JP6118433B2 - 食料及び飲料区画熱電冷却システムの制御システム - Google Patents

Description

背景
[0001]実施形態は、一般には熱電冷却システムの制御システムに関し、より詳細には食料及び飲料区画熱電冷却システムの制御システムに関する。

[0002]航空機等の乗り物に含まれる従来の食料及び飲料冷蔵システムは通常、蒸気圧縮冷蔵システムを利用する。これらの蒸気圧縮冷蔵システムは通常重く、信頼性の問題を受けやすく、大量のスペースを占有し、大量のエネルギーを消費する。航空機等の乗り物では、少なくとも、エネルギーの生成に必要な機器の重量の対応する低減により、エネルギー使用の低減が望まれる。加えて、乗り物の動作に必要な燃料消費の低減及び乗り物の最大積載量の対応する増大により、機器重量の低減は望ましい。冷蔵システムが占有するスペースの低減も、乗り物の最大積載量を増大するために望ましい。加えて、信頼性の増大も、少なくとも、関連する動作時間の延長及び車両のメンテナンス費の低減により望ましい。

概要
実施形態では、熱電冷却システムのコントローラは、熱電冷却システムの性能パラメータを測定するセンサから入力を受信するセンサ入力を含む。熱電冷却システムは、互いに並列に電気的に結合され、共通の駆動装置により電気的に駆動される複数の熱電素子も含む。コントローラは、電圧制御信号出力と、プロセッサと、プロセッサにより実行可能であり、熱電冷却システムを制御する方法を実行するプログラムが記憶された持続性メモリと、も含む。方法は、センサ入力からセンサデータを受信すること、入力センサデータに基づいて電圧制御信号のパラメータを決定すること、及びパラメータを有する電圧制御信号を駆動装置に送信して、複数の熱電素子による熱伝導を制御することを含む。電圧制御信号は線形可変電圧制御信号を含み得、パラメータは、可変電圧制御信号の最大電圧の割合である。電圧制御信号はパルス幅変調信号を含み得、パラメータはパルス幅変調信号のパルス幅変調デューティサイクルを含み得る。電圧制御信号は、オン／オフ制御信号をさらに含み得る。

別の実施形態では、熱電冷却システムは、電源に直列に電気的に結合された第１の複数の熱電素子と、電源に直列に電気的に結合された第２の複数の熱電素子とを含み、第１及び第２の複数の熱電素子は互いに並列に電気的に結合される。冷板が、第１及び第２の複数の熱電素子の第１の側に結合され、冷板と熱的に接触する空気から第１及び第２の複数の熱電素子に熱を伝導するように動作する。ヒートシンクが、第１及び第２の複数の熱電素子の第２の側に結合され、第２の側からヒートシンクと熱的に接触する流体冷却剤に熱を伝導するように動作する。駆動装置が、片側では電源と、他方の側では第１及び第２の複数の熱電素子との間に直列に電気的に結合される。駆動装置は、電圧制御信号に従って、電源から第１及び第２の複数の熱電素子に提供される電力量を制御するように動作する。センサは、第１及び第２の複数の熱電素子のうちの少なくとも１つの性能パラメータを測定する。熱電冷却システムは、プロセッサ及びプロセッサにより実行可能であり、熱電冷却システムを制御する方法を実行するプログラムを記憶した持続性メモリを含むコントローラも含む。方法は、センサからセンサデータを受信すること、センサデータに基づいて電圧制御信号のパラメータを決定すること、及び電圧制御信号を駆動装置に送信することを含む。

別の実施形態では、熱電冷蔵庫は、食料又は飲料を周囲空気温度未満の温度に保持するチルド区画と、互いに並列に電気的に結合された複数の熱電素子とを含む。複数の熱電素子は低温側及び高温側を有する。熱電冷蔵庫は、複数の熱電素子の低温側との熱的接触と、チルド区画の内部との間で空気を循環させ、可変制御される電力により駆動されるファンも含む。熱電冷蔵庫は、複数の熱電素子の高温側と熱的に接触するヒートシンクも含む。ヒートシンクは、複数の熱電素子の高温側と、複数の熱電素子に熱的に接触して循環する流体冷却剤との間で熱を伝導させる。熱電冷蔵庫は、複数の熱電素子に電気的に結合され、入力電源からの電力を変換して、複数の熱電素子を駆動する熱電素子電源も含む。制御システム電源がコントローラに電気的に結合され、複数の熱電素子から電気的に絶縁され、入力電源からの電力を変換して、コントローラに給電する。駆動装置は、複数の熱電素子と直列に電気的に結合される。駆動装置は、熱電素子駆動信号に応答して、熱電素子電源入力から複数の熱電素子への電流を制御する。電流センサが、複数の熱電素子のうちの少なくとも１つに電気的に結合され、そこを通る電流を測定する。電圧センサが、複数の熱電素子に電気的に結合され、複数の熱電素子への電圧入力を測定する。熱電素子温度センサが、複数の熱電素子のうちの少なくとも１つの片側に熱的に結合され、複数の熱電素子のうちの少なくとも１つの片側の温度を測定する。循環空気温度センサが、複数の熱電素子の低温側と熱的に接触して循環する空気の温度を測定する。流体冷却剤温度センサが、複数の熱電素子の高温側でヒートシンクと熱的に接触して循環する流体冷却剤の温度を測定する。熱電冷蔵庫は、プロセッサ及びプロセッサにより実行可能であり、熱電冷蔵庫を制御する方法を実行するプログラムを記憶したメモリを含むコントローラも含む。方法は、電流センサ、電圧センサ、及び温度センサを含む複数のセンサからセンサデータを受信すること、少なくともセンサデータに基づいて、熱電素子駆動信号のパラメータを決定すること、パラメータを有する熱電素子駆動信号を駆動装置に送信すること、及びセンサデータに基づいてファンを駆動する可変制御電力を設定することを含む。熱電素子駆動信号は、パルス幅変調信号を含み得、パラメータはパルス幅変調デューティサイクルを含み得る。

熱電冷却システムの例示的な実施形態を示す。 熱電冷却システムの例示的な実施形態を示す。 制御部、電力部、及び熱電素子（ＴＥＤ）部に分割された例示的な熱電冷却システムを示す。 別の例示的な熱電冷却システムを示す。 熱電冷却システムを制御する例示的な方法を示す。 熱電冷却システムを制御する別の例示的な方法を示す。 熱電冷却システムを制御する別の例示的な方法を示す。 熱電冷却システムを制御する別の例示的な方法を示す。 熱電冷却システムを制御する別の例示的な方法を示す。 熱電冷却システムを制御する別の例示的な方法を示す。 熱電冷却システムを制御する別の例示的な方法を示す。

詳細な説明
[0008]従来技術の問題を解消した熱電冷却システムの制御システムの実施形態を本明細書に開示する。熱電冷却システムの制御システムは、乗り物、例えば航空機内に含められて、ギャレーで使用される食料及び飲料冷蔵庫等の冷蔵ユニットを制御し得る。

[0009]図１Ａ及び図１Ｂは、熱電冷却システム１００の例示的な実施形態を示す。熱電冷却システム１００は、食料及び飲料等の物品を冷蔵する冷蔵庫を含み得る。熱電冷却システム１００は、航空機、船、列車、バス、又はバン等の乗り物に使用し得る。熱電冷却システム１００はチルド区画１１０を含み、チルド区画１１０内では、冷蔵すべき物品をチルド区画１１０外部の周囲空気温度未満の温度に保持し得る。チルド区画１１０はドアを有し得、ドアを開いて、チルド区画１１０にアクセスし、ドアを閉じて、冷蔵する物品をチルド区画１１０内の断熱された温度被制御スペース内に固定することができる。

[0010]熱電冷却システム１００は、熱電素子（ＴＥＤ）１２０を使用してチルド区画１１０を冷却し得る。熱電冷却システム１００は、本明細書の他の箇所においてより詳細に説明される複数のＴＥＤ１２０を含み得る。ＴＥＤ１２０は、ペルチェ効果を使用して、ＴＥＤ１２０の片側からＴＥＤ１２０の別の側に熱を伝導するペルチェ素子を含み得る。ペルチェ効果を使用して、電圧又は直流電流が２つの異種類の導体の両端に印加され、それにより、電荷担体の移動方向において熱を伝導する電気回路を生み出す。ＴＥＤ１２０を通しての熱伝導の方向は、ＴＥＤ１２０のペルチェ素子の両端に印加される電圧の極性により制御し得る。例えば、電圧が正極性で印加される場合、ＴＥＤ１２０は熱を低温側の空気冷却器１３０からヒートシンク１４０に伝導し得る。正極性は、熱電冷却システム１００の冷却モードでのＴＥＤ１２０の標準動作状況で使用し得る。電圧が負極性で印加される場合、ＴＥＤ１２０は熱をヒートシンク１４０から低温側の空気冷却器１３０に伝導し得る。負極性は、熱電冷却システム１００の霜取りモード等でＴＥＤ１２０の代替動作状況で使用し得る。

