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HINTERGRUND
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Vorrichtung eine thermoelektrische Einrichtung statt eines Kühlmittels verwendet.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Herkömmliche Klimaanlagensysteme verwenden ein Kühlmittel in einem Kühlsystem, um vorbeiströmende Luft zu kühlen. Insbesondere kühlt das System Luft durch eine Rotation(sbewegung) in einem Kompressor, um eine Verdichtung, Verflüssigung und Verdampfung des Kühlmittels herbeizuführen, wobei die Luft durch Betreiben eines Heizelementes mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) erwärmt bzw. erhitzt wird. Jedoch hat die Verwendung von Kühlmittel(n) bereits Auswirkungen auf die globale Erderwärmung gezeigt. Klimaanlagensysteme (einschließlich eines Systems mit heißem Gas), welche das Kühlmittel verwenden, erfordern mechanische Energie, wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um und führen so Heizen und Kühlen aus. Dies bringt mechanischen Verlust als auch Qualitätsprobleme mit sich, welche durch mechanische Teile und ein Entweichen des Kühlmittels bedingt sind, was einer Verbesserung bedarf.
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Aus der US 2006 / 0 225 441 Al ist ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug bekannt, das in einem Heizmodus, einem Kühlmodus oder einem Entfeuchtungsmodus arbeitet. Das System umfasst einen ersten Kreislauf mit einer ersten Pumpe zum Umwälzen eines ersten Mediums darin, einen zweiten Kreislauf mit einer zweiten Pumpe zum Umwälzen eines zweiten Mediums darin und ein thermoelektrisches Modul mit einer ersten Oberfläche in thermischem Kontakt mit dem ersten Medium und einer zweiten Oberfläche in thermischem Kontakt mit dem zweiten Medium.
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Weiter kennt man aus der
JP 2011 - 143 911 A eine Fahrzeugklimatisierungseinheit und ein Fahrzeugklimatisierungssystem, die in der Lage sind, das Innere einer Kabine zu klimatisieren und dabei Energie zu sparen und die hinsichtlich Ihrer Montage an einem Fahrzeug überlegene Eigenschaften aufweisen. Das Fahrzeugklimatisierungssystem führt Heizen oder Kühlen als anfängliche Klimatisierung durch einen positiven oder negativen Heizwert durch, der in einem Wärmespeichermaterial gespeichert ist. Die Erwärmung als stetige Klimatisierung erfolgt durch Erwärmung der Umgebungsluft durch Abstrahlen der Abwärme des Fahrzeugsystems auf Wasser eines Wasser-Luft-Wärmetauschers. Die Kühlung als ständige Klima- Klimatisierung erfolgt ebenfalls durch Kühlung der Umgebungsluft durch Absorption von Wärme aus dem Wasser im Wasser-Luft-Wärmetauscher.
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Es wurde eine Klimaanlagenvorrichtung unter Verwendung herkömmlicher thermoelektrischer Einrichtungen vorgeschlagen, um eine Temperaturdifferenz zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der thermoelektrischen Einrichtung zu minimieren, um die Leistung durch die Verwendung einer thermoelektrischen Einrichtung zu verbessern. Jedoch befindet sich ein Klimaanlagensystem, selbst auf der Basis dieser Technologie, unter Verwendung von Kühlwasser und der thermoelektrischen Einrichtung noch immer in seinem Anfangsstadium. Somit ist ein Problem mit der Gesamt-Wärmesteuerung eines Fahrzeuges verbunden, wobei ein neues System, welches in der Lage ist, sowohl ein existierendes Klimaanlagensystem als auch ein existierendes wärmeabstrahlendes System zu ersetzen, noch vorzuschlagen ist.
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Das oben Gesagte soll lediglich das Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung unterstützen, und soll nicht bedeuten, dass die vorliegende Erfindung in den Umfang des Standes der Technik fällt, welcher dem Fachmann bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung unter dem Gesichtspunkt der obigen im Stand der Technik auftretenden Probleme gemacht, wobei die vorliegende Erfindung eine Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug bereitstellt, um sowohl ein Klimaanlagensystem als auch ein Fahrzeug-Kühlsystem zu betreiben, und zwar lediglich unter Verwendung von Kühlwasser mit einem Kühlmittel, welches einem existierenden Klimaanlagensystem auf Basis von Kühlmittel entnommen wurde.
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Um die obige Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, welche ein Verdampfergehäuse und ein Heizergehäuse, welche in einem sich überlappenden Zustand auf einem Belüftungskanal angeordnet sind, eine thermoelektrische Einrichtung mit einer wärmeerzeugenden Oberfläche und einer wärmeabsorbierenden Oberfläche, eine Kühlleitung, welche aus einem ersten Kühlkanal, durch welchen Kühlwasser um die wärmeabsorbierende Oberfläche und das Verdampfergehäuse herum zirkuliert, und einem zweiten Kühlkanal, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeabsorbierende Oberfläche und einen Motor herum zirkuliert, zusammengesetzt ist, eine Heizleitung, welche aus einem ersten Heizkanal, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeerzeugende Oberfläche und das Heizergehäuse herum zirkuliert, und einen zweiten Heizkanal, durch welchen das Kühlwasser um den Motor und das Heizergehäuse herum zirkuliert, zusammengesetzt ist, umfasst. Eine Steuerung steuert gleichzeitig eine Zirkulation durch den zweiten Kühlkanal und den ersten Heizkanal oder eine Zirkulation durch den zweiten Heizkanal in einer Heizbetriebsart. Ebenso kann die Steuerung eine Zirkulation durch den ersten Kühlkanal in einer Kühlbetriebsart steuern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, welche ein Verdampfergehäuse und ein Heizergehäuse, welche in einem sich überlappenden Zustand auf einem Belüftungskanal angeordnet sind, eine thermoelektrische Einrichtung mit einer wärmeerzeugenden Oberfläche und einer wärmeabsorbierenden Oberfläche, eine Kühlleitung, welche aus einem ersten Kühlkanal, durch welchen Kühlwasser um die wärmeabsorbierende Oberfläche und das Verdampfergehäuse herum zirkuliert, und einen zweiten Kühlkanal, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeabsorbierende Oberfläche und einen Motor herum zirkuliert, zusammengesetzt ist, eine Heizleitung, welche aus einem ersten Heizkanal, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeerzeugende Oberfläche und das Heizergehäuse herum zirkuliert, und einen zweiten Heizkanal, durch welchen das Kühlwasser um den Motor und das Heizergehäuse herum zirkuliert, zusammengesetzt ist, eine Abstrahlleitung, welche aus einem ersten Abstrahlkanal, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeerzeugende Oberfläche und einen Kühler herum zirkuliert, und einen zweiten Abstrahlkanal, durch welchen das Kühlwasser um den Motor und den Kühler herum zirkuliert, zusammengesetzt ist, umfasst.
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Eine Steuerung kann derart ausgebildet sein, die Zirkulation durch den ersten Kühlkanal, den ersten Abstrahlkanal und den zweiten Abstrahlkanal in einer Kühlbetriebsart zu steuern. Ebenso kann die Steuerung ausgebildet sein, die Zirkulation durch den zweiten Abstrahlkanal, den ersten Kühlkanal und den ersten Heizkanal in einer Entfeuchtungsbetriebsart zu steuern. Weiterhin kann die Steuerung ausgebildet sein, die Zirkulation gleichzeitig durch den zweiten Kühlkanal und den ersten Heizkanal oder die Zirkulation durch den zweiten Heizkanal in einer Heizbetriebsart zu steuern.
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Ebenso können der erste Kühlkanal und der zweite Kühlkanal parallel geschaltet sein, um auf diese Weise Eingangs- und Ausgangsseiten der wärmeabsorbierenden Oberfläche gemeinsam zu nutzen, wobei ein Dreiwegeventil an einem Verzweigungspunkt der Ausgangsseite der wärmeabsorbierenden Oberfläche installiert sein kann. Weiterhin kann der erste Kühlkanal eine Wasserpumpe umfassen.
