DE102014212465A1

DE102014212465A1 - Betriebsstrategie für Luftbefeuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102014212465A1
Application number: DE102014212465.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Wiedemann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2015-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft, insbesondere zur Anordnung in einem Luftweg einer Klimatisierungseinrichtung, für einen Insassenraum eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung mit einer Steuereinheit verbunden ist und eingerichtet ist, in einem Entfeuchtungsmodus der Luft Wasser zu entziehen und in einem Wasserspeicher zu speichern sowie in einem Befeuchtungsmodus das gespeicherte Wasser gesteuert an die Luft abzugeben, und mittels der Steuereinheit zwischen dem Befeuchtungsmodus und dem Entfeuchtungsmodus umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit derart konfiguriert ist, die Vorrichtung für eine Beladung des Wasserspeichers in den Entfeuchtungsmodus zu schalten, wenn aufgrund entsprechender der Steuereinheit zur Verfügung gestellter Informationen geschlossen werden kann, dass der Wasserspeicher wenigstens teilweise entleert ist und eine Entfeuchtung des Insassenraums erforderlich ist und/oder sich keine Insassen im Insassenraum befinden.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Klimatisierung von Innenräumen. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine für Insassen eines Fahrzeugs möglichst komfortable Einstellung der Luftfeuchtigkeit eines klimatisierten Fahrzeuginnenraums.
Hintergrund der Erfindung
In Abhängigkeit von der Temperatur kann Luft eines gegebenen Volumens nur eine bestimmte Höchstmenge Wasserdampf aufnehmen. Das geläufigste Maß für die Luftfeuchtigkeit oder Luftfeuchte ist die relative Luftfeuchtigkeit, die in Prozent angegeben wird und für die aktuelle Temperatur und den aktuellen Druck das Verhältnis des momentanen Wasserdampfgehalts zum maximal möglichen Wasserdampfgehalt der Luft angibt. Die Luftfeuchte in einem Raum hat eine unmittelbare Auswirkung auf das Wohlbefinden von sich darin aufhaltenden Personen. Für Wohn- und Büroräume wird eine relative Luftfeuchtigkeit von 40 bis 50% empfohlen. Unbehaglich sind Luftfeuchten von über 95% und unter 23%. Gerade in geschlossenen, belüfteten und beheizten Räumen wird 23% Luftfeuchte oft unterschritten. Dies kann zu einer verminderten Atemleistung und einer Beeinträchtigung der Haut bzw. Schleimhaut führen. Dies ist besonders im Winter der Fall, da kalte Außenluft nur eine geringe absolute Luftfeuchte aufweist und durch Erwärmen auf die gewünschte Zimmertemperatur die relative Luftfeuchtigkeit absinkt. Dies gilt ebenso für Fahrzeuge, deren Fahrzeuginnenraum für die Insassen üblicherweise ein geschlossener, stark belüfteter und – bei kalten Umgebungsbedingungen – ein ebenfalls stark beheizter Raum mit den oben genannten Auswirkungen ist.
JP 2011-133162 A beschreibt den prinzipiellen Aufbau eines Luftbefeuchters für Kraftfahrzeuge. Der Luftbefeuchter enthält ein Wasseradsorptionsmaterial, z. B. Silikagel, Zeolith oder Imogolit, welches durch Adsorption von Feuchtigkeit aus der Luft mit Wasser beladen werden kann. Durch Erhitzung kann das gespeicherte Wasser nach Bedarf aus dem Wasseradsorptionsmaterial ausgetrieben und zur Befeuchtung der Innenraumluft des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Durch die selbstständige Beladung des Wasseradsorptionsmaterials mit in der Luft enthaltenem Wasser soll eine manuelle Wasserzufuhr seitens eines Nutzers des Fahrzeugs vermieden werden.
In Jahreszeiten mit hohen Außentemperaturen, wie im Sommer, enthält die warme Außenluft meist genug Wasserdampf. Wenn die warme Außenluft mittels einer im Fahrzeug vorhandenen Klimaanlage gekühlt wird, wird die relative Luftfeuchtigkeit automatisch erhöht. Daher wird üblicherweise der gekühlten Luft Wasser entzogen, um die Innenraumluft für die Fahrzeuginsassen komfortabel einzustellen. So kann bei warmen Umgebungsbedingungen das Nachladen des Wasseradsorptionsmaterials überwiegend sichergestellt werden.
Problematisch ist jedoch, wenn beispielsweise in Jahreszeiten mit kalten Außentemperaturen, wie beispielsweise im Winter, die kalte Außenluft nicht genug Feuchtigkeit enthält. Dann ist eine ausreichende Nachladung des Luftbefeuchters mit Wasser ohne eine damit einhergehende Beeinträchtigung des Komforts für die Fahrzeuginsassen mit zu trockener Luft nicht gewährleistet.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft und ein verbessertes Betriebsverfahren für die Vorrichtung vorzuschlagen, sodass insbesondere eine ausreichende Befeuchtung der Raumluft eines Insassenraums eines Fahrzeugs auch bei kalten Außentemperaturen oder geringer absoluter Luftfeuchte möglich ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung der einzelnen Aspekte stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die vorliegende Erfindung sieht eine geeignete Betriebsstrategie für die Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft vor, so dass das eingangs geschilderte Problem gelöst werden kann. Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, das Nachladen des Luftbefeuchters mittels des Wasserdampfs in der Umgebungsluft derart intelligent zu steuern, dass eine Reduzierung der Luftfeuchte keine negativen Auswirkungen auf Insassen des Fahrzeugs hat. Dies kann bevorzugt dadurch erreicht werden, indem ein aktuell für den Insassenraum eingestellter Klimamodus und eine im Insassenraum tatsächlich bzw. anzunehmende Luftfeuchte oder alternativ auch das subjektive Komfortempfinden von Fahrzeuginsassen berücksichtigt wird. Die Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft kann besonders bevorzugt bei bereits sehr trockener Umgebungsluft gut nachgeladen werden, wenn sich keine Insassen im Fahrzeug befinden und daher nicht von zu trockener Luft beeinträchtigt werden können.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft, insbesondere zur Anordnung in einem Luftweg einer Klimatisierungseinrichtung für einen Insassenraum eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung ist bevorzugt mit einer Steuereinheit verbunden und kann entweder in einem Entfeuchtungsmodus oder in einem Befeuchtungsmodus betreiben werden. Im Entfeuchtungsmodus entzieht die Vorrichtung der Luft für den Insassenraum Wasser und speichert dies in einem Wasserspeicher. Im Befeuchtungsmodus gibt die Vorrichtung das gespeicherte Wasser gesteuert an die Luft für den Insassenraum ab; bei entsprechender Ansteuerung ist es auch möglich, dass die Vorrichtung im Befeuchtungsmodus kein Wasser an die Luft abgibt, d. h., der Zustand, in dem die Vorrichtung weder Wasser aufnimmt noch Wasser abgibt, wird hier dem Befeuchtungsmodus zugeordnet. Mittels der Steuereinheit ist die Vorrichtung zwischen dem Befeuchtungsmodus und dem Entfeuchtungsmodus umschaltbar. Die Steuereinheit ist derart konfiguriert, die Vorrichtung basierend auf entsprechenden Informationen für eine Beladung des Wasserspeichers in den Entfeuchtungsmodus zu schalten. Dies erfolgt bevorzugt dann, wenn die entsprechenden der Steuereinheit zur Verfügung gestellten Informationen (z. B. über entsprechende Sensoren oder über einen Datenbus des Fahrzeugs) darauf schließen lassen, dass (i) der Wasserspeicher wenigstens teilweise entleert ist und (iia) eine Entfeuchtung des Insassenraums erforderlich ist und/oder (iib) sich keine Insassen im Insassenraum befinden.
Grundsätzlich ist der Entfeuchtungsmodus zur Beladung oder Nachladung des Wasserspeichers nur erforderlich, wenn der Wasserspeicher zumindest zum Teil entleert ist. Bei gefülltem Wasserspeicher und hoher Luftfeuchte kann die Luft für den Insassenraum wie herkömmlich mittels einer Klimaanlage, beispielsweise durch Kondensation der Luftfeuchtigkeit an einem Verdampfer der Klimaanlage erfolgen. Bevorzugt wird der Wasserspeicher bei Bedarf immer dann nachgeladen, wenn dies ohne Komforteinbußen für Insassen des Fahrzeugs möglich ist. Anhand bestimmter nachstehend erläuterter Bedingungen kann erkannt werden, dass der Luft für den Insassenraum ohne Beeinflussung des Komforts der Insassen Feuchtigkeit entzogen werden kann. Besonders bevorzugt ist ein Nachladen möglich, wenn sich mit hoher Wahrscheinlich keine Insassen im Insassenraum befinden. Dann kann der Luft für den Innenraum beliebig viel Feuchtigkeit entzogen werden, da keine Beeinträchtigung des Komforts der Insassen droht.
Der Wasserspeicher weist bevorzugt wenigstens ein Wasseradsorptionsmaterial (Adsorber) auf, wie beispielsweise Silikagel, Zeolith und/oder Imogolit. D. h., der Wasserspeicher wird von dem Wasseradsorptionsmaterial gebildet. Derartige Wasseradsorptionsmaterialien sind durch sogenannte Adsorption mit Wasser beladbar. Dies kann direkt oder indirekt erfolgen. D. h., Feuchtigkeit kann vom Adsorber direkt aus der Luft aufgenommen werden. Es ist aber auch möglich, in der Luft enthaltenes Wasser zunächst an einer kalten Oberfläche zu kondensieren und das Kondenswasser dann dem Adsorber zur Beladung mit Wasser zuzuführen; hier wird in der Luft enthaltenes Wasser indirekt dem Wasseradsorptionsmaterial zugeführt. Entsprechend kann die Vorrichtung vorteilhaft in einem Luftweg der Klimaanlage angeordnet werden. Besonders bevorzugt eignet sich ein Ort benachbart zum Verdampfer der Klimaanlage, da dort üblicherweise eine Kondensation von Wasser aus der Luft stattfinden kann. Das im Wasseradsorptionsmaterial gespeicherte Wasser kann nach Bedarf zur Befeuchtung der Luft für den Insassenraum durch Erhitzen freigesetzt werden. D. h., durch Steuern des Erhitzens kann die Abgaberate von Wasser gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer Klimaanlage, kann die Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft auch in einem separaten Luftweg angeordnet sein. Beispielsweise könnte die Vorrichtung in das Dach eines Fahrzeugs über dem Insassenraum integriert sein (Dacheinheit). Zur Luftentfeuchtung kann dann anstelle des Verdampfers der Klimaanlage auch beispielsweise die kalte Seite eines entsprechend dimensionierten Peltierelements eingesetzt werden. Die heiße Seite des Peltiers kann vorteilhaft zum Austreiben des Wassers aus dem Adsorbermaterial genutzt werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein entsprechendes Verfahren zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft für einen Insassenraum eines Fahrzeugs. Das Verfahren weist die Schritte auf: Entziehen von Wasser aus der Luft in einem Entfeuchtungsmodus und Speichern des Wassers in einem Wasserspeicher; gesteuertes Abgeben von Wasser aus dem Wasserspeicher an die Luft in einem Befeuchtungsmodus; wobei Wasser zur Nachladung des Wasserspeichers dann mittels des Entfeuchtungsmodus der Luft entzogen wird, wenn aufgrund zur Verfügung gestellter Informationen darauf geschlossen werden kann, dass (i) der Wasserspeicher wenigstens teilweise entleert ist und (iia) eine Entfeuchtung des Insassenraums erforderlich ist und/oder (iib) sich keine Insassen im Insassenraum befinden.
Mit der Vorrichtung bzw. dem Verfahren kann weitestgehend sichergestellt werden, dass auch bei Umgebungsbedingungen mit kalter Luft oder bereits sehr trockener Luft dennoch regelmäßig Wasser in den Wasserspeicher nachgeladen werden kann. Damit ist immer Wasser vorhanden, um bei Bedarf die Luft des Insassenraums befeuchten zu können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vollautomatisch betrieben werden, d. h., ohne dass Wasser von einem Fahrzeugbenutzer manuell nachgefüllt werden muss.
Die über entsprechende Sensoren oder über einen Datenbus des Fahrzeugs zur Verfügung gestellten Informationen können wenigstens ein Parameter eines vorhergehenden Betriebs der Vorrichtung im Befeuchtungsmodus sein. Bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, mittels dem wenigstens einen Parameter auf eine dem Wasserspeicher entnommene Wassermenge zu schließen. Die Steuereinheit kann beispielsweise Rechenalgorithmen aufweisen, die eingerichtet sind, bei dem vorliegenden Wasseradsorptionsmaterial anhand der Dauer des Betriebs der Vorrichtung im Befeuchtungsmodus, insbesondere des Verlaufs einer eingestellten Heizleistung zum Austreiben des gespeicherten Wassers abzuschätzen, wie der aktuelle Beladungsstand des Wasserspeichers ist. Eine vollständige Beladung des Wasserspeichers kann beispielsweise erkannt werden, wenn das Wasseradsorptionsmaterial kein Wasser mehr aufnehmen kann. Die jeweiligen Parameter des Wasseradsorptionsmaterials lassen sich experimentell bestimmen und können in entsprechenden Algorithmen der Steuereinheit abgelegt oder im Betrieb der Vorrichtung erlernt werden.
Die über entsprechende Sensoren oder über den Datenbus des Fahrzeugs zur Verfügung gestellten Informationen können beispielsweise anzeigen, (a) dass eine Funktion des Fahrzeugs zur Entfernung von auf Fensterscheiben des Fahrzeugs befindlichem Beschlag (Kondenswasser an Fahrzeugscheiben) aktiv ist, sowie (b1) dass eine aktuelle Temperatur der Außenluft größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist (z. B. eine gewünschte Temperatur für die Luft im Insassenraum) und/oder (b2) dass eine aktuelle Luftfeuchtigkeit im Insassenraum über einem vorbestimmten Wert liegt, der beispielsweise ebenfalls auf ein wahrscheinliches Beschlagen der Fensterscheiben schließen lässt.
Die über entsprechende Sensoren oder über den Datenbus des Fahrzeugs zur Verfügung gestellten Informationen können zusätzlich oder alternativ darauf schließen lassen, dass sich keine Personen im Insassenraum des Fahrzeugs befinden. Wie oben erläutert, ist dann keine Beeinträchtigung des Komforts der Insassen zu befürchten. Dies kann anhand von im Fahrzeug beispielsweise an anderen Steuergeräten oder über den Datenbus verfügbare Informationen erkannt werden, die es ermöglichen auf das Vorliegen eines zumindest wahrscheinlich unbesetzten Insassenraums zu schließen.
Entsprechend ist die Steuereinheit konfiguriert, beispielsweise mittels einer entsprechenden Programmierung, den unbesetzten Zustand zu erkennen. Hierzu erhält die Steuereinheit beispielsweise mittels entsprechender Sensoren oder mittels der Datenbusverbindungen zu anderen elektronischen Steuergeräten entsprechende Informationen als Eingangssignale. Die Eingangssignale können in der Steuereinheit ausgewertet und verarbeitet werden. Ergebnis dieser Auswertung und Verarbeitung ist eine entsprechende Ansteuerung der Vorrichtung. Ein unbesetztes Fahrzeug bedeutet nämlich, dass die Luft beliebig entfeuchtet werden darf, da dann keine Beeinträchtigung von Insassen verursacht werden kann. Beispielsweise ist davon auszugehen, dass bei den meisten Nutzungsprofilen von Fahrzeugen ein Betrieb im Entfeuchtungsmodus, möglicherweise über mehrere Stunden, möglich ist, wenn das Fahrzeug geparkt ist.
Die von den entsprechenden Sensoren oder über den Datenbus von anderen Steuergeräten des Fahrzeugs zur Verfügung gestellten Informationen zur Erkennung eines Fahrzeugs ohne Insassen können eine der folgenden Bedingungen sein:
Ein Antrieb des Fahrzeugs, beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein Elektroantrieb, ist ausgeschaltet; diese Informationen kann die Steuereinheit beispielsweise über den Datenbus von einem elektronischen Steuergerät des Antriebs abfragen.
Ein Fahrerinformationssystem und/oder Multimediasystem und/oder Radio ist bzw. sind ausgeschaltet.
Eine Zentralverriegelung des Fahrzeugs ist verriegelt; diese Informationen kann die Steuereinheit ebenfalls über die Datenbusverbindung von einem elektronischen Steuergerät der Zentralverriegelung abfragen.
