 값이다.), 벽의 전체 표면적(A), 실내 및 실외 온도(Tin , Tout)의 함수로서, 중앙 난방 예비 가열(66)의 작동이 경제적이 되도록
U x A x (Tin-Tout) < Qmax 이다. U x A 의 곱은 다양한 외부 온도(Tout)에 대한 다양한 열 입력에 대하여 Tin 의 과거 응답을 학습함으로써 dchp 콘트롤러(14)에 의해 결정될 수 있다.
Tin 과 Tout 은 dchp 콘트롤러(14)에 표시(reading)를 공급하는 센서들을 통하여 측정될 수 있다. Tin 은 마스터 써모스태트 유니트(18a)로부터 결정될 수 있으며 프로그래머 모듈(16)을 통하여 dchp 콘트롤러로 전달된다. Tout 은 dchp 유니트의 연소 공기 유입부에 있거나 또는 그에 근접해 있는 써모스태트(미도시)로부터 결정될 수 있지만, 설비에 대한 내부의 유입 공기 흐름 안에 위치된 온도 센서(예를 들면, 팩(pack) 온도 센서)를 이용하는 것이 경제적인 원리에서 바람직스럽다. dchp 유니트(12)가 작동하지 않을 때, 외부 온도(Tout)가 샘플링(sampling)될 수 있도록 짧은 시간의 주기 동안에 공기 유입 팬을 작동시킬 필요가 있다.
엔진 버너 예열 주기(64,66)가 이용되는 것이 경제적이지 않다는 점을 집에서의 높은 구조 손실이 나타내는 경우(즉, 열이 공급되는 것보다 높은 비율로 또는 그와 같은 비율로 집에서 열 손실이 발생하는 경우), 또는 예열 기간 동안에 발생된 동력으로부터 장점이 없는 경우에, 온수 및/또는 중앙 난방 설정 지점 온도가 설정 시간에 또는 설정 시간 이전에 맞춰지는 것을 보장하도록 dchp 유니트는 사전 설정된 예열 기간을 가지고 작동된다. 이러한 기간은 예를 들면 중앙 난방만이 필요한 경우에 30 분이거나, 또는 중앙 난방과 온수가 필요한 경우에는 60 분이다.
도 7 은 hchp 유니트(12)가 어떻게 온수를 공급하고 집을 설정 시간까지 가열하도록 작동되는지를 나타낸다. 처음에 도면 번호 64에서, 엔진 버너(28)는 설정 시간에 앞서 온수를 제공하도록 연소된다. 다음에, 도면 번호 66에서, 엔진 버너(28)는 예정에 앞서 중앙 난방을 제공하도록 이용된다.
이상적으로는, 엔진 버너(28)가 중앙 난방 예비 가열(66)을 제공하도록 단독으로 이용되지만, 이러한 작동 주기는 집의 온도를 설정 시간 이전에 설정 온도로가져가도록 최고의 동력으로 엔진 버너(28)와 보완의 버너(48)를 모두 작동하는 주기(68)로 이어질 수 있다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 엔진 버너(28)에 의해서만 제공되는 실내 난방의 비율이 지정된 시각(tch)에 필요한 온도를 달성하는데 불충분한 것으로 dchp 콘트롤러(14)가 검출한다면, 보완의 버너(48)는 중앙 난방 예비 가열 주기(66)의 마지막 부분에서 켜진다. 따라서, 보완의 버너(48)는 엔진 버너(28)만을 연소시키는 것이 집을 허용 시간내에 온도까지 가져가기에 불충분한 경우의 예비 가열 주기(64,66)에만 이용된다.
엔진 버너(28)와 보완의 버너(48) 양쪽이 최대한의 동력으로 가동될 수 있는 경우에 짧은 주기(68)는 중앙 난방 예비 가열 주기(66)와 연속적이 되도록 예정됨으로써, 엔진 버너(28)는 시종 일관 유지될 수 있다(그 사이에 비효율적인 버너 냉각이 없다).
온수의 예정 작용
설정 시간에 앞서서 온수를 제공하는 것은, 동시에 온수와 난방에 대한 수요가 있는 경우와, 온수와 난방이 독립적으로 제공되는 경우 (예를 들면, 비-조합의 난방 시스템(in-combination heating system)이나, 또는 온수와 난방을 동시에 제공하는 것이 엔진 버너(28)만으로 전달될 수 있는 것보다 많은 열 동력을 필요로 하는 경우에 이용될 수 있는 선택이다. 명백히, 온수와 중앙 난방의 수요가 일치하지 않는 경우에, 도면 번호 64에서 온수 예열을 포함하는 것은 불필요하다.
온수 예열 주기(64)를 이용하는 것은 보완의 버너(48)로부터 엔진 버너(28)로의 가열 부하(heating load)의 이전을 허용하여, dchp 유니트(12)로부터의 전력 생산을 증가시키며, 따라서 전체적인 작동 효율을 증가시킨다. 대부분의 온수 실린더들은 매우 양호하게 단열되어 있으므로, 도면 번호 64에서 엔진 버너(28)를 연소시키고 온수 예열을 시작하는 적절한 시점을 평가할 때 손실들이 무시될 수 있다. 엔진 버너(28)를 언제 연소시킬 것인가를 결정하는 중요한 기준은, 엔진 버너(28)의 켜기/끄기의 주기 작용을 회피하기 위하여 중앙 난방 예열(66)이 시작되도록 예정된 직전에 온수가 적절한 온도에 도달해야 한다는 것이다. 명백히, 온도에 도달하는데 걸린 시간은 가열 이전의 물의 온도와 도달되어야 하는 최종 온도에 달려있다. 이러한 시간은 써미스터(thermistor)에 의해 제공된 고온 실린더에서 물의 온도 표시(reading)를 이용하여 dchp 콘트롤러(15)에 의해 용이하게 결정된다.
적합화된 예측 작용
dchp 콘트롤러(14)는 필요한 예열 시간을 예측하는데 있어서 정확성을 향상시키도록 dchp 유니트(12)의 진행 과거(ongoing history)로부터 학습이 이루어지도록 배치된다. dchp 콘트롤러(14)는 필요한 실내 온도를 달성하는데 필요한 시간을 모니터하며, 이전의 10 번의 가열 주기들로부터 시간을 저장한다. 보완의 버너(48)가 예비 가열 주기(68) 동안에 연소되었다면, 단지 엔진 버너(28)만을 이용하는 불 충분한 실내 난방에 기인하여, 이것은 미래 예측에서 이용되도록 기록된, 증가된 난방의 증진으로서 반영될 것이다. 현재의 난방 주기에 대한 예열 주기(64,66)의 길이는 이들 저장된 값들로부터 (가중된 평균값으로서) 계산된다.
작동에 대한 상기의 "절약" 모드가 경제적으로 유리한 반면에, 소비자는 집의 온도가 가능한 한 신속하게 상승되는 것을 원할 때가 있을 것이다. 이러한 요구를 충족시키도록, 프로그래머 모듈(16)은 소비자가 경제 모드와 "신속" 모드 사이에서 변환할 수 있게 하는데 신속 모드에서는 난방과 온수가 엔진 버너(28)와 보완의 버너(48) 양쪽을 모두 최대 동력으로 연소시킴으로써 가능한 한 짧은 시간에 제공된다. 일단 집이 온도에 도달하면, 설정 온도를 유지하도록 엔진 버너(28)를 작동시키면서 보완의 버너(48)가 조절될 수 있다.
버너 제어
실내 온도를 그것의 예정된 수준으로 유지하기 위하여, 당해 기술 분야에서 통상적인 단순 바이메탈 스트립(bimetalic strip) 설계들중 하나와는 반대로 써미스터(thermistor)에 기초한 검출기가 이용된다. 이것은 설정 온도에 도달되었을 때 단순한 켜기/끄기 토글(toggle)과는 반대로, 온도의 변화율이 측정될 수 있게 한다. 엔진 버너의 연소율(엔진 버너(28)에 대한 혼합기의 질량 유동)은, 실내 온도 변화의 높은 비율에 대해서는 큰 범위로, 그리고 실내 온도 변화 비율이 작은 경우에는 작은 범위로 연소 비율을 조절함으로써, (경제적으로 바람직스럽게) 최대의 엔진 작용이 가능하도록 최적화될 수 있다. 이러한 방식으로 온도 변화에 반응함으 로써, 엔진 버너(28) 만으로 충족될 수 있는 것보다 높은 가열 비율이 필요한 경우에만 보완의 버너(48)가 연소된다.
정상의 조건 하에서 스터링 엔진(26)의 가장 효과적인 작동을 위하여, 엔진 헤드 온도는 가능한 한 오래 동안 그것의 최적 온도(550℃)에서 유지되어야 한다. 미리 설정된 실내 온도(Tch)가 초과되는 경우에, 낮은 발전 효율과 출력을 초래하게 될 낮은 헤드 온도가 필요할 수 있다. 이것은 실내 온도가 미리 설정된 수준(Tch)으로 복원될 때까지 소비자의 편의를 유지하기 위하여 허용된다. 일단 정상 엔진 버너 제어에 도달되었다면 그것이 재개될 것이며, 즉, 최적화된 히터 헤드 온도가 최대의 발전 효율을 제공하도록 유지된다. 이러한 조건이 정상 작동의 주기 동안에 충족되도록 다음의 엔진 버너 제어 과정이 이용된다.
