(57)【要約】  本開示の実施形態は、暖房、換気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムであって、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの圧縮器（３２）を駆動するモータ（５０）に電力を供給するように構成された可変速駆動装置（５２）と、可変速駆動装置（５２）のシリコンカーバイドトランジスタ（１００）であって、シリコンカーバイドトランジスタ（１００）が、可変速駆動装置（５２）を通って流れる電力の電圧または周波数またはその両方を調整するように構成される、シリコンカーバイドトランジスタ（１００）と、を備える、暖房、換気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムに関する。
2019533417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房、換気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムであって、
前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの圧縮器を駆動するように構成されたモータに電力を供給するように構成された可変速駆動装置と、
前記可変速駆動装置のシリコンカーバイドトランジスタであって、前記シリコンカーバイドトランジスタが、前記可変速駆動装置を通って流れる電力の電圧または周波数またはその両方を調整するように構成される、シリコンカーバイドトランジスタと、
を備える、暖房、換気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム。
【請求項２】
前記可変速駆動装置が、
交流（ＡＣ）電源からのＡＣ電力を受け、前記ＡＣ電力を直流（ＤＣ）電力に変換するように構成された、整流器であって、前記ＡＣ電力が一定の電圧および一定の周波数を有する、整流器と、
前記整流器からの前記ＤＣ電力を受けるように構成されたＤＣバスと、
前記ＤＣバスからの前記ＤＣ電力を受け、前記ＤＣ電力を可変電圧および可変周波数を有するＡＣ電力に変換するように構成された、インバータと、
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記シリコンカーバイドトランジスタが、前記整流器または前記インバータまたはその両方に配置される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ＡＣ電源から受けた前記ＡＣ電力が三相ＡＣ電力である、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記シリコンカーバイドトランジスタが、金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの冷媒ループを通して冷媒を循環させるように構成された前記圧縮器と、
冷却液と熱伝達する状態で前記冷媒を配置するように構成された熱交換器と、
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの前記冷媒ループを流れる前記冷媒の圧力を下げるように構成された膨張装置を備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記シリコンカーバイドトランジスタに接続され、前記モータまたは前記圧縮器またはその両方から受信したフィードバックに基づいて、前記シリコンカーバイドトランジスタの状態を調整するように構成されたコントローラを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが、前記モータの速度または前記圧縮器の排出圧力またはその両方に基づいて、前記シリコンカーバイドトランジスタの状態を調整するように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記モータの速度に基づいて、前記シリコンカーバイドトランジスタの状態を調整するように構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
システムであって、
冷媒ループを通して冷媒を循環させるように構成された、暖房、換気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの圧縮器と、
前記ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの前記圧縮器を駆動するように構成されたモータと、
前記モータに電力を供給するように構成された可変速駆動装置であって、前記可変速駆動装置が、整流器と直流（ＤＣ）バスとインバータとを備える、可変速駆動装置と、
