KR20210095206A - 열전 공조 시스템 및 방법 - Google Patents

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아메이 파이즈
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Abstract

열 공조 및 유체 이동 시스템은 인가되는 전류에 응답하여 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 온도 변화를 생성하는 열전 디바이스를 포함한다. 상기 열전 디바이스는 메인측과 폐기측을 포함할 수 있다. 유체 이동 디바이스는 상기 열전 디바이스에 의해 생성된 열 에너지를 유체 흐름으로 또는 상기 유체 흐름으로부터 전달하도록 상기 열전 디바이스와 열 연통하는 유체 흐름을 생성할 수 있다. 흐름 제어 밸브는 선택적으로 메인측 유체 흐름 경로 및/또는 폐기측 유체 흐름 경로를 따라 유체 흐름을 안내할 수 있다.

Description

열전 공조 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 11월 30일자로 출원된 미국 가출원 제62/773,961호에 대한 우선권을 주장하며, 이러한 기초 출원은 모든 목적을 위해 전체 내용이 본 명세서에 참조에 의해 원용되고, 본 명세서의 일부인 것으로 간주되어야 한다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 기후 제어(climate control)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기후 제어 시스템에 관한 것이다.
생활 또는 작업 공간의 환경을 제어하기 위해 온도 조절된 공기가 일반적으로 건물 전체, 선택된 사무실 또는 건물 내의 방의 스위트(suite)와 같은 비교적 광범위한 영역에 제공된다. 자동차와 같은 차량의 경우 일반적으로 차량 전체가 하나의 단위로 냉각되거나 가열된다. 그러나 보다 선택적이거나 제한적으로 공기 온도를 조절하는 것이 바람직한 상황이 많이 있다. 예를 들어, 실질적으로 즉각적인 가열 또는 냉각이 일어날 수 있도록 탑승자 좌석에 개별적으로 기후 제어를 제공하는 것이 종종 바람직하다. 예를 들어, 차량이 그늘이 없는 곳에 오랜 시간 기간 동안 주차되어 여름 날씨에 노출된 자동차는 차량 좌석이 매우 뜨거워 탑승자가 차량에 탑승한 후 차량을 사용하여 일반 에어컨을 동작시켜도 일정 시간 동안 불편할 수 있다. 또한, 일반 에어컨을 동작시켜도 더운 날에는 좌석 탑승자의 등 및 기타 압력 지점이 앉아 있는 동안 땀이 날 수 있다. 겨울철에는 특히 일반 차량 히터가 차량 내부를 빠르게 따뜻하게 할 가능성이 없는 경우 탑승자의 편의를 위해 탑승자의 좌석을 빠르게 따뜻하게 할 수 있는 능력을 갖는 것이 매우 바람직하다.
이러한 이유로, 차량 좌석 및 기타 기후 제어 환경을 위해 다양한 유형의 개별화된 공조 시스템이 존재하고 있다. 이러한 시스템에서 열 공조 시스템은 공기를 열적으로 공조하고 공조된 공기를 환경으로 전달하여 공간을 냉각하거나 가열할 수 있다.
열 공조 및 유체 이동 시스템은 인가되는 전류에 응답하여 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 온도 변화를 생성하는 열전 디바이스(thermoelectric device)를 포함한다. 상기 열전 디바이스는 메인측(main-side)과 폐기측(waste side)을 갖는다. 유체 이동 디바이스는 상기 열전 디바이스에 의해 생성된 열 에너지를 유체 흐름으로 또는 상기 유체 흐름으로부터 전달하기 위해 상기 열전 디바이스와 열 연통하는 유체 흐름을 생성한다. 흐름 제어 밸브는 메인측 유체 흐름 경로 및/또는 폐기측 유체 흐름 경로를 따라 상기 유체 흐름을 선택적으로 안내한다.
또 다른 양태에서, 제어 유닛은 유체 이동 디바이스 및 상기 흐름 제어 밸브와 동작 가능하게 연결되고, 상기 유체 이동 디바이스 및 상기 흐름 제어 밸브를 동작시킨다.
또 다른 양태에서, 센서는 상기 유체 흐름의 온도를 나타내는 신호를 제공한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 상기 신호에 기초하여 상기 흐름 제어 밸브를 동작시킨다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 상기 유체 흐름의 대략 동일한 비율을 상기 폐기측 유체 흐름 경로와 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내하도록 상기 흐름 제어 밸브를 조정한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 원하는 메인측 온도에 기초하여 흐름 제어 밸브 위치를 조정한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 상기 흐름 제어 밸브를 조정하여 상기 메인측 유체 흐름 경로보다 상기 폐기측 유체 흐름 경로로 더 많은 유체 흐름을 안내함으로써 메인측 온도를 낮추고/낮추거나 상기 메인측과 상기 폐기측 사이의 온도 차이를 증가시킨다.
또 다른 양태에서, 상기 흐름 제어 밸브는 완전히 개방된 위치로부터 완전히 폐쇄된 위치 쪽으로 조정된다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은, 상기 열전 디바이스의 메인측과 폐기측 사이에 높은 온도 차이를 달성하기 위해 상기 메인측 경로와 폐기측 경로 상의 상기 유체 흐름의 총 체적의 20% 미만을 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내하도록 상기 흐름 제어 밸브를 조정한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 상기 유체 흐름에 응결이 일어나는 것을 방지하기 위해 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내되는 상기 유체 흐름의 비율을 조정한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 상기 흐름 제어 밸브의 위치에 기초하여 상기 유체 이동 디바이스에 의해 제공되는 유체 흐름을 조정한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 상기 유체 흐름이 상기 메인측 유체 흐름 경로를 향해 할당할 때 상기 유체 흐름을 증가시킨다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 상기 흐름 제어 밸브의 위치가 상기 유체 이동 디바이스 상의 배압을 증가시킬 때, 예를 들어, 상기 유체 이동 디바이스에 인가되는 전압을 낮추는 것에 의해 상기 유체 이동 디바이스의 속도를 낮추는 것에 의해 상기 유체 흐름을 유지한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 기내 환경 습윤도에 기초하여 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내되는 상기 유체 흐름의 비율을 조정한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은, 상기 메인측 유체 흐름 경로 및 우회 흐름 경로를 따라 상기 유체 흐름의 비율을 조정하고, 상기 메인측 유체 흐름 경로의 차가운 공기를 상기 우회 흐름 경로의 따뜻한 공기와 혼합하여 중간 온도로 공조된 공기를 생성함으로써 공조된 공기 온도를 조정한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은, 상기 유체 흐름에 응결이 일어나는 것을 방지하고 상기 열전 디바이스의 메인측과 폐기측 사이의 제한된 온도 차이에서 상기 시스템의 냉각 용량을 증가시키기 위해 상기 폐기측 유체 흐름 경로보다 상기 메인측 유체 흐름 경로로 더 많은 유체 흐름을 안내한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 제1 시간 기간 동안 상기 유체 흐름의 제1 비율을 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내하고, 제2 시간 기간 동안 상기 유체 흐름의 제2 비율을 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내하도록 구성되고, 상기 제1 시간 기간은 유체 흐름에 허용 가능한 응결량을 형성하도록 설정된다.
또 다른 양태에서, 상기 제1 시간 기간 및/또는 제2 시간 기간은 상기 열전 디바이스의 메인측과 폐기측 사이에 미리 설정된 온도 차이를 유지하도록 설정된다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 높은 환기율을 제공하기 위해 상기 메인측 유체 흐름 경로를 따라 실질적으로 모든 유체 흐름을 안내한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 상기 열전 디바이스를 히터로 동작시켜 열 용량을 증가시키고 상기 열전 디바이스의 폐기측에서 열 제거 및 공기 흐름과 관련된 손실을 방지하기 위해 상기 메인측 유체 흐름 경로를 따라 실질적으로 모든 또는 대부분의 유체 흐름을 안내한다.
또 다른 양태에서, 상기 제어 유닛은 기내 공기 온도 및 습도에 기초하여 상기 흐름 제어 밸브 위치를 조정한다.
열 공조 시스템을 제어하는 방법은 메인측과 폐기측을 갖는 열 공조 시스템의 TED에 전력을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 열 공조 시스템은 제1 기간 동안 유체 흐름이 상기 열 공조 시스템을 통과하는 제1 모드에서 동작한다. 상기 유체 흐름의 제1 부분은 제1 흐름률로 상기 폐기측을 통해 안내되고, 상기 유체 흐름의 제2 부분은 제2 흐름률로 상기 메인측을 통해 안내된다. 상기 열 공조 시스템은 제2 기간 동안 상기 제1 모드에 비해 상기 제1 흐름과 상기 제2 흐름 사이의 비율이 변경된 제2 모드에서 동작한다.
또 다른 양태에서, 상기 제1 모드는 초기 모드이다.
또 다른 양태에서, 상기 유체 흐름의 목표 온도는 온도 센서를 이용하여 검출되고, 상기 목표 온도를 검출한 것에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작이 변경된다.
또 다른 양태에서, 상기 목표 온도는 상기 메인측에서 검출된다.
또 다른 양태에서, 상기 메인측과 상기 폐기측의 온도 차이가 측정되고, 측정된 온도 차이를 검출한 것에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작이 변경된다.
또 다른 양태에서, 상기 메인측에 응결이 일어나는 것이 검출되고, 상기 응결을 검출한 것에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작이 변경된다.
또 다른 양태에서, 상기 제2 모드에서 상기 폐기측을 통한 상기 제1 흐름률과 상기 메인측을 통한 상기 제2 흐름률 사이의 비율은 상기 제1 모드에 비해 감소된다.
또 다른 양태에서, 상기 제2 모드에서 상기 폐기측을 통한 상기 제1 흐름률과 상기 메인측을 통한 상기 제2 흐름률은 대략 동일하다.
또 다른 양태에서, 상기 제2 모드에서 상기 폐기측을 통과하는 상기 제1 흐름률은 상기 메인측을 통한 상기 제2 흐름률보다 작다.
또 다른 양태에서, 상기 열 공조 시스템은 제3 기간 동안 상기 열 공조 시스템을 통한 전체 유체 흐름과 상기 TED로의 전력 중 적어도 하나가 상기 제2 모드에 비해 감소된 제3 모드에서 동작한다.
또 다른 양태에서, 상기 메인측과 상기 폐기측 사이의 유체 흐름은 밸브를 사용하여 안내된다.
열 공조 시스템은 메인측과 폐기측을 갖는 TED; 상기 TED의 메인측을 따른 메인측 경로; 및 상기 TED의 폐기측을 따른 폐기측 경로를 포함한다. 제어기는, 제1 기간 동안 제1 유체 흐름이 제1 흐름률로 상기 폐기측 경로를 따라 통과하고, 제2 유체 흐름이 제2 흐름률로 상기 메인측 경로를 따라 통과하는 제1 모드에서 상기 열 공조 시스템을 동작시키고; 제2 기간 동안 상기 제1 흐름률과 상기 제2 흐름률 사이의 비율이 변경된 제2 모드에서 상기 열 공조 시스템을 동작시킨다.
또 다른 양태에서, 밸브는 상기 메인측 경로와 상기 폐기측 경로 사이에서 상기 제1 유체 흐름과 상기 제2 유체 흐름을 안내한다. 상기 제어기는 상기 밸브를 동작시켜 상기 제1 모드와 제2 모드 간을 변경한다.
또 다른 양태에서, 상기 제1 모드는 초기 모드이다.
또 다른 양태에서, 온도 센서는 상기 제2 유체 흐름의 온도를 검출한다. 상기 제어기는 상기 온도 센서로부터 신호를 더 수신하고, 상기 신호에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작을 변경한다.
또 다른 양태에서, 온도 센서는 상기 제1 유체 흐름과 상기 제2 유체 흐름 사이의 온도 차이를 검출한다. 상기 제어기는 상기 온도 센서로부터 신호를 수신하고, 상기 신호에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작을 변경한다.
또 다른 양태에서, 습도 센서는 상기 제2 유체 흐름의 습도를 검출한다. 상기 제어기는 상기 습도 센서로부터 신호를 수신하고, 상기 신호에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작을 변경한다.
또 다른 양태에서, 상기 제1 흐름률과 상기 제2 흐름률은 상기 제2 모드에서 대략 동일하다.
또 다른 양태에서, 상기 제2 흐름률은 상기 제2 모드에서 상기 제1 흐름률보다 크다.
또 다른 양태에서, 상기 제어기는 제3 기간 동안 열 공조를 통한 상기 유체 흐름과 상기 TED로의 전력 중 적어도 하나가 상기 제2 모드에 비해 감소된 제3 모드에서 상기 열 공조 시스템을 동작시킨다.
다양한 실시예들이 예시의 목적으로 첨부된 도면에 도시되어 있으며, 이는 실시예의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 상이한 개시된 실시예의 다양한 특징은 본 발명의 일부인 추가 실시예를 형성하도록 결합될 수 있다.
도 1은 메인측 경로 및 폐기측 경로를 따라 유체 흐름을 안내하기 위한 흐름 제어 밸브를 포함하는 열 공조 시스템을 도시한다.
도 1a는 흐름 제어 밸브가 중립 위치에 있는 열 공조 시스템을 통한 유체 흐름을 도시한다.
도 1b는 흐름 제어 밸브가 폐기측 차단 위치에 있는 열 공조 시스템을 통한 유체 흐름을 도시한다.
도 1c는 흐름 제어 밸브가 메인측 차단 위치에 있는 열 공조 시스템을 통한 유체 흐름을 도시한다.
도 2는 메인측 경로, 폐기측 경로 및 우회 경로를 따라 유체 흐름을 안내하기 위한 흐름 제어 밸브를 포함하는 열 공조 시스템의 다른 구현을 도시한다.
도 2a는 흐름 제어 밸브가 우회 경로를 차단하고 메인측 경로를 부분적으로 차단하는 상태에 있는 열 공조 시스템을 통한 유체 흐름을 도시한다.
도 2b는 흐름 제어 밸브가 우회 경로를 차단하는 상태에 있는 열 공조 시스템을 통한 유체 흐름을 도시한다.
도 2c는 흐름 제어 밸브가 폐기측 경로를 차단하는 상태에 있는 열 공조 시스템을 통한 유체 흐름을 도시한다.
도 3a는 메인측 경로를 차단하는 완전히 폐쇄된 위치에 있는 흐름 제어 밸브를 포함하는 개략적인 열 공조 시스템을 도시한다.
도 3b는 메인측 경로와 폐기측 경로 사이의 중립 위치에 있는 흐름 제어 밸브를 도시한다.
도 3c는 흐름 제어 밸브의 위치에 대한 메인측 경로를 통한 공기 흐름을 보여주는 그래프이다.
도 3d는 흐름 제어 밸브의 위치에 대한 열 공조 시스템의 열전 디바이스의 메인측과 폐기측에 걸친 최대 온도 차이(델타 T)를 보여주는 그래프이다.
도 4는 메인측 흐름 경로와 폐기측 흐름 경로 사이의 중립 위치에 있는 흐름 제어 밸브를 포함하는 개략적인 열 공조 시스템을 도시한다.
도 5는 흐름 제어 밸브가 메인측 흐름 경로를 부분적으로 차단하는 상태에 있는 개략적인 열 공조 시스템을 도시한다.
