(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の熱電冷却器（ＴＥＣ）と、
高効率運転モード及び高ヒートポンピング運転モードに対して、前記１つまたは複数のＴＥＣに電力を供給するように構成された交流‐直流（ＡＣ‐ＤＣ）電力変換システムと、
を備えるシステムであって、
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、
前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高効率運転モードに対して、前記１つまたは複数のＴＥＣの高性能係数（ＣＯＰ）動作点に対応する第１の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置であって、前記第１の出力電力レベルで、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、
前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高ヒートポンピング運転モードに対して、前記１つまたは複数のＴＥＣの高ヒートポンピング動作点に対応する第２の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置であって、前記第２の出力電力レベルで、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、
前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高ヒートポンピング運転モードに対して、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を有効にして、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を無効にするように構成された制御装置と、
を備える、システム。
【請求項２】
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された第１の入力側と、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された第２の入力側と、前記１つまたは複数のＴＥＣに接続された出力側とを備えるスイッチング構造とをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された入力側と、前記スイッチング構造の前記第２の入力側に接続された出力側とを有するＤＣ‐ＤＣ変換装置とをさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記高ヒートポンピング運転モードで前記１つまたは複数のＴＥＣを運転する時、前記ＤＣ‐ＤＣ変換装置を適応的に制御して、前記１つまたは複数のＴＥＣに提供される電力レベルを所定の高電力レベル範囲内に適応可能に調整するように構成された制御装置をさらに備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記所定の高電力レベル範囲は、前記１つまたは複数のＴＥＣの最大ヒートポンピング（Ｑｍａｘ）の３０％〜１００％内のヒートポンピングエネルギー範囲に対応する電力レベル範囲である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された入力側と、前記スイッチング構造の前記第１の入力側に接続された出力側とを有するＤＣ‐ＤＣ変換装置をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記高効率運転モードで前記１つまたは複数のＴＥＣを運転する時、前記ＤＣ‐ＤＣ変換装置を適応可能に制御して、前記１つまたは複数のＴＥＣに提供される電力レベルを所定の低電力レベル範囲内に適応可能に調整するように構成された制御装置をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記所定の低電力レベル範囲は、前記１つまたは複数のＴＥＣの最大ＣＯＰ（ＣＯＰｍａｘ）の８０％〜１００％内のＣＯＰ値の範囲に対応する電力レベル範囲である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記１つまたは複数のＴＥＣが、前記高効率運転モードに対して、第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続され、前記高ヒートポンピング運転モードに対して、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続されるように、前記スイッチング構造を選択的に制御するようにさらに構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高効率運転モードに対して、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を有効にして、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を無効にするようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記１つまたは複数のＴＥＣは、第１のＴＥＣセット及び第２のＴＥＣセットを含み、前記第１及び第２のＴＥＣセットはそれぞれ、１つまたは複数のＴＥＣを含み、
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された第１の入力側と、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された第２の入力側と、前記第１のＴＥＣセットに接続された第１の出力側と、前記第２のＴＥＣセットに接続された第２の出力側とを含む、スイッチング構造をさらに備え、
前記スイッチング構造は、前記第１及び第２のＴＥＣセットが前記高効率運転モードまたは前記高ヒートポンピング運転モードのいずれかで独立して運転されるように、前記第１及び第２のＴＥＣセットを前記第１及び第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置に独立して接続するように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記制御装置は、
前記高ヒートポンピング運転モードで運転している時、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を非アクティブにし、
前記高効率運転モードで運転している時、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を非アクティブにするように、
さらに構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項１３】
交流‐直流（ＡＣ‐ＤＣ）電力変換システムを制御して、高効率運転モード及び高ヒートポンピング運転モードに対して、１つまたは複数の熱電冷却器（ＴＥＣ）に電力を提供する方法であって、前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高効率運転モードに対して、第１の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高ヒートポンピング運転モードに対して、第２の出力電力レベルで、前記ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置とを備え、
前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高効率運転モードで運転すべきか、または、前記高ヒートポンピング運転モードで運転すべきかを決定することと、
前記高効率運転モードで前記１つまたは複数のＴＥＣを運転すると決定すると、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側を前記１つまたは複数のＴＥＣに接続するように前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することであって、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記ＤＣ出力の前記第１の出力電力レベルは、前記１つまたは複数のＴＥＣの高性能係数（ＣＯＰ）動作点に対応し、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、前記第１の出力電力レベルで、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する、前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することと、
前記高ヒートポンピング運転モードで前記１つまたは複数のＴＥＣを運転すると決定すると、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側を前記１つまたは複数のＴＥＣに接続するように前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することであって、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記ＤＣ出力の前記第２の出力電力レベルは、前記１つまたは複数のＴＥＣの高ヒートポンピング動作点に対応し、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、前記第２の出力電力レベルで、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する、前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することと、
