DE102016104163A1

DE102016104163A1 - Passively cooled vehicle components

Info

Publication number: DE102016104163A1
Application number: DE102016104163.7A
Authority: DE
Inventors: Bekim Basha
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Anzahl Komponenten, wobei mindestens eine Komponente der Anzahl Komponenten des Fahrzeugs zumindest teilweise mit einem Material umgeben ist, mittels dessen auf das Material auftreffende Strahlung zumindest teilweise in Infrarotstrahlung umzuwandeln und in eine Umgebung abzustrahlen ist.The present invention relates to a vehicle with a number of components, wherein at least one component of the number of components of the vehicle is at least partially surrounded by a material, by means of which the radiation impinging on the material is at least partially converted into infrared radiation and emitted into an environment.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum passiven Kühlen mindestens einer Komponente des Fahrzeugs. The present invention relates to a vehicle and to a method for passively cooling at least one component of the vehicle.

Durch Wärmeenergie, die bspw. aus einer Umgebung auf ein Fahrzeug einwirkt oder von einem Antrieb des Fahrzeugs erzeugt wird, kommt es zu einer Erwärmung des Fahrzeugs. Insbesondere bei starker Sonneneinstrahlung können sich Komponenten im Innenraum eines geschlossenen Fahrzeugs so stark erwärmen, dass ein Nutzer, der mit derart erwärmten Komponenten in Kontakt tritt, Schmerzen empfindet und einen Gebrauch des Fahrzeugs unterlassen muss. Um ein Fahrzeug wieder abzukühlen und, dadurch bedingt, einem jeweiligen Nutzer ein komfortables Klima beim Nutzen des Fahrzeugs bereitzustellen, werden Klimaanlagen verwendet, die in der Regel einen hohen Energiebedarf haben. By thermal energy, for example, from an environment acting on a vehicle or generated by a drive of the vehicle, there is a heating of the vehicle. In particular, in strong sunlight, components in the interior of a closed vehicle can heat up so much that a user who comes into contact with such heated components, feels pain and must refrain from using the vehicle. In order to cool down a vehicle again and, as a result, to provide a respective user with a comfortable climate when using the vehicle, air conditioning systems are used which generally have a high energy requirement.

Zur Reduktion einer Wärmebelastung für Nutzer eines Fahrzeugs sind in der europäischen Druckschrift EP 0 581 126 A1 Maßnahmen zur Klimakontrolle im Fahrzeug auf passivem Wege offenbart. Dazu ist vorgesehen, dass bspw. Scheiben mit einer niedrig emitierenden transparenten Beschichtung versehen werden, um eine Rückstrahlung in einen Innenraum eines jeweiligen Fahrzeugs zu vermeiden. To reduce a heat load for users of a vehicle are in the European publication EP 0 581 126 A1 Measures for climate control in the vehicle revealed by passive means. For this purpose, it is provided that, for example, panes are provided with a low-emitting transparent coating in order to avoid re-radiation into an interior of a respective vehicle.

Aus der US-amerikanischen Druckschrift US 2015/0146286 A1 ist eine Scheibe, bestehend aus mindestens einem Substrat und einer Wärmestrahlung reflektierenden Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrats bekannt. Die Beschichtung auf dem Substrat besteht dabei aus zumindest einer Haftschicht, einer funktionellen Schicht mit einem elektrisch leitfähigen Oxid, einer dielektrischen Barriereschicht oberhalb der funktionellen Schicht zur Regulierung der Sauerstoffdiffusion und einer Antireflexionsschicht oberhalb der Barriereschicht. From the US-American publication US 2015/0146286 A1 is a disc consisting of at least one substrate and a heat radiation reflective coating on a surface of the substrate known. The coating on the substrate consists of at least one adhesion layer, a functional layer with an electrically conductive oxide, a dielectric barrier layer above the functional layer for regulating the oxygen diffusion and an antireflection layer above the barrier layer.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorgestellten Erfindung, einen Energiebedarf zum Kühlen von Komponenten eines Fahrzeugs zu reduzieren. Against this background, it is an object of the present invention to reduce an energy requirement for cooling components of a vehicle.