[0011]冷温側空気冷却器１３０は、熱交換器との熱的接触を介して熱を空気からＴＥＤ１２０に伝導するように動作し得る。冷温側空気冷却器１３０はファン１３５を含み得る。ファン１３５は、軸方向ファン、半径方向ファン、遠心ファン、又は当業者に既知の別の種類のファンを含み得る。ファン１３５の速度、ひいてはファンにより循環する空気流の量は、ファン１３５のモータの駆動に使用される可変制御電力により設定し得る。ファン１３５の速度は、毎分回転数（ｒｍｐ）の単位で測定し得る。ファン１３５は、空気流１７０をチルド区画１１０の内部から冷温側空気冷却器１３０に（図１Ａ）、又はこの逆に（図１Ｂ）、ファンの回転方向（例えば、ファンが時計回りに回転するか、それとも反時計回りに回転するか）に応じて循環させ得る。冷温側空気冷却器１３０は、ＴＥＤ１２０に結合され、熱をファン１３５により循環される空気からＴＥＤ１２０に伝導するように動作する冷板又はフィン等の熱交換器も含み得る。図１Ａに示される実施形態では、熱交換器との熱的接触を介して熱が空気からＴＥＤ１２０に伝導した後、ファン１３５は、空気流１８０を介して空気を冷温側空気冷却器１３０から出し、チルド区画１１０に再び入れ得る。空気流１８０は、冷温側空気冷却器１３０により冷却された後、空気をチルド区画１１０内に案内する冷温側空気冷却器１３０に結合された１つ又は複数のダクト又は他の構造により案内され得る。図１Ｂに示される実施形態では、空気流１８０は、空気をチルド区画１１０から冷温側空気冷却器１３０に案内して、チルド区画１１０に戻る前に冷却するための１つ又は複数のダクト又は他の構造により案内され得る。熱が、熱交換器との熱的接触を介して空気からＴＥＤ１２０に伝導した後、ファン１３５は、空気流１７０を介して空気を冷温側空気冷却器１３０から出し、チルド区画１１０に再び入れ得る。

[0012]ヒートシンク１４０は、ＴＥＤ１２０と熱的に接触し得、熱をＴＥＤ１２０からヒートシンク１４０と熱的に接触して循環する流体冷却剤に伝導するように動作する。流体冷却剤は、水若しくはグリコール／水混合物等の液体冷却剤又は冷たい空気等の気体冷却剤を含み得る。いくつかの実施形態では、航空機等の乗り物の中央液体冷却剤システムにより、流体冷却剤を熱電冷却システム１００に提供し得る。流体冷却剤は、冷却剤入力口１５０を介してヒートシンク１４０に提供され得る。ヒートシンク１４０が、ＴＥＤ１２０と流体冷却剤との間で熱を交換した後、冷却剤出力口１６０を介して流体冷却剤を出力し得る。

[0013]ＴＥＤ制御システム１９０はＴＥＤ１２０に結合して、チルド区画１１０の冷却及び暖房（例えば、霜取り）の際にＴＥＤ１２０の動作を制御し得る。ＴＥＤ制御システム１９０は、ファン１３５及びヒートシンク１４０を通しての流体冷却剤の流れを含め、熱電冷却システム１００の他の構成要素及び側面を制御することもできる。例えば、ヒートシンク１４０を通る流体冷却剤の流れは、冷却剤入力口１５０及び冷却剤出力口１６０に沿って結合された弁を開閉することにより制御し得、ＴＥＤ制御システム１９０は、ファン１３５のモータに提供される電力量を変更することにより、ファン１３５の回転速度を制御し得る。ＴＥＤ制御システム１９０は、プロセッサと、プロセッサにより実行可能であり、熱電冷却システム１００を制御する方法を実行するプログラムを記憶したメモリを含み得る。ＴＥＤ制御システム１９０は、熱電冷却システム１００を制御する方法を実行するフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路、又は他の電子回路を含み得る。ＴＥＤ制御システム１９０は、熱電冷却システム１００内の複数のセンサに通信可能に結合することもでき、それにより、熱電冷却システム１００及び構成要素の性能パラメータの測定に関するセンサデータを受信し得る。ＴＥＤ１２０に関するＴＥＤ制御システム１９０の入／出力及び制御機能について、図３を参照して本明細書においてより詳細に説明する。

[0014]図２は、制御部２１０、電力部２２０、及び熱電素子（ＴＥＤ）部２３０に分割された例示的な熱電冷却システム２００を示す。熱電冷却システム２００は、制御システム１９０及びＴＥＤ１２０の実施形態を含み得る。制御部２１０は、電力部２２０及びＴＥＤ部２３０から電気的に絶縁し得る。電力部２２０及びＴＥＤ部２３０からの制御部２１０の電気的な絶縁は、ＴＥＤ部２３０の高電力切り替えによる電気的な雑音及び過渡が制御部２１０に伝播しないようにし得る。電気的な絶縁は、光遮断器又は他の手段を使用して提供し得る。制御部２１０、電力部２２０、及びＴＥＤ部２３０の構成要素及び動作について、図３を参照してより詳細に説明する。

[0015]図３は、別の例示的な熱電冷却システム３００を示す。熱電冷却システム３００は、熱電冷却システム２００の実施形態を含み得る。熱電冷却システム３００は電力入力３０２を含む。入力３０２は、三相交流（ＡＣ）電力に結合し得る。いくつかの実施形態では、三相ＡＣ電力は８０ＶＡＣ〜１８０ＶＡＣの電圧又は航空機の電力系統で使用され得る他の標準電圧値を有し得る。入力３０２での電力は、航空機発電システムからの電力を含み得る。入力３０２での電力は、フィルタ３０４によりフィルタリングし得る。フィルタ３０４は電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタを含み得る。フィルタ３０４は、安全のために電気ヒューズも含み得る。フィルタ３０４の電力出力は、ＶＤＣ ＢＵＳ１電源３０６及びＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４の両方に配線し得る。いくつかの実施形態では、ＶＤＣ ＢＵＳ１電源３０６は、２８ボルトの直流電流（ＶＤＣ）を供給し得、その一方で、ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４は４８ＶＤＣの電圧を供給し得る。実施形態はこれらの例示的な電圧値に限定されず、他の実施形態では、システム要件又は設計目標に応じて、異なる電圧値を供給し得る。フィルタ３０４からＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４への電力は、制御可能な中継器３１６により選択的に接続又は切断し得る。ＶＤＣ ＢＵＳ１電源３０６を使用して、制御部２１０に対応する熱電冷却システム３００の制御部に給電し得、その一方で、ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４は、電力部２１０に対応し、ＴＥＤ部２３０に対応する熱電素子（ＴＥＤ）への給電にも使用し得る。

[0016]ＶＤＣ ＢＵＳ１電源３０６は、公称２８ボルトで約１００ボルト−アンペア（ＶＡ）の直流電力を出力し得る。ＶＤＣ ＢＵＳ１電源３０６は、制御部２１０に対応する熱電冷却システム３００の電子回路を、ＶＤＣ ＢＵＳ１電源３０６への電気過渡入力に起因する破損から保護する過渡保護も含み得る。電力は、ＶＤＣ ＢＵＳ１電源３０６から入／出力・制御モジュール３０８に出力し得る。制御モジュール３０８は、ＶＤＣ ＢＵＳ１電源３０６からの入力電力を１つ又は複数の異なる電圧に変換し得る。例えば、制御モジュール３０８は、ＶＤＣ ＢＵＳ１電源３０６からの入力電力を５Ｖに変換して、制御モジュール３０８に含まれる電子回路を動作させ得る。

[0017]制御モジュール３０８は、マイクロコントローラ又はプロセッサと、プロセッサにより実行可能であり、熱電冷却システム３００の構成要素を制御するプログラムを記憶した関連する持続性メモリとを含み得る。制御モジュール３０８の構成要素は、１つ又は複数のプリント回路基板に搭載し得る。制御モジュール３０８は、１つ又は複数の様々な調整器、センサインタフェース、ファン制御回路、アナログの離散した入力及び出力、並びにコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスインタフェースも含み得る。制御モジュール３０８は、熱電冷却システム３００に関連する性能測定に対応するデータを入力する様々なセンサに通信可能に結合し得る。電圧センサ３１０及び電流センサ３１２は、ＶＤＣ ＢＵＳ１電源３０６から制御モジュール３０８に出力される電力を測定し得る。電圧センサ３１０及び電流センサ３１２から出力されたセンサデータは、制御モジュール３０８に提供し得る。同様に、電圧センサ３２０は、ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４から出力される電圧を測定し得、別の電圧センサ３４０は、ＴＥＤ部２３０に対応し、複数の熱電素子を含むＴＥＤアレイ３４４に入力される電圧を測定し得る。電圧センサ３２０及び電圧センサ３４０から出力されたセンサデータは、アイソレータ３２２及びアイソレータ３４２のそれぞれを通ってから、制御モジュール３０８に入力し得る。