前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高ヒートポンピング運転モードで運転すると決定すると、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を有効にし、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を無効にすることと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続される第１の入力側と、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続される第２の入力側と、前記１つまたは複数のＴＥＣに接続された出力側とを含むスイッチング構造をさらに備え、
前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側を前記１つまたは複数のＴＥＣに接続するように前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することは、前記スイッチング構造の前記第１の入力側を前記スイッチング構造の前記出力側に接続するように前記スイッチング構造を構成することを含み、
前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側を前記１つまたは複数のＴＥＣに接続するように前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することは、前記スイッチング構造の前記第２の入力側を前記スイッチング構造の前記出力側に接続するように前記スイッチング構造を構成することを含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続された入力側と、前記スイッチング構造の前記第２の入力側に接続された出力側とを有するＤＣ‐ＤＣ変換装置をさらに備え、前記方法は、前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高ヒートポンピング運転モードで運転すると決定すると、前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高ヒートポンピング運転モードで運転する時、前記ＤＣ‐ＤＣ変換装置を適応可能に制御して、前記１つまたは複数のＴＥＣに提供される電力レベルを所定の高電力レベル範囲内に適応可能に調整することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記所定の高電力レベル範囲は、前記１つまたは複数のＴＥＣの最大ヒートポンピング（Ｑｍａｘ）の３０％〜１００％内のヒートポンピングエネルギー範囲に対応する電力レベル範囲である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続された入力側と、前記スイッチング構造の前記第１の入力側に接続された出力側とを有するＤＣ‐ＤＣ変換装置をさらに備え、前記方法は、前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高効率運転モードで運転すると決定すると、前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高効率運転モードで運転する時、前記ＤＣ‐ＤＣ変換装置を適応可能に制御して、前記１つまたは複数のＴＥＣに提供される電力レベルを所定の低電力レベル範囲内に適応可能に調整することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記所定の低電力レベル範囲は、前記１つまたは複数のＴＥＣの最大ＣＯＰ（ＣＯＰｍａｘ）の８０％〜１００％内のＣＯＰ値範囲に対応する電力レベル範囲である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高効率運転モードで運転すると決定すると、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を有効にし、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を無効にすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
１つまたは複数の熱電冷却器（ＴＥＣ）と、
高効率運転モード及び高ヒートポンピング運転モードに対して、前記１つまたは複数のＴＥＣに電力を供給するように構成された交流‐直流（ＡＣ‐ＤＣ）電力変換システムと、
を備えるシステムであって、
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、
前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高効率運転モードに対して、前記１つまたは複数のＴＥＣの高性能係数（ＣＯＰ）動作点に対応する第１の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置であって、前記第１の出力電力レベルで、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、
前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高ヒートポンピング運転モードに対して、前記１つまたは複数のＴＥＣの高ヒートポンピング動作点に対応する第２の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置であって、前記第２の出力電力レベルで、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、
前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された第１の入力側と、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された第２の入力側と、前記１つまたは複数のＴＥＣに接続された出力側とを備えるスイッチング構造と、
第１のＤＣ‐ＤＣ変換装置及び／又は第２のＤＣ‐ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記第１のＤＣ‐ＤＣ変換装置は、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された入力側と、前記スイッチング構造の前記第１の入力側に接続された出力側とを有し、
前記第２のＤＣ‐ＤＣ変換装置は、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された入力側と、前記スイッチング構造の前記第２の入力側に接続された出力側とを有する、
システム。
【請求項２１】
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第２のＤＣ‐ＤＣ変換装置を備え、
前記高ヒートポンピング運転モードで前記１つまたは複数のＴＥＣを運転する時、前記第２のＤＣ‐ＤＣ変換装置を適応的に制御して、前記１つまたは複数のＴＥＣに提供される電力レベルを所定の高電力レベル範囲内に適応可能に調整するように構成された制御装置をさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記所定の高電力レベル範囲は、前記１つまたは複数のＴＥＣの最大ヒートポンピング（Ｑｍａｘ）の３０％〜１００％内のヒートポンピングエネルギー範囲に対応する電力レベル範囲である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第１のＤＣ‐ＤＣ変換装置を備え、
前記高効率運転モードで前記１つまたは複数のＴＥＣを運転する時、前記第１のＤＣ‐ＤＣ変換装置を適応可能に制御して、前記１つまたは複数のＴＥＣに提供される電力レベルを所定の低電力レベル範囲内に適応可能に調整するように構成された制御装置をさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記所定の低電力レベル範囲は、前記１つまたは複数のＴＥＣの最大ＣＯＰ（ＣＯＰｍａｘ）の８０％〜１００％内のＣＯＰ値の範囲に対応する電力レベル範囲である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記１つまたは複数のＴＥＣが、前記高効率運転モードに対して、第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続され、前記高ヒートポンピング運転モードに対して、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続されるように、前記スイッチング構造を選択的に制御するように構成された制御装置をさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