엔진 버너(28)를 통한 개스의 유동은 2 개의 축을 이용하여 제어되는데, 상기 두 개의 축은: 엔진 헤드 온도의 변화 비율(δThh)과 헤드 온도 오류(εThh)이다. 전자의 값은 단순히 다음과 같은 것으로부터 찾을 수 있다.
δThh = Thh,previous - Thh,current
여기에서 Thh,previous 는 이전의 헤드 온도이고 Thh,current 는 현재의 헤드 온도이다. 후자의 값은 다음으로부터 간단히 찾아낼 수 있다.
εThh = Thh,set - Thh,current
여기에서 Thh,set 는 헤드 설정 온도이다. 양쪽 축의 경사는 프로그래머 모듈 을 이용하여 설정될 수 있는 것보다 2 개의 변수: Rslope 및, Eslope에 의해서 제어된다. 제어 출력(Cout)은 다음으로부터 계산된다.
Cout = (εThh * Eslope) + (δThh * Rslope)
이러한 제어 출력은 엔진 버너 질량 유동 최대 값과 최소 값 사이에서 그 차이의 백분율로 변환되어 이전의 질량 유동 출력에 더해진다. 즉,
Mout,current = Mout,previous + Cout(%)
이며, 여기에서 Mout,current 는 버너 질량 유량으로부터 계산되고, Mout,previous 는 이전의 버너 질량 유량이다. 새로운 출력 값은 그것이 최소와 최대의 유동 설정을 벗어나지 않는 것을 보장하도록 범위-점검(range-check)이 이루어진다.
대응하는 제어 과정은, 유동 온도의 변화 비율과 유동 온도의 오류에 대응하는 2 개의 축(axes)을 가지고 시작하여, 보완의 버너(48)용으로 이용된다.
동력의 예정 작용
위에서 설명된 바와 같이, 에너지 예정기(20)는 수입된 전력의 현재 가격, 송전된 전력의 가치 및, 서비스 제공자가 제공하는 수입 개스의 가격에 관한 정보를 모뎀을 통하여 수신한다. 이러한 정보는 dchp 유니트(12)가 전력을 발생시켜야 하는지의 여부, 또는 단순히 전력을 그리드로부터 수입하는 것이 보다 경제적인지의 여부를 결정하도록 이용된다. 더욱이, 에너지 예정기(20)는 그에 연결된 가전 제품(22)을 작동시키는 가장 경제적인 시간을 결정한다. 따라서, 에너지 예정기(20)는 이러한 가전 제품(22)을 활성화시키며 그리고 그들의 작동 상태를 모니터한다. 이러한 정보는 요청시에 프로그래머 모듈(16)을 통하여 소비자에게 전달된다.
가사 자동화(home automation)에서의 최근의 발전은 가전 제품(22)의 원격 제어를 가능하게 한다. 예를 들면, 저가의 수신기들이 각각의 가전 제품(22)에 대하여 WiFi 네트워크나 또는 그와 유사한 것에 설치됨으로써 수신기들은 넓은 범위의 하드 와이어링(hard wiring)에 대한 필요성 없이 에너지 예정기(20)와 통신할 수 있다. 각각의 가전 제품(22)은 특유의 인터넷 주소를 할당 받을 수 있어서, 통신이 가능하다. 그러한 장치는 유럽 특허 EP-A-1,217,475 에 설명되어 있다.
네트워크에 기초한 에너지 예정 작용
출원인의 국제 특허 출원 PCT/GB03/001200 은 "허브" 콘트롤러를 통하여 작동하는 몇 가구의 지역 공동 작용 네트워크(local co-operating network)를 설명한다. 이러한 방식으로, 네트워크 안에 있는 그 어떤 연결 가구로부터의 전력 수요도 네트워크 안에 설치된 그 어떤 dchp 유니트(12)로부터 충족될 수 있다.
에너지 예정기(20)를 허브 콘트롤러와 결합시키는 것은 전체적인 네트워크 에너지 비용을 최소화시키도록, dchp 유니트(12)의 작동과 연결 가구들 내에 있는 가전 제품 작동을 조정(co-operation)할 수 있게 한다. 이것은 난방의 수요와 가전 제품(22)의 예정 작용을 만족시켜서 전체적인 네트워크 전력 수요를 원활하게 하도 록 전체적으로 최적의 방식으로 dchp 유니트(12)를 작동시킬 것이다. 이러한 방식으로, 그리드로부터의 값비싼 전력의 입력이 최소화될 수 있다. 즉, 에너지 예정기(20)는 그렇게 하는 것이 보다 경제적인 것으로 결정한 경우에는 그리드로부터 전력을 가져올 수 있다.
변형
당업자에게 명백한 바로서, 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않으면서 상기의 구현예들에 대한 변형이 이루어질 수 있다.
예를 들면, 상기의 구현예는 dchp 콘트롤러(14)와 프로그래머 모듈(16)이 물리적으로 분리되었지만, 그 사이에서 통신이 가능한 배치를 설명한다. 위에서 설명된 바와 같이, 그것이 꼭 그러할 필요는 없다. 도 9 및, 도 10 은 2 개의 구현예들을 도시하는데, 여기에서는 물리적으로 분리된 dchp 유니트 콘트롤러(14)와 프로그래머 모듈(16)이 그들의 조합된 기능성을 제공하는 단일의 주 제어 시스템(70)으로 교체된다. 따라서, 주 제어 시스템(70)은 소비자의 입력을 수신하고, 그로부터 난방과 온수의 예정을 유도하며, 또한 dchp 유니트(12)의 작동 시간을 결정한다.
주 제어 시스템(70)은 단일의 제어 기판상에서 이루어진다. 2 개의 분리된 회로 부위들은 dchp 유니트 콘트롤러(14)에 의해 수행되는 것으로서 이전에 설명된 기능들을 취급한다. 제 1 의 부위는 난방 제어(72)이며, 제 2 의 부위는 엔진 관리 시스템(74)이다. 데이터 버스(76)는 2 개의 부위를 연결하여 2 개의 부위(72,74) 사이에 데이터 흐름을 제공한다.
엔진 관리 시스템(74)은 스터링 엔진(26)을 가능한 가장 효과적인 방식으로 작동할 책임을 진다. 특히, 엔진 관리 시스템(74)은 다음과 같은 것들에 책임을 진다.
- 엔진/그리드 연결/연결 해제
- 그리드 설치 가능성 보호(또는 ENS, 주 검출 시스템의 독일 활성 손실)
- 그리드 독립의 기능성 (GIM)
- 동력 모니터 작용 (엔진 안정성 점검을 포함)
- 엔진 헤드 온도 제어 알고리듬 (난방 조절을 위한 난방 제어부(72)에 대한 공급 요건)
- 안전 기능
난방 제어부(72)는 엔진 버너(28)와 보완의 버너(48)와 같은, dchp 유니트(12)의 난방 요소들을 관리한다. 특히 난방 제어부(72)는 다음과 같은 것에 책임이 있다.
- 안전 기능
-개스 트레인 제어(gas train control) (팬 속도, 공기 분리기 밸브 위치, 보완 및 엔진 개스 밸브들, 쌍둥이 버너 제어 알고리듬들)
- 가열 시스템 진단(에러 취급 포함)
- 작업 시간계 (예정 작용을 위한 탑재 시계)
- 라디오 통신 (휴대용 사용자 인터페이스(78), 써모스태트(18), 서비스 장비(80), 모뎀(24)등을 가짐)
주 제어 시스템(70)은 소비자와 상이한 방식으로 통신할 수 있으며 2 개의 상이한 배치들이 도 9 및, 도 10 에 도시되어 있다.
도 9 는 휴대용 사용자 인터페이스(78)를 가진 단순한 콘트롤러(82)를 도시한다. 이러한 선택은 dchp 유니트(12)가 원격 위치에 있는 경우의 설치를 위한 것이다. dchp 유니트(12)의 케이싱 위에 패널로서 위치하는 단순 콘트롤러는, 정상적인 세부 사용자 인터페이스가 배터리로 작동되는 휴대 장치(78)에 의해 제공되는 동안에, 기본적인 사용자 설정을 허용한다. 이것은 무기능 터미널(dumb terminal)이 될 것이며, 무기능 터미널은 사용자 설정을 수용하고 모든 "지능"이 위치하고 있는 주 제어 시스템(70)에 이러한 정보를 전송하는 것이다.
휴대 사용자 인터페이스(78)는 선택적으로 써모스태트(18)를 포함할 수 있어서, 소비자로 하여금 실내 온도가 샘플링되는 위치를 융통성 있게 선택할 수 있게 한다 (개인의 사적 공간에서 온도를 유지하는 성능을 부여한다). 따라서, 휴대 사용자 인터페이스(78)는 제 1 의 써모스태트 유니트(18a)의 장소를 취한다. 집은 주 제어 시스템(70)과 라디오 링크나 또는 하드 와이어링을 통하여 통신할 수 있는 다른 제 2 의 써모스태트 유니트(18b)를 포함할 수 있다.