[0018]制御モジュール３０８は、制御部２１０に関連付けられた追加のセンサからセンサデータを受信することもできる。一連のサーミスタを熱電冷却システム１００に設置して、様々な構成要素又はその付近の温度を測定し得る。温度センサ３７２は、ＴＥＤ１２０の高温側に熱的に結合されたヒートシンク１４０の温板に熱的に結合し得、高温側の温度を測定し得る。温度センサ３７４は、ＴＥＤ１２０の低温側に熱的に結合された冷温側空気冷却器１３０の冷板に熱的に結合され、冷温側の温度を測定し得る。温度センサ３７６は、冷温側空気冷却器１３０を通って循環する供給空気の空気流の温度を測定し得る。温度センサ３７８は、冷温側空気冷却器１３０を通って循環する還気空気流の温度を測定し得る。温度センサ３８６は、冷却剤入力口１５０を通して流入する流体冷却剤の温度を測定し得る。温度センサ３８８は、冷却剤出力口１６０を通して流出する流体冷却剤の温度を測定し得る。

[0019]ファン１３５は、ファン１３５に関連する性能パラメータを測定するいくつかのセンサに動作的に結合し得る。ファン１３５の毎分回転数（ｒｐｍ）をファンｒｐｍセンサにより測定し得る。ファン１３５のｒｐｍはファン１３５を通る空気流に相関付け得る。電圧センサ３８０及び電流センサ３８２は、制御モジュール３０８からファン１３５を駆動するために提供される電力の電圧及び電流のそれぞれを測定し得る。

[0020]センサデータを制御モジュール３０８に入力する熱電冷却システム３００内のセンサから受信するデータを使用して、制御モジュール３０８は、電力部２２０及びＴＥＤ部２３０のそれぞれに対応する電力及び熱電素子を制御し得る。制御モジュール３０８は、ＴＥＤアレイ３４４内の複数の熱電素子が共通の駆動装置３３８により電気的に駆動されるように、ＴＥＤアレイ３４４と直列に電気的に結合された駆動装置３３８を介して、ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４からＴＥＤアレイ３４４に入力される電流を制御し得る。駆動装置３３８は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）／絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）駆動装置を含み得る。駆動装置３３８は温度及び電流から保護され得る。駆動装置３３８は、アイソレータ３３６により制御モジュール３０８から電気的に絶縁し得る。

[0021]ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４からＴＥＤアレイ３４４に入力される電力の電圧極性は、駆動装置３３８と直列に電気的に結合された極性スイッチ３２８を介して制御モジュール３０８により制御し得る。極性スイッチ３２８は機械的スイッチ又は固体状態中継器（ＳＳＲ）を含み得る。極性スイッチ３２８は、制御モジュール３０８から制御信号を遅延させラッチする遅延ラッチ３３０を介して制御し得る。極性スイッチ３２８は、アイソレータ３３２により制御モジュール３０８から電気的に絶縁することもできる。ＴＥＤアレイ３４４の極性は、ＴＥＤアレイ３４４を交互に冷却モード及び霜取りモードにするために逆にし得る。ＴＥＤアレイ３４４が冷却モード（例えば、冷凍モード、冷蔵モード、又は飲料冷却モード）である場合、ＴＥＤアレイ３４４は、熱を冷温側空気冷却器１３０からヒートシンク１４０に伝導することにより、チルド区画１１０を冷却し得る。或いは、ＴＥＤアレイ３４４が霜取りモードである場合、ＴＥＤアレイ３４４は、熱をヒートシンク１４０から冷温側空気冷却器１３０に伝導することによりチルド区画１１０を霜取りし得る。

[0022]制御モジュール３０８が極性スイッチ３２８を設定して、ＴＥＤアレイ３４４が霜取りモードであるようにＴＥＤアレイ３４４の極性を逆にする場合、制御モジュール３０８から出力される電圧制御信号をオーバーライドし、それにより、電圧制御信号が駆動装置３３８を制御しないようにするように、ＮＡＮＤ回路３３４を設定し得る。このようにして、駆動装置３３８は、ＴＥＤアレイ３４４が極性スイッチ３２８により霜取りモードに設定される場合、ＴＥＤアレイ３４４に最大電力を提供するように設定し得、電圧制御信号は、ＴＥＤアレイ３４４が冷却モードである場合、ＴＥＤアレイ３４４の電力レベルを制御するためのみに使用し得る。

[0023]ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４は、公称電圧で、ＴＥＤアレイ３４４の冷却動作に供給するのに十分なアンペア数で直流（ＤＣ）電力を出力し得る。いくつかの実施形態では、ＶＤＣ ＢＵＳ２は、４８ＶＤＣで約７５０ＶＡのＤＣ電力を提供し得るが、冷却システム要件及び設計目標に応じて多くの異なる値を実施し得るため、実施形態はこれらの例示的な電力値及び電圧値に限定されない。ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４は、出力直流電流電力を提供する１８相３６パルス自動変圧整流ユニット（ＡＴＲＵ）又は多相変圧器を含み得る。ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４は、電力部２２０及びＴＥＤ部２３０に対応する熱電冷却システム３００の電子回路を、ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４への電気過渡入力に起因する破損から保護する過渡保護も含み得る。

[0024]ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４の出力は、ＴＥＤアレイ３４４への電力提供に主に使用し得、又はそれのみに使用し得る。ＤＣ／ＤＣ調整回路３２４は、ＴＥＤアレイ３４４へのクリーンな電力の提供に役立つように、ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４から出力される電力を調整し得る。ＤＣ／ＤＣ変換器３２６もＤＣ／ＤＣ調整回路３２４に結合し得る。ＤＣ／ＤＣ変換器３２６は、ある入力電圧（例えば、７５Ｖ）を別の出力電圧（例えば、５Ｖ）に変換する電圧変換比率を有し得る。加えて、手動リセット可能な熱スイッチをＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４及びＴＥＤアレイ３４４に沿って設置して、過熱保護を提供し得る。

[0025]ＴＥＤアレイ３４４は、ＴＥＤアレイ３４４内の熱電素子の直列構成及び並列構成に応じて、様々な電圧（例えば、いくつかの実施形態では、最高で６４ＶＤＣ）での通常動作をサポートし得る。ＴＥＤアレイ３４４は１つ又は複数の熱電素子（ＴＥＤ）を含み得る。ＴＥＤは、第１の群及び第２の群に構成し得、これらの群は互いに並列に電気的に結合され、１つ又は複数のＴＥＤは、第１の群及び第２の群のそれぞれで互いに直接に電気的に接続し得る。例えば、ＴＥＤは、２つ以上のＴＥＤが直列に電気的に結合され、２つ以上のＴＥＤが並列に電気的に結合されるアレイに構成し得る。図３に示されるように、１６個のＴＥＤがアレイに構成され、アレイでは、４つのＴＥＤ群が互いに並列に電気的に結合され、その一方で、これらの４つの群内の４個のＴＥＤは直列に電気的に結合される。特に、ＴＥＤ３４５、３４６、３４７、及び３４８は第１の群内で直列に接続され、ＴＥＤ３４９、３５０、３５１、及び３５２は第２の群内で直列に接続され、ＴＥＤ３５３、３５４、３５５、及び３５６は第３の群内で直列に接続され、ＴＥＤ３５７、３５８、３５９、及び３６０は第４の群内で直列に接続される。第１、第２、第３、及び第４の群は、ＴＥＤアレイ３４４の入力と出力との間に互いに並列に電気的に結合される。様々な実施形態では、当業者が認識するように、ＴＥＤアレイ３４４は、図３に示されるよりも多数又は少数の熱電素子を含み得、熱電素子は、直列又は並列に様々な他の群化で構成し得る。ＴＥＤアレイ３４４内の各ＴＥＤは、ＴＥＤアレイ３４４内でその他のＴＥＤから物理的に離間して、熱伝導の効率を向上させ、又は過熱状況を回避し得る。