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Zusätzlich können der erste Heizkanal und der erste Abstrahlkanal parallel geschaltet sein, um auf diese Weise Eingangs- und Ausgangsseiten der wärmeerzeugenden Oberfläche gemeinsam zu nutzen, wobei ein Dreiwegeventil an einem Verzweigungspunkt der Ausgangsseite der wärmeerzeugenden Oberfläche installiert sein kann. Die Wasserpumpe kann zwischen einem Verbindungspunkt der Eingangsseite der wärmeerzeugenden Oberfläche und der wärmeabsorbierenden Oberfläche installiert sein.
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Der zweite Kühlkanal und der zweite Abstrahlkanal können ebenso parallel geschaltet sein, um so einen Einlass und einen Auslass des Motors gemeinsam zu nutzen, wobei ein Dreiwegeventil an einem Verbindungspunkt der Einlassseite des Motors installiert sein kann. Weiterhin kann der zweite Heizkanal an der Auslassseite des Motors gebildet sein, so dass der zweite Kühlkanal davon mittels eines Dreiwegeventils abzweigt.
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Zusätzlich können der erste Heizkanal und der zweite Heizkanal parallel geschaltet sein, um einen Einlass und einen Auslass des Heizergehäuses gemeinsam zu nutzen, wobei ein Dreiwegeventil an einem Verzweigungspunkt der Auslassseite des Heizergehäuses installiert sein kann.
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Gemäß der Klimaanlagenvorrichtung mit der oben erwähnten Konfiguration können sowohl ein Klimaanlagensystem als auch ein Fahrzeugkühlsystem zusammen betrieben werden, und zwar unter Verwendung lediglich des Kühlwassers mit einem Kühlmittel, welches von einer vorhandenen kühlmittelbasierten Klimaanlagenvorrichtung entnommen wurde. Im Ergebnis wird das Kühlmittel durch das Kühlwasser ersetzt, um sich positiv auf die Umwelt auszuwirken. Weiterhin wird ein Klimaanlagensystem für einen Fahrzeuginnenraum als auch das Kühlsystem für einen Motor bereitgestellt, wobei eine optimierte Wärmesteuerung durch ein kompaktes bzw. nicht viel Platz in Anspruch nehmendes System ausgeführt wird. Dadurch kann Abwärme reduziert werden, und Verschwendung von Energie kann vermieden werden.
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Figurenliste
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Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verständlicher, in denen:
- 1 eine Ansicht ist, welche eine Heizbetriebsart in einer Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 2 eine Ansicht ist, welche eine weitere Heizbetriebsart der Klimaanlagenvorrichtung für das in 1 dargestellte Fahrzeug zeigt;
- 3 eine Ansicht ist, welche eine Kühlbetriebsart der Klimaanlagenvorrichtung für das in 1 gezeigte Fahrzeug darstellt; und
- 4 eine Ansicht ist, welche eine Entfeuchtungsbetriebsart der Klimaanlagenvorrichtung für das in 1 gezeigte Fahrzeug darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es wird davon ausgegangen, dass der Begriff „Fahrzeug“ bzw. „zu einem Fahrzeug gehörig“ oder ein anderer ähnlicher Begriff, wie er hierin verwendet wird, allgemein Motorfahrzeuge, wie z.B. Passagierfahrzeuge einschließlich Sports Utility Vehicles (SUVs), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftkraftfahrzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Fahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und mit anderen alternativen Kraftstoffen betriebene Fahrzeuge (z.B. Kraftstoffe, welche nicht aus Erdöl gewonnen werden) umfasst.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen mit umfassen, es sei denn, dass sich aus dem Zusammenhang eindeutig etwas anderes ergibt. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzzahligen Vielfachen, Verfahrensschritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten bezeichnen, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, ganzzahligen Vielfachen, Verfahrensschritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ jede und alle Kombinationen eines oder mehrerer der zugeordneten aufgelisteten Gegenstände.