Es wird somit ein Fahrzeug mit einer Anzahl Komponenten vorgestellt, wobei mindestens eine Komponente der Anzahl Komponenten des Fahrzeugs zumindest teilweise mit einem Material beschichtet ist, mittels dessen auf das Material auftreffende Strahlung zumindest teilweise in Infrarotstrahlung umzuwandeln und in eine Umgebung abzustrahlen ist. Thus, a vehicle with a number of components is presented, wherein at least one component of the number of components of the vehicle is at least partially coated with a material, by means of which the radiation impinging on the material is at least partially converted into infrared radiation and emitted into an environment.

Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen. Embodiments result from the description and the dependent claims.

Das vorgestellte Fahrzeug zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es Komponenten umfasst, die mit einem Material umgeben bzw. beschichtet sind, mittels dessen auf das Material auftreffende Strahlung zumindest teilweise in Infrarotstrahlung umzuwandeln und in eine Umgebung abzustrahlen ist. Das erfindungsgemäß vorgesehene Material ermöglicht durch die zumindest teilweise Umwandlung von ankommender Strahlung, wie bspw. Wärmestrahlung in Infrarotstrahlung ein passives Kühlen, d. h. ein Kühlen des Fahrzeugs ohne aktiven Verbrauch von Energie, wie es bspw. bei Klimaanlagen der Fall ist, da die Infrarotstrahlung im Gegensatz zu kurzwelligerer Wärmestrahlung das Fahrzeug aufgrund ihrer langwelligen Eigenschaften besonders leicht verlassen kann bzw. in eine Umgebung des Fahrzeugs abgestrahlt werden kann. Dies bedeutet, dass ein jeweiliger in Infrarotstrahlung umgewandelter Anteil jeweiliger auf eine mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Material umgebene Komponente auftreffender Strahlung aus dem Fahrzeug in eine aktuelle Umgebung des Fahrzeugs abgestrahlt werden kann und das Fahrzeug somit nicht oder nur in geringem Maße aufheizt. The presented vehicle is characterized in particular by comprising components which are surrounded or coated with a material, by means of which the radiation striking the material is at least partially converted into infrared radiation and emitted into an environment. The inventively provided material allows by the at least partial conversion of incoming radiation, such as. Thermal radiation in infrared radiation, a passive cooling, d. H. Cooling of the vehicle without active consumption of energy, as is the case for example with air conditioning systems, since the infrared radiation, in contrast to short-wave heat radiation can leave the vehicle particularly easily due to their long-wave properties and can be radiated into an environment of the vehicle. This means that a respective fraction of respective radiation converted into infrared radiation onto a radiation impinging on a component surrounded by the material provided according to the invention can be radiated out of the vehicle into an up-to-date environment of the vehicle and thus does not or only to a limited extent heat the vehicle.

Durch die Umwandlung von Strahlung, insbesondere kurzwelliger Wärmestrahlung, in Infrarotstrahlung, wird ein Energietransfer von einer mit dem erfindungsgemäßen Material umgebenen Komponente eines Fahrzeugs in eine Umgebung der Komponente gegenüber einer mit einem Material gemäß dem Stand der Technik umgebenen Komponente erhöht, so dass die mit dem erfindungsgemäßen Material umgebene Komponente gegenüber einer Beschichtung gemäß dem Stand der Technik weniger Wärmeenergie speichert und entsprechend kälter als nicht mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Material umgebene Komponenten ist. By converting radiation, in particular short-wave thermal radiation, into infrared radiation, an energy transfer from a component of a vehicle surrounded by the material according to the invention into an environment of the component is increased compared with a component surrounded by a material according to the prior art, so that the with the Material according to the invention surrounded component compared to a coating according to the prior art stores less heat energy and is correspondingly colder than not surrounded with the inventively provided material components.

