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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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(a) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme, das eine einfache Ventilation, eine Luftfilterung, eine Sitztemperaturregulierung und ein Thermoelementmodul in Abhängigkeit von der Starke des Sonnenlichts sequentiell betreibt und steuert.
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(b) Beschreibung der verwandten Technik
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Wenn ein Fahrzeug im Sommer lange Zeit draußen geparkt wird, kann sich die Temperatur im Fahrzeuginnenraum abrupt erhöhen, da die Außentemperatur hoch ist. In diesem Zustand verringert sich die Temperatur im Fahrzeuginnenraum nicht ohne weiteres, selbst wenn ein einsteigender Fahrgast das Fenster öffnet, um eine Zeit lang zu lüften, und so kann sich ein Fahrgast aufgrund der hohen Temperatur unbehaglich fühlen. Eine Vorrichtung für das Kühlen oder Heizen eines Sitzes kann dazu verwendet werden, die Temperatur des Sitzes auf eine geeignete Temperatur zu regeln.
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Aus der
DE 199 53 465 C1 ist eine Belüftungseinrichtung für einen Fahrzeugsitz bekannt, welche bei abgestelltem Fahrzeug durch eine Solarzellenanordnung mit Strom versorgt wird.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2004 020 741 A1 ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage bekannt, wobei ein Sollwert für eine Innentemperatur in Abhängigkeit von einer erfassten momentanen Außentemperatur festgelegt wird.
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Die Leistung eines in dem Sitz installierten Thermoelements ist allerdings beschränkt, so dass es bei hohen Temperaturen nicht wirksam arbeiten und zudem nicht betrieben werden kann, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist.
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Außerdem besteht aufgrund der hohen Temperatur im Fahrzeuginnenraum die Gefahr der Explosion von Feuerzeugen oder Akkumulatoren von Mobiltelefonen, und Kinder oder Haustiere, die sich bei der hohen Temperatur lange Zeit in dem Fahrzeuginnenraum aufhalten, können ersticken.
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Wenn sich die Temperatur im Fahrzeuginnenraum erhöht, kann sich die Menge flüchtiger organischer Verbindungen vergrößern, wodurch die Luft im Fahrzeuginnenraum verunreinigt wird. Durch Rauchen oder Nahrungsmittel verursachte Verunreinigungen können im Fahrzeuginnenraum adsorbiert werden und diesen verunreinigen oder Gerüche verursachen. Außerdem kann sich in Kondenswasser, das nach Ausschalten des Fahrzeugs in einem Verdampfer oder einer Leitung einer Klimaanlage verbleibt, Schimmel bilden, wodurch Gerüche entstehen.
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Aus der
DE 103 13 012 A1 ist ein Luftfiltersystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der ein Luftfilter des Kraftfahrzeugs selbst beim Parken des Kraftfahrzeugs in Betrieb gehalten werden kann.
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Die Luftfeuchtigkeit in der Klimaanlage kann sich durch Kondenswasser erhöhen, so dass im Anfangsstadium des Fahrzeugbetriebs die Fenster beschlagen können.
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Um diese Probleme zu lösen, wird dementsprechend eine Klimaanlage benötigt, die arbeiten kann, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung entstand in dem Bemühen, ein System zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme zu schaffen, das vorteilhafterweise die Differenz zwischen den Temperaturen innerhalb und außerhalb eines Fahrzeugs reduziert und für angenehme Bedingungen in einem Fahrzeuginnenraum sorgt, indem es eine einfache Ventilation, eine Luftfilterung, eine Sitztemperaturregulierung und ein Thermoelementmodul in Abhängigkeit von der Stärke des Sonnenlichts sequentiell betreibt und steuert.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein System zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme bereit, zu dem Folgendes gehört: ein Umgebungstemperatursensor, der an der Außenseite eines Fahrzeugs befestigt ist und die Temperatur der Luft außerhalb des Fahrzeugs erfasst, ein Fahrzeuginnenraumtemperatursensor, der an der Innenseite eines Fahrzeuginnenraums befestigt ist und die Temperatur im Fahrzeuginnenraum erfasst, eine Klimaanlage mit einem Lufteinlassteil, der Luft in den Fahrzeuginnenraum saugt, einem Luftgebläse, das Außenluft nach innen in das Fahrzeug führt und gekühlte oder erwärmte Luft in den Fahrzeuginnenraum leitet, und einem Thermoelementmodul zum Kühlen oder Heizen des Fahrzeugs, ein Luftfilter, der die Luft in dem Fahrzeug filtert, ein Sitz-Kühl-/Heiz-Modul, das an einem Sitz angebracht ist und die Temperatur des Sitzes reguliert, ein Solarzellenmodul, das mit Hilfe von Solarwärme für Antriebsleistung sorgt, mit der die Klimaanlage, der Luftfilter und das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul betrieben werden können, selbst nachdem das Fahrzeug ausgeschaltet worden ist, und eine Steuervorrichtung, die das Solarzellenmodul betreibt, um die Klimaanlage, den Luftfilter und das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul in Abhängigkeit von der Stärke des Sonnenlichts zu steuern, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet worden ist.