도 10 은 도 9 에 도시된 단순 사용자 인터페이스(82)와 휴대 사용자 인터페이스(78)의 조합보다는 정교한 콘트롤러(84)를 이용하는 구현예를 도시한다. 정교한 콘트롤러(82) 장치는, dchp 유니트(12)가 부엌과 같은 중앙의 위치에 있는 경우에, 설비에 보다 잘 맞춰진다. 정교한 콘트롤러(82)는 dchp 유니트(12)의 케이싱 위에 장착되며 세부적인 사용자 설정들의 전체 범위가 조절될 수 있게 한다. 그러 한 구현예는 (라디오 링크나 또는 하드 와이어링을 통해서 통신하는) 적어도 하나의 부가적인 실내 써모스태트 유니트(18)를 필요로 한다. 다른, 제 2 의 써모스태트 유니트(18b)들도 필요에 따라서 설치될 수도 있다.
도 9 및, 도 10 의 구현예들의 다른 특징들은 도 1 의 것과 상이하다. 도 9 및, 도 10 의 구현예들에서, 통신 인터페이스에 모뎀(24)을 제공하는 것은 주 제어 시스템(70)이다. 주 제어 시스템(70)은 필요한 경우에 에너지 예정기(20)로 정보를 전달할 수 있다. 물론, 주 제어 시스템(70)은, (도 1 의 구현예에 채용된 dchp 유니트 콘트롤러(14)의 프로그래머 모듈(16)로, 다시 에너지 예정기(20)로의 통신 연쇄와 비교하여) 에너지 예정기(20)에 직접적으로 스터링 엔진(26)의 작동 시간을 전달할 수 있다.
도 9 및 도 10 은 또한 서비스 엔지니어가 서비스를 위해서 방문하는 동안의 경우에서와 같이, 주 제어 시스템(70)에 연결된 서비스 랩탑(laptop, 80)을 나타낸다. 이와는 달리, 일부 서비스 기능들은 (특히 진단들은) 서비스 랩탑(80) 또는 다른 유형의 컴퓨터를 모뎀(24)을 통하여 주 제어 시스템(70)으로 연결함으로써 원격 수행될 수 있다.
본 발명은 집에서의 난방이나 온수, 그리고 발전등에 대한 예정 작용 및, 제어등에 이용될 수 있다.

Claims (41)

  1. dchp 유니트, dchp 유니트 콘트롤러, 프로그래머 모듈 및 가전 제품과 통신하도록 배치된 에너지 예정기를 구비하는 가정용 난방 및 동력 시스템으로서,
    dchp 유니트 콘트롤러, 프로그래머 모듈 및, 에너지 예정기는 그들 사이의 통신이 가능하도록 연결되고;
    dchp 유니트는 dchp 유니트 콘트롤러의 명령하에 작동될 수 있어서 집을 난방시키도록 열을 발생시키고 그리고/또는 집에 온수를 제공하며 집에 공급하기 위한 전력을 발전시키고;
    에너지 예정기는 가전 제품으로부터의 동력 요구 정보를 수신하고 가전 제품이 작동되게 하도록 작동될 수 있으며;
    프로그래머 모듈은 소비자 입력의 데이터를 수신하고 그로부터 대응하는 난방 및/또는 온수 예정을 발생시키도록 작동될 수 있으며;
    dchp 유니트 콘트롤러는 프로그래머 모듈에 의해 제공된 난방 및/또는 온수 예정에 따라서 dchp 유니트의 작동 시간들을 결정하도록, 그리고 에너지 예정기에 dchp 유니트 작동 시간들을 제공하도록 작동될 수 있으며;
    에너지 예정기는 dchp 유니트 작동 시간들을 수신하도록, 그리고 dchp 유니트 작동 시간들을 이용하여 가전 제품의 작동 시간들을 결정하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    dchp 유니트에 의해 발전된 전력을 그리드에 공급하도록 작동될 수 있는, 전기 그리드에 대한 연결을 더 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    프로그래머 모듈은 가정용 난방 및 동력 시스템에 대한 정보를 표시하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 원격 위치들과 정보를 교환하도록 작동될 수 있는 통신 수단을 더 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    통신 수단은 전화 네트워크를 통하여 통신하도록 작동될 수 있는 모뎀을 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    프로그래머 모듈은 통신 수단을 통하여 서비스 제공자 또는 제품 제공자들로부터 정보를 수신하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항의 어느 한 항에 있어서,
    프로그래머 모듈은 난방 및 동력 시스템에 관한 정보를 통신 수단을 통하여 유지 관리 대리업자에게 송신하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  8. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    프로그래머 모듈에 대한 통신이 가능하도록 연결된 제 1 의 써모스태트 유니트를 더 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 1 의 써모스태트는 온도를 측정하여 그렇게 측정된 온도를 표시하도록 작동될 수 있고, 소비자가 집의 소망 온도를 설정할 수 있도록 작동될 수 있는 조절 수단을 더 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 1 의 써모스태트 유니트와 통신되는 하나 또는 그 이상의 제 2 의 써모스태트 유니트를 더 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제 1 의 써모스태트 유니트만이 온도를 측정하도록 작동될 수 있고, 모든 써모스태트 유니트들은 그렇게 측정된 온도를 표시하도록 작동될 수 있고 그리고 소 비자가 집의 온도를 측정할 수 있게 하는 조절 수단을 더 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  12. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    dchp 유니트 콘트롤러는 dchp 유니트의 엔진을 제어하도록 작동될 수 있는 제 1 의 부분을 가지고, dchp 유니트의 하나 또는 그 이상의 난방 요소들을 제어하도록 작동될 수 있는 제 2 부분을 가지는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  13. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    소비자에 의해서 입력된 데이터를 수신하고 그러한 정보를 프로그래머 모듈로 전달하도록 작동될 수 있는 휴대용 장치를 더 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    휴대용 장치는 써모스태트를 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  15. 가정의 네트워크에 이용되는, 가정용 난방 및 동력 시스템으로서,
    허브 콘트롤러;
    가정용 네트워크에 연결된 전력 송전 수단;
    가정용 네트워크와 허브 콘트롤러 사이의 통신을 가능하게 하는 통신 수단;
    dchp 유니트, dchp 유니트 콘트롤러 및, 프로그래머 모듈이 제공된 적어도 하나의 가정으로서, dchp 유니트 콘트롤러, 프로그래머 모듈 및, 허브 콘트롤러는 그들 사이의 통신이 가능하도록 연결되고, dchp 유니트는 dchp 유니트 콘트롤러의 명령하에 작동될 수 있어서 집을 난방시키기 위한 열을 발생시키고 그리고/또는 온수를 집에 제공하며, 집에서 이용되기도 하고 전력 송전 수단을 통하여 가정의 네트워크로 공급되기도 하는 전력을 발생시키고, 프로그래머 모듈은 소비자 입력의 데이터를 수신하여 그로부터 대응하는 난방 및/또는 온수 예정을 발생시키도록 작동될 수 있고, dchp 유니트는, 프로그래머 모듈에 의해 제공된 난방 및/또는 온수 예정에 따라서 dchp 유니트의 작동 시간을 결정하고 dchp 유니트 작동 시간을 허브 콘트롤러에 제공하도록 작동될 수 있는, 적어도 하나의 가정; 및,
    가정에 있는 가전 제품 및 허브 콘트롤러와 통신하도록 설치된 지역적인 에너지 예정기가 제공되며 가전 제품으로부터 동력 요구 정보를 수신하여 정보를 허브 콘트롤러에 유통시키도록 작동될 수 있는 적어도 하나의 다른 가정으로서, 허브 콘트롤러는, dchp 유니트 작동 시간들을 이용하여 가전 제품의 작동 시간을 결정하여 가전 제품 작동 시간을 지역적인 에너지 예정기로 유통시켜서, 가전 제품이 예정에 따라서 작동되게 하도록 작동될 수 있는, 적어도 하나의 다른 가정;을 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 14 항의 어느 한 항에 있어서,
    프로그래머 모듈은 시작 및 종료 시간들을 가지는 시간 대역들, 시간 대역 동안에 가정의 소망 온도 및/또는 온수가 시간 대역 동안에 필요하다는 확인에 대응하는 소비자 입력의 데이터를 수신하도록 작동될 수 있고, 프로그래머 모듈은 대응하는 난방 및/또는 온수 예정을 그로부터 발생시키도록 작동될 수 있으며; 그리고,
    가정의 온도가 소망되는 온도에 도달되도록, 그리고/또는 온수가 각각의 시간 대역의 시작 시간에 이용 가능하도록 프로그래머 모듈에 의해 제공된 난방 및/또는 온수 예정에 따라서 dchp 유니트 콘트롤러가 dchp 유니트의 작동 시간을 결정하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  17. dchp 유니트, dchp 유니트 콘트롤러 및, 프로그래머 모듈을 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템으로서,
    dchp 유니트는 dchp 유니트 콘트롤러의 명령하게 작동될 수 있어서 가정을 난방시키고 가정에 온수를 제공하는 열을 발생시키고 가정 및/또는 가정에 연결된 전기 그리드에 공급되기 위한 전력을 발전시키며;
    프로그래머 모듈은 시작 및 종료 시간들을 가지는 시간 대역들, 상기 시간 대역 동안에 집의 소망 온도 및/또는 시간 대역 동안에 온수가 필요하다는 확인에 대응하는 소비자 입력 데이터를 수신하도록 작동될 수 있고, 프로그래머 모듈은 입력 데이터로부터 대응하는 난방 및/또는 온수 예정을 발생시키도록 작동될 수 있으며; 그리고,