In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Fahrzeugs ist vorgesehen, dass das Material eine Mischung aus Silizium- und Hafniumdioxid ist, das insbesondere als mehrlagige Schicht bzw. Beschichtung auf die mindestens eine Komponente aufzubringen ist bzw. aufgetragen ist. In one possible embodiment of the presented vehicle, it is provided that the material is a mixture of silicon and hafnium dioxide, which is to be applied or applied to the at least one component in particular as a multilayer coating or coating.

Es hat sich herausgestellt, dass sich eine Mischung aus Silizium- und Hafniumdioxid besonders vorteilhaft als erfindungsgemäß vorgesehenes Material eignet, da eine derartige Mischung durch eine besonders hohe Transferrate von allgemeiner Wärmestrahlung, d. h. kurzwelliger und besonders langwelliger Wärmestrahlung, in Infrarotstrahlung gekennzeichnet ist. Dies bedeutet, dass eine Mischung aus Silizium- und Hafniumdioxid sich gegenüber traditionellen Materialien weniger stark erwärmt und entsprechend weniger stark aktiv gekühlt werden muss. It has been found that a mixture of silicon and hafnium dioxide is particularly advantageously suitable as inventively provided material, since such a mixture by a particularly high transfer rate of general heat radiation, d. H. short-wave and particularly long-wave heat radiation, characterized in infrared radiation. This means that a mixture of silicon and hafnium dioxide has to be heated less than traditional materials and correspondingly less active cooling must be.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Fahrzeugs ist vorgesehen, dass das Fahrzeug zumindest teilweise für Infrarotstrahlung durchlässig ist, so dass von dem Material abzustrahlende Infrarotstrahlung in eine Umgebung des Fahrzeugs abzustrahlen ist. In a further possible embodiment of the presented vehicle is provided that the vehicle is at least partially transparent to infrared radiation so that infrared radiation to be radiated from the material is to be radiated into an environment of the vehicle.

Um die durch die mit dem erfindungsgemäßen Material umgebene Komponente in Infrarotstrahlung umgewandelte und in eine Umgebung abgestrahlte Wärmeenergie aus dem Fahrzeug zu transferieren und ein Aufheizen des Fahrzeugs zu verhindern, ist vorgesehen, dass das Fahrzeug zumindest teilweise durchlässig für Strahlung, die von dem erfindungsgemäß vorgesehenen Material abgestrahlt wird, insbesondere für Infrarotstrahlung, ist. In order to transfer the heat energy converted by the component surrounded by the material according to the invention into infrared radiation and emitted into an environment from the vehicle and to prevent heating of the vehicle, it is provided that the vehicle is at least partially permeable to radiation emitted by the material provided according to the invention is emitted, in particular for infrared radiation, is.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die mindestens eine Komponente eine Komponente der folgenden Liste an Komponenten ist: Antriebskomponente, Klimatisierungskomponente, insbesondere Verdampfer einer Klimaanlage, Fahrwerkskomponente, Interieurkomponente und Exterieurkomponente. In a further possible embodiment of the presented vehicle, it is provided that the at least one component is a component of the following list of components: drive component, air conditioning component, in particular evaporator of an air conditioning system, chassis component, interior component and exterior component.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Material eignet sich zur passiven Kühlung einer Vielzahl von Komponenten. Insbesondere ist denkbar, das erfindungsgemäß vorgesehene Material auf Komponenten aufzubringen, die sich beim Betrieb erwärmen. Entsprechend ist insbesondere vorgesehen, Antriebskomponenten oder Wärmetauscher mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Material zu umgeben bzw. zu behandeln. Durch ein besonders effizientes Abführen von Wärmeenergie aus einer jeweiligen Komponente mittels des erfindungsgemäß vorgesehenen Materials kann die jeweilige Komponente ggf. stärker belastet werden, da thermische Materialtoleranzen weniger schnell erreicht werden. The inventively provided material is suitable for passive cooling of a variety of components. In particular, it is conceivable to apply the inventively provided material to components that heat up during operation. Accordingly, it is provided in particular to surround or treat drive components or heat exchangers with the material provided according to the invention. By a particularly efficient removal of heat energy from a respective component by means of the material provided according to the invention, the respective component may possibly be more heavily loaded, since thermal material tolerances are achieved less quickly.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum passiven Kühlen mindestens einer Komponente eines Fahrzeugs, wobei die mindestens eine Komponente des Fahrzeugs zumindest teilweise mit einem Material umgeben wird, mittels dessen auf das Material auftreffende Strahlung zumindest teilweise in Infrarotstrahlung umgewandelt und in eine Umgebung abgestrahlt wird. Furthermore, the present invention relates to a method for passive cooling of at least one component of a vehicle, wherein the at least one component of the vehicle is at least partially surrounded by a material, by means of which the radiation impinging on the material is at least partially converted into infrared radiation and emitted into an environment.

Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Bereitstellen des vorgestellten Fahrzeugs. The presented method is used in particular for providing the presented vehicle.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben. The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described schematically and in detail with reference to the drawings.

1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Fahrzeugs. 1 shows a possible embodiment of the presented vehicle.

2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung einer Komponente des Fahrzeugs aus 1. 2 shows a possible embodiment of a component of the vehicle 1 ,

3 zeigt eine mögliche Ausgestaltung einer weiteren Komponente des Fahrzeugs aus 1. 3 shows a possible embodiment of another component of the vehicle 1 ,

In 1 ist ein Innenraum eines Fahrzeugs 1 dargestellt, in dem verschiedene Komponenten 3, wie bspw. eine Armaturentafel, ein Lenkrad, ein Fahrersitz und verschiedene Oberflächenverkleidungen angeordnet sind. Die Komponenten 3 sind zumindest teilweise mit einem Material umgeben bzw. beschichtet, das auf die Komponenten 3 einfallende Strahlung, insbesondere kurzwellige Wärmestrahlung zumindest teilweise in Infrarotstrahlung umwandelt und die Infrarotstrahlung anschließend abstrahlt. Durch die Umwandlung insbesondere der kurzwelligen Wärmestrahlung in Infrarotstrahlung kann ein Erwärmen der Komponenten 3 gegenüber traditionellen Komponenten reduziert werden, so dass die Komponenten 3 gegenüber Komponenten gemäß dem Stand der Technik unter Einwirkung von Wärmestrahlung kälter bleiben und entsprechend weniger Energie zum Kühlen der Komponenten 3 erforderlich ist. In 1 is an interior of a vehicle 1 shown in the various components 3 how, for example, a dashboard, a steering wheel, a driver's seat and various surface panels are arranged. The components 3 are at least partially surrounded or coated with a material that on the components 3 incident radiation, in particular short-wave thermal radiation at least partially converts to infrared radiation and then emits the infrared radiation. By converting in particular the short-wave heat radiation in infrared radiation, heating of the components 3 be reduced compared to traditional components, so the components 3 remain colder compared to components according to the prior art under the action of heat radiation and correspondingly less energy for cooling the components 3 is required.

Da die Komponenten 3 vermehrt Infrarotstrahlung abstrahlen, kann es vorkommen, dass sich der Innenraum des Fahrzeugs 3 durch die abgestrahlten Infrarotstrahlen erwärmt. Um eine derartige Erwärmung zu verhindern, umfasst das Fahrzeug 1 Teile 5, wie bspw. Scheiben, die derart ausgestaltet sind, dass diese eine besonders hohe Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung aufweisen, so dass in jeweiligen Infrarotstrahlen gespeicherte Wärmeenergie aus dem Fahrzeug 1 abgeführt werden kann. Because the components 3 Increasingly emit infrared radiation, it may happen that the interior of the vehicle 3 heated by the radiated infrared rays. To prevent such heating, the vehicle includes 1 parts 5 such as discs, which are designed such that they have a particularly high permeability to infrared radiation, so that stored in respective infrared rays heat energy from the vehicle 1 can be dissipated.