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Die Klimaanlage kann des Weiteren einen Ionengenerator aufweisen, der Ionen erzeugt, um das Innere der Klimaanlage zu sterilisieren und zu desodorieren.
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Die Starke eines Eingangsstroms vom Solarzellenmodul kann in die vier Schritte α, β, γ und δ (α < β < γ < δ) eingeteilt werden.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden der Umgebungssensor und der Fahrzeuginnenraumsensor, die Klimaanlage, der Luftfilter, das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul und das Solarzellenmodul durch ein Steuerverfahren gesteuert, zu dem Folgendes gehört: Ermitteln, ob das Fahrzeug ausgeschaltet ist, Umstellen eines Betriebsmodus der Klimaanlage auf einen Außenluftzirkulationsmodus und Versorgen mit Strom aus dem Solarzellenmodul, Ermitteln, ob die Differenz zwischen der Temperatur im Fahrzeuginnenraum und der Temperatur der Außenluft größer ist als eine vorbestimmte Temperatur, Ermitteln, ob ein Strom größer ist als α, wenn die Differenz zwischen der Temperatur im Fahrzeuginnenraum und der Temperatur der Außenluft größer ist als die vorbestimmte Temperatur, Betreiben des Luftfilters, wenn der Eingangsstrom größer ist als α, Ermitteln, ob der Eingangsstrom größer ist als β, wenn der Luftfilter betrieben wird, Betreiben des Luftgebläses der Klimaanlage, wenn der Eingangsstrom größer ist als β, Ermitteln, ob der Eingangsstrom größer ist als γ, wenn das Luftgebläse der Klimaanlage betrieben wird, Betreiben des Sitz-Kühl-/Heiz-Moduls, wenn der Eingangsstrom größer ist als γ, Ermitteln, ob der Eingangsstrom größer ist als δ, wenn das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul betrieben wird, und Betreiben des Thermomoduls der Klimaanlage, wenn der Eingangsstrom größer ist als δ.
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Wenn die Starken des Eingangsstroms vom Solarzellenmodul α > β > γ > δ sind, steuert die Steuervorrichtung den Umgebungstemperatursensor, den Fahrzeuginnenraumsensor, die Klimaanlage, den Luftfilter, das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul und das Solarzellenmodul so, dass die Schritte des Steuerverfahrens in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Zeichnung, die auf schematische Weise ein System zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist ein Diagramm des Systems zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme aus 1.
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3 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Steuern des Systems zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme aus 1.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 100
- Umgebungstemperatursensor
- 210
- Fahrzeuginnenraumtemperatursensor
- 220
- Klimaanlage
- 222
- Lufteinlassteil
- 224
- Luftgebläse
- 226
- Thermoelementmodul
- 228
- Ionengenerator
- 230
- Luftfilter
- 240
- Sitz-Kühl-/Heiz-Modul
- 250
- Solarzellenmodul
- 260
- Steuervorrichtung
- 262
- Schalter
- 300
- Dachblech
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 ist eine Zeichnung, die auf schematische Weise ein System zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist ein Diagramm des Systems zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme aus 1.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, gehört zu einem System für das Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Folgendes: ein Umgebungstemperatursensor 100 und ein Fahrzeuginnenraumtemperatursensor 210, die jeweils an der Innenseite beziehungsweise der Außenseite eines Fahrzeugs 10 befestigt sind, eine Klimaanlage 220, die den Innenraum des Fahrzeugs 10 belüftet und kühlt/heizt, ein Luftfilter 230, der die Luft in dem Fahrzeug 10 filtert, ein Sitz-Kühl-/Heiz-Modul 240, das die Temperatur eines Sitzes reguliert, ein Solarzellenmodul 250, das die Klimaanlage 220, den Luftfilter 230 und das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul 240 mit Hilfe von Solarwärme betreibt, und eine Steuervorrichtung 260, die diese Elemente steuert.
