KR20190077108A - 전압 컨버터를 포함하는 전기 라디에이터 타입 가열 기구 - Google Patents

전압 컨버터를 포함하는 전기 라디에이터 타입 가열 기구 Download PDF

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Abstract

전기 라디에이터 타입 가열 장치(10)는 가열 유닛(12)의 입력(121)에 DC 전압에 급전되면 열량의 제 1 흐름(F1)을 생성하는 가열 유닛(12)을 수용하는 하우징(11)을 포함한다. 가열 장치(10)는, 하우징(11) 내에 장착되고, 전압 컨버터(14)를 전력 공급 소스(13)에 연결하기 위한 연결 소자가 제공된 입력(141) 및 가열 유닛(12)의 입력(121)에 직접적으로 또는 간접적으로 급전하기에 적합한 DC 전압을 공급하는 출력(142)을 포함하는 전압 컨버터(14)를 더 포함한다.

Description

전압 컨버터를 포함하는 전기 라디에이터 타입 가열 기구
본 발명은, 히터 부재의 입력이 전압에 의해 급전되면 열량의 제 1 흐름을 생성하는 히터 부재를 수용하는 케이스를 포함하는, 전기 라디에이터 타입 가열 기구에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전력 공급 소스 및 적어도 하나의 이러한 가열 기구를 포함하는 전기 설비에 관한 것이다.
종래에는, 가열 기구가 연결되는 전력 공급 소스는 교류 전압을 전달하고, 가열 기구의 모든 컴포넌트들도 이에 따라 구성된다. 종래에는, 이러한 파워 공급 소스는 로컬 전력망에 의해 구성된다.
일부 가열 기구에서는, 히터 부재와 연관된 배터리들의 세트를 통합시키는 것도 역시 알려져 있다. 배터리의 이러한 세트는 가열 기구에 의해 사용되는 에너지를 저장할 수 있어서, 시간이 지남에 따른 전기 소비에 여유를 둔다.
그럼에도 불구하고, 이러한 공지된 가열 기구는 아직까지 완전히 만족스러운 것이 아니다.
사실상, 이들은 허용될 수 없는 수율 손실을 생성하는 것 외에도, 전력 공급 소스의 성질과 관련하여 커다란 제한을 부과하여, 광발전 장비, 연료 전지, 수퍼커패시터 또는 전기화학 전지-기반 배터리와 같이 직류 전압을 전달하는 전력 소스를 통한 동작 가능성을 배제한다.
직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 것과 그 반대의 변환이 매우 큰 수율 손실을 초래한다는 점을 상기한다.
그러나, 최근의 경향은 대부분의 시간 동안 직류 전압을 전달하는 재생가능 에너지에 중점을 두고 있는 것이 알려져 있다.
더욱이, 현재의 지식 상태에서는, 전기 가열 기구는 전기 그리드를 관리하는 데에 능동적으로 참가할 수 없다: 가열 기구의 제어 및 저장 용량은 에너지 저장 및 공급 요구에 신속하게 응답하기에는 너무 제한되어 있다(유선 관리, 열적 관성에 의한 저장).
통상적으로는, 전기 가열 기구를 사용하는 부동산 또는 빌딩의 에너지 관리 시스템은 재생가능 에너지를 전기 그리드에 통합하는 데에 참가할 수 없다. 사실상, 전기 가열 기구의 관성을 사용하면, 가열 기구를 재생가능 에너지를 위한 간헐적 저장 시스템으로서 사용하거나 소비 컷-오프를 위한 서비스를 제공하도록 충분히 정밀하게 제어하는 것이 불가능하다.
일반적으로, 전기 가열 기구 및 배터리-타입 전기화학 저장소를 통합하는 것은 백업 필요성 또는 독립형 가열을 달성하기 위해서만 고려된다.
본 발명은 전술된 단점의 전부 또는 일부를 해결하는 것을 목적으로 한다.
이러한 콘텍스트에서, 전체 수율을 개선하면서 직류 전력 공급 소스의 콘텍스트에서 사용되는 것이 훨씬 쉬운, 간단하고 경제적이며 신뢰가능한 고효율 가열 기구를 제공할 필요가 있다.
이를 위하여, 전기 라디에이터 타입 가열 기구로서, 히터 부재의 입력이 직류 전압에 의해 급전되면 열량의 제 1 흐름을 생성하는 히터 부재를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 가열 기구는, 상기 케이스 내에 장착되고, 전압 컨버터를 전력 공급 소스에 연결하기 위한 연결 소자가 제공되는 입력 및 상기 히터 부재의 입력에 직접적으로 또는 간접적으로 급전하도록 직류 전압을 전달하는 출력을 포함하는 전압 컨버터를 포함하며, 상기 전압 컨버터는, 상기 전압 컨버터에 의해 생성된 열량으로 열량의 제 2 흐름을 생성하는 히트 싱크를 포함하고, 상기 제 2 흐름은 상기 히터 부재에 의해 생성된 열량의 제 1 흐름과 혼합되는, 가열 기구가 제안된다.
전압 컨버터의 과열을 피하기 위하여 그 사용 시간에 전압 컨버터로부터 유래하는 제 2 플럭스는, 가열 기구의 다른 컴포넌트를 신속하게 예열하고, 제 1 흐름과 혼합됨으로써 전압 컨버터에 의해 생성된 열량이 손실되거나 심지어 불편을 주는 것을 피함으로써 전기 기기(10)의 에너지 효율을 최적화하게 하는 양자 모두의 역할을 한다. 그러므로 이러한 상이한 소자들과 이러한 상이한 기능들 사이에는 실제로 유리한 시너지가 존재한다.