前記整流器または前記インバータまたはその両方に配置されたシリコンカーバイドトランジスタであって、前記シリコンカーバイドトランジスタが、前記可変速駆動装置において交流（ＡＣ）電力の電圧または周波数またはその両方を調整するように構成される、シリコンカーバイドトランジスタと、
を備える、システム。
【請求項１２】
前記整流器が、交流（ＡＣ）電源からの三相ＡＣ電力を受け、前記三相ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成され、前記ＡＣ電力が一定の電圧および一定の周波数である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ＤＣバスが、前記整流器からの前記ＤＣ電力を受け、前記ＤＣ電力をフィルタリングまたは安定化するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記インバータが、前記ＤＣバスからの前記ＤＣ電力を受け、前記ＤＣ電力を可変電圧および可変周波数を有するＡＣ電力に変換するように構成される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記シリコンカーバイドトランジスタが、金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記シリコンカーバイドトランジスタに接続され、前記モータまたは前記圧縮器またはその両方から受信したフィードバックに基づいて、前記シリコンカーバイドトランジスタの状態を調整するように構成されたコントローラを備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
方法であって、
圧縮器により、冷媒ループを通して冷媒を循環させるステップと、
可変速駆動装置により、モータに電力を供給するステップであって、前記モータが、前記圧縮器を駆動するように構成され、前記可変速駆動装置が、シリコンカーバイドトランジスタを備える、ステップと、
を含む、方法。
【請求項１８】
前記シリコンカーバイドトランジスタを用いて、前記可変速駆動装置において電力の周波数または電圧またはその両方を調整するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記シリコンカーバイドトランジスタを用いて、前記可変速駆動装置において前記電力の前記周波数または前記電圧またはその両方を調整するステップが、前記圧縮器または前記モータまたはその両方から受信したフィードバックに基づいて、前記電力の前記周波数または前記電圧またはその両方を調整するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記圧縮器または前記モータまたはその両方から受信したフィードバックに基づいて、前記電力の前記周波数または前記電圧またはその両方を調整するステップが、前記圧縮器の排出圧力または前記モータの速度またはその両方に基づいて、前記電力の前記周波数または前記電圧またはその両方を調整するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、「ＳＩＬＩＣＯＮ  ＣＡＲＢＩＤＥ  ＭＯＤＵＬＥ  ＦＯＲ  Ａ  ＶＡＲＩＡＢＬＥ  ＳＰＥＥＤ  ＤＲＩＶＥ」と題された、２０１６年１０月５日に出願された、米国仮特許出願第６２／４０４，６４８号明細書の優先権および利益を主張し、その開示は、全ての目的のために、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本出願は概して、暖房、換気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムに関し、より詳細には、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの可変速駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＨＶＡＣ＆Ｒシステムは、居住環境、商業環境、および産業環境において用いられて、それぞれの環境内にいる人々のために温度および湿度などの環境特性を制御している。場合により、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムは、蒸気圧縮システムを備える場合があり、蒸気圧縮システムは、冷媒ループに沿って作動液を循環させる。作動液は、蒸気圧縮システムの作動と関連した異なる温度および圧力を受けることに応じて、蒸気、液体、およびこれらの組み合わせの間で相を変えるように構成される。例えば、蒸気圧縮システムは、圧縮器を用いて熱交換器まで作動液を循環させ、熱交換器は、この冷媒と熱交換器を流れる別の流体との間で熱を伝達し得る。場合により、圧縮器は、モータによって駆動され、モータは、可変速駆動装置から電力を受ける。ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのための従来の可変速駆動装置は、送電網に電気的に接続され、そのために、送電網からの電力供給の遮断および／または不整合を経験する場合がある。ＨＶＡＣ＆Ｒシステムのための従来の可変速駆動装置は、可変速駆動装置の動作の際、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の開放位置と閉鎖位置との間のスイッチング時間が比較的遅いために、スイッチング損失を被る場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態では、暖房、換気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムが、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの圧縮器を駆動するモータに電力を供給するように構成された可変速駆動装置と、可変速駆動装置のシリコンカーバイドトランジスタであって、シリコンカーバイドトランジスタが、可変速駆動装置を通って流れる電力の電圧または周波数またはその両方を調整するように構成される、シリコンカーバイドトランジスタと、を備える。
【０００５】
別の実施形態では、システムが、冷媒ループを通して冷媒を循環させるように構成された、暖房、換気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの圧縮器と、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの圧縮器を駆動するように構成されたモータと、モータに電力を供給するように構成された可変速駆動装置であって、可変速駆動装置が、整流器と直流（ＤＣ）バスとインバータとを備える、可変速駆動装置と、整流器またはインバータまたはその両方に配置されたシリコンカーバイドトランジスタであって、シリコンカーバイドトランジスタが、可変速駆動装置において交流（ＡＣ）電力の電圧または周波数またはその両方を調整するように構成される、シリコンカーバイドトランジスタと、を備える。
【０００６】
別の実施形態では、方法が、圧縮器により、冷媒ループを通して冷媒を循環させるステップと、可変速駆動装置により、モータに電力を供給するステップであって、モータが、圧縮器を駆動するように構成され、可変速駆動装置が、シリコンカーバイドトランジスタを備える、ステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の態様による、商業的環境において加熱、通気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ：ｈｅａｔｉｎｇ，ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ａｉｒ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，ａｎｄ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）システムを使用し得る建物の実施形態の斜視図である。
【図２】本開示の態様による蒸気圧縮システムの斜視図である。
【図３】本開示の態様による、図２の蒸気圧縮システムの実施形態の概略図である。
【図４】本開示の態様による、図２の蒸気圧縮システムの実施形態の概略図である。
【図５】本開示の態様による、図２〜４の蒸気圧縮システムと共に使用され得る可変速駆動装置の実施形態の概略図である。
【図６】本開示の態様による、図５の可変速駆動装置と共に使用され得るシリコンカーバイドトランジスタの実施形態の回路図である。
【図７】本開示の態様による、図６のシリコンカーバイドトランジスタを有する蒸気圧縮システムを動作させるためのプロセスの実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、１つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書では、実際の実装形態のすべての特徴が説明されるとは限らない。あらゆるそのような実際の実装形態の開発においては、あらゆる工学または設計プロジェクトと同様に、実装形態ごとに異なり得るシステム関連およびビジネス関連の制約の順守などの、開発者の具体的な目標を達成するために、数多くの実装形態固有の決定がなされるはずであることを理解されたい。また、このような開発努力は、複雑かつ時間がかかり得るが、それにも関わらず、この開示の利益を受ける当業者にとっては、設計、組立て、および製造の通常の作業であり得ることを理解されたい。
【０００９】
本開示の実施形態は、シリコンカーバイドトランジスタを備えた可変速駆動装置を用いる、暖房、換気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムを対象としている。可変速駆動装置は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの圧縮器を駆動するモータに接続され得る。より具体的には、可変速駆動装置は、モータの速度を調整するために用いられ得る。典型的には、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムは、かなりの量の電力を使用する。したがって、このようなシステムの効率を高めることにより、エネルギーの消費量を低減すること、および／または運転中に被るエネルギー損失を低減することによって運転コストを削減できる。
【００１０】
可変速駆動装置は、伝導損失および／またはスイッチング損失のために、運転中に損失を被る場合がある。例えば、伝導損失は、可変速駆動装置のコンポーネントに電流が流れた場合に生じ得る（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）は、閉鎖状態の場合に電流を流す）。加えて、スイッチング損失は、可変速駆動装置の動作中に、可変速駆動装置のコンポーネント（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ））が開放状態と閉鎖状態との間で切り替わった場合に生じ得る。典型的には、ＩＧＢＴモジュールなどの可変速駆動装置のスイッチングコンポーネントはまた、シリコンダイオードを含む。シリコンダイオードは、比較的廉価であるが、これも比較的スイッチング時間が遅い場合がある。したがって、シリコンダイオードが開放位置と閉鎖位置との間で切り替わるためのスイッチング時間のために、可変速駆動装置の効率が低下する場合がある。
【００１１】
本開示の実施形態は、ＩＧＢＴの代わりにシリコンカーバイドトランジスタを備える可変速駆動装置に関する。ＩＧＢＴと比べた場合に、シリコンカーバイドトランジスタはより効率的な（例えば、より高速な）スイッチング時間を有することから、シリコンカーバイドトランジスタは、スイッチング損失を低減し得る。可変速駆動装置にシリコンカーバイドトランジスタを組み込むことにより、可変速駆動装置の効率を高めることができ、ひいてはＨＶＡＣ＆Ｒシステム全体の効率を高めることができる。
【００１２】
ここで図面に目を向けると、図１は、典型的な商業的環境のための建物１２における、加熱、通気、空調、および冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム１０のための環境の実施形態の斜視図である。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、建物１２を冷却するために使用され得る、冷却された液体を供給する蒸気圧縮システム１４を含み得る。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０はまた、建物１２を加熱するために温かい液体を供給するためのボイラー１６と、空気を建物１２を通して循環させる空気分配システムとを含み得る。空気分配システムはまた、空気還流ダクト１８、空気供給ダクト２０、および／または空気ハンドラー２２を含み得る。いくつかの実施形態において、空気ハンドラー２２は、ボイラー１６および蒸気圧縮システム１４へ導管２４により接続された熱交換器を含み得る。空気ハンドラー２２における熱交換器は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０の作動モードに依存して、加熱された液体をボイラー１６から受けることができるか、冷却された液体を蒸気圧縮システム１４から受けることができるかのいずれかである。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、個別の空気ハンドラーが建物１２の各フロアにある状態で示されているが、他の実施形態において、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、フロア間で共有され得る空気ハンドラー２２および／または他のコンポーネントを含み得る。
【００１３】
図２および３は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０において用いることができる蒸気圧縮システム１４の実施形態である。蒸気圧縮システム１４は、圧縮器３２で開始する回路を通って冷媒を循環させ得る。回路はまた、コンデンサ３４と、膨張バルブまたはデバイス３６と、液体チラーまたは蒸発器３８とを含んでもよい。蒸気圧縮システム１４は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２、マイクロプロセッサ４４、不揮発性メモリ４６、および／またはインターフェイスボード４８を有する制御パネル４０をさらに含み得る。
