KR20230148163A - 온수 급수 설비의 구성 및 제어 방법 - Google Patents

온수 급수 설비의 구성 및 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230148163A
KR20230148163A KR1020237028201A KR20237028201A KR20230148163A KR 20230148163 A KR20230148163 A KR 20230148163A KR 1020237028201 A KR1020237028201 A KR 1020237028201A KR 20237028201 A KR20237028201 A KR 20237028201A KR 20230148163 A KR20230148163 A KR 20230148163A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hot water
temperature
outlet
disinfection
operator
Prior art date
Application number
KR1020237028201A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102693827B1 (ko
Inventor
피터 코노발치크
Original Assignee
옥토퍼스 에너지 히팅 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GBGB2101678.7A external-priority patent/GB202101678D0/en
Application filed by 옥토퍼스 에너지 히팅 리미티드 filed Critical 옥토퍼스 에너지 히팅 리미티드
Priority claimed from PCT/IB2022/051057 external-priority patent/WO2022168029A1/en
Publication of KR20230148163A publication Critical patent/KR20230148163A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102693827B1 publication Critical patent/KR102693827B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0073—Arrangements for preventing the occurrence or proliferation of microorganisms in the water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F24D11/003—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F24D11/004—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system with conventional supplementary heat source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F24D11/0228—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with conventional heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0015—Domestic hot-water supply systems using solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0026—Domestic hot-water supply systems with conventional heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0026—Domestic hot-water supply systems with conventional heating means
    • F24D17/0031—Domestic hot-water supply systems with conventional heating means with accumulation of the heated water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0036—Domestic hot-water supply systems with combination of different kinds of heating means
    • F24D17/0063—Domestic hot-water supply systems with combination of different kinds of heating means solar energy and conventional heaters
    • F24D17/0068—Domestic hot-water supply systems with combination of different kinds of heating means solar energy and conventional heaters with accumulation of the heated water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0078—Recirculation systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0089—Additional heating means, e.g. electric heated buffer tanks or electric continuous flow heaters, located close to the consumer, e.g. directly before the water taps in bathrooms, in domestic hot water lines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • F24D19/1054—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • F24D19/1057—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water the system uses solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F24D19/1072—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F24D19/1075—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water the system uses solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/156—Reducing the quantity of energy consumed; Increasing efficiency
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/174—Supplying heated water with desired temperature or desired range of temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/212—Temperature of the water
    • F24H15/223—Temperature of the water in the water storage tank
    • F24H15/225—Temperature of the water in the water storage tank at different heights of the tank
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/262—Weather information or forecast
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/265—Occupancy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F24H4/02—Water heaters
    • F24H4/04—Storage heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H7/00—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
    • F24H7/02—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
    • F24H7/04—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H7/00—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
    • F24H7/02—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
    • F24H7/04—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid
    • F24H7/0408—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid using electrical energy supply
    • F24H7/0433—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid using electrical energy supply the transfer medium being water
    • F24H7/0441—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid using electrical energy supply the transfer medium being water with supplementary heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/08—Electric heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/11—Geothermal energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/14—Solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/04—Sensors
    • F24D2220/042—Temperature sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/04—Sensors
    • F24D2220/044—Flow sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/10—Heat storage materials, e.g. phase change materials or static water enclosed in a space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

섭씨 60도 미만의 상 전이 온도(phase transition temperature)를 갖는 상 변화 물질을 포함하는 에너지 저장소(energy store)를 포함하는 물 가열 장치(arrangement) 및 복수의 제어 가능한 온수 출구를 갖는 온수 급수 시스템을 소독하는 방법이 제공되며, 이 방법은, 조작자에게 미래의 소독 이벤트를 통지하는 단계; 온수 급수 온도를 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도로부터 소독 온도로 증가시키는 단계; 조작자로 하여금 제1 온수 출구를 개방하게 하는 신호를 조작자에게 제공하는 단계; 소독 기간 후에 제1 출구를 폐쇄하도록 신호를 조작자에게 제공하는 단계; 다른 온수 출구를 개방하게 하는 신호를 조작자에게 제공하는 단계; 소독 기간 후에 다른 온수 출구를 폐쇄하게 하는 신호를 조작자에게 제공하는 단계; 그리고 복수의 제어 가능한 온수 출구 각각을 개방하고 그 다음, 소독 기간 후에, 이를 폐쇄하도록 조작자에게 시그널링하는 것을 반복하는 단계; 온수 급수 온도를 소독 온도로부터 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도로 감소시키는 단계; 및 조작자에게 소독 이벤트의 완료를 조작자에게 표시하는 단계를 포함한다. 대응하는 온수 급수 시스템이 또한 제공되며, 시스템은 바람직하게는 열 펌프를 포함한다.

Description

온수 급수 설비의 구성 및 제어 방법
본 개시내용은 일반적으로 다양하게, 소비자가 가정용 온수 및 공간 난방을 위한 그의 에너지 소비를 감소시키는 것을 돕는 데 사용하기 위한 방법, 시스템 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 온수 급수 시스템을 소독하는 방법에 관한 것이다.
Directive 2012/27/EU에 따르면, 건물(building)은 최종 에너지 소비의 40% 및 CO2 배출의 36%를 나타낸다. 2016년의 EU 위원회 보고서 "Mapping and analyses of the current and future (2020 - 2030) heating/cooling fuel deployment (fossil/renewables)"은, EU 가정에서, 난방 및 온수가 단독으로 전체 최종 에너지 사용의 79%(192.5 Mtoe)를 차지한다고 결론지었다. EU 위원회는 또한 Eurostat의 2019년 수치에 따르면, 난방 및 냉방의 약 75%가 여전히 화석 연료에서 발생되는 반면, 22%만이 재생 가능 에너지에서 발생되는 것으로 보고했다. EU의 기후 및 에너지 목표를 달성하기 위해, 난방 및 냉각 부문은 자신의 에너지 소비를 급격하게 감소시키고, 자신의 화석 연료의 사용을 줄여야 한다. 열 펌프(공기, 지열(ground) 또는 물로부터 에너지를 인출함)는, 이 문제를 해결하는 데 있어 잠재적으로 중요한 원인 제공자로서 식별되었다.
많은 국가에서, 탄소 발자국(carbon footprint)을 줄이기 위한 정책 및 압박이 존재한다. 예를 들어, 2020년 영국에서, 영국 정부는 2025년까지 기존 수준과 비교하여 신규 주택으로부터의 탄소 배출을 75% 내지 80%만큼 감소시키자는 제안과 함께, 미래 주택 표준(Future Homes Standard)에 관한 백서를 발행했다. 게다가, 2025년부터 신규 주택에 가스 보일러를 설치하는 것을 금지할 것이라고 2019년 초에 발표하였다. 제출 당시에, 영국에서는, 건물의 난방을 위해 사용되는 총 에너지의 78%가 가스로부터 비롯되는 반면, 12%는 전기로부터 비롯되는 것으로 보고되었다.
영국에는 침실 2개 내지 3개 이하의 소규모 가스 연소식 중앙 난방(gas-fired central heating) 자산(property)이 많이 있으며, 이러한 자산 대부분은 보일러가 순간 온수기 및 중앙 난방을 위한 보일러 역할을 하는 복합 보일러(combination boiler)로 공지된 것을 사용한다. 복합 보일러가 대중적인데, 왜냐하면 이 보일러는 소형 폼 팩터(small form factor)를 조합하고, (20 내지 35 kW 출력을 갖는) "무제한" 온수의 다소 즉각적인 공급원을 제공하며, 온수 저장을 필요로 하지 않기 때문이다. 이러한 보일러는 평판이 좋은 제조업체로부터 비교적 저렴하게 구입할 수 있다. 온수 저장 탱크 없이 할 수 있는 능력 및 소형 폼 팩터는, 일반적으로, 작은 아파트(small flat) 또는 주택에서도 이러한 보일러(종종 부엌의 벽결이형)를 수용하고, 하루 일과로서 신규 보일러를 설치하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 따라서, 신규 복합 가스 보일러를 저렴하게 설치하는 것이 가능하다. 신규 가스 보일러의 금지가 임박함에 따라, 가스 복합 보일러를 대신할 대체 열원이 제공될 필요가 있을 것이다. 게다가, 이전에 장착된 복합 보일러는 결국 일부 대안으로 교체될 필요가 있을 것이다.
열 펌프가 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고 CO2 배출을 줄이기 위한 필요에 대한 잠재적인 해결책으로서 제안되었지만, 열 펌프는 현재, 더 소형의 가정(및 소형 상업) 구내(premise)에서 가스 연소식 보일러를 교체하는 문제 또는 많은 기술적, 상업적 및 실용적인 이유로 적합하지 않다. 이는 전형적으로 매우 대형이며, 자산 외부측에 상당한 유닛을 필요로 한다. 따라서, 이는 전형적인 복합 보일러를 이용하여 자산에 용이하게 개장(retro-fitted)될 수 없다. 전형적인 가스 보일러와 동등한 출력을 제공할 수 있는 유닛은 현재 고가일 것이고 상당한 전기 요구를 요구할 수 있다. 유닛 자체가 동등한 가스 연소식 등가물의 배수가 될뿐만 아니라, 유닛의 크기 및 복잡성으로 인해, 설치가 기술적으로 복잡하고 그에 따라 비용이 많이 든다는 것을 의미한다. 추가의 기술적 문제점은, 열 펌프가 요구에 대한 응답으로 열을 생성하기 시작하는데 상당한 시간, 아마도 자체-체크를 위해서는 30초, 그런 다음 가열하기 위한 약간의 시간 ― 따라서, 온수를 요청하는 것과 그의 전달 사이에 1분 이상의 지연을 요구하는 경향이 있다는 것이다. 이러한 이유로, 열 펌프 및/또는 태양열을 사용하는 시도된 재생 가능 해법은 전형적으로, (공간 요구, 열 손실 및 레지오넬라균(Legionella) 위험을 갖는) 온수 저장 탱크를 위한 공간(room)을 갖는 대형 시설에 적용 가능하다.
따라서, 특히 더 소형의 가정용 주택에 대해, 가스 복합 보일러를 대체하기 위한 적절한 기술을 찾는 문제에 대한 해결책을 제공할 필요가 있다.
더 일반적으로, 열 펌프의 적용 가능성을 넓히기 위한 추가의 개량예가 추구된다. 본 개시내용의 양상은 이러한 오랫동안 느꼈던 욕구에 관한 해법을 제공한다.
가정용 에너지 소비의 중요한 컴포넌트는, 사용되는 온수의 부피의 관점에서, 그리고 가정용 온수의 과열을 통한 에너지 낭비의 관점 둘 모두에서, 가정용 온수의 사용에 기인한다. 물론, 온수 낭비는 또한, 보다 일반적인 물 낭비의 중요한 원인이며, 이는 또한, 인류가 지속 가능한 미래를 가지려고 한다면, 해결될 필요가 있다. 본 개시내용의 양상은 또한 이러한 문제를 해결한다.
열 펌프의 효율적인 동작 온도는 통상적으로 섭씨 50도 미만이며, 결과적으로 온수 급수 시스템의 레지오넬라균 감염 위험으로 인해 다른 문제가 발생한다.
제1 양상에서, 섭씨 60도 미만의 상 전이 온도(phase transition temperature)를 갖는 상 변화 물질을 포함하는 에너지 저장소(energy store)를 포함하는 물 가열 장치(arrangement) 및 복수의 제어 가능한 온수 출구를 갖는 온수 급수 시스템을 소독하는 방법이 제공되며, 이 방법은, 조작자에게 미래의 소독 이벤트를 통지하는 단계; 온수 급수 온도를 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도로부터 소독 온도로 증가시키는 단계; 조작자로 하여금 제1 온수 출구를 개방하게 하는 신호를 조작자에게 제공하는 단계; 소독 기간 후에 제1 출구를 폐쇄하도록 신호를 조작자에게 제공하는 단계; 다른 온수 출구를 개방하게 하는 신호를 조작자에게 제공하는 단계; 소독 기간 후에 다른 온수 출구를 폐쇄하게 하는 신호를 조작자에게 제공하는 단계; 그리고 복수의 제어 가능한 온수 출구 각각을 개방하고 그 다음, 소독 기간 후에, 이를 폐쇄하도록 조작자에게 시그널링하는 것을 반복하는 단계; 온수 급수 온도를 소독 온도로부터 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도로 감소시키는 단계; 및 조작자에게 소독 이벤트의 완료를 조작자에게 표시하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 신호는 스마트 폰 또는 태블릿 컴퓨팅 디바이스와 같은 무선 전송/수신 유닛 상의 앱(app)에 의해 조작자에게 제공된다.
선택적으로, 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도로부터 소독 온도로 온수 급수 온도를 증가시키는 단계는, 에너지 저장소 내의 상 변화 물질의 온도를 증가시키는 단계를 포함한다. 선택적으로, 에너지 저장소 내의 상 변화 물질의 온도를 증가시키는 단계는 에너지 저장소와 연관된 전기 가열 장치로부터 열을 공급하는 단계를 수반한다. 선택적으로, 에너지 저장소 내의 상 변화 물질의 온도를 증가시키는 단계는 열 펌프(선택적으로, 공기 소스 열 펌프)로부터 또는 태양열 워터(solar water) 가열 장치로부터 열을 공급하는 단계를 수반한다.
섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도로부터 소독 온도로 온수 급수 온도를 증가시키는 단계는, 예를 들어, 보조 온수기에 의해, 에너지 저장소와 복수의 제어 가능한 온수 출구 중간에 있는 공급 라인 내의 물에 열을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 조작자에게 신호를 제공하는 단계는, 에너지 저장소로부터 가장 짧은 유동 경로 거리를 갖는 출구로부터 시작하여 제어 가능한 온수 출구를 순차적으로 개방하도록 조작자에게 안내하도록 제어된다. 이러한 방식으로, 소독 이벤트에서 사용되는 온수의 양을 최소화하면서, 온수 급수 시스템 전체의 효과적인 소독을 달성하는 것이 가능할 수 있다.
에너지 저장소에 의해 가열된 물은 하나 이상의 분기된 공급 라인에 의해 복수의 제어 가능한 온수 출구에 공급될 수 있고, 조작자에게 신호를 제공하는 단계는, 에너지 저장소로부터 가장 짧은 유동 경로 거리를 갖는 분기부의 출구로부터 시작하여 공급 라인 분기부를 따라 제어 가능한 온수 출구를 순차적으로 개방하도록 조작자에게 안내하도록 제어될 수 있다.
상이한 출구에 대한 소독 기간은 실질적으로 동일할 수 있다.
대안적으로, 출구에 대한 소독 기간은 에너지 저장소로부터 출구까지의 유동 경로 거리에 적어도 부분적으로 기반하여 선택될 수 있다.
제1 양상의 방법은 소독 이벤트를 스케줄링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 온수 급수 시스템의 사용자에게 화상을 입힐 위험을 감소시키면서, 소독 이벤트를 수용하는 것이 더 용이해질 수 있다. 선택적으로, 미래의 소독 이벤트는 미리 정해진 시간 내에, 선택적으로는 1시간, 45분, 30분, 20분, 15분, 10분, 또는 5분 내에 발생하도록 스케줄링되는, 스케줄링된 소독 이벤트이다.
바람직하게는, 소독 이벤트는, 조작자가 이벤트의 수행에 대한 동의를 표시하는 조건하에서만 수행된다. 조작자의 동의는 무선 전송/수신 유닛 상의 앱에 의해 편리하게 제공될 수 있다.
제1 양상의 방법은, 어느 물 출구가 가열된 물에 대한 요구를 제공하였는지를 추론하는 단계, 및 출구 그리고 출구로의 추론된 통과 경로에 기반하여 가열 특성을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도는 온수 급수 시스템의 제어기에 의해 조절되는 온수 급수 온도이다.
제2 양상에 따르면, 복수의 제어 가능한 온수 출구를 갖는 온수 급수 설비가 제공되며, 이 설비는,
제어 가능한 유출 온도(outflow temperature)를 갖는 출구를 갖는 온수 급수원을 포함하며, 온수 급수원은, 에너지 저장 장치 ― 에너지 저장 장치는 다량의 상 변화 물질, 및 온수 급수 설비와 열 펌프 또는 태양열 워터(solar water) 가열 장치 사이에 커플링된 열 교환기를 포함함 ― 및 제1 양상의 임의의 변형의 방법을 수행하도록 구성된 시스템 제어기를 포함한다.
선택적으로, 에너지 저장 장치는 시스템 제어기에 커플링된 전기 가열 장치를 포함할 수 있다.
선택적으로, 에너지 저장 장치로부터 복수의 제어 가능한 온수 출구로의 온수 유동 경로에서 부가적인 가열 장치가 제공되며, 부가적인 가열 장치는 시스템 제어기에 커플링된다.
시스템 제어기는, 소독 이벤트 동안을 제외하고는, 물이 온수 급수원의 출구로부터 공급되는 온도를 섭씨 60도 미만으로 제한하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 시스템 제어기는 조작자의 WTRU로의 시그널링을 위해 라디오 주파수 트랜시버에 커플링된다.
선택적으로, 복수의 제어 가능한 온수 출구는 온수 급수 루프에 커플링된다. 이러한 방식으로, 온수가 고온으로 흐르기를 기다리는 동안 낭비되는 물의 양을 감소시키는 것이 가능할 수 있다.
제3 양상에 따르면, 열 에너지 저장소, 재생 가능 열원 및 보조 열원을 포함하는 기기로부터 사용자에게 가열된 물을 공급하는 방법이 제공되며, 이 방법은,
가열된 물에 대한 요구에 대한 응답으로, 가열된 물을 사용자에게 제공하기 위해, 바람직하게는 섭씨 40도 내지 50도 범위의 제1 목표 온도로 물을 가열하는 단계를 포함하며, 방법은,
상당한 물 사용량이 없는 경과된 시간 기간을 검출하는 것에 대한 응답으로,
바람직하게는 적어도 60 ℃의 소독 온도로 열 교환기의 물을 가열하는 단계; 및/또는
가열된 물에 대한 요구에 대한 응답으로, 가열된 물의 펄스가 물 출구로 이동하기에 충분한 것으로 추정되는 시간 기간 동안, 바람직하게는 기기를 나가는 물을 바람직하게는 적어도 60 ℃의 소독 온도로 먼저 가열하고, 그 후에, 온도를 제1 목표 온도로 감소시키는 단계 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 더 포함한다.
