KR20110069010A - 냉장고 시스템, 냉장고 시스템의 전력 소비를 감소시키는 방법, 가정 에너지 관리 시스템 및 방법, 가정 에너지 관리 방법, 기구 제어 방법, 가정 기구 시스템 및 방법, 가정 기구 제어 시스템 및 방법 및 가정 기구 에너지 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

냉장고 시스템, 냉장고 시스템의 전력 소비를 감소시키는 방법, 가정 에너지 관리 시스템 및 방법, 가정 에너지 관리 방법, 기구 제어 방법, 가정 기구 시스템 및 방법, 가정 기구 제어 시스템 및 방법 및 가정 기구 에너지 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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에릭 케이 왓슨
알렉산더 핀쿠스 라팔로비츠
안소니 에이 쿠퍼
마틴 크리스토퍼 세버란스
크리스 죠지 비식
티모시 알렌 하멜
리타 박스데일
텔레마 해리
알렉스 페르난도 로보스
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

가정에서 에너지 사용을 관리하는 시스템 및 방법, 특히 가정 소비자 기구의 에너지 관리에 대한 시스템 및 방법이 제공된다. 기존의 기구는 애드-온 특징 또는 모듈로 변경될 수 있고, 유사하게, 새로운 에너지 절약 특징 및 기능이 새로운 기구에 통합될 수 있다. 가정 에너지 관리자, 기구, 및 유틸리티 계량기 사이의 통신은 에너지 사용을 측정하고/하거나 로컬 발전기는 냉장고, 세탁기, 건조기, 오븐/레인지, 전자레인지, 식기세척기, HVAC 시스템, 온수 가열기 등과 같은 다양한 기구의 동작을 제어한다.

Description

냉장고 시스템, 냉장고 시스템의 전력 소비를 감소시키는 방법, 가정 에너지 관리 시스템 및 방법, 가정 에너지 관리 방법, 기구 제어 방법, 가정 기구 시스템 및 방법, 가정 기구 제어 시스템 및 방법 및 가정 기구 에너지 관리 시스템 및 방법{ENERGY MANAGEMENT OF HOUSEHOLD APPLIANCES}
본 명세서는 에너지 관리에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 가정 소비자 기구의 에너지 관리에 관한 것이다. 본 명세서는 애드온 특징 또는 모듈을 통해 기존의 기구를 변경하고, 새로운 에너지 절약 특징 및 기능을 새로운 기구에 통합하는 특정한 애플리케이션을 찾는다.
현재의 유틸리티(utility)들은 정액 요금을 청구하지만, 연료 가격의 비용 증가 및 하루 중 특정한 부분에서의 높은 에너지 사용으로, 유틸리티들은 피크 수요 동안 소비자에게 공급할 더 많은 에너지를 구매해야 한다. 그 결과 유틸리티들은 피크 수요 동안 더 높은 요금을 청구한다. 피크 수요가 낮춰질 수 있다면, 잠재적인 막대한 비용 절약이 달성될 수 있으며, 유틸리티가 수용해야 하는 피크 부하가 적어진다.
하나의 제안된 3자 솔루션이, 기구(appliance) 또는 제어 유닛에 대한 실제 에너지 공급을 제어기가 "스위치" 온 및 오프하는 시스템을 제공하는 것이다. 그러나, 단지 온/오프 스위칭 이외에는 능동적인 제어가 존재하지 않는다. 온-피크 시간 동안 냉장고에서의 일부 동작을 중지시키는 것이 기대된다.
예를 들어, 냉장고에서, 일정한 레벨에서 평균적인 냉동칸 온도를 유지하기 위해 대부분의 에너지가 소모된다. 권장 온도 레벨은 박테리아 번식에 기초한다. 통상적으로, 장기간(1-2개월) 식품 저장을 위한 권장 냉동실 온도는 화씨 0도이다. 박테리아 증가가 칸 온도의 선형 함수이다는 것, 즉, 온도가 낮을수록 박테리아 번식이 낮아진다는 것을 연구는 나타낸다. 이제, 냉장고 설계자는 해동하기 이전에 냉동칸(및 적은 정도로는 냉장칸도) 사전냉동하기 위해 이러한 지식을 사용하여서, 대략 동일한 레벨(예를 들어, 화씨 0도)에서 해동 이전, 해동 동안, 및 해동 이후를 포함하는 기간 동안 평균 온도를 유지한다.
현재, 가변 전기 가격결정 방식이 시행될 때를 결정하기 위해 사용되는 상이한 방법이 존재한다. 전화 라인, 스케줄, 및 전기 회사에 의해 전송된 전기 신호가 존재한다. 냉장고와 같은 기구에 대한 피크 쉐이빙(peak shaving) 방법이 최대 이익을 제공하지 않는다는 것이 하나의 어려움이다. 또한, 상이한 전기 회사가 높은 전기 수요의 주기를 소비자에게 통신하는 상이한 방법을 사용한다. 상이한 전기 회사는 단순히 상이한 시각에 대한 요금제를 갖는다.
AMI(Advanced Metering Infrastructure) 시스템으로 이동하는 전기 유틸리티는 집 또는 사무실 빌딩에서 기구, HVAC, 온수기 등에 통신할 필요가 있다. 모든 전기 유틸리티 회사(미국에서 3,000개 이상)가 AMI 시스템에서 시그널링하기 위해 동일한 방법을 사용하지 않는다. 유사하게, 알려진 시스템은 다양한 통신 방법을 사용하여 기구와 직접 통신하지 않을 뿐만 아니라, 기구의 메인 제어기에 동작 모드를 인터페이스하고 통신하기 위해 통신 디바이스에 대해 생성된 모듈러 및 표준 방법이 아니다. 종래의 WiFi/ZigBee/PLC 통신 솔루션이 일반화되었지만, 본 개시물은 기구 또는 전력의 다른 사용자에서 "부하 쉐딩(load-shedding)" 응답을 트리거하기 위해 다수의 추가적인 저비용의 신뢰가능한 솔루션을 도입한다. 이러한 시스템은 또한, 통신 프로토콜의 일부로서 일반적인 솔루션을 이용할 수도 있다.