도 6은 흐름 제어 밸브가 메인측 흐름 경로를 완전히 차단하는 상태에 있는 개략적인 열 공조 시스템을 도시한다.
도 7은 흐름 제어 밸브가 폐기측 흐름 경로를 부분적으로 차단하는 상태에 있는 개략적인 열 공조 시스템을 도시한다.
도 8은 흐름 제어 밸브가 폐기측 흐름 경로를 완전히 차단하는 상태에 있는 개략적인 열 공조 시스템을 도시한다.
도 9는 열 공조 시스템의 열전 디바이스의 메인측과 폐기측에 걸친 최대 온도 차이(델타 T) 및 흐름 제어 밸브의 위치에 대한 메인측과 폐기측에 걸친 체적 흐름률을 보여주는 그래프이다.
도 10은 열 공조 모듈을 동작시키기 위한 흐름도를 도시한다.
도 11은 열 공조 모듈의 다른 구현을 도시한다.
도 1은 열 공조 시스템(100)의 구현을 도시한다. 열 공조 시스템(100)은 공조된 (예를 들어, 가열, 냉각, 건조 및/또는 습윤) 공기를 기후 제어 디바이스 또는 환경으로 전달하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 구현에서, 열 공조 시스템(100)은 예를 들어 차량 좌석 내의 하나 이상의 통로 또는 채널을 통해 공조된 공기를 차량 좌석으로 전달할 수 있다. 열 공조 시스템(100)은 또한 공조된 공기를 밀폐된 공간, 침대, 공간 및/또는 소파와 같은 다양한 다른 공간 또는 구성 요소에 제공하기 위해 사용될 수 있다.
열 공조 시스템(100)은 유체 이동 디바이스(도시되지 않음)를 포함하거나 이 유체 이동 디바이스와 조합하여 사용될 수 있다. 유체 이동 디바이스는 팬, 송풍기 또는 유사한 디바이스일 수 있다. 유체 이동 디바이스는 하나 이상의 블레이드를 구동하기 위한 모터를 포함할 수 있다. 유체 이동 디바이스의 속도는 모터에 전압 및/또는 전류를 인가한 것에 기초하여 제어될 수 있다. 유체 이동 디바이스는 열 공조 시스템(100)을 통해 유체 흐름을 전달할 수 있다. 유체 흐름 또는 그 일부는 열 공조 시스템(100)을 통과함으로써 공조될 수 있다. 유체 흐름은 흐름 경로(110)를 따라 열 공조 시스템(100)을 통해 전달될 수 있다. 예시된 구현에서 유체 이동 디바이스는 일반적으로 열 공조 시스템(100)의 공조 요소의 상류에 위치될 수 있다. 그러나, 다른 구현에서, 유체 이동 디바이스는 유체 이동 디바이스의 상류에 추가하여 또는 대안으로 공조 요소의 하류에 위치될 수 있다.
열 공조 시스템(100)은 열전 디바이스(TED)(120)를 포함할 수 있다. TED(120)는 펠티에 디바이스일 수 있다. TED(120)는 메인측(122) 및 폐기측(124)을 포함할 수 있다. TED(120)는 전압 및/또는 전류를 인가한 것에 기초하여 제어될 수 있다. 냉각 디바이스로 사용될 때, 메인측(122)은 폐기측(124)보다 더 차가울 수 있다. 가열 디바이스로 사용될 때, 메인측(122)은 폐기측(124)보다 더 뜨거울 수 있다.
TED(120)는 메인측 열 교환기(126) 및/또는 폐기측 열 교환기(128)를 포함할 수 있다. 특정 구현에서, 열 교환기는 복수의 얇은 금속 핀(metal fin)을 포함할 수 있다. 흐름 경로(110)는 메인측 흐름 경로(132)와 폐기측 흐름 경로(134)로 분할될 수 있다. 메인측 흐름 경로(132)는 메인 열 교환기(126)를 통과할 수 있다. 폐기측 흐름 경로(134)는 폐기 열 교환기(128)를 통과할 수 있다. 메인측 흐름 경로(132)는 기후 제어 환경 또는 디바이스에서 종료될 수 있다. 폐기측 흐름 경로(134)는 배기에서 종료될 수 있다.
열 공조 시스템(100)은 흐름 제어 밸브(140)를 포함할 수 있다. 흐름 제어 밸브(140)는 TED(120)의 상류에 있을 수 있다. 그러나, 다른 구현에서 흐름 제어 밸브는 TED(120)의 하류에 위치될 수 있고/있거나 추가 밸브가 제공될 수 있을 것으로 예상된다. 예를 들어, 개별 밸브는 열 공조 시스템의 메인측과 폐기측을 위한 각각의 흐름 경로(132, 134)에 제공될 수 있다. 흐름 제어 밸브(140)는 루버 또는 플랩(144)을 포함할 수 있다. 루버의 위치는 메인측 흐름 경로(132)와 폐기측 흐름 경로(134) 사이의 유체 이동 디바이스에 의해 제공되는 유체 흐름을 할당시킬 수 있다. 선택적으로, 루버는 유체 흐름을 우회 흐름 경로(도시되지 않음)에 할당시킬 수 있다. 루버의 위치는 모터(예를 들어, 서보, 스텝 또는 기타 모터 유형) 또는 액추에이터에 의해 제어될 수 있다. 예시된 구현에서, 흐름 제어 밸브(140)는 플랩 밸브의 형태이지만, 니들, 배럴 또는 로터리 밸브 및/또는 이러한 밸브의 조합과 같은 다른 유형의 밸브가 사용될 수 있다.
도 1a는 흐름 제어 밸브(140)가 중립 위치에 있는 열 공조 시스템(100)을 통한 유체 흐름의 압력을 도시한다. 도 1b는 흐름 제어 밸브(140)가 폐기측 흐름 경로(134)를 차단하는 위치에 있는 열 공조 시스템(100)을 통한 유체 흐름의 압력을 도시한다. 도 1c는 흐름 제어 밸브(140)가 메인측 흐름 경로(132)를 차단하는 위치에 있는 열 공조 시스템(100)을 통한 유체 흐름의 압력을 도시한다.
종래의 기후 제어 시스템은 유체 이동 디바이스와 기후 제어용 TED를 사용할 수 있다. 이러한 시스템은 원하는 공조 공기 온도와 열 공조 용량을 달성하도록 유체 이동 디바이스에 의해 제공되는 전체 공기 흐름과, TED에 제공되는 전력을 변경함으로써 동작할 수 있다. 흐름 제어 밸브(140)의 추가는 종래의 시스템에 비해 유체 흐름의 공조에 대한 추가 제어를 열 공조 시스템(100)에 제공한다. 예를 들어, 열 공조 시스템(100)은 공기 온도의 더 큰 변화를 제공하고, 임의의 주어진 유체 이동 디바이스 및 TED 동작 조건에 대해 공조된 공기 온도의 추가 제어를 제공할 수 있으며, 그리고/또는 아래에서 보다 자세히 설명된 추가 기후 제어 동작 모드 또는 옵션을 제공할 수 있다. 따라서, 열 공조 시스템(100)은 지각 시간을 유리하게 감소시키고/시키거나 TED(120) 및/또는 유체 이동 디바이스의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 2는 열 공조 시스템(200)의 다른 구현을 도시한다. 열 공조 시스템(200)은 열 공조 시스템(100)과 유사하게 동작하고/하거나 열 공조 시스템과 유사한 구성 요소를 포함할 수 있다. 열 공조 시스템은 TED(220)를 포함할 수 있다. TED(220)는 메인측(222) 및 폐기측(224)을 포함할 수 있다. TED(220)는 메인측 열 교환기(226) 및/또는 폐기측 열 교환기(228)를 포함할 수 있다.
열 공조 시스템(200)은 유체 이동 디바이스(도시되지 않음)로부터의 유체 흐름을 위한 유체 흐름 경로(210)를 포함할 수 있다. 유체 흐름 경로(210)는 흐름 제어 밸브(240)를 통과할 수 있다. 예시된 구현에서 흐름 제어 밸브(240)는 로터리 밸브일 수 있다. 흐름 제어 밸브(240)는 메인측 흐름 경로(232), 폐기측 흐름 경로(234) 및/또는 우회 경로(236)를 통해 유체 흐름을 안내할 수 있다.
도 2a는 흐름 제어 밸브(240)가 우회 경로(236)를 차단하고 메인측 흐름 경로(232)를 부분적으로 차단하는 위치에 있는 열 공조 시스템(200)을 통한 유체 흐름의 압력을 도시한다. 도 2b는 흐름 제어 밸브(240)가 우회 경로(236)만을 차단하는 위치에 있는 열 공조 시스템(200)을 통한 유체 흐름의 압력을 도시한다. 도 2c는 흐름 제어 밸브(240)가 폐기측 흐름 경로(234)를 차단하는 위치에 있는 열 공조 시스템(200)을 통한 유체 흐름의 압력을 도시한다.
도 3a는 흐름 제어 밸브(340), TED(320), 메인측 흐름 경로(332) 및 폐기측 흐름 경로(334)를 포함하는 열 공조 시스템(300)을 도시한다. 완전히 폐쇄된 위치(0%)에 있는 흐름 제어 밸브(340)는 TED(320)의 메인측을 차단할 수 있다. 도 3b는 흐름 제어 밸브(340)가 완전히 개방된 위치(100%)에 있어 TED(320)의 메인측과 폐기측 모두를 통해 유체 흐름을 허용하는 상태를 도시한다. 도 3c는 흐름 제어 밸브(340)의 상이한 개방된 위치에 대한 메인측 흐름 경로(332)를 통한 공기 흐름을 나타내는 그래프이다. 도 3d는 흐름 제어 밸브(340)의 상이한 개방된 위치에 대한 TED(320)의 메인측과 폐기측에 걸친 최대 온도 차이(델타 T)를 보여주는 그래프이다.
위에서 언급한 바와 같이, 고정된 방식으로 분할된 종래의 기후 제어 시스템은 TED의 메인측과 폐기측을 통한 공기 흐름을 허용한다. 특정 구현에서, TED(320)의 메인측과 폐기측 사이에 고정된 분할된 공기 흐름을 갖는 종래의 기후 제어 시스템은 메인측 흐름 경로(332)가 완전히 개방된 (100%) 위치에서 도 3d에 도시된 바와 같이 약 7℃의 최대 온도 차이(델타 T)를 달성할 수 있다. 메인측 흐름 경로(332)를 따른 유체 흐름을 폐쇄하거나 제한하면 (예를 들어, 메인측에서 가열 또는 냉각되는 총 체적 또는 공기를 줄임으로써) 델타 T가 향상된다. 특정 구현에서, 흐름 제어 밸브(340)는 약 17℃만큼 높은 델타 T를 가능하게 한다. 델타 T를 개선하면 기후 제어 환경으로 전달되는 메인측 흐름 경로(332)로부터 공조된 공기에 대해 더 낮은 온도를 달성할 수 있다. 특정 상황에서, 예를 들어, 공조된 좌석 유닛에서, 좌석 탑승자에게 냉각 지각을 증가시키기 위해 더 낮은 온도가 바람직할 수 있다. 도 3a 및 도 3b와 관련하여 예시되고 설명된 구성 및 동작은 도 1 및 도 2와 관련하여 위에서 설명된 열 공조 시스템의 구현과 함께 사용될 수 있다.
도 4는 열 공조 시스템(100)과 유사한 열 공조 시스템(400)을 개략적으로 도시한다. 열 공조 시스템(400)은 유체 흐름 경로(410)를 따라 유체 흐름을 이동시키기 위해 유체 이동 디바이스(450)를 포함할 수 있다. 유체 흐름 경로(410)는 메인측 흐름 경로(432) 및/또는 폐기측 흐름 경로(434)를 따라 진행할 수 있다. 열 공조 시스템(400)은 TED(420)를 포함할 수 있다. TED(420)는 메인측(422) 및 폐기측(424)을 가질 수 있다. TED(420)는 하나 이상의 공기 열 교환기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 흐름 제어 밸브(440)는 메인측 흐름 경로(432) 및/또는 폐기측 흐름 경로(434)를 따라 공기를 안내 및/또는 할당할 수 있다. 흐름 제어 밸브(440)는 모터(442) 및/또는 루버 또는 회전자(444)를 포함할 수 있다.
열 공조 시스템(400)은 제어기(460)를 포함할 수 있다. 제어기(460)는 단일 제어 디바이스이거나 여러 제어 디바이스에 걸쳐 분산될 수 있다. 제어기(460)는 흐름 제어 밸브(440)를 제어하기 위해 모터(442)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 제어기(460)는 TED(420) 및/또는 유체 이동 디바이스(450)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 제어기(460)는 하나 이상의 동작 모드에 따라 열 공조 시스템(400)을 동작시키도록 구성된 컴퓨터 판독 가능 매체 상에서 프로그래밍 명령어를 실행하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다.
열 공조 시스템(400)은 하나 이상의 센서(462)를 포함할 수 있다. 센서(462)는 온도 센서 및/또는 습도 센서를 포함할 수 있고, 유체 흐름을 측정하도록 구성될 수 있다. 센서(462)는 유체 흐름 경로(410), 유체 이동 디바이스(450), 메인측 흐름 경로(432) 및/또는 폐기측 흐름 경로(434), 및/또는 열 공조 시스템(400) 내의 다른 곳에 장착될 수 있고, 특정 구현에서 센서(462)는 메인측 또는 폐기측 열 교환기의 상류, 하류 및/또는 내부에 위치될 수 있다. 센서(462)는 제어기(460)와 통신 가능하게 결합될 수 있다. 제어기(460)는 센서(462)로부터의 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 열 공조 시스템(400)을 동작시킬 수 있다.
도 4 내지 도 8은 아래에 설명된 바와 같이 흐름 제어 밸브(440)가 다양한 동작 모드에 따라 개방된 위치, 폐쇄된 위치 및 중간 (부분적으로 개방된) 위치에 있는 열 공조 시스템(400)을 도시한다.
특정 구현에서, 제어기(460)는 도 4에 개략적으로 도시된 기존 모드(Conventional Mode)에서 열 공조 시스템(400)을 동작시킬 수 있다. 기존 모드에서 유체 이동 디바이스(450)로부터의 유체 흐름은 메인측(422)과 폐기측(424)(예를 들어, 메인측 흐름 경로(432)와 폐기측 흐름 경로(434) 사이의 체적 유체 흐름률)을 대략 동일한 비율 및/또는 정적으로 미리 결정된 비율로 통과한다. 제어기(460)는 (흐름 제어 밸브(440)의 동작에 의해) TED(420)에 제공된 전력(예를 들어, 전압 및/또는 전류) 및 공기 이동 디바이스(450)로부터 (예를 들어, 속도를 높이거나 낮춤으로써) 총 유체 흐름 중 하나 또는 둘 다를 조정함으로써 공조된 공기 온도를 조절한다.
제어기(460)는 도 5 및 도 6에 개략적으로 도시된 높은 델타 T 모드(High Delta T Mode)에서 열 공조 시스템(400)을 동작시킬 수 있다. 높은 델타 T 모드에서 흐름 제어 밸브(440)는 메인측 흐름 경로(432)를 부분적으로 또는 완전히 폐쇄할 수 있다. 제어기(460)는 고온 및/또는 낮은 습도의 기내 공기 동작 환경(예를 들어, 주변 온도 32℃ 내지 45℃, 상대 습도 20% 미만)에서 높은 델타 T 모드로 동작할 수 있다. 높은 델타 T 모드에서 열 공조 시스템(400)을 통과하는 기내 공기는 기존 모드보다 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 제어기(460)는 (흐름 제어 밸브(440)의 동작에 의해) (예를 들어, 메인측 흐름 경로(432)와 폐기측 흐름 경로(434)를 따른 유체 흐름이 동일한 상태에서 메인측 흐름 경로(432) 상의 공조된 공기 온도에 비해) 메인측 흐름 경로(432)에 대한 높은 델타 T 및 낮은 공조된 공기 온도를 달성하기 위해 폐기측 흐름 경로(434)에 더 많은 유체 흐름을 할당할 수 있다. 높은 델타 T 모드에서, 공조된 공기 온도는 공조된 공기 흐름보다 우선할 수 있다. 높은 델타 T 모드는 공조된 공기 목표 온도를 포함할 수 있다. 높은 델타 T 모드에서, 공조된 공기 온도 목표는 25℃일 수 있다. 이는 탑승자의 지각 시간을 줄이고/또는 쾌적한 최적의 공조된 공기 온도를 제공하기 위한 것일 수 있다.
도 9는 흐름 제어 밸브(440)의 위치(10ㅀ씩 증분(P0 내지 P10))에 대한 메인측 흐름 경로(432)와 폐기측 흐름 경로(434) 사이의 dT(메인측 흐름 경로(432)와 폐기측 흐름 경로(434) 사이의 온도 차이) 및 총 흐름률과 흐름률의 비율을 보여주는 차트를 도시한다. 특정 구현에서, 높은 델타 T 모드는 P0과 P1 또는 P2 사이에 도 9의 차트에 표현될 수 있다. 높은 델타 T 모드의 특정 구현에서, 흐름 제어 밸브(440)는 대략 0% 내지 20%, 0% 내지 10%, 또는 0% 내지 5%에서 개방될 수 있다. 높은 델타 T 모드의 특정 구현에서, 메인측 흐름 경로(432)와 폐기측 흐름 경로(434)를 따른 유체 흐름의 비율은 대략 0 내지 0.3, 0.1 내지 0.3, 0.1 내지 0.2일 수 있다. 높은 델타 T 모드의 특정 구현에서, 메인측을 통한 유체 흐름 체적은 대략 0 내지 3 CFM(입방 피트/분), 0 내지 2 CFM, 0 내지 1 CFM일 수 있다. 높은 델타 T 모드의 특정 구현에서, dT(메인측 흐름 경로(432)와 폐기측 흐름 경로(434) 사이의 온도 차이)는 대략 25℃ 내지 12℃ 또는 25℃ 내지 20℃일 수 있다.
제어기(460)는 도 7 및 도 8에 개략적으로 도시된 높은 공기 흐름 모드(High Air Flow Mode)에서 열 공조 시스템(400)을 동작시킬 수 있다. 높은 공기 흐름 모드에서 흐름 제어 밸브(440)는 폐기측 흐름 경로(434)를 부분적으로 또는 완전히 폐쇄할 수 있다. 제어기(460)는 습도가 응결 없이 원하는 (높은) 델타 T를 달성하는 것을 제한하는 경우(예를 들어, 25℃ 내지 32℃의 주변 온도, 60% 미만의 상대 습도) 기내 공기 환경에서 높은 공기 흐름 모드러 동작할 수 있다. 제어기(460)는 (더 높은 공조된 공기 온도일 수 있는) 제한된 델타 T에서 동작하는 열 공조 시스템(400)에 대한 냉각 용량을 증가시키기 위해 폐기측 흐름 경로(434)에 비해 메인측 흐름 경로(432)에 더 많은 또는 모든 유체 흐름을 할당시킬 수 있다. 높은 공기 흐름 모드에서 열 공조 시스템(400)의 냉각 용량은 응결 발생 없이 증가될 수 있다. 또한, 제어기(460)는 원하는 공조된 공기 온도 및/또는 습도를 달성하기 위해 TED(420)에 대한 전력을 제어할 수 있다.
특정 구현에서, 높은 공기 흐름 모드는 P1 또는 P2와 P10 간에 도 9의 차트로 표현될 수 있다. 높은 공기 흐름 모드의 특정 구현에서, 흐름 제어 밸브(440)는 대략 20% 내지 100%, 10% 내지 100%, 또는 5% 내지 100%에서 개방될 수 있다. 높은 공기 흐름 모드의 특정 구현에서, 흐름 제어 밸브(440)는 대략 5%, 10% 또는 20%보다 더 많이 개방될 수 있다. 높은 공기 흐름 모드의 특정 구현에서, 메인측 흐름 경로(432)와 폐기측 흐름 경로(434)를 따른 유체 흐름의 비율은 대략 1.0이거나 또는 0.5 내지 5.0 이상일 수 있다. 높은 공기 흐름 모드의 특정 구현에서, 메인측을 통한 유체 흐름 체적은 대략 4 내지 10 CFM이거나, 또는 대략 2, 3 또는 4 CFM보다 클 수 있다. 높은 공기 흐름 모드의 특정 구현에서, dT(메인측 흐름 경로(432)와 폐기측 흐름 경로(434) 사이의 온도 차이)는 대략 13℃ 내지 1℃이거나 또는 대략 13℃ 미만일 수 있다.
제어기(460)는 순차 높은 델타 T(Sequential High Delta T), 높은 공기 흐름 모드에서 열 공조 시스템(400)을 동작시킬 수 있다. 제어기(460)는 기내 공기 환경(습도가 기내 환경을 제한함)(예를 들어, 열 공조 시스템(400)에서 응결을 야기하는 25℃를 초과하는 주변 온도 및 상대 습도)에서 순차 높은 델타 T, 높은 공기 흐름 모드에서 동작할 수 있다. 제어기(460)는 허용 가능한 응결량을 형성할 수 있는 높은 델타 T 모드에서 제1 기간 동안 동작할 수 있다. 그런 다음 제어기(460)는 제2 기간 동안 응결을 제거하기 위해 높은 공기 흐름 모드에서의 동작으로 전환할 수 있다. 동작 기간은 델타 T에서 원하는 범위를 유지하도록 설정될 수 있다. 델타 T 범위는 예를 들어, 공조된 공기 온도 범위에 대한 탑승자의 인식을 방지하고/하거나 탑승자의 쾌적함을 유지하도록 설정될 수 있다. 또한, 제어기(460)는 원하는 공조된 공기 온도 및/또는 습도를 달성하기 위해 TED(420)에 대한 전력을 제어할 수 있다. 다른 동작 예에서, 제어기(460)는 응결점을 지나 높은 델타 T 모드에서 동작하고 나서 높은 공기 흐름 모드에서 동작하여 열 공조 시스템(400)을 건조시킬 수 있다. 이 공정은 시끄러울 수 있으며, 미리 공조된 모드(기후 제어 환경에 탑승자가 없는 상태)에서 사용될 수 있다.
제어기(460)는 도 7 및 도 8에 개략적으로 도시된 환기 모드(Ventilation Mode)에서 열 공조 시스템(400)을 동작시킬 수 있다. 제어기(460)는 기내 공기 온도가 탑승자의 쾌적함을 달성하기에 충분한 경우 기내 공기 환경에서 환기 모드로 동작할 수 있다. 제어기(460)는 TED(420)가 전력 오프된 상태에서 메인측 흐름 경로(432)를 통해 및/또는 우회 흐름 경로를 통해 실질적으로 모든 유체 흐름을 할당한다. 환기 모드에서 열 공조 시스템(400)은 로터리형 및 루버형 흐름 제어 밸브 모두에 대해 높은 환기율을 제공할 수 있다. 제어기(460)는 제1 기간 동안 환기 모드에서 동작할 수 있고, 제2 기간 동안 기존 모드, 즉 높은 델타 T 모드, 높은 공기 흐름 모드 및/또는 순차적 높은 델타 T, 높은 공기 흐름 모드 중 하나 이상의 모드에서 동작할 수 있다.
제어기(460)는 조절된 가열 모드(Modified Heating Mode)에서 열 공조 시스템(400)을 동작시킬 수 있다. 제어기(460)는 기내 공기 온도가 낮고 탑승자의 쾌적함을 위해 가열이 요구되는 경우 기내 공기 환경에서 조절된 가열 모드로 동작할 수 있다. TED(420)는 위에서 언급한 냉각 모드에 비해 반대 극성으로 동작할 수 있다. 제어기(460)는 가열 용량을 증가시키고 폐기측(424) 상의 열 제거 및 공기 흐름과 관련된 손실을 방지하기 위해 (히터로서 작용하는) 메인측(422) 위의 유체 흐름의 전부 또는 대부분을 할당하도록 흐름 제어 밸브(440)를 동작시킬 수 있다. 가열된 공기를 지각하는 시간을 줄이기 위해 TED(420)는 흐름 제어 밸브(440)가 메인측 경로(432)에서 부분적으로 또는 완전히 폐쇄된 상태에서 높은 델타 T 모드와 유사하게 동작할 수 있다. 이것은 조절된 가열 모드에서의 동작에 비해 열 공조 시스템(400)을 통해 흐르는 기내 공기의 온도를 증가시킬 수 있다.
다른 모드에서 열 공조 시스템(400)은 차가운/차갑거나 습한 공기 기내 환경에서 동작할 수 있다. 제어기(460)는 (예를 들어, 유체 이동 디바이스(450)의 동작에 의해) 열 공조 시스템(400)을 통한 유체 흐름을 증가시켜 탑승자의 습윤도를 감소시키고/시키거나 탑승자의 건조도를 증가시킬 수 있으며, 이는 도 7 및 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 제어기(460)는 건조도와 관련된 탑승자의 증발 냉각을 상쇄시키기 위해 공조된 공기 온도를 증가시키기 위해 흐름 제어 밸브(440) 및/또는 TED(420)에 대한 전력을 조정할 수 있다.
제어기(460)는 흐름 제어 밸브(440)의 위치에 기초하여 유체 이동 디바이스의 속도를 조정할 수 있다. 흐름 제어 밸브(440)의 위치가 배압을 증가시키는 경우 원하는 유체 흐름을 유지하기 위해, 유체 이동 디바이스의 속도는 더 높은 배압에서 유체 흐름 경로(410) 내의 난류로 인해 공기 흐름이 대응하여 증가함이 없이 유체 이동 디바이스의 속도가 증가할 수 있기 때문에 감소될 필요가 있다.
높은 델타 T 모드에서 열 공조 시스템(400)은 TED(420)의 메인측을 통해 충분한 유체 흐름을 제공함으로써 메인측(422)에 응결이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 센서(462)는 메인측 흐름 경로(432)와 폐기측 흐름 경로(434) 모두에 위치될 수 있다. 센서(462)는 메인측 흐름 경로(432)와 폐기측 흐름 경로(434) 상의 유체 흐름 사이의 온도 차이를 검출 또는 측정하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 센서(462)는 메인측 흐름 경로(432)에서 TED(420)의 상류 및 TED(420)의 하류에 있을 수 있다. 제어기(460)는 온도 차이를 나타내는 센서(462)로부터 신호를 수신할 수 있다. 제어기(460)는 흐름 제어 밸브(440)의 주어진 위치에 대해 TED(420)의 메인측과 폐기측 사이의 예상 온도 차이를 신호로부터의 온도 차이와 비교할 수 있다. 측정된 온도 차이가 예상 온도 차이보다 더 작으면(예를 들어, 에러 범위 내에 있으면) 이는 메인측 흐름 경로에 응결이 있는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 제어기(460)는 응결/습도를 감소시키기 위해 제어 밸브(440) 및/또는 유체 이동 디바이스(450)의 동작을 변경하여 메인측 흐름 경로를 통한 유체 흐름을 증가시킬 수 있다. 다른 구현에서, 열 공조 시스템(400)은 습도 또는 응결을 검출하기 위해 메인측 흐름 경로에 습도 센서를 포함할 수 있다. 습도 센서로부터의 신호에 기초하여, 제어기(460)는 응결/습도를 감소시키기 위해 메인측 흐름 경로를 통한 유체 흐름을 증가시키기 위해 제어 밸브(440) 및/또는 유체 이동 디바이스(450)의 동작을 변경할 수 있다.
도 10은 위에서 설명된 시스템(100, 200, 300, 400)과 같은 열 공조 시스템을 제어하는 제어 방법을 개략적으로 설명한다. 단계(505)에서, 방법이 개시될 수 있다. 개시는 열 공조 시스템이 구성 요소인 차량 또는 기타 시스템에 또는 열 공조 시스템 자체에 전력을 제공하는 것에 기초할 수 있다. 단계(510)에서, 열 공조 시스템은 제1 기간 동안 제1 모드에서 동작할 수 있다. 제1 모드는 위에서 설명한 동작 모드 중 임의의 것일 수 있다. 하나의 특정 구현에서, 제1 모드는 높은 델타 T 모드이다. 제1 모드에서 유체 흐름은 주로 폐기측 경로를 따라 열 공조 시스템을 통과한다. 제1 모드는 메인측과 폐기측을 갖는 TED에 전력을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 제1 모드는 초기 모드일 수 있다. 하나의 특정 구현에서, 높은 델타 T 모드는 초기 모드이다.
단계(515)에서, 열 공조 시스템은 제2 기간 동안 열 공조 시스템을 통과하는 유체 흐름이 제1 모드 동안의 유체 흐름에 비해 변경되는 제2 모드에서 동작할 수 있다. 제2 모드 동안 유체 흐름은 제1 모드 동안보다 메인측 경로와 폐기측 경로 사이에 다른 비율로 안내될 수 있다. 제2 모드에서 메인측 경로를 따른 유체 흐름은 제1 모드에서 메인측 경로를 따른 유체 흐름에 비해 증가될 수 있다. 이는 메인측 경로를 따라 유체 흐름의 온도를 높이고 (예를 들어, TED(420)의 메인측과 폐기측 사이의 온도 차이를 줄이고) 및/또는 내부의 응결 또는 습도를 감소시킬 수 있다. 제2 모드에서 폐기측 경로를 따른 유체 흐름과 일치하도록 메인측 경로를 따라 유체 흐름이 증가할 수 있다. 제2 모드에서 유체 흐름은 주로 메인측 경로를 따를 수 있다. 특정 구현에서 제2 모드는 높은 공기 흐름 모드 또는 환기 모드일 수 있다.
메인측 경로와 폐기측 경로 간에 전이하는 것은 밸브를 사용하여 달성되어 메인측 흐름 경로와 폐기측 흐름 경로 사이의 유체 흐름의 방향을 변경할 수 있다. 제1 모드로부터 제2 모드로 동작을 전이시키는 것은 여러 변수 중 임의의 변수에 기초할 수 있다. 제1 기간은 미리 선택된 시간에 기초할 수 있고, 이 미리 선택된 시간 후에 전이가 자동으로 발생한다. 전이는 (예를 들어, 메인측 경로 상의) 온도 센서를 사용하여 유체 흐름의 목표 온도를 검출하고/하거나 지정된 시간 기간 동안 이 온도를 유지하는 것에 기초할 수 있다. 전이는 응결을 검출한 것에 기초할 수 있다. 전이는 메인측 경로와 폐기측 경로의 유체 흐름 사이의 온도 차이를 측정하는 것에 기초할 수 있다. 온도 차이가 너무 낮으면 메인측 경로에 응결 또는 습도가 있는 것을 나타낼 수 있다. 전이는 메인측 경로와 폐기측 경로 사이에 미리 설정된 온도 차이를 유지하는 것에 기초할 수 있다. 제1 시간 기간과 제2 시간 기간은 열전 디바이스의 메인측과 폐기측 사이에 미리 설정된 온도 차이를 유지하도록 설정할 수 있다.
제어 방법은 선택적으로 제3 기간 동안 열 공조 시스템을 통한 유체 흐름이 제2 모드에 비해 감소될 수 있는 제3 모드에서 열 공조 시스템을 동작시키는 단계를 포함할 수 있다. 제3 모드에서 TED에 대한 전력이 제2 모드에 비해 감소될 수 있다. 제3 모드는 열 공조 시스템에 의한 전력 소비를 줄이는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 모드 및 제2 모드의 동작을 통해 쾌적한 기내 온도가 달성되면 제3 모드가 동작할 수 있다.
도 11은 하우징(610)을 포함하는 열 공조 시스템(600)의 다른 구현을 도시한다. 시스템(600)은 TED(620)를 포함할 수 있다. TED(620)는 단일 유닛이거나 또는 둘 이상의 개별 TED 유닛으로 구성될 수 있다. 시스템(600)의 하우징(610)은 메인측 흐름 경로(632) 및 폐기측 흐름 경로(634)를 포함할 수 있다. 시스템(600)은 플랩 밸브(640)를 포함할 수 있다. 플랩 밸브(640)는 루버(644)를 포함할 수 있다. 루버(644)는 메인측 흐름 경로(632)와 폐기측 흐름 경로(634) 사이에 위치될 수 있다. 루버(644)는 스테퍼 모터와 같은 모터에 의해 이동될 수 있다. 루버(644)는 모터에 의해 축을 중심으로 회전할 수 있다. 루버(644)는 하우징(610)의 중심 벽(646)에 장착될 수 있다. 중심 벽(646)은 샤프트(647)를 고정하기 위한 하나 이상의 장착부(648)를 포함할 수 있다. 이러한 배열은 루버(644) 위의 공기 흐름을 개선할 수 있다.
개시된 구현의 설명을 돕기 위해, 첨부 도면을 설명하기 위해 상방, 상위, 하방, 하위, 수직, 수평, 상류 및 하류와 같은 단어가 사용되었다. 그러나, 예시된 구현은 다양한 원하는 위치에 위치되고 배향될 수 있는 것으로 이해된다.
본 명세서에서 사용된 "결합", "결합시키는", "결합된"이라는 용어 또는 결합이라는 용어의 다른 변형어는 간접 연결 또는 직접 연결을 나타낼 수 있다는 것이 주목된다. 예를 들어, 제1 구성 요소가 제2 구성 요소에 "결합"된 경우, 제1 구성 요소는 다른 구성 요소를 통해 제2 구성 요소에 간접 연결되거나 제2 구성 요소에 직접 연결될 수 있다.
본 명세서에 설명된 제어기의 기능은 프로세서 판독 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체에 하나 이상의 명령어로서 저장될 수 있다. "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 용어는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체를 지칭한다. 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하는 것으로서, 이러한 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 전기적으로 소거 가능한 프로그래밍 가능한 판독 전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 컴팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM) 또는 기타 광학 디스크 저장 매체, 자기 디스크 저장 매체 또는 기타 자기 저장 디바이스, 또는 명령어나 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 기타 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 유형적이고 비 일시적일 수 있다는 것이 주목된다. 본 명세서에서 사용된 "코드"라는 용어는 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서에 의해 실행 가능한 소프트웨어, 명령어, 코드 또는 데이터를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 여러 구현예 및 실시예가 개시되었지만, 본 발명은 구체적으로 개시된 구현예를 넘어 본 발명의 다른 대안 구현 및/또는 사용 및 본 발명의 변형 및 등가물로 확장된다. 또한, 구현의 특정 특징 및 양태의 다양한 조합 또는 하위 조합이 이루어질 수 있으며 이는 본 발명의 범위 내에 여전히 속할 수 있는 것으로 고려된다. 따라서, 개시된 발명의 다양한 모드를 형성하기 위해 개시된 구현의 다양한 특징 및 양태가 서로 결합되거나 대체될 수 있는 것으로 이해된다. 따라서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위는 위에서 설명된 특정 개시된 구현으로 제한되어서는 안 되고, 이하의 청구 범위를 공정하게 읽음으로써만 결정되는 것으로 의도된다.
바람직한 구현에 대한 전술한 설명이 특정 신규한 특징을 나타내고, 설명하고, 제시하였지만, 예시된 장치의 세부 사항의 형태에 있어서 다양한 생략, 대체 및 변경뿐만 아니라 장치를 사용하는 것은 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 그 결과, 본 발명의 범위는 전술한 논의에 의해 제한되어서는 안 되고, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 예시하는 것으로 의도된다.

Claims (40)

  1. 열 공조 및 유체 이동 시스템으로서,
    인가되는 전류에 응답하여 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 온도 변화를 생성하는 열전 디바이스로서, 메인측과 폐기측을 갖는 상기 열전 디바이스;
    상기 열전 디바이스에 의해 생성된 열 에너지를 유체 흐름으로 또는 상기 유체 흐름으로부터 전달하기 위해 상기 열전 디바이스와 열 연통하는 유체 흐름을 생성하는 유체 이동 디바이스; 및
    메인측 유체 흐름 경로 및/또는 폐기측 유체 흐름 경로를 따라 상기 유체 흐름을 선택적으로 안내하도록 구성된 흐름 제어 밸브
    를 포함하는, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체 이동 디바이스 및 상기 흐름 제어 밸브와 동작 가능하게 연결되고 상기 유체 이동 디바이스 및 상기 흐름 제어 밸브를 동작하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함하는, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체 흐름의 온도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 센서를 더 포함하고;
    상기 제어 유닛은 상기 신호에 기초하여 상기 흐름 제어 밸브를 동작시키도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 유체 흐름의 대략 동일한 비율을 상기 폐기측 유체 흐름 경로와 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내하도록 상기 흐름 제어 밸브를 조정하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 원하는 메인측 온도에 기초하여 흐름 제어 밸브 위치를 조정하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 흐름 제어 밸브를 조정하여 상기 메인측 유체 흐름 경로보다 상기 폐기측 유체 흐름 경로로 더 많은 유체 흐름을 안내함으로써 메인측 온도를 낮추고/낮추거나 상기 메인측과 상기 폐기측 사이의 온도 차이를 증가시키도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 흐름 제어 밸브는 완전히 개방된 위치로부터 완전히 폐쇄된 위치 쪽으로 조정되는, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 열전 디바이스의 메인측과 폐기측 사이에 높은 온도 차이를 달성하기 위해 상기 메인측 경로와 폐기측 경로 상의 상기 유체 흐름의 총 체적의 20% 미만을 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내하도록 상기 흐름 제어 밸브를 조정하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 유체 흐름에 응결이 일어나는 것을 방지하기 위해 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내되는 상기 유체 흐름의 비율을 조정하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  10. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 흐름 제어 밸브의 위치에 기초하여 상기 유체 이동 디바이스에 의해 제공되는 유체 흐름을 조정하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 유체 흐름이 상기 메인측 유체 흐름 경로를 향해 할당될 때 상기 유체 흐름을 증가시키도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 흐름 제어 밸브의 위치가 상기 유체 이동 디바이스 상의 배압을 증가시킬 때, 상기 유체 이동 디바이스에 인가되는 전압을 낮추는 것에 의해 상기 유체 이동 디바이스의 속도를 낮추는 것에 의해 상기 유체 흐름을 유지하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  13. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 기내 환경 습윤도에 기초하여 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내되는 상기 유체 흐름의 비율을 조정하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  14. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 메인측 유체 흐름 경로 및 우회 흐름 경로를 따라 상기 유체 흐름의 비율을 조정하고, 상기 메인측 유체 흐름 경로의 차가운 공기를 상기 우회 흐름 경로의 따뜻한 공기와 혼합하여 중간 온도로 공조된 공기를 생성함으로써 공조된 공기 온도를 조정하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  15. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 유체 흐름에 응결이 일어나는 것을 방지하고 상기 열전 디바이스의 메인측과 폐기측 사이의 제한된 온도 차이에서 상기 시스템의 냉각 용량을 증가시키기 위해 상기 폐기측 유체 흐름 경로보다 상기 메인측 유체 흐름 경로로 더 많은 유체 흐름을 안내하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  16. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 제1 시간 기간 동안 상기 유체 흐름의 제1 비율을 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내하고, 제2 시간 기간 동안 상기 유체 흐름의 제2 비율을 상기 메인측 유체 흐름 경로로 안내하도록 구성되고, 상기 제1 시간 기간은 유체 흐름에 허용 가능한 응결량을 형성하도록 설정된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 시간 기간 및/또는 제2 시간 기간은 상기 열전 디바이스의 메인측과 폐기측 사이에 미리 설정된 온도 차이를 유지하도록 설정된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  18. 제2항에 있어서, 상기 제어 유닛은 높은 환기율을 제공하기 위해 상기 메인측 유체 흐름 경로를 따라 실질적으로 모든 유체 흐름을 안내하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  19. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 열전 디바이스를 히터로 동작시켜 가열 용량을 증가시키고 상기 열전 디바이스의 폐기측에서 열 제거 및 공기 흐름과 관련된 손실을 방지하기 위해 상기 메인측 유체 흐름 경로를 따라 실질적으로 모든 또는 대부분의 유체 흐름을 안내하도록 구성된 유닛인, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  20. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 기내 공기 온도 및 습도에 기초하여 흐름 제어 밸브 위치를 조정하도록 구성된, 열 공조 및 유체 이동 시스템.