제3 양상에 따른 방법은, 어느 물 출구가 가열된 물에 대한 요구를 제공하였는지를 추론하는 단계, 및 출구 그리고 출구로의 추론된 통과 경로에 기반하여 가열 특성을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 다양한 양상의 실시예는 이제 단지 예로서, 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 양상에 따른 온수 급수 설비를 개략적으로 예시한다.
도 2는 본 개시내용의 양상에 따른 다른 온수 급수 설비를 개략적으로 예시한다.
도 3은 열 펌프 에너지원에 커플링된 열 교환기 및 상 변화 물질을 포함하는 에너지 뱅크를 도시하는 개략도이며, 에너지 뱅크는 상 변화 물질의 잠열(latent heat)로서 저장된 에너지의 양을 표시하는 측정 데이터를 제공하는 하나 이상의 센서를 포함한다.
도 4는 본 개시내용의 양상에 따른 건물내 급수 설비(in-building water supply installation)를 도시하는 개략도이다.
도 5는 복수의 제어 가능한 온수 출구를 갖는 온수 급수 설비를 구성하는 방법을 개략적으로 예시한다.
도 6은 본 개시내용의 양상에 따른, 에너지 뱅크를 통합하는 인터페이스 유닛의 컴포넌트의 잠재적인 장치를 도시하는 개략도이다.
열 펌프의 에너지 효율(보편적으로 성능 계수(Coefficient of Performance; COP)로 지칭됨)은 열 펌프의 출력에서 제공되는 온도에 링크되며, 출력 온도가 증가함에 따라 효율은 떨어진다. 이러한 이유로, 가정용 온수 가열을 제공하기 위해 열 펌프가 사용되는 경우, 온수 온도는 전형적으로 섭씨 50도 미만, 예를 들어 섭씨 40도 또는 그 근처에서 설정된다. 불행하게도, 온수 급수 시스템이 50 ℃ 미만에서 실행된다면, 설비가 레지오넬라균(Legionella)에 감염될 위험이 있는데, 이는 온수 급수 시스템을 사용하는 사람에게 상당한 건강 위험을 나타낼 수 있다.
가정용 온수를 제공하는 데 사용되는 많은 열 펌프 설비는, 열 펌프에 의해 가열된 물을 저장하기 위해 온수 저장 탱크를 사용한다. 레지오넬라균으로부터의 위험을 감소시키기 위해, 온수 저장소의 바닥에 가열 요소를 제공하고, 그리고 매 24시간마다 1시간 동안 저장소 내의 온수를 60 ℃의 온도로 가열하기 위해 이 히터를 사용하는 것이 알려져 있다.
불행하게도, 이전에 언급된 바와 같이, 더 작은 주택에서 가스 복합 보일러를 대체하는데 열 펌프가 만족스럽다면, 열 펌프는 온수 저장 탱크를 필요로 하지 않고 그렇게 할 필요가 있다. 동작 효율을 위해, 그러한 설비는 바람직하게는 섭씨 50도 미만에서 작동하는 열 펌프로 동작할 것이고, 따라서 레지오넬라균에 대한 소독을 필요로 할 것이다. 본 개시내용의 양상은 이러한 명백하게 상충하는 요건을 해결하기 위한 방법 및 설비를 제공한다.
도 1은, 본 개시내용의 제1 양상에 따른 그리고 온수 급수 설비의 소독을 용이하게 하도록 구성된 온수 급수 설비를 개략적으로 예시한다. 온수 급수 시스템(100)은 가열 기기(heating appliance)(102), 및 파이프(108)의 시스템에 의해 가열 기기(102)로부터 공급되는 제어 가능한 온수 출구(106)의 집합체를 포함하는 분배 네트워크(distribution network)(104)를 포함한다. 예시된 시스템에서, 분배 네트워크(104)는 영국의 가정용 온수 시스템에서 전형적으로 사용되는 유형의 트렁크 및 분기 장치로서 도시된다. 파이프의 시스템은 제1 분기부(108') 및 제2 분기부(108")를 포함한다. 온수 순환 루프를 사용하는 온수 급수 시스템의 예는 도 2를 참조하여 추후에 설명될 것이다.
가열 기기(102)는, 열원(114)에 커플링된 입력측 열 교환기(112)를 포함하는 열 에너지 저장소(110)를 포함한다. 열 에너지 저장소(110)는 또한, 급수부(water supply)(120)로부터 물을 받는 입력부(118)와 분배 네트워크(104)에 온수를 공급하는 출력부(122) 사이에 커플링되는 출력측 열 교환기(116)를 포함한다. 열 에너지 저장소(110)는 또한 잠열로서 에너지를 저장하기 위해 상 변화 물질(도시되지 않음)을 포함하고, 바람직하게는 또한 가열 요소(124)를 포함한다.
열원(114)은 바람직하게는 열 펌프, 이를테면 공기 소스 또는 지열 소스 열 펌프이다. 그러나 선택적으로, 열원(114)은 태양열 동력(solar powered) 열원일 수 있다. 열원(114)으로부터의 열은 상 변화 물질을 가열하고, 그에 따라 또한 출력측 열 교환기(116), 및 그 안의 물을 가열한다. 전형적으로, 열원(114)으로부터 공급되는 가열 액체는 섭씨 60도 미만의 상당히 낮은 온도에 있으며, 종종, 공급되는 온도는 섭씨 40도 내지 섭씨 50도의 범위일 것이다. 열 에너지 저장소(110) 내의 상 변화 물질은 상 전이 온도를 갖는다. 아이디어는, 열원(114)으로부터 공급된 가열 액체가 상 전이 온도를 초과하는 온도에 도달하여서, 상 변화 물질이 공급된 에너지의 적어도 일부를 잠열의 형태로 저장할 수 있다는 것이다. 열원(114)으로부터 공급된 가열 액체가 상 전이 온도를 초과하는 온도에 도달하는 경우, 과도한 에너지는 현열(sensible heat)로서 저장될 수 있다. 열 펌프 효율은 더 낮은 가열 액체 온도에 따라 증가하기 때문에, 전형적으로, 시스템은, 가열 액체가 일반적으로 섭씨 40도 내지 섭씨 50도의 온도로 공급되도록 설계될 것이며, 상 변화 물질은 이 범위 내의 상 전이 온도를 갖는다. 이는, 상 변화 물질이 부가적인 가열 요소(124)에 의해 추가로 가열되지 않는 한, 출력측 열 교환기(116)를 통과하는 물이 또한 이 범위의 온도로 가열될 것임을 의미한다. 전형적으로, 이 부가적인 가열 요소(124)는, 최적의 에너지 효율을 위해 그리고 화석 연료에 대한 의존도를 감소시키기 위해, 가능한 한 이 부가적인 가열 요소(124)로부터의 가열에 거의 의존하지 않을 정도로 전기적으로 전력을 공급받을 것이다.
추가의 가열의 부재 시에, 분배 네트워크(104)의 물은 50 ℃보다 더 낮은 그리고 아마도 상당히 더 낮은 온도에 있을 것이고, 결과적으로 레지오넬라균 감염에 의한 위험이 있을 것이라는 것이 인지될 것이다. 그 문제를 해결하기 위해, 온수 급수 온도가 60 ℃ 미만의 이벤트-전 온도로부터 소독 온도로 증가되는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법을 안출하였다. 조작자로 하여금 제1 온수 출구(106)를 개방하게 하기 위한 신호가, 예를 들어 조작자의 모바일 디바이스(126)에 시그널링함으로써 조작자에게 제공된다. 이어서, 조작자로 하여금, 소독 기간 후에 제1 출구를 폐쇄하게 하기 위해, 다른 신호가 조작자에게 제공된다. 조작자에게 다른 온수 출구를 개방하기 위한 추가의 신호가 제공되고, 이어서, 소독 후에 다른 온수 출구를 폐쇄하게 하는 신호가 조작자에게 다시 제공된다. 이러한 프로세스는, 복수의 제어 가능한 온수 출구(106) 각각을 개방하고 그런 다음, 소독 시간 후에, 폐쇄함으로써 조작자에게 시그널링함으로써 반복된다. 그런 다음, 온수 급수 온도는 소독 온도로부터 이벤트-전 온도로 감소된다. 조작자는 소독 이벤트의 완료를 통지받는다.
가열 기기(102)는, 무선 인터페이스(130)에 의해 무선 디바이스(126)와 통신할 수 있는 프로세서(129)를 갖는 제어기(128)를 포함한다. 무선 인터페이스(130)는 무선 디바이스(126)와 통신하기 위해 블루투스 또는 Wi-Fi를 사용할 수 있지만, 또한 UMTS, 4G 또는 5G와 같은 모바일 네트워크 연결을 사용하여 통신할 수 있다. 제어기(128)는 또한, 무선 인터페이스(130)를 통해, 유선 인터페이스를 통해, 또는 둘 모두를 통해 인터넷에 연결될 수 있다. 제어기(128)는 열원(114)과 통신하고, 상태 업데이트 및 다른 정보를 수신하고, 커맨드 및 상태 요청 등을 열원의 제어기(예컨대, 열 펌프의 제어기)에 제공하도록 배열된다. 또한, 제어기(128)는 에너지 저장소의 상태에 관한 정보를 제공하는, 에너지 저장소(110) 내의 하나 이상의 센서(132)에 커플링되며, 그에 따라 제어기(128)는 잠열 및 현열로서 에너지 저장소에 저장된 에너지의 양을 결정할 수 있다. 또한, 에너지 저장소(110)의 출구(122)로부터 나오는 물의 온도를 감지하기 위해 온도 센서(134)가 제어기(128)에 연결된다. 또한, 출구(122)와 분배 네트워크(104) 사이의 유동 경로에 보조 히터(136)가 있고, 그런 다음 혼합 밸브(138)가 있으며, 혼합 밸브(138)는 또한 냉수 급수부(140)에 연결된다. 혼합 밸브(138)의 출구는 분배 네트워크(104)에 공급하고, 온도 센서(142)를 포함한다. 보조 히터(136), 혼합 밸브(138) 및 온도 센서(142)는 모두, 144로 표현된 유선 인터페이스 또는 무선 인터페이스를 통해 제어기(128)에 커플링된다. 선택적으로, 유동 센서(146)가 출구(1 내지 2)로부터 혼합 밸브(138)로의 유동 경로에 포함되고, 제어기(128)에 커플링된다.
온수 급수 시스템(100)의 가열 기기 제어기(128)는 규칙적인 스케줄에 따라, 예를 들어 주 1회 또는 매달 소정의 횟수로 소독 사이클을 수행하도록 프로그래밍될 수 있다. 선택적으로, 제어기는 가열 기기의 사용 이력을 고려하도록, 그리고 사용 이력에 기반하여 소독 사이클의 스케줄링된 수행을 조정하도록 프로그래밍될 수 있다. 시스템의 지정된 사용자에게 자신의 모바일 폰 또는 다른 휴대용 디바이스(126) 상에 앱이 제공된다. 앱 또는 일부 다른 매체, 이를테면 지정된 사용자가 데스크톱 또는 랩톱 컴퓨터를 사용하는 온라인 대화에 의해, 제어기(128)와 지정된 사용자 사이에 적합한 소독 스케줄이 확립된다. 소독 프로세스는 물에 대한 우발적인 노출로부터 화상을 입을 수 있는 온도의 물의 생성 및 배출을 수반하기 때문에, 다른 사용자가 온수를 필요로 하지 않을 가능성이 있는 시간 또는 고온 출구에 대한 접근을 관리할 수 있는 시간에 대한 소독 이벤트를 스케줄링하는 것이 중요하다. 예를 들어, 어린이 및/또는 연로한 점유자가 있는 가정에서, 소독 이벤트는 바람직하게는, 화상 온도에서 물에 부주의하게 노출될 위험 없이, 그러한 점유자가 수면 중이거나 아니면 달리 점유하고 있을 때를 위해 스케줄링된다.
소독 이벤트가 스케줄링되었을 때, 지정된 사용자는, 이벤트가 발생하기 직전, 예를 들어, 스케줄링된 시작 30분 또는 15분 전에 통지받을 수 있다. 지정된 사용자는, 앱에 의해 생성된 통지에 의해 또는 제어기(128)에 의해 생성된 통지에 의해 통지받을 수 있다. 바람직하게는, 지정된 사용자는, 스케줄링된 시작 전에, 스케줄링된 소독 이벤트가 안전하게 수행될 수 있음을 확인하기 위해, 통지에 응답하도록 요구된다. 그러한 확인의 부재 시에, 시스템은 스케줄링된 이벤트를 중단시키거나 또는 재스케줄링하도록 구성될 수 있다. 시스템은, 통지에 대한 미리 정해진 인터벌 내에 어떠한 응답도 수신되지 않는 이벤트에서, 지정된 사용자의 모바일 디바이스(126)에 대한 콜(call)을 개시하도록 구성될 수 있다. 이러한 콜을 처리하기 위해 자동화된 시스템이 제공될 수 있으며, 바람직하게는, 소독 이벤트를 수행하는 것이 안전한 것으로 결정되기 전에, 콜에 응답하는 사람으로부터 패스워드 또는 코드 형태의 안전장치(safeguard)가 요구될 수 있다. 바람직하게는, 스케줄링된 시작 시간 직전에 추가 통지가 제공되어, 소독 프로세스가 시작되기 전에 지정된 사용자로부터의 응답을 다시 요구한다.
통지 및 응답 프로세스의 만족스러운 완료 이후에만, 제어기(128)는 온수 급수 온도를 60 ℃ 미만의 이벤트-전 온도로부터 소독 온도로 증가시키기 시작한다. 제어기(128)는, 열원(114)으로 하여금 자신의 공급 온도를 이벤트-전 온도로부터 소독 온도로 증가시키게 함으로써 온수 급수 온도를 증가시킬 수 있다. 대안적으로, 제어기(128)는, 에너지 저장소 내의 온도를 소독 온도로 상승시키기 위해 에너지 저장소 내의 가열 요소(124)를 활성화시킬 수 있다. 대안적으로, 제어기(128)는, 출구(122)로부터 공급된 물을 소독 온도로 가열하기 위해, 혼합 밸브(138)와 에너지 저장소(110)의 출구(122) 사이에 위치된 보조 히터(136)를 활성화시킬 수 있다. 어느 경우든, 제어기(128)는, 온도 센서(142)에 의해 결정된 온도가 소독 온도 이상이 되도록 믹서 밸브(138)를 제어할 것이다. 에너지 저장소의 내용물을 소독 온도로 가열하는 것은 열 교환기(116) 내의 물이 또한 소독 온도로 가열되는 것을 보장하는 반면, 보조 히터(136)만이 사용되는 경우, 열 교환기(116) 내의 물은 소독 온도로 가열되지 않는다는 것이 인지될 것이다.
분배 네트워크(104)에 공급될 온수가 (직접적인 측정을 통해 또는 예를 들어, 보조 히터에 공급되는 에너지의 양에 기반하여) 충분히 뜨거운 것으로 제어기(128)가 결정하면, 제어기(128)는 지정된 사용자에게 온수 출구 중 제1 출구를 개방하도록 명령하기 위해 모바일 디바이스(126)에 시그널링한다. 도 1에 예시된 바와 같은 분기 분배 출구에서, 개방된 제1 출구는 가열 기기(102)로부터 더 멀리 있는 것이 아니라 더 근접한 출구인 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 사실상 분배 네트워크의 초기 길이가 소독되고, 각각의 후속 유동 이벤트에 따라, 소독된 길이가 증가된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 장치에서, 지정된 사용자는 바람직하게는 먼저 출구(106A)를 개방하도록 요청받고, 그런 다음, 차례로, 출구(106B), 출구(106C), 및 출구(106D)를 개방하도록 요청받는다. 그 후, 제2 분기부(108")는 제1 개방 출구(106K)에 의해, 그런 다음 출구(106L), 그런 다음 출구(106M), 그리고 마지막으로 출구(106N)에 의해 소독된다. 각각의 경우에, 제어기(128)는 바람직하게는, 온수 급수 시스템으로부터 물이 실제로 배출되고 있는지를 체크하기 위해, 유동 센서(146)와 같은 유동 센서를 사용한다. 미리 정해진 소독 기간 후에, 제어기(128)는 제1 개방된 출구(106A)를 폐쇄하도록 그리고 그 후에 제2 출구(106B)를 개방하도록 지정된 조작자에게 다시 시그널링한다. 제어기는, 제1 출구를 폐쇄하게 하는 신호 및 제2 출구를 개방하게 하는 신호를 단일 메시지로 송신할 수 있거나, 또는 이는 2개의 별개의 메시지일 수 있다. 다시, 제어기(128)는, 온수가 실제로 배출되고 있음을 보장하기 위해, 유동 센서(146)와 같은 유동 센서로부터의 신호를 모니터링한다. 제1 미리 정해진 소독 기간과 동일할 수 있거나 또는 동일하지 않을 수 있는 미리 정해진 소독 기간 후에, 제어기(128)는 출구를 폐쇄하고 다음 출구로 이동하도록 지정된 사용자에게 다시 시그널링한다. 다시, 출구를 폐쇄하게 하는 메시지 및 다음 출구를 개방하게 하는 메시지는 함께 또는 별개로 송신될 수 있다. 바람직하게는, 시그널링 및 유동 모니터링은, 온수 급수 시스템의 모든 출구가 필요한 시간량 동안 개방될 때까지 계속된다.
소독 이벤트의 완료 후에, 제어기(128)는, 열원(114), 가열 요소(124) 또는 보조 히터(136)로부터이든, 시스템 내의 물에 대한 여분의 가열을 제공하는 것을 중단한다. 그 후, 제어기는 또한, 센서(142)에 의해 측정된 분배 네트워크(104)에 공급된 물의 온도가 다시 한번, 비화상 온도(non-scalding temperature) 예를 들어, 이벤트-전 온도에 있도록, 믹서 밸브(138)를 제어한다. 또한, 소독 이벤트의 완료 후에, 제어기(128)는 지정된 사용자에게 소독 이벤트의 완료를 시그널링한다.