Eine Erkennungseinrichtung für die Sitzbelegung des Fahrzeugs erkennt keinen Fahrzeuginsassen; dies kann z. B. mittels einer Kamera im Fahrgastinnenraum oder einem Bewegungsmelder einer Diebstahlwarnanlage oder mittels Drucksensoren in den Sitzen, insbesondere mittels einer Sensorik, die für eine Airbag-Auslösung oder eine Erinnerungseinrichtung für das Anlegen eines Sicherheitsgurts ohnehin vorgesehen ist, erfolgen. Diese Information kann die Steuereinheit beispielsweise über den Datenbus von der Erkennungseinrichtung für die Sitzbelegung bzw. von einem anderen Steuergerät, wie z. B. einem Airbag-Steuergerät und/oder Sensoren zur Erkennung angelegter Sicherheitsgurte, abfragen.
Eine Standlüftungsfunktion und/oder eine Standheizungsfunktion und/oder eine Standklimafunktion und/oder eine Restwärmefunktion ist/sind bei abgeschaltetem Antrieb deaktiviert.
Eine Information für den Betrieb des Bordnetzes zeigt an, dass elektrische Standverbraucher aktiviert werden dürfen.
Eine aktuelle Uhrzeit liegt in einem vorbestimmten Zeitraum. Ein vorbestimmter Zeitraum kann beispielsweise das Zeitintervall von 0 Uhr bis 6 Uhr nachts sein, wenn in diesem Zeitraum, das Fahrzeug gewöhnlich geparkt wird. Die Vorbestimmung oder Einstellung des Zeitraums kann auch automatisch durch die Steuereinheit anhand einer Beobachtung des Benutzerprofils des Fahrzeugs erfolgen.
Die Steuereinheit kann vorteilhaft eingerichtet sein, die Vorrichtung in den Befeuchtungsbetrieb zu schalten, wenn eine aktuelle Luftfeuchtigkeit im Insassenraum unter einem einstellbaren Schwellenwert liegt. Dies ermöglicht es beispielsweise, dass der Fahrer oder bei einem Fahrzeug mit Mehrzonen-Klimaanlage die Insassen individuell für jede Zone einen Schwellenwert einstellen kann bzw. können, bis zu dem die Luftfeuchte subjektiv noch als angenehm empfunden wird.
Die Steuereinheit kann alternativ und zusätzlich weiter eingerichtet sein, die Vorrichtung in den Befeuchtungsmodus zu schalten, wenn eine Funktion des Fahrzeugs zur Entfernung von auf Fensterscheiben des Fahrzeugs, bevorzugt einer Frontscheibe und/oder Heckscheibe, befindlichem Eis aktiviert ist (Defrost-Funktion) und/oder ab einer bestimmten Grenz-Außentemperatur, d. h. wenn die Außentemperatur niedriger als ein bestimmter Schwellenwert ist. In diesen Situationen ist, insbesondere bei winterlichen Umgebungsbedingungen, besonders im Kopfraum der Insassen eine zu trockene Luft, die mit den genannten Beeinträchtigungen verbunden ist, zu erwarten.
Die Steuereinheit kann alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, die Vorrichtung in den Befeuchtungsmodus zu schalten, wenn die Klimaanlage und Belüftungseinrichtungen des Fahrzeugs manuell derart eingestellt sind, dass von der Notwendigkeit für eine Befeuchtung der Luft des Insassenraums auszugehen ist. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn die Klimatisierungseinrichtung in einen Aufheizbetrieb geschaltet ist und die Luft mit einer hohen Ausblastemperatur in den Insassenraum geblasen wird, d. h. z. B. die Ausblastemperatur der Luft über einem vorbestimmten Grenzwert liegt.
Zur Bestimmung einer aktuellen Luftfeuchtigkeit der Luft im Insassenraum kann die Steuereinheit mit wenigstens einem mit der Luft des Insassenraums in Kontakt stehenden Feuchtesensor verbunden sein, der ein Feuchtesensorsignal abgibt, das die aktuell im Insassenraum vorliegende Luftfeuchtigkeit anzeigt.
Die vorstehend erläuterten Ausführungen und das entsprechende Betriebsverfahren (Betriebsstrategie) für die Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung der Luft für einen klimatisierten Insassenraum eines Fahrzeugs eignet sich prinzipiell für jede Art klimatisierter Räume, in denen die Luftfeuchte der Luft einen unmittelbaren Einfluss auf das Wohlbefinden (Komfort) von im Raum befindlichen Personen hat. Besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung für Insassenräume von Fahrzeugen, in denen sich Personen aufhalten, da das Volumen dieser Räume vergleichsweise klein ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ebenso können die vorstehend genannten und die hier weiter ausgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließend zu verstehen, sondern hat Beispielcharakter zur Erläuterung der Erfindung. Die detaillierte Beschreibung dient der Information des Fachmanns, daher werden bei der Beschreibung bekannte Schaltungen, Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt oder erläutert, um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht zu erschweren.
1 veranschaulicht schematisch und stark vereinfacht eine Klimatisierungseinrichtung für ein Fahrzeug.
Die einzige 1 veranschaulicht vereinfacht eine Klimatisierungseinrichtung 3 für den Insassenraum 5 eines Fahrzeugs 1. An einem Lufteinlass 7 für Außenluft wird der Klimatisierungseinrichtung 3 aus der Umgebung des Fahrzeugs 1 Außenluft mit einer Außentemperatur Ta zugeführt. Die Außenluft wird dabei durch einen Lüfter oder Gebläse 7 angesaugt und durch die Klimatisierungseinrichtung 3 in den Insassenraum 5 gefördert.