【００１４】
蒸気圧縮システム１４において冷媒として使用され得る流体のいくつかの例は、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系冷媒、例えば、Ｒ−４１０Ａ、Ｒ−４０７、Ｒ−１３４ａ、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、アンモニア（ＮＨ３）、Ｒ−７１７、二酸化炭素（ＣＯ２）、Ｒ−７４４、または炭化水素系冷媒などの「天然」冷媒、水蒸気、または他の任意の好適な冷媒である。いくつかの実施形態において、蒸気圧縮システム１４は、Ｒ−１３４ａなど、中圧冷媒に対して低圧冷媒とも呼ばれる、１気圧でセ氏約１９度（カ氏６６度）の標準沸点を有する冷媒を効率的に用いるように構成されてもよい。本明細書で使用される際、「標準沸点」は、１気圧で計測された沸点温度と呼ばれ得る。
【００１５】
いくつかの実施形態において、蒸気圧縮システム１４は、可変速駆動装置（ＶＳＤ：ｖａｒｉａｂｌｅ  ｓｐｅｅｄ  ｄｒｉｖｅ）５２、モータ５０、圧縮器３２、コンデンサ３４、膨張バルブまたはデバイス３６、および／または蒸発器３８のうちの１つまたは複数を使用し得る。モータ５０は、圧縮器３２を駆動することができ、可変速駆動装置（ＶＳＤ）５２により動力供給されてもよい。ＶＳＤ５２は、ＡＣ電源からの特定の固定された線間電圧および固定された線間周波数を有する交流（ＡＣ）電力を受け、可変電圧および周波数を有する電力をモータ５０に供給する。他の実施形態において、モータ５０は、ＡＣまたは直流（ＤＣ）電源から直接的に動力供給されてもよい。モータ５０は、ＶＳＤにより、またはＡＣもしくはＤＣ電源、例えばスイッチ式リラクタンスモータ、誘導モータ、電子整流式永久磁石モータ、または別の好適なモータから直接的に動力供給され得る任意のタイプの電気モータを含み得る。
【００１６】
圧縮器３２は冷媒蒸気を圧縮するとともに、蒸気を排出路を通じてコンデンサ３４へ送達する。いくつかの実施形態において、圧縮器３２は、遠心圧縮器であってもよい。圧縮器３２によりコンデンサ３４へ送達された冷媒蒸気は、熱をコンデンサ３４における冷却液（例えば水または空気）に伝達し得る。冷媒蒸気は、冷却液との熱伝熱の結果として、コンデンサ３４において冷媒液へと凝結し得る。コンデンサ３４からの液体冷媒は、膨張デバイス３６を通って蒸発器３８へ流れ得る。図３の図示の実施形態において、コンデンサ３４は、水で冷却されるとともに、冷却液をコンデンサへ供給する冷却タワー５６へ接続されたチューブ束５４を含む。
【００１７】
蒸発器３８に送達される液体冷媒は、コンデンサ３４において使用された冷却液と同じであっても無くてもよい別の冷却液からの熱を吸収することができる。蒸発器３８における液体冷媒は、液体冷媒から冷媒蒸気への相変化を受け得る。図３の図示された実施形態に示されるとおり、蒸発器３８は、冷却負荷６２に接続された供給ライン６０Ｓと還流ライン６０Ｒとを有するチューブ束５８を含み得る。蒸発器３８の冷却液（例えば水、エチルグリコール、塩化カルシウム塩水、塩化ナトリウム塩水、または他の任意の好適な流体）は、還流ライン６０Ｒを介して蒸発器３８へ入り、供給ライン６０Ｓを介して蒸発器３８を出る。蒸発器３８は、チューブ束５８における冷却液の温度を、冷媒との熱伝熱を介して低下させ得る。蒸発器３８におけるチューブ束５８は、複数のチューブおよび／または複数のチューブ束を含み得る。いずれの場合も、蒸気冷媒は蒸発器３８を出て、吸引ラインにより圧縮器３２へ戻り、サイクルを完了する。
【００１８】
図４は、中間回路６４がコンデンサ３４と膨張デバイス３６との間に組み込まれた蒸気圧縮システム１４の概略図である。中間回路６４は、コンデンサ３４へ直接的に流体接続された入口ライン６８を有し得る。他の実施形態において、入口ライン６８は、コンデンサ３４へ間接的に流体接続され得る。図４の図示された実施形態に示されるとおり、入口ライン６８は、中間容器７０の上流に位置付けられた第１膨張デバイス６６を含む。いくつかの実施形態において、中間容器７０は、フラッシュタンク（例えばフラッシュ中間冷却器）であってもよい。他の実施形態において、中間容器７０は、熱交換器または「サーフェスエコノマイザー（ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｃｏｎｏｍｉｚｅｒ）」として構成され得る。図４に示された実施形態において、中間容器７０は、フラッシュタンクとして使用され、第１膨張デバイス６６は、コンデンサ３４から受け取った液体冷媒の圧力を低める（膨張させる）ように構成される。膨張プロセス中に、液体の一部が蒸発してもよく、したがって、中間容器７０は、蒸気を、第１膨張デバイス６６から受け取った液体から分離するのに使用され得る。追加的に、中間容器７０は、中間容器７０に入るときに液体冷媒が受ける圧力低下を理由として、（例えば、中間容器７０に入るときに受ける、容積が急速に増大することを原因として）液体冷媒のさらなる膨張を提供し得る。中間容器７０における蒸気は、圧縮器３２の吸引ライン７４を通って圧縮器３２により引き込まれ得る。他の実施形態において、中間容器における蒸気は、圧縮器３２の中間ステージ（例えば吸引ステージではない）へ引き込まれ得る。中間容器７０において集まる液体は、膨張デバイス６６および／または中間容器７０における膨張を理由としてコンデンサ３４を出る液体冷媒より低いエンタルピーであり得る。中間容器７０からの液体は、次いで、ライン７２内を、第２膨張デバイス３６を通って、蒸発器３８へ流れ得る。
【００１９】
上記のように、可変速駆動装置は、動作中に伝導損失および／またはスイッチング損失を被る場合があり、これにより、可変速駆動装置の効率が低下し得る。伝導損失は、可変速駆動装置のコンポーネントに電流が流れた場合に生じる（例えば、ＩＧＢＴが閉鎖状態の場合）。そのため、可変速駆動装置へのエネルギー入力が熱エネルギー（例えば、熱）の形で失われる。加えて、スイッチング損失は、可変速駆動装置のコンポーネントが（例えば、モータに供給される電力の量または電圧または周波数を調整するために）開放状態と閉鎖状態との間で遷移した場合に生じる。例えば、可変速駆動装置のトランジスタが開放状態と閉鎖状態との間で調整されて、モータに最終的に出力される電力の電圧および／または周波数を調整し得る。従来の可変速駆動装置は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を備え、ＩＧＢＴのスイッチング速度は、比較的遅い場合がある。したがって、ＩＧＢＴのスイッチング速度のために、可変速駆動装置の効率が低下する。本開示の実施形態は、シリコンカーバイドトランジスタを備える可変速駆動装置に関する。シリコンカーバイドトランジスタは、従来の可変速駆動装置のＩＧＢＴと比べた場合に、より高速なスイッチング速度を有する。したがって、可変速駆動装置にシリコンカーバイドトランジスタを含むことにより、可変速駆動装置の効率を高めることができ、ひいてはＨＶＡＣ＆Ｒシステムの効率全体を高めることができる。
【００２０】
例えば、図５は、シリコンカーバイドトランジスタ１００を備える可変速駆動装置５２の概略図である。図５の図示の実施形態に示されるとおり、可変速駆動装置５２は、整流器１０２と、ＤＣバス１０４と、インバータ１０６と、を備える。整流器１０２は、一定の電圧および周波数の交流（ＡＣ）電力を受け、ＡＣ電力を直流（ＤＣ）電力に変換する。例えば、整流器１０２は、ＡＣ電源１０８からのＡＣ電力を受け、ＡＣ電力は、可変速駆動装置５２に三相ＡＣ電力を供給し得る。次いで、ＤＣバス１０４は、ＤＣ電力がインバータ１０６によって用いられるのに好適であるように、ＤＣ電力をフィルタリングおよび／または安定化し得る。次いで、インバータ１０６は、ＤＣ電力を変換して、可変電圧および周波数を含むＡＣ電力に戻す。インバータ１０６からのＡＣ電力は、モータ５０に電力を供給するために用いられ、モータ５０は、蒸気圧縮システム１４の圧縮器３２を駆動する。
【００２１】
図５の図示の実施形態に示されるとおり、シリコンカーバイドトランジスタ１００は、整流器１０２および／またはインバータ１０６に含まれる。そのため、シリコンカーバイドトランジスタ１００は、ＤＣバス１０４および／またはモータ５０に差し向けられる電力の電圧および／または周波数の値を調整するために用いられ得る。いくつかの実施形態では、電力の電圧および／または周波数は、ＡＣ電源１０８からのＡＣ電力の電圧、ＤＣバス１０４におけるＤＣ電力の電圧、モータ５０の速度、圧縮器３２の排出圧力、またはこれらの組み合わせに基づく。いずれの場合も、シリコンカーバイドトランジスタ１００は、従来のＩＧＢＴと比べた場合に、スイッチング速度が低減される。そのため、可変速駆動装置の効率は高まり、蒸気圧縮システム１４の効率全体も高まり得る。
【００２２】
図６は、蒸気圧縮システム１４の可変速駆動装置５２に含まれ得る、シリコンカーバイドトランジスタ１００の実施形態の回路図である。いくつかの実施形態では、シリコンダイオードを有するＩＧＢＴをシリコンカーバイドトランジスタ１００で置き換えてもよい（例えば、金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ））。いくつかの実施形態では、可変速駆動装置５２の回路基板が、可変速駆動装置５２内にシリコンカーバイドトランジスタ１００を備え、可変速駆動装置５２の効率を改善するように修正され得る。具体的には、可変速駆動装置５２の回路基板および／またはゲートドライバ基板が、シリコンカーバイドトランジスタ１００を実装するために修正され得る。加えて、電磁フィルタおよび／または他の磁気フィルタが、シリコンカーバイドトランジスタ１００を適合させるために、回路基板または可変速駆動装置５２の他の好適な位置に含まれ得る。可変速駆動装置５２の冷却システムもまた、ＩＧＢＴと比べた場合に、シリコンカーバイドトランジスタ１００によって生じる熱エネルギーが少なくなる結果、修正され得る。いずれの場合も、シリコンカーバイドトランジスタ１００は、スイッチング損失を低減することができ、それにより、可変速駆動装置５２の効率を高めることができる。