도 2는 도 1에 밀접하게 대응하지만, 이 경우, 분배 네트워크는 도 1에 예시된 보다 통상적인 트렁크 및 분기 장치라기보다는, 온수 순환 루프의 형태이다. 온수 순환 루프는, 물 출구(206) 각각에 제공된 제어부(210)에 의해 활성화 가능한 펌프(200)를 포함한다. 펌프(200)는 제어 버튼(210) 중 임의의 제어 버튼으로부터 요구를 수신할 때 루프 주위로 물을 펌핑한다. 그러한 시스템의 경우, 온수 수도꼭지를 작동시킬 필요가 있어 물을 낭비하기 보다는, 온수가 개방된 수도꼭지에 도달하기 전에 수 초 동안, 온수의 도착에 선행하는 "냉수(cold water)"가 재가열되는 가열 기기(102)로 다시 공급된다. 이러한 방식으로, 낭비되는 물의 양이 감소될 뿐만 아니라 에너지 사용량이 감소될 수 있는데, 이는 부분적으로, "냉수"가 본관 냉수 급수부(mains cold water supply)로부터의 냉수 급수물의 온도보다 상당히 더 높은 온도에 있을 수 있기 때문이다. 전형적으로, 펌프(200)는, 루프의 끝에 있는 온도 센서(220)가 미리 정해진 시스템 공급 온도로 온수가 도달하는 것을 검출할 때까지 작동한다. 대부분의 설비에 대해, 이는 펌프가 약 20 내지 45초 이하 동안 작동할 것임을 의미한다. 온수 급수 시스템을 위한 냉수 급수부(120)는, 펌프(200)로부터의 출력을 또한 수용하는 밸브(230)에 의해, 가열 기기(102)의 입력 측 상의 루프 내로 공급된다. 펌프가 가열 시스템으로부터의 물을 다시 냉수 급수부로 강제하는 것을 방지하기 위해 논리턴 밸브(nonreturn valve)(240)가 냉수 급수부에 포함된다. 가열 기기의 제어기는, 에너지 저장 출구(122)의 바로 하류에 제공되는 보조 히터(136)가 도 1에 도시된 설비에서와 같이, 논리턴 밸브(240)와 밸브(230) 중간에 있는 냉수 급수부에서 유동 센서에 연결될 수 있다. 보조 히터(136)와 온도 센서(242) 중간에 있는 다른 혼합 밸브(238)가 냉수 급수부(250)에 커플링되어, 시스템 제어기(128)가 가열 기기(102)에 의해 공급되는 물의 온도를 조절할 수 있게 한다.
도 1의 트렁크 및 분기 분배 시스템과 달리, 온수 순환 루프의 경우, 소독 이벤트 동안 출구가 개방되는 순서는 덜 중요하다. 그럼에도 불구하고, 소독 이벤트 동안, 루프 주위에서 순차적으로 출구를 개방하는 것이 여전히 요망된다. 따라서, 예를 들어, 지정된 사용자는, 먼저 출구(206A)를 개방하고, 소독 기간 동안 물을 흐르게 하고, 출구(206A)를 폐쇄하고, 그런 다음 개방(206B)하는 식으로, 마지막으로 출구(206H)가 개방되고, 소독 기간 동안 물을 흐르게 하고, 그런 다음 출구(206H)가 폐쇄될 때까지, 휴대용 디바이스(126) 상에서 메시지를 수신할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명된 장치에서와 같이, 제어기(128)는 열원(114), 가열 요소(124), 보조 히터(136), 또는 이의 일부 조합을 사용하여 소독 온도까지 가열할 수 있다. 소독 프로세스는 펌프(200)를 활성화시키면서 또는 활성화하지 않고서 수행될 수 있지만, 낭비되는 물의 양을 감소시키기 위해, 펌프(200)를 활성화시키는 것이 바람직하다.
열 펌프의 적용 가능성에 대한 많은 제약 중 하나는, 적어도, 공간 난방을 위한 열원으로서의 그의 장점에 비해, 순간 가스 및 전기 온수기, 이를테면 복합 보일러와 비교할 때, 온수에 대한 요구를 충족시키는 열 펌프의 능력이 비교적 제한적이라는 것이다. 앞서 언급된 바와 같이, 전형적으로 적당한 크기의 영국의 거주지의 경우, 적당한 침실 1개 또는 2개의 아파트에서도 가스 복합 보일러는 전형적으로 즉시 물을 가열하기 위해 20kW 내지 30kW를 제공할 수 있는 한편, 공간 난방 요구는 보편적으로 6kW만큼 낮다. 6kW 공간 난방 요구는 공기 소스 열 펌프로도 유럽에서 용이하게 달성 가능하지만, 20kW 내지 30kW를 제공할 수 있는 유닛은 수용할 수 없을 정도로 크고 비쌀 것이다. 열 펌프는 가정용 온수 급수부에 대한 열 펌프의 적용과 관련하여 추가의 제한을 갖고 있는데, 이는 열 펌프가 시작 신호를 수신하는 것과 실제로 열 펌프에 의해 온수가 공급되는 것 사이에 긴 지연(long lag)이 있다는 것이다. 일반적으로, 이러한 지연은 1분을 훨씬 초과하며, 때로는 2분 이상이다. 언뜻 보기에는 그것이 중요하게 들리지 않지만, 가정 환경에서 온수의 가장 보편적인 용도 중 하나인 손 씻기와 같은 것에 대해, 온수 수도꼭지가 작동하는 평균 시간이 30초 내지 1분이라는 사실을 알게 될 때, 열 펌프가 극복해야 할 상당한 장애물을 갖는다는 것이 분명해진다. 전형적으로, 이 문제는, 온수 저장 탱크에 온수를 저장하여 필요할 때 사용할 수 있도록 함으로써 해결된다. 그러나, 그 해법은, 현재 가스 복합 보일러를 사용하는 ― 그리고 외부 온수 저장 탱크 없이 거의 만능으로 설치되는 ― 영국에 있는 침실이 1개, 2개 및 3개인 시설과 같은 더 작은 주택에 대해서는 매력적이지 않다.
요구, 특히 가정용 온수의 요구에 대한 열 펌프의 적용 가능성을 개선시킬 가능성을 갖는 하나의 기술은 열 에너지 저장이지, 온수 저장을 가장하는 것은 아니다.
열 에너지 저장의 그러한 대안적인 형태는 상 변화 물질(phase change material; PCM)의 사용이다. 이름이 암시하는 바와 같이, 상 변화 물질은 열적으로 유도된 상 변화를 나타내는 재료이며: PCM을 자신의 상 전이 온도로 가열하는 것은 에너지가 (현열보다는) 잠열로서 저장되게 한다. 다수의 상이한 PCM이 공지되어 있으며, 임의의 특정 애플리케이션에 대한 선택은 무엇보다도, 요구되는 작동 온도, 비용 제한, 건강 및 안전 제약(PCM의 독성, 반응성, 가연성, 안정성 및 PCM의 구속을 위해 필요한 재료와 같은 것에 대해 부과되는 제한 등을 고려함)에 의해 결정된다. PCM의 적절한 선택으로, 열 펌프로부터의 에너지가 (가정용) 온수 시스템을 위한 물의 순간 가열에 이용 가능하도록 열 에너지 저장 장치가 설계될 수 있으며, 그에 의해, 부피가 큰 온수 탱크에 대한 필요없이 열 펌프를 사용할 때 발생하는 느린 시작 문제를 해결하는 데 도움이 된다.
이제, PCM의 사용에 기반한, 그리고 온수 급수부에서 물을 가열하기 위해 열 펌프가 사용되어야 하는 설비에서 사용하기에 특히 적합한 에너지 저장 장치를 소개 및 설명할 것이다. 그러한 에너지 저장 장치는 인클로저(enclosure)를 포함하는 열 교환기, 그리고 인클로저 내에서: 열 펌프와 같은 에너지 공급원에 대한 연결을 위한 입력측 회로; 온수 급수 설비와 같은 에너지 싱크에 대한 연결을 위한 출력측 회로, 및 에너지의 저장을 위한 상 변화 물질을 포함할 수 있다.
입력측 회로는 열원, 본 발명의 경우 열 펌프에 의해 가열된 액체를 수용하고, 액체가 열 교환기 내부의 재료보다 더 뜨겁다면, 에너지는 액체로부터 열 교환기 내의 재료로 전달된다. 마찬가지로, 액체가 열 교환기 내의 재료보다 더 차갑다면, 열 교환기 내의 재료로부터의 에너지는 출력측 회로의 액체로 전달된다. 물론, 출력측 회로를 통한 유동이 없다면, 열 교환기 밖으로 전달되는 에너지의 양이 제한되며, 그에 따라 입력 에너지의 대부분이 열 교환기 내에 유지된다. 본 발명의 경우에, 열 교환기는 상 변화 물질, 예를 들어, 파라핀 왁스 또는 염-수화물(salt-hydrate)(적절한 재료의 예가 나중에 논의됨)을 함유하며, 그에 따라 입력 에너지가 PCM으로 대부분 전달된다. 상 변화 물질 및 열 펌프 동작 온도의 적절한 선택으로, PCM에 의해 표현되는 에너지 "뱅크"를 "충전"하기 위해 열 펌프로부터의 에너지를 사용하는 것이 가능해진다. 선택적으로, 열 펌프로부터의 에너지 공급은, 열 교환기에 하나 이상의 전기 가열 요소를 포함시킴으로써 보충될 수 있으며, 시스템의 프로세서에 의해 제어되고, 그리고 예를 들어, 전기 공급 또는 예를 들어 풍력발전, 수력발전 또는 태양광발전과 같은 지역적 또는 가정용 전기 생산에 저렴한 요금(low-cost tariff)이 적용될 때 사용되는 가열 요소는, 온수에 대해 기대되거나 예상되는 미래의 필요성이 있을 때, "저렴한" 에너지를 제공할 수 있다.
상 변화 물질을 사용하는 시스템을 설계할 때 수용되어야 하는 상 변화 물질의 하나의 특성은, 상들 사이의 전이(transition) 시에 발생하는 볼륨 변화, 예를 들어, 고체와 액체 사이의 상 변화에 대한 팽창(expansion) 및 액체와 고체 사이의 상 변화에 대한 수축(contraction)이다. 통상적으로, 볼륨 변화는 대략 10%이다. 이러한 볼륨 변화는, 상 변화 물질을 보유하는 데 사용되는 인클로저의 신중한 설계로 수용되어야 하는 단점으로 고려될 수 있지만, 볼륨 변화는 또한 긍정적으로 사용될 수 있다. PCM 인클로저 내의 압력의 측정을 제공하기 위한 하나 이상의 센서를 포함함으로써, 프로세서가 상 변화 물질의 상태를 결정할 수 있는 데이터를 프로세서에 제공하는 것이 가능하다. 예를 들어, 프로세서는 상 변화 물질에 대한 에너지 저장 값을 결정할 수 있다.
상 변화 물질의 에너지 저장량을 결정하는 수단으로서 인클로저 내의 압력의 측정에 부가하여 또는 이에 대한 대안으로서, 상 변화 시에 PCM에서 발생하는 광학적 또는 음향적 특성의 변화를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 대안적인 접근법의 예는 나중에 설명될 것이지만, PCM의 에너지 저장 상태에 관한 정보를 수집하기 위한 수단으로서 압력 감지의 사용을 먼저 고려할 것이다.
도 3은 열 교환기를 포함하는 에너지 뱅크(10)를 개략적으로 도시하며, 에너지 뱅크는 인클로저(110)를 포함한다. 인클로저(110) 내에는, 에너지원― 여기서, 열 펌프(16)로서 도시됨 ―으로의 연결을 위한 열 교환기의 입력측 회로(112), 에너지 싱크 ― 여기서, 냉수 급수부(20)에 연결되고 하나 이상의 출구(22)를 포함하는 온수 급수 시스템으로서 도시됨 ―로의 연결을 위한 열 교환기의 출력측 회로(116)가 있다 인클로저(12) 내에는 에너지의 저장을 위한 상 변화 물질이 있다. 에너지 뱅크(10)는 또한 PCM의 상태를 표시하는 측정치를 제공하기 위해 하나 이상의 상태 센서(24)를 포함한다. 예를 들어, 상태 센서(24) 중 하나 이상은 인클로저 내의 압력을 측정하기 위한 압력 센서일 수 있다. 바람직하게는, 인클로저는 또한, PCM(phase change material) 내의 온도를 측정하기 위한 하나 이상의 온도 센서(26)를 포함한다. 바람직하게는, 다수의 온도 센서가 PCM 내에 제공된다면, 이는 바람직하게는 열 교환기의 입력 회로 및 출력 회로의 구조로부터 이격되고, PCM 내에서 적절하게 이격되어 PCM의 상태의 양호한 "픽처(picture)"를 얻는다.
에너지 뱅크(10)는 프로세서(129)를 포함하는 연관된 시스템 제어기(128)를 갖는다. 제어기는 에너지 뱅크(10)에 통합될 수 있지만, 보다 전형적으로는 별개로 장착된다. 제어기(28)에는 또한, 통합된 또는 별개의 유닛으로서, 또는 제어기(28)를 포함하는 본체에 분리 가능하게 장착될 수 있는 유닛으로서, 사용자 인터페이스 모듈(31)이 제공될 수 있다. 사용자 인터페이스 모듈(31)은 전형적으로, 예를 들어 터치-감응 디스플레이(touch-sensitive display) 형태의 디스플레이 패널 및 키패드를 포함한다. 사용자 인터페이스 모듈(31)은, 제어기(28)로부터 분리되거나 또는 분리 가능하다면, 바람직하게는, 제어기(28)의 프로세서(30) 및 사용자 인터페이스 모듈이 서로 통신할 수 있게 하는 무선 통신 능력을 포함한다. 사용자 인터페이스 모듈(31)은 시스템 상태 정보, 메시지, 어드바이스 및 경고를 사용자에게 디스플레이하고, 사용자 입력 및 사용자 커맨드 ― 이를테면, 시작 및 중지 명령, 온도 설정, 시스템 오버라이드(system override) 등을 수신하기 위해 사용된다.
상태 센서(들)는 온도 센서(들)(26)(존재하는 경우)인 것처럼 프로세서(129)에 커플링된다. 또한, 프로세서(30)는 유선 연결을 통해 또는 연관된 트랜시버(transceiver)(34 및 36)를 사용하여 무선으로, 또는 유선 및 무선 연결 둘 모두를 통해, 열 펌프(16) 내의 프로세서/제어기(32)에 커플링된다. 이러한 방식으로, 시스템 제어기(28)는 시작 명령 및 중지 명령과 같은 명령을 열 펌프(16)의 제어기(32)에 송신할 수 있다. 동일한 방식으로, 프로세서(30)는 또한, 열 펌프(16)의 제어기(32)로부터, 상태 업데이트, 온도 정보 등과 같은 정보를 수신할 수 있다.
온수 급수 설비는 또한, 온수 급수 시스템에서의 유동을 측정하는 하나 이상의 유동 센서(38)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 이러한 유동 센서는 시스템으로의 냉수 급수부(20) 상에서, 그리고/또는 열 교환기의 출력측 회로(18)의 출력 사이에 제공될 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 압력 센서가 또한 온수 급수 시스템에 포함될 수 있고, 다시 압력 센서(들)는 열 교환기/에너지 뱅크의 상류 및/또는 열 교환기/에너지 뱅크의 하류에 ― 예를 들어, 하나 이상의 유동 센서(38) 중 하나 이상과 나란히 제공될 수 있다. 상기 또는 각각의 유동 센서, 상기 또는 각각의 온도 센서, 및 상기 또는 각각의 압력 센서는, 유선 연결 또는 무선 연결 중 어느 하나 또는 둘 모두를 이용하여, 예를 들어 하나 이상의 무선 전송기 또는 트랜시버(40)를 사용하여, 시스템 제어기(28)의 프로세서(30)에 커플링된다. 다양한 센서(24, 26, 및 38)의 성질(들)에 따라, 이는 또한, 시스템 제어기(28)의 프로세서(30)에 의해 질의 가능(interrogatable)할 수 있다.
선택적으로, 도시된 바와 같이, 에너지 뱅크(10)는 인클로저(12) 내에 전기 가열 요소(114)를 포함할 수 있으며, 전기 가열 요소(114)는 시스템 제어기(28)의 프로세서(30)에 의해 제어되고, 이는 때때로 에너지 뱅크를 재충전하기 위해 열 펌프(16)에 대한 대안으로서 사용될 수 있다.
도 3은 단지 개략도이며, 온수 급수 설비로의 열 펌프의 연결만을 도시한다. 세계의 많은 지역에서, 온수뿐만 아니라 공간 난방에 대한 필요성이 존재한다는 것이 인지될 것이다. 따라서, 전형적으로, 열 펌프(16)가 또한, 공간 난방을 제공하는 데 사용될 것이다. 열 펌프가 공간 난방을 제공하는 동시에 온수 가열을 위한 에너지 뱅크와 작동하는 예시적인 장치는, 본 출원에서 나중에 설명될 것이다. 설명의 용이함을 위해, 예를 들어 도 1 내지 도 3에 예시된 바와 같은, 본 발명의 양상에 따른 에너지 뱅크의 동작 방법의 다음의 설명은, 연관된 열 펌프가 공간 난방을 제공하는지 여부에 관계없이 에너지 뱅크 설비에 동일하게 적용된다.
도 4는 도 1에 예시되고 도 1을 참조하여 설명된 것에 일반적으로 대응하는 건물내 온수 급수 설비(400)를 개략적으로 도시한다. 건물내 온수 급수 설비(400)는 복수의 제어 가능한 물 출구(나중에 더 완전하게 설명될 다양한 수도꼭지(tap) 및 샤워기), 제어 가능한 유출(outflow) 온도를 갖는 적어도 하나의 출구(407)를 갖는 온수 급수부(405)를 가지며, 그리고 온수 급수부(405)와 복수의 제어 가능한 물 출구 사이의 물 유동 경로에서, 유출 온도를 검출하기 위한 적어도 하나의 제1 온도 센서(409), 적어도 하나의 유동 측정 디바이스(410) 및 적어도 하나의 유동 조절기(415)를 갖는다. 프로세서(440)는 적어도 하나의 유동 측정 디바이스(410) 및 적어도 하나의 유동 조절기(415)에 동작 가능하게 연결된다. 예시된 물 급수 설비는 주 욕실(master bathroom)(421), 제1 앙 스위트 샤워룸(en-suite shower room)(422), 제2 앙 스위트 샤워룸(423), 휴대품 보관소(cloakroom)(424) 및 주방(425)을 갖는 거주지를 나타낸다. 주 욕실 및 제1 앙 스위트 샤워룸은 거주지의 하나의 층에 있을 수 있는 반면, 휴대품 보관소, 제2 앙 스위트 및 주방은 거주지의 다른 층에 있을 수 있다. 그러한 상황에서, 도시된 바와 같이, 다양한 출구에 물을 공급하기 위한 2개의 별개의 회로(430 및 431)를 갖는 것이 편리할 수 있다. 2개의 회로(430 및 431)가 온수 급수부로부터의 단일 출구(407)로부터 단일 온도 센서(409)를 사용하여 공급되는 것으로 도시되지만, 2개의 회로(430 및 431) 각각이 상이한 출구(407)로부터 공급될 수 있다는 것이 이해될 것이며, 2개의 출구(407)의 온도는 개별적으로 조정 가능하고, 각각의 출구(407)는 그 자신의 연관된 온도 센서(409)를 갖는다. 출구(들)(407)에서의 물의 온도는 고정된 또는 가변적인 온도의 공급원으로부터의 온수와 냉수를 혼합함으로써 조정될 수 있거나, 또는 이는 전기 가열 요소 또는 심지어 가스 연소식 히터와 같은 열원에 가해지는 에너지를 제어함으로써 조정될 수 있다. 나중에, 일반적으로 열 펌프와 조합된 PCM 에너지 저장 장치를 포함하는 온수 시스템을 설명할 것이며, 이러한 시스템에서, 일반적으로 온수 급수 온도는 냉수 급수부로부터의 냉수를 상이한 비율로 혼합함으로써 조정될 수 있다. 때때로, 이러한 시스템은, 시스템의 프로세서에 의해 제어되는, PCM 에너지 저장 장치의 하류에 순간 열원(이를 테면, 전기 가열 요소)을 포함할 수 있으며, 그러한 설비에서, 온수 급수 온도 제어에는 순간 온수기(instantaneous water heater)에 공급되는 에너지의 양을 제어하는 것뿐만 아니라 냉수 급수부로부터의 냉수를 상이한 비율로 혼합하는 것도 수반될 수 있다.
주 욕실(421)은 샤워기 출구(435), 욕조 수도꼭지(bath tap) 또는 수전(faucet)(436), 및 싱크를 위한 수도꼭지(437)를 포함하는 것으로 도시된다. 앙 스위트 샤워룸(422 및 423)은 또한, 샤워기 출구(435), 및 싱크를 위한 수도꼭지(437)를 포함한다. 반대로, 휴대품 보관소에는 단지 화장실(도시되지 않음)만 있으며 수도꼭지(438)를 갖는 세면대를 포함한다. 마지막으로, 주방은 수도꼭지(439)를 갖춘 싱크를 갖는다.
연관된 메모리(441)를 갖는 프로세서 또는 시스템 제어기(440)는, 적어도 하나의 유동 측정 디바이스(410) 및 적어도 하나의 유동 조절기(415)에 커플링된다. 2개의 회로(430 및 431) 각각에는 개개의 유동 측정 디바이스(410) 및 유동 조절기(415)가 제공된다는 것이 인지될 것이다. 프로세서는 또한 회로(430 및 431) 각각에 대해 하나씩 하나 이상의 온도 센서(443)에 선택적으로 연결된다. 이 프로세서는 이전에 설명된 바와 같이 에너지 뱅크와 연관될 수 있다.
또한, 프로세서는, Wi-Fi, 블루투스 등을 통한 양방향 통신을 위해 적어도 하나의 RF 전송기 및 적어도 하나의 RF 수신기를 포함하는 RF 트랜시버(442)에 커플링될 수 있고, 그리고 바람직하게는, 서버 또는 중앙 스테이션(445), 그리고 선택적으로 셀룰러 라디오 네트워크(이를테면, LTE, UMTS, 4G, 5G 등)에 대한 연결을 위해 인터넷(444)에 커플링될 수 있다. RF 트랜시버(442) 및/또는 인터넷에 대한 연결을 통해, 프로세서(440)는 예를 들어 스마트폰 또는 태블릿일 수 있는 모바일 디바이스(450)와 통신할 수 있으며, 이는 설치 엔지니어가 건물내 급수 설비를 구성(및 선택적으로 매핑)하는 데 사용하기 위한 것이다. 모바일 디바이스(450)는 소프트웨어, 이를테면, 특정 앱을 포함하며, 이는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 구성(및 선택적으로 맵핑)하는 것을 용이하게 하고, 특히, 엔지니어에 의해 취해진 액션을 시스템 제어기(440)/서버(445)의 클록에 동기화시키기 위해, 시스템 제어기(440) 내의 그리고 또한 잠재적으로는 서버(445) 내의 대응하는 소프트웨어와 협력한다. 메모리(441)는, 프로세서가 예를 들어, 새로운 설비를 시운전하는 프로세스 동안 건물내 급수 장치 설치 프로세서를 구성하는(그리고 선택적으로는 맵핑하는) 방법을 수행할 수 있게 하는 코드(code)를 포함한다.
커미셔닝 프로세스(commissioning process) 동안, 온수 급수 설비(400)를 구성하기 위해, 엔지니어는 특정 온수 출구, 예컨대 특정 수도꼭지 또는 샤워기 출구 바로 아래에 온도 센서를 설정하도록, 그리고 특정 순간에 출구를 완전히 개방하도록 요청받을 수 있다. 시스템 프로세서는 유동, 유출과 제공된 온도 둘 모두 사이의 차이, 시간 지연, 그리고 바람직하게는 실외 온도(외부 온도 센서로부터 제공된 데이터)를 측정하도록 구성된다. 이는 알고리즘(예컨대, MLA)이 분배 시스템을 통한 열 손실, 출구(수도꼭지 또는 샤워기 출구)와 온수 급수원 사이의 거리를 계산하고, 마지막으로, 관련 제어 가능 출구(예컨대, 수도꼭지)에서 정확한 수온을 달성하기 위해 407에서 유출 온도를 정확하게 조정하는 것을 가능하게 할 것이다. 예를 들어, 만약 가정이 어린이를 포함한다면, 예를 들어 주방 싱크 이외의 모든 각각의 출구에 대한 최대 온수 온도는 40 ℃ 또는 41 ℃로 제한될 수 있는 반면, 주택에 영유아가 있다면, 최대 온도는 37 ℃로 제한될 수 있다. 어린이가 없는 경우에도, 주방 싱크 이외의 모든 출구에 대한 최대 온도는 43 ℃, 그리고 가능하게는 샤워기 출구의 경우 41 ℃로 설정될 수 있다.
또한, 시스템은 일부 클래스의 물 출구, 이를테면, 세면대(handbasin) 및 싱크, 그리고 가능하게는 샤워기로의 온수의 유동을 제한하도록 설정될 수 있으며, 출구의 각각의 클래스에 대해 상이한 최대 유량이 설정되며 그리고/또는 예를 들어 특정 출구에 대해 최대 특정 유량(maximum specific flow rate)이 설정될 수 있으므로, 어린이에 의해 사용되는 욕실 및 휴대품 보관소에 대해 더 낮은 유량이 설정된다. 최대 온도 및 유량의 결정은 시스템 공급자에 의해 제공된 규칙에 기반할 수 있다. 나중에, 열 펌프 및 PCM-기반 에너지 저장 장치를 사용하는 온수 급수 시스템을 논의할 것이며, 그러한 시스템은 온도 및 유량 제어의 부과로부터 상당히 이익을 얻을 것인데, 1개 내지 3개의 침실 주택의 경우, 일반적으로, 방대한 온수 저장 탱크의 제공 없이는 가정의 순간적인 온수 요구를 충족시키기 위한 가열 용량을 갖지 않기 때문이다. 온수 유동 및 온도를 관리함으로써, 다른 수단에 의해 수용될 에너지 부족분의 크기를 최소화하면서, 온수 저장부를 제공할 필요성을 제거하는 것이 가능할 수 있다. 설비가 PCM 에너지 저장 장치 및 열 펌프를 포함한다면, 시스템 공급자는 전형적으로, 출구 유형 및 세대 구성(household composition)에 기반한 온도 및 유동에 대한 적절한 값으로 프로세서를 사전-프로그래밍할 것이다.
출구 유형 및 세대 구성에 기반한 온도 및 선택적으로 유량의 데이터베이스가 또한, 인터넷을 통해 시스템 제어기에 이용 가능하게 될 수 있고, 때때로 업데이트될 수 있다. 시스템 제어기에 대한 사용자 인터페이스는 점유자 및/또는 서비스 엔지니어가, 부가적으로, 영아, 어린이 또는 노인 또는 병약한 사람을 동반한 손님의 도착에 대해, 세대 구성의 변화에 따라 다양한 설정을 조정하고 사용자가 더 낮은 최대 온도 및/또는 유량을 설정할 수 있게 하는 수단을 제공할 수 있다.
도 5는 복수의 제어 가능한 온수 출구, 예를 들어 복수의 수도꼭지, 및 예컨대 도 4를 참조하여 설명된 하나 이상의 샤워기 출구를 갖는 온수 급수 설비를 구성하는 그러한 방법을 개략적으로 예시한다. 설비에서의 에너지 사용의 효율을 개선하기 위해, 시스템의 프로세서는, 차례로 출구 각각의 아래에 배치되는 휴대용 온도 센서(800)와 함께 사용된다(그러나, 명백하게, 모든 출구에 하나의 동일한 센서를 사용하는 것 대신에, 하나 초과의 센서가 사용될 수 있음).
설치자는, 예를 들어, 관련 수도꼭지를 개방하도록, 그리고 바람직하게는 수도꼭지를 가능한 한 신속하게 그의 최대 개방으로 개방하도록 지시하는 명령을 프로세서로부터 수신할 수 있는 일부 다른 무선 전송/수신 유닛(wireless transmission/reception unit; WTRU) 또는 스마트 폰 상에 앱을 가질 수 있다.
따라서, 도 5의 유동 대 시간 플롯에 도시된 바와 같이, 출구를 통한 그리고 온수 시스템을 통한 유동(한번에 단지 하나의 출구가 개방됨)이 0으로부터 Tl에서 최대치(최대치는 가능하게는 온수 시스템의 각각의 출구에 대해 상이하고 고유함)가 된다. 또는, 설치자는 합의된/식별된 수도꼭지가 지금 개방되고 있음을 프로세서에 통지하기 위해 WTRU, 또는 보다 전형적으로는 WTRU 상의 앱을 사용할 수 있다.
어느 경우든, 프로세서는 또한, 온수 급수원(405)의 출구(407)에 있는 온도 센서(409)로부터 정보를 수신하며, 출구는 제어 가능한 유출 온도를 갖는다. 휴대용 온도 센서(800)는 또한 바람직하게, 원격 프로세서(440)에 시간 및 온도 정보를 통신하기 위한 내부 클록(바람직하게는, 프로세서의 시스템 시간에 동기화됨) 및 RF(예컨대, Wi-Fi, 블루투스, 또는 IMS) 능력을 포함한다. 도 2의 온도 대 시간 플롯은 휴대용 센서(800)에 의해 감지된 온도가 초기에 낮게 유지된 다음 시간(T1) 이후 얼마간의 시간(T2)에서 안정적인 최대치에 도달하도록 상승하는 방법을 도시한다. 휴대용 센서(800)(시간(T1) 내지 시간(T3))에 의해 감지된 최대 검출 온도는, 제어 가능한 유출 온도를 갖는 온수 급수원의 출구(407)에서의 온도보다 ΔT만큼 더 낮다는 것을 또한 알 수 있다.
온도 센서(800)는, 온도 센서가 수집하는 데이터(시간 대 온도)가 이벤트 후에만 ― 즉, 유선 다운로드 프로세스에 의해 또는 NFC를 사용함으로써 시스템 프로세서(440)에 제공되도록 구성될 수 있으며, 그러나, 이는 일반적으로, 이미 설명된 바와 같이 직접적인 RF 통신을 제공하는 것보다 덜 만족스러울 것임이 인식될 것이다.
온수 급수 시스템을 구성하는 방법 및 온수 급수 설비로부터 전달되는 물의 온도를 제어하는 방법에 대한 전술한 설명은, 적용의 용이함을 위해 의도적으로 단순하게 유지되었지만, 이러한 방법은 PCM 에너지 저장 장치 및 "녹색(green)" 열원, 이를테면 열 펌프를 포함하는 설비에도 동일하게 적용된다는 것이 인식되어야 한다.
도 3을 다시 참조하면, 인클로저 내의 압력을 측정하기 위해 하나 이상의 상태 센서(24)를 제공하는 대신에 또는 그에 부가하여, PCM의 광학 특성, 이를테면 투명도, 흡수, 굴절, 굴절률을 측정하기 위해 다른 센서 타입이 제공될 수 는데, PCM은, 이들 중 다양한 것이 PCM에서 위상 전이에 따라 변하기 때문이다. 또한, 이들 특성 중 다양한 특성이 위상의 변화에 따라 변하는 파장 의존성을 나타낼 수 있다.
따라서, 에너지 뱅크는 광을 상 변화 물질 내로 방출하기 위한 하나 이상의 광원을 더 포함할 수 있고, 하나 이상의 상태 센서(24)는 광이 상 변화 물질을 통과한 후에 광원(들)으로부터 방출된 광을 검출하기 위한 광학 감지 장치를 포함할 수 있다. 상 변화 물질의 상들 사이의 변화는 상 변화 물질의 광학 특성의 가역적 변화를 초래하고, 따라서 PCM의 광학 특성을 관찰하는 것은 PCM의 상태에 관한 정보를 수집하는 데 사용될 수 있다. 바람직하게는, PCM의 광학 특성은 PCM의 여러 영역에서, 바람직하게는 재료 내의 상이한 방향에서 관찰된다. 예를 들어, 광원 및 센서는, 광원(들)으로부터의 광이 하나 이상의 포지션에서 PCM을 통해 길이 방향으로 통과하도록 배열될 수 있고, 다른 광원(들) 및 센서(들)는 하나 이상의 포지션에서 그리고 하나 이상의 배향에서 (폭을 통해 그리고/또는 두께를 통해) PCM을 통해 폭 방향으로 통과한다.
광원(들)은 상이한 컬러의 광을 생성하도록 제어 가능할 수 있고, 광학 감지 장치(들)는 상이한 컬러 중 적어도 일부를 검출하도록 구성될 수 있다. 임의의 애플리케이션에 대해 선택된 특정 PCM에 기초하여 광의 적절한 컬러를 선택함으로써, PCM의 상이 변화된 정도를 더 정확하게 결정하는 것이 가능할 수 있다.
바람직하게는, 광원은 복수의 개별적으로 활성화 가능한 디바이스를 포함한다.
광학 감지 장치로부터 수신된 정보에 기반하여 상 변화 물질에 저장된 에너지의 양을 추정하도록 구성된 프로세서에 광 감지 장치를 커플링하는 것은, PCM 내에 잠열로서 저장된 에너지의 양을 결정하는 수단을 제공하며, 이 정보는 열 펌프를 제어하는 데 사용될 수 있다. 특히, 이러한 정보는 PCM 에너지 뱅크를 충전할 때 열 펌프의 보다 효율적이고 적절한 사용을 가능하게 할 수 있다.
추가 옵션으로서, 상 변화 물질에 잠열로서 저장된 에너지의 양을 표시하는 측정 데이터를 제공하기 위한 하나 이상의 상태 센서(24)는, 상 변화 물질 내로 사운드를 방출하도록 구성된 음향 공급원(acoustic source) 및 사운드가 상 변화 물질을 통과한 후에 음향 공급원으로부터 방출되는 사운드를 검출하기 위한 음향 감지 장치(acoustic sensing arrangement)를 포함할 수 있다. 상 변화 물질의 상들 사이의 변화는 상 변화 물질의 흡음(sound absorbing) 특성의 가역적 변화를 초래하고, 따라서 PCM의 음파 특성을 관찰하는 것은 PCM의 상태에 관한 정보를 수집하는 데 사용될 수 있다. 음향 공급원은 초음파를 생성하도록 구성될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명된 커미셔닝 프로세스 동안, 엔지니어는 또한 모든 온수 출구(예컨대, 수도꼭지, 샤워, 욕조, 주방)를 규정하기 위해 또는, 달리 말하면, 시스템을 맵핑하기 위해, 프로세서/시스템 제어기(440)에 의해 요청받을 수 있다. 이러한 프로세스에서, 시스템 제어기는 엔지니어에게, 차례로, 출구(탭, 샤워기 출구 등) 각각을 완전히 개방하고, 다음 출구를 개방하기 전에 각각을 폐쇄할 것을 요청할 것이며, 관련된 유동 측정 디바이스(410)에 의해, 결과적인 물 유동을 모니터링할 것이다. 이 프로세스 동안, 관련 유동 측정 디바이스(410)는 물의 유동을 측정할 것이고, 프로세서는 이 데이터를 수신하고 결과를 데이터베이스에 부가할 것이다. 이러한 정보에 기반하여, 시스템은 후속적으로, 임의의 출구가 개방될 때, 관련 유동 제어 디바이스(415)를 제어함으로써, 각각의 단일 수도꼭지로 가장 효율적인 유동을 제공할 수 있을 것이다.
이제, 본 개시내용의 제1 양상에 따른 건물내 급수 설비를 맵핑하는 방법이 도 4를 참조하여 설명될 것이다.