前記制御装置は、前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高効率運転モードに対して、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を有効にして、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を無効にするようにさらに構成される、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記制御装置は、前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高ヒートポンピング運転モードに対して、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を有効にするようにさらに構成される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記１つまたは複数のＴＥＣは、第１のＴＥＣセット及び第２のＴＥＣセットを含み、前記第１及び第２のＴＥＣセットはそれぞれ、１つまたは複数のＴＥＣを含み、
前記スイッチング構造の前記出力側は、前記第１のＴＥＣセットに接続された第１の出力側と、前記第２のＴＥＣセットに接続された第２の出力側とを含み、
前記スイッチング構造は、前記第１及び第２のＴＥＣセットが前記高効率運転モードまたは前記高ヒートポンピング運転モードのいずれかで独立して運転されるように、前記第１及び第２のＴＥＣセットを前記第１及び第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置に独立して接続するように構成される、
請求項２０に記載のシステム。
【請求項２９】
前記制御装置は、
前記高ヒートポンピング運転モードで運転している時、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を非アクティブにし、
前記高効率運転モードで運転している時、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を非アクティブにするように、
さらに構成される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項３０】
前記高ＣＯＰ動作点は最大ＣＯＰ動作点であり、前記高ヒートポンピング動作点は最大ヒートポンピング動作点である、請求項１又は請求項２０に記載のシステム。
【請求項３１】
交流‐直流（ＡＣ‐ＤＣ）電力変換システムを制御して、高効率運転モード及び高ヒートポンピング運転モードに対して、１つまたは複数の熱電冷却器（ＴＥＣ）に電力を提供する方法であって、
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、
前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高効率運転モードに対して、第１の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、
前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高ヒートポンピング運転モードに対して、第２の出力電力レベルで、前記ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、
前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続される第１の入力側と、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続される第２の入力側と、前記１つまたは複数のＴＥＣに接続された出力側とを備えるスイッチング構造と、
第１のＤＣ‐ＤＣ変換装置及び／又は第２のＤＣ‐ＤＣ変換装置と、
を備え、
前記第１のＤＣ‐ＤＣ変換装置は、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続された入力側と、前記スイッチング構造の前記第１の入力側に接続された出力側とを有し、
前記第２のＤＣ‐ＤＣ変換装置は、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続された入力側と、前記スイッチング構造の前記第２の入力側に接続された出力側とを有し、
前記方法は、
前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高効率運転モードで運転すべきか、または、前記高ヒートポンピング運転モードで運転すべきかを決定することと、
前記高効率運転モードで前記１つまたは複数のＴＥＣを運転すると決定すると、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側を前記１つまたは複数のＴＥＣに接続するように前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することであって、前記スイッチング構造の前記第１の入力側を前記スイッチング構造の前記出力側に接続するように前記スイッチング構造を構成することを含み、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記ＤＣ出力の前記第１の出力電力レベルは、前記１つまたは複数のＴＥＣの高性能係数（ＣＯＰ）動作点に対応し、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、前記第１の出力電力レベルで、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する、前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することと、
前記高ヒートポンピング運転モードで前記１つまたは複数のＴＥＣを運転すると決定すると、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側を前記１つまたは複数のＴＥＣに接続するように前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することであって、前記スイッチング構造の前記第２の入力側を前記スイッチング構造の前記出力側に接続するように前記スイッチング構造を構成することを含み、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記ＤＣ出力の前記第２の出力電力レベルは、前記１つまたは複数のＴＥＣの高ヒートポンピング動作点に対応し、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、前記第２の出力電力レベルで、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する、前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することと、
を含み、
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムが前記第１のＤＣ‐ＤＣ変換装置を含む場合、前記方法は、さらに、前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高効率運転モードで運転すると決定すると、前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高効率運転モードで運転する時、前記第１のＤＣ‐ＤＣ変換装置を適応可能に制御して、前記１つまたは複数のＴＥＣに提供される電力レベルを所定の低電力レベル範囲内に適応可能に調整することを含み、
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムが前記第２のＤＣ‐ＤＣ変換装置を含む場合、前記方法は、さらに、前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高ヒートポンピング運転モードで運転すると決定すると、前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高ヒートポンピング運転モードで運転する時、前記第２のＤＣ‐ＤＣ変換装置を適応可能に制御して、前記１つまたは複数のＴＥＣに提供される電力レベルを所定の高電力レベル範囲内に適応可能に調整することを含む、
方法。
【請求項３２】
前記所定の高電力レベル範囲は、前記１つまたは複数のＴＥＣの最大ヒートポンピング（Ｑｍａｘ）の３０％〜１００％内のヒートポンピングエネルギー範囲に対応する電力レベル範囲である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記所定の低電力レベル範囲は、前記１つまたは複数のＴＥＣの最大ＣＯＰ（ＣＯＰｍａｘ）の８０％〜１００％内のＣＯＰ値範囲に対応する電力レベル範囲である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高効率運転モードで運転すると決定すると、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を有効にし、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を無効にすることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高ヒートポンピング運転モードで運転すると決定すると、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を有効にすることをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続される第１の入力側と、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続される第２の入力側と、前記１つまたは複数のＴＥＣの第１のサブセットに接続される第１の出力側と、前記１つまたは複数のＴＥＣの第２のサブセットに接続される第２の出力側とを含むスイッチング構造をさらに備え、
