DE102021100925B3

DE102021100925B3 - Klimaanlage und Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021100925B3
Application number: DE102021100925.1A
Authority: DE
Inventors: Florian Bock; Michael Grabowski
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-01-18
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2041-01-19
Also published as: US20220228814A1; CN114801657A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für einen Innenraum eines Fahrzeugs (2), die als mindestens eine Komponente mindestens eine Kühleinheit (4) aufweist, wobei die mindestens eine Kühleinheit (4) wärmeleitfähiges Verbundgarn (8) und Trägermaterial, das Phasenwechselmaterial aufweist, aufweist, wobei das Trägermaterial in das Verbundgarn (8) eingewoben ist, wobei das Phasenwechselmaterial dazu ausgebildet ist, oberhalb seines Schmelzpunkts aus dem Innenraum Wärme aufzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage und ein Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Fahrzeugs.
Eine derzeit bekannte Klimaanlage für ein Fahrzeug benötigt zu ihrem Betrieb eine vergleichsweise große Menge an Energie, um insbesondere einen Innenraum des Fahrzeugs zu kühlen.
Die Druckschrift CN 201749413 U beschreibt ein passives Kühlgerät für einen Computer.
Eine Nutzung eines Phasenwechselmaterials für ein Fenster eines Fahrzeugs ist aus der Druckschrift US 2010/0244495 A1 bekannt.
Die Druckschrift WO 02/83440 A2 beschreibt eine thermische Kontrolle eines Innenraums eines Fahrzeugs mit einem Phasenwechselmaterial.
Die Druckschrift DE 10 2014 209 673 A1 beschreibt ein Fahrzeuginnenverkleidungsteil mit Latentwärmespeicherfunktion, bei dem in bzw. an einer Schicht mindestens eine vollumfänglich geschlossene Kavität vorhanden ist, in der ein Phasenwechselmedium enthalten ist, das einen Phasenwechsel von einer festen Phase in eine flüssige Phase in einem Temperaturbereich zwischen 20°C bis 40°C vollzieht.
Eine Sitzeinrichtung für ein Fahrzeug ist aus der Druckschrift DE 10 2016 006 986 A1 bekannt. Dabei ist zwischen einer Belüftungseinrichtung und einer Nutzerkontaktfläche eine Luftführungsschicht angeordnet, die wenigstens ein Phasenwechselmaterial aufweist.
Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, ein Fahrzeug energieeffizient zu klimatisieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Klimaanlage und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Klimaanlage und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
Die erfindungsgemäße Klimaanlage ist für einen Innenraum eines Fahrzeugs ausgebildet und weist als mindestens eine Komponente mindestens eine Kühleinheit auf. Diese mindestens eine Kühleinheit weist wärmeleitfähiges Verbundgarn und Trägermaterial, das Phasenwechselmaterial, üblicherweise thermisches Phasenwechselmaterial, aufweist und/oder beinhaltet, d. h. Trägermaterial mit Phasenwechselmaterial, auf, wobei das Trägermaterial in das Verbundgarn eingewoben ist. Das Phasenwechselmaterial ist dazu ausgebildet, oberhalb eines bzw. seines Schmelzpunkts und somit einer entsprechenden Schmelztemperatur aus dem Innenraum des Fahrzeugs, bspw. eines Kraftfahrzeugs, Wärme aufzunehmen und diesen zu kühlen, wenn es oberhalb seines Schmelzpunkts schmilzt bzw. sich verflüssigt. Die Klimaanlage kann als passive Klimaanlage ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden.
Die Klimaanlage weist in Ausgestaltung Stäbe aus Trägermaterial auf, die in das Verbundgarn eingewoben sind, wobei jeweils ein Stab Trägermaterial und Phasenwechselmaterial aufweist, wobei das Phasenwechselmaterial in dem Trägermaterial gebunden und/oder darin aufgenommen sein kann.
Das Phasenwechselmaterial weist als mindestens eine fettartige Substanz mindestens ein organisches bzw. biobasiertes Fett und/oder mindestens eine organische bzw. biobasierte Fettsäure auf. In Ausgestaltung weist das Phasenwechselmaterial ein Gemisch aus dem mindestens einen Fett und/oder der mindestens einen Fettsäure und somit aus mehreren fettartigen Substanzen auf, wobei jede fettartige Substanz einen eