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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenlegung betrifft allgemein Systeme und Verfahren
zum Heizen und Kühlen
eines Fahrzeuges.
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Hintergrund
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Verschiedene
innere Fahrgastraumflächen eines
Kraftfahrzeuges wie z. B. Sitze, Armlehnen, Armaturenbretter etc.
bestehen oft aus Materialien, die dazu neigen, mit der Zeit die
Fahrgastrauminnentemperaturen zu erreichen. Zum Beispiel kann sich
die innere Fahrgastraumfläche
in Fällen,
in denen das Fahrzeug an einem heißen und sonnigen Tag auf einem
Parkplatz steht, schließlich
zumindest auf die Temperatur der umliegenden Umgebung aufheizen. In
einem weiteren Beispiel kann die innere Fahrgastraumfläche, wenn
das Fahrzeug während
eines Eissturms auf einem Parkplatz steht, auf die Temperatur der
umliegenden Umgebung abkühlen.
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Zusammenfassung
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Es
ist hierin ein Heiz- und Kühlsystem
für ein Fahrzeug
offenbart. Das System umfasst ein Solarpaneel, das funktionell auf
einer Fläche
eines Fahrzeuges angeordnet ist und eine thermoelektrische Einheit,
die i) funktionell auf oder in einem Sitz angeordnet ist, der innerhalb
eines Fahrgastraumbereiches des Fahrzeuges angeordnet ist und ii)
funktionell mit dem Solarpaneel verbunden ist. Die thermoelektrische
Einheit ist ausgebildet, um den Sitz in Ansprechen auf einen von
dem Solarpaneel darauf angewendeten elektrischen Strom zu heizen
und/oder zu kühlen.
Das System umfasst ferner eine Steuereinheit, die der thermoelektrischen
Einheit funktionell zugeordnet ist. Die Steuereinheit ist ausgebildet,
um auf der Basis i) einer gemessenen Umgebungstemperatur, ii) einer
gemessenen Temperatur des Sitzes und iii) einer vorgewählten Referenztemperatur
die Menge und/oder Richtung des elektrischen Stroms zu bestimmen,
der auf die thermoelektrische Einheit angewendet werden soll. Es
ist hierin auch ein Verfahren zum Heizen und Kühlen des Fahrzeuges offenbart.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenlegung werden durch
Bezugnahme auf die nachfolgende/n detaillierte Beschreibung und
Zeichnungen offensichtlich werden, in denen sich gleiche Bezugsziffern
auf ähnliche,
wenngleich möglicherweise
nicht gleiche, Komponenten beziehen. Der Kürze wegen können Bezugsziffern oder Merkmale mit
einer zuvor beschriebenen Funktion in Verbindung mit weiteren Zeichnungen,
in denen sie aufscheinen, beschrieben sein oder nicht.
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1 zeigt
halbschematisch ein Fahrzeug, das ein Heiz- und Kühlsystem
gemäß einer
hierin offenbarten Ausführungsform
umfasst;
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2 ist
ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebes einer Ausführungsform
eines Heiz- und Kühlsystems
zeigt; und
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3 ist
ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Heizen oder Kühlen eines
Fahrzeuges zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Ein
Beispiel bzw. Beispiele des Heiz- und Kühlsystems für ein Fahrzeug, wie hierin
offenbart, kann/können
vorteilhafterweise verwendet werden, um die Temperatur von inneren
Fahrgastraumflächen des
Fahrzeuges (z. B. Sitze, Armlehnen etc.) zu steuern, sodass die
Temperatur im Wesentlichen dem Komfortniveau des Fahrzeuginsassen
entspricht. Das Heiz- und Kühlsystem
verwendet allgemein einen von einem Solarpaneel erzeugten elektrischen Strom,
um zumindest ein/e thermoelektrische/s Einheit oder Modul zu betreiben,
die/das in der inneren Fahrgastraumfläche angeordnet ist. In Ansprechen auf
den von dem Solarpaneel darauf angewendeten elektrischen Strom erwärmt/en oder
kühlt/en
die thermoelektrische Einheit/en die innere Fläche, ohne i) den elektrischen
Strom von einer Batterie im Fahrzeug abziehen zu müssen oder
ii) eine HVAC- oder ein
anderes fahrzeugeigenes Klimatisierungssystem betreiben zu müssen. Ein
Beispiel bzw. Beispiele des Heiz- und Kühlsystems zeigt/en vorteilhafterweise
im Wesentlichen keine Auswirkung auf die Kraftstoffökonomie
des Fahrzeuges oder reduziert/en sie unter Umständen, wenn das Fahrzeug betrieben
wird. Außerdem
reduziert das hierin offenbarte Heiz- und Kühlsystem Verdichterbelastungen
an dem Klimatisierungssystem im Fahrzeug und reduziert auch den Batterieleistungsverbrauch
während
eines Betriebes des Fahrzeuges. Darüber hinaus ist das Heiz- und Kühlsystem
durch den Fahrzeuginsassen oder -benutzer steuerbar.
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Die
Komponenten des Systems, die funktionell miteinander verbunden sind,
können
z. B. drahtlos verbunden und/oder über ein Netzwerk oder einen
Datenbus in dem Fahrzeug drahtgebunden sein.
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In 1 sind
einige Komponenten des Heiz- und Kühlsystems 10 (welches
in 2 schematisch in seiner Gesamtheit gezeigt ist)
in einem Fahrzeug 12 angeordnet gezeigt. Das Heiz- und
Kühlsystem 10 umfasst
ein Solarpaneel 14, das funktionell auf einer Fläche des
Fahrzeuges 12 angeordnet ist. In einer Ausführungsform
ist das Solarpaneel 14 auf einer beliebigen Fläche des
Fahrzeuges 12 angeordnet, welche dafür sorgen würde, dass das Solarpaneel 14
ausreichend
Sonnenlicht ausgesetzt ist. Wie in 1 gezeigt,
kann das Solarpaneel 14 auf dem Dach 16 des Fahrzeuges 12 angeordnet
sein. In einem nicht einschränkenden
Beispiel kann das Fahrzeug 12 ein einziges Solarpaneel 14 umfassen.
In einem weiteren nicht einschränkenden
Beispiel kann das Fahrzeug 12 mehr als ein Solarpaneel 14 umfassen.
In dem letzten Beispiel kann jedes der Solarpaneele 14 auf
derselben Fläche
oder auf verschiedenen Flächen
des Fahrzeuges 12 angeordnet sein.
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Das
Solarpaneel 14 ist allgemein derart ausgebildet, dass es
eine elektrische Energiequelle zur Verwendung beim Betrieb des Heiz-
und Kühlsystems 10 darstellt.
Das Solarpaneel 14 kann aus einer beliebigen Solarvorrichtung
gewählt
sein, die in der Lage ist, eine geeignete Menge an elektrischer
Energie an eine thermoelektrische Einheit 22 (die unten stehend
in größerem Detail
beschrieben wird) zu liefern, die funktionell mit dem Fahrzeug 12 verbunden ist.
In einem nicht einschränkenden
Beispiel kann das Solarpaneel 14 eine maximale Leistungsdichte von
etwa 100 W/m2 aufweisen und ist somit in
der Lage, an einem sonnigen Tag eine Leistung von etwa 100 W zu
erzeugen. In einer Ausführungsform
ist das Solarpaneel 14 mit seiner eigenen Steuereinheit
ausgebildet, welche mit der Hauptsystemsteuereinheit 28 funktionell
verbunden ist und auf Signale und Befehle von dieser anspricht (unter
Bezugnahme auf 2 weiter gezeigt und erläutert),
um dadurch einen elektrischen Fluss umzuleiten und/oder anzupassen.
In einer weiteren Ausführungsform
leitet die Hauptsystemsteuereinheit 28 einen elektrischen Fluss
von dem Solarpaneel 14 zu der/den thermoelektrischen Einheit/en 22 um
und/oder passt diesen an (hierin unten stehend unter Bezugnahme
auf alle Fig. weiter gezeigt und erläutert), und das Solarpaneel
als solches umfasst keine separate Steuereinheit.
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Das
Fahrzeug 12 umfasst ferner einen inneren Fahrgastraumbereich 18,
in dem verschiedene innere Fahrzeugflächen 20 angeordnet
sind. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „innere Fahrzeugfläche” auf eine
beliebige Fläche,
die im Inneren des inneren Fahrgastraumbereiches 18 des Fahrzeuges 12 angeordnet
ist, wobei solch eine Fläche 20 für eine Zeitspanne
in engem Kontakt mit einem Insassen des Fahrzeugs 12 steht.
Ein nicht einschränkendes
Beispiel einer inneren Fahrzeugfläche 20 ist ein Fahrgastsitz 20PS. Weitere nicht einschränkende Beispiele
der inneren Fahrzeugfläche 20 umfassen
ein Lenkrad 20SW, Armlehnen 20AR, innere Flächen von Türblechen (nicht gezeigt) und/oder
andere ähnliche
Flächen,
die im Inneren des inneren Fahrgastraumbereiches 18 angeordnet
sind. Ein Fahrgastsitz 20PS wird
hierin unten stehend zum Zweck der Beschreibung von verschiedenen
Beispielen und/oder Ausführungsformen
der vorliegenden Offenlegung verwendet. Es sollte jedoch einzusehen sein,
dass diese Offenlegung nicht auf Fahrgastsitze 20PS beschränkt sein
soll. Es sollte ferner einzusehen sein, dass davon auszugehen ist,
dass ein Fachmann in der Lage wäre,
andere Flächen 20 in
dem hierin offenbarten Heiz- und
Kühlsystem 10 zu
verwenden, indem er die Lehre der vorliegenden Offenlegung auf diese
anderen Flächen 20 bezieht.
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Ohne
durch irgendeine Theorie eingeschränkt zu sein, wird angenommen,
dass ein zwischen dem Fahrzeuginsassen und der Fahrzeugfläche 20 (d.
h. infolge eines indirekten oder nicht engen Kontakts zwischen den
beiden) gebildeter Luftspalt dazu neigt, einen Widerstand gegen
einen Wärmetransport
zwischen diesen bereitzustellen. Ein enger Kontakt zwischen dem
Fahrzeuginsassen oder -benutzer und der Fahrzeugfläche 20reduziert
jedoch allgemein den Luftspalt und ermöglicht eine im Wesentlichen
direkte Wärmeübertragung
von der erwärmten
oder gekühlten
Fläche 20 auf
den Fahrzeuginsassen. Es ist typischerweise weniger Leistung und
Energie erforderlich, um die Beispiele und Ausführungsformen des hierin offenbarten
Heiz- und Kühlsystems 10 zu
betreiben, was zumindest zum Teil auf die direkte Wärmeübertragung
zwischen der Fahrzeugfläche 20 und
dem Fahrzeuginsassen oder -benutzer zurückzuführen ist. In einem nicht einschränkenden
Beispiel brauchen die Beispiele und Ausführungsformen des hierin offenbarten
Heiz- und Kühlsystems 10 weniger
als 100 W Leistung für
den Betrieb, während
traditionelle HVAC-Systeme oft zwischen 5000 W und 9000 W Leistung
brauchen.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die innere Fläche 20 eine
Grundstruktur mit einer darüber
angeordneten Abdeckung. Für
Fahrgastsitze 20PS umfasst die
Grundstruktur, dass die Sitzstruktur eine vorbestimmte Menge einer
darüber
angeordneten Polsterung aufweist und die Abdeckung über der
Polsterung gebildet ist. In einer Ausführungsform ist die Abdeckung
aus einem Grundmaterial gebildet, das z. B. aus verschiedenen Isoliermaterialien
gewählt
ist. Nicht einschränkende
Beispiele von geeigneten Isoliermaterialien umfassen Leder, verschiedene
Fasern oder Stoffe (z. B. Baumwolle, Wolle, synthetische Fasern
auf der Basis von z. B. Nylon oder anderen geeigneten Polymeren),
Vinyl, Kunststoffe und/oder dergleichen und/oder Kombinationen davon.
Das Grundmaterial kann in einigen Fällen auch dekorative Zusätze wie
z. B. feine Metalldrähte,
Knöpfe,
Befestigungselemente und/oder dergleichen umfassen. Wenngleich solche
Isoliermaterialien im Allgemeinen für eine Verwendung in einem
Betrieb des Heiz- und Kühlsystems 10 ausreichen
und dazu beitragen, kann es wünschenswert
sein, die Wärmekapazität des Materials
des Sitzes 20PS zu erhöhen, sodass das
Material des Sitzes 20PS eine von
einem Benutzer bevorzugte Temperatur über längere Zeitspannen ausreichend
aufrechterhält,
als sie Isoliermaterialien bereitstellen können. Demzufolge kann/können in
einer Ausführungsform
ein oder mehrere zusätzliche
Materialien in dem Grundmaterial einbezogen sein, um die Wärmekapazität zu modifizieren.
Nicht einschränkende
Beispiele von geeigneten zusätzlichen
Materialien umfassen Materialien mit einer Phasenänderung,
die eine ausreichende Wärmekapazität bereitstellen,
wie z. B. Paraffin. Die Einbeziehung des/der zusätzlichen Materials/ien kann
bewerkstellig werden, indem z. B. solch ein oder solche zusätzliches/n
Material/ien zumindest zum Teil als Näh-/Verbindungsmaterial der
auf der Grundstruktur des Sitzes 20PS angeordneten
Abdeckung verwendet wird.
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Das
Heiz- und Kühlsystem 10 umfasst
ferner eine thermoelektrische Einheit 22, die funktionell
in oder auf einer beliebigen geeigneten Region der inneren Fahrzeugfläche 20 angeordnet
ist, sodass die thermoelektrische Einheit 22 in physikalischem
(engem) Kontakt mit zumindest einem Abschnitt des Körpers des
Fahrzeuginsassen ist. In einer Ausführungsform ist die thermoelektrische
(TE) Einheit 22 funktionell auf oder in der inneren Fläche 20 angeordnet.
Zum Beispiel kann die thermoelektrische Einheit 22 in einer
beliebigen Region der Fläche 20 eingebettet
sein, die mit dem Fahrzeuginsassen in Kontakt steht, wie z. B. im
Inneren einer Sitzregion 24 des Fahrgastsitzes 20PS (dies TE-Einheit 22 ist
in 1 in Volllinien gezeigt) oder in einer Lendenregion 26 des Fahrgastsitzes 20PS (diese TE-Einheit 22 ist
in 1 in Phantomlinien gezeigt). In einem weiteren
Beispiel kann die thermoelektrische Einheit 22 (in 1 auch in
Phantomlinien gezeigt) auf der Sitzregion 24 des Fahrgastsitzes 20PS auf einer Seite S1 gegenüber der Seite
S2 angeordnet sein, auf der der Insasse
sitzt. In einem Beispiel kann eine thermoelektrische Einheit 22 mit
einer flexiblen Halterung zumindest in Regionen der Fahrzeugfläche 20 verwendet
werden, in denen der Fahrzeuginsasse sitzt, lehnt, ruht oder dergleichen
(wie z. B. auf einer Fläche
des Fahrgastsitzes 20PS, auf dem
der Fahrzeug insasse sitzt). Es sollte einzusehen sein, dass die
thermoelektrische Einheit 22 in oder auf anderen Regionen
des Fahrgastsitzes 20PS angeordnet
sein kann, die in den in 1 gezeigten Beispielen nicht
unbedingt dargestellt sind.
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Überdies
kann das Heiz- und Kühlsystem 10 eine
einzige thermoelektrische Einheit 22 umfassen oder kann
eine Vielzahl von thermoelektrischen Einheiten 22 umfassen.