前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側を前記１つまたは複数のＴＥＣに接続するように前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することは、
前記スイッチング構造の前記第１の入力側を前記スイッチング構造の前記第１の出力側と前記スイッチング構造の前記第２の出力側に接続するように、前記スイッチング構造を構成することと、
パルス幅変調またはｏｎ／ｏｆｆスイッチングを利用して、前記スイッチング構造の前記第１の出力側における出力電力レベルよりも小さい前記スイッチング構造の前記第２の出力側の出力電力レベルを提供することと、
を含む、請求項１３又は請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続される第１の入力側と、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側に接続される第２の入力側と、前記１つまたは複数のＴＥＣの第１のサブセットに接続される第１の出力側と、前記１つまたは複数のＴＥＣの第２のサブセットに接続される第２の出力側とを含むスイッチング構造をさらに備え、
第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記出力側を前記１つまたは複数のＴＥＣに接続するように前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することは、
前記スイッチング構造の前記第２の入力側を前記スイッチング構造の前記第１の出力側と前記スイッチング構造の前記第２の出力側とに接続するように前記スイッチング構造を構成することと、
パルス幅変調またはｏｎ／ｏｆｆスイッチングを利用して、前記スイッチング構造の前記第１の出力側における出力電力レベルよりも小さい前記スイッチング構造の前記第２の出力側の出力電力レベルを提供することと、
を含む、請求項１３又は請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記高ＣＯＰ動作点は最大ＣＯＰ動作点であり、前記高ヒートポンピング動作点は最大ヒートポンピング動作点である、請求項１３又は請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
１つまたは複数の熱電冷却器（ＴＥＣ）と、
高効率運転モード及び高ヒートポンピング運転モードに対して、前記１つまたは複数のＴＥＣに電力を供給するように構成された交流‐直流（ＡＣ‐ＤＣ）電力変換システムと、
を備えるシステムであって、
前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、
前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高効率運転モードに対して、前記１つまたは複数のＴＥＣの高性能係数（ＣＯＰ）動作点に対応する第１の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置であって、前記第１の出力電力レベルで、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、
前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高ヒートポンピング運転モードに対して、前記１つまたは複数のＴＥＣの高ヒートポンピング動作点に対応する第２の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置であって、前記第２の出力電力レベルで、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、
を備える、システム。
【請求項４０】
交流‐直流（ＡＣ‐ＤＣ）電力変換システムを制御して、高効率運転モード及び高ヒートポンピング運転モードに対して、１つまたは複数の熱電冷却器（ＴＥＣ）に電力を提供する方法であって、前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高効率運転モードに対して、第１の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、前記１つまたは複数のＴＥＣの前記高ヒートポンピング運転モードに対して、第２の出力電力レベルで、前記ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置とを備え、
前記１つまたは複数のＴＥＣを前記高効率運転モードで運転すべきか、または、前記高ヒートポンピング運転モードで運転すべきかを決定することと、
前記高効率運転モードで前記１つまたは複数のＴＥＣを運転すると決定すると、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側を前記１つまたは複数のＴＥＣに接続するように前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することであって、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記ＤＣ出力の前記第１の出力電力レベルは、前記１つまたは複数のＴＥＣの高性能係数（ＣＯＰ）動作点に対応し、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、前記第１の出力電力レベルで、前記第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する、前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することと、
前記高ヒートポンピング運転モードで前記１つまたは複数のＴＥＣを運転すると決定すると、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側を前記１つまたは複数のＴＥＣに接続するように前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することであって、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の前記ＤＣ出力の前記第２の出力電力レベルは、前記１つまたは複数のＴＥＣの高ヒートポンピング動作点に対応し、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、前記第２の出力電力レベルで、前記第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する、前記ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、２０１４年６月６日出願の仮特許出願第６２／００８，８０３号の利益を主張し、その開示全体を参照により本明細書に組み込む。
［開示分野］
本開示は、熱電冷却器を駆動する高効率の電力変換アーキテクチャに関する。
［背景］
熱電冷却器（ＴＥＣ）は、固体半導体装置で、ペルチェ効果を利用して装置の片側から他方の側に熱を移すことによって、装置の低温側に冷却効果を作り出す。熱電冷却装置１０の一例を図１に示す。特に、本明細書においては、熱電冷却装置は、Ｎ型脚部１つとＰ型脚部１つ（すなわち、２本脚の装置）からなり、熱電冷却モジュールは、直列に接続された多く熱電冷却装置を備える。従って、一般用語「熱電冷却器」すなわちＴＥＣは、本明細書では、熱電冷却装置または熱電冷却モジュールのいずれかを指して用いられる。
【０００２】
図１に示すように、熱電冷却装置１０は、Ｎ型脚部１２、Ｐ型脚部１４、上部導電金属層１６、及び、底部導電金属層１８を備える。Ｎ型脚部１２及びＰ型脚部１４は、熱電材料（すなわち、良好な熱電特性を有する半導体材料）で形成される。熱電冷却を生じさせるために、図に示すように、電流を熱電冷却装置１０に印加する。Ｎ型脚部１２及びＰ型脚部１４の電流伝達の方向は、熱電冷却装置１０の熱伝達の方向に対して平行である。結果として、熱電冷却装置１０の上面で熱を吸収し、熱電冷却装置１０の底面で熱を放出することによって、上部導電金属層１６で冷却が生じる。熱電モジュール２０の一例を図２に示す。図に示すように、熱電モジュール２０は、直列に接続された複数の熱電冷却装置１０を備える。これら複数の熱電冷却装置１０は、１つの熱電モジュール２０内にパッケージ化されている。
【０００３】
熱電冷却装置１０及び熱電冷却モジュール２０は、従来、様々な冷却適用に用いられてきたが、特に、蒸気圧縮機の効率と比較して効率が良くないために、冷凍には用いられてこなかった。近年、熱電冷却装置及モジュールに基づいた熱電材料及び熱伝達システムの両方において多くの進歩がみられる。従来の蒸気圧縮冷凍を超える熱電冷凍の多くの利点と共にこれらの進歩の結果として、熱電冷凍は、住宅適用及び商業適用の両方で蒸気圧縮冷凍と競争できる状態にある。
【０００４】
しかしながら、熱電冷却装置及びモジュールの効率をさらに向上させる必要は依然として残っている。 
［概要］