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Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass die unten erläuterten Verfahren von wenigstens einer Steuerung ausgeführt werden. Der Begriff Steuerung bezieht sich auf eine Hardware-Einrichtung, welche einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist derart ausgebildet, die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere dazu ausgebildet, diese Module zu betreiben, um einen bzw. mehrere Vorgänge auszuführen, welche im Folgenden beschrieben werden.
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Weiterhin kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht-flüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt sein, welches ausführbare Programmanweisungen enthält, welche von einem Prozessor, einer Steuerung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele des computerlesbaren Mediums umfassen ohne Beschränkung ROM, RAM, Com-pact-Disc-(CD-)ROMs, Magnetbänder, Disketten, Flash-Speicher, Smartcards sowie optische Speichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenso durch mit einem Netzwerk gekoppelten Computersystemen zugreifbar sein, so dass die computerlesbaren Medien in einer zugreifbaren Art und Weise gespeichert und ausgeführt werden können, z.B. mittels eines Telematik-Servers oder eines Controller-Area-Networks (CAN).
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Im Folgenden wird eine Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine Ansicht, welche eine Heizbetriebsart in einer Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Ansicht, welche eine weitere Heizbetriebsart der Klimaanlagenvorrichtung für das in 1 dargestellte Fahrzeug zeigt. 3 ist eine Ansicht, welche eine Kühlbetriebsart der Klimaanlagenvorrichtung für das in 1 gezeigte Fahrzeug darstellt. 4 ist eine Ansicht, welche eine Entfeuchtungsbetriebsart der Klimaanlagenvorrichtung für das in 1 gezeigte Fahrzeug darstellt.
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Eine Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verdampfergehäuse 100 und ein Heizergehäuse 200, welche auf einem Belüftungskanal in sich überlappender Weise angeordnet sind, eine thermoelektrische Einrichtung 300 mit einer wärmeerzeugenden Oberfläche 310 und einer wärmeabsorbierende Oberfläche 320, eine Kühlleitung, welche aus einem ersten Kühlkanal A, durch welchen Kühlwasser um die wärmeabsorbierende Oberfläche 320 und das Verdampfergehäuse 100 herum zirkuliert, und einem zweiten Kühlkanal B, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeabsorbierende Oberfläche 320 und einen Motor 400 herum zirkuliert, zusammengesetzt ist, eine Heizleitung, welche aus einem ersten Heizkanal C, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeerzeugende Oberfläche 310 und das Heizergehäuse 200 herum zirkuliert, und einem zweiten Heizkanal D, durch welchen das Kühlwasser um den Motor 400 und das Heizergehäuse 200 herum zirkuliert, zusammengesetzt ist, und eine Steuerung 800, welche gleichzeitig eine Zirkulation durch den zweiten Kühlkanal B und den ersten Heizkanal C steuert bzw. eine Zirkulation durch den zweiten Heizkanal D in einer Heizbetriebsart.
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Die Klimaanlagenvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet weitestgehend kein Kühlmittel, keinen Kompressor, keinen Kondensator usw., wie es im Stand der Technik der Fall ist. Jedoch ist aufgrund der Verwendung des Kühlwassers ein Kühler erforderlich, um einen Motor bzw. wärmeerzeugende Teile, wie z.B. einen Motor, eine Batterie usw., zu kühlen, ohne die Fahrzeugkonstruktion so weit wie möglich in negativer Weise zu beeinträchtigen. Weiterhin sind ein Heizergehäuse und ein Verdampfergehäuse (Kühlgehäuse), welche auf einer vorhandenen Klimaanlagenvorrichtung installiert sind, ebenso in Verwendung.
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In einer vorhandenen Klimaanlagenvorrichtung (z.B. eine Vorrichtung zum Heizen, Belüften und Klimatisieren [HVAC = heating, venting and air conditioning apparatus]) sind sowohl das Heizergehäuse als auch das Verdampfergehäuse bereitgestellt, wobei sie zur Bereitstellung von Luft für den Fahrzeuginnenraum auf einem Kanal bereitgestellt sind. Die Luft wird hinsichtlich der Temperatur mittels eines Temperaturdurchlasses angepasst und wird dann in den Innenraum geleitet. Diese Konfiguration entspricht der, welche von einer Klimaanlagenvorrichtung aus dem Stand der Technik wohlbekannt ist, weshalb eine detaillierte Beschreibung diesbezüglich weggelassen wird.
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Für eine Klimatisierung der Luft lediglich mit dem Kühlwasser ist es notwendig, das Kühlwasser zu kühlen bzw. zu erwärmen bzw. zu erhitzen. Hierbei wird die thermoelektrische Einrichtung anstelle des Kompressors verwendet. Ein Beispiel der thermoelektrischen Einrichtung umfasst ein Peltier-Element.
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Verständlicherweise weist die thermoelektrische Einrichtung die wärmeerzeugende Oberfläche und die wärmeabsorbierende Oberfläche unter Verwendung von elektrischer Energie auf, wobei die thermoelektrische Einrichtung derart betrieben wird, Wärme bzw. Hitze von der wärmeabsorbierenden Oberfläche zu der wärmeerzeugenden Oberfläche zu pumpen. Daher ist es umso schwieriger, die Wärme zu der wärmeerzeugenden Oberfläche zu pumpen, je kälter die wärmeabsorbierende Oberfläche ist. Im Gegensatz dazu, je wärmer bzw. heißer die wärmeabsorbierende Oberfläche ist, desto einfacher wird die Wärme bzw. Hitze zu der wärmeerzeugenden Oberfläche gepumpt.
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Im Fall der vorliegenden Erfindung sind das Verdampfergehäuse 100 und das Heizergehäuse 200 auf dem Belüftungskanal der bestehenden Klimatisierungsanlage in einem sich überlappenden Zustand angeordnet. Diese Konfiguration entspricht der des Standes der Technik. Jedoch wird die thermoelektrische Einrichtung 300 mit der wärmeerzeugenden Oberfläche 310 und der wärmeabsorbierenden Oberfläche 320 bereitgestellt. Die wärmeerzeugende Oberfläche 310 und die wärmeabsorbierende Oberfläche 320 der thermoelektrischen Einrichtung sind mit den entsprechenden Kanälen für das Kühlwasser verbunden.
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Im Detail werden die Kühlleitung und die Heizleitung bereitgestellt. Die Kühlleitung setzt sich aus dem ersten Kühlkanal A, durch welchen das Kühlwasser um die wärmabsorbierende Oberfläche 320 und das Verdampfergehäuse 100 herum zirkuliert, sowie dem zweiten Kühlkanal B, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeabsorbierende Oberfläche 320 und den Motor 400 herum zirkuliert, zusammen.
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Die Heizleitung setzt sich aus dem ersten Heizkanal C, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeerzeugende Oberfläche 310 und das Heizergehäuse 200 herum zirkuliert, und dem zweiten Heizkanal D, durch welchen das Kühlwasser um den Motor 400 und das Heizergehäuse 200 herum zirkuliert, zusammen.
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Hierbei ist die Steuerung dazu ausgebildet, Ventile bzw. Wasserpumpen zu steuern. Dabei steuert in einer Heizbetriebsart die Steuerung eine Zirkulation durch den zweiten Kühlkanal B und den ersten Heizkanal C zur gleichen Zeit bzw. eine Zirkulation durch den zweiten Heizkanal D. In einer Kühlbetriebsart kann die Steuerung 800 derart ausgebildet sein, dass sie eine Zirkulation durch den ersten Kühlkanal A steuert. Dadurch wird das Verdampfergehäuse bzw. das Heizergehäuse lediglich durch die thermoelektrische Einrichtung und das Kühlwasser gekühlt bzw. geheizt. Im Ergebnis wird die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraumes in effizienter und umweltfreundlicher Weise durchgeführt.