[0026]ＴＥＤの第１、第２、第３、及び第４のそれぞれを通る電流は、アイソレータ３７０を介してデータを制御モジュール３０８に提供する電流センサにより測定される。特に、第１の群のＴＥＤを通る電流は電流センサ３６２により測定され、第２の群のＴＥＤを通る電流は電流センサ３６４により測定され、第３の群のＴＥＤを通る電流は電流センサ３６６により測定され、第４の群のＴＥＤを通る電流は電流センサ３６８により測定される。電圧センサ３４０により提供されるＴＥＤアレイ３４４の両端の測定電圧及び電流センサ３６２、３６４、３６６、及び３６８により提供される４つのＴＥＤ群のそれぞれを通る測定電流を使用して、制御モジュール３０８は、ＴＥＤアレイ３４４が使用する合計電力を計算し得る。

[0027]制御モジュール３０８は、中継器３１６を制御して、ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４と電力入力３０２との接続及び切断を行い得る。例えば、熱電冷却システム３００により制御される熱電冷却システムがスタンバイモードであるか、オフになっている場合、又は過電流、過熱等の安全条件により、ＴＥＤアレイ３４４から電力を切断する必要がある場合、制御モジュール３０８は、アイソレータ３１８を介して中継器３１６を制御して、電力入力３０２により提供される電気入力電力からＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４を電気的に切断し得る。制御モジュール３０８は、電力をＴＥＤアレイ３４４に提供すべきであると判断した場合、中継器３１６を制御して、電力入力３０２により提供される電気入力電力にＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４を電気的に接続し得る。

[0028]制御モジュール３０８は、電圧制御、オン／オフ制御、又はパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して、電圧制御信号を出力することによりＴＥＤアレイ３４４の電力を制御し得る。電圧制御は、冷却の所望のレベル又は冷却システムセンサ入力に応答して電圧を非線形又は線形に制御し得る非線形電圧制御並びに線形電圧制御を含み得る。

[0029]可変電圧制御が使用される実施形態では、制御モジュール３０８から出力される電圧制御信号は、公称最高制御電圧値の約０％〜約１００％に変更して、ＴＥＤアレイ３４４の電力を最大電力の約０％〜約１００％に変更し得る。可変電圧制御信号の値は、熱電冷却システム１００内の様々な温度センサ、電流センサ、電圧センサ、及びｒｍｐセンサから制御モジュール３０８で受信されるセンサデータに応答して設定し得る。さらに、可変電圧制御信号の値は、熱電冷却システム１００の設定された動作モード、例えば、冷蔵モード、飲料冷却モード、冷凍モード、又は霜取りモードに従って設定し得る。電圧制御信号の値が増大する場合、ＴＥＤアレイ３４４は、チルド区画１１０への冷却増大を提供し得、電圧制御信号の値が低減する場合、ＴＥＤアレイ３４４はチルド区画１１０への冷却低減を提供し得る。オン／オフ制御が使用される実施形態は、電圧制御信号をオン（最大電力の１００％）及びオフ（最大電力の０％）にしか設定できないことを除き、可変電圧制御が使用される実施形態と同様に動作し得る。

[0030]ＰＷＭ制御が使用される実施形態では、電圧制御信号はＰＷＭ信号であり得、制御モジュール３０８は、ＰＷＭ信号の基礎として約２ｋＨｚよりも大きなパルス周波数を生成し得る。ＰＷＭ信号のデューティサイクルは約０％〜約１００％に変更可能であり、ＴＥＤアレイ３４４の電力を最大電力の約０％〜約１００％に変更される。ＰＷＭ信号のデューティサイクルの値は、熱電冷却システム１００内の様々な温度センサ、電流センサ、電圧センサ、及びｒｐｍセンサから制御モジュール３０８が受信するセンサデータに従って設定し得る。さらに、デューティサイクルの値は、熱電冷却システム１００の設定動作モード、例えば、冷蔵モード、飲料冷却モード、冷凍モード、又は霜取りモードに従って設定し得る。ＰＷＭデューティサイクルが増大する場合、ＴＥＤアレイ３４４はチルド区画１１０に冷却増大を提供し得、ＰＷＭデューティサイクルが低減する場合、ＴＥＤアレイ３４４はチルド区画１１０に冷却低減を提供し得る。

[0031]図４は、熱電冷却システム３００を制御する例示的な方法を示す。図４に示されるステップは、制御モジュール３０８のプロセッサにより実行し得る。ステップは、図示の実施形態では特定の順序で示されるが、ステップを実行し得る順序は図示の実施形態に限定されず、他の実施形態では、ステップは他の順序で実行し得る。加えて、いくつかの実施形態は、示されるすべてのステップを実行しなくてもよく、又は図４に示されていない追加のステップを含んでもよい。

[0032]ステップ４１０において、センサデータが、熱電冷却システム３００の１つ又は複数のセンサから制御モジュール３０８に入力される。センサデータは、熱電冷却システム３００及び構成要素を制御する制御アルゴリズムへの入力として使用し得る。

[0033]ステップ４２０において、必要とされる電圧及び電力が決定される。電圧制御信号パラメータは、少なくとも入力センサデータに基づいて決定し得る。電圧制御信号パラメータは、可変電圧制御システムに印加される最大電圧の割合、ＰＷＭ制御システムでのＰＷＭデューティサイクル、又はオン／オフ電圧制御システムでは電圧制御が「オン」であるか、それとも「オフ」であるかを含み得る。ＰＷＭ制御システムでは、ＰＷＭデューティサイクルは、所定の周波数、例えば、２ｋＨｚ以上を有するパルス列に適用して、ＰＷＭデューティサイクルを有するＰＷＭ信号を生成し得る。

[0034]ステップ４３０において、ステップ４２０において決定された電圧制御信号パラメータを有する電圧制御信号は、駆動装置３３８に送信されて、ＴＥＤアレイ３４４の複数の熱電素子３４５〜３６０による熱伝導を制御する。電圧制御信号は、制御モジュール３０８と駆動装置３３８との間で処理又は論理的に演算され得る。例えば、電圧制御信号は、ＮＡＮＤ回路３３４等の電圧制御信号の経路に沿って制御モジュール３０８と駆動装置３３８との間に配置される構成要素により反転、増幅、フィルタリング、レベルシフト、ラッチ、ブロック、又はオーバーライドし得る。ＴＥＤアレイ３４４は、駆動装置３３８に適用される電圧制御信号のパラメータに比例して、ペルチェ効果を使用して片側から他方の側への熱伝導を実行し得る。

[0035]ステップ４４０において、極性スイッチ信号を極性スイッチ３２８に送信して、ＴＥＤアレイ３４４の複数の熱電素子３４５〜３６０に提供される電力の電圧極性を逆にすることにより、霜取りモードを任意選択的に開始し得る。ステップ４４０において極性を逆にすることにより、ＴＥＤアレイ３４４の複数の熱電素子３４５〜３６０の第１の側から第２の側への熱伝導方向が変更される。極性スイッチ信号は、制御モジュール３０８と極性スイッチ３２８との間で処理又は論理的に演算され得る。加えて、極性スイッチ信号を使用して、電圧制御信号等の別の信号に対して実行される論理演算を制御し得る。

[0036]ステップ４５０において、ファン１３５に提供される電力は、ステップ４１０でのセンサデータ入力の少なくとも１つに基づいて、ファンの速度を制御するように設定される。電圧及び／又は電流は、所望のファン速度に従ってファン１３５に提供される電力を可変制御するように設定し得る。ファンの速度を制御することにより、ファンの空気流も制御される。

[0037]ステップ４６０において、ＶＤＣ ＢＵＳ２電源３１４は、ステップ４１０において入力される少なくともセンサデータに基づいて、中継器３１６を使用して電力入力３０２から切断される。したがって、熱電素子アレイ３４４及び熱電冷却システム３００は、エラー及び過電流又は過熱状況等の安全の問題から保護することができる。