総ＡＣ消費電力を最小限にするまたは低減するような方法で、１つまたは複数の熱電冷却器（ＴＥＣ）に電力を供給する交流‐直流（ＡＣ‐ＤＣ）電力変換システムに関するシステム及び方法を本明細書に開示する。ある実施形態においては、システムは、１つまたは複数のＴＥＣと、高効率運転モード及び高ヒートポンピング運転モードに対して１つまたは複数のＴＥＣに電力を供給するように構成されたＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを備える。ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、１つまたは複数のＴＥＣの高効率運転モードに対して第１の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を備える。第１の出力電力レベルは、１つまたは複数のＴＥＣの高性能係数（ＣＯＰ）動作点に対応する。第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、第１の出力電力レベルで、第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する。ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、１つまたは複数のＴＥＣの高ヒートポンピング運転モードに対して第２の出力電力レベルで、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置をさらに備える。第２の出力電力レベルは、１つまたは複数のＴＥＣの高ヒートポンピング動作点に対応する。第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、第２の出力電力レベルで、第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する。このようにして、特に、高効率運転モードで１つまたは複数のＴＥＣを運転する時、システムの総ＡＣ消費電力は、従来のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を使用するシステムと比較して、低減される。
【０００５】
ある実施形態においては、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された第１の入力側と、第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された第２の入力側と、１つまたは複数のＴＥＣに接続された出力側とを含むスイッチング構造をさらに備える。
【０００６】
ある実施形態においては、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された入力側と、スイッチング構造の第２の入力側に接続された出力側とを有するＤＣ‐ＤＣ変換装置をさらに備える。ある実施形態においては、システムは、高ヒートポンピング運転モードで１つまたは複数のＴＥＣを運転する時に、ＤＣ‐ＤＣ変換装置を適応的に制御して、１つまたは複数のＴＥＣに提供される電力レベルを所定の高電力レベル範囲内に適応的に調整するように構成された制御装置をさらに備える。ある実施形態においては、所定の高電力レベル範囲は、１つまたは複数のＴＥＣの最大ヒートポンピング（Ｑｍａｘ）の３０％〜１００％内または３０％〜１００％を含むヒートポンピングエネルギー範囲に対応する電力レベル範囲である。
【０００７】
ある実施形態においては、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された入力側と、スイッチング構造の第１の入力側に接続された出力側とを有するＤＣ‐ＤＣ変換装置をさらに備える。ある実施形態においては、システムは、高効率運転モードで１つまたは複数のＴＥＣを運転する時に、ＤＣ‐ＤＣ変換装置を適応的に制御して、１つまたは複数のＴＥＣに提供する電力レベルを所定の低電力レベル範囲内に適応的に調整するように構成された制御装置をさらに備える。ある実施形態においては、所定の低電力レベル範囲は、１つまたは複数のＴＥＣの最大ＣＯＰ（ＣＯＰｍａｘ）の８０％〜１００％内または８０％〜１００％を含むＣＯＰ値範囲に対応する電力レベル範囲である。
【０００８】
ある実施形態においては、システムは、１つまたは複数のＴＥＣが、高効率運転モードに対して第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続され、また、高ヒートポンピング運転モードに対して第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続されるように、スイッチング構造を選択的に制御するように構成された制御装置をさらに備える。ある実施形態においては、制御装置は、１つまたは複数のＴＥＣの高効率運転モードに対して、第１のＡＣ‐ＤＣ変換装置を有効にし、第２のＡＣ‐ＤＣ変換装置を無効にするようにさらに構成される。ある実施形態においては、制御装置は、１つまたは複数のＴＥＣの高ヒートポンピング運転モードに対して、第１のＡＣ‐ＤＣ変換装置を無効にし、第２のＡＣ‐ＤＣ変換装置を有効にするようにさらに構成される。
【０００９】
ある実施形態においては、１つまたは複数のＴＥＣは、第１のＴＥＣセットと第２のＴＥＣセットを含み、第１のＴＥＣセット及び第２のＴＥＣセットは、それぞれ、１つまたは複数のＴＥＣを含む。さらに、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された第１の入力側と、第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側に接続された第２の入力側と、第１のＴＥＣセットに接続された第１の出力側と、第２のＴＥＣセットに接続された第２の出力側とを含むスイッチング構造をさらに備える。スイッチング構造は、第１及び第２のＴＥＣセットが、高効率運転モードまたは高ヒートポンピング運転モードのいずれかで独立的に運転されるように、第１及び第２のＴＥＣセットを第１及び第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置に独立的に接続するように構成される。
【００１０】
ある実施形態においては、高いＣＯＰ動作点は、最大ＣＯＰ動作点であり、高いヒートポンピング動作点は、最大ヒートポンピング動作点である。
ある実施形態においては、高効率運転モード及び高ヒートポンピング運転モードに対して１つまたは複数のＴＥＣに電力を提供するようにＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを制御する方法を提供する。ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、１つまたは複数のＴＥＣの高効率運転モードに対して、第１の出力電力レベルでＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置と、１つまたは複数のＴＥＣの高ヒートポンピング運転モードに対して、第２の出力電力レベルでＡＣ入力をＤＣ出力に変換するように構成された第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置とを備え、方法は、１つまたは複数のＴＥＣを高効率運転モードで運転すべきか、または、高ヒートポンピング運転モードで運転すべきかを決定することを含む。方法は、１つまたは複数のＴＥＣを高効率運転モード運転すると決定すると、第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側を１つまたは複数のＴＥＣに接続するようにＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することをさらに含む。第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置のＤＣ出力の第１の出力電力レベルは、１つまたは複数のＴＥＣの高ＣＯＰ動作点に対応し、第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、第１の出力電力レベルで、第１のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率とほぼ等しい効率を有する。方法は、高ヒートポンピング運転モードで１つまたは複数のＴＥＣを運転すると決定すると、第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力側を１つまたは複数のＴＥＣに接続するようにＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを構成することをさらに含む。第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置のＤＣ出力の第２の出力電力レベルは、１つまたは複数のＴＥＣの高いヒートポンピング動作点に対応し、第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、第２の出力電力レベルで、第２のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の最大効率にほぼ等しい効率を有する。
【００１１】
当業者は、添付の図面と関連付けて好ましい実施形態の下記の詳細な記載を読むと、本開示の範囲を理解し、本開示の追加の態様を認識されよう。
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付図面は、開示の幾つかの態様を示し、記載と共に、本開示の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】熱電冷却装置を示す図である。
【図２】複数の熱電冷却装置を備える熱電冷却モジュールを示す図である。
【図３】熱電冷却器（ＴＥＣ）の性能係数（ＣＯＰ）曲線と、従来の交流‐直流（ＡＣ‐ＤＣ）電力変換装置の効率曲線とを示すグラフである。
【図４】本開示のある実施形態に係る、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムと１つまたは複数のＴＥＣを備えるシステムのブロック図である。ここで、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、高ヒートポンピング運転モード中、ＴＥＣ（単数または複数）に電力を供給する高電力ＡＣ‐ＤＣ変換装置と、高効率運転モード中、ＴＥＣ（単数または複数）に電力を供給する低電力ＡＣ‐ＤＣ変換装置とを備える。