본 개시물은 발전 설비에 대한 에너지 수요를 감소시킴으로써 온-피크 시간 동안 전력 소비를 감소시키고, 또한 사용자/소비자가 1년 단위로 기구를 동작시키는데 덜 지불할 수 있게 한다.
본 개시물은 피크 전기료가 적용될 때를 결정하는 고가이거나 복잡한 방법을 사용하는 저비용의 대안이다. 예를 들어, 냉장고가 피크 쉐이빙 모드에 있을 때(또는 이것을 일정하게 행하도록 프로그래밍될 수 있음), 주변 광 센서는, 아침이다는 것을 결정하고, 그 후, 소정의 시간 동안 에너지 절약 모드에서 유지한다. 바람직하게는, 시스템은 방이 소정의 시간 동안 어두워졌다는 것을 알기 위해 카운터를 필요로 한다. 광이 특정한 시간 길이 동안 들어오면, 시스템은 예를 들어, 아침이다는 것을 안다.
본 개시물은 추가의 컴포넌트, 또는 다른 목적을 갖는 컴포넌트를 사용하지 않고 피크-쉐이빙 모드로 진입하는 시간을 결정하기 위한 방법을 포함하는 냉장고와 같은 피크-쉐이빙 기구를 제공하고, 무시가능한 비용에 대해 높은 퍼센티지의 최대 이익을 제공한다. 이것을 위해 필요한 2개의 컴포넌트가 주변 광 센서 및 타이머이다. 주방은 모두가 자는 동안 길어진 기간 동안 어두울 것이다. 광 센서 및 타이머는 밤이다는 것을 결정하기 위해 사용될 것이고, 아침은 광 센서에 의해 결정될 수 있다. 냉장고가 아침이다는 것을 결정하면, 타이머는 다소의 시간 지연 이후 피크 쉐이빙 모드를 개시하기 위해 사용될 것이다. 예를 들어, 피크 쉐이빙 모드는 아침이 시작한 것을 결정한 이후에 3시간에서 시작할 수 있다. 유사하게, 주변 광 센서는 또한 냉장고 광을 어둑하게 하기 위해 사용될 수 있다. 본 개시물은 바람직하게는, 피크 쉐이빙을 시작할 때를 결정하기 위해 주변 광을 사용한다.
기구 인터페이스가 AMI 시스템과 통신하기 위해 모듈을 벗어난 모든 기구에 대해 제공될 수 있다. 시스템은 수요 관리 가능 기구를 갖는 기구 판매를 제공한다. 수요 관리 모듈(DSMM)이 (PLC, FM, AM SSB, WiFi, ZigBee, 무선 브로드캐스트 데이터 시스템, 802.11, 802.15.4 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 통신 방법을 사용하여 기구의 에너지 소비 및 제어 기능을 제어하기 위해 제공된다. 모듈러 접근방식은 기구가 전기 유틸리티 통신 요건에 매칭할 수 있게 한다. 각 전기 유틸리티 영역은 상이한 통신 방법, 프로토콜 방법 등을 가질 수도 있다. 이러한 모듈러 접근방식은 기구가 소비자 또는 특정한 전기 제공자의 특정한 지리적 영역에 적합되도록 한다. 모듈은 특징에 다음과 같이 추가될 수 있고 기구가 설치된 이후에 적용될 수 있다. 통상의 설치는 일체 탑재 모듈(기구 또는 유닛 내부) 또는 외부 탑재 모듈(벽 전기 리셉터클에서 또는 기구 또는 유닛 외부 어디서나)을 포함할 수 있다. 본 개시물에서의 모듈은 필요한 경우에 2 방향 통신을 제공하고, 동작의 여러 상태 - 예를 들어, 1) 정상 동작, 2) 저에너지 모드(오프되지 않음) 에서의 동작, 및 3) 최저 에너지 모드에서의 동작을 제공할 것이다.
이러한 모듈은 기구로부터 또는 별개의 전원을 통해, 또는 재충전가능한 배터리로 전력공급될 수 있다. 재충전가능한 배터리는 오프-피크 조건하에서 충전하도록 설정될 수 있다. 기구로부터 전력공급된 모듈에 있어서, 기구는 전력 사용에 관한 결정을 할 필요가 있을 때까지 모듈을 턴 오프할 수 있어서, 모듈의 대기 전력 소모를 제거한다. 개별적으로 전력공급되면, 기구는 저 에너지 상태로 가거나 완전하게 오프될 수 있지만, 모듈은 요금을 계속 모니터링한다.
제안된 시스템에서 RFID 태그의 사용은, RFID 태그가 이들 디바이스의 확산으로 인해 소매로 매우 저가가 되기 때문에 상당한 절약을 제공하고, 인에이블된 기구가 유틸리티 계량기와 효율적으로 통신(예를 들어, 유틸리티 계량기로부터 신호를 수신)하는 것을 허용한다. 이러한 시스템은 소비자가 피크 수요 주기 동안 에너지 사용을 관리하는 것을 매우 용이하게 하고, 유틸리티에 의해 가정에서 기구를 정지시킴으로써 소비자에 대한 불편 레벨을 낮춘다. 로컬 축전(local storage) 및 로컬 발전(local generation)이 시스템에 통합되면, 소비자가 비용 절약을 보게 된다. 이러한 시스템은 또한, 전체 수요를 낮춤으로써 과도한 전력 수요에 의해 야기된 절전/정전을 롤링하는 문제를 해결한다. 또한, 시스템은 소비자의 유틸리티 청구서에서 소비자 돈을 절약할 뿐만 아니라 유틸리티 수요를 궁극적으로 낮추는 시스템으로 소비자가 선택을 사전-프로그램하게 한다. 예를 들어, 소비자는 피크 요금 타임프레임 동안 냉장고의 해동 사이클을 디스에이블하는 것을 선택할 수도 있다. 본 개시물은 내부 기구 제어 보드와 "통신"하고 에너지 공급의 축소없이 특정 액션을 실행하도록 기구에 명령하기 위한 제어기를 제공한다. 본 개시물은 RFID 기술을 사용하여 마스터 디바이스와 하나 이상의 슬레이브 디바이스 사이에서 데이터를 통신하는 방법을 더 제공한다. 이것은 마스터에 의해 공진된 상이한 주파수에서 공진하는 하나 이상의 패시브 RFID 또는 마스터 디바이스에 의해 조작될 수 있고 슬레이브 디바이스(들)에 의해 판독될 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 하나 이상의 액티브 RFID 태그 중 하나를 사용하는 다수의 스테이트 또는 신호일 수 있다. 그 후, 패시브 또는 액티브 RFID 태그에서의 스테이트는 슬레이브 디바이스(들)상의 마이크로제어기에 의해 판독될 수 있고, 적절한 기능/액션이 이들 신호에 기초하여 취해질 수 있다.
다른 예시적인 실시형태는, 예를 들어, 신호를 송신하기 위해 톤을 사용하여 레이트 1, 2, 3, 또는 4와 같은 레이트 정보를 단지 패싱할 때 인텔리전스를 송신하기 위해 반송파 주파수상에서 운반하는 연속 코딩된 톤을 사용한다. 소정의 톤에 2진수를 할당함으로써 메시징의 상세를 더 강화할 수 있어서, 다중 톤을 갖는 2진 코딩을 사용하여 메시지를 "스펠 아웃(spell out)"하게 한다. 기구 마이크로컴퓨터는 2진 포맷으로 도달하는 소정의 수에 응답하도록 프로그래밍된다.
이러한 접근방식으로 하나의 이점은, 소비자가 그들의 전력을 완전히 제어한다는 것이다. 소비자가 수요 한계를 초과하거나 절전을 롤링하는 수를 증가시키는 경우에 소비자를 정지시키는 유틸리티에 의한 제안이 있었다. 이러한 방법은 또한, 제어와 관련하여 소비자의 가정에서 소비자의 미세한 세분화를 제공한다. 소비자는 단일 디바이스를 단지 관리하기 위해 룸을 부하 쉐딩하지 않는다.
본 개시물은 또한 바람직하게는, 상황을 소비자의 관점으로부터 더욱 수용가능하게 만들기 위해 "온/오프" 이외에 기구, 조명, 또는 HVAC에서 부하 쉐딩의 모드를 제공한다.
본 개시물의 이점은, 공통 인터페이스를 갖는 기구를 제조하고 모듈이 수요 관리를 처리하게 하는 능력이다.
다른 이점은, 온/오프 기능과는 대조적으로 다양한 에너지 레벨에서 기구 및/또는 유닛내의 기능 및 특징을 제어하는 능력이다.
다른 이점은, 소비자가 모듈을 선택할 수 있거나 모듈을 선택하지 않을 수 있다는 것이다. 모듈이 선택되면, 소비자의 특정한 전기 유틸리티 서비스 제공자 통신 방법에 매칭될 수 있다.
다른 이익은, 관련된 전기 서비스 제공자와의 증가된 플렉시빌리티, 및 (단순한 온/오프 모드가 아닌) 여러 동작 모드의 제공이다. 모듈은 수요 관리를 제공하기 위해 기구 및/또는 유닛의 내부 또는 외부에 배치되거나 위치될 수 있다.
또 다른 이익은 모듈방식에 관한 것이고, 그 능력은 기구의 비용에 악영향을 미치지 않고, 다양한 프로토콜에 대해 기구를 오픈 업하고, 수요 관리 또는 에너지 관리를 인에이블하고/하거나, 기구에 표준 인터페이스를 제공(예를 들어, 온-피크 시간 동안 사전냉동 및/또는 온도 설정 변경을 제공)하는 다중의 통신 방법 및 프로토콜을 처리하는 것이다.
상술한 시스템보다 현저하게 고비용인 PLC 또는 Zigbee 솔루션과 같은 산업 솔루션을 이용하기보다는 가정 내에서 저비용의 신뢰가능한 RF 송신을 이용한다.
본 개시물의 다른 특징 및 이점은 아래의 상세한 설명을 읽고 이해함으로써 명백해질 것이다.
도 1 내지 도 8, 도 9a, 도 9b, 및 도 10 내지 도 21은 가정 기구에 대한 에너지 관리 시스템의 예시적인 실시형태들을 예시한다.
일 실시형태에서, 유틸리티와 집주인의 기구 사이의 에너지 관리를 처리하는 더욱 진보된 시스템이 제공된다. 이 시스템은 제어기, 유틸리티 계량기, 통신 네트워크, 지능형 기구, 로컬 축전기, 로컬 발전기 및/또는 수요 서버 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 덜 진보된 시스템은 기구가 DSSM(Demand Side Management Module)(도 1)을 통해 유틸리티 계량기 또는 메시 네트워크와 직접 통신하는 것을 실제로 허용할 수도 있다. 수요 서버는 유틸리티가 피크 수요에 있을 때와 유틸리티의 현재의 수요 한계가 무엇인지를 제어기에게 통지하는 컴퓨터 시스템이다. 유틸리티 계량기는 또한, 피크 수요 및 수요 한계의 발생을 제어기에 제공할 수 있다. 수요 한계는 또한 집주인에 의해 설정될 수 있다. 추가로, 집주인은 유틸리티가 상이한 시간에서 청구하는 요금에 기초하여 기구 제어에서 다양한 모드를 강제하는 것을 선택할 수 있다. 제어기는 유틸리티 계량기를 통해 가정에 의해 현재 사용된 에너지 소비를 볼 것이고, 가정이 서버로부터 판독된 수요 한계를 초과하는지를 검사할 것이다. 수요 한계가 초과되면, 제어기는 지능형 기구, 조명 및 서모스탯(thermostat)/HVAC(도 2)에 통지한다.
각 지능형 기구는 그 자체를 제어기에 링크하는 통신 인터페이스를 갖는다(도 3). 이러한 인터페이스는 전력선 반송, 무선, 및/또는 유선일 수 있다. 제어기는 사용자 선호도/세팅을 실행하기 위해 기구 및 조명 제어 뿐만 아니라 서모스탯(HVAC용)과 상호작용할 것이다.
인에이블된 기구는 유틸리티로부터 신호를 수신하고, 유틸리티상의 피크 부하를 낮추고, 소비자가 그날의 고에너지 비용 기간 동안 사용하는 에너지량을 낮추는 것을 돕는다. 무선 통신(ZigBee, WiFi 등)을 통해 또는 PLC(전력선 반송) 통신을 통해, 이것을 달성하는 여러 방식이 존재한다. 대안으로는, 마스터에 의해 공진된 상이한 주파수에서 공진하는 패시브 RFID 태그, 또는 마스터 디바이스에 의해 조작될 수 있고 슬레이브 디바이스(들)에 의해 판독될 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 하나 이상의 액티브 RFID 태그를 사용하는 것은, 프로토콜이 존재하지 않기 때문에 효율적이고 잠재적으로 더 낮은 비용의 통신 솔루션이다. 오히려, 특정한 주파수에서의 에너지의 펄스가 마스터 디바이스와 하나 이상의 슬레이브 디바이스 사이에서 송신/통신하기 위한 오픈 프로토콜을 갖는 저비용 방법을 허용하고, 적절한 기능/액션이 이들 신호에 기초하여 취해질 수 있다.
제어기와 기구 사이의 상호작용은 2개의 방식으로 발생할 수 있다. 예를 들어, 피크 수요 기간 동안 하나의 시나리오에서, 제어기는 유틸리티, 수요 서버 또는 사용자로부터 수요 한계를 수신할 것이다. 그 후, 제어기는 2개의 팩터: 기구의 우선순위 및 에너지 수요 레벨에 기초하여 가정의 수요를 할당할 것이다(도 4). 우선순위는, 어떤 기구가 다른 기구보다 풀(full) 또는 부분 에너지 모드에 있을 높은 우선순위를 갖는지를 좌우한다. 에너지 수요는 그 기구를 적절하게 기능시키기 위해 특정한 시간 기간 동안 얼마나 많은 에너지가 요구되는지를 좌우한다. 기구의 에너지 수요가 적절하게 기능하는데 너무 낮으면, 기구는 정상 모드 또는 더 높은 에너지 수요 레벨로 이동한다. 통상적으로, 에너지 절약 모드는 피크 수요 기간이 종료될 때까지의 압축기 및 모터의 정지, 지연 사이클, 여름 중에 더 높은 동작 온도 또는 겨울 중에 더 낮은 동작 온도와 같은 기구에 대한 더 낮은 에너지 사용 모드이다. 수요 한계에 도달하면, 기구는 피크 수요가 종료되거나, 사용자가 중단시키거나, 기구가 수요 사이클 또는 우선순위 변경을 종료할 때까지 그들의 에너지 모드에 머무를 것이다. 제어기는 기구가 어느 상태에 있는지를 결정하고, 우선순위가 시스템 목표를 달성하기 위해 변경될 필요가 있는지를 결정하기 위해 기구로부터 상태 업데이트를 지속적으로 수신한다.
제 2 시나리오에서, 예를 들어, 세트 포인트가 제공된다. 피크 수요 기간 동안, 제어기는 피크 수요 모드로 진입하라고 기구에 지시할 것이다(도 5). 그 후, 기구는 더 낮은 에너지 모드로 진입할 것이다. 소비자는 기구 사용 이전 또는 동안 기구 프런트 엔드 제어(즉, 사용자 인터페이스 보드) 또는 제어기에서 특징을 선택함으로써 에너지 절약 모드를 비활성화할 수 있다. 제어기는 또한 로컬 축전 또는 전력 발전 유닛에 통신할 수 있다. 이러한 로컬 유닛은 유틸리티로부터의 인입 전원에 접속된다. 제어기는 축전 유닛이 포함되어 있고 이용가능하면, 피크 수요에 있지 않을 때 충전하도록 축전 유닛에 통지한다. 축전 유닛이 피크 수요 동안 기구에 공급하는데 충분한 에너지를 가지면, 제어기는 가정의 에너지 소비를 유틸리티로부터 축전 유닛으로 스위칭한다. 유닛은 또한 태양광, 수소 연료 전지 등과 같은 로컬 발전기/축전기일 수 있다.
중앙 제어기가 의사 결정 프로세스에 포함된 소비자 선택으로 유틸리티와 가정 기구, 조명, 서모스탯/HVAC 등 사이의 에너지 관리를 처리한다. 제어기는 유틸리티 계량기, 유틸리티, 수요 서버 또는 사용자 중 하나 이상으로부터 판독된 수요 한계에 기초하여 에너지 절약 모드의 통지를 포함할 수도 있다. 이에 의해, 기구의 에너지 절약 모드는 제어기 및/또는 소비자로부터 전송된 우선순위 및 에너지 수요 레벨에 기초하여 제어되거나 조절될 수 있다(도 6). 유사하게, 피크 수요를 오프셋하기 위한 로컬 에너지 축전기의 사용 또는 로컬 발전기의 사용에 대한 고려사항이 에너지 관리 고려사항에 포함될 수 있거나, 제어기를 통하거나 기구, 조명, 또는 서모스탯/HVAC에서 에너지 절약 모드를 중단하는 능력을 제공한다(도 7 및 도 8).
본 개시물은 집에 대한 현안의 절전 또는 정전 상황에서 부하를 쉐딩하는 능력을 갖고, 또한 식품 저장 안전을 손상시킬 수도 있는 연장된 시간 동안 냉장고를 중지시키는 것과 같은 부적절한 액션을 방지하는 지능을 갖는다.
피크 수요에서 기구가 얼마나 많은 에너지를 소비하는지는 디바이스의 우선순위 및 에너지 수요 레벨에 기초한다. 기구의 우선순위가 높으면, 기구는 절약 모드로 진입하지 못할 가능성이 가장 크다. 에너지 수요 레벨은 피크 수요 동안 기구가 얼마나 적은 에너지를 소비할 수 있는지에 기초하고, (상하는 것을 방지하기 위해 온도가 충분히 차다는 것을 보장하는 냉장고에서) 기능 세팅을 여전히 제공한다. 기구가 다중의 에너지 수요 레벨을 가질 수도 있다는 것이 또한 이해된다.