방법은, 복수의 제어 가능한 물의 출구 중 제1 출구를 개방하는 단계, 적어도 제1 유동 특성이 결정될 때까지, 프로세서(440)를 이용하여 적어도 하나의 유동 측정 디바이스(410)로부터의 신호를 프로세싱하는 단계 및 그런 다음, 복수의 제어 가능한 물의 출구 중 제1 출구를 폐쇄하는 단계를 포함한다. 복수의 제어 가능한 물의 출구 중 제1 출구를 개방하는 단계는 바람직하게는, 관련 엔지니어가 들고 있는 모바일 디바이스(450)에 메시지를 송신하는 프로세서 또는 시스템 제어기(440)에 의해 명령된다. 예를 들어, 명령은 Wi-Fi에 의해 송신되고, 주 욕실(421)에서 온수 욕조 수도꼭지(436)를 개방하도록 엔지니어에게 지시할 수 있다. 그런 다음, 모바일 디바이스(450)를 들고 있는 엔지니어는 주 욕실로 이동하여 온수 욕조 수도꼭지(436)를 완전히 개방한다. 모바일 디바이스는, 정확히 언제 수도꼭지를 개방해야 하는지를 엔지니어에게 알리기 위한 프롬프트, 바람직하게는 가청(audible) 및 카운트다운을 엔지니어에게 제공할 수 있다. 대안적으로, 모바일 디바이스 상의 앱은 수도꼭지(436)가 개방되는 순간에 엔지니어로부터의 입력, 이를테면 버튼의 누름 또는 해제를 받아들이도록 구성될 수 있다. 어느 경우이든, 앱은 프롬프트에 대한 로컬 시간 또는 순간을 캡처하고, 그런 다음, 관련 제어 가능한 출구의 아이덴티티와 함께 이 로컬 시간을 시스템 제어기(440) 또는 서버(445)에 송신할 수 있다. 이러한 방식으로, 모바일 디바이스(450)에 도달하는 프롬프트의 지연 또는 제어기(440) 또는 서버(445)에 도달하는 명령의 타이밍의 지연이 설명될 수 있다(모바일 디바이스(450) 및 시스템 제어기(440)는 바람직하게는, 매핑 프로세스 전 또는 후에 일부 핸드쉐이킹 절차(handshaking procedure)를 거치므로 두 디바이스의 클록 사이의 위더 오프셋(wither offset)이 제거될 수 있거나 그것들이 또한 설명될 수 있음).
그런 다음, 엔지니어는, 앱 상의 목록 또는 메뉴로부터 출구 아이덴티티를 선택하거나 명확한 식별자를 입력하고, 차례로 출구 각각을 개방하여 구내를 돌아다니면서 작업할 수 있다. 또는 시스템 제어기에는 모든 수도꼭지 등(일반적으로 "제어 가능한 출구")의 목록이 이미 제공되었을 수 있고, 모바일 디바이스(450)에 다른 메시지를 송신함으로써 엔지니어에게 관련 출구로 가도록 촉구할 수 있다. 앱은 바람직하게, 엔지니어가 제자리에 있고 다음 제어 가능한 출구를 개방하기 위한 명령을 수신할 준비가 되었다는 메시지를 시스템 제어기(440)/서버(445)에 송신하기 위한 옵션을 포함한다. 그런 다음, 프로세스는, 모든 출구 및 그의 유동 특성, 즉, 유동이 검출되기 전의 지연, 유동의 상승률, 최대 유량, 및 임의의 다른 식별 가능한 특성이 캡처되어 데이터베이스에 저장될 때까지, 다른 온수 출구 각각에 대해 반복된다. 그런 다음, 데이터베이스에 저장된 특성을 사용함으로써, 프로세서(440)는 검출된 유동 특성과 개개의 유동 특성의 유사성에 기반하여 복수의 제어 가능한 물의 출구 중 특정 출구의 개방을 후속적으로 식별할 수 있다.
또한, 프로세서에는 출구의 유형(욕조 수도꼭지, 주방 수도꼭지, 세면대 수도꼭지, 휴대품 보관소 수도꼭지) 및 그 위치(예를 들어, 안방 화장실, 앙 스위트, 아이 방, 어른 방, 휴대품 보관소, 주방)에 기반하여, 선호되는 유량, 그리고 선택적으로, 유동 지속기간에 관한 일부 규칙이 제공되고, 감지된 유동 특성으로부터 인식된 출구 아이덴티티와 함께 이러한 규칙을 사용하여 목표 유량을 결정한다. 그런 다음, 목표 유량은, 관련 유동 제어기(415)를 제어함으로써 시스템 제어기(440)에 의해 부과되고, 바람직하게는 대응하는 유량 측정 디바이스(410)에 의해 모니터링된다. 이러한 방식으로, 관련 출구의 식별에 기반하여, 적어도 하나의 유동 조절기를 제어함으로써, 프로세서(440)는 식별된 제어 가능한 물의 출구로의 물의 공급을 제어할 수 있다.
개개의 유동 특성 각각은, 개개의 안정적인 유량을 포함할 수 있다. 그런 다음, 방법은, 개개의 안정적인 유량에 기초하여, 복수의 제어 가능한 물의 출구 각각에 유량의 적어도 10% 감소를 부과하기 위해 적어도 하나의 유동 조절기(415)를 제어하도록 프로세서(440)를 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법은, 개개의 안정적인 유량에 기초하여, 분당 7 리터를 초과하는 개개의 안정적인 유량을 갖는 복수의 제어 가능한 물 출구 중 임의의 출구에 유량의 적어도 10% 감소를 부과하기 위해 적어도 하나의 유동 조절기(415)를 제어하도록 프로세서(440)를 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 특히, 매우 적당한(moderate) 유량으로 효과적으로 달성될 수 있는 손 씻기를 위한 물을 제공하기 위해 수도꼭지가 종종 주로 사용되는, 욕실, 엔 스위트, 그리고 가장 구체적으로는 휴대품 보관소 내의 세면대에서 기능하는 수도꼭지에 적용된다.
온수 급수 설비를 맵핑하는 위에서 설명된 기술은, 앞서 설명한 바와 같이 에너지 뱅크와 연관된 프로세서에 의해 사용될 수 있는 신경망 또는 기계 학습 알고리즘(machine learning algorithm; MLA)과 같은 로직을 훈련시키거나 데이터베이스를 채우는 데 사용될 수 있으며, 이는 전술한 바와 같이 에너지 뱅크와 관련된 프로세서에 의해 사용될 수 있으며, 그에 따라 프로세서는 감지된 유동 거동으로부터 특정 출구 또는 출구 유형을 더 양호하게 식별할 수 있으므로 온수 급수부로부터 온수 요구를 보다 쉽게 예측할 수 있다. 이는 결국, 열 펌프의 제어 및 에너지 뱅크의 사용의 효율을 개선할 수 있다.
방금 설명된 맵핑 프로세스로부터 학습된 지식은 물론, 도 1을 참조하여 설명된 소독 프로세스에서 활용될 수 있으며, 특히 온수 출구 각각에 대한 소독 시간(예컨대, 유동 지속기간)을 최적화하는 데 사용될 수 있다.
에너지 뱅크, 및 온수 급수 설비에서의 에너지 뱅크의 설치 및 동작을 설명하였지만, 이제 에너지 뱅크 및 열 펌프가 온수 급수 시스템 및 공간 가열 장치 둘 모두에 통합될 수 있는 방법을 고려할 것이다.
도 6은 본 개시내용의 양상에 따른, 인터페이스 유닛(10)의 컴포넌트의 잠재적인 장치를 개략적으로 도시한다. 인터페이스 유닛은 열 펌프(이 도면에 도시되지 않음)와 건물내 온수 시스템 사이에서 인터페이스한다. 인터페이스 유닛은, 인클로저(별도로 넘버링되지 않음)를 포함하는 열 교환기(12)를 포함하며, 열 교환기(12) 내에, 열 펌프로의 연결을 위한 입력측 회로(14로 매우 간략화된 형태로 도시됨), 및 건물내 온수 시스템(이 도면에는 도시되지 않음)에 대한 연결을 위한 출력측 회로(16로 매우 간략화된 형태로 도시됨)가 있다. 또한, 열 교환기(12)는 에너지의 저장을 위한 열 저장 매체를 포함하지만, 이는 도면에 도시되지 않는다. 이제, 도 6을 참조하여 설명될 예에서, 열 저장 매체는 상 변화 물질이다. 인터페이스 유닛이 이전에 설명된 에너지 뱅크에 대응한다는 것이 인식될 것이다. 청구범위를 포함하여 본 명세서 전반에 걸쳐, 에너지 뱅크, 열 저장 매체, 에너지 저장 매체 및 상 변화 물질에 대한 참조는, 문맥상 명백히 달리 요구하지 않는 한, 상호교환 가능한 것으로 간주되어야 한다.
전형적으로, 열 교환기의 상 변화 물질은 2 내지 5 M Joules의 (융해 잠열에 의해 저장된 에너지의 양의 관점에서) 에너지 저장 용량을 갖지만, 더 많은 에너지 저장이 가능하며, 유용할 수 있다. 그리고 물론, 더 적은 에너지 저장이 또한 가능하지만, 일반적으로, 인터페이스 유닛(10)의 상 변화 물질에서의 에너지 저장을 위한 가능성을 (물리적 치수, 중량, 비용 및 안전에 기반한 실질적인 제한을 따름) 최대화하고자 한다. 적합한 상 변화 물질 및 이의 특성, 그리고 또한 치수 등에 대해 본 명세서의 뒷부분에서 더 언급될 것이다.
입력측 회로(14)는 파이프 또는 도관(18)에 연결되며, 파이프 또는 도관(18)은 노드(node)(20)로부터, 열 펌프로부터의 급수부로의 연결을 위한 커플링(24)을 갖는 파이프(22)로부터 차례로 공급된다. 또한, 노드(20)는 집(house) 또는 아파트(flat)의 난방 네트워크(예를 들어, 바닥 난방 또는 라디에이터의 네트워크 또는 둘 모두로의 배관 연결을 위함)에 대한 연결을 위해 의도된 커플링(28)에서 종결되는 파이프(26)로 열 펌프로부터의 유체를 공급한다. 따라서, 일단 인터페이스 유닛(10)이 완전히 설치되어 동작하면, 열 펌프(이는 집 또는 아파트 외부에 위치됨)에 의해 가열된 유체는 커플링(24)을 통해 파이프(22)를 따라 노드(20)로 통과하며, 이로부터, 3-포트 밸브(32)의 세팅(setting)에 따라, 유체 유동은 파이프(18)를 따라 열 교환기의 입력측 회로(14)로 전달되거나, 또는 파이프(26)를 따라 그리고 커플링(28)을 통해 집 또는 아파트의 난방 인프라구조로 전달된다.
열 펌프로부터의 가열된 유체는, 열 교환기의 입력측 회로(14)를 통해 그리고 파이프(30)를 따라 열 교환기(12) 밖으로 유동한다. 사용 시, 일부 상황 하에서, 열 펌프로부터의 가열된 유체에 의해 운반되는 열은, 자신의 에너지 중 일부를 열 교환기 내부의 상 변화 물질에 그리고 일부는 출력측 회로(16)의 물에 제공된다. 다른 상황 하에서, 나중에 설명될 바와 같이, 열 교환기의 입력측 회로(14)를 통해 유동하는 유체는 실제로 상 변화 물질로부터 열을 획득한다.
파이프(30)는 입력측 회로(14)를 떠나는 유체를 전동화된 3-포트 밸브(32)에 공급한 다음, 밸브의 상태에 따라 파이프(34)를 따라 펌프(36)로 공급한다. 펌프(36)는 커플링(38)을 통해 외부 열 펌프 상으로 유동을 푸시(push)하는 역할을 한다.
또한, 전동화된 3-포트 밸브(32)는 파이프(40)로부터 유체를 수용하며, 이 파이프(40)는, 커플링(42)을 통해, 집 또는 아파트의 난방 인프라구조(예컨대, 라디에이터)로부터 복귀하는 유체를 수용한다.
전동화된 3-포트 밸브(32)와 펌프(36) 사이에는, 온도 트랜스듀서(44), 유동 트랜스듀서(46), 및 압력 트랜스듀서(48)의 트리오 트랜스듀서가 제공된다. 게다가, 열 펌프의 출력으로부터 유체를 유입시키는 온도 트랜스듀서(49)가 파이프(22)에 제공된다. 인터페이스 유닛(10) 내의 모든 다른 트랜스듀서와 같이, 이 트랜스듀서는, 전형적으로 인터페이스 유닛의 일부로서 제공되지만 별개의 모듈로 제공될 수 있는 도시되지 않은 프로세서에 동작 가능하게 연결되거나 또는 프로세서에 의해 어드레싱 가능하다.
도 6에 예시되지는 않았지만, 부가적인 전기 가열 요소가 또한, 열 펌프의 출력으로부터 유체를 수용하는 커플러(24) 사이의 유동 경로에 제공될 수 있다. 이 부가적인 전기 가열 요소는 또한, 유도성 또는 저항성 가열 요소일 수 있고, 열 펌프의 잠재적인 고장을 보상하기 위한 수단으로서 제공될 뿐만 아니라, 또한 열 저장 유닛에 에너지를 추가하는 데 사용할 수 있다(예를 들어, 현재 에너지 비용을 기반으로 하며 난방 및/또는 온수에 대해 예측됨). 부가적인 전기 가열 요소는 또한, 물론, 시스템의 프로세서에 의해 제어 가능하다.
또한, 팽창 용기(50)가 파이프(34)에 커플링되며, 팽창 용기(50)에는 밸브(52)가 연결되고, 밸브(52)에 의해, 가열 회로 내의 유체를 보충하기 위해 충전 루프(filling loop)가 연결될 수 있다. 또한, 인터페이스 유닛의 가열 회로의 일부로서, 노드(20) 및 입력측 회로(14)의 중간에 있는 압력 완화 밸브(54), 및 커플링(42)과 3-포트 밸브(32) 중간에 있는 (미립자 오염물을 포획하기 위한) 스트레이너(56)가 도시된다.
또한, 열 교환기(12)에는 적어도 하나의 온도 트랜스듀서(58) ― 그렇지만 도시된 바와 같이 더 많이(예컨대, 최대 4개 이상) 제공되는 것이 바람직함 ― 및 압력 트랜스듀서(60)를 포함하여 여러 트랜스듀서가 제공된다. 도시된 예에서, 열 교환기는 상 변화 물질 내에 균일하게 분포된 4개의 온도 트랜스듀서를 포함하고, 그에 따라, 온도 변동이 결정될 수 있다(그리고 그에 따라, 열 교환기의 벌크(bulk) 전체에 걸쳐 상 변화 물질의 상태에 관한 지식이 획득될 수 있음). 그러한 장치는, 부가 열 전달 장치를 최적화하는 것을 포함하여, 열 교환기의 설계를 최적화하기 위한 수단으로서 설계/구현 단계 동안 특히 유익할 수 있다. 그러나, 이러한 장치는 다수의 센서를 갖는 것이 프로세서에 유용한 정보를 제공하고 프로세서가 사용하는 기계 학습 알고리즘을 제공할 수 있으므로 배포된 시스템에서 계속 이점이 될 수 있다(인터페이스 유닛 및/또는 인터페이스 유닛을 포함하는 시스템의 프로세서 중 하나).
인터페이스 유닛(10)의 냉수 급수부와 온수 회로의 장치가 이제 설명될 것이다. 수도 본관으로부터의 냉수 급수부로의 연결을 위해 커플링(62)이 제공된다. 전형적으로, 수도 본관으로부터의 물이 인터페이스 유닛(10)에 도달하기 전에, 물은 사이펀-방지 논리턴 밸브를 통과했을 것이고, 그 물의 압력이 감소되었을 수 있다. 커플링(62)으로부터, 냉수는 파이프를 따라 열 교환기(12)의 출력측 회로(16)로 전달된다. 인터페이스 유닛에서 다수의 센서를 모니터링하고 있는 프로세서를 제공한다는 것을 고려하면, 동일한 프로세서에 수행할 하나 이상의 작업이 선택적으로 주어질 수 있다. 이는, 냉수가 본관 급수부(mains water supply)로부터 전달되는 압력을 모니터링하기 위한 것이다. 이를 위해, 추가의 압력 센서가 커플링(62)의 상류에서, 그리고 특히 구내의 임의의 감압 장치(pressure reducing arrangement)의 상류에서 냉수 급수 라인에 도입될 수 있다. 그런 다음, 프로세서는 공급된 수압을 지속적으로 또는 주기적으로 모니터링하고, 심지어 수도 본관이 법적 최소치(statutory minimum) 미만의 압력으로 물을 공급하면, 소유자/사용자가 급수 회사로부터 보상을 구하도록 촉구할 수 있다.
출력측 회로(16)로부터 열 교환기를 통과함으로써 가열될 수 있는 물이, 파이프(66)를 따라 전기 가열 유닛(68)으로 전달된다. 이전에 언급된 프로세서의 제어 하에 있는 전기 가열 유닛(68)은, 열 출력이 프로세서로부터의 명령에 따라 조절될 수 있는 저항성 또는 유도성 가열 장치를 포함할 수 있다.
프로세서는, 상 변화 물질의 그리고 열 펌프의 상태에 관한 정보에 기반하여, 전기 히터를 제어하도록 구성된다.
전형적으로, 전기 가열 유닛(68)은 10kW 이하의 정격 전력(power rating)을 갖지만, 일부 상황 하에서, 더 강력한 히터, 예컨대 12kW가 제공될 수 있다.
전기 히터(68)로부터, 이제까지 온수는 파이프(70)를 따라 커플링(74)으로 통과할 것이며, 그 커플링(74)에, 집 또는 아파트의 제어 가능한 출구, 이를테면, 수도꼭지 및 샤워기를 포함하는 온수 회로가 연결될 것이다.
온수 시스템의 출구에서의 수온에 관한 정보를 제공하기 위해, 예를 들어 전기 히터(68)의 출구에서 전기 히터(68) 뒤에 온도 트랜스듀서(76)가 제공된다. 압력 완화 밸브(77)가 또한 온수 급수부에 제공되며, 압력 완화 밸브(77)가 전기 히터(68)와 출구 온도 트랜스듀서(76) 사이에 위치되는 것으로 도시되어 있지만, 그 압력 완화 밸브(77)의 정확한 위치는 도 6에 예시된 많은 구성요소와 마찬가지로, 중요하지 않다.