【００２３】
上で検討されたとおり、シリコンカーバイドトランジスタ１００を備えた可変速駆動装置５２が被る損失は、シリコンダイオードによる典型的なＩＧＢＴを備えた可変速駆動装置によって被る損失よりも著しく少ない。そのため、シリコンカーバイドトランジスタ１００を備える可変速駆動装置５２は、シリコンダイオードによる典型的なＩＧＢＴを備える可変速駆動装置よりも効率が改善される。例えば、可変速駆動装置５２は、蒸気圧縮システム１４の効率を０．２５％〜３％、０．４％〜２％、または０．５％〜１．６％改善し得る。理解されるように、蒸気圧縮システム１４は、比較的大量の電力を消費し得る。そのため、０．５％〜１．６％の効率改善は、蒸気圧縮システム１４による電力消費量を著しく低減することができ、ひいては蒸気圧縮システム１４の運転コストを削減することができる。したがって、可変速駆動装置５２にシリコンカーバイドトランジスタ１００を組み込むことにより、蒸気圧縮システム１４の効率を改善することができ、ひいては蒸気圧縮システム１４の運転コストを削減することができる。
【００２４】
図７は、シリコンカーバイドトランジスタ１００を備えた可変速駆動装置５２を有する蒸気圧縮システム１４を動作させるためのプロセス１５０の実施形態のブロック図である。例えば、ブロック１５２において、圧縮器３２は、蒸気圧縮システム１４の冷媒ループを通して冷媒を循環させる。加えて、ブロック１５４において、可変速駆動装置５２は、圧縮器３２を駆動するためにモータ５０に電力を供給する。上で検討されたとおり、可変速駆動装置５２はシリコンカーバイドトランジスタ１００を備え、このことにより、電力損失（例えば、スイッチング損失および／または伝導損失）が低減され、蒸気圧縮システム１４の効率が高まる。
【００２５】
上記のように、本開示は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの効率の改善に役立つ、１つまたは複数の技術的効果を提供し得る。本開示の実施形態は、シリコンカーバイドトランジスタを備えた可変速駆動装置を含み、これは、従来のＩＧＢＴと比べた場合に、スイッチング時間を短縮し得る。そのため、可変速駆動装置の動作中に生じるスイッチング損失は、低減され、それにより、可変速駆動装置の効率を高めることができ、ひいてはＨＶＡＣ＆Ｒシステム全体の効率を高めることができる。本明細書における技術的効果および技術的課題は、例であり、これによって限定されない。本明細書で説明した実施形態は、他の技術的効果を有することができ、他の技術的課題を解決することができることに留意されたい。
【００２６】
特定の特徴および実施形態のみが図示され説明されたが、特許請求の範囲において列挙された主題の新規な教示および利点から実質的に逸脱すること無しに、当業者には多くの修正形態および変更形態が浮かび得る（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状および割合、パラメータ（例えば温度、圧力など）の値、取付配置構成、材料、色、向きなどの使用におけるバリエーション）。任意のプロセスまたは方法ステップの順番または順序は、代替的実施形態により変えられ得るか、または並べ直され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は全てのそのような修正形態および変更形態を、本開示の真の趣旨内に該当するとして、カバーすることを意図されていることを理解されたい。さらに、例示的実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装形態の全ての特徴が説明されないこともある（すなわち、本開示を実施する現在想定される最良のモードに関連しないもの、または、特許請求された開示を可能にすることに関連しないもの）。任意のそのような実際の実装形態の開発においては、任意の工学的または設計プロジェクトと同様に、数多くの実装形態の特定の決定がなされ得ることが認められるべきである。このような開発努力は、複雑かつ時間がかかり得るが、それにも関わらず、この開示の利益を有する当業者にとっては、不要な実験をすることなく、設計、組立て、および製造の通常の作業であり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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