In Fällen,
in denen eine Vielzahl von thermoelektrischen Einheiten 22 verwendet
wird, können
die thermoelektrischen Einheiten 22 benachbart zueinander
oder in verschiedenen Abschnitten der inneren Fahrzeugfläche 20 angeordnet
sein. In einem Beispiel (wie in 1 gezeigt)
kann eine thermoelektrische Einheit 22 in der Sitzregion 24 eingebettet
sein, eine weitere thermoelektrische Einheit 22 kann auf
der Sitzregion 24 angeordnet sein und eine noch weitere
thermoelektrische Einheit 22 kann in der Lendenregion 26 angeordnet
sein.
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Die
thermoelektrische Einheit 22 ist auch funktionell mit dem
Solarpaneel 14 verbunden und ist ausgebildet, um einen
elektrischen Strom von diesem zu empfangen. Die thermoelektrische
Einheit 22 kann eine beliebige Festkörpervorrichtung sein, die den
Peltier-Effekt nutzt, um die innere Fläche 20 in Ansprechen
auf den von dem Solarpaneel 14 auf die Einheit 22 angewendeten
elektrischen Strom zu erwärmen
und/oder zu kühlen.
In einem nicht einschränkenden
Beispiel liegt die Menge des elektrischen Stroms, die ausreicht,
um die Fahrzeugfläche 20 zu
erwärmen
und/oder zu kühlen
im Bereich von etwa 0,1 Ampere bis etwa 100 Ampere.
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf 2 ist das
Heiz- und Kühlsystem 10 allgemein
durch eine Steuereinheit 28 gesteuert, die funktionell
der thermoelektrischen Einheit 22 und dem Solarpaneel 14 zugeordnet
ist. Im Spezielleren ist die Anwendung des elektrischen Stroms (z.
B. die angewendete Menge und die Richtung, in der sie angewendet
wird) auf die thermoelektrische Einheit 22 und somit letztlich das
Erwärmen
und Kühlen
des Fahrzeuges 12 (dessen Verfahren nachstehend im Detail
beschrieben wird) durch die Steuereinheit 28 gesteuert.
In einem Beispiel kann die Steuereinheit 28 eine beliebige
geeignete Verarbeitungsvorrichtung mit einem dieser zugeordneten
Speicher sein und kann ausgebildet sein, um ein oder mehrere Softwareprogramme
zum Steuern des Heiz- und Kühlsystems 10 auszuführen. Die
Steuereinheit 28 kann in einigen Fällen funktionell mit einem
Komparator 30 (in 2 gezeigt)
verbunden sein, der eine beliebige Rechnervorrichtung sein kann,
die eigenständig
oder in Kombination mit der Steuereinheit 28 verwendet
werden kann, um die Menge und Richtung des elektrischen Stroms zu
bestimmen, der auf die thermoelektrische Einheit 22 angewendet
werden soll. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Komparator 30 andernfalls
in der Steuereinheit 28 einbezogen sein, wobei die Steuereinheit 28 allein
sowohl als eine Verarbeitungsvorrichtung als auch als eine Rechnervorrichtung
fungieren würde.
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Das
Heiz- und Kühlsystem 10 umfasst
ferner einen Umgebungstemperatursensor 32, der ausgebildet
ist, um die Umgebungstemperatur Ta in der Nähe des Fahrzeuges 12 zu
messen. Der Umgebungstemperatursensor 32 kann z. B. ein
Zulufttemperatursensor (in 1 auch in
Strichlinien gezeigt) sein, der unter der Haube 40 des
Fahrzeuges 12 benachbart zu einem Kühler (nicht gezeigt) angeordnet ist.
Es sollte einzusehen sein, dass der Umgebungstemperatursensor 32 andernfalls
an anderen geeigneten Orten angeordnet sein kann. Außerdem können auch
weitere Temperatursensoren 32 wie z. B. ein innerer Fahrgastraumtemperatursensor
oder dergleichen (in den Fig. nicht gezeigt) in dem Fahrzeug 12 verwendet
werden.
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Das
System 10 umfasst ferner ein Mittel 34 zum Messen
der Temperatur Ts der inneren Fläche 20.
Nicht einschränkende
Beispiele solch eines Mittels 34 umfassen mindestens einen
Sensor, der in oder auf der inneren Fläche 20 angeordnet
ist, mindestens eine Sonde, die in oder auf der inneren Fläche 20 angeordnet
ist, einen Infrarotscanner, der ausgebildet ist, um die innere Fläche 20 abzutasten, oder
Kombinationen davon. In Fällen,
in denen ein Infrarotscanner verwendet wird, kann der Scanner in einem
Dachhimmel befestigt sein, im Inneren eines Rückspiegels einbezogen sein
und/oder dergleichen. Der Umgebungstemperatursensor 32 und
das Mittel 34 zum Messen der Temperatur Ts der
Fläche 20 stehen
beide in funktioneller Verbindung mit der Steuereinheit 28,
oder, in Fällen,
in denen der Komparator 30 und die Steuereinheit 28 separate
Vorrichtungen sind (wie in 2 gezeigt),
mit dem Komparator 30 und der Steuereinheit 28.