또한 온수 급수 라인의 어딘가에는 압력 트랜스듀서(79) 및/또는 유동 트랜스듀서(81)가 있으며, 이들 중 하나는 온수 요청을 감지하기 위해 즉, 수도꼭지 또는 샤워기와 같은 제어 가능한 출구의 개구부를 감지하기 위해 프로세서에 의해 사용될 수 있다. 유동 트랜스듀서는 바람직하게는, 예를 들어 음속 유동 검출 또는 자기 유동 검출에 기초하여, 움직이는 부분이 없는 것이다. 그런 다음, 프로세서는, 자신의 저장된 로직과 함께, 이들 트랜스듀서 중 하나 또는 둘 모두로부터의 정보를 사용하여, 시작하도록 열 펌프에 시그널링할지 여부를 결정할 수 있다.
프로세서는, 공간 난방에 대한 요구에 기반하여(예컨대, 프로세서에 또는 외부 제어기에 저장된 프로그램에 기반하여, 그리고/또는 하나 이상의 서모스탯으로부터의 신호에 기반하여 ― 예컨대, 룸 통계, 외부 통계, 바닥 난방 통계) 또는 온수에 대한 요구에 기반하여, 시작하도록 열 펌프를 호출할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 열 펌프의 제어는 단순한 온/오프 커맨드의 형태일 수 있지만, 또한 또는 대안적으로, (예컨대, ModBus를 사용하는) 변조의 형태일 수 있다.
인터페이스 유닛의 가열 회로의 경우에서와 같이, 냉수 급수 파이프(64)를 따라 트랜스듀서의 트리오: 온도 트랜스듀서(78), 유동 트랜스듀서(80), 및 압력 트랜스듀서(82)가 제공된다. 다른 온도 트랜스듀서(84)가 또한, 열 교환기(12)의 출력측 회로(16)의 출구 중간에 있는 파이프(66) 및 전기 히터(68)에 제공된다. 이들 트랜스듀서 모두는 다시, 이전에 언급된 프로세서에 동작 가능하게 연결되거나 또는 프로세서에 의해 어드레싱 가능하다.
냉수 급수 라인(64) 상에는 또한, 자기 또는 전기 물 조절기(86), 전동 및 조절 가능한 밸브(88)(이는 모든 전동 밸브와 같이 이전에 언급된 프로세서에 의해 제어될 수 있음), 논리턴 밸브(90), 및 팽창 용기(92)가 도시되어 있다. 조절 가능한 밸브(88)는 (예를 들어, 온도 트랜스듀서(76)에 의해 측정된) 온수의 원하는 온도를 유지하기 위해 냉수의 유동을 조절하도록 제어될 수 있다.
또한, 밸브(94 및 96)가 냉수 및 가열된 물의 저장을 위해 외부 저장 탱크에 각각 연결하기 위해 제공된다. 마지막으로, 이중 체크 밸브(double check valve)(98)가 저온 공급 파이프(64)를 다른 밸브(100)에 연결하며, 다른 밸브(100)는 더 많은 물 또는 물과 부식 억제제의 혼합물로 가열 회로를 충전하기 위해 이전에 언급된 밸브(52)에 연결하기 위해 충전 루프와 함께 사용될 수 있다.
도 6은 교차하는 다양한 파이프를 도시하지만, 도면의 전술한 설명으로부터 지금까지 명백해진 바와 같이, 이러한 교차가 노드(20)와 같은 노드로서 도시되지 않는 한, 십자(cross)로서 도시된 2개의 파이프는 서로 연통하지 않는다는 것에 유의해야 한다.
도 6에 도시되지 않았지만, 열 교환기(12)는 열 저장 매체에 열을 가하도록 구성된 하나 이상의 부가적인 전기 가열 요소를 포함할 수 있다. 이것이 직관에 어긋나는 것처럼 보일 수 있지만, 이제 설명될 바와 같이, 그렇게 하는 것이 경제적으로 타당한 시간에 열 저장 매체를 미리 충전하기 위해 전기 에너지의 사용을 허용한다.
에너지 공급 회사는, 요구가 증가하거나 감소하는 시간을 고려하고 고객 행동을 형성하여 요구와 공급 능력의 균형을 더 잘 맞추도록 돕기 위해 하루 중 시간에 따라 전기 단위 비용이 달라지는 요금제를 부과하는 것이 오랜 관행이었다. 역사적으로, 요금제 계획은 발전 및 소비 둘 모두의 기술을 반영하여 다소 조악했다. 그러나 태양광 발전(예컨대, 태양광 전지, 패널 및 농장) 및 풍력과 같은 전력의 재생 가능 에너지원을 국가의 발전 구조(power generation fabric)에 통합하는 것이 증가함에 따라 보다 역동적인 에너지 가격 책정 개발에 박차를 가했다. 이러한 접근법은 그러한 날씨-의존적 발전에 내재된 변동성을 반영한다. 초기에, 그러한 역동적인 가격책정은 대규모 사용자에게 대체로 제한되었지만, 점점 더 역동적인 가격책정이 국내 소비자에게 제공되고 있다.
가격책정의 역동성의 정도는 국가마다 그리고 또한 주어진 국가 내의 상이한 생산자 간에도 다르다. 극단적으로, "역동적인" 가격책정은 하루 중 상이한 시간대에 상이한 요금제를 제공하는 것에 불과하며, 그러한 요금제는 변동없이 몇 주, 몇 달, 또는 계절 동안 적용될 수 있다. 그러나, 일부 역동적인 가격책정 체계에서는 공급자가 하루 전에 통지하여 가격을 변경할 수 있게 하며, 따라서 예를 들어, 고객은 내일 30분 슬롯에 대해 오늘 가격을 제공받을 수 있다. 일부 국가에서는, 6분 정도의 짧은 시간 슬롯이 제공되며, 생각하게는, 소비자에게 향후의 요금제를 통지하기 위한 리드 타임은 에너지 소비 장비에 "지능(intelligence)"을 포함시킴으로써 더 줄어들 수 있다.
단기 및 중기 기상 예보를 사용하여 태양광 및 풍력 설비에 의해 생성될 가능성이 있는 에너지의 양과 난방 및 냉방을 위한 전력 요구의 가능성 있는 규모 둘 모두를 예측하는 것이 가능하기 때문에, 극단적인 요구 기간을 예측하는 것이 가능해진다. 상당한 재생 가능 발전 용량을 보유한 일부 발전 회사는, 전기에 대한 마이너스 요금(negative charging) ― 말 그대로, 초과 전력을 사용하는 고객에게 비용을 지불함 ― 을 부과하는 것으로까지 알려져 있다. 더 자주, 전력은 일반적인 레이트의 작은 부분(fraction)으로 제공될 수 있다.
본 개시내용에 따른 시스템의 열 교환기와 같은 에너지 저장 유닛 내에 전기 히터를 통합함으로써, 소비자는 저비용 공급 기간을 활용하고, 에너지 가격이 높은 시간에 전력에 대한 자신의 의존도를 줄일 수 있다. 이는 개별 소비자에게 이익이 될 뿐만 아니라, 화석 연료를 연소시킴으로써 초과 요구가 충족되어야 하는 시간에 요구를 줄일 수 있기 때문에 보다 일반적으로 유익하다.
인터페이스 유닛의 프로세서는, 프로세서가 에너지 공급자로부터 역동적인 가격책정 정보를 수신할 수 있게 하기 위해, 데이터 네트워크, 이를테면 인터넷에 대한 유선 또는 무선 연결(또는 둘 모두)을 갖는다. 또한, 프로세서는 바람직하게는, 열 펌프에 명령을 송신하는 것 및 열 펌프로부터 정보(예컨대, 상태 정보 및 온도 정보)를 수신하는 것 둘 모두를 위해, 열 펌프에 대한 데이터 링크 연결(예컨대, ModBus)을 갖는다. 프로세서는 가정의 행동을 학습할 수 있게 하는 로직을 가지며, 이 로직 및 역동적인 가격책정 정보를 이용하여, 프로세서는 난방 시스템을 미리 충전하기 위해 더 저렴한 전기를 사용할지 여부와 언제 사용할지를 결정할 수 있다. 이는 열 교환기 내부의 전기 요소를 사용하여 에너지 저장 매체를 가열함으로써 이루어질 수 있지만, 대안적으로, 이는, 정상보다 높은 온도, 예를 들어, 섭씨 40도 내지 섭씨 48도보다는 섭씨 60도로 열 펌프를 구동시킴으로써 이루어질 수 있다. 열 펌프의 효율은 열 펌프가 더 높은 온도에서 동작할 때 감소하지만, 이는, 더 저렴한 전기를 언제 어떻게 사용하는 것이 최상인지를 결정할 때 프로세서에 의해 고려될 수 있다.
*시스템 프로세서가 인터넷 및/또는 제공자의 인트라넷과 같은 데이터 네트워크에 연결 가능하기 때문에, 로컬 시스템 프로세서는 외부 컴퓨팅 능력으로부터 이익을 얻을 수 있다. 따라서, 예를 들어 인터페이스 유닛의 제조자는 클라우드 프레즌스(cloud presence)(또는 인트라넷)를 가질 가능성이 있으며, 클라우드 프레즌스는 예를 들어 예측된: 점유(occupancy); 활동; 요금(숏/롱); 일기 예보(이는 일반적으로 입수 가능한 일기 예보보다 바람직할 수 있는데, 왜냐하면 이는 로컬 프로세서에서 용이하게 사용하기 위해 전처리될 수 있고, 이는 또한, 인터페이스 유닛이 인터페이스 유닛이 설치된 시설의 상황, 위치, 노출에 매우 구체적으로 맞춤화될 수 있기 때문임); 거짓 긍정 및/또는 거짓 부정의 식별의 계산을 위해 컴퓨팅 성능이 제공된다.
온수 급수 시스템으로부터의 과열된 물에 의한 화상(scalding)의 위험으로부터 사용자를 보호하기 위해, 화상 보호 특징부를 제공하는 것이 합리적이다. 이는, 냉수 급수부의 냉수가 열 교환기의 출력 회로를 떠날 때, 그 냉수를 온수로 혼합하기 위해 전기적으로 제어 가능한(조절 가능한) 밸브를 제공하는 형태를 취할 수 있다(여분의 밸브는 이전에 언급된 기존 밸브(94 및 96)가 있는 노드 사이에 장착될 수 있음).
도 6은 인터페이스 유닛의 "거트(gut)"로 간주될 수 있는 것을 개략적으로 도시하지만, 이러한 "거트"에 대한 어떠한 컨테이너도 도시하지 않는다. 본 개시내용에 따른 인터페이스 유닛의 중요한 적용은, 이전에 가스 연소식 복합 보일러(또는 그렇지 않으면 이러한 보일러가 설치될 수 있음)가 제공되었던 거주지의 공간 난방 및 온수 요구 사항에 대한 실질적인 기여자로서 열 펌프를 사용할 수 있게 하는 수단으로서이며, 종래의 복합 보일러의 경우와 마찬가지로, 미관과 안전 둘 모두를 위해 컨테이너를 제공하는 것이 종종 편리할 것이라는 것이 인지될 것이다. 더욱이, 바람직하게는, 임의의 그러한 컨테이너는, 전형적으로 벽 장착형(wall mounted)인 복합 보일러가 종종 주방 캐비닛과 공존하는 주방에 있는 복합 보일러의 직접적인 교체를 가능하게 하는 폼 팩터 내에 맞도록 치수가 정해질 것이다. (물론, 미학, 인체공학, 또는 안전을 위해, 만곡된 표면이 콘테이너의 표면 중 임의의 표면 또는 모든 표면에 사용될 수 있지만) 높이, 폭 및 깊이를 갖는 일반적으로 직사각형의 직육면체의 형태에 기반하여, 적합한 크기는 대략 다음의 범위에서 찾을 수 있다: 높이 650 mm 내지 800 mm; 폭 350 mm 내지 550 mm; 깊이 260 mm 내지 420 mm; 예를 들어, 높이 800 mm x 폭 500 mm 및 깊이 400 mm이며, 이는 더 크고 특히 더 높을 수 있지만, 유닛은 이들이 수용될 수 있는 상황에서의 사용을 위해 제공될 수 있다.
가스 복합 보일러와 관련하여 본 개시내용에 따른 인터페이스 유닛의 하나의 주목할만한 차이점은, 후자의 콘테이너는 일반적으로, 고온 연소 챔버의 존재로 인해 강과 같은 불연성 재료로 제조되어야 하지만, 인터페이스 유닛의 내부 온도는 일반적으로 섭씨 100도 미만, 전형적으로 섭씨 70도 미만, 그리고 일반적으로는 섭씨 60도 미만일 것이다. 따라서, 인터페이스 유닛을 위한 콘테이너를 제작할 때, 나무, 대나무, 또는 심지어 종이와 같은 가연성 재료를 사용하는 것이 실용적이 된다.
또한 연소의 결핍은, 일반적으로 가스 복합 보일러의 설치에 적합한 것으로 결코 고려되지 않을 위치에 인터페이스 유닛을 설치할 가능성을 열어 주며, 물론, 가스 복합 보일러와 달리, 본 개시내용에 따른 인터페이스 유닛은 배기 가스를 위한 연도(flue)를 필요로 하지 않는다. 따라서, 예를 들어, 주방 조리대 아래에 설치하기 위한 인터페이스 유닛을 구성할 수 있고, 심지어 카운터 아래 모서리로 대표되는 악명 높은 데드 스팟(dead spot)을 활용할 수도 있다. 그러한 위치에 설치하기 위해, 인터페이스 유닛은 실제로, 바람직하게는 주방 캐비닛의 제조자와의 협력을 통해 카운터 아래의 찬장에 통합될 수 있다. 그러나, 어떤 형태의 캐비닛 뒤에 인터페이스 유닛을 효과적으로 놓음으로써, 배치를 위한 가장 큰 유연성이 유지될 것이며, 캐비닛은 인터페이스 유닛에 대한 액세스를 허용하도록 구성된다. 그런 다음, 바람직하게는, 인터페이스 유닛은, 순환 펌프(36)가 입력측 회로의 유동 경로로부터 디커플링되기 전에, 순환 펌프(36)가 열 교환기(12)로부터 슬라이딩되어 멀어지는 것을 가능하게 하도록 구성될 것이다.
붙박이 주방에서 빈번하게 낭비되는 다른 공간, 즉, 카운터 아래 찬장 아래에 있는 공간(space beneath under-counter cupboard)을 이용하는 것이 또한 고려될 수 있다. (캐비닛을 지지하는 임의의 다리에 대한 허용이 이루어질 필요가 있지만) 300 mm, 400 mm, 500 mm, 600 mm 이상의 폭과 함께, 150 mm 초과의 높이 및 약 600 mm의 깊이를 갖는 공간이 종종 존재한다. 특히 신규 설치의 경우, 또는 복합 보일러가 주방 개조와 함께 교체되는 경우, 적어도 인터페이스 유닛의 열 교환기를 수용하거나 주어진 인터페이스 유닛에 대해 하나 초과의 열 교환기를 사용하기 위해 이러한 공간을 사용하는 것이 합리적이다.
특히, 벽 장착을 위해 설계된 인터페이스 유닛의 경우, 인터페이스 유닛의 적용이 무엇이든 간에 잠재적으로 유익하지만, 인터페이스 유닛을 복수의 모듈로 설계하는 것이 종종 바람직할 것이다. 그러한 설계를 이용하면, 모듈 중 하나로서 열 교환기를 갖는 것이 편리할 수 있는데, 왜냐하면, 상 변화 물질의 존재로 인해 열 교환기 단독의 무게가 25 kg 초과일 수 있기 때문이다. 건강 및 안전상의 이유로, 그리고 1인 설치를 용이하게 하기 위해, 인터페이스 유닛은 무게가 약 25 kg을 초과하지 않는 모듈의 세트로서 배송될 수 있음을 보장하는 것이 바람직할 것이다.
이러한 중량 제한은 모듈 중 하나를 구조물에 인터페이스 유닛을 장착하기 위한 섀시로 만듦으로써 지지될 수 있다. 예를 들어, 기존의 가스 복합 보일러 대신 인터페이스 유닛이 벽에 장착되어야 하는 경우, 다른 모듈을 지지하는 섀시가 먼저 벽에 고정될 수 있으면 편리할 수 있다. 바람직하게는, 섀시는, 교체되는 복합 보일러를 지지하는데 사용되는 기존의 고정 지점의 포지션과 함께 작동하도록 설계된다. 이는, 대중적인 가스 복합 보일러의 간격 및 포지션에 따라 미리 형성된 고정 구멍이 있는 "범용(universal)" 섀시를 제공함으로써 잠재적으로 행해질 수 있다. 대안적으로, 특정 제조업체의 보일러의 것과 일치하는 구멍 포지션/크기/간격을 각각 갖는 다양한 섀시를 생산하는 것이 비용 효과적일 수 있다. 그런 다음, 관련 제조업체의 보일러를 교체하기 위해 올바른 섀시를 지정하기만 하면 된다. 이러한 접근법에는 다수의 이점이 있는데: 이는, 고정 볼트를 취하기 위해 플러그에 더 많은 구멍을 뚫을 필요가 없으며, ― 이는, 구멍을 마킹하고, 뚫고, 정리하는 데 필요한 시간을 없앨뿐만 아니라, 설치가 이루어지는 거주지의 구조를 더 약화시킬 필요를 방지하며, ― 이는 "스타터 홈(starter home)" 및 다른 저비용 하우징에서 빈번하게 사용되는 저비용 건축 기술 및 재료를 고려할 때 중요한 고려사항이 될 수 있다.
바람직하게는, 열 교환기 모듈 및 섀시 모듈은 함께 커플링되도록 구성된다. 이러한 방식으로, 분리 가능한 체결구에 대한 필요성을 회피하여, 다시 설치 시간을 절약하는 것이 가능할 수 있다.