Auf dem Weg zum Insassenraum 5 wird die Luft über einen Verdampfer 11 der Klimatisierungseinrichtung 3 geführt. Hier kann die Luft bei Bedarf gekühlt werden. Dazu werden in bekannter Weise mit der Luft in Kontakt stehende Oberflächen des Verdampfers 11 durch Entspannung eines durch den Verdampfer 11 geleiteten komprimierten Kältemittels gekühlt. An den kühlen Oberflächen des Verdampfers 11 kann in der Luft enthaltenes Wasser auskondensieren. Das Kondenswasser kann zum Nachladen eines Wasserspeichers einer Luftbefeuchtungsvorrichtung 13 verwendet werden oder wird aus dem Fahrzeug 1 abgeleitet.
Der Wasserspeicher enthält wenigstens ein Wasseradsorptionsmaterial, beispielsweise Silikagel, Zeolith und/oder Imogolit. Das Wasseradsorptionsmaterial kann durch Adsorption mit Wasser beladen werden. Dabei kann Wasser direkt aus der Luft oder indirekt das am Verdampfer 11 kondensierte Wasser zur Beladung des Wasseradsorptionsmaterials verwendet werden. Das im Wasseradsorptionsmaterial gespeicherte Wasser kann durch Erhitzen wieder freigesetzt werden und so bei Bedarf zur Befeuchtung der Luft, d. h. Erhöhung der relativen Luftfeuchte genutzt werden.
Mittels der Luftbefeuchtungsvorrichtung 13 wird der Luft so viel Wasserdampf zugefügt, damit die relative Luftfeuchte in einem Bereich liegt, der von den Insassen des Fahrzeugs 1 im Innenraum 5 als angenehm bzw. komfortabel empfunden wird; beispielsweise eine Luftfeuchte im Bereich von 40 bis 50%.
Der Verdampfer 11 und die Luftbefeuchtungsvorrichtung 13 stellen zusammen eine Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung der Luft dar und sind im Luftweg der Klimatisierungseinrichtung 3 für den Insassenraum 5 des Fahrzeugs 1 angeordnet. Diese Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft ist eingerichtet, in einem Entfeuchtungsmodus der Luft zur Verringerung der relativen Luftfeuchte Wasser zu entziehen und in einem Wasserspeicher zu speichern, sowie in einem Befeuchtungsmodus das gespeicherte Wasser gesteuert an die Luft zur Erhöhung der relativen Luftfeuchte abzugeben.
Alternativ oder zusätzlich könnte die hier vorgeschlagene Vorrichtung zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft auch in einem zu der Klimatisierungseinrichtung 3 des Fahrzeugs 1 separaten Luftweg angeordnet sein (in 1 nicht dargestellt). Beispielsweise könnte die Vorrichtung als Dacheinheit in das Dach des Fahrzeugs 1 integriert sein. In den dann ebenfalls im Dachaufbau integrierten Luftweg der Vorrichtung wäre dann wenigstens ein Lüfter oder Gebläse (ähnlich wie das Gebläse 7) sowie eine Luftbefeuchtungsvorrichtung (wie die mit Bezugszeichen 13) zusammen mit einer Kondensiereinrichtung (entsprechend dem Verdampfer 11) anzuordnen. Dabei kann als Kondensiereinrichtung beispielsweise die kalte Seite eines entsprechend dimensionierten Peltierelements eingesetzt werden. Die heiße Seite des Peltiers kann dann entsprechend zum Austreiben des Wassers aus dem Adsorbermaterial genutzt werden. Für den Betrieb sowie die Funktion gelten die hier im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemachten Ausführungen entsprechend.
Die Klimatisierungseinrichtung 3 ist mit einer elektronischen Steuereinheit 37 verbunden. Die Steuereinheit 37 kann den Verdampfer 11 und die Luftbefeuchtungsvorrichtung 13 so steuern, dass bedarfsgerecht, die Luft für den Insassenraum 5 entweder befeuchtet wird (Befeuchtungsmodus) oder entfeuchtet wird (Entfeuchtungsmodus).
Neben der Einstellung einer für die Insassen komfortablen Luftfeuchte ist die Steuereinheit 37 konfiguriert, den Wasserspeicher der Luftbefeuchtungsvorrichtung 13 mit Wasser, das der Luft entzogen wurde, dann nachzuladen, wenn die Steuereinheit 37 aufgrund entsprechender Informationen, die von entsprechenden Sensoren oder über einen Datenbus 41 von anderen Steuergeräten 43, 45, 49, 51, 53, 55 des Fahrzeugs 1 bereitgestellt werden, erkennt, dass der Wasserspeicher wenigstens teilweise entleert ist. Um eine Beeinträchtigung der Insassen im Fahrzeug 1 auszuschließen, ist die Steuereinheit 37 aber so konfiguriert, der Luft nur dann Wasser zu entziehen, wenn (i) eine Entfeuchtung der Luft für den Insassenraum 5 sowieso erforderlich ist und/oder wenn (ii) sich keine Insassen im Insassenraum 5 befinden.
Auf dem Weg zum Insassenraum 5 wird die Luft auch über eine Heizvorrichtung 15 der Klimatisierungseinrichtung 3 geführt, um bei Bedarf, beispielsweise kalten Außentemperaturen Ta im Winter, auf einen gewünschten Wert für die Temperatur Ti der Luft im Insassenraum 5 erwärmt zu werden. Die Heizvorrichtung 15 wird üblicherweise über das Kühlwasser eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs 1 mit Wärme versorgt. Alternativ oder zusätzlich kann hierfür auch eine separate Zusatzheizung und/oder Standheizung und/oder die heiße Seite eines Peltierelements und/oder ein PTC-Element vorgesehen sein.