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Weiterhin wird eine Wärmestrahlung in Bezug auf eine Kühlung eines Fahrzeugteiles, wie z.B. eine Maschine, einen Motor oder eine Batterie, ebenso in Betracht gezogen. In dieser Hinsicht umfasst eine Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verdampfergehäuse 100 und ein Heizergehäuse 200, welche in einem sich überlappenden Zustand auf einem Belüftungskanal angeordnet sind, eine thermoelektrische Einrichtung 300 mit einer wärmeerzeugenden Oberfläche 310 und einer wärmeabsorbierenden Oberfläche 320, wobei eine Kühlleitung aus einem ersten Kühlkanal A, durch welchen Kühlwasser um die wärmeabsorbierende Oberfläche 320 und das Verdampfergehäuse 100 herum zirkuliert, und einem zweiten Kühlkanal B, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeabsorbierenden Oberfläche 320 und einen Motor 400 herum zirkuliert, zusammengesetzt ist, wobei eine Heizleitung aus einem ersten Heizkanal C, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeerzeugende Oberfläche 310 und das Heizergehäuse 200 herum zirkuliert, und einem zweiten Heizkanal D, durch welchen das Kühlwasser um den Motor 400 und das Heizergehäuse 200 herum zirkuliert, zusammengesetzt ist. Zusätzlich ist eine Abstrahlleitung aus einem ersten Abstrahlkanal E, durch welchen das Kühlwasser um die wärmeerzeugende Oberfläche 310 und einen Kühler 500 herum zirkuliert, und einem zweiten Abstrahlkanal F, durch welchen das Kühlwasser um den Motor 400 und den Kühler 500 herum zirkuliert, zusammengesetzt. Weiterhin ist eine Steuerung 800 ausgebildet, um die Zirkulation durch den ersten Kühlkanal A, den ersten Abstrahlkanal E und den zweiten Abstrahlkanal F in einer Kühlbetriebsart zu steuern. In diesem Fall ist der Motor durch Hinzufügen der Abstrahlleitung unter Verwendung des Kühlers 500 dazu ausgelegt, ebenso durch das Kühlwasser gekühlt zu werden.
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Im Detail ist die thermoelektrische Einrichtung 300 mit der wärmeerzeugenden Oberfläche 310 und der wärmeabsorbierenden Oberfläche 320 versehen. Die wärmeabsorbierende Oberfläche 320 bildet den ersten Kühlkanal A, durch welchen das Kühlwasser in gleicher Weise wie durch das Verdampfergehäuse 100 zirkuliert. Dadurch wird eine Kühlung des Fahrzeuginnenraumes erreicht.
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Die wärmeabsorbierende Oberfläche 320 bildet den zweiten Kühlkanal B, welcher mit dem Motor 400 verbunden ist und durch welchen das Kühlwasser zirkuliert. Dadurch wird bei Bedarf der Motor 400 gekühlt und gleichzeitig Abwärme vom Motor 400 zur wärmeerzeugenden Oberfläche 310 gepumpt.
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Weiterhin ist die wärmeerzeugende Oberfläche 310 der thermoelektrischen Einrichtung zusammen mit dem Heizergehäuse 200 zum ersten Heizkanal C zusammengesetzt. Im Ergebnis wird der Fahrzeuginnenraum durch die Wärmeerzeugung von der thermoelektrischen Einrichtung erwärmt bzw. geheizt.
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Der Motor 400 bildet zusammen mit dem Heizergehäuse 200 den zweiten Heizkanal D. Dadurch wird der Fahrzeuginnenraum durch den Wärmegehalt des Wassers im Motor 400 erwärmt bzw. geheizt. Die wärmeerzeugende Oberfläche 310 der thermoelektrischen Einrichtung bildet zusammen mit dem Kühler 500 den ersten Abstrahlkanal E. Dadurch wird die Wärme bzw. Hitze der wärmeabsorbierenden Oberfläche 320 gepumpt und in die Umwelt befördert, wodurch durch die Kühlleistung erhöht wird. Der Motor 400 bildet zusammen mit dem Kühler 500 den zweiten Abstrahlkanal F. Dadurch kann die Abwärme vom Motor abgeführt werden.
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Zunächst ist 1 eine Ansicht, welche eine Heizbetriebsart einer Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In der Heizbetriebsart steuert die Steuerung 800 die Zirkulation durch den zweiten Heizkanal D. Dadurch wird das Heizergehäuse 200 erwärmt bzw. erhitzt, um durch die Abwärme des Motors 400 zu heizen. Dies entspricht einem Fall, in welchem eine herkömmliche interne Verbrennungskraftmaschine oder ein Motor eines Hybridfahrzeuges zur Wärmeerzeugung betrieben werden. Alternativ kann im Fall des Hybridfahrzeuges die Abwärme von einem elektrischen Teil, wie z.B. einem Motor oder einer Batterie, zusätzlich zum Motor verwendet werden.
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2 ist eine Ansicht, welche eine weitere Heizbetriebsart der Klimaanlagenvorrichtung für das in 1 gezeigt Fahrzeug darstellt. In diesem Fall steuert die Steuerung 800 in der Heizbetriebsart die gleichzeitige Zirkulation durch den zweiten Kühlkanal B und den ersten Heizkanal C, wobei dadurch ein Heizen des Fahrzeuginnenraums erzielt werden kann. In diesem Fall wird ein Heizen durch die thermoelektrische Einrichtung 300 durchgeführt. Insbesondere wird, um den maximalen Nutzen eines Merkmals der thermoelektrischen Einrichtung zu erzielen, in welcher, wenn die Temperatur der wärmeabsorbierenden Oberfläche 320 höher wird, die Temperatur der wärmeerzeugenden Oberfläche 310 ebenso hoch, wobei die Zirkulation durch den zweiten Kühlkanal B zusammen mit dem Motor 400 durchgeführt wird. Dadurch kann die Heizleistung weiterhin erhöht werden.
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3 ist eine Ansicht, welche eine Kühlbetriebsart der Klimaanlagenvorrichtung für das in 1 gezeigt Fahrzeug darstellt. In diesem Fall steuert die Steuerung 800 in der Kühlbetriebsart die Zirkulation durch den ersten Kühlkanal A. Um die Leistung der thermoelektrischen Einrichtung 300 maximal zu erhöhen, ist es notwendig, die Temperatur der wärmeerzeugenden Oberfläche 310 zu reduzieren. Somit ist, unter der Steuerung 800, die wärmeerzeugende Oberfläche 310 mit dem Kühler 500 über den ersten Abstrahlkanal E verbunden, wobei dadurch das Abstrahlen durchgeführt wird. Gleichzeitig wird ebenso zur Kühlung des Motors 400 die Zirkulation durch den zweiten Abstrahlkanal F durchgeführt, wobei somit die Abstrahlung durch den Kühler 500 durchgeführt werden kann.
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4 zeigt eine Entfeuchtungsbetriebsart der Klimaanlagenvorrichtung für das in 1 gezeigte Fahrzeug. In diesem Fall sollten sowohl das Verdampfergehäuse 100 als auch das Heizergehäuse 200 betrieben werden. Somit steuert die Steuerung 800 in einer Entfeuchtungsbetriebsart die Zirkulation durch den zweiten Abstrahlkanal F, den ersten Kühlkanal A und den ersten Heizkanal C. D.h., ein Kühlen wird durch die wärmeabsorbierende Oberfläche 320 der thermoelektrischen Einrichtung 300 durchgeführt, wobei das Heizen durch die wärmeerzeugende Oberfläche 310 durchgeführt wird. Dementsprechend wird in diesem Fall die Leistung der thermoelektrischen Einrichtung auf einem sehr hohen Niveau aufrechterhalten, selbst wenn die Wärme nicht separat zirkuliert wird. Daher wird weniger elektrische Energie für die thermoelektrische Einrichtung benötigt. Zur Kühlung des Motors 400 kann der zweite Abstrahlkanal F separat betrieben werden.
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Alle Kühlkanäle, die Heizkanäle und die Abstrahlkanäle, welche oben beschrieben sind, können mittels der Ventile und der Wasserpumpen mit Hilfe der Steuerung gesteuert werden. Um durch Vereinfachung der Konfiguration des Systems kompakte Kanäle zu bilden, wird das folgende Design der Kanäle nützlich sein. Jedoch ist diese Konfiguration lediglich beispielhaft.
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Im Detail kann der erste Kühlkanal A und der zweite Kühlkanal B in paralleler Weise verbunden werden, um so Eingangs- und Ausgangsseiten der wärmeabsorbierenden Oberfläche 320 gemeinsam zu nutzen. Ein Dreiwegeventil 740 kann an einem Verzweigungspunkt der Außenseite der wärmeabsorbierenden Oberfläche 320 installiert sein. Eine erste Wasserpumpe 620 kann innerhalb des ersten Kühlkanals A vorgesehen sein. Somit wird eine Zirkulationskraft für das Kühlwasser zum Kühlen durch die Wasserpumpe 620 bereitgestellt.
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Der erste Heizkanal C und der erste Abstrahlkanal E können in paralleler Weise miteinander verbunden sein, um so Eingangs- und Ausgangsseiten der wärmeerzeugenden Oberfläche 310 gemeinsam zu nutzen. Ein Dreiwegeventil 730 kann an einem Verzweigungspunkt der Ausgangsseite der wärmeerzeugenden Oberfläche 310 installiert sein. Eine zweite Wasserpumpe 610 kann ebenso zwischen einem Verbindungspunkt der Eingangsseite der wärmeerzeugenden Oberfläche 310 und der wärmeabsorbierenden Oberfläche 320 installiert sein, wobei somit eine Zirkulationskraft für das Kühlwasser für die wärmeerzeugende Oberfläche bereitgestellt werden kann. Im Falle des Motors kann die Zirkulation des Kühlwassers unter Verwendung einer Wasserpumpe motorseitig eines bestehenden Fahrzeuges angewendet werden.
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Weiterhin ist der zweite Kühlkanal B und der zweite Abstrahlkanal F in paralleler Weise miteinander verbunden, um so einen Einlass und einen Auslass des Motors 400 gemeinsam zu nutzen. Ein Dreiwegeventil 710 ist an einem Verbindungspunkt der Einlassseite des Motors 400 installiert. Der zweite Heizkanal D ist an der Auslassseite des Motors 400 gebildet, so dass der zweite Kühlkanal B davon mittels eines Dreiwegeventiles 720 abzweigt. Der erste Heizkanal C und der zweite Heizkanal D sind in paralleler Weise miteinander verbunden, um so einen Einlass und Auslass des Heizergehäuses 200 gemeinsam zu nutzen. Ein Dreiwegeventil 750 ist an einem Verzweigungspunkt der Auslassseite des Heizergehäuses 200 installiert.
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Dementsprechend stellt die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Klimaanlagensystem bereit, welche ein Kühlwasser-Zirkulationssystem in einer vereinfachten Form anwendet. In vorteilhafter Weise wird eine sich wiederholende Struktur, welche in der Lage ist, zu heizen, zu kühlen und zu entfeuchten, lediglich durch Ventile und die Wasserpumpen gesteuert, wobei gleichzeitig die Klimaanlagenleistung unter Verwendung geeigneter Abstrahlung und Abwärme von Fahrzeugteilen, wie z.B. dem Motor, erhöht und erzielt werden kann.
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Gemäß der Klimaanlagenvorrichtung mit der oben erwähnten Konfiguration kann sowohl ein Klimaanlagensystem als auch ein Fahrzeugkühlsystem zusammen betrieben werden, und zwar unter Verwendung lediglich des Kühlwassers mit dem von einer vorhandenen kühlmittelbasierten Klimaanlage entnommenen Kühlmittel.
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Im Ergebnis können umweltfreundliche Zustände erzielt werden. Weiterhin wird das Klimaanlagensystem für den Fahrzeuginnenraum als auch das Kühlsystem für einen Motor bereitgestellt, wobei eine optimierte Wärmesteuerung durch das kompakte System erzielt wird. Somit kann Abwärme reduziert werden, wobei die Verschwendung von Energie vermieden werden kann.
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Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für darstellerische Zwecke beschrieben worden ist, wird der Fachmann bevorzugen, dass verschiedene Änderungen, Hinzufügungen und Ergänzungen möglich sind, ohne den Umfang und Gedanken der Erfindung zu verlassen, wie er in den begleitenden Ansprüchen offenbart ist.