【図５】本開示のある実施形態に係る、図４のＴＥＣ（単数または複数）のＣＯＰ曲線と、図４のＡＣ‐ＤＣ電力変換システムの高電力及び低電力のＡＣ‐ＤＣ変換装置の効率曲線とを示すグラフである。
【図６】本開示のある実施形態に係る、図４のＴＥＣ（単数または複数）のＣＯＰ曲線と、図４のＡＣ‐ＤＣ電力変換システムの有効効率曲線を示すグラフである。
【図７】本開示の他の実施形態に係る、図４のシステムのブロック図である。
【図８】本開示のある実施形態に係る、図７の制御システムの動作を示すフロー図である。
【図９】本開示の他の実施形態に係る、図４のシステムのブロック図である。
【図１０】本開示のある実施形態に係る、制御システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に記載の実施形態は、当業者が実施形態を実践するのを可能にするのに必要な情報を表し、実施形態を実践する最良の態様を示す。添付の図面に照らして以下の記載を読むと、当業者は、本開示の概念を理解し、本明細書で特に扱っていないこれらの概念の適用を認識されよう。これらの概念及び適用は、本開示及び添付の請求項の範囲に含まれることは理解されたい。
【００１４】
本明細書では、様々な要素の記載に第１、第２等の用語を用いてよいが、これらの要素は、これらの用語に限定されるべきでないことは理解されよう。これらの用語は、要素と要素を区別するためにのみ用いられる。例えば、本開示の範囲を逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と称されてよく、同様に、第２の要素は、第１の要素と称されてよい。本明細書で使用される場合、用語「及び／または」は、関連する列挙された項目の１つまたは複数の任意の組み合わせ及び全ての組み合わせを含む。
【００１５】
要素が、他の要素に「ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ」または「ｃｏｕｐｌｅｄ」されるということは、他の要素に直接、接続もしくは結合され得る、または、介在する要素が存在し得ることも理解されよう。対照的に、要素が、他の要素に「ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ」または「ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ」という時、介在する要素は存在しない。
【００１６】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を記載する目的でのみ使用されており、本開示を限定する意図はない。本明細書で使用される場合、単数形を表す「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈により明らかに異なる場合を除いて、複数形も含むものとする。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、及び／または、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／または、コンポーネントの存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及び／または、それらの群の存在または追加を除外しないことも理解されよう。
【００１７】
別段の定義のない限り、本明細書で使用される（技術的用語及び科学的用語を含む）全ての用語は、本開示が属する分野の当業者が通常理解するのと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語は、本明細書の文脈及び関連技術における意味と矛盾しない意味を有すると解釈すべきであり、本明細書でそのように明記していない限り、理想的または過度に正式な意味に、解釈されないことも理解されよう。
【００１８】
総ＡＣ消費電力を最小限にするまたは低減するような方法で１つまたは複数の熱電冷却器（ＴＥＣ）に電力を供給する交流‐直流（ＡＣ‐ＤＣ）電力変換システムに関するシステム及び方法を本明細書に開示する。しかしながら、これらのシステム及び方法を説明する前に、ＴＥＣの性能係数（ＣＯＰ）と、従来のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の効率について記載するのが有益である。ＴＥＣのＣＯＰは、ＴＥＣの効率の尺度であり、以下のように定義される。
【００１９】
ＣＯＰ＝Ｑ／Ｐｉｎ
ここで、Ｑは、ＴＥＣによって汲み上げられる熱であり、Ｐｉｎは、ＴＥＣの入力電力である。ＴＥＣのＣＯＰは、汲み上げられる熱、ひいては、入力電力が高い時、一般的に低く、汲み上げられる熱、ひいては、入力電力が低い時、一般に高い。 
【００２０】
対照的に、従来のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の効率は、ＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力電力が高い時、一般に高く、ＡＣ‐ＤＣ電力変換装置の出力電力が低い時、低い。従って、従来のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を使用して、低ＣＯＰ（高ヒートポンピングエネルギー）で運転しているＴＥＣに電力を提供する時、ＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、高効率で働く。逆に、ＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を用いて、高ＣＯＰ（低ヒートポンピングエネルギー）で運転するＴＥＣに電力を提供する時、ＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、低効率で働く。満足のいく性能を達成するためには、異なる条件下で、高ＣＯＰ及び低ＣＯＰ（すなわち高ヒートポンピングエネルギー）の両方で運転するように、ＴＥＣの運転を制御するのが望ましいので、これは、総ＡＣ消費電力を低くしたい適用に根本的な課題を提示する。例えば、ＴＥＣベースの冷凍システムは、ほとんどの時間（例えば、定常状態下で）高ＣＯＰでＴＥＣを運転し、まれに、（例えば、プルダウン条件またはリカバリ条件下）で低ＣＯＰ（すなわち、高ヒートポンピングエネルギー）でＴＥＣを運転することが望ましい。図３に示すように、ＴＥＣを高ＣＯＰで運転すると、ＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、低効率で働き、従って、総ＡＣ消費電力は理想より少なくなる。これも図３に示すように、ＴＥＣを低ＣＯＰ（すなわち、高ヒートポンピングエネルギー）で運転すると、ＡＣ‐ＤＣ電力変換装置は、高効率で働くが、総ＡＣ消費電力は、やはり、ＴＥＣの低ＣＯＰが原因で、理想より少ない。
【００２１】
この問題に対処するために、高ＣＯＰでＴＥＣ（単数または複数）を運転する時、及び、低ＣＯＰ（すなわち、高ヒートポンピングエネルギー）でＴＥＣ（単数または複数）を運転する時の両方で高効率を提供する、１つまたは複数のＴＥＣに電力を供給するＡＣ‐ＤＣ電力変換システムを本明細書に開示する。詳細には、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システムは、１つは高電力能力を有し、１つは低電力能力を有する、２つのＡＣ‐ＤＣ電力変換サブシステムを備える。スイッチネットワークまたはスイッチング構造は、２つの別個のＡＣ‐ＤＣ電力変換サブシステムをＴＥＣ（単数または複数）に接続する。ある実施形態においては、マイクロコントローラが、ＡＣ‐ＤＣ電力変換サブシステムとスイッチネットワークをインテリジェントに制御する。低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換サブシステムは、その電力変換効率を、ＴＥＣ（単数または複数）が高ＣＯＰ点（より低いヒートポンピング量）で運転する時、最大にするように設計される。高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換サブシステムは、その電力変換効率を、ＴＥＣ（単数または複数）が低ＣＯＰ点（高いヒートポンピング量)で運転する時、最大にするように設計される。
【００２２】
図４は、本開示のある実施形態に係る、１つまたは複数のＴＥＣ２６に電力を供給するＡＣ‐ＤＣ電力変換システム２４を備えるシステム２２を示す。ＡＣ‐ＤＣ電力変換システム２４は、第１の電力変換サブシステムを形成する高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８及びオプションのＤＣ‐ＤＣ変換装置３０と、第２の電力変換サブシステムを形成する低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２とを備える。ＡＣスイッチングネットワーク３４は、ケーブル３６を介して、ＡＣ電源（図示せず）、例えば、ＡＣアウトレットに接続された入力側、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８の入力側に接続された第１の出力側、及び、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２の入力側に接続された第２の出力側を有する。スイッチング構造３８またはスイッチネットワークは、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８の出力側に（任意で、ＤＣ‐ＤＣ変換装置３０を介して）接続された）第１の入力側、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２の出力側に接続された第２の入力側、及び、ＴＥＣ（単数または複数）２６の入力側に接続された出力側を有する。
【００２３】
高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８は、高電力すなわち高いワット数（Ｗ）の運転に対して設計され、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２は、低い電力すなわち低いワット数の運転に対して設計されている。より詳細には、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８は、ＴＥＣ（単数または複数）２６が低ＣＯＰ動作点（例えば、最大ヒートポンピング（Ｑｍａｘ）動作点）で運転する時、最大効率で働く。逆に、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２は、ＴＥＣ（単数または複数）２６が高ＣＯＰ（例えば、最大ＣＯＰ動作点）で運転する時、最大効率で働く。これは図５に示す。図５の例に示すように、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８は、ＴＥＣ（単数または複数）２６の最大ヒートポンピング（Ｑｍａｘ）動作点に対応する出力電力レベルでＤＣ出力を提供する時、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８の最大効率にほぼ等しい効率で働く。逆に、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２は、ＴＥＣ（単数または複数）２６の最大ＣＯＰ（ＣＯＰｍａｘ）動作点に対応する出力電力レベルでＤＣ出力を提供する時、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２の最大効率にほぼ等しい効率で働く。本明細書で使用される場合、最大効率「にほぼ等しい」効率は、ある実施形態においては、最大効率の少なくとも６０％の効率であり、他の実施形態においては、最大効率の少なくとも８０％の効率である。
【００２４】
運転時、ＴＥＣ（単数または複数）２６は、高効率運転モードまたは高ヒートポンピング運転モードのどちらかで運転される。高ヒートポンピング運転モードにおいては、スイッチング構造３８は、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８の出力側をＴＥＣ（単数または複数）２６の入力側に接続するように制御される。高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８のＤＣ出力は、ＴＥＣ（単数または複数）２６の高ヒートポンピング運転モードに対する出力電力レベルで提供される。この出力電力レベルは、ＴＥＣ（単数または複数）２６の高ヒートポンピング動作点（すなわち、最大ヒートポンピング（Ｑｍａｘ）動作点）に対応する。本明細書で使用される場合、高いヒートポンピング動作点とは、ＣＯＰｍａｘ（すなわち、Ｑｃｏｐｍａｘより大きい）で運転しており、ＴＥＣ（単数または複数）２６のＣＯＰがＣＯＰｍａｘの８０％より小さく、より好ましくはＣＯＰｍａｘの７０％より小さく、より好ましくはＣＯＰｍａｘの５０％より小さく、より好ましくはＣＯＰｍａｘの２５％より小さい時、ＱがＴＥＣ（単数または複数）２６のヒートポンピングエネルギーより大きいＴＥＣ（単数または複数）２６の動作点である。高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８は、高ヒートポンピング運転モードの出力電力レベルで、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８の最大効率とほぼ等しい効率を有する。特に、高ヒートポンピング運転モードで運転している時、ＤＣ‐ＤＣ変換装置３０は、ＴＥＣ（単数または複数）２６に提供する電力レベルひいては、ＴＥＣ（単数または複数）２６のヒートポンピングエネルギーを調整するように制御されてよい。
【００２５】
高効率運転モードにおいて、スイッチング構造３８は、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２の出力側をＴＥＣ（単数または複数）２６の入力側に接続するように制御される。低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２のＤＣ出力が、ＴＥＣ（単数または複数）２６の高効率運転モードに対する出力電力レベルで、提供される。この出力電力レベルは、ＴＥＣ（単数または複数）２６の高ＣＯＰ動作点（例えば、最大ＣＯＰ動作点)に対応する。本明細書で使用される場合、高ＣＯＰ動作点は、ＴＥＣ（単数または複数）２６のＣＯＰがＣＯＰｍａｘにほぼ等しい場合のＴＥＣ（単数または複数）２６の動作点である。ここで、ＣＯＰｍａｘにほぼ等しいＣＯＰは、ＣＯＰｍａｘの少なくとも８０％、より好ましくは、ＣＯＰｍａｘの少なくとも９０％、さらに好ましくは、ＣＯＰｍａｘの少なくとも９５％のＣＯＰである。低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２は、高効率運転モードの出力電力レベルで、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２の最大効率にほぼ等しい効率を有する。
【００２６】
図６は、ＴＥＣ（単数または複数）２６のＣＯＰ曲線と、図４のＡＣ‐ＤＣ電力変換システム２４の統合した、または、有効な効率曲線の一例を示す。従来の電力変換装置（図３を参照）と異なり、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システム２４は、高いＣＯＰ動作点及び高いヒートポンピング動作点の両方でのＴＥＣ（単数または複数）２６の運転に高効率を提供する。このようにして、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システム２４及びＴＥＣ（単数または複数）２６の総ＡＣ消費電力、または、電力消費量は、特に、ＴＥＣ（単数または複数）２６を高いＣＯＰ動作点で運転する時、従来のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置を使用する時に達成される消費電力と比べて、大幅に低減される。
【００２７】
図７は、本開示のある実施形態に係る、図４のシステム２２を示す。ここで、システム２２は、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２の出力側に接続されるオプションのＤＣ‐ＤＣ変換装置４０と、（例えば、温度センサ等からの）例えば、１つまたは複数の入力に基づいて、高効率運転モードまたは高ヒートポンピング運転モードでＴＥＣ（単数または複数）２６を運転するようにＡＣ‐ＤＣ電力変換システム２４を制御するように動作する制御システム４２とをさらに備える。図に示すように、この例においては、高効率運転モードで運転する時、オプションのＤＣ‐ＤＣ変換装置４０を使用して、ＴＥＣ（単数または複数）２６に提供される出力電力レベルを調整してよい。制御システム４２は、例えば、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、１つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、１つまたは複数の特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）等の例えば、１つまたは複数のプロセッサ、処理回路を含んでよい。
【００２８】
図８は、本開示のある実施形態に係る、図７の制御システム４２の動作を示すフロー図である。このプロセスは、図７に関して記載する。図に示すように、制御システム４２は、ＴＥＣ（単数または複数）２６を運転する運転モードを決定する(ステップ１００)。決定は、例えば、温度センサ（単数または複数）からの温度入力（単数または複数）等、１つまたは複数の入力に基づいて行われてよい。ＴＥＣ（単数または複数）２６の決定した運転モードが高ヒートポンピング運転モード（ステップ１０２；ＮＯ）である場合、制御システム４２は、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システム２４を高ヒートポンピング運転モードに構成する（ステップ１０４)。詳細には、制御システム４２は、高ワット変換装置イネーブル信号を介して、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８を有効にし、低ワット変換装置イネーブル信号を介して、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２を無効にする。さらに、制御システム４２は、ＤＣスイッチ制御信号を介してスイッチング構造３８を制御して、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８の出力側をＴＥＣ（単数または複数）２６の入力側に接続し、ＡＣスイッチングネットワーク３４を制御して、ＡＣ電源を高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８の入力側に接続する。オプションで、制御システム４２は、高ヒートポンピング運転モード中、ＤＣ‐ＤＣ変換装置３０を適応的に制御して、ＴＥＣ（単数または複数）２６に提供される出力電力を適応的に調整する（ステップ１０６)。ＤＣ‐ＤＣ変換装置３０を使用して、出力電力レベルを所定の高電力レベル範囲内に調整してよい。ある実施形態においては、高電力レベル範囲は、ＴＥＣ（単数または複数）２６の最大ヒートポンピングエネルギー（Ｑｍａｘ）の３０％〜１００％内または３０％〜１００％を含むヒートポンピングエネルギー範囲（例えば、Ｑｍａｘの３０％〜１００％、Ｑｍａｘの５０％〜１００％、Ｑｍａｘの７５％〜１００％、Ｑｍａｘの４０％〜９０％等）に対応する電力レベル範囲である。他の実施形態においては、高電力レベル範囲は、例えば、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８が高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８のほぼ最大効率で働く電力レベル範囲である。