Schließlich wird die klimatisierte Luft an verschiedenen Stellen bedarfsgerecht durch Ausströmdüsen in den Insassenraum eingeleitet. Schematisch angedeutet sind Scheibenausströmdüsen 17, beispielsweise für eine Frontscheibe (Windschutzscheibe) 19, Oberkörperausströmdüsen 21 und Fußraumausströmdüsen 23. In der 1 nicht gezeigt sind Ausströmdüsen, die direkt über dem Kopf der Insassen angeordnet sind. Derartige Ausströmdüsen können den Komfort der Insassen sehr beeinträchtigen, da aufgeheizte ausströmende Luft dann nur einen geringen Abstand zu Schleimhäuten der Augen und Atemwege hat. Daher ist das Sicherstellen einer komfortablen Luftfeuchte so wichtig.
Für einen Umluftbetrieb, bei dem teilweise oder ausschließlich Luft aus dem Insassenraum 5 durch die Klimatisierungseinrichtung 3 geleitet wird, sind eine oder mehrere Ansaugdüsen 25 im Insassenraum 5 angeordnet. Von den Ansaugdüsen 25 gelangt Innenluft über einen Umluftweg 27 zurück an den Eingang der Klimatisierungseinrichtung 3, welche die Umluft wieder durchläuft.
Über entsprechende Steuerklappen 29, 31, 33, 35 können die Luftwege der Klimatisierungseinrichtung 3 gesteuert werden. Der Anteil an zugeführter Außenluft und umgewälzter Umluft kann mit einer am Eingang der Klimatisierungseinrichtung 3 angeordneten Umluftsteuerklappe 29, welche zwischen „keine Umluft” bis „nur Umluft” auch jedes Mischverhältnis zwischen Umluft und Außenluft einstellen kann. An der Heizvorrichtung 15 befindet sich eine Heizsteuerklappe 31, mittels der eingestellt werden kann, wie groß der Anteil der durch die Klimatisierungseinrichtung 3 strömenden Luft ist, der über die Heizvorrichtung 15 geführt wird. Mit einer Scheibensteuerklappe 33 kann der Anteil der Luft zur Anströmung der Frontscheibe 19 eingestellt werden. Schließlich ist eine Belüftungssteuerklappe 35 vorgesehen, mit der die nicht zur Frontscheibe 19 geleitete Luft auf den Oberkörperbereich und/oder den Fußbereich der Insassen geleitet werden kann.
Die gesamte Klimatisierungseinrichtung 3, d. h. die Steuerklappen 29, 31, 33, 35 sowie ein Lüfter 9, die Temperatur des Verdampfers 11, die Befeuchtungsvorrichtung 13 und die Heizeinrichtung 15, werden von der Steuereinheit 37 gesteuert. Die einzelnen Steuerleitungen und Rückmeldeleitungen sind in der 1 aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt.
Der Betrieb und die Funktion der Klimatisierungseinrichtung 3 sind an sich bekannt und müssen hier nicht im Detail erläutert werden. Auch die Funktion der Befeuchtungsvorrichtung 13 ist grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der eingangs genannten JP 2011-133162 A .
Die der Steuereinheit 37 von entsprechenden Sensoren oder über den Datenbus 41 von anderen Steuergeräten des Fahrzeugs 1 bereitgestellt Informationen können auch wenigstens ein Parameter eines vorhergehenden Betriebs der Befeuchtungsvorrichtung 13 im Befeuchtungsmodus sein. Entsprechend ist die Steuereinheit 37 eingerichtet, basierend auf dem wenigstens einen Parameter auf eine dem Wasserspeicher entnommene Wassermenge zu schließen. Durch die Überwachung des Befeuchtungsmodus wird sichergestellt, dass nur bei einem teilweise entleerten Wasserspeicher ein Nachladen mit Wasser aus der Luft erfolgt. Dies vermeidet beispielsweise einen unnötigen Betrieb der Klimatisierungseinrichtung 3 oder Teilen davon bei geparktem und unbesetztem Fahrzeug 1.
Eine Gelegenheit zur Nachladung des Wasserspeichers liegt vor, wenn die der Steuereinheit 37 von entsprechenden Sensoren oder über den Datenbus 41 von anderen Steuergeräten des Fahrzeugs 1 bereitgestellten Informationen anzeigen, dass eine Funktion des Fahrzeugs 1 zur Entfernung von auf Fensterscheiben 19 des Fahrzeugs 1 befindlichem Beschlag aktiv ist und dass eine aktuelle Temperatur Ta der Außenluft höher als ein vorbestimmter Grenzwert (z. B. die eingestellte Wunschtemperatur für die Luft im Insassenraum 5) ist und/oder dass eine aktuelle Luftfeuchtigkeit im Insassenraum 5 über einem vorbestimmten Wert liegt.
Zur Bestimmung der aktuellen Luftfeuchte der Luft im Insassenraum 5 ist die Steuereinheit 37 mit wenigstens einem Feuchtesensors 39 im Insassenraum 5 verbunden. Der Feuchtesensor 39 gibt ein Feuchtesensorsignal ab, das die aktuell im Insassenraum 5 vorliegende Luftfeuchtigkeit anzeigt.
Eine weitere Gelegenheit zur Nachladung des Wasserspeichers liegt vor, wenn die der Steuereinheit 37 von entsprechenden Sensoren oder über den Datenbus 41 von anderen Steuergeräten des Fahrzeugs 1 bereitgestellt Informationen darauf schließen lassen, dass sich keine Personen/Insassen im Insassenraum 5 des Fahrzeug 1 befinden.
Wie bereits an anderer Stelle ausgeführt, kann die Steuereinheit 37 so programmiert und damit konfiguriert sein, anhand von entsprechenden Sensoren oder über den Datenbus 41 von anderen Steuergeräten des Fahrzeugs 1 zur Verfügung gestellten Informationen zu erkennen, dass das Fahrzeug 1 unbesetzt ist. Die zur Verfügung gestellten Informationen können dabei folgende nicht abschließend genannte Bedingungen sein:

a) Der Antrieb (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 1 ist ausgeschaltet; diese Informationen kann die Steuereinheit 37 beispielsweise über eine Datenbusverbindung 41 von einem elektronischen Steuergerät 43 für den Antrieb abfragen.
b) Ein Fahrerinformationssystem und/oder Multimediasystem und/oder Radio ist ausgeschaltet; in der 1 zusammengefasst mit 45 gekennzeichnet.
c) Eine Zentralverriegelung des Fahrzeugs 1 ist verriegelt; diese Informationen kann die Steuereinheit 37 ebenfalls über die Datenbusverbindung 41 von einem elektronischen Steuergerät 47 der Zentralverriegelung abfragen.
d) Eine Erkennungseinrichtung 49 für die Sitzbelegung des Fahrzeugs 1 erkennt keinen Fahrzeuginsassen; die Erkennungseinrichtung 49 kann verbunden sein mit oder bestehen aus z. B. einer Kamera im Insassenraum 5 oder einem Bewegungsmelder einer Diebstahlwarnanlage oder Drucksensoren in den Sitzen, z. B. einer Sensorik, die für eine Airbag-Auslösung oder eine Überwachungseinrichtung für das Anlegen eines Sicherheitsgurts vorgesehen ist. Die Information über die Anwesenheit oder Abwesenheit von Insassen kann die Steuereinheit 37 auch über die Datenbusverbindung 41 von der Erkennungseinrichtung 49 abfragen.
e) Eine Standlüftungsfunktion und/oder eine Standheizungsfunktion und/oder eine Standklimafunktion und/oder eine Restwärmefunktion ist/sind bei abgeschaltetem Antrieb deaktiviert. Diese Informationen erhält die Steuereinheit 37 über eine entsprechende Eingabevorrichtung 51, an der Insassen diese Funktionen aktivieren oder deaktivieren können.
f) Die Steuereinheit 37 kann ebenfalls über die Datenbusverbindung 41 von einer Überwachungseinrichtung 53 für das Bordnetz abfragen, ob elektrische Standverbraucher aktiviert werden dürfen.
g) Schließlich kann die Steuereinheit 37 auch mit einer Nutzungsprofilüberwachungseinrichtung 55 über die Datenbusverbindung 41 verbunden sein. Damit kann anhand der aktuellen Uhrzeit festgestellt werden, ob das Fahrzeug 1 gerade mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht genutzt wird. Beispielsweise kann sich aus den vergangenen Nutzungszeiträumen für das Fahrzeug ergeben haben, dass es im Zeitintervall von 0 Uhr bis 6 Uhr nachts nicht genutzt wurde und daher wahrscheinlich unbesetzt geparkt ist.

Die Steuereinheit 37 ist konfiguriert, die Befeuchtungsvorrichtung 13 in den Befeuchtungsmodus zu schalten, wenn ein Wert für eine aktuelle Luftfeuchtigkeit im Insassenraum 5 über einem vorbestimmten und/oder einstellbaren Schwellenwert liegt.
Die Steuereinheit 37 ist weiter konfiguriert, die Befeuchtungsvorrichtung 13 in den Befeuchtungsmodus zu schalten, wenn eine Funktion des Fahrzeugs 1 zur Entfernung von auf einer Fensterscheibe 19 des Fahrzeugs 1 befindlichem Eis (Defrost) aktiviert ist und/oder eine aktuelle Temperatur (Ta) der Außenluft unter einer bestimmten Grenz-Außentemperatur liegt. Wenn eine Defrost-Funktion durch den Fahrer oder aufgrund eines Sensorsignals aktiviert wird, ist davon auszugehen, dass Fahrzeugscheiben 19 vereist sind. Damit ist die Außentemperatur Ta sehr wahrscheinlich im Bereich 0°C und auch der Insassenraum 5 noch entsprechend kalt. Im Defrost-Betrieb wird die Umluftsteuerklappe 29 so gestellt, dass keine Außenluft mehr angesaugt wird. D. h., die Luft des Insassenraums 5 wird bei maximaler Leistung des Gebläses 9 und der Heizvorrichtung 15 umgewälzt, um die Luft im Insassenraum schnell zu erwärmen. Die Scheibensteuerklappe 33 ist so gestellt, dass die gesamte Luft die Fahrzeugscheiben 19 anströmt, um diese zu erwärmen und so das Eis abzutauen. In Folge des Defrost-Betriebs kann die relative Luftfeuchte des Insassenraums 5 auf als sehr trocken empfundene Werte abgesenkt werden. Daher ist es sinnvoll, die Luft mit der Befeuchtungsvorrichtung 13 anzufeuchten.
Die Steuereinheit 37 ist weiter konfiguriert, die Befeuchtungsvorrichtung 13 in den Befeuchtungsmodus zu schaltet, wenn für die Klimatisierungseinrichtung 3 und/oder Belüftungsfunktionen des Fahrzeugs 1 bestimmte manuelle Einstellungen seitens eines Insassen vorliegen. Dies ist beispielsweise im Aufheizbetrieb bei manuellem Betrieb der Klimatisierungseinrichtung 3 sinnvoll. Beispielsweise wenn die Belüftungssteuerklappe 35 derart eingestellt wurde, dass die in den Insassenraum 5 strömende Luft auf den Oberkörperbereich der Insassen gerichtet ist, und der Sollwert für die Temperatur im Insassenraum 5 über einen bestimmten Grenzwert eingestellt wurde. Der Aufheizbetrieb lässt den Schluss zu, dass die Außenluft kälter als eine von den Insassen gewünschte Temperatur im Insassenraum 5 ist, damit wird die relative Luftfeuchte durch Erwärmen der Luft gesenkt. Wenn diese trockene Luft zusätzlich auf den Oberkörperbereich der Insassen gerichtet ist, kann angenommen werden, dass dies den Komfort der Insassen beeinträchtigt. Daher ist eine Anfeuchtung der Luft sinnvoll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-133162 A [0003, 0046]

Claims

Vorrichtung (11, 13) zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft, insbesondere zur Anordnung in einem Luftweg einer Klimatisierungseinrichtung (3), für einen Insassenraum (5) eines Fahrzeugs (1), wobei die Vorrichtung (11, 13) mit einer Steuereinheit (37) verbunden ist und eingerichtet ist, in einem Entfeuchtungsmodus der Luft Wasser zu entziehen und in einem Wasserspeicher zu speichern sowie in einem Befeuchtungsmodus das gespeicherte Wasser gesteuert an die Luft abzugeben, und mittels der Steuereinheit (37) zwischen dem Befeuchtungsmodus und dem Entfeuchtungsmodus umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (37) derart konfiguriert ist, die Vorrichtung (11, 13) für eine Beladung des Wasserspeichers in den Entfeuchtungsmodus zu schalten, wenn aufgrund entsprechender der Steuereinheit (37) zur Verfügung gestellter Informationen geschlossen werden kann, dass (i) der Wasserspeicher wenigstens teilweise entleert ist und (iia) eine Entfeuchtung des Insassenraums (5) erforderlich ist und/oder (iib) sich keine Insassen im Insassenraum (5) befinden.
Vorrichtung (11, 13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserspeicher wenigstens ein Wasseradsorptionsmaterial, beispielsweise Silikagel, Zeolith und/oder Imogolit, aufweist, welches durch Adsorption, beispielsweise direkt oder indirekt von Feuchtigkeit aus der Luft, mit Wasser beladbar ist und gespeichertes Wasser nach Bedarf zur Befeuchtung der Luft durch Erhitzen freisetzbar ist.
Vorrichtung (11, 13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Steuereinheit (37) zur Verfügung gestellten Informationen wenigstens ein Parameter eines vorhergehenden Betriebs im Befeuchtungsmodus sind, wobei die Steuereinheit (37) eingerichtet ist, basierend auf dem wenigstens einen Parameter auf eine dem Wasserspeicher entnommene Wassermenge zu schließen.
Vorrichtung (11, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Steuereinheit (37) zur Verfügung gestellten Informationen anzeigen, (a) dass eine Funktion des Fahrzeugs (1) zur Entfernung von Beschlag auf Fensterscheiben (19) des Fahrzeugs (1) aktiv ist, und (b1) dass eine aktuelle Temperatur (Ta) der Außenluft größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist und/oder (b2) dass eine aktuelle Luftfeuchtigkeit im Insassenraum (5) über einem vorbestimmten Wert liegt.
Vorrichtung (11, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Steuereinheit (37) zur Verfügung gestellten Informationen darauf schließen lassen, dass sich keine Personen im Insassenraum (5) des Fahrzeug (1) befinden.
Vorrichtung (11, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (37) die Vorrichtung (11, 13) in den Befeuchtungsmodus schaltet, wenn ein Wert für eine aktuelle Luftfeuchtigkeit im Insassenraum (5) unter einem vorbestimmten und/oder einstellbaren Schwellenwert liegt.
Vorrichtung (11, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (37) die Vorrichtung (11, 13) in den Befeuchtungsmodus schaltet, wenn eine Funktion des Fahrzeugs (1) zur Entfernung von auf einer Fensterscheibe (19) des Fahrzeugs (19) befindlichem Eis aktiviert ist und/oder eine aktuelle Temperatur (Ta) der Außenluft unter einer bestimmten Grenz-Außentemperatur liegt.
Vorrichtung (11, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (37) die Vorrichtung (11, 13) in den Befeuchtungsmodus schaltet, wenn für die Klimatisierungseinrichtung (3) und/oder Belüftungsfunktionen des Fahrzeugs (1) bestimmte manuelle Einstellungen seitens eines Insassen vorliegen.
Vorrichtung (11, 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (37) mit wenigstens einem Feuchtesensor (39) im Insassenraum (5) verbunden ist, der ein Feuchtesensorsignal abgibt, das eine aktuell im Insassenraum (5) vorliegenden Luftfeuchtigkeit anzeigt.
Verfahren zur Befeuchtung und Entfeuchtung von Luft für einen Insassenraum (5) eines Fahrzeugs (1), mit den Schritten: Entziehen von Wasser aus der Luft in einem Entfeuchtungsmodus und Speichern des Wassers in einem Wasserspeicher gesteuertes Abgeben von Wasser aus dem Wasserspeicher an die Luft in einem Befeuchtungsmodus, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser zur Nachladung des Wasserspeichers dann mittels des Entfeuchtungsmodus der Luft entzogen wird, wenn aufgrund zur Verfügung gestellter Informationen darauf geschlossen werden kann, dass (i) der Wasserspeicher wenigstens teilweise entleert ist und (iia) eine Entfeuchtung des Insassenraums (5) erforderlich ist und/oder (iib) sich keine Insassen im Insassenraum (5) befinden.