[0038]図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、及び図５Ｆは、熱電冷却システムを制御する別の例示的な方法を示す。以下の説明に与えられるすべての値及び範囲（例えば、電圧値、電流値、温度値、電力位相数、ＴＥＤチャネル数等）は単なる例示であり、いくつかの実施形態では、特許請求の範囲において規定される本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、異なる値を使用し得る。ステップ５０１において、熱電冷却システムを有する熱電冷蔵庫を含むギャレーカートが、ギャレーパネルに挿入される。ステップ５０２において、熱電冷却システムは、大半の機能が非稼働である電源投入前スタンバイモードになる。ステップ５０３において、熱電冷却システムへの入力電力が監視されて、入力電圧レベル及び周波数等の電力特徴が特定される。ステップ５０４において、熱電冷却システムの動作に許容可能な二相電力が利用可能であるか否かが判断される。電圧レベルが、約３６０Ｈｚ〜８００Ｈｚの周波数を有する約８０ＶＡＣ〜１８０ＶＡＣ等の指定された許容範囲内にあり、少なくとも２つの別個の電力位相が利用可能な場合、許容可能な二相電力が利用可能であると判断し得る。許容可能な二相電力が利用可能ではない場合、方法はステップ５０２に戻り得る。許容可能な二相電力が利用可能な場合、方法はステップ５０５に進み得る。ステップ５０５において、ホストマイクロコントローラ（例えば、制御部２１０又は入／出力・制御モジュール３０８内のプロセッサ）が動作を開始する。ステップ５０６において、熱電冷蔵庫の制御パネルの電力ボタンが、押下されて、電源をオンにするまで監視される。電力ボタンの押下が監視された後、方法はステップ５０７に進み、熱電冷却システムは使用可能モードになる。

[0039]ステップ５０８において、三相ＡＣ電力が利用可能ではないと判断される場合、ステップ５０９において、熱電冷却システムへの電圧入力が許容不可能であると判断される（例えば、約８０ＶＡＣ未満又は約１８０ＶＡＣを超える）場合、ステップ５１０において、ＴＥＤアレイ３４４内のＴＥＤ３４５〜３６０の高温側温度が許容不可能であると判断される（例えば、華氏約１８０度を超える）場合、又はステップ５１１において、ＴＥＤアレイ３４４のＴＥＤ３４５〜３６０の電流が許容不可能であると判断される（例えば、約２０アンペアｒｍｓ（Ａｒｍｓ）を超える）場合、方法はステップ５１２において自己保護モードになる。ステップ５１２において入る自己保護モードについては、図５Ｆを参照してさらに説明する。その他の場合、方法は、ステップ５１３においてモード選択に入り、熱電冷却システムの動作モードが設定される。動作モードは、冷凍モード、冷蔵モード、飲料冷却モード、又は本明細書に記載されるこれらのモードの１つの変形であり得る別のモードの１つであり得る。

[0040]ステップ５１３において熱電冷却システムの動作モードが選択された後、ホストマイクロコントローラで実行されて、熱電冷却システムを制御するソフトウェア又はファームウェアがイネーブルされ、ＴＥＤアレイ３４４のＤＣ極性を逆にする極性スイッチ３２８が、ステップ５１４においてディセーブルされる。ステップ５１３において、仮に冷凍モードが選択された場合、方法は次に、図５Ｂを参照してさらに詳細に説明されるステップ５１５の冷凍モードに続く。冷凍モードでは、摂氏−１２度等の冷凍温度設定点を設定し得る。ステップ５１３において、仮に冷蔵モードが選択された場合、方法は次に、ステップ５１６の冷蔵モードに続く。冷蔵モードでは、摂氏４度等の低温であるが、非冷凍温度の設定点を設定し得る。ステップ５１６において冷蔵モードになった後、方法は、図５Ｃを参照してさらに詳細に説明されるステップ５１８の温度制御モードに続く。ステップ５１３において、仮に飲料冷却モードが選択された場合、方法は次に、図５Ｄを参照してさらに詳細に説明されるステップ５１７の飲料冷却モードに続く。飲料冷却モードでは、摂氏８度等の、室温よりも低いが、冷凍モード又は冷蔵モードよりも高い低温設定点を設定し得る。様々な実施形態では、熱電冷却システムは、ステップ５１３において選択し得る追加のモードを有し得、ステップ５１４後に、本明細書に記載したステップ５１５の冷蔵モード、ステップ５１６の冷蔵モード、及びステップ５１７の飲料冷却モードの代わりにその追加のモードに制御権を渡してもよい。そのような追加のモードは異なる温度設定点を有し得る。様々な実施形態では、熱電冷却システムのすべてのモードの温度設定点は、ユーザ設定可能である。

[0041]図５Ｂに示されるように、ステップ５１５において冷凍モードになった後、熱電冷却システムはスタンバイモードになり、ステップ５１９において、回復不可能な故障を監視する。回復不可能な故障が検出される場合、方法は、図５Ｆを参照してさらに説明されるステップ５１２の自己保護モードに進む。その他の場合、方法はステップ５２０に進み、冷却制御弁（ＣＣＶ）が設定される（例えば、１００％開）。ステップ５２１において、ステップ５２０において設定された冷却制御弁による電流フィードバックが測定される。測定可能な電流フィードバックがないか、又は電流値が何らかの指定された最小値未満の場合、方法はステップ５２０に戻り、冷却制御弁を再び設定する。ステップ５２１において測定された電流フィードバックが、１Ａ等の最大値を超える場合、方法は、ステップ５１９において、スタンバイモードに戻る。その他の場合、電流フィードバックが許容範囲内にある場合、方法はステップ５２２に進み、ファン（例えば、ファン１３５）がオンに設定される。

[0042]ファンがオンに設定された後、ステップ５２３において、ファン速度ｒｐｍフィードバックが監視される。測定可能なｒｐｍフィードバックがないと判断される場合、ファンを再開する試みが行われ、ステップ５２４において、試行数がカウントされる。ファン再開試行数が閾値（例えば、５回の再開試行）に等しい場合、方法はステップ５１９のスタンバイモードに戻る。その他の場合、ステップ５２２において、ファンは再びオンに再設定される。ステップ５２３において、ファンからのｒｐｍフィードバックが測定される場合（例えば、ファンｒｐｍセンサ３８４を使用して）、方法はステップ５２５に進み、電流センサ３８２で測定し得るファンの電流が、指定された長時間期間にわたって許容範囲外であるか否かが判断される。例えば、電流が約４秒以上にわたって約４Ａを超える場合、電流が長時間期間にわたって許容範囲外であると判断し得る。ファン電流が長時間期間にわたって許容範囲外である場合、方法はステップ５１９のスタンドバイモードに戻る。長時間期間にわたるファン電流の測定により、ファンが最初にオンになった際のファン電流の初期スパイクを、ファンが適宜動作しているか否かを判断する際に無視することができる。

[0043]ファン電流が、指定された長時間期間にわたって許容範囲から逸脱していない場合、方法はステップ５２６に進み、例えば、駆動装置３３８を介してＴＥＤアレイ３４４を制御する電圧信号が送信される。様々な実施形態では、電圧信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号、線形可変電圧信号、又はオン／オフ電圧信号であり得る。その後、ＴＥＤアレイ３４４の各チャネルの電流が監視され（例えば、電流センサ３６２、３６４、３６６、及び３６８のそれぞれを使用して、チャネル１、２、３、及び４を監視し得る）、ステップ５２７Ａ、５２７Ｂ、５２７Ｃ、及び５２７Ｄのそれぞれにおいて、監視された電流が許容範囲外にあるか否かが判断される。いくつかの実施形態では、電流が本質的にゼロであるか、又は約５Ａｒｍｓを超える場合、測定された電流が許容範囲外であると判断し得る。任意のチャネルで監視された電流が許容範囲外であると判断された場合、方法は、図５Ｆを参照してさらに詳細に説明されるステップ５１２の自己保護モードに進む。電流が許容範囲内にあると判断される場合、方法はステップ５２８に続き、還気温度（例えば、温度センサ３７８により測定される空気流１７０の温度）が許容範囲内にあるか否かが判断される。いくつかの実施形態では、許容範囲は摂氏約−１２度以下であると見なし得る。還気温度が許容範囲内にあると判断されない場合、ＴＥＤアレイ３４４への電圧信号が、ステップ５２９において再び設定され、方法はステップ５２６に戻る。いくつかの実施形態では、ＴＥＤアレイ３４４への電圧信号は最大値に設定されて、熱電冷却システムの温度を冷凍温度設定点まで可能な限り素早く引き下げ得る。還気温度が許容範囲内にあると判断される場合、方法は、図５Ｃを参照してより詳細に説明されるように、ステップ５１８において温度制御モードに進む。

[0044]ステップ５１８において入り、図５Ｃに示される温度制御モードは、ステップ５１３において設定されるモードの温度設定点に従って熱電冷却システムの温度を制御する。例えば、冷凍モード温度設定点は摂氏約−１２度であり得、冷蔵モード温度設定点は摂氏約４度であり得、飲料冷却モード温度設定点は摂氏約８度であり得る。ステップ５１８において温度制御モードになった後、熱電冷却システムはスタンバイモードになり、ステップ５３０において、回復不可能な故障を監視する。回復不可能な故障が検出される場合、方法は、図５Ｆを参照してさらに説明されるステップ５１２の自己保護モードに進む。その他の場合、方法はステップ５３１に進み、冷却制御弁（ＣＣＶ）が設定される（例えば、１００％開）。ステップ５３２において、ステップ５３１において設定された冷却制御弁による電流フィードバックが測定される。測定可能な電流フィードバックがないか、又は電流値が何らかの指定された最小値未満の場合、方法はステップ５３１に戻り、冷却制御弁を再び設定する。ステップ５３２において測定された電流フィードバックが、１Ａ等の最大値を超える場合、方法は、ステップ５３０において、スタンバイモードに戻る。その他の場合、電流フィードバックが許容範囲内にある場合、方法はステップ５３３に進み、ファン（例えば、ファン１３５）がオンに設定される。