In 2 ist ein Verdampfer 7 einer Klimaanlage des Fahrzeugs 1 dargestellt. Der Verdampfer 7 wurde an einer Oberfläche 9 teilweise mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Material beschichtet, so dass gegenüber dem Stand der Technik weniger Wärmeeintrag aus der Umgebung in den Verdampfer 7 erfolgt und der Verdampfer 7 mehr Energie zum Erzeugen von gekühlter Luft verwenden kann. Entsprechend ist der Verdampfer 7 gegenüber dem Stand der Technik durch eine höhere Kühlkapazität und einen energetisch effizienteren Betrieb gekennzeichnet. In 2 is an evaporator 7 an air conditioning system of the vehicle 1 shown. The evaporator 7 was on a surface 9 partially coated with the material provided according to the invention, so that compared to the prior art less heat input from the environment in the evaporator 7 done and the evaporator 7 can use more energy to create chilled air. Accordingly, the evaporator 7 compared to the prior art characterized by a higher cooling capacity and a more energetically efficient operation.

In 3 ist ein Kompressor 11 dargestellt, der an einer Oberfläche 13 teilweise mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Material beschichtet wurde, so dass ein Wärmeeintrag aus dem Inneren des Kompressors 11 besonders effizient in eine Umgebung des Kompressors 11 abgeführt werden kann und der Kompressor 11 gegenüber dem Stand der Technik weniger stark thermisch belastet wird. Entsprechend verringern sich bei dem Kompressor 11 gegenüber dem Stand der Technik Anforderungen an eine Größe einer Oberfläche zur Kühlung des Kompressors 11, so dass der Kompressor 11 mit besonders geringen Abmaßen ausgestaltet werden kann und entsprechend wenig Bauraum in dem Fahrzeug 1 benötigt. Weiterhin werden Komponenten des Kompressors 11, wie bspw. Lager durch die geringere thermische Belastung geschont, wodurch Produktionskosten des Kompressors 11 gegenüber dem Stand der Technik gesenkt werden können. In 3 is a compressor 11 pictured on a surface 13 was partially coated with the material provided according to the invention, so that a heat input from the interior of the compressor 11 particularly efficient in an environment of the compressor 11 can be removed and the compressor 11 is less thermally stressed compared to the prior art. Accordingly, reduce in the compressor 11 over the prior art requirements for a size of a surface for cooling the compressor 11 so the compressor 11 can be designed with very small dimensions and correspondingly little space in the vehicle 1 needed. Furthermore, components of the compressor 11 , such as bearings spared by the lower thermal load, thereby reducing production costs of the compressor 11 can be lowered compared to the prior art.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0581126 A1 [0003]
US 2015/0146286 A1 [0004]

Claims

A vehicle having a number of components, wherein at least one component of the number of components of the vehicle is at least partially surrounded by a material configured to at least partially convert radiation incident on the material into infrared radiation and to radiate it into an environment.

The vehicle of claim 1, wherein the material is a multi-layered mixture of silicon and hafnia.

A vehicle according to claim 1 or 2, wherein the vehicle is at least partially transmissive to infrared radiation so that infrared radiation to be radiated from the material is to be radiated into an environment of the vehicle.

Vehicle according to one of the preceding claims, wherein the at least one component is a component of the following list of components: drive component, air conditioning component, in particular evaporator of an air conditioner, suspension component, interior component and exterior component.

Method for passive cooling of at least one component of a vehicle, wherein the at least one component of the vehicle is at least partially surrounded by a material, by means of which the radiation impinging on the material is at least partially converted into infrared radiation and emitted into an environment.