바람직하게는, 부가적인 모듈은 열 교환기(12)의 출력측 회로(16)를 건물내 온수 시스템에 커플링시키기 위한 제1 상호연결부(예컨대, 62 및 74)를 포함한다. 바람직하게는, 부가적인 모듈은 또한, 열 교환기(12)의 입력측 회로(14)를 열 펌프에 커플링시키기 위한 제2 상호연결부(예컨대, 38 및 24)를 포함한다. 바람직하게는, 부가적인 모듈은 또한, 인터페이스 유닛이 사용될 구내의 열 회로에 인터페이스 유닛을 커플링시키기 위한 제3 상호연결부(예컨대, 42 및 28)를 포함한다. 먼자 섀시에 연결부를 장착하기보다는, 그 자체가 벽에 직접 연결된 섀시에 열 교환기를 장착함으로써, 열 교환기의 중량이 벽에 더 가깝게 유지되어 인터페이스 유닛을 벽에 고정시키는 벽 고정부에 대한 캔틸레버 로딩 효과(cantilever loading effect)를 감소시킨다는 것이 인지될 것이다.
상 변화 물질
상 변화 물질의 하나의 적합한 부류는, 가정용 온수 급수부를 위해 그리고 열 펌프과 조합하여 사용하기 위한 관심 온도에서 고체-액체 상 변화를 갖는 파라핀 왁스이다. 섭씨 40도 내지 섭씨 60도의 온도에서 용융되는 파라핀 왁스가 특히 관심 대상이며, 이 범위 내에서, 특정 애플리케이션에 적합하도록 상이한 온도에서 용융되는 왁스가 발견될 수 있다. 전형적인 잠열 용량은 약 180kJ/kg 내지 230kJ/kg이고, 액체상에서 아마도 2.27Jg-1K-1 그리고 고체상에서 2.1Jg-1K-1의 비열을 갖는다. 융해 잠열을 사용하여 매우 상당한 양의 에너지가 저장될 수 있다는 것을 알 수 있다. 상 변화 액체를 그의 용융점 초과로 가열함으로써 더 많은 에너지가 또한 저장될 수 있다. 예를 들어, 전기 요금이 비교적 낮고, 온수에 대한 필요성이 곧 있을 것으로 예측될 수 있을 때(전기 요금이 아마도 더 많이 들거나 더 많이 들 것으로 알려진 시간에), 열 에너지 저장소를 "과열(overheat)"시키기 위해 정상보다 높은 온도에서 열 펌프를 작동시키는 것이 이치에 맞을 수 있다.
왁스의 적합한 선택은 섭씨 약 48도의 용융점을 갖는 것, 이를테면 n-트리코산 C23 또는 파라핀 C20-C33일 수 있다. 열 교환기에 걸쳐(열 펌프에 의해 공급된 액체와 열 교환기 내의 상 변화 물질 사이에) 표준 3K 온도 차이를 적용하는 것은 약 섭씨 51도의 열 펌프 액체 온도를 제공한다. 출력 측에서도 유사하게, 3K 온도 강하를 허용하면, 일반 가정용 온수에 대해 만족스러운 섭씨 45도의 수온 ― 주방 수도꼭지에 대해서는 충분히 뜨겁지만, 잠재적으로는 샤워기/욕실 수도꼭지에 대해서는 약간 높을 수 있음 ―에 도달하지만, 분명히 수온을 감소시키기 위해서는 냉수가 유동에 부가될 수 있다. 물론, 가정이 더 낮은 온수 온도를 용인하도록 훈련된 경우, 또는 이러한 온수 온도가 어떤 다른 이유로 용인 가능하다면, 잠재적으로 더 낮은 용융점을 갖는 상 변화 물질이 고려될 수 있지만, 일반적으로 섭씨 45도 내지 섭씨 50도 범위의 상 전이 온도가 좋은 선택일 가능성이 높다. 분명하게, 그러한 온도로 저장하는 물로부터의 레지오넬라균의 위험을 고려하기를 원할 것이며, 이전에 설명된 소독 기술은 이러한 위험을 관리할 수 있는 수단을 제공한다.
열 펌프(예를 들어, 지열 열원 또는 공기 열원 열 펌프)는 최대 섭씨 60의 동작 온도를 갖지만(냉매로서 프로판을 사용함으로써, 동작 온도가 섭씨 72도까지 가능하지만), 열 펌프의 효율은 섭씨 45도 내지 섭씨 50도 범위의 온도에서 실행될 때 훨씬 더 높은 경향이 있다. 따라서, 섭씨 48도의 상 전이 온도에서, 본 발명의 섭씨 51도가 만족스러울 가능성이 높다.
열 펌프의 온도 성능에 대한 고려가 또한 주어질 필요가 있다. 일반적으로, 최대 ΔT(열 펌프에 의해 가열된 유체의 입력 온도와 출력 온도 사이의 차이)는 바람직하게는 섭씨 5도 내지 섭씨 7도의 범위로 유지되지만, 최대 ΔT는 섭씨 10도만큼 높을 수 있다.
파라핀 왁스가 에너지 저장 매체로서 사용하기에 바람직한 재료이지만, 파라핀 왁스만이 적합한 재료는 아니다. 또한, 염 수화물이 본 발명의 것과 같은 잠열 에너지 저장 시스템에 적합하다. 이와 관련하여, 염 수화물은 무기 염과 물의 혼합물이며, 상 변화는 무기 염과 물의 전부 또는 대부분의 손실을 수반한다. 상 전이시에, 수화물 결정(hydrate crystal)은 무수(또는 덜 수성인) 염 및 물로 분할된다. 염 수화물의 장점은, 염 수화물이 파라핀 왁스보다 훨씬 더 높은 열 전도도(2배 내지 5배 더 높음) 및 상 전이에 따른 훨씬 더 작은 부피 변화를 갖는다는 것이다. 본 출원에 적합한 염 수화물은 Na2S2O3·5H2O이며, 이는 대략 섭씨 48도 내지 섭씨 49도의 용융점 및 200/220 kJ/kg의 잠열을 갖는다.
단순히 에너지 저장의 관점에서, 섭씨 40도 내지 섭씨 50도 범위를 상당히 초과하는 상 전이 온도를 갖는 PCM을 사용하는 것이 또한 고려될 수 있다. 예를 들어, 파라핀 왁스, 왁스들은 광범위한 용융점으로 이용 가능하다:
대략 섭씨 40도의 용융점을 갖는 n-헤니코산 C24;
대략 섭씨 44.5도의 용융점을 갖는 n-도코산 C21;
대략 섭씨 52도의 용융점을 갖는 n-테트라코산 C23;
대략 섭씨 54도의 용융점을 갖는 n-펜타코산 C25;
대략 섭씨 56.5도의 용융점을 갖는 n-헥사코산 C26;
대략 섭씨 59도의 용융점을 갖는 n-헵타코산 C27;
대략 섭씨 64.5도의 용융점을 갖는 n-옥타코산 C28;
대략 섭씨 65도의 용융점을 갖는 n-노나코산 C29;
대략 섭씨 66도의 용융점을 갖는 n-트리아코산 C30;
대략 섭씨 67도의 용융점을 갖는 n-헨트리아코산 C31;
대략 섭씨 69도의 용융점을 갖는 n-도트리아코산 C32;
대략 섭씨 71도의 용융점을 갖는 n-트리아트리아코산 C33;
대략 섭씨 58도 내지 섭씨 60도의 용융점을 갖는 파라핀 C22-C45;
대략 섭씨 66도 내지 섭씨 68도의 용융점을 갖는 파라핀 C21-C50;
대략 섭씨 69도 내지 섭씨 71도의 용융점을 갖는 RT 70 HC.
대안적으로, 대략 섭씨 58도의 용융점 및 226/265 kJ/kg의 잠열을 갖는 염 수화물, 이를테면, CH3COONa·3H2O 가 사용될 수 있다.
지금까지, 열 에너지 저장소는 대체로, 하나 이상의 코일 또는 루프의 형태의 입력 회로 및 출력 회로를 각각 갖는 열 교환기 내에 단일 질량의 상 변화 물질을 갖는 것으로 설명되었다. 그러나, 예를 들어, 상 변화 물질을 복수의 밀봉체에 ― 예를 들어, 금속(예컨대, 구리 또는 구리 합금) 실린더(또는 다른 세장형 형태)에 ― 캡슐화하는 것이 또한, 열 전달 레이트의 관점에서 유익할 수 있는데, 밀봉체는 열 전달 액체에 의해 둘러싸이며, 열 전달 액체로부터 출력 회로(이는 바람직하게는 (가정용) 온수 시스템을 위한 온수를 제공하는 데 사용됨)가 열을 추출한다.
그러한 구성에서, 열 전달 액체는 열 교환기에서 밀봉될 수 있거나, 또는 더 바람직하게는, 열 전달 액체는 에너지 저장소를 통해 유동할 수 있고, 그리고 에너지 저장소에서 입력 열 전달 코일을 사용하지 않고 녹색 에너지 공급원(예컨대, 열 펌프)으로부터의 열을 전달하는 열 전달 액체일 수 있다. 이러한 방식으로, 입력 회로는 단순히 하나의(또는 보다 일반적으로는 다수의) 입구 및 하나 이상의 출구에 의해 제공될 수 있어서, 열 전달 액체는 코일 또는 다른 규칙적인 도관에 의해 한정되지 않고 열 교환기를 자유롭게 통과하며, 열 전달 액체는 캡슐화된 PCM으로 또는 그로부터 열을 전달한 다음, 출력 회로로(그리고 그에 따라, 출력 회로 내의 물로) 열을 전달한다. 이러한 방식으로, 입력 회로는, 열 전달 액체에 대한 하나 이상의 유입구 및 하나 이상의 출구, 및 캡슐화된 PCM을 지나 에너지 저장소를 통과하는 프리폼 경로(들)에 의해 정의된다.
바람직하게는, 입구에서 출구로 가는 경로에 있거나, 입력 코일이 사용되는 경우, 열 에너지 저장소 내에 제공된 하나 이상의 임펠러의 지시에 따라, PCM은 바람직하게 파이프 위를 가로질러(또는 파이프 또는 다른 캡슐화 엔클로저의 길이를 가로질러) 유동하록 배열된 열전달 유체와 함께 하나 이상의 이격된 장치(이를테면, 엇갈린 파이프 열(row), 각각의 열은 복수의 이격된 파이프를 포함함)로 배열된 다수의 세장형의 폐쇄 단부식 파이프에 캡슐화된다.
선택적으로, 출력 회로는 에너지 저장소의 최상부에 있도록 배열될 수 있고, 캡슐화된 PCM 위 및 위에 위치결정될 수 있으며, 이 캡슐화된 PCM의 컨테이너는 수평으로 그리고 (대류가 에너지 저장소를 통해 상방으로 에너지 전달을 지원하도록) 입력 루프 또는 코일 중 어느 하나 위에 배치되거나 캡슐화된 PCM에 대해 그리고 선택적으로 위의 출력 회로를 향하여 열 전달 액체가 유입되는 입구 방향으로 배치될 수 있다. 하나 이상의 임펠러가 사용되는 경우, 바람직하게는, 상기 또는 각각의 임펠러는 외부에 장착된 모터에 자기적으로 커플링되고, 그에 따라, 에너지 스토어의 인클로저의 무결성이 손상되지 않는다.
선택적으로, PCM은 20 mm 내지 67 mm, 예를 들어 22 mm, 28 mm, 35 mm, 42 mm, 54 mm, 또는 67 mm의 범위의 공칭 외경을 갖는, 전형적으로 원형 단면의 세장형 튜브에 캡슐화될 수 있으며, 전형적으로는 이 튜브는 배관(plumbing) 용도에 적합한 구리로 형성될 것이다. 바람직하게는, 파이프의 외경은 22 mm 내지 54 mm, 예를 들어 28 mm 내지 42 mm이다.
열 전달 액체는 바람직하게는 물 또는 수성 액체, 이를테면 유동 첨가제, 부식 억제제, 부동액, 살생물제 중 하나 이상과 혼합된 물이며, 예를 들어 Sentinel X100 또는 Fernox F1(모두 RTM)과 같은 중앙 난방 시스템에 사용하도록 설계된 유형의 억제제(이는 물에 적절히 희석됨)를 포함할 수 있다.
따라서, 본 출원의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐, 표현 입력 회로는, 문맥상 명백히 달리 요구하지 않는 한, 방금 설명된 바와 같은 장치를 포함하는 것으로 해석되어야 하고, 여기서 입력 회로의 입력으로부터 그의 출력으로의 액체의 유동 경로는 일반 도관에 의해 정의되는 것이 아니라, 오히려 에너지 저장소의 인클로저 내에서 실질적으로 자유롭게 유동하는 액체를 수반한다.
PCM은 원형 또는 일반적으로 원형 단면의 복수의 세장형 실린더에 캡슐화될 수 있으며, 실린더는 바람직하게는 하나 이상의 열로 이격된 채 배열된다. 바람직하게, 인접한 열의 실린더는 열 전달 액체로부터 그리고 열 전달 액체로의 열 전달을 가능하게 하기 위해 서로에 대해 오프셋된다. 선택적으로, 입력 장치가 제공되며, 입력 장치에서, 복수의 입력 노즐의 형태일 수 있고 입력 열 전달 액체를 입력 매니폴드에 의해 공급되는 캡슐화 본체 쪽으로 향하게 하는 하나 이상의 입력 포트에 의해 캡슐화 바디 주위의 공간에 열 전달 액체가 도입된다. 노즐의 출력에서 노즐의 보어는 일반적으로 단면이 원형일 수 있거나, 캡슐화된 PCM에 열을 보다 효과적으로 전달하는 액체의 제트(jet) 또는 스트림(stream)을 생성하기 위해 세장형일 수 있다. 매니폴드는 유량을 증가시키고 압력 손실을 감소시키기 위해 단일 단부로부터 또는 대향 단부로부터 공급될 수 있다.
열 전달 액체는, 녹색 에너지원(예컨대, 열 펌프 또는 태양열 온수 시스템)의 펌프 또는 다른 시스템 펌프 또는 열 에너지 저장소의 펌프의 작용의 결과로서 에너지 저장소(12) 내로 펌핑될 수 있거나, 또는 열 에너지 저장소는 자신의 자체 펌프를 포함할 수 있다. 입력 회로의 하나 이상의 출구에서 에너지 저장소로부터 나온 후에, 열 전달 액체는 다시 에너지원(예컨대, 열 펌프)으로 직접 전달될 수 있거나, 또는 녹색 에너지원으로 되돌아가기 전에, 하나 이상의 밸브를 사용하여, 난방 설비(예컨대, 바닥 난방, 라디에이터, 또는 일부 다른 형태의 공간 가열)로 먼저 통과하도록 전환될 수 있다.
캡슐화 바디는, 출력 회로의 코일이 캡슐화 바디 위 그리고 위에 위치결정된 상태로 수평으로 배치될 수 있다. 이는 단지 많은 가능한 장치 및 배향 중 하나일 뿐이라는 것이 인지될 것이다. 동일한 장치가 수직으로 배열된 캡슐화 바디와 동일하게 위치결정될 수 있다.
대안적으로, PCM 캡슐화를 사용하는 에너지 저장소는 다시, 이전에 설명된 것과 같은 원통형 세장형 캡슐화 바디를 사용할 수 있지만, 이 경우, 도관 형태의, 예를 들어 코일 형태의 입력 회로를 갖는다. 캡슐화 바디는 이의 장축이 수직으로 배치되게 배열될 수 있고, 입력 코일(14) 및 출력 코일(18)은 에너지 저장소(12)의 양측에 배치된다. 그러나 다시, 이러한 장치는 또한 대안적인 배향으로, 이를테면, 입력 회로가 최하부에 있고 출력 회로가 최상부에 있고, 캡슐화 바디의 장축이 수평으로 배치된 상태로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 입력 코일(14) 주위로부터 캡슐화 바디를 향해 에너지 전달 액체를 추진시키기 위해, 에너지 저장소(12) 내에 하나 이상의 임펠러가 배열된다. 상기 또는 각각의 임펠러는 바람직하게는, 에너지 저장소(12)의 인클로저가 구동 샤프트를 수용하기 위해 천공될 필요가 없도록(이에 의해 이러한 샤프트가 인클로저에 진입하는 경우의 누설 우려가 감소됨), 자기 구동 시스템을 통해 외부 장착 구동 유닛(예를 들어, 전기 모터)에 커플링된다.
PCM이 캡슐화된다는 사실에 의해, 에너지 저장을 위해 하나 초과의 상 변화 물질을 사용하는 에너지 저장소를 구성하는 것이 용이하게 가능하게 되고, 특히 상이한 전이(예컨대, 용융) 온도를 갖는 PCM이 조합되고 이에 의해 에너지 저장소의 동작 온도가 연장될 수 있는 에너지 저장 유닛의 생성을 허용한다.
방금 설명된 유형의 실시예에서, 에너지 저장소(12)는 열 전달 액체(이를테면, 물 또는 물/억제제 용액)와 함께 잠열로서 에너지를 저장하기 위한 하나 이상의 상 변화 물질을 포함한다는 것이 인지될 것이다.
상 변화 물질의 상 변화에 의해 야기되는 압력의 증가에 대한 응답으로 부피가 감소하고, 상 변화 물질의 상 변화의 역상 변화(reverse phase change)에 의해 야기되는 압력의 감소에 대한 응답으로 다시 팽창하도록 구성된 복수의 탄성 바디는, 바람직하게는 캡슐화 바디 내에서 상 변화 물질을 제공받는다(이는 또한, 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이 "벌크(bulk)" PCM을 사용하여 에너지 뱅크에서 사용될 수 있음).
추가 양상에 따르면, 본 개시내용은 복수의 제어 가능한 온수 출구를 갖는 온수 급수 설비를 구성하는 방법을 제공하며, 이 설비는: 제어 가능한 유출 온도를 갖는 출구를 갖는 온수 급수원; 온수 급수원의 출구와 복수의 제어 가능한 온수 출구 사이의 온수 유동 경로에서, 유동 측정 디바이스 및 적어도 하나의 유동 조절기; 유출 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서; 유동 측정 디바이스, 제1 온도 센서 및 적어도 하나의 유동 조절기에 동작 가능하게 연결된 프로세서를 포함하며; 이 방법은: 제어 가능한 온수 출구 중 제1 온수 출구에 대한 유출 경로에 출구 온도 센서를 배치하는 단계; 제어 가능한 온수 출구 중 제1 온수 출구로부터의 물이 출구 온도 센서에 충돌하도록, 제어 가능한 온수 출구 중 제1 온수 출구를 개방하는 단계; 출구 온도 센서를 사용하여, 제어 가능한 온수 출구 중 제1 온수 출구로부터의 물의 온도의 시간에 대한 변화를 모니터링함으로써 데이터를 생성하는 단계; 프로세서에 데이터를 공급하는 단계; 프로세서를 사용하여, 제어 가능한 온수 출구 중 제1 온수 출구의 개방 시간에 관한 타이밍 정보, 데이터, 및 제1 온도 센서로부터의 정보를 처리하여, 온수 급수원의 유출 온도를 제어하기 위한 제1 파라미터를 결정하고, 그리고 선택적으로 제어 가능한 온수 출구 중 제1 온수 출구의 동작을 프로세서가 후속하여 검출할 때 사용하기 위해 적어도 하나의 유동 조절기를 제어하는 단계를 포함한다.