[0045]ファンがオンに設定された後、ステップ５３４において、ファン速度ｒｐｍフィードバックが監視される。測定可能なｒｐｍフィードバックがないと判断される場合、ファンを再開する試みが行われ、ステップ５３５において、試行数がカウントされる。ファン再開試行数が閾値（例えば、５回の再開試行）に等しい場合、方法はステップ５３０のスタンバイモードに戻る。その他の場合、ステップ５３３において、ファンは再びオンに再設定される。ステップ５３４において、ファンからのｒｐｍフィードバックが測定される場合（例えば、ファンｒｐｍセンサ３８４を使用して）、方法はステップ５３６に進み、電流センサ３８２で測定し得るファンの電流が、指定された長時間期間にわたって許容範囲外であるか否かが判断される。例えば、電流が約４秒以上にわたって約４Ａを超える場合、電流が長時間期間にわたって許容範囲外であると判断し得る。ファン電流が長時間期間にわたって許容範囲外である場合、方法はステップ５３０のスタンドバイモードに戻る。長時間期間にわたるファン電流の測定により、ファンが最初にオンになった際のファン電流の初期スパイクを、ファンが適宜動作しているか否かを判断する際に無視することができる。

[0046]ファン電流が、指定された長時間期間にわたって許容範囲から逸脱していない場合、方法はステップ５３７に進み、例えば、駆動装置３３８を介してＴＥＤアレイ３４４を制御する電圧信号が送信される。様々な実施形態では、電圧信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号、線形可変電圧信号、又はオン／オフ電圧信号であり得る。その後、ＴＥＤアレイ３４４の各チャネルの電流が監視され（例えば、電流センサ３６２、３６４、３６６、及び３６８のそれぞれを使用して、チャネル１、２、３、及び４を監視し得る）、ステップ５３８Ａ、５３８Ｂ、５３８Ｃ、及び５３８Ｄのそれぞれにおいて、監視された電流が許容範囲外にあるか否かが判断される。いくつかの実施形態では、電流が本質的にゼロであるか、又は約５Ａｒｍｓを超える場合、測定された電流が許容範囲外であると判断し得る。任意のチャネルで監視された電流が許容範囲外であると判断された場合、方法は、図５Ｆを参照してさらに詳細に説明されるステップ５１２の自己保護モードに進む。電流が許容範囲内にあると判断される場合、方法はステップ５３９に続き、霜取りタイマが切れたか否かが判断される。霜取りタイマは、熱電冷却システムが霜取りモードになる頻度、例えば、ある指定された連続動作時間数毎に１回を決める。ステップ５３９において霜取りタイマが切れていない場合、方法はステップ５３７に戻り、電圧信号が引き続き送信されて、ＴＥＤアレイ３４４を制御する。霜取りタイマが切れていると判断された場合、方法は、図５Ｅを参照してより詳細に説明されるステップ５５０の霜取りモードに進む。

[0047]図５Ｄに示されるように、ステップ５１７において飲料冷却モードになった後、熱電冷却システムはスタンバイモードになり、ステップ５４０において、回復不可能な故障を監視する。回復不可能な故障が検出される場合、方法は、図５Ｆを参照してさらに説明されるステップ５１２の自己保護モードに進む。その他の場合、方法はステップ５４１に進み、冷却制御弁（ＣＣＶ）が設定される（例えば、１００％開）。ステップ５４２において、ステップ５４１において設定された冷却制御弁による電流フィードバックが測定される。測定可能な電流フィードバックがないか、又は電流値が何らかの指定された最小値未満の場合、方法はステップ５４１に戻り、冷却制御弁を再び設定する。ステップ５４２において測定された電流フィードバックが、１Ａ等の最大値を超える場合、方法は、ステップ５４０において、スタンバイモードに戻る。その他の場合、電流フィードバックが許容範囲内にある場合、方法はステップ５４３に進み、ファン（例えば、ファン１３５）がオンに設定される。

[0048]ファンがオンに設定された後、ステップ５４４において、ファン速度ｒｐｍフィードバックが監視される。測定可能なｒｐｍフィードバックがないと判断される場合、ファンを再開する試みが行われ、ステップ５４５において、試行数がカウントされる。ファン再開試行数が閾値（例えば、５回の再開試行）に等しい場合、方法はステップ５４０のスタンバイモードに戻る。その他の場合、ステップ５４３において、ファンは再びオンに再設定される。ステップ５４４において、ファンからのｒｐｍフィードバックが測定される場合（例えば、ファンｒｐｍセンサ３８４を使用して）、方法はステップ５４６に進み、電流センサ３８２で測定し得るファンの電流が、指定された長時間期間にわたって許容範囲外であるか否かが判断される。例えば、電流が約４秒以上にわたって約４Ａを超える場合、電流が長時間期間にわたって許容範囲外であると判断し得る。ファン電流が長時間期間にわたって許容範囲外である場合、方法はステップ５４０のスタンドバイモードに戻る。長時間期間にわたるファン電流の測定により、ファンが最初にオンになった際のファン電流の初期スパイクを、ファンが適宜動作しているか否かを判断する際に無視することができる。

[0049]ファン電流が、指定された長時間期間にわたって許容範囲から逸脱していない場合、方法はステップ５４７に進み、例えば、駆動装置３３８を介してＴＥＤアレイ３４４を制御する電圧信号が送信される。様々な実施形態では、電圧信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号、線形可変電圧信号、又はオン／オフ電圧信号であり得る。その後、ＴＥＤアレイ３４４の各チャネルの電流が監視され（例えば、電流センサ３６２、３６４、３６６、及び３６８のそれぞれを使用して、チャネル１、２、３、及び４を監視し得る）、ステップ５４８Ａ、５４８Ｂ、５４８Ｃ、及び５４８Ｄのそれぞれにおいて、監視された電流が許容範囲外にあるか否かが判断される。いくつかの実施形態では、電流が本質的にゼロであるか、又は約５Ａｒｍｓを超える場合、測定された電流が許容範囲外であると判断し得る。任意のチャネルで監視された電流が許容範囲外であると判断された場合、方法は、図５Ｆを参照してさらに詳細に説明されるステップ５１２の自己保護モードに進む。電流が許容範囲内にあると判断される場合、方法はステップ５４９に続き、定義された時間期間が経過したか否かが判断される。いくつかの実施形態では、定義される時間期間は、標準温度制御モードに入る前に飲料冷却モードを安定化するために必要な数分であると見なし得る。定義される時間期間が経過したと判断されない場合、方法はステップ５４７に戻る。定義された時間期間が経過したと判断される場合、方法は、図５Ｃを参照してより詳細に説明されるステップ５１８の温度制御モードに進む。

[0050]図５Ｅに示されるように、ステップ５５０において霜取りモードになった後、熱電冷却システムは、ステップ５５１において、冷却制御弁（ＣＣＶ）をオフに設定する。次に、ステップ５５２において、ファンがオフに設定される。その後、ステップ５５３において、第１のタイマが、切れるまで実行される。いくつかの実施形態では、第１のタイマは、５分後に切れるように設定し得る。第１のタイマが切れた後、ステップ５５４において、温度が低温閾値と比較される。いくつかの実施形態では、低温閾値は、摂氏−１０度等の、冷凍モード温度設定点に近い冷凍温度であり得る。温度がおおよそ、低温閾値を超える場合、方法はステップ５５７に進み、霜取り動作を開始する。温度がおおよそ、低温閾値以下の場合、方法はステップ５５５に進み、第２のタイマが、切れるまで実行される。第２のタイマは、ステップ５５３の第１のタイマよりも長くし得る。例えば、いくつかの実施形態では、第２のタイマは、３０分後に切れるように設定し得、それにより、温度を自然にさらに上昇させる。第２のタイマが切れた後、方法はステップ５５６に進み、温度が高温閾値と比較される。いくつかの実施形態では、高温閾値は、摂氏−３度等の、低温閾値よりも高い冷凍温度であり得る。温度がおおよそ、高温閾値を超える場合、方法はステップ５５７に進み、霜取り動作を開始する。その他の場合、温度がおおよそ、高温閾値以下の場合、方法は、図５Ｃを参照してさらに説明される温度制御モード５１８等の、ステップ５６２において霜取りモードになる前のモードに戻る。

[0051]方法がステップ５５７に進む場合、ＴＥＤアレイ３４４のＤＣ極性は、極性スイッチ３２８を使用して逆になる。その後、ステップ５５８において、例えば、駆動装置３３８を介してＴＥＤアレイ３４４を制御する電圧信号が送信される。様々な実施形態では、電圧信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号、線形可変電圧信号、又はオン／オフ電圧信号であり得る。次に、ＴＥＤアレイ３４４の各チャネルの電流が監視され（例えば、電流センサ３６２、３６４、３６６、及び３６８のそれぞれを使用して、チャネル１、２、３、及び４を監視し得る）、ステップ５５９Ａ、５５９Ｂ、５５９Ｃ、及び５５９Ｄのそれぞれにおいて、監視された電流が許容範囲外にあるか否かが判断される。いくつかの実施形態では、電流が本質的にゼロであるか、又は約５Ａｒｍｓを超える場合、測定された電流が許容範囲外であると判断し得る。任意のチャネルで監視された電流が許容範囲外であると判断された場合、方法は、図５Ｆを参照してさらに詳細に説明されるステップ５１２の自己保護モードに進む。電流が許容範囲内にあると判断される場合、方法はステップ５６０に続き、還気温度が所定の霜取り完了温度（例えば、摂氏１度）に達したか否か、又は霜取りサイクル時間（例えば、４５分）が切れたか否かが判断される。定義された温度に達したと判断されず、定義された時間期間が経過したと判断されない場合、方法はステップ５５８に戻る。その他の場合、ステップ５６１において、極性スイッチ３２８を使用するＴＥＤアレイ３４４のＤＣ極性の反転がディセーブルされ、方法は、ステップ５６２において、図５Ｃを参照してより詳細に説明されるステップ５１８の温度制御モード等の前のモードに戻る。

[0052]図５Ｆを参照して説明されるステップ５１２において入る自己保護モード中、検出された各故障状況がホストマイクロコントローラに報告される。自己保護モードになった後、ステップ５７０において、スタンバイ状態で、故障が回復可能であるか否かに関して判断される。故障が回復不可能であると判断される場合、ステップ５７１において、熱電冷却システムはシャットダウンされる。その他の場合、測定と許容値との一連の比較が行われて、熱電冷却システムが、後述するように、自己保護モードになる直前のモードで動作を再開できるか否かが判断される。任意の測定が許容不可能であると判断される場合、ステップ５７０において、方法はスタンバイモードに戻り、故障が回復可能であるか否かが判断される。ステップ５７２において、ＴＥＤアレイ３４４のＴＥＤ３４５〜３６０の高温側温度が許容されるか否かが判断される。ＴＥＤの高温側の許容温度はおおよそ摂氏８２度以下であり得る。ステップ５７３において、電力の３つすべての位相が存在するか否かが判断される。ステップ５７４において、熱電冷却システムへの電圧入力が許容されるか否かが判断される。許容される電圧入力は、約８０ＶＡＣ〜１８０ＶＡＣであり得る。ステップ５７５において、冷却剤流入口でのプロピレングリコール及び水（ＰＧＷ）温度（例えば、温度センサ３８６により測定される冷却剤入力口１５０での液体流入口温度）が許容されるか否かが判断される。液体流入口温度は、約摂氏−２度以下の場合に許容されると見なし得る。ステップ５７６において、ＴＥＤアレイ３４４内のＴＥＤ３４５〜３６０の合計電流が許容されるか否かが判断される。合計ＴＥＤ電流は、約２０Ａｒｍｓ未満の場合に許容されると見なし得る。自己保護モードでのすべての測定が許容される場合、ステップ５７７において、方法は、自己保護モードになる前の熱電冷却システムのモードに戻る。例えば、方法は、ステップ５０７の使用可能モード、ステップ５１９の冷凍スタンバイモード、ステップ５１６の冷凍電圧−ＴＥＤモード、ステップ５３０の温度制御スタンバイモード、ステップ５３７の温度制御電圧−ＴＥＤモード、ステップ５４０の飲料冷却スタンバイモード、ステップ５４７の飲料冷却電圧−ＴＥＤモード、又はステップ５５８の霜取り電圧−ＴＥＤモードに戻り得る。

[0053]本明細書に記載の制御システムの機能は、コントローラのプロセッサが読み取り実行し得る持続性記憶媒体に記憶されたソフトウェアプログラムの命令に従って、コントローラにより制御し得る。ソフトウェアプログラムは、コンピュータプログラミング言語（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋等）で書かれ、クロスコンパイルされてコントローラのプロセッサで実行し得る。記憶媒体の例としては、磁気記憶媒体（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、又は磁気テープ）、光学記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ又はデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ））、及び電子記憶媒体（例えば、集積回路（ＩＣ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はフラッシュメモリ）が挙げられる。記憶媒体は、ネットワーク結合されたコンピュータシステムを介して配信することもでき、それにより、プログラム命令は分散して記憶され実行される。

[0054]実施形態は、機能ブロック構成要素及び様々な処理ステップに関して説明し得る。そのような機能ブロックは、指定された機能を実行するように構成された任意の数のハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素で実現し得る。例えば、実施形態は、１つ又は複数のマイクロプロセッサ又は他の制御装置の制御下で様々な機能を実行し得る様々な集積回路構成要素、例えば、メモリ要素、処理要素、論理要素、ルックアップテーブル等を利用し得る。同様に、実施形態の要素がソフトウェアプログラミング又はソフトウェア要素を使用して実施される場合、実施形態は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、アセンブラ等の任意にプログラミング言語又はスクリプト言語を用いて実施し得、様々なアルゴリズムが、データ構造、オブジェクト、プロセス、ルーチン、又は他のプログラミング要素の任意の組み合わせを用いて実施される。さらに、実施形態は、電子構成、信号処理及び／又は制御、データ処理等の任意の数の従来の技法を利用することができる。メカニズムという言葉は広義で使用され、機械的又は物理的な実施形態に限定されず、プロセッサと組み合わせたソフトウェアルーチン等を含むことができる。

[0055]本明細書に示され説明される特定の実施形態は、実施形態の説明のための例であり、本発明の範囲を限定する意図は決してない。簡潔にするために、従来の電子回路、制御システム、ソフトウェア開発、及びシステムの他の機能側面（及びシステムの個々の動作構成要素の構成要素）については、詳細に説明しないことがある。さらに、提示される様々な図に示される接続線又はコネクタは、例示的な機能関係及び／又は様々な要素の物理的若しくは論理的結合を表すことを意図する。多くの代替又は追加の機能的関係、物理的接続、又は論理的接続が実際の装置に存在し得ることに留意されたい。本明細書において提供されるありとあらゆる例又は例示的な言葉（例えば「等」）の使用は、単に実施形態をよりよく照らすことを目的とし、特許請求されない限り、本発明の範囲に限定を課さない。さらに、要素が特に「必須」又は「極めて重要」であるものとして説明されない限り、いかなる物品又は構成要素も本発明の実施に必須であるわけではない。

[0056]これらの実施形態は図を参照して説明されるが、説明される方法及び又は特定の構造の変更又は適合が当業者には明らかになり得る。実施形態の教示による、このような教示を当分野を進歩させたそのようなすべての変更、適合、又は変形は、本発明の趣旨及び範囲内にあるとみなされる。したがって、これらの説明及び図面は、本発明は決して示される実施形態のみに限定されないと理解されるため、限定の意味で見なされるべきではない。

[0057]本明細書において使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語が、当分野のオープンエンド形式の用語として読まれることが特に意図されることが認識されよう。実施形態を説明する文脈（特に以下の特許請求の文脈の中）での単数形（「ａ」、「ａｎｄ」、及び「ｔｈｅ」）並びに同様の言及は、単数形及び複数の両方を包含するものとして解釈されたい。さらに、本明細書での値の範囲の記述は単に、本明細書において別段のことが示されない限り、範囲内にある個々の各値を個々に言及する省略方法としての役割を果たすことが意図され、別個の各値は、まるで本明細書において個々に言及されているかのように本明細書に組み込まれる。最後に、本明細書に記載されたすべての方法のステップは、本明細書において別段のことが示されない限り、又は文脈により明らかに矛盾しない限り、任意の適した順序で実行することができる。

Claims (17)