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Der Umgebungstemperatursensor 100 erfasst die Temperatur der Luft außerhalb des Fahrzeugs 10 und der Fahrzeuginnenraumtemperatursensor 210 die Temperatur in einem Fahrzeuginnenraum 200. Wenn das Fahrzeug 10 ausgeschaltet worden ist, ermittelt die Steuervorrichtung 260 anhand der Differenz zwischen den von dem Umgebungstemperatursensor 100 bzw. von dem Fahrzeuginnenraumtemperatursensor 210 erfassten Temperaturen, ob ein Klimaanlagensystem betrieben werden muss.
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Zur Klimaanlage 220 gehört ein Lufteinlassteil 222, das Luft in den Fahrzeuginnenraum 200 saugt, ein Luftgebläse 224, das Außenluft nach innen in das Fahrzeug 10 führt und gekühlte oder erwärmte Luft in den Fahrzeuginnenraum 200 leitet, und ein Thermoelementmodul 226 zum Kühlen oder Heizen des Fahrzeugs 10. Außerdem ist die Klimaanlage 220 mit einem Ionengenerator 228 versehen, der das Innere der Klimaanlage 220 sterilisiert und desodoriert.
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Die Klimaanlage 220 belüftet wie in 2 gezeigt den Fahrzeuginnenraum 200 über das Lufteinlassteil 222 und das Luftgebläse 224 und leitet von dem Thermoelementmodul 226 gekühlte beziehungsweise erwärmte Luft über das Luftgebläse 224 in den Fahrzeuginnenraum 200, wenn Kühlung oder Erwärmung erforderlich ist.
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Wenn Kondenswasser nach dem Betreiben der Klimaanlage 220 in einem Verdampfer oder einer Leitung verbleibt, dann kann dieses verderben oder sich bedingt durch Restwärme bald Schimmel bilden.
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Dementsprechend kann sich in einem frühen Betriebsstadium der Klimaanlage 220 ein schlechter Geruch einstellen, und es können Hygieneprobleme entstehen. Um diese Probleme zu lösen, ist der Ionengenerator 228, der Ionen erzeugt, dazu ausgelegt, das Innere der Klimaanlage 220 zu sterilisieren. Dementsprechend lassen sich schlechte Gerüche beseitigen.
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Der Luftfilter 230 filtert die Luft in dem Fahrzeuginnenraum 200 und kann als eine beliebige Art von Luftfilter realisiert werden, der sich an der Innenseite des Fahrzeugs 10 befestigen und auf geeignete Weise benutzten lässt.
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Das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul 240 reguliert die Temperatur des Sitzes des Fahrzeugs 10. Das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul 240 ist mit einem Thermoelement versehen, und dadurch kühlt es den Sitz, damit er im Sommer kühl bleibt, und heizt den Sitz, damit er im Winter warm bleibt.
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Das Solarzellenmodul 250 ist auf einem Dachblech 300 des Fahrzeugs 10 oder an einem unteren Abschnitt einer Heckscheibe des Dachblechs 300 angeordnet, damit es problemlos Sonnenlicht auffangen kann. Das Solarzellenmodul 250 sorgt mit Hilfe von Solarenergie für Antriebsleistung, mit der die Klimaanlage 220, der Luftfilter 230 und das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul 240 betrieben werden können, selbst wenn das Fahrzeug 10 ausgeschaltet worden ist.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist die Steuervorrichtung 260 mit einem Schalter 262 zum Steuern der Klimaanlage 220, des Luftfilters 230, des Sitz-Kühl-/Heiz-Moduls 240, des Solarzellenmoduls 250 usw. versehen. Ein Benutzer betätigt den Schalter 262, um die Steuervorrichtung 260 zu betreiben, und die Steuervorrichtung kann vorbestimmten Bedingungen entsprechend arbeiten.