제어기는 장래의 기구내에 포함된 통신 및 세팅 제어를 갖는 메인 제품이다. 제어기가 수요 사용을 판독할 수 있도록 특정한 계량기가 선택될 것이다. 수요 서버가 유틸리티에 대해 어쩌면 구매되거나 임대될 것이다.
임의의 중요한 기능을 수행하도록 설계된 기구를 구성하는 방법이 제공되고, 이 기구는 메인 제어기에 의해 제어되는 여러 기계적 및 전기적 엘리먼트로 이루어진다. 이러한 메인 제어기는 기구의 동작 상태에 관한 정보를 수신하는 포트를 갖는다. 이 포트는 또한 포트를 통해 제어기에 의해 수신된 정보를 중단하기 위해 사용될 수 있는 사용자 인터페이스 또는 스위치를 갖는다. 2-방향 또는 1-방향 통신 디바이스가 이 포트에 접속될 수도 있다. 이들 통신 디바이스는 원격 제어기로부터 신호를 수신하고, 이들 신호를 프로세싱하며, 그 결과, 동작 상태를 기구의 메인 제어기에 통신할 것이다. 이러한 동작 상태는 기구에 의해 결정된 특정한 포맷으로 하나 이상의 원격 제어기에 의해 메인 제어기에 통신된다. 원격 제어기(들)로부터의 이들 신호는 다양한 통신 방법 및 관련 프로토콜에 기초할 수 있다. 동작 상태 신호의 수신시에, 기구 메인 제어기는 기구가 소정의 동작 모드를 구동하게 한다. 이들 동작 모드는 기구(들)에 설계되고, 상이한 자원 소비 레벨 또는 패턴을 발생시키고, 심지어 사용을 지연시킨다. 자원은 에너지, 물, 공기, 열, 태양광, 시간 등을 포함할 수 있다. 장래의 기구 모델에서, 소비자에게는 소정의 요금 신호에 대한 기구 응답을 변경하는 권한이 제공될 수도 있다. 소비자에게는 잠재적 응답 모드의 "체크 박스"가 제공되고, 설정된 파라미터내에서 선택하도록 허용된다. 예를 들어, 소비자는 높은 유틸리티 요금에 응답하여 냉장고가 수행할 온도 조절량을 선택하도록 허용될 수도 있다.
마스터 디바이스와 하나 이상의 슬레이브 디바이스 사이에서 데이터를 통신하는 방법은 바람직하게는, 연속 톤-코딩된 송신 시스템을 사용할 수도 있다. 이것은 (계량기로부터의)홈 영역 네트워크 또는 유틸리티로부터 오는 상이한 요금 상태를 나타내는 하나 이상의 연속 톤을 사용하는 다수의 상태 또는 신호일 수 있다. 추가로, 몇 개의 톤을 사용하여 2진 메시지를 송신하기 위해 톤의 조합을 전송할 수 있다. 슬레이브 디바이스는 반송파 주파수를 수신한 후, 유틸리티 요금의 특정한 상태에 대응하는 연속 톤을 디코딩하는 수신기를 포함할 것이다. "수신기 보드"가 톤을 검출하면, 다운스트림 회로는 기구에서 적절한 응답을 트리거할 것이다. 이러한 방식에서 반송파 주파수는 다수의 스펙트럼일 수 있고, 이는 저레벨 전력 출력을 위해 FCC에 의해 할당된 FM 브로드캐스트 대역 또는 특정한 FM 대역이다. 브로드캐스트 대역 FM의 이점은, 이러한 디바이스의 저비용 및 89 내지 106Mhz 반송파의 장파장으로 인한 매우 낮은 레벨의 전력으로 집내의 벽 등을 관통하는 잠재성이다. 이러한 프로세스는 공유된 2-방향 무선 주파수에서 다중 사용자에 대한 청취의 성가심을 감소시키기 위해 2-방향 무선 통신에서 현재 사용된다. 이들 무선에서의 프로세스를 CTCSS(continuous tone-coded squelch system)이라 칭하고, 이러한 최종 용도에서 기구를 찾는다.
일반적으로, 제어 소스로부터 신호를 수신할 수 있는 모듈러 인터페이스를 갖는 것은 알려지지 않았다. 또한, 기구에게 응답할 것을 지시하는 신호로 기구의 제어 보드를 어드레싱함으로써 기능되는 종래의 장치는 없다.
따라서, 단지 예로서, 냉장고(도 9, 다른 기구가 또한 표현되었지만)의 구조 및/또는 동작이 특히, 사전 온-피크 시간에 냉동칸에서 온도를 감소시킴으로써 변형되거나 변경될 수도 있고, 또한 온-피크 부하를 줄이기 위해 칸의 온도 증가를 일시적으로 제공할 수도 있다. 구체적으로는, 오프-피크 시간까지 해동 동작이 지연될 수 있다. 대안으로 또는 공동으로, 냉동실 및 냉장고 온도 셋포인트는 온-피크 수요 시간 동안 정기적으로 더 적은 압축기를 유지하도록 설정될 수도 있다. 유사하게는, 냉장고/냉동실은, 온-피크 수요 시간 동안 광이 들어오도록 허용되지 않거나 광이 희미한 광이어야 하도록 프로그램될 수 있다. 온-피크 수요 시간 동안, 에너지 소비를 감소시키기 위해 팬 동작 속도가 감소될 수 있고/있거나, 압축기 동작 속도가 감소된다. 또 다른 옵션은 온-피크 시간 동안 소리를 내기 위한 도어 알람에 대한 지연 시간을 감소시키는 것이다. 냉장고에서 다른 전력 부하 감소 척도는 냉장고에서 냉동칸 및 냉장칸의 온도를 (온-피크 시간 이전에 감소시키고) (사전 냉동), 온-피크 요금 동안 온도 세팅을 약간 증가시키는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 피크 요금 시간 직전에, 온도 세팅은 (오프-피크 요금 동안) 1-2 정도 만큼 감소될 수 있다. 전기 회사와의 몇몇 통신선이 확립될 수 있다. 따라서, 전기 회사는 냉장고를 사전냉동하거나(또는 에어컨의 경우에서는, 사전냉동 조치로서 오프-피크 요금 동안 실내 온도를 감소시키고), 차례로 온-피크 요금 동안 온도 세팅을 증가시키기에 앞서 신호를 전송할 수도 있다.
변경될 수도 있는 예시적인 냉장고의 또 다른 에너지 소비 프랙티스는, 온-피크 수요 시간 동안 제빙기를 턴오프하거나, 온-피크 수요 시간 동안 쇄빙 모드를 디스에이블하는 것을 포함한다. 대안으로는, 소비자에게는 인에이블/디스에이블 메뉴를 통해 아이템들이 온-피크 수요에 통합되는 사용자 인터페이스를 통해 선택하거나, 유틸리티 회사 및 사용 시간 스케줄을 선택하기 위해(도 11) 우편번호의 기입과 같은 입력 선택을 제공하거나(도 10), 주스케줄(week schedule) 입력 방법의 시간 대 날짜를 사용하는(도 12-13) 능력이 제공될 수도 있다.
사용자 인터페이스는 또한, 제안된 에너지 절약 팁을 통합하거나 에너지 사용을 나타내거나, 온-피크 모드 동안 표시기를 제공하거나, 도어 열림의 에너지 영향을 예시하기 위해 카운터를 제공하거나, 에너지 사용 또는 에너지 보존에 대한 특정 선택/액션의 영향의 리마인더로서 작용하도록 소비자에게 에너지 계산기를 나타낼 수 있다(도 14-도 19).
기구 관점으로부터 추구되는 하나의 경로는, 기구의 온보드 CPU(마이크로프로세서)가 부하 쉐딩 응답에 대해 질문하는 인커밍 신호에 어떻게 응답할지 결정할 수 있게 하는 것이다. 예를 들어, CPU는 전력 소비에서의 턴다운(turndown)을 제공하기 위해 기구에서의 특정 기능 및 특징을 턴온, 턴오프, 스로틀, 지연, 조정, 또는 변경할 것이다(도 20). 도 21은 무엇이 가능한지의 예시적인 모드를 구체적으로 정의한다. 여기에서의 메인 특징은 기구에서 액션을 실행하여 부하 쉐딩을 전달하기 위한 메인 보드 마이크로프로세서 또는 CPU의 인에이블링이다(이 순간에 전력 소비가 낮아짐). 각 기구에서 이용가능한 액션은 기구에서의 거의 모든 전기 소비 디바이스인, CPU가 제어하는 디바이스들에 오직 한정된다. 이것은, 기구가 전자 제어 대 전기기계 제어를 갖는 경우에 더 양호하게 작동할 수도 있다.
물론, 상기 설명이 냉장고에 집중되지만, 이들은 식기세척기, 온수기, 세탁기, 빨래 건조기, (텔레비전의 턴온 보다는 기록 특징을 활성화하는)텔레비전 등과 같은 다른 가정 기구에 동일하게 적용가능하고, 이 리스트는 단순히 대표적인 것이고 모두를 포함하는 것으로 의도되지 않는다.
유사하게, 이들 개념이 기구에 관하여 설명되었지만, 기구 및 전기 사용 이외의 영역에서의 기구를 찾을 수도 있다. 예를 들어, 유틸리티 계량기와 기구 사이의 매개자로서 작용하는 제어기는 유틸리티 신호를 인터셉트하고, 이것을 프로세싱한 후, 규정된 반응을 위해 기구에 이러한 신호를 전송한다. 유사한 방식으로, 제어기는 다른 가정 유틸리티에 대한 애플리케이션, 예를 들어, 가정내의 천연 가스 및 수도를 찾을 수도 있다. 유량을 측정한 후, 전기 경우와 정확히 유사하게 가스 온수기 또는 가스로에 대한 응답을 구동하기 위해 수도 및 가스 계량기를 장착할 수 있다. 이것은, 장래에 가변의 가스 및 수도 요금을 경험할 수도 있다는 것을 가정한다. 다음으로, 제어기에 연결된 유량계는 소정의 기구 또는 기구들이 온일 때의 유량을 정상 소비에 비교함으로써 수도관의 파손 또는 누수에 관한 경고를 소비자에게 제공할 수 있다. 안전이 관련되는 경우에, 시스템은 데이터 분석에 기초하여 가스 또는 수도의 흐름을 중지시킬 수 있다.
다른 특징은 유틸리티 이익을 위한 "원격 가입"의 통합일 수도 있다. 일부 경우에서, 유틸리티는 소비자의 기구, 온수 가열기 등에서 DSM에 가입하기 위한 디스카운트/리베이트를 소비자에게 제공할 것이다. "원격 가입" 특징은, 소비자가 "리베이트" 프로그램에 있었기 때문에 특징을 디스에이블하는 것으로부터 소비자를 "락아웃(lockout)"하는 신호를 유틸리티가 전송하게 한다.
제어기가 적합한 다른 특징은 "원격 진단"의 포함이다. 이러한 특징은 기구에서의 무엇이 사양만큼 아니다는 것을 나타내는 신호 또는 메시지를 기구가 제어기에 전송하게 한다. 그 후, 제어기는 제어기로 포함된 다양한 통신 수단(즉, WIFI, WIMAX, Broadband, cell phone, 또는 제어기가 "말"할 수 있는 임의의 다른 포맷)을 통해 유틸리티 또는 기구 제조자에게 이러한 신호를 중계할 수 있다.
원격 가입의 경우에서, 유틸리티는 현재, DSM 시스템 기능을 그만두기 위해 유틸리티 가입자의 정직성에 의존한다. 일부 사람은 디스카운트/리베이트를 수신할 수도 있고, 그 후, 부하 쉐딩을 구동하는 특징을 디스에이블할 수도 있다. 이러한 시스템으로, 유틸리티는 특징이 인에이블되어 적절한 부하 쉐딩을 제공하는 것을 보장할 수 있다.
바람직한 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였다. 명백하게는, 이전의 상세한 설명을 읽고 이해할 때 다른 것으로의 변형 및 변경이 발생할 것이다. 본 발명이 모든 이러한 변형 및 변경을 포함하는 것으로서 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (21)

  1. 피크 시간 동안 전력 소비를 감소시키는 냉장고 시스템으로서,
    하나 이상의 전력 소비 냉장고 특징/기능(features/functions)을 갖는 냉장고; 및
    피크 시간 동안 전력을 감소시키기 위해 상기 하나 이상의 전력 소비 냉장고 특징 중 임의의 수의 특징을 스케줄링하거나 지연하거나 조절하는 냉장고 제어 시스템을 포함하는,
    냉장고 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉장고 제어 시스템의 상기 하나 이상의 전력 소비 냉장고 특징은, 상기 냉장고의 조명, 팬, 압축기 및 도어 알람, 그리고 상기 냉장고의 제빙기 등 중 하나 이상을 제어하는 제어기를 포함하는,
    냉장고 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전력 소비 냉장고 특징/기능 중 어느 것이 상기 냉장고 제어 시스템에 의해 스케줄링되거나 지연되거나 조절되는지를 선택하기 위한 능력을 사용자에게 제공하고, 상기 냉장고 제어 시스템이 온-피크 및 오프-피크 시간을 결정할 수 있는 유틸리티 회사의 사용 스케줄 시간에 대응하는 우편번호 항목을 수신하고, 주스케줄(week schedule) 입력 방법의 시간 대 날짜를 사용하고, 현재의 요금을 통지하는 유틸리티로부터 요금 신호를 직접 수신하고/하거나, 에너지 절약 팁, 에너지 사용, 온-피크 또는 오프-피크 모드의 활성화, 도어 열림 카운터, 및/또는 에너지 계산기를 디스플레이하거나 표시하는 사용자 인터페이스를 더 포함하는,
    냉장고 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉장고 제어 시스템은, 광이 감지될 때 피크 시간의 대략적인 발생(approximate occurrence)을 표시하는 주변 광 센서를 포함하는,
    냉장고 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉장고 제어 시스템은, 상기 냉장고 제어 시스템이 장기 어둠 기간 이후 광을 감지하는 상기 주변 광 센서를 통해 아침의 발생을 결정한 이후에 설정된 시간 수(a set number of hours) 동안 전력 쉐이빙(power shaving) 모드에 진입하는,
    냉장고 시스템.
  6. 피크 시간 동안 냉장고 시스템의 전력 소비를 감소시키는 방법으로서,
    하나 이상의 전력 소비 냉장고 기능을 갖는 냉장고를 제공하는 단계; 및
    피크 시간 동안 전력을 감소시키기 위해 상기 하나 이상의 전력 소비 냉장고 특징 중 임의의 수의 특징을 스케줄링하거나 지연하거나 조절하는 냉장고 제어 시스템을 사용하는 단계를 포함하는,
    냉장고 시스템의 전력 소비를 감소시키는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉장고 제어 시스템을 사용하는 단계는, 해동 기능 직전에 세트 포인트 아래로 냉동칸 온도를 감소시키는 단계, 또는 피크 시간 동안 도어 알람을 개시하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는,
    냉장고 시스템의 전력 소비를 감소시키는 방법.
  8. 하나 이상의 기구(appliance)에 대한 가정 에너지 관리 시스템 및 방법으로서,
    가정 내의 전력 소비를 관리하는 제어기;
    소스 유틸리티로부터 가정으로의 에너지 사용량을 측정하는 유틸리티 계량기로서, 상기 유틸리티의 하나 이상의 파라미터(예를 들어, 피크 수요, 수요 한계 등의 발생)를 상기 제어기에 선택적으로 통신하는 상기 유틸리티 계량기;
    선택적으로, 사용자가 에너지 사용의 파라미터(예를 들어, 피크 수요, 수요 한계 등)를 입력할 수 있는 사용자 인터페이스;
    선택적으로, 로컬 에너지를 생성하는 로컬 발전기;
    선택적으로, (냉장 공간내의 열 저장 수단의 형태일 수 있는) 에너지를 저장하는 로컬 에너지 저장 디바이스;
    선택적으로, 유틸리티의 하나 이상의 파라미터(예를 들어, 피크 수요, 수요 한계 등의 발생)를 상기 제어기에 통신하는 수요 서버; 및
    상기 제어기를 상기 유틸리티 계량기, 상기 로컬 에너지 저장 디바이스, 및/또는 상기 수요 서버 중 하나 이상에 접속하는 통신 네트워크를 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 유틸리티 계량기, 상기 사용자 인터페이스, 상기 로컬 발전기, 상기 로컬 저장 디바이스 및/또는 상기 수요 서버 중 하나 이상으로부터의 통신에 기초하여 상기 하나 이상의 기구를 통신하거나 제어하거나 동작시키는,
    가정 에너지 관리 시스템 및 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 수요 한계, 상기 하나 이상의 기구 각각의 우선순위, 및 상기 하나 이상의 기구 각각의 에너지 수요 레벨 중 하나 이상에 기초하여 상기 하나 이상의 기구에 에너지를 할당하는,
    가정 에너지 관리 시스템 및 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 피크 수요 모드에 진입하도록 상기 하나 이상의 기구에 지시하는,
    가정 에너지 관리 시스템 및 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    사용자가 상기 피크 수요 모드를 비활성화시키는 것을 허용하는 상기 하나 이상의 기구 각각과 관련된 기구 사용자 인터페이스를 더 포함하는,
    가정 에너지 관리 시스템 및 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기구는 가정 조명, 냉장고, 세탁기, 건조기, 오븐/레인지, 전자레인지, 식기세척기, HVAC 시스템, 온수 가열기 등 중 하나 이상을 포함하는,
    가정 에너지 관리 시스템 및 방법.
  13. 하나 이상의 가정 기구에 대한 가정 에너지 관리 방법으로서,
    a) 서버로부터 수요 스케줄 및 피크 수요 한계를 요청하는 단계;
    b) 상기 수요 스케줄이 피크 수요의 발생을 나타내는지를 결정하는 단계;
    c) 피크 수요이면, 유틸리티 계량기로부터 에너지 사용을 판독하고 상기 피크 수요 한계가 초과되었는지를 결정하는 단계;
    d) 피크 수요가 초과되었으면, 상기 하나 이상의 기구에 피크 수요 기간을 통지하는 단계; 및
    e) 피크 수요가 종료되었는지를 결정하고, 피크 수요가 종료되었다는 것이 결정되면 단계 a)로 복귀하고, 피크 수요가 종료되지 않았다고 결정되면 단계 c)로 복귀하는 단계를 포함하는,
    가정 에너지 관리 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    단계 b)에서 피크 수요의 발생이 없음이 결정되면 로컬 저장 디바이스를 충전하는 단계를 더 포함하는,
    가정 에너지 관리 시스템 및 방법.
  15. 기구 제어 방법으로서,
    a) 정상 모드에서 기구를 동작시키는 단계;
    b) 피크 수요 모드가 인에이블되는지 및 피크 수요 경보가 발행되었는지를 결정하고, 상기 피크 수요 모드가 인에이블되고 상기 피크 수요 경고가 발행되었다는 것 모두가 결정되지 않으면 단계 a)로 복귀하는 단계;
    c) 상기 기구의 우선순위를 결정하고, 상기 우선순위가 높다는 것이 결정되면, 단계 a)로 복귀하는 단계;
    상기 우선순위가 낮다는 것이 결정되면
    d) 상기 기구에 대한 에너지 수요 레벨을 설정하는 단계;
    e) 상기 기구의 내부 센서를 판독하는 단계;
    f) 상기 기구가 목표를 유지하지 않으면 상기 기구에 대한 에너지 수요 레벨을 조절하는 단계; 및
    g) 상기 피크 수요 경보가 제거되면 단계 a)로 복귀하고, 그렇지 않으면 단계 e)로 복귀하는 단계를 포함하는,
    기구 제어 방법.
  16. 가정 기구 시스템 및 방법으로서,
    메인 제어기에 의해 제어되는 하나 이상의 기계적 및/또는 전기적 구성요소/기능을 갖는 기구;
    상기 메인 제어기로서, 상기 기구의 동작 상태에 대한 정보를 수신하는 포트 및 상기 포트와 관련되고 상기 포트를 통해 상기 제어기에 의해 수신된 상기 정보를 오버라이드(override)하도록 동작가능한 인터페이스 또는 스위치를 갖는 상기 메인 제어기;
    상기 포트에 (예를 들어, 1-방향 또는 2-방향) 접속된 하나 이상의 통신 디바이스; 및
    상기 통신 디바이스에 신호를 전송하는 원격 제어기를 포함하고,
    상기 하나 이상의 통신 디바이스는, 상기 신호를 수신하고, 상기 신호를 프로세싱하며, 상기 메인 제어기에 동작 상태를 통신하고, 상기 신호는 선택적으로 상기 기구에 의해 결정된 포맷이고,
    상기 메인 제어기는 상기 수신된 신호에 기초하여 소정의 동작 모드에서 상기 기구가 구동하게 하는,
    가정 기구 시스템 및 방법.
  17. 기구에 대한 가정 기구 제어 시스템 및 방법으로서,
    사용자로부터 에너지 관리 입력을 수신하는 사용자 인터페이스; 및
    상기 사용자 인터페이스에 동작가능하게 접속된 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 기구에 전달된 에너지의 가격 또는 에너지 "상태" 모드에 대해 수신된 신호와 함께 상기 사용자 인터페이스를 통해 상기 사용자에 의해 수신된 상기 에너지 관리 입력에 기초하여 상기 기구를 동작시키는,
    가정 기구 제어 시스템 및 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 에너지 관리 입력은,
    지연 표시(예를 들어, 저가 에너지 신호가 수신될 때까지 기구의 동작 또는 기구의 기능/특징을 지연시키거나, 더 이상 지연시키는 것이 실현 불가능할 때까지 지연함);
    중지 표시(예를 들어, 이러한 응답을 트리거하기 위해 부하 쉐딩(load shedding) 신호의 수신시에 특정 기능 또는 전체 기구를 디스에이블함);
    오버라이드 표시(예를 들어, 항상 또는 특정한 가격 레벨에 기초하여 고가 에너지 신호를 오버라이딩);
    오디오 또는 시각 경보 표시(예를 들어, 고가 에너지 신호의 수신을 표시); 및/또는
    디스플레이 표시(예를 들어, 선택된 동작 모드에서 상기 기구를 구동하는 비용을 디스플레이하거나 현재 시간에서 에너지의 비용을 디스플레이)
    중 하나 이상인,
    가정 기구 제어 시스템 및 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 기구는 세탁기, 건조기, 레인지(range), 냉장고, 전자레인지(microwave), 룸 에어컨, 온수기, 및 식기세척기 중 하나인,
    가정 기구 제어 시스템 및 방법.
  20. 가정 기구 에너지 관리 시스템 및 방법으로서,
    기구로서, 상기 기구의 기능/특징을 동작시키고 부하 쉐딩 커맨드 신호를 수신하는 제어기(예를 들어, 메인보드 CPU)를 갖는, 상기 기구를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 기구에 의한 에너지 사용을 감소시키기 위해 (즉, 전력 소비를 턴다운) 상기 부하 쉐딩 커맨드 신호가 수신될 때, 예를 들어, 기능 및/또는 특징을 턴온하고, 턴오프하고, 스로틀(throttling)하고, 조절하고, 지연하고/하거나 변경하는 것을 포함하여 전력 절약 모드에서 상기 기구의 기능/특징을 동작시키는,
    가정 기구 에너지 관리 시스템 및 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 부하 쉐딩 커맨드 신호에 응답하도록 프로그래밍되어 있는,
    가정 기구 에너지 관리 시스템 및 방법.
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