특정 실시예에 따르면, 상기 전압 컨버터는, 상기 전압 컨버터가 상기 전력 공급 소스에 연결되면, 상기 전력 공급 소스에 의해 상기 전압 컨버터의 입력에 인가되는 직류 전압을 변환함으로써, 상기 출력에서 상기 직류 전압을 전달할 수 있도록 구성된다.
특정 실시예에 따르면, 상기 전압 컨버터는, 상기 전압 컨버터가 상기 전력 공급 소스에 연결되면, 상기 전력 공급 소스에 의해 상기 전압 컨버터의 입력에 인가되는 교류 전압을 변환함으로써, 상기 출력에서 상기 직류 전압을 전달할 수 있도록 구성된다.
또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 가열 기구는, 직류 전류로 동작하고, 직류 전류에 의해 급전되도록 의도되는 입력 및 직류 전류를 전달하는 출력을 가지는 전기 에너지 저장 디바이스를 포함하고, 상기 전기 에너지 저장 디바이스는 전기화학 전지 어셈블리-기반 배터리 및/또는 수퍼커패시터 및/또는 연료 전지를 포함한다.
또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 가열 기구는,
상기 전압 컨버터의 출력을 상기 히터 부재의 입력과 링크시키고, 상기 전압 컨버터의 출력에서의 직류 전압을 상기 히터 부재의 입력에 인가하도록 구성되는 제 1 링크 소자,
상기 전압 컨버터의 출력을 상기 전기 에너지 저장 디바이스의 입력과 링크시키고, 상기 전압 컨버터의 출력에 전달된 직류 전압을 상기 전기 에너지 저장 디바이스의 입력에 인가하도록 구성되는 제 2 링크 소자,
상기 전기 에너지 저장 디바이스의 출력을 상기 히터 부재의 입력과 링크시키고, 상기 전기 에너지 저장 디바이스의 출력에 의하여 전달된 직류를 상기 히터 부재의 입력에 인가하도록 구성되는 제 3 링크 소자, 및
상기 제 1 링크 소자를 개방 회로 또는 닫힌 회로 구성 사이에서 토글하고, 상기 제 2 링크 소자를 개방 회로 또는 닫힌 회로 구성 사이에서 토글하며, 상기 제 3 링크 소자를 개방 회로 또는 닫힌 회로 구성 사이에서 토글하기 위한 스위치 소자를 포함한다.
또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 가열 기구는, 상기 케이스 내에 수용되고 적어도 상기 히터 부재 및 상기 스위치 소자를 제어하는 관리 유닛을 포함한다.
또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 가열 기구는,
상기 케이스 외부의 온도를 측정하기 위한 측정 센서 및 상기 측정 센서에 의해 결정된 값을 상기 관리 유닛의 제 1 입력으로 어드레싱하게 하는, 제 1 송신 소자를 포함한다.
또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 가열 기구는,
상기 전기 에너지 저장 디바이스의 충전 상태를 특징짓게 하는 특징화 소자 및 상기 특징화 소자에 의해 결정된 값을 상기 관리 유닛의 제 2 입력으로 어드레싱하게 하는 제 2 송신 소자를 포함한다.
또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 관리 유닛은, 상기 측정 센서에 의해 결정되고 상기 관리 유닛의 제 1 입력으로 어드레싱된 값에 따라서 그리고 상기 특징화 소자에 의해 결정되고 상기 관리 유닛의 제 2 입력으로 어드레싱된 값에 따라서, 상기 스위치 소자가 상기 관리 유닛의 메모리 내에 저장된 미리 결정된 전략 알고리즘에 따라 제어되게 보장한다.
또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 관리 유닛은, 상기 스위치 소자를 제어하여, 상기 제 1 링크 소자 및/또는 상기 제 3 링크 소자가 개방 회로 구성을 점유하는 제 1 동작 모드와 상기 제 1 링크 소자 및/또는 상기 제 3 링크 소자가 닫힌 회로 구성을 점유하는 제 2 동작 모드 사이에서 상기 가열 기구가 토글되게 하고, 상기 측정 센서에 의해 결정된 값과 상기 관리 유닛에게 알려진 세트포인트 온도 사이의 차이가 엄격하게 양의 값인 미리 결정된 제 1 편차보다 크면 상기 제 1 동작 모드가 점유되고, 상기 측정 센서에 의해 결정된 값과 상기 관리 유닛에게 알려진 세트포인트 온도 사이의 차이가 0이하인 미리 결정된 제 2 편차보다 작으면 상기 제 2 동작 모드가 점유된다.
또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 관리 유닛은, 상기 스위치 소자를 제어하여, 상기 제 2 링크 소자가 닫힌 회로 구성을 점유하는 제 3 동작 모드와 상기 제 2 링크 소자가 개방 회로 구성을 점유하는 제 4 동작 모드 사이에서 상기 가열 기구가 토글되게 하고, 상기 특징화 소자에 의해 결정되는 값이 상기 관리 유닛에게 알려진 미리 결정된 제 1 임계 이하이면 상기 제 3 동작 모드가 점유되고, 상기 특징화 소자에 의해 결정되는 값이 상기 관리 유닛에게 알려지고 상기 미리 결정된 제 1 임계보다 엄격하게 더 높은 미리 결정된 제 2 임계 이상이 되자마자 상기 제 4 동작 모드가 점유된다.
또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 관리 유닛은, 상기 특징화 소자에 의해 결정되는 값이 상기 관리 유닛에게 알려진 미리 결정된 제 3 임계 이상이면, 상기 스위치 소자를 제어하여, 상기 가열 기구로 하여금 상기 제 3 링크 소자가 회로 구성을 점유하는 제 5 동작 모드를 가지게 한다.
또 다른 특정 실시예에 따르면, 상기 관리 유닛은, 상기 전압 컨버터의 출력에 전달된 직류 전압이, 상기 관리 유닛에 의해 계산되고 상기 히터 부재에 의해 전달될 파워에 따라 달라지도록, 상기 전압 컨버터의 제어를 보장한다.
또한, 전력 공급 소스, 및 전압 컨버터의 입력의 연결 소자가 상기 전력 공급 소스에 연결되는 적어도 하나의 가열 기구를 포함하는 전기 설비에 있어서, 상기 전력 공급 소스는 직류 전압을 전달하고, 광발전 패널, 연료 전지, 수퍼커패시터, 전기화학 전지 어셈블리-기반 배터리 중 전부 또는 일부를 포함하는, 전기 설비가 제안된다.
본 발명은 본 비한정적인 예로서 제공되고 첨부된 도면에서 표시되는 발명의 특정 실시예의 후속하는 설명을 사용하여 더 잘 이해될 것이다:
도 1 은 본 발명에 따른 가열 기구의 일 예의 컴포넌트의 개략도이다.
도 2 및 도 3 은 도 1 의 가열 기구의 두 실시예를 예시한다.
앞서 요약된 첨부된 도 1 내지 도 3 을 참조하면, 본 발명은 본질적으로, 히터 부재(12)의 입력(121)이 직류 전압에 의해 급전되면 열량의 제 1 흐름(F1)을 생성하는 히터 부재(12)를 수용하는 케이스(11)를 포함하는, 전기 라디에이터 타입 가열 기구(10)에 관한 것이다.
히터 부재(12)는 특히, 적어도 하나의 방열체 및/또는 열전달 유체에 의한 적어도 하나의 가열 디바이스를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 전력 공급 소스(13) 및 적어도 하나의 이러한 가열 기구(10)를 포함하는 전기 설비에 관한 것이다. 후술되는 설명으로부터 이해될 수 있는 것처럼, 전력 공급 소스(13)는 교류 전압을 전달하는 타입일 수 있고, 또는 더 바람직하게는 직류 전압을 전달하는 타입일 수도 있다.
가열 기구(10)는, 케이스(11) 내에 장착되고, 전압 컨버터(14)를 전력 공급 소스(13)에 전기적으로 연결하게 하는 연결 소자가 제공된 입력(141) 및 히터 부재(12)의 입력(121)을 직접적으로 또는 간접적으로 급전하도록 직류 전압을 전달하는 출력(142)을 포함하는 전압 컨버터(14)를 포함한다. 전압 컨버터(14)는 소스(13)로부터 들어오는 입력 전류를 전압 컨버터(14)가 에너지를 공급하려 하는 컴포넌트에 의해 그 형태로서 직접적으로 사용가능한 직류 출력 전류로 변환하도록 한다.
전압 컨버터(14)의 성질은 전압 컨버터가 연결되려는 전력 공급 소스(13)의 성질과 직접적으로 관련된다. 특히, 전압 컨버터(14)는, 전압 컨버터(14)가 전력 공급 소스(13)에 연결되면, 전력 공급 소스(13)에 의해 전압 컨버터(14)의 입력(141)에 인가되는 직류 전압을 변환함으로써, 출력(142)에서 직류 전압을 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 전력 공급 소스(13)가 직류 전압을 전달하는 타입이면, 전압 컨버터(14)는 DC/DC 타입일 수 있다. 대안적으로, 그럼에도 불구하고 전압 컨버터(14)는, 전압 컨버터(14)가 전력 공급 소스(13)에 연결되면, 전력 공급 소스(13)에 의해 전압 컨버터(14)의 입력(141)에 인가되는 교류 전압을 변환함으로써, 출력(142)에서 직류 전압을 전달할 수 있도록 여전히 구성될 수 있다. 따라서, 전력 공급 소스(13)가 교류 전압을 전달하는 타입이면, 전압 컨버터(14)는 AC/DC 타입일 수 있다.
예를 들어, 전압 컨버터(14)는 하나의 스위치드-모드 파워 서플라이 또는 병렬인 여러 스위치드-모드 파워 서플라이를 포함하거나, 더 간단하게는 교류 전류가 전압 컨버터(14)의 출력(142)이 전기 에너지를 공급하려 하는 컴포넌트에 의해 직접적으로 사용가능한 직류로 변환되게 하기 위하여, 적어도 하나의 차퍼(chopper)를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 가열 기구(10)는 직류 전류로 동작하며 직류 전류에 의해 급전되도록 의도되는 입력(151) 및 다른 직류 전류를 전달하는 출력(152)을 가지는 전기 에너지 저장 디바이스(15)를 포함한다. 저장 디바이스(15)는 전기 시간이 지남에 따른 전기의 소비에 여유를 두기 위하여, 가열 기구(10)에 의해 사용되는 에너지가 저장되게 한다. 특히, 저장 디바이스는 전기 에너지가 이용가능할 때, 특히 전기 에너지의 구입 비용이 저렴한 것으로 여겨질 때에 전기 에너지를 저장할 수 있다.
일 예로서, 전기 에너지 저장 디바이스(15)는 전기화학 전지 어셈블리-기반 배터리 및/또는 수퍼커패시터 및/또는 연료 전지를 포함한다. 더욱이, 히터 부재(12)에 전압 컨버터(14)의 출력(142)을 통해 전기 에너지가 직접적으로 공급되게 할 수 있기 위해서, 가열 기구(10)는, 전압 컨버터(14)의 출력(142)을 히터 부재(12)의 입력(121)과 링크하고 전압 컨버터(14)의 출력(142)에 전달된 직류 전압을 히터 부재(12)의 입력(121)에 인가하도록 구성되는 제 1 링크 소자(16)를 포함한다.
이와 병렬적으로, 히터 부재(12)에 전압 컨버터(14)의 출력(142)을 통해 전기 에너지를 간접적으로 제공되게 할 수 있기 위해서, 가열 기구(10)는, 전압 컨버터(14)의 출력(142)을 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 입력(151)과 링크하고 전압 컨버터(14)의 출력(142)에 전달된 직류 전압을 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 입력(151)에 인가하도록 구성되는 제 2 링크 소자(17)를 포함한다. 상보적으로, 가열 기구(10)는, 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 출력(152)을 히터 부재(12)의 입력(121)과 링크하고 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 출력(152)에 의해 전달된 직류를 히터 부재(12)의 입력(121)에 인가하도록 구성되는 제 3 링크 소자(18)를 포함한다.
제 1 링크 소자(16), 제 2 링크 소자(17) 및 제 3 링크 소자(18)의 성질은, 성질상 링크 소자들이 그들에게 할당되고 앞서 제시된 기능에 맞게 적응될 수 있는 한 그 자체로서 한정되지 않는다.
더욱이, 가열 기구(10)는 제 1 링크 소자(16)를 개방 회로 또는 닫힌 회로 구성 사이에서 토글하고, 제 2 링크 소자(17)를 개방 회로 또는 닫힌 회로 구성 사이에서 토글하며, 제 3 링크 소자(18)를 개방 회로 또는 닫힌 회로 구성 사이에서 토글하기 위한 스위치 소자(도면에는 미도시)를 포함한다.
가열 기구(10)는, 케이스(11) 내에 수용되고 제어 링크(20)(유선 또는 무선 링크) 및 앞선 절에서 언급된 스위치 소자를 통해서 적어도 히터 부재(12)를 제어하는 관리 유닛(19)을 더 포함한다.
관리 유닛(19)은 또한, 제어 링크(21)(유선 또는 무선 링크)를 통한 전압 컨버터(14)의 제어 및/또는 제어 링크(22)(유선 또는 무선 링크)를 통한 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 제어를 보장할 수 있다.
특히, 관리 유닛(19)은, 전압 컨버터(14)의 출력(142)에 전달된 직류 전압이 관리 유닛(19)에 의해 계산되고 히터 부재(12)에 의해 전달될 파워에 따라 달라지도록, 전압 컨버터(14)의 제어를 보장한다. 특히, 이러한 제어 전략은 전압 컨버터(14)가 복수 개의 스위치드-모드 파워 서플라이들을 병렬로 포함하는 경우에 고려되고 가능해질 것이다. 그러므로, 복잡한 전자적인 솔루션에 의존하지 않고 히터 부재(12)에 의해 전달되는 파워를 간단하고 경제적인 방식으로 변경할 수 있다.
따라서, 전압 컨버터(14)에 의해 전달되는 직류 전압은 히터 부재(12) 또는 저장 디바이스(15)를 위하여 요구되는 전압에 따라 달라진다.
또한, 스위치드-모드 파워 서플라이 또는 차퍼 타입의 전압 컨버터(14)를 사용하면, 가열 기구(10) 내에 내장된 상이한 전자 컴포넌트(제어 맵, 센서, 디스플레이, 등...)의 직류 서플라이들 사이에 리던던시가 생기는 것을 피할 수 있다. 반면에, 전압 컨버터(14)는 모든 전자 컴포넌트를 직류로 급전할 수 있게 한다. 그 결과는 디자인의 단순성, 비용 절감, 더 양호한 견실성이다.
전기 에너지의 공급을 보장하기 위하여, 전압 컨버터(14)의 출력(142)이 관리 유닛(19)의 입력 에도 링크된다는 것은 말할 나위도 없다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 가열 기구(10)는 케이스(11) 외부의 온도를 측정하도록 구성되는 측정 센서(23) 및 측정 센서(23)에 의해 결정되는 값이 관리 유닛(19)의 제 1 입력(191)으로 어드레싱되게 하는 제 1 송신 소자(24)를 더 포함한다.
또한, 가열 기구(10)는, 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 충전 상태를 특징짓게 하는 특징화 소자(25) 및 특징화 소자(25)에 의해 결정된 값을 관리 유닛(19)의 제 2 입력(192)으로 어드레싱하게 하는 제 2 송신 소자(26)를 포함한다.
바람직하게는, 관리 유닛(19)은, 측정 센서(23)에 의해 결정되고 제 1 송신 소자(24)를 통해서 관리 유닛(19)의 제 1 입력(191)으로 어드레싱된 값에 따라서 그리고 특징화 소자(25)에 의해 결정되고 제 2 송신 소자(26)를 통해서 관리 유닛(19)의 제 2 입력(192)으로 어드레싱된 값에 따라서, 스위치 소자가 관리 유닛(19)의 메모리 내에 저장된 미리 결정된 전략 알고리즘에 따라 제어되게 보장한다.
전략 알고리즘은, 히터 부재(12)의 동작, 직류를 사용한 저장 디바이스(15)의 직류 충전 또는 직류에 대해 적응된 히터 부재(12)를 통한 저장 디바이스(15)의 방전을 선택하기 위한 최선의 조건을 선택할 수 있게 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 관리 유닛(19)은 스위치 소자를 제어함으로써 가열 기구(10)가 다음 동작 모드 사이에서 토글하게 한다:
제 1 링크 소자(16) 및/또는 제 3 링크 소자(18)가 개방 회로 구성을 점유하는 제 1 동작 모드로서, 측정 센서(23)에 의해 결정된 값과 관리 유닛(19)에게 알려진 세트포인트 온도 사이의 차이가 엄격하게 양의 값인 미리 결정된 제 1 편차보다 크면 점유되는, 제 1 동작 모드, 및
제 1 링크 소자(16) 및/또는 제 3 링크 소자(18)가 닫힌 회로 구성을 점유하는 제 2 동작 모드로서, 측정 센서(23)에 의해 결정된 값과 관리 유닛(19)에게 알려진 세트포인트 온도 사이의 차이가 0이하인 미리 결정된 제 2 편차보다 작으면 점유되는, 제 2 동작 모드.
미리 결정된 제 1 편차의 값은 통상적으로 1˚ 내지 3˚에 포함되고, 예를 들어 2˚와 같다. 따라서, 후자의 예에서, 제 1 동작 모드는 온도 센서(23)에 의해 측정된 온도가 세트포인트 온도보다 적어도 2도 높은 경우 채택되는데, 이것은 히터 부재(12)의 동작을 중단시키는 효과가 있다.
미리 결정된 제 2 편차의 값은 통상적으로 -1 내지 0 에 포함되고, 예를 들어 0 과 같다. 따라서, 후자의 예에서, 제 2 동작 모드는 온도 센서(23)에 의해 측정된 온도가 세트포인트 온도 이하인 경우에 채택되는데, 이것은 히터 부재(12)에 의해 방이 가열되기 시작하게 하는 효과가 있다.
더욱이, 제 1 및 제 2 동작 모드와 연계하여 전술된 이러한 제어 전략과 병렬적으로, 관리 유닛(19)은 스위치 소자를 제어함으로써 가열 기구(10)가 다음 동작 모드 사이에서 토글되게 한다:
제 2 링크 소자(17)가 닫힌 회로 구성을 점유하는 제 3 동작 모드로서, 특징화 소자(25)에 의해 결정되는 값이 관리 유닛(19)에게 알려진 미리 결정된 제 1 임계 이하이면 점유되는, 제 3 동작 모드, 및
제 2 링크 소자(17)가 개방 회로 구성을 점유하는 제 4 동작 모드로서, 특징화 소자(25)에 의해 결정되는 값이 관리 유닛(19)에게 알려지고 상기 미리 결정된 제 1 임계보다 엄격하게 더 높은 미리 결정된 제 2 임계 이상이 되자마자 점유되는, 제 4 동작 모드.
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 동작 모드와 연계하여 전술된 이러한 제어 전략과 병렬적으로, 관리 유닛(19)은, 특징화 소자(25)에 의해 결정되는 값이 관리 유닛(19)에게 알려진 미리 결정된 제 3 임계 이상이면, 스위치 소자를 제어하여, 가열 기구(10)가 제 3 링크 소자(18)가 회로 구성을 점유하는 제 5 동작 모드를 가지게 한다. 특히, 미리 결정된 제 3 임계는 미리 결정된 제 1 임계와 미리 결정된 제 2 임계 사이에 포함된다.
통상적으로, 미리 결정된 제 1 임계는, 예를 들어 0.15 와 같다. 따라서, 제 3 동작 모드는, 저장 디바이스(15)의 충전 상태가 15% 미만이면 채택되는데, 이것은 과도한 방전이 저장 디바이스(15)를 열화시킬 수 있는 것을 피하기 위해서 저장 디바이스(15)의 충전이 시작되게 하는 효과를 가진다. 대안적으로 또는 전술된 내용과 결합하여, 제 3 동작 모드의 채택은 소스(13)로부터의 저렴한 에너지의 존재에 의해서 조절될 수도 있다.
이제, 미리 결정된 제 2 임계는 통상적으로 0.9 보다 크고, 예를 들어 0.95 와 같다. 따라서, 제 4 동작 모드는 저장 디바이스(15)의 충전 상태가 95%보다 크면 채택되는데, 이것은 과도한 충전과 조기 마모를 피하기 위해서 저장 디바이스(15)의 충전을 중단시키는 효과가 있다.
이제, 미리 결정된 제 3 임계는 통상적으로 0.4 와 0.6 사이에 포함되고, 예를 들어 0.5 와 같다. 따라서, 제 5 동작 모드는 저장 디바이스(15)의 충전 상태가, 예를 들어 50%보다 크면 채택되는데, 이것은 저장 디바이스(15)로부터의 히터 부재(12)의 전력 공급을 개시하는 효과가 있다. 대안적으로 또는 전술된 내용과 결합하여, 제 5 동작 모드의 채택은 소스(13)로부터의 저렴한 에너지의 부존재에 의해서 조절될 수도 있다.
독자들은 "제 1 동작 모드", "제 2 동작 모드", "제 3 동작 모드", "제 4 동작 모드" 및 "제 5 동작 모드"라는 용어가 사용될 때 이들에게 서로에 대한 임의의 우선하는 성질 또는 서로에 대한 임의의 배제하는 속성을 부여하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 반면에, 상이한 동작 모드를 서로 결합하는 것도 당연히 가능하다.
"충전 상태"라는 용어는 당업자들에게 온전하게 알려져 있는 규모(magnitude)를 가리킨다. 이러한 충전 상태를 평가하기 위한 많은 방법들이 존재하고, 본 명세서에서 제한되는 것이 아니다.