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Die Steuervorrichtung 260 steuert die Klimaanlage 220, den Luftfilter 230 und das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul 240 in einem Zustand, in dem das Fahrzeug 10 eingeschaltet ist, mit der Antriebskraft eines Motors an und in einem Zustand, in dem das Fahrzeug 10 ausgeschaltet worden ist, durch Ansteuern des Solarzellenmoduls 250.
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Wenn das Fahrzeug 10 im Sommer lange Zeit im Freien geparkt wird, kann einem Anstieg der Außentemperatur entsprechend die Innentemperatur abrupt ansteigen. Um zu verhindern, dass die Temperatur im Fahrzeuginnenraum 200 abrupt ansteigt, steuert die Steuervorrichtung 260 das Solarzellenmodul 250 an, um die Temperatur im Fahrzeuginnenraum 200 zu regulieren (dies wird später noch ausführlicher erläutert).
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Nachstehend werden die Betriebsabläufe eines Systems zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme gemäß einem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.
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3 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Steuern des Systems zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme aus 1.
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Wenn das Fahrzeug 10 im Sommer lange Zeit im Freien geparkt wird, führt die Steuervorrichtung 260 die Steuerung, wie in 3, in der folgenden Abfolge durch, so dass die Temperatur im Fahrzeuginnenraum 200 nicht abrupt ansteigt.
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Zunächst ermittelt die Steuervorrichtung 260 in Schritt S10, ob das Fahrzeug 10 ausgeschaltet ist, und wenn dies der Fall ist, dann stellt sie den Betriebsmodus der Klimaanlage 220 auf einen Außenluftzirkulationsmodus um, damit der Fahrzeuginnenraum 200 belüftet wird, und wird in Schritt S20 mit Strom aus dem Solarzellenmodul 250 versorgt. Wenn jedoch ermittelt wird, dass das Fahrzeug 10 nicht ausgeschaltet ist, arbeitet das System nicht, siehe Schritt S12.
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Die Stärke eines Eingangsstroms vom Solarzellenmodul 250 wird in Abhängigkeit von der Stärke des Sonnenlichts in vier Schritte α, β, γ und δ (α < β < γ < δ) eingeteilt. Ein Benutzer kann das System zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe des Solarzellenmoduls 250 dergestalt einstellen, dass es arbeitet, wenn die Differenz zwischen der Fahrzeuginnenraumtemperatur und der Umgebungstemperatur größer ist als ein bestimmter Wert, und dies kann bei dem Fahrzeug voreingestellt werden.
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Wenn die Steuervorrichtung 260 von dem Solarzellenmodul 250 mit Strom versorgt wird, ermittelt sie in Schritt S30, ob die Differenz zwischen der Fahrzeuginnenraumtemperatur und der Umgebungstemperatur größer ist als eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 0°C). Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt S30 positiv ist, ermittelt die Steuervorrichtung 260 in Schritt S40, ob der Eingangsstrom vom Solarzellenmodul 250 größer ist als ein vorbestimmter Strom α (der Eingangsstrom zeigt die Stärke des Sonnenlichts an).
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Wenn der Eingangsstrom nicht größer ist als der vorbestimmte Strom α, dann wird der Außenluftzirkulationsmodus der Klimaanlage 220 beibehalten. Wenn andererseits der Eingangsstrom größer ist als der vorbestimmte Strom α, dann steuert die Steuervorrichtung 260 den Luftfilter 230 in Schritt S50 dergestalt an, dass er arbeitet und die Luft im Fahrzeuginnenraum 200 filtert.
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Wenn der Luftfilter 230 betrieben wird, ermittelt die Steuervorrichtung 260 in Schritt S60, ob der Eingangsstrom größer ist als β. Wenn der Eingangsstrom nicht größer ist als β, kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt S40 zurück. Wenn der Eingangsstrom größer ist als β, dann betreibt die Steuervorrichtung 260 in Schritt S70 einen Drucklüfter der Klimaanlage 220, damit das Luftgebläse 224 arbeitet.
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Wenn das Luftgebläse 224 betrieben wird, ermittelt die Steuervorrichtung 260 in Schritt S80, ob der Eingangsstrom größer ist als γ. Wenn der Eingangsstrom nicht größer ist als γ, kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt S60 zurück. Wenn der Eingangsstrom größer ist als γ, dann betreibt die Steuervorrichtung 260 in Schritt S90 das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul 240, damit der Sitz gekühlt wird. Dadurch fühlt sich ein Benutzer, der in das Fahrzeug 10 einsteigt, nicht aufgrund der hohen Temperatur des Sitzes unbehaglich.
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Wenn das Sitz-Kühl-/Heiz-Modul 240 betrieben wird, ermittelt die Steuervorrichtung 260 in Schritt S100, ob der Eingangsstrom größer ist als δ. Wenn der Eingangsstrom nicht größer ist als δ, kehrt der Steuerungsablauf zu Schritt S80 zurück. Wenn der Eingangsstrom größer ist als δ, dann betreibt die Steuervorrichtung 260 ein in der Klimaanlage 220 installiertes Thermoelementmodul, damit der Fahrzeuginnenraum 200 gekühlt wird.
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Da entsprechend der Stärke des Sonnenlichts der Fahrzeuginnenraum 200 einfach belüftet oder die Luft gefiltert, die Temperatur des Sitzes reguliert und eine automatische Kühlung ausgeführt wird, ist der Fahrzeuginnenraum 200 kühl, so dass sich ein Fahrgast nicht unbehaglich fühlt, wenn er in das Fahrzeug 10 einsteigt.
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Da die Klimaanlage außerdem, statt Kraftstoff zu verbrauchen, mit Hilfe der Energie aus dem Solarzellenmodul 250 betrieben wird, kann die Temperatur im Fahrzeuginnenraum 200 reguliert werden, ohne dass Kraftstoff verbraucht wird.
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Wenn die Starke des Sonnenlichts im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Prozess immer schwächer wird, so dass die Starke des Eingangsstromes den Zustand α > β > γ > δ annimmt, dann werden die Prozesse in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt, was verhindert, dass der Fahrzeuginnenraum 200 zu sehr auskühlt. Dementsprechend kann die Temperatur im Fahrzeuginnenraum 200 auf einer geeigneten Temperatur gehalten werden.
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Da die Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme betrieben wird, kann verhindert werden, dass die Temperatur im Fahrzeuginnenraum einem Temperaturanstieg im Sommer entsprechend übermäßig ansteigt, selbst wenn das Fahrzeug 10 ausgeschaltet worden ist, so dass der Fahrzeuginnenraum angenehm sein kann.
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Dies lässt sich auch für das Vorheizen des Fahrzeuginnenraums oder des Sitzes im Winter nutzen. In diesem Fall ist es möglicherweise erforderlich, die vorbestimmten Ströme α, β, γ und δ neu einzustellen, da sich die Starke des Sonnenlichts im Winter von der im Sommer unterscheidet.
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Diese Erfindung ist zwar in Verbindung mit derzeit als zweckmäßig betrachteten Ausführungsbeispielen beschrieben worden, es versteht sich jedoch, dass sie nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern ganz im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen mit abdecken soll, die in den Gedanken und den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
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Das System und das Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage mit Hilfe von Solarwärme gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung führen, wie oben beschrieben, sequentiell die Ventilation, die Luftfilterung, die Sitztemperaturregulierung und den Betrieb eines Thermoelementmoduls aus, so dass verhindert werden kann, dass im Sommer die Temperatur im Fahrzeuginnenraum abrupt ansteigt.
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Außerdem lässt sich die aufgrund der hohen Temperatur im Fahrzeuginnenraum bestehende Gefahr der Explosion von Feuerzeugen oder Mobiltelefonen sowie des Erstickens von Kinder oder Haustieren vermeiden.
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Das Entstehen flüchtiger organischer Verbindungen aufgrund eines Temperaturanstiegs im Fahrzeuginnenraum kann auf ein Minimum beschränkt werden, so dass sich Verunreinigungen der Luft im Fahrzeuginnenraum vermeiden lassen.
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Des Weiteren lässt sich ein Beschlagen der Fenster oder die Schimmelbildung aufgrund von in einem Verdampfer oder einer Leitung einer Klimaanlage verbliebenem Kondenswasser verhindern.