  21. 공조 시스템을 제어하는 방법으로서,
    메인측과 폐기측을 갖는 열 공조 시스템의 TED에 전력을 제공하는 단계;
    제1 기간 동안 유체 흐름이 상기 열 공조 시스템을 통과하는 제1 모드에서 상기 열 공조 시스템을 동작시키는 단계로서, 상기 유체 흐름의 제1 부분은 제1 흐름률로 상기 폐기측을 통해 안내되고, 상기 유체 흐름의 제2 부분은 제2 흐름률로 상기 메인측을 통해 안내되는, 제1 모드에서 상기 열 공조 시스템을 동작시키는 단계;
    제2 기간 동안 상기 제1 모드에 비해 상기 제1 흐름률과 상기 제2 흐름률 사이의 비율이 변경된 제2 모드에서 상기 열 공조 시스템을 동작시키는 단계
    를 포함하는, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 모드는 초기 모드인, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 온도 센서를 이용하여 상기 유체 흐름의 목표 온도를 검출하는 단계, 및 상기 목표 온도를 검출한 것에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작을 변경시키는 단계를 더 포함하는, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 목표 온도는 상기 메인측에서 검출되는, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 메인측과 상기 폐기측의 온도 차이를 측정하는 단계, 및 측정된 온도 차이를 검출한 것에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작을 변경시키는 단계를 더 포함하는, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기 메인측에 응결이 일어나는 것을 검출하는 단계, 및 상기 응결을 검출한 것에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작을 변경시키는 단계를 더 포함하는, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  27. 제21항에 있어서, 상기 제2 모드에서 상기 폐기측을 통한 상기 제1 흐름률과 상기 메인측을 통한 상기 제2 흐름률 사이의 비율은 상기 제1 모드에 비해 감소된, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  28. 제21항에 있어서, 상기 제2 모드에서 상기 폐기측을 통한 상기 제1 흐름률과 상기 메인측을 통한 상기 제2 흐름률은 대략 동일한, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  29. 제21항에 있어서, 상기 제2 모드에서 상기 폐기측을 통과하는 상기 제1 흐름률은 상기 메인측을 통한 상기 제2 흐름률보다 작은, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  30. 제21항에 있어서, 제3 기간 동안 상기 열 공조 시스템을 통한 전체 유체 흐름과 상기 TED로의 전력 중 적어도 하나가 상기 제2 모드에 비해 감소된 제3 모드에서 상기 열 공조 시스템을 동작시키는 단계를 더 포함하는, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  31. 제21항에 있어서, 밸브를 사용하여 상기 메인측과 상기 폐기측 사이에 상기 유체 흐름을 안내하는 단계를 더 포함하는, 공조 시스템을 제어하는 방법.
  32. 열 공조 시스템으로서,
    메인측과 폐기측을 갖는 TED;
    상기 TED의 메인측을 따른 메인측 경로;
    상기 TED의 폐기측을 따른 폐기측 경로; 및
    제어기를 포함하되, 상기 제어기는,
    제1 기간 동안 제1 유체 흐름이 제1 흐름률로 상기 폐기측 경로를 따라 통과하고, 제2 유체 흐름이 제2 흐름률로 상기 메인측 경로를 따라 통과하는 제1 모드에서 상기 열 공조 시스템을 동작시키고;
    제2 기간 동안 상기 제1 흐름률과 상기 제2 흐름률 사이의 비율이 변경된 제2 모드에서 상기 열 공조 시스템을 동작시키도록 구성된, 열 공조 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 메인측 경로와 상기 폐기측 경로 사이에서 상기 제1 유체 흐름과 상기 제2 유체 흐름을 안내하도록 동작 가능한 밸브를 더 포함하되;
    상기 제어기는 상기 밸브를 동작시켜 상기 제1 모드와 제2 모드 간을 변경하도록 구성된, 열 공조 시스템.
  34. 제32항에 있어서, 상기 제1 모드는 초기 모드인, 열 공조 시스템.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 제2 유체 흐름의 온도를 검출하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하고;
    상기 제어기는 상기 온도 센서로부터 신호를 수신하고, 상기 신호에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작을 변경하도록 더 구성된, 열 공조 시스템.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 제1 유체 흐름과 상기 제2 유체 흐름 사이의 온도 차이를 검출하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하고;
    상기 제어기는 상기 온도 센서로부터 신호를 수신하고, 상기 신호에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작을 변경하도록 더 구성된, 열 공조 시스템.
  37. 제32항에 있어서,
    상기 제2 유체 흐름의 습도를 검출하도록 구성된 습도 센서를 더 포함하고;
    상기 제어기는 상기 습도 센서로부터 신호를 수신하고, 상기 신호에 기초하여 상기 제1 모드로부터 상기 제2 모드로 동작을 변경하도록 더 구성된, 열 공조 시스템.
  38. 제32항에 있어서, 상기 제1 흐름률과 상기 제2 흐름률은 상기 제2 모드에서 대략 동일한, 열 공조 시스템.
  39. 제32항에 있어서, 상기 제2 흐름률은 상기 제2 모드에서 상기 제1 흐름률보다 큰, 열 공조 시스템.
  40. 제32항에 있어서, 상기 제어기는 제3 기간 동안 열 공조를 통한 상기 유체 흐름과 상기 TED로의 전력 중 적어도 하나가 상기 제2 모드에 비해 감소된 제3 모드에서 상기 열 공조 시스템을 동작하도록 더 구성된, 열 공조 시스템.
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