바람직하게는, 전압 컨버터(14)는 전압 컨버터(14)에 의해 생성된 열량으로 열량의 제 2 흐름(F2)을 생성하는 히트 싱크를 포함한다. 가열 기구(10)의 내부 구성은, 제 2 흐름(F2)이 히터 부재(12)에 의해 생성된 열량의 제 1 흐름(F1)과 혼합되도록 되어 있다. 제 2 흐름(F2)은 다른 컴포넌트를 신속하게 예열하는 것, 및 제 1 흐름(F1)과 혼합함으로써 전압 컨버터(14)에 의해 생성된 열량이 손실되거나 심지어 불편을 주는 것을 피함으로써 전기 기기(10)의 에너지 효율을 최적화하게 하는 양자 모두의 역할을 한다. 다르게 말하면, 입력 전류를 직류로 변환하기 위하여 전압 컨버터(14)에 의해 생성되는 열은, 수율 손실을 피하기 위하여 컴포넌트를 가열하고 기기(10)에 의해 열을 생성하기 위하여 사용된다.
충전 상태를 특징짓기 위한 소자 이외에, 가열 기구(10)는 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 건강 상태(state-of-health 또는 온도를 결정하도록 구성되는 수단을 내장한다.
이제, 이러한 전기 설비 내에서, 전압 컨버터(14)의 입력(141)의 연결 소자는 전력 공급 소스(13)에 연결된다. 매우 바람직하게는, 전력 공급 소스(13)는 직류 전압을 전달하고, 광발전 패널, 연료 전지, 수퍼커패시터, 전기화학 전지 어셈블리-기반 배터리와 같은 소자의 전부 또는 일부를 포함한다. 그러면 교류 전류를 직류로 변환하는 것에 기인한 종래의 손실을 피하면서, 가열 기구(10) 및 전기 설비의 전체 효율이 최적화될 수 있다. 더욱이, 가열 기구(10)는 직류 소스로부터 파워 서플라이에 의해 직접적으로 사용가능한데, 이것이 특히 재생가능 에너지의 발전 때문에 현재의 경향이다.
이제 도 2 및 도 3 을 참조하면, 케이스(11)는, 케이스(11)를, 예를 들어 벽과 같은 수직 파티션에 체결하게 하는 체결 수단(18)을 포함하는 후면부(111), 및 흐름(F1 및 F2)이 케이스(11)의 외부를 향해 방열되게 하는 전면 난간(railing; 112)을 포함할 수 있다. 도 2 의 변형에서, 후면부(111)는 케이스(11)의 총 두께와 실질적으로 같은 두께를 가지고, 전면 난간(112)은 후면부(111)의 전면 주변 컨투어의 레벨에서 케이스(11)를 닫는다. 도 3 의 변형에서, 후면부(111)는 케이스(11)의 총 두께보다 작은 두께를 가지고, 케이스(11)는, 그 전면 구역에서 전면 난간(112)을 지지하고, 그 후면 구역에서 후면부(111)의 전면 주변 컨투어의 레벨에서 케이스(11)를 닫게 되는 전면부(113)를 더 포함한다.
케이스(11) 내에는, 저장 디바이스(15)가 전압 컨버터(14) 위에 위치되고, 이러한 제 1 어셈블리는 나란히 배치된 히터 부재(12) 및 관리 유닛(19)에 의해 형성되는 제 2 어셈블리에 비해 하방으로 천이된다. 단열 파티션(27)은 케이스(11)의 두께에 의존하여, 저장 디바이스(15)의 레벨에서만 제 1 어셈블리 및 제 2 어셈블리를 분리한다. 반면에, 단열 파티션(27)은 전압 컨버터(14)와 제 2 어셈블리 사이에는 배치되지 않는다. 결과적으로, 전압 변환 중에 전압 컨버터(14)에 의해 생성되는 열량이 히터 부재(12)에 의해 생성되는 열량과 혼합되고, 낮은 온도인 관리 유닛(19), 저장 디바이스(15) 및 히터 부재(12)를 적어도 예열할 수 있다.
직류로 동작하며 전압 컨버터(14)를 내장하는 가열 기구(10)를 제공하면, 가열 기구(10)의 업스트림에서 그리고 그 안에서 전압을 선택할 수 있다. 현재까지 알려진 솔루션에 따르면, 직류 전압원을 직접적으로 사용하고 제어할 수 없다. 반면에, 가열 기구(10)는 전기의 타입을 제어하고 파워 공급 소스(13) 및 히터 부재(12) 타입을 제어할 수 있고, 결과적으로 교류 전류로 변환 하는 손실을 피하면서 재생가능 에너지 소스를 전력망에 통합시키는데 참가할 수 있다. 사실상, 가열 기구(10)는, 교류 전류로 변환할 필요가 없이 직류 전압원을 통해 파워 서플라이에 의해 직접적으로 사용될 수 있고, 이를 통하여 변환으로부터 초래되는 손실을 피한다.
교류 또는 직류 입력 전압으로부터 전압 컨버터(14)를 통해 직류 전압으로 가는 경로는 통상적으로 12 내지 60 V로 제한되며, 사람에 대한 안전 문제를 효과적으로 제한한다.
앞서 개시된 장점들 외에, 본 발명의 목적인 솔루션은 간단하고 경제적이며 신뢰성이 높고, 높은 효율을 가지며, 직류 전력 공급 소스의 콘텍스트에서 이것을 사용하는 것은 전체 수율을 개선하면서 명백하게 이루어진다.
전기 설비는 가열 기구(10)의 환경, 예를 들어 케이스(11) 외부의 온도를 측정하기 위한 센서(23)에 추가하여, 에너지 소비, 사람의 존재, 상대 습도 또는 이산화탄소를 결정하고 모니터링하기 위한 수단을 포함한다.
전기 설비는, 외부 정보, 예를 들어 전력망, 인터넷, 또는 날씨 서버에 관련된 정보를 결정하고 모니터링하기 위한 수단을 더 포함한다.
저장 디바이스(15)의 충전 상태, 건강 상태 또는 온도, 외부 정보 및 가열 기구(10)의 환경에 관련된 정보에 기초하여, 가열 기구(10)는 그 상태, 네트워크 및 사용자의 요구에 따라서 에너지 저장에 직접적으로 참여할 수 있다. 따라서, 가열 기구(10)는 사용자에 제공되는 서비스를 열화시키지 않으면서 재생가능 에너지를 네트워크에 통합시키는 데에 참여할 수 있다.
이러한 솔루션은 스마트 그리드 내에 통합되어, 전력망에 있는 직류 전압원의 에너지가 최적으로 저장되게 할 수 있다.
바람직하게는, 가열 기구(10)의 관리 유닛(19)은 홈 네트워크 또는 메인(mains) 네트워크의 이벤트에 따라서 제어되어, "스마트 그리드"에서 만날 수 있는, 수요에 비해 과잉인 생산, 생산에 비해 과잉인 수요, 및 무효 전력(reactive power)의 추출과 같은 경우를 보상할 수 있다.
수요보다 생산이 큰 경우, 저장 디바이스(15)는 로컬 저장을 위하여 에너지를 댁내 또는 메인 네트워크에서 소모할 수 있다.
수요가 생산보다 큰 경우, 저장 디바이스(15)는 에너지를 댁내 또는 메인 네트워크로 공급할 수 있다.
무효 전력 추출의 경우, 저장 디바이스(15)가 적절한 전압 및 위상 파라미터로 사용되어, 역률을 증가시키고 및/또는 네트워크의 고조파 공해를 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 태양 에너지 소스, 연료 전지, 수퍼커패시터 및 전기화학 배터리는 가열 기구(10)에 연결된 에너지 소스일 수 있는 직류 전압의 소스이고, 이러한 소스는 높은 직류 전압 레벨을 가지며, DC/DC 타입 전압 컨버터(14)는 최적의 조건에서 이들이 가열 기구(10) 내에 사용될 수 있게 할 것이다. 바람직하게는, 이러한 솔루션은 플러스-에너지 하우징 내에 통합되어 플러스-에너지 하우징의 생성부로부터 오는 재생가능 에너지를 인 시츄로(in situ) 저장할 수 있다.
물론, 본 발명은 앞서 도시되고 설명된 실시예들로 한정되지 않고, 반대로 그 모든 변형예를 망라한다.

Claims (14)

  1. 전기 라디에이터 타입 가열 기구(10)로서,
    히터 부재(12)의 입력(121)이 직류 전압에 의해 급전되면 열량의 제 1 흐름(F1)을 생성하는 히터 부재(12)를 수용하는 케이스(11)를 포함하고,
    상기 가열 기구(10)는,
    상기 가열 기구(10)는, 상기 케이스(11) 내에 장착되고, 전압 컨버터(14)를 전력 공급 소스(13)에 연결하기 위한 연결 소자가 제공되는 입력(141) 및 상기 히터 부재(12)의 입력(121)에 직접적으로 또는 간접적으로 급전하도록 직류 전압을 전달하는 출력(142)을 포함하는 전압 컨버터(14)를 포함하며,
    상기 전압 컨버터(14)는, 상기 전압 컨버터(14)에 의해 생성된 열량으로 열량의 제 2 흐름(F2)을 생성하는 히트 싱크를 포함하고,
    상기 제 2 흐름(F2)은 상기 히터 부재(12)에 의해 생성된 열량의 제 1 흐름(F1)과 혼합되는, 가열 기구(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 컨버터(14)는, 상기 전압 컨버터(14)가 상기 전력 공급 소스(13)에 연결되면, 상기 전력 공급 소스(13)에 의해 상기 전압 컨버터(14)의 입력(141)에 인가되는 직류 전압을 변환함으로써, 상기 출력(142)에서 상기 직류 전압을 전달할 수 있도록 구성되는, 가열 기구(10).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 컨버터(14)는, 상기 전압 컨버터(14)가 상기 전력 공급 소스(13)에 연결되면, 상기 전력 공급 소스(13)에 의해 상기 전압 컨버터(14)의 입력(141)에 인가되는 교류 전압을 변환함으로써, 상기 출력(142)에서 상기 직류 전압을 전달할 수 있도록 구성되는, 가열 기구(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 기구(10)는, 직류 전류로 동작하고, 직류 전류에 의해 급전되도록 의도되는 입력(151) 및 직류 전류를 전달하는 출력(152)을 가지는 전기 에너지 저장 디바이스(15)를 포함하고,
    상기 전기 에너지 저장 디바이스(15)는 전기화학 전지 어셈블리-기반 배터리 및/또는 수퍼커패시터 및/또는 연료 전지를 포함하는, 가열 기구(10).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가열 기구(10)는,
    상기 전압 컨버터(14)의 출력(142)을 상기 히터 부재(12)의 입력(121)과 링크시키고, 상기 전압 컨버터(14)의 출력(142)에 공급된 직류 전압을 상기 히터 부재(12)의 입력(121)에 인가하도록 구성되는 제 1 링크 소자(16),
    상기 전압 컨버터(14)의 출력(142)을 상기 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 입력(151)과 링크시키고, 상기 전압 컨버터(14)의 출력(142)에 전달된 직류 전압을 상기 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 입력(151)에 인가하도록 구성되는 제 2 링크 소자(17),
    상기 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 출력(152)을 상기 히터 부재(12)의 입력(121)과 링크시키고, 상기 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 출력(152)에 의하여 전달된 직류를 상기 히터 부재(12)의 입력(121)에 인가하도록 구성되는 제 3 링크 소자(18), 및
    상기 제 1 링크 소자(16)를 개방 회로 또는 닫힌 회로 구성 사이에서 토글하고, 상기 제 2 링크 소자(17)를 개방 회로 또는 닫힌 회로 구성 사이에서 토글하며, 상기 제 3 링크 소자(18)를 개방 회로 또는 닫힌 회로 구성 사이에서 토글하기 위한 스위치 소자를 포함하는, 가열 기구(10).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가열 기구(10)는, 상기 케이스(11) 내에 수용되고 적어도 상기 히터 부재(12) 및 상기 스위치 소자를 제어하는 관리 유닛(19)을 포함하는, 가열 기구(10).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열 기구(10)는,
    상기 케이스(11) 외부의 온도를 측정하기 위한 측정 센서(23) 및 상기 측정 센서(23)에 의해 결정된 값을 상기 관리 유닛(19)의 제 1 입력(191)으로 어드레싱하게 하는, 제 1 송신 소자(24)를 포함하는, 가열 기구(10).
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 가열 기구(10)는,
    상기 전기 에너지 저장 디바이스(15)의 충전 상태를 특징짓게 하는 특징화 소자(25) 및 상기 특징화 소자(25)에 의해 결정된 값을 상기 관리 유닛(19)의 제 2 입력(192)으로 어드레싱하게 하는 제 2 송신 소자(26)를 포함하는, 가열 기구(10).
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 관리 유닛(19)은, 상기 측정 센서(23)에 의해 결정되고 상기 관리 유닛(19)의 제 1 입력(191)으로 어드레싱된 값에 따라서 그리고 상기 특징화 소자(25)에 의해 결정되고 상기 관리 유닛(19)의 제 2 입력(192)으로 어드레싱된 값에 따라서, 상기 스위치 소자가 상기 관리 유닛(19)의 메모리 내에 저장된 미리 결정된 전략 알고리즘에 따라 제어되게 보장하는, 가열 기구(10).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 관리 유닛(19)은, 상기 스위치 소자를 제어하여, 상기 제 1 링크 소자(16) 및/또는 상기 제 3 링크 소자(18)가 개방 회로 구성을 점유하는 제 1 동작 모드와 상기 제 1 링크 소자(16) 및/또는 상기 제 3 링크 소자(18)가 닫힌 회로 구성을 점유하는 제 2 동작 모드 사이에서 상기 가열 기구(10)가 토글되게 하고,
    상기 측정 센서(23)에 의해 결정된 값과 상기 관리 유닛(19)에게 알려진 세트포인트 온도 사이의 차이가 엄격하게 양의 값인 미리 결정된 제 1 편차보다 크면 상기 제 1 동작 모드가 점유되고,
    상기 측정 센서(23)에 의해 결정된 값과 상기 관리 유닛(19)에게 알려진 세트포인트 온도 사이의 차이가 0이하인 미리 결정된 제 2 편차보다 작으면 상기 제 2 동작 모드가 점유되는, 가열 기구(10).
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 관리 유닛(19)은, 상기 스위치 소자를 제어하여, 상기 제 2 링크 소자(17)가 닫힌 회로 구성을 점유하는 제 3 동작 모드와 상기 제 2 링크 소자(17)가 개방 회로 구성을 점유하는 제 4 동작 모드 사이에서 상기 가열 기구(10)가 토글되게 하고,
    상기 특징화 소자(25)에 의해 결정되는 값이 상기 관리 유닛(19)에게 알려진 미리 결정된 제 1 임계 이하이면 상기 제 3 동작 모드가 점유되고,
    상기 특징화 소자(25)에 의해 결정되는 값이 상기 관리 유닛(19)에게 알려지고 상기 미리 결정된 제 1 임계보다 엄격하게 더 높은 미리 결정된 제 2 임계 이상이 되자마자 상기 제 4 동작 모드가 점유되는, 가열 기구(10).
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관리 유닛(19)은, 상기 특징화 소자(25)에 의해 결정되는 값이 상기 관리 유닛(19)에게 알려진 미리 결정된 제 3 임계 이상이면, 상기 스위치 소자를 제어하여, 상기 가열 기구(10)로 하여금 상기 제 3 링크 소자(18)가 닫힌 회로 구성을 점유하는 제 5 동작 모드를 가지게 하는, 가열 기구(10).
  13. 제 6 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관리 유닛(19)은, 상기 전압 컨버터(14)의 출력에 전달된 직류 전압이, 상기 관리 유닛(19)에 의해 계산되고 상기 히터 부재(12)에 의해 전달될 파워에 따라 달라지도록, 상기 전압 컨버터(14)의 제어를 보장하는, 가열 기구(10).
  14. 전력 공급 소스(13) 및 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 가열 기구(10)를 포함하는 전기 설비에 있어서,
    전압 컨버터(14)의 입력(141)의 연결 소자가 상기 전력 공급 소스(13)에 연결되고,
    상기 전력 공급 소스(13)는 직류 전압을 전달하고, 광발전 패널, 연료 전지, 수퍼커패시터, 전기화학 전지 어셈블리-기반 배터리 중 전부 또는 일부를 포함하는, 전기 설비.
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