    집의 온도가 소망의 온도에 도달하도록 그리고/또는 온수가 각각의 시간 대 역의 시작 시간에 이용 가능하도록, 프로그래머 모듈에 의해 제공된 난방 및/또는 온수 예정에 따라서 dchp 유니트 콘트롤러는 dchp 유니트의 작동 시간들을 결정하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    dchp 유니트는 주 버너와 보완의 버너를 더 구비하고, 주 버너의 작동은 전력을 발전시키고 dchp 유니트 콘트롤러는 보완의 버너 연소가 최소화되어야 한다는 규정에 따라서 dchp 유니트 작동 시간을 결정하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상승된 소망 온도가 설정되었던 시간 대역의 시작 시간 이전에만 주 버너가 연소되는 주기가 있도록, dchp 유니트 콘트롤러는 dchp 유니트 작동 시간들을 결정하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    dchp 유니트 콘트롤러는, 가정의 온도를 표시하는 정보를 수신하도록, 그리고 가정의 온도가 시간 대역의 시작에 대하여 제시간에 소망 온도에 도달하였는지 여부를 예측하도록 작동될 수 있고, 그리고 예측이 부정적인 경우에, 보완의 버너를 연소시켜서 집이 시간 대역의 시작에 대하여 제시간에 소망 온도에 도달하는 것을 보장하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    dchp 유니트 콘트롤러는, 이전의 여러날에서 시간 대역의 소망 온도에 도달하는데 걸린 시간을 기록하도록 작동될 수 있고, 또한 주 버너만이 이들 시간들을 이용하여 연소되어야 하는 주기의 길이를 결정하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    가정의 온도가 시간 대역의 시작에 앞서 소망 온도에 도달하는 것을 보장하도록 보완의 버너가 연소된다면, dchp 유니트 콘트롤러는 주 버너만이 연속되는 차후의 주기 길이를 자동적으로 늘이도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  23. 제 18 항 내지 제 22 항의 어느 한 항에 있어서,
    난방 및 온수가 시간 대역의 시작 시간에 앞서 필요할 때, dchp 유니트가 난방을 제공하도록 작동되는 제 2 의 주기의 직전에 dchp 유니트가 제 1 주기 동안 온수를 제공하도록 작동되어야 하는 규정에 따라서, dchp 유니트 콘트롤러는 dchp 유니트 작동 시간들을 결정하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  24. 제 18 항 내지 제 23 항의 어느 한 항에 있어서,
    주 버너가 주기들 사이에 연소되는 것을 유지하도록 dchp 유니트 콘트롤러는 dchp 유니트 작동 시간들을 결정하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  25. 제 18 항 내지 제 24 항의 어느 한 항에 있어서,
    가열 및/또는 온수는 시간 대역 동안에 dchp 유니트에 의하여 dchp 유니트 콘트롤러의 명령하에 유지되며, 그에 의하여 연소와 공전 사이에서 주 버너를 전환시키는 것에 우선하여 보완의 버너가 연소와 공전 사이에서 전환되어야 한다는 규정에 따라서 dchp 콘트롤러가 dchp 유니트의 작동을 결정하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  26. 제 18 항 내지 제 25 항의 어느 한 항에 있어서,
    dchp 콘트롤러는 가정 온도의 변화 비율 측정을 이용하여 보완 버너 및/또는 주 버너의 연소 비율을 제어하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    dchp 유니트 콘트롤러에 가정 온도의 변화 비율의 측정을 제공하도록 작동될 수 있는 써미스터에 기초한 온도계를 더 구비하는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  28. 제 25 항 내지 제 27 항의 어느 한 항에 있어서,
    주 버너 헤드의 온도가 모니터되는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    dchp 유니트 콘트롤러는 실질적으로 550℃ 의 주 버너 헤드 온도를 유지하도록 dchp 유니트를 제어하게끔 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    dchp 유니트 콘트롤러는 주 버너를 통한 가연성 연료의 흐름을 변화시킴으로써 주 버너 헤드 온도를 유지하도록 작동될 수 있는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  31. 제 27 항 내지 제 30 항의 어느 한 항에 있어서,
    상부 한계 온도보다 높은 주 버너 헤드 온도가 측정된다면, dchp 유니트 콘트롤러는 주 버너를 공전으로 전환시키도록 배치되는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    하부 한계 온도보다 높지만 상부 한계 온도보다 낮은 주 버너 헤드 온도가 측정된다면, dchp 유니트는 엔진 버너를 공전되게 설정하지 않으면서 주 버너 헤드의 온도를 낮추도록 설치되는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  33. 제 16 항 내지 제 32 항의 어느 한 항에 있어서,
    프로그래머 모듈은, 시작 시간과 종료 시간들을 가지는 시간 대역의 적어도 2 세트들, 그 시간 대역 동안의 집의 소망 온도 및/또는 온수가 그 시간 대역 동안에 필요하다는 확인에 대응하는 소비자 입력 데이터를 수신하도록 작동될 수 있고, 각각의 시간 대역은 24 시간 주기에 걸쳐있고 소비자는 주중의 각각의 날에 대하여 어떤 세트가 사용되어야 하는지를 지시하며, dchp 유니트 콘트롤러는 각각의 날에 적절한 세트를 수행하게 되는, 가정용 난방 및 동력 시스템.