【００２９】
特に、高ヒートポンピング運転モードで運転する時、ある実施形態においては、一部のＴＥＣ２６をある電力レベルで運転し、他のＴＥＣ２６を別の電力レベルで運転するのが望ましいことがある。この場合、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システム２４は、これら２つの電力レベルの高い方をスイッチング構造３８に入力するように運転される。スイッチング構造３８をインテリジェントに制御して、この高い方の電力レベルを適切なＴＥＣ（単数または複数）２６に提供する。低い方の電力レベルが望ましい他のＴＥＣ（単数または複数）２６に関しては、スイッチング構造３８をインテリジェントに制御して、パルス幅変調（ＰＷＭ）または周期的ＯＮ／ＯＦＦスイッチングを使用して、高い方の電力レベルを低い方の電力レベルに変換して、適切なＴＥＣ（単数または複数）２６に提供する。このようにして、スイッチング構造３８は、ＰＷＭまたは周期的ＯＮ／ＯＦＦスイッチングを使用して、インテリジェントに制御され、１つまたは複数のＴＥＣ２６が独立して異なる電力レベルを必要とするが、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８にのみ接続されている状況を解決する。
【００３０】
高ヒートポンピング運転モードで運転する時、制御システム４２は、モード変更に関するモニタを行う（すなわち、例えば、所定のモード制御手順に従って、高効率運転モードへのスイッチをトリガする１つまたは複数の条件をモニタする）（ステップ１０８)。モード変更が検出されない場合、制御システム４２は、ステップ１０６に戻り、継続する。モード変更があると、制御システム４２は、ステップ１０２に戻り継続する。
【００３１】
ステップ１０２に戻ると、決定された運転モードが高効率運転モードである場合（ステップ１０２；ＹＥＳ）、制御システム４２は、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システム２４を高効率運転モードに構成する（ステップ１１０）。詳細には、ある実施形態においては、制御システム４２は、低ワット変換装置イネーブル信号を介して低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２を有効にし、高ワット変換装置イネーブル信号を介して高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８を無効にする。特に、他の実施形態においては、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２を常に有効にし、運転モードに応じて、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８のみを有効または無効にする。さらに、高効率運転モードに関して、制御システム４２は、スイッチング構造３８を制御して、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２の出力側をＴＥＣ（単数または複数）２６の入力側にＤＣスイッチ制御信号を介して接続し、ＡＣスイッチングネットワーク３４を制御して、ＡＣ電源を低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２の入力側に接続する。オプションで、制御システム４２は、高効率運転モード中、適応的にＤＣ‐ＤＣ変換装置４０を制御して、ＴＥＣ（単数または複数）２６に提供される出力電力を適応的に調整する（ステップ１１２）。ＤＣ‐ＤＣ変換装置４０を使用して、出力電力レベルを所定の低電力レベル範囲内に調整してよい。ある実施形態においては、低電力レベル範囲は、例えば、ＴＥＣ（単数または複数）２６が、ＴＥＣ（単数または複数）２６のほぼ最大ＣＯＰで働く出力電力レベル範囲（例えば、ＣＯＰｍａｘの８０％〜１００％、ＣＯＰｍａｘの９０％〜１００％、ＣＯＰｍａｘの８２％〜９８％等、ＣＯＰｍａｘの８０％〜１００％内または８０％〜１００％を含むＣＯＰ値範囲に対応する出力電力レベル範囲）である。
【００３２】
特に、高効率運転モードで運転している時、ある実施形態においては、一部のＴＥＣ２６をある電力レベルで運転し、他のＴＥＣ２６を別の電力レベルで運転するのが望ましいことがある。この場合、ＡＣ‐ＤＣ電力変換システム２４は、これら２つの電力レベルの高い方がスイッチング構造３８に入力されるように運転される。スイッチング構造３８は、インテリジェントに制御されて、この高い方の電力レベルを適切なＴＥＣ（単数または複数）２６に提供する。低い方の電力レベルが望ましい他のＴＥＣ（単数または複数）２６に関しては、スイッチング構造３８は、インテリジェントに制御されて、ＰＷＭまたは周期的ＯＮ／ＯＦＦスイッチングを使用して、高い方の電力レベルを低い方の電力レベルに変換して、適切なＴＥＣ（単数または複数）２６に提供される。このようにして、スイッチング構造３８は、ＰＷＭまたは周期的ＯＮ／ＯＦＦスイッチングを使用してインテリジェントに制御されて、１つまたは複数のＴＥＣ２６が独立して異なる電力レベルを必要とするが、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２にのみに接続される状況を解決する。
【００３３】
高効率運転モードで運転する時、制御システム４２は、モード変更に関するモニタを行う（すなわち、例えば、所定のモード制御手順に従って、高ヒートポンピング運転モードへのスイッチをトリガする１つまたは複数の条件をモニタする）（ステップ１１４)。モード変更が検出されない場合、制御システム４２は、ステップ１１２に戻り、継続する。モード変更があると、制御システム４２は、ステップ１０２に戻り継続する。
【００３４】
図９は、本開示の他の実施形態に係る、システム２２を示す。ここで、１つまたは複数のＴＥＣ２６は、ＴＥＣ２６‐１〜２６‐Ｎの数（Ｎ）のセットを含み、ここで、各セットは、１つまたは複数のＴＥＣを含む。さらに、スイッチング構造３８は、ＴＥＣ２６‐１〜２６‐Ｎのセットが高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８または低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２に独立して接続できるように、ＴＥＣ２６‐１〜２６‐Ｎのセットのそれぞれに対して個別の出力側を有する。言い換えると、ＴＥＣ２６‐１〜２６‐Ｎのセットは、独立して制御されて、高ヒートポンピング運転モードまたは高効率運転モードのいずれかで運転する。
【００３５】
例として、ＴＥＣ２６‐１のセットは、高ヒートポンピング運転モードで運転されてよく、ＴＥＣ２６‐Ｎのセットは、高効率運転モードで運転されてよい。そうするために、制御システム４２は、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８と低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２の両方を有効にし、スイッチング構造３８を制御して、高電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置２８の出力側をＴＥＣ２６‐１のセットの入力側に接続し、低電力のＡＣ‐ＤＣ電力変換装置３２の出力側をＴＥＣ２６‐Ｎのセットの入力側に接続する。
【００３６】
図１０は、本開示のある実施形態に係る、制御システム４２のブロック図である。図に示すように、制御システム４２は、１つまたは複数のプロセッサ４４（例えば、１つまたは複数マイクロプロセッサ、１つまたは複数のＦＰＧＡ、１つまたは複数のＡＳＩＣ等）、メモリ４６、及び、１つまたは複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）コンポーネント４８（例えば、温度センサ（単数または複数）から温度読み取り（単数または複数）を受信するインタフェース（単数または複数））を含む。ある実施形態においては、本明細書に記載の制御システム４２の機能は、１つまたは複数のプロセッサ４４で実行するために、ソフトウェアで実施され、メモリ４６に記憶される。
【００３７】
ある実施形態においては、少なくとも１つのプロセッサで実行されて、少なくとも１つのプロセッサに、本明細書に記載の実施形態の任意の１つに従って、制御システム４２の機能を行わせる命令を含むコンピュータプログラムを提供する。ある実施形態においては、上述のコンピュータプログラム製品を含む搬送波を提供する。搬送波は、電子信号、光信号、無線信号、または、コンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ３８等の非一時的コンピュータ可読媒体）の１つである。
【００３８】
当業者は、本開示の好ましい実施形態へ改良及び修正を認識されよう。このような改良及び修正の全ては、本明細書及び請求項に開示の概念の範囲内にあるとみなされる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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