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Das
Heiz- und Kühlsystem 10 umfasst
ferner eine Benutzerschnittstelle 36 (die in funktioneller
Verbindung mit der Steuereinheit 28 oder mit der Steuereinheit 28 und
dem Komparator 30 steht) oder eine andere geeignete Vorrichtung,
die es einem Fahrzeuginsassen oder -benutzer gestattet, eine bevorzugte
Referenztemperatur Tref für die innere
Fläche 20 und/oder
den Fahrgastraum 18 zu wählen oder sonst wie einzugeben.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Referenztemperatur Tref” auf
eine von einem Benutzer bevorzugte Temperatur der Fahrzeugfläche 20 und/oder
des Fahrgastraumbereiches 18. Wie untenstehend weiter beschrieben
wird, kann die Referenztemperatur Tref von
dem Komparator 30 und/oder der Steuereinheit 28 bei
der Bestimmung der Menge und Richtung des elektrischen Stroms verwendet
werden, der auf die thermoelektrische Einheit 22 angewendet
werden soll, um zumindest die innere Fläche 20 zu erwärmen und
zu kühlen.
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In
einem Beispiel kann das Heiz- und Steuersystem 10 funktionell
mit einer Fahrzeugbatterie 38 verbunden sein. Die Fahrzeugbatterie 38 liefert
allgemein elektrische Energie an verschiedene Betriebssysteme des
Fahrzeuges 12, die z. B. eine Fahrzeugzündanlage, eine Fahrzeuglichtanlage,
ein Fahrzeugcomputersystem etc. umfassen. In Fällen, in denen das Solarpaneel 14 nicht
genügend
elektrische Energie produziert, um die thermoelektrische Einheit 22 zu
betreiben, kann das Heiz- und Kühlsystem 10 die
fehlende Energie von der Batterie 38 abziehen. In anderen
Fällen,
in denen das Solarpaneel 14 mehr als genug elektrische
Energie produziert, um die thermoelektrische Einheit 22 zu
betreiben, kann die von der thermoelektrischen Einheit 22 nicht
verwendete überschüssige Energie
an die Batterie 38 verteilt werden.
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Das
Heiz- und Kühlsystem 10 wurde
hierin obenstehend zum Erwärmen
und Kühlen
der inneren Fläche 20 (z.
B. des Fahrgastsitzes 20PS) beschrieben.
Es sollte einzusehen sein, dass das System 10 ferner ausgebildet
ist, um den Fahrgastraumbereich 18 des Fahrzeuges 12 infolge
des Erwärmens
und Kühlens
der inneren Fläche 20 zu
heizen und zu kühlen.
Zum Beispiel würde
ein Kühlen
des Fahrgastsitzes 20PS mit der
Zeit auch den inneren Fahrgastraumbereich 18 bis zu einem
gewissen Grad kühlen, wenn
solch ein Kühlen
zumindest teilweise auf Wärmetransportprinzipien
basiert. Es sollte ferner einzusehen sein, dass das Heizen und Kühlen des
inneren Fahrgastraumbereiches 18 infolge des Erwärmens und
Kühlens
der inneren Fläche 20 durch
natürliche Konvektion
stattfindet. Somit ist für
das Heizen und Kühlen
des Fahrgastraumbereiches 18 gegebenenfalls kein/e Gebläse oder
andere Luftverteilungsvorrichtung erforderlich. Es ist jedoch einzusehen,
dass dennoch ein Gebläse
in dem Heiz- und Kühlsystem 10 enthalten
sein kann, selbst wenn es nicht erforderlich ist.
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Das
Verfahren zum Heizen und Kühlen
des Fahrzeuges 12, welches das System 10 verwendet, wird
nun hierin in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben.
Unter Bezugnahme zuerst auf 3 umfasst
das Verfahren, dass eine von einem Benutzer bevorzugte Referenztemperatur
Tref für
die innere Fläche 20 und/oder
den Fahrgastraumbereich 18 gewählt wird (wie durch die Bezugsziffer 100 gezeigt),
eine Umgebungstemperatur Ta in der Nähe des Fahrzeuges 12 gemessen
wird (wie durch die Bezugsziffer 102 gezeigt), eine Temperatur
Ts der Fahrzeugfläche 20 gemessen wird
(wie durch die Bezugsziffer 104 gezeigt), auf der Basis
der gewählten, von
einem Benutzer bevorzugten, Referenztemperatur Tref,
der gemessenen Umgebungstemperatur Ts und
der gemessenen Temperatur Ts der inneren
Fläche 20 die
Menge und Richtung des elektrischen Stroms bestimmt werden (wie
durch die Bezugsziffer 106 gezeigt) und die bestimmte Menge
und/oder Richtung des elektrischen Stroms auf die thermoelektrische/n
Einheit/en 22 angewendet wird/werden, um die innere Fläche 20 zu
erwärmen
oder zu kühlen (wie
durch die Bezugsziffer 108 gezeigt).
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Unter
neuerlicher Bezugnahme auf 2 wird die
Wahl der von einem Benutzer bevorzugten Referenztemperatur Tref durch den Benutzer bewerkstelligt. Um
das Obige zu wiederholen, ist solch eine von einem Benutzer bevorzugte
Referenztemperatur Tref die von einem Benutzer
(z. B. dem Fahrzeuginsassen) gewählte
und/oder gewünschte
Temperatur für
die innere Fläche 20 und/oder
für den
Fahrgastraumbereich 18 des Fahrzeuges 12. Die
Wahl der Referenztemperatur Tref kann bewerkstelligt
werden, indem der Benutzer die Referenztemperatur Tref z.
B. unter Verwendung der Benutzerschnittstelle 36 eingibt.
Der Schritt zum Eingeben der Referenztemperatur Tref kann
umfassen, dass z. B. die Temperatur Tref aus
einer Liste von Temperaturen gewählt
wird, die für
den Benutzer auf dem Anzeigeschirm der Benutzerschnittstelle 36 bereitgestellt
wird, die Referenztemperatur Tref z. B.
unter Verwendung einer Tastatur oder eines Touchscreen in die Benutzerschnittstelle 36 geschrieben
wird, die Referenztemperatur Tref in ein
Mikrophon gesprochen wird, das der Benutzerschnittstelle 36 funktionell
zugeordnet ist, oder über ein
anderes geeignetes Eingabemittel erfolgen.
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Die
Umgebungstemperatur Ta in der Nähe des Fahrzeuges 12 kann
mithilfe des Temperatursensors 32 gemessen werden und die
gemessene Ta direkt in den Komparator 30 oder
in die Steuereinheit 28 übertragen werden, wenn kein
separater Komparator 30 verwendet wird. Ebenso kann die
Temperatur der inneren Fläche 20 Ts mithilfe des Messmittels 34 (z.
B. eines Sensors bzw. Sensoren, einer Sonde bzw. Sonden, eines Infrarotscanners
etc.) gemessen werden, und solch eine Messung der Temperatur Ts wird in den Komparator 30 und/oder
die Steuereinheit 28 übertragen.
In Fällen,
in denen ein Komparator 30 verwendet wird, vergleicht der
Komparator 30 die Umgebungstemperatur Ta und
die gemessene Temperatur Ts der Fläche 20.
In einer Ausführungsform kann
das Vergleichen der Umgebungstemperatur Ta und
der Temperatur Ts bewerkstelligt werden,
indem ein Durchschnitt der beiden Temperaturen Ta,
Ts ermittelt wird.
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In
einer Ausführungsform
kann der Komparator 30 und/oder die Steuereinheit 28 auch
eine geeignete logische Schaltung umfassen, die es ermöglichen,
dass der Komparator 30 und/oder die Steuereinheit 28 an
variierende Situationen und/oder Bedingungen anpassbar sind. Ein
Beispiel solch einer Situation kann umfassen, dass eine oder mehrere
Fahrzeugflächen 20 verschiedenen
Niveaus von heißen/kalten
Temperaturen ausgesetzt ist/sind. Wenn das Fahrzeug 12 z.
B. an einem heißen,
sonnigen Tag auf einem Parkplatz steht, kann das Fahrzeug 12 derart
positioniert sein, dass der Fahrgastsitz 20PS auf
der Fahrerseite mehr Sonnenlicht ausgesetzt ist als der Fahrgastsitz 20PS auf der Beifahrerseite. In diesem Fall
ordnet der Komparator 30 (oder die Steuereinheit 28 in
Fällen,
in denen kein separater Komparator 30 verwendet wird) der
Flächentemperatur Ts,DS des fahrerseitigen Sitzes 20PS eine höhere Bedeutung (z. B. im Hinblick
auf den prozentuellen Anteil) zu als der Flächentemperatur Ts,PS des
beifahrerseitigen Sitzes 20PS.
Demzufolge kann auf die in dem fahrerseitigen Sitz 20PS angeordnete thermoelektrische Einheit 22 ein
höherer
elektrischer Strom angewendet werden als auf den beifahrerseitigen
Sitz 20PS, bis die erwünschte Temperatur
erreicht ist.
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In
einigen Fällen
kann/können
der Komparator 30 und/oder die Steuereinheit 28 ferner
ausgebildet sein, um die Einwirkung des Sonnenlichts auf eine oder
mehrere Fahrzeugflächen 20 in
dem Fall zu überwachen,
in dem sich solch eine Einwirkung ändert. Änderungen der Einwirkung des
Sonnenlichtes können
z. B. stattfinden, indem das Fahrzeug 12 auf dem Parkplatz
umgestellt wird, sodass das Sonnenlicht nun auf eine oder mehrere
Flächen 20 (z.
B. im Gegensatz zu dem vorher erwähnten Beifahrersitz 20PS) gerichtet ist. Änderungen in der Einwirkung
des Sonnenlichts können
z. B. auch stattfinden, wenn sich die Sonne über den Himmel hinweg bewegt,
wodurch bewirkt wird, dass sich der Winkel, unter dem das Sonnenlicht
auf das Fahrzeug 12 gerichtet ist, mit der Zeit ändert. Wenn
solche Änderungen
stattfinden, kann die Steuereinheit 28 auch ausgebildet sein,
um einen aktualisierten Befehl an das Solarpaneel 14 zu
senden, was in diesem Beispiel umfassen kann, dass i) die Strommenge
verringert wird, die auf die in dem fahrerseitigen Sitz 20PS angeordnete thermoelektrische Einheit 22 angewendet
wird und ii) die Strommenge erhöht
wird, die auf die in dem beifahrerseitigen Sitz 20PS angeordnete
thermoelektrische Einheit 22 angewendet wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
können der
Komparator 30 und/oder die Steuereinheit 28 ausgebildet
sein, um Benutzerpräferenzen
für spezielle
Flächen 20 in
dem Fahrgastraumbereich 18 zu berücksichtigen. Wenn ein Fahrgast
z. B. an einer Rückenverletzung
leidet, kann der Fahrgast die Steuereinheit 28 derart einstellen,
dass die Lendenregion 26 des Fahrgastsitzes 20PS immer wärmer ist als z. B. die Sitzregion 24 des
Sitzes 20PS. In einigen Fällen kann
der Insasse die Lendenregion 26 tatsächlich auf eine vorgewählte Temperatur
einstellen. In der vorhergehenden Ausführungsform kann eine thermoelektrische
Einheit 22 in oder auf der Sitzregion 24 angeordnet
sein und eine weitere thermoelektrische Einheit 22 kann
in oder auf der Lendenregion 26 angeordnet sein, wobei
jede thermoelektrische Einheit 22 einzeln steuerbar ist,
um solche verschiedenen Temperaturen zwischen der Sitzregion 24 und
der Lendenregion 26 zu berücksichtigen.
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In
einer noch weiteren Ausführungsform kann
die Steuereinheit 28 ausgebildet sein, um dem Solarpaneel 14 zumindest
teilweise auf der Basis der Wärmekapazität der verschiedenen
Körperteile
des Fahrgastes zu befehlen, eine geeignete Menge elektrischen Strom
auf die verschiedenen Regionen der Fläche 20 (wie z. B.
zumindest die Regionen 24, 26 des Fahrgastsitzes 20PS) anzuwenden. Zum Beispiel kann die
Wärmekapazität des Oberschenkels
des Insassen höher
sein als z. B. die Wärmekapazität des Nackens
des Insassen. Die Menge des auf die Sitzregion 24 und die
Lendenregion 26 des Sitzes 20PS angewendeten
Stroms kann dementsprechend einzeln eingestellt werden.
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Für solche
unmittelbar zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet/n der
Komparator 30
und/oder die Steuereinheit 28 jede
Flächentemperatur
Ts einzeln, um die Menge an elektrischem
Strom zu bestimmen, die auf die jeweiligen Flächen 20 angewendet
werden soll. In einem Beispiel wird jede Flächentemperatur Ts mit
der Umgebungstemperatur Ta verglichen, indem
ein Durchschnitt der Temperaturen ermittelt wird.
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In
einigen Fällen
kann es wünschenswert sein,
unabhängig
von der Tatsache, ob eine oder mehrere Flächen 20 heißer oder
kälter
sein können als
eine andere oder mehrere andere Flächen 20 (wie z. B.,
wenn der fahrerseitige Sitz 20PS mehr
Sonnenlicht ausgesetzt ist als der beifahrerseitige Sitz 20PS), im Wesentlichen die gleiche Menge
an elektrischem Strom auf alle Flächen 20 anzuwenden.
In solchen Fällen
gewichtet der Komparator 30 die Flächentemperatur Ts der
verschiedenen Flächen 20 in Übereinstimmung
mit einem vorbestimmten prozentuellen Anteil. Der vorbestimmte prozentuelle
Anteil kann zumindest teilweise auf der Energiemenge basieren (die
aus den Flächentemperaturmessungen bestimmt
wird), die erforderlich ist, um die spezifische Fläche 30 (z.
B. die dem Sonnenlicht ausgesetzte Fläche 20) relativ zu
einer anderen Fläche 20 (z.
B. der dem Schatten ausgesetzten Fläche 20) zu erwärmen/kühlen. Dann
wird ein Durchschnitt von i) den gewichteten Messungen und ii) der
Umgebungstemperatur Ta ermittelt.
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Die
verglichenen Temperaturen T
a, T
s werden
dann verwendet, um eine Temperaturdifferenz zwischen den verglichenen
Temperaturen und der von einem Benutzer bevorzugten Referenztemperatur
T
ref zu bestimmen. Diese Temperaturdifferenz
entspricht im Allgemeinen der Menge und Richtung des elektrischen
Stroms, der auf die thermoelektrische Einheit
22 angewendet
werden soll, und kann verwendet werden, um diese Menge und Richtung
zu ändern,
die von dem Solarpaneel
14 an die thermoelektrische Einheit
22 geliefert
werden. Zum Beispiel ist die Menge an elektrischem/r Strom oder
Energie allgemein proportional zu der Temperaturdifferenz und diese
Korrelation kann z. B. als eine mathematische Gleichung, die durch
die Gleichung
dargestellt ist, in die Steuereinheit
28 einprogrammiert
sein, wobei I der elektrische Strom ist, X ein Skalierungsfaktor
ist, T
s die Temperatur der Fläche
20 ist
und T
ref die Referenztemperatur ist. Demzufolge
setzt die Steuereinheit
28 bei der Bestimmung der Temperaturdifferenz
die Temperaturdifferenz mit dem elektrischen Strom in Beziehung
und sendet einen Befehl an das Solarpaneel
14, den in Beziehung
gesetzten Strom auf die entsprechende thermoelektrische Einheit
22 anzuwenden.
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Die
Richtung des elektrischen Stroms basiert allgemein darauf, ob die
Fläche 20 erwärmt oder
gekühlt
ist. Wenn in einem Beispiel die Temperaturdifferenz eine negative
Zahl produziert, kann eine erste Strompolarität auf die thermoelektrische
Einheit angewendet werden, um die Fläche 20 zu erwärmen. Wenn
die Temperaturdifferenz jedoch eine positive Zahl produziert, wird
die Polarität
des elektrischen Stroms umgeschaltet (d. h., die Richtung wird umgeschaltet),
wobei dieser Strom auf die thermoelektrische Einheit 22 angewendet
wird, um die Fläche 20 zu
kühlen.
-
Dann
sendet die Steuereinheit 28 einen Befehl an das Solarpaneel 14,
die bestimmte Menge und Richtung des elektrischen Stroms auf die
thermoelektrische Einheit 22 anzuwenden, um die Fläche 20 zu
erwärmen
und zu kühlen
(siehe die Bezugsziffern 108 und 110 in 3).
Während
der Anwendung des elektrischen Stroms auf die thermoelektrische
Einheit 22 misst das Temperaturmessmittel 34 der
Fläche 20 im
Wesentlichen kontinuierlich die Temperatur der Fläche 20.
Diese kontinuierlichen Temperaturmessungen werden in den Komparator 30 eingegeben,
wobei der Komparator die gemessene Temperatur der Fläche 20 Ts mit der von einem Benutzer bevorzugten
Referenztemperatur Tref vergleicht, bis
die Temperatur Ts den Wert der Referenztemperatur
Tref erreicht. An dieser Stelle sendet die Steuereinheit 28 einen
Befehl an das Solarpaneel 14, um die Anwendung des elektrischen
Stroms auf die thermoelektrische Einheit 22 zu beenden.
Gleichzeitig sendet die Steuereinheit 28 auch einen Befehl
an das Solarpaneel 14, um jeglichen verbleibenden elektrischen
Strom an die Fahrzeugbatterie 38 zu verteilen, um die Batterie 38 in
Fällen
aufzuladen, in denen die Batterie 38 nicht vollständig geladen
ist (d. h., die Batteriespannung liegt nicht über einer maximalen Spannung,
die eine volle Ladung der Batterie 38 wiedergibt).
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Wenn
in einer Ausführungsform
die Temperaturdifferenz zwischen i) den verglichenen Temperaturen
und ii) der Referenztemperatur Tref eine
vorbestimmte Schwelle überschreitet,
kann die Steuereinheit 28 ferner ausgebildet sein, um einen
Befehl an das Solarpaneel 14 zu senden, um den gesamten elektrischen
Strom an die thermoelektrische Einheit 22 zu leiten. In
Fällen
jedoch, in denen die Temperaturdifferenz unter einer anderen vorbestimmten Schwelle
liegt, kann die Steuereinheit 28 außerdem ausgebildet sein, um
einen Befehl an das Solarpaneel 14 zu senden, um den gesamten
elektrischen Strom an die Batterie 38 zu leiten. In Fällen, in
denen die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Schwellen liegt,
kann der elektrische Strom zwischen der thermoelektrischen Einheit 22 und
der Batterie 38 verteilt werden. Die Steuereinheit 28 als
solche ist allgemein anpassbar, um das Komfortniveau des Fahrzeuginsassen
zumindest teilweise auf der Basis der von einem Benutzer bevorzugten
Referenztemperatur Tref zu berücksichtigen.
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In
einer noch weiteren Ausführungsform kann
die Steuereinheit 28 ausgebildet sein, um zu bestimmen,
wann eine innere Fahrzeugfläche 20 tatsächlich mit
dem Körper
des Fahrgastes in Kontakt ist. Zum Beispiel kann das Heiz- und Kühlsystem 10, wenn
es zweckmäßig ist,
zusätzliche
Sensoren umfassen, die der Steuereinheit 28 melden, wenn
der Fahrgastsitz 20PS besetzt ist.
Sobald die Steuereinheit 28 benachrichtigt ist, dass der
Sitz 20PS besetzt ist, befiehlt
die Steuereinheit 28 dem Solarpaneel 14, die entsprechende
Menge und Richtung des elektrischen Stroms auf die diesem speziellen
Sitz 20PS zugeordnete thermoelektrische
Einheit 22 anzuwenden. In einigen Fällen kann die Steuereinheit 28 auch ausgebildet
sein, um dem Solarpaneel 14 zu befehlen, den elektrischen
Strom in Übereinstimmung
mit einem voreingestellten Zeitintervall (z. B. jede halbe Stunde,
jede Stunde etc.) anzuwenden, bis die von einem Benutzer bevorzugte
Referenztemperatur Tref erreicht wurde,
sofern die Fahrzeugzündung
aktiv ist.
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Wenngleich
die vorliegende Offenlegung oben stehend zur Verwendung in einem
Kraftfahrzeug beschrieben wurde, sollte einzusehen sein, dass diese
Offenlegung auch in anderen Anwendungen angewendet werden kann.
Zum Beispiel können die
verschiedenen Beispiele und Ausführungsformen des
hierin offenbarten Systems und Verfahrens in Luft- und Raumfahrtanwendungen,
Seefahrtsanwendungen, Gebäuden
oder anderen Grund- und
Bodenstrukturen etc. angewendet werden. Es sollte ferner einzusehen
sein, dass die verschiedenen Beispiele und Ausführungsformen des Heiz- und Kühlsystems 10 in
Kombination mit einem weiteren Klimatisierungssystem (z. B. einer
Klimaanlage auf der Basis eines Kältemittels oder dergleichen)
verwendet werden können.
In einigen Fällen
kann das Heiz- und Kühlsystem 10 allein
ausreichen, um das Fahrzeug 12 zu heizen und zu kühlen, und
ein weiteres Klimatisierungssystem muss somit unter Umständen nicht unbedingt
notwendig sein.
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Während mehrere
Ausführungsformen
im Detail beschrieben wurden, wird es für den Fachmann offensichtlich
sein, dass die offenbarten Ausführungsformen
abgewandelt werden können.
Die obige Beschreibung ist daher als beispielhaft und nicht als
einschränkend
zu betrachten.