1. 乗り物の熱電冷却システムであって、
   電源と直列に電気的に結合された第１の複数の熱電素子と、
   直列に電気的に結合された第２の複数の熱電素子であって、前記第１及び第２の複数の熱電素子は互いに並列に電気的に結合される、第２の複数の熱電素子と、
   前記第１及び第２の複数の熱電素子の第１の側に結合された冷板であって、前記冷板に熱的に接触する空気から前記第１及び第２の複数の熱電素子に熱を伝導するように動作する冷板と、
   前記第１及び第２の複数の熱電素子の第２の側に結合され、かつ、前記乗り物の中央液体冷却剤システムに結合されたヒートシンクであって、前記中央液体冷却剤システムによって冷却された液体冷却剤を前記ヒートシンクを通じて循環させ、かつ、前記第２の側から、前記ヒートシンクと熱的に接触する前記液体冷却剤に熱を伝導するように動作するヒートシンクと、
   一方の側では電源との間に、他方の側では前記第１及び第２の複数の熱電素子との間に直列に電気的に結合された駆動装置であって、電圧制御信号に従って前記電源から前記第１及び第２の複数の熱電素子に提供される電力量を制御するように動作する、駆動装置と、
   前記第１及び第２の複数の熱電素子のうちの少なくとも１つの性能パラメータを測定するセンサと、
   プロセッサと、前記プロセッサにより実行可能なプログラムを記憶した持続性メモリと、を含むコントローラであって、多相ＡＣ電力が前記乗り物の入力電源で利用可能であるとの決定に応答して、
   前記センサからセンサデータを受信し、
   前記センサデータに基づいて前記電圧制御信号のパラメータを決定し、
   前記電圧制御信号を前記駆動装置に送信するように構成されたコントローラと、を備える、熱電冷却システム。
2. 前記電圧制御信号は線形可変電圧制御信号であり、前記可変電圧制御信号の前記パラメータは前記可変電圧制御信号の最大電圧の割合である、請求項１に記載の熱電冷却システム。
3. 前記電圧制御信号はパルス幅変調信号であり、前記電圧制御信号の前記パラメータはパルス幅変調デューティサイクルである、請求項１に記載の熱電冷却システム。
4. 前記センサは、前記第１の複数の熱電素子を通る電流を測定する第１の電流センサと、前記第２の複数の熱電素子を通る電流を測定する第２の電流センサと、を含む、請求項１に記載の熱電冷却システム。
5. 前記センサは、前記第１及び第２の複数の熱電素子に入力される電圧を測定する第１の電圧センサを含む、請求項１に記載の熱電冷却システム。
6. 前記センサは、前記第１及び第２の複数の熱電素子のうちの少なくとも１つの第１の側の温度を測定する第１の温度センサと、前記第１及び第２の複数の熱電素子のうちの少なくとも１つの第２の側の温度を測定する第２の温度センサと、を含む、請求項１に記載の熱電冷却システム。
7. 前記センサは、前記ヒートシンクに熱的に接触する前記液体冷却剤の温度を測定する流体温度センサを含む、請求項１に記載の熱電冷却システム。
8. 前記駆動装置に直列に電気的に結合された極性スイッチをさらに備え、前記コントローラにより実行される方法は、極性スイッチ信号を前記極性スイッチに送信し、前記第１及び第２の複数の熱電素子に提供される電力の電圧極性を逆にし、前記第１及び第２の複数の熱電素子の前記第１の側と前記第２の側との間での熱伝導方向を変更することをさらに含む、請求項１に記載の熱電冷却システム。
9. 前記コントローラは、前記第１及び第２の複数の熱電素子並びに前記電源から電気的に絶縁される、請求項１に記載の熱電冷却システム。
10. 前記冷板との熱的接触とチルド区画との間で空気を循環させるように動作するファンと、
    前記ファンの単位時間当たりの回転数を測定する回転速度センサと、をさらに備え、前記コントローラにより実行される方法は、
    前記回転速度センサから回転速度センサデータを受信することと、
    前記センサデータ及び前記回転速度センサデータのうちの少なくとも一方に基づいて前記ファンに提供される電力を設定して前記ファンの速度を制御することと、をさらに含む、請求項１に記載の熱電冷却システム。
11. 前記冷板との熱的接触とチルド区画との間で空気を循環させるように動作するファンと、
    循環した前記空気の空気流の温度を測定する温度センサと、をさらに備え、前記コントローラにより実行される方法は、
    前記温度センサから温度センサデータを受信することと、
    前記センサデータ及び前記温度センサデータのうちの少なくとも一方に基づいて前記ファンに提供される電力を設定して前記ファンの速度を制御することと、をさらに含む、請求項１に記載の熱電冷却システム。
12. 乗り物の熱電冷蔵庫であって、
    食料又は飲料を周囲空気温度未満の温度に保持するチルド区画と、
    互いに並列に電気的に結合された複数の熱電素子であって、低温側及び高温側を有する複数の熱電素子と、
    前記複数の熱電素子の前記低温側との熱的接触と、前記チルド区画の内部との間で空気を循環させるファンであって、可変制御される電力により駆動されるファンと、
    前記複数の熱電素子の前記高温側と熱的に接触するヒートシンクであって、前記乗り物の中央液体冷却剤システムに結合され、前記中央液体冷却剤システムによって冷却された液体冷却剤を前記ヒートシンクを通じて循環させ、かつ、前記複数の熱電素子の前記高温側と、前記複数の熱電素子に熱的に接触して循環する前記液体冷却剤との間で熱を伝導させるヒートシンクと、
    前記複数の熱電素子に電気的に結合された熱電素子電源であって、前記乗り物の入力電源からの多相ＡＣ電力をＤＣ電力に変換して前記複数の熱電素子を駆動する熱電素子電源と、
    コントローラに電気的に結合された制御システム電源であって、前記複数の熱電素子から電気的に絶縁され、前記入力電源からの電力を変換して前記コントローラに給電する制御システム電源と、
    前記複数の熱電素子と直列に電気的に結合された駆動装置であって、熱電素子駆動信号に応答して前記熱電素子電源の入力から前記複数の熱電素子への電流を制御する駆動装置と、
    前記複数の熱電素子のうちの少なくとも１つに電気的に結合された電流センサであって、当該電流センサを通る電流を測定する電流センサと、
    前記複数の熱電素子に電気的に結合され、前記複数の熱電素子に入力される電圧を測定する電圧センサと、
    前記複数の熱電素子のうちの少なくとも１つの片側に熱的に結合され、前記複数の熱電素子のうちの少なくとも１つの前記片側の温度を測定する熱電素子温度センサと、
    前記複数の熱電素子の低温側と熱的に接触して循環する空気の温度を測定する循環空気温度センサと、
    前記複数の熱電素子の高温側で前記ヒートシンクと熱的に接触して循環する前記液体冷却剤の温度を測定する液体冷却剤温度センサと、
    プロセッサと、前記プロセッサにより実行可能なプログラムであって、前記熱電冷蔵庫を制御する方法を実行するプログラムを記憶した持続性メモリと、を含むコントローラと、を備え、前記方法は、
    多相ＡＣ電力が前記入力電源で利用可能であるかどうかを決定することと、
    前記電流センサ、前記電圧センサ、及び前記温度センサを含む複数のセンサからセンサデータを受信することと、
    少なくとも前記センサデータに基づいて、熱電素子駆動信号のパラメータを決定することと、
    前記パラメータを有する前記熱電素子駆動信号を前記駆動装置に送信することと、
    前記センサデータに基づいて前記ファンを駆動する可変制御電力を設定することと、を含む、熱電冷蔵庫。
13. 前記熱電素子駆動信号は線形可変電圧信号であり、前記熱電素子駆動信号の前記パラメータは前記熱電素子駆動信号の最大電圧の割合である、請求項１２に記載の熱電冷蔵庫。
14. 前記熱電素子駆動信号はパルス幅変調信号であり、前記熱電素子駆動信号の前記パラメータはパルス幅変調デューティサイクルである、請求項１２に記載の熱電冷蔵庫。
15. 互いに並列に電気的に結合された前記複数の熱電素子の各々は、互いに直列に電気的に結合された複数の熱電素子を含む、請求項１２に記載の熱電冷蔵庫。
16. 前記駆動装置に直列に電気的に結合され、熱電素子極性信号に応答して前記複数の熱電素子の電圧極性を制御する極性スイッチをさらに備え、前記コントローラにより実行される方法は、前記熱電冷蔵庫の霜取りモードがアクティブであるかどうかに基づいて前記熱電素子極性信号を送信することをさらに含む、請求項１２に記載の熱電冷蔵庫。
17. 前記コントローラにより実行される方法は、少なくとも前記センサデータに基づいて前記熱電素子電源を前記電力入力から切断することをさらに含む、請求項１２に記載の熱電冷蔵庫。