  34. 가정을 난방시키기 위한 것으로서, 주 버너와 콘트롤러를 구비하고, 콘트롤러는 집 온도의 변화 비율을 나타내는 수신 신호를 참조하여 주 버너의 연소 비율을 제어하도록 작동될 수 있는, 가정용 복합 난방 및 동력 유니트.
  35. 제 34 항에 있어서,
    보완의 버너를 더 구비하고, 콘트롤러는 집 온도의 변화 비율을 나타내는 수신 신호를 참조하여 보완의 버너 또는 주 버너의 연소 비율을 제어하도록 작동될 수 있는, 가정용 복합 난방 및 동력 유니트.
  36. 주 버너와 콘트롤러를 구비하고, 사용중에 주 버너 헤드의 온도가 측정되고 콘트롤러는 실질적으로 일정한 온도를 유지하도록 주 버너의 연소 비율을 제어하도록 작동될 수 있는, 가정용 복합 난방 및 동력 유니트.
  37. 제 36 항에 있어서,
    주 버너와 보완의 버너를 가지는 스터링 엔진을 구비하고, 상기 양쪽 버너들은 사용중에 난방 및/또는 온수를 제공하도록 연소되는, 가정용 복합 난방 및 동력 유니트.
  38. 제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
    콘트롤러는 실질적으로 550℃의 주 버너 헤드 온도를 유지하도록 작동될 수 있는, 가정용 복합 난방 및 동력 유니트.
  39. 제 36 항 내지 제 38 항의 어느 한 항에 있어서,
    콘트롤러는 주 버너를 통한 가연성 연료의 흐름을 변화시킴으로써 주 버너 헤드 온도를 유지하도록 작동될 수 있는, 가정용 복합 난방 및 동력 유니트.
  40. dchp 유니트, dchp 유니트 콘트롤러, 가전 제품 및, 에너지 예정기를 구비하여 가정에서의 에너지 예정 작용을 수행하는 방법으로서, 상기 방법은:
    소비자가 온수 및/또는 난방 요건들을 선택하는 단계;
    dchp 유니트 콘트롤러가 선택된 요건들로부터 온수 및/또는 난방 예정을 발생시키도록 dchp 유니트의 작동을 예정하는 단계;
    에너지 예정기가 dchp 유니트의 작동에 일치하도록 가전 제품의 작동을 예정 하는 단계;를 구비하는, 가정에서의 에너지 예정 작용 방법.
  41. dchp 유니트, dchp 유니트 콘트롤러, 가전 제품 및 에너지 예정기를 구비하는 가정에 난방 및/또는 온수를 제공하는 방법으로서, 상기 방법은:
    소비자가, 시작 및 종료 시간들을 가지는 시간 대역, 그 시간 대역 동안에 집의 소망 온도 및/또는, 온수가 그 시간 대역 동안에 필요하다는 확인(confirmation)을 선택하는 단계; 및,
    가정의 온도가 선택된 온도에 도달하도록 그리고/또는 온수가 각각의 시간 대역의 시작 시간에 이용 가능하도록 선택된 난방 및/또는 온수 요건들에 따라서, dchp 유니트 콘트롤러가 난방 및/또는 온수 요건들에 따라서 온수 및/또는 난방 예정을 발생시키도록 dchp 유니트의 작동을 예정하는 단계;를 구비하는, 가정에 난방 및/또는 온수를 제공하는 방법.
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