이 방법은, 출구 온도 센서를 제어 가능한 온수 출구 중 제2 온수 출구에 대한 유출 경로에 배치함으로써 복수의 제어 가능한 온수 출구 중 제2 온수 출구에 대한 대응하는 데이터를 생성하는 단계; 제어 가능한 온수 출구 중 제2 온수 출구로부터의 물이 출구 온도 센서 상에 떨어지도록 제어 가능한 온수 출구 중 제2 온수 출구를 개방하는 단계; 출구 온도 센서를 사용하여, 제어 가능한 제2 온수 출구 중 제2 온수 출구로부터의 물의 온도의 시간에 대한 변화를 모니터링함으로써 제2 데이터를 생성하는 단계; 프로세서에 제2 데이터를 공급하는 단계; 프로세서를 사용하여, 제어 가능한 온수 출구 중 제2 온수 출구의 개방 시간에 관한 타이밍 정보, 제2 데이터, 및 제1 온도 센서로부터의 정보를 처리하여, 프로세서가 후속적으로 제어 가능한 온수 출구 중 제2 온수 출구의 동작을 검출할 때 사용하기 위한 온수 급수원의 유출 온도를 제어하도록 제2 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
본 출원은, 비록 많은 양상이 더 넓은 적용 가능성을 가질지라도, 일반적으로 문제의 공통 세트에 기반하는, 다수의 자명한 상호 관련된 양상 및 실시예를 포함한다. 특히, 로직 및 제어 방법은, 개시된 하드웨어로 동작하는 것으로 반드시 제한되는 것은 아니며, 보다 광범위하게 적용될 수 있지만, 모두, 다양한 하드웨어 양상 중 하드웨어 및 이의 바람직한 변형과 함께 작업하는 데 특히 적합하다. 특정 양상은 다른 특징의 특정 예시에 관한 것이고, 특정 양상에서 설명되거나 청구되는 바람직한 특징은 다른 것에 적용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 본 개시내용은, 상호운용성의 모든 각각의 점에서 명시적인 언급이 이루어지고, 당업자가 인식할 것으로 예상되는 경우 개시내용은 다루기 힘들 정도로 길어질 것이며, 이에 의해, 달리 명시적으로 언급되거나 문맥상 명백히 부적절하지 않은 한, 임의의 양상의 바람직한 특징이 임의의 다른 양상에 적용될 수 있음을 이해하도록 명시적으로 지시한다. 또한, 반복을 피하기 위해, 많은 양상 및 개념이 방법 형태 또는 하드웨어 형태로만 설명될 수 있지만, 해당 장치 또는 컴퓨터 프로그램 또는 로직은 또한, 장치 논의의 경우에 방법 또는 하드웨어를 동작시키는 방법에 개시된 것으로 간주되어야 한다. 위의 내용이 의미하는 것의 예를 위해, 유체 기반(전형적으로 공기 소스) 열 펌프와 상 변화 물질 그리고 전기 보조 가열 요소 및 (유닛 내부 또는 원격 둘 모두의) 프로세서에 의한 제어의 결합에 관련된 하드웨어 및 소프트웨어 둘 모두의 다수의 특징이 있다. 이것이 바람직한 애플리케이션이지만, 대부분의 방법 및 하드웨어는 더 일반적으로, 다른 열 펌프(열전(thermoelectric) 및 지열 소스) 및 다른 재생 가능 에너지 공급원(예를 들어, 태양열 어레이를 위한 펌프) 및 대체 보조 난방(가스 보일러와 같은 연소식 히터의 덜 선호되는 장치 또는 덜 효율적인 고온 저 COP 열 펌프를 포함함) 및 다중-온도 열 저장 어레이를 포함하는 대체 열 저장에 적용 가능하다. 더욱이, 컴포넌트 중 임의의 컴포넌트 또는 컴포넌트의 상호작용을 위한 특정 장치를 제공하는 양상은 시스템의 대체 요소에 초점을 맞춘 양상과 함께 자유롭게 사용될 수 있다.

Claims (24)

  1. 섭씨 60도 미만의 상 전이 온도(phase transition temperature)를 갖는 상 변화 물질을 포함하는 에너지 저장소(energy store)를 포함하는 물 가열 장치 및 복수의 제어 가능한 온수 출구를 갖는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    조작자에게 미래의 소독 이벤트를 통지하는 단계;
    온수 급수 온도를 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도(pre-event temperature)로부터 소독 온도로 증가시키는 단계;
    조작자로 하여금 제1 온수 출구를 개방하게 하는 신호를 조작자에게 제공하는 단계;
    소독 기간 후에 상기 제1 온수 출구를 폐쇄하게 하는 신호를 조작자에게 제공하는 단계;
    다른 온수 출구를 개방하게 하는 신호를 조작자에게 제공하는 단계;
    소독 기간 후에 다른 온수 출구를 폐쇄하게 하는 신호를 조작자에게 제공하는 단계; 그리고
    복수의 제어 가능한 온수 출구 각각을 개방하고 그 다음, 소독 기간 후에, 복수의 제어 가능한 온수 출구 각각을 폐쇄하도록 조작자에게 시그널링하는 것을 반복하는 단계;
    온수 급수 온도를 소독 온도로부터 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도로 감소시키는 단계; 및
    조작자에게 소독 이벤트의 완료를 표시하는 단계를 포함하는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호는 무선 전송/수신 유닛 상의 앱(app)에 의해 상기 조작자에게 제공되는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 온수 급수 온도를 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도로부터 소독 온도로 증가시키는 단계는, 상기 에너지 저장소 내의 상 변화 물질의 온도를 증가시키는 단계를 포함하는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 저장소 내의 상 변화 물질의 온도를 증가시키는 단계는, 상기 에너지 저장소와 연관된 전기 가열 장치로부터 열을 공급하는 단계를 포함하는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 저장소 내의 상 변화 물질의 온도를 증가시키는 단계는, 열 펌프로부터 또는 태양열(solar) 물 가열 장치로부터 열을 공급하는 단계를 포함하는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도로부터 소독 온도로 온수 급수 온도를 증가시키는 단계는, 상기 에너지 저장소와 복수의 제어 가능한 온수 출구 중간에 있는 공급 라인 내의 물에 열을 가하는 단계를 포함하는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조작자에게 신호를 제공하는 단계는, 상기 에너지 저장소로부터 가장 짧은 유동 경로 거리를 갖는 출구로부터 시작하여 상기 제어 가능한 온수 출구를 순차적으로 개방하도록 상기 조작자에게 안내하도록 제어되는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 저장소에 의해 가열된 물은 하나 이상의 분기된 공급 라인에 의해 상기 복수의 제어 가능한 온수 출구에 공급되며, 상기 조작자에게 신호를 제공하는 단계는, 상기 에너지 저장소로부터 가장 짧은 유동 경로 거리를 갖는 분기부의 출구로부터 시작하여 공급 라인 분기부를 따라 제어 가능한 온수 출구를 순차적으로 개방하도록 상기 조작자에게 안내하도록 제어되는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상이한 출구에 대한 소독 기간은 실질적으로 동일한, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    출구에 대한 소독 기간은 상기 에너지 저장소로부터 상기 출구까지의 유동 경로 거리에 적어도 부분적으로 기반하여 선택되는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    소독 이벤트를 스케줄링하는 단계를 더 포함하는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    미래의 소독 이벤트는 미리 정해진 시간 내에, 선택적으로는 1 시간, 45 분, 30 분, 20 분, 15 분, 10 분 또는 5 분 내에 발생하도록 스케줄링되는, 스케줄링된 소독 이벤트인, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소독 이벤트는, 상기 조작자가 상기 이벤트의 수행에 대한 동의를 표시하는 조건하에서만 수행되는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 조작자의 동의는 무선 송신/수신 유닛 상의 앱에 의해 제공되는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    어느 물 출구가 가열된 물에 대한 요구를 제공하였는지를 추론하는 단계, 및 출구 그리고 출구로의 추론된 통과 경로에 기반하여 가열 특성을 설정하는 단계를 더 포함하는, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섭씨 60도 미만의 이벤트-전 온도는 상기 온수 급수 시스템의 제어기에 의해 조절되는 온수 급수 온도인, 온수 급수 시스템을 소독하는 방법.
  17. 복수의 제어 가능한 온수 출구를 갖는 온수 급수 설비로서, 상기 설비는,
    제어 가능한 유출 온도(outflow temperature)를 갖는 출구를 갖는 온수 급수원 - 상기 온수 급수원은 다량의 상 변화 물질, 및 온수 급수 설비와 열 펌프 또는 태양열 물 가열 장치 사이에 커플링된 열 교환기를 포함하는 에너지 저장 장치를 포함함 ―; 그리고
    제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성된 시스템 제어기를 포함하는, 온수 급수 설비.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 또한 상기 시스템 제어기에 커플링된 전기 가열 장치를 포함하는, 온수 급수 설비.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    부가적인 가열 장치가 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 복수의 제어 가능한 온수 출구로의 온수 유동 경로에 제공되며, 상기 부가적인 가열 장치는 상기 시스템 제어기에 커플링되는, 온수 급수 설비.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템 제어기는, 소독 이벤트 동안을 제외하고는, 물이 온수 급수원의 출구로부터 공급되는 온도를 섭씨 60도 미만으로 제한하도록 구성되는, 온수 급수 설비.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템 제어기는 조작자의 WTRU로의 시그널링을 위해 라디오 주파수 트랜시버에 커플링되는, 온수 급수 설비.
  22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제어 가능한 온수 출구는 온수 급수 루프에 커플링되는, 온수 급수 설비.
  23. 열 에너지 저장소, 재생 가능 열원 및 보조 열원을 포함하는 기기로부터 사용자에게 가열된 물을 공급하는 방법으로서,
    가열된 물에 대한 요구에 대한 응답으로, 가열된 물을 사용자에게 제공하기 위해, 바람직하게는 섭씨 40도 내지 섭씨 50도 범위의 제1 목표 온도로 물을 가열하는 단계를 포함하며, 상기 방법은,
    상당한 물 사용량이 없는 경과된 시간 기간을 검출하는 것에 대한 응답으로,
    바람직하게는 적어도 60 ℃의 소독 온도로 열 교환기의 물을 가열하는 단계; 및/또는
    가열된 물에 대한 요구에 대한 응답으로, 가열된 물의 펄스가 물 출구로 이동하기에 충분한 것으로 추정되는 시간 기간 동안, 상기 기기를 나가는 물을 바람직하게는 적어도 60 ℃의 소독 온도로 먼저 가열하고, 그 후에, 온도를 제1 목표 온도로 감소시키는 단계 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 더 포함하는, 가열된 물을 공급하는 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    어느 물 출구가 가열된 물에 대한 요구를 제공하였는지를 추론하는 단계, 및 출구 그리고 출구로의 추론된 통과 경로에 기반하여 가열 특성을 설정하는 단계를 더 포함하는, 가열된 물을 공급하는 방법.
KR1020237028201A 2021-02-07 2022-02-07 온수 급수 설비의 구성 및 제어 방법 KR102693827B1 (ko)

Applications Claiming Priority (19)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB2101678.7A GB202101678D0 (en) 2021-02-07 2021-02-07 Methods and systems and apparatus to support reduced energy and water usage
GB2101678.7 2021-02-07
GB2109593.0A GB2603976B (en) 2021-02-07 2021-07-02 Methods of configuring and controlling hot water supply installations
GB2109600.3A GB2603824B (en) 2021-02-07 2021-07-02 Methods and systems and apparatus to support reduced energy and water usage
GB2109596.3A GB2603550B (en) 2021-02-07 2021-07-02 Energy storage arrangement and installations
GB2109596.3 2021-07-02
GB2109597.1A GB2603551B (en) 2021-02-07 2021-07-02 Energy storage arrangements and installations including such energy storage arrangements
GB2109593.0 2021-07-02
GB2109594.8 2021-07-02
GB2109594.8A GB2604668B (en) 2021-02-07 2021-07-02 Methods and systems and apparatus to support reduced energy and water usage
GB2109599.7A GB2603553B (en) 2021-02-07 2021-07-02 Energy storage arrangement and installations
GB2109600.3 2021-07-02
GB2109597.1 2021-07-02
GB2109598.9 2021-07-02
GB2109598.9A GB2603552B (en) 2021-02-07 2021-07-02 Energy storage arrangements and installations
GB2109599.7 2021-07-02
GB2111085.3 2021-08-02
GB2111085.3A GB2604669B (en) 2021-02-07 2021-08-02 Methods of configuring and controlling hot water supply installations
PCT/IB2022/051057 WO2022168029A1 (en) 2021-02-07 2022-02-07 Methods of configuring and controlling hot water supply installations

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230148163A true KR20230148163A (ko) 2023-10-24
KR102693827B1 KR102693827B1 (ko) 2024-08-09

Family

ID=86382504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237028201A KR102693827B1 (ko) 2021-02-07 2022-02-07 온수 급수 설비의 구성 및 제어 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240310057A1 (ko)
EP (1) EP4288735A1 (ko)
JP (1) JP7551939B2 (ko)
KR (1) KR102693827B1 (ko)
AU (1) AU2022215951B2 (ko)
GB (1) GB2613712B (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118168142B (zh) * 2024-05-11 2024-10-01 九阳股份有限公司 一种净热一体机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120117984A (ko) * 2009-11-16 2012-10-25 썬앰프 리미티드 에너지 저장 시스템
KR20160039179A (ko) * 2013-06-18 2016-04-08 썬앰프 리미티드 에너지 저장 시스템
KR101914772B1 (ko) * 2018-02-27 2018-11-02 조선화 세륜 시설 내장형 거점 소독 시스템과 그 제어방법
KR101943560B1 (ko) * 2017-09-19 2019-02-01 린나이코리아 주식회사 온수저장탱크 내 레지오넬라균 살균과 살균시 고온수 방출 방지방법

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4033461B2 (ja) 2003-02-28 2008-01-16 株式会社ノーリツ 貯湯式給湯装置及びその給湯再開時制御方法
JP2005037078A (ja) 2003-07-16 2005-02-10 Nishihara Engineering Co Ltd 給湯システム
JP4295683B2 (ja) 2004-06-29 2009-07-15 株式会社ガスター 給湯熱源システム
JP5130258B2 (ja) 2009-06-08 2013-01-30 リンナイ株式会社 コージェネレーションシステム
DE202012104942U1 (de) * 2012-12-18 2013-01-16 WIMTEC Elektronische Steuerungs- und Meßgeräte GmbH Ventil für Warmwasseranlagen
WO2018073866A1 (ja) 2016-10-17 2018-04-26 三菱電機株式会社 給湯装置
BE1024914B1 (nl) * 2017-01-16 2018-08-16 Minnoy Bvba Een verwarmingssysteem en een verwarmingswerkwijze
US10139135B1 (en) * 2017-05-30 2018-11-27 Miclau-S.R.I. Inc. Automatic hot water pulsating alarm for water heaters
LT3794287T (lt) * 2018-05-18 2024-01-10 Universiteit Gent Termohidrauliniu ir biologiniu modeliu pagrystas valdymas
CA3086575C (en) * 2019-07-12 2024-06-04 Noflo Inc. Water regulation system and method of use thereof
JP2024083057A (ja) * 2022-12-09 2024-06-20 株式会社ノーリツ マルチ給湯システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120117984A (ko) * 2009-11-16 2012-10-25 썬앰프 리미티드 에너지 저장 시스템
KR20160039179A (ko) * 2013-06-18 2016-04-08 썬앰프 리미티드 에너지 저장 시스템
KR101943560B1 (ko) * 2017-09-19 2019-02-01 린나이코리아 주식회사 온수저장탱크 내 레지오넬라균 살균과 살균시 고온수 방출 방지방법
KR101914772B1 (ko) * 2018-02-27 2018-11-02 조선화 세륜 시설 내장형 거점 소독 시스템과 그 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102693827B1 (ko) 2024-08-09
NZ802885A (en) 2024-04-26
AU2022215951A1 (en) 2023-09-07
GB2613712B (en) 2024-01-24
JP7551939B2 (ja) 2024-09-17
GB2613712A (en) 2023-06-14
JP2024510546A (ja) 2024-03-08
AU2022215951B2 (en) 2024-05-09
US20240310057A1 (en) 2024-09-19
EP4288735A1 (en) 2023-12-13
GB202301929D0 (en) 2023-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12123656B2 (en) Methods and systems and apparatus to support reduced energy and water usage
WO2022168028A1 (en) Methods of configuring and controlling hot water supply installations
WO2022168041A1 (en) Energy storage arrangement and installations
KR102693827B1 (ko) 온수 급수 설비의 구성 및 제어 방법
US20240102696A1 (en) Energy storage arrangement and installations
CN116997751A (zh) 支持减少使用能源和水的方法、系统和设备
AU2024203018B2 (en) Methods and systems and apparatus to support reduced energy and water usage
WO2022168029A1 (en) Methods of configuring and controlling hot water supply installations
CN117178160A (zh) 热水供应设施的配置和控制方法
US20240093911A1 (en) Methods and systems and apparatus to support reduced energy and water usage
WO2022168033A1 (en) Methods and systems and apparatus to support reduced energy and water usage
WO2022168034A1 (en) Methods and systems and apparatus to support reduced energy and water usage
CN117545961A (zh) 支持减少能量和水用量的方法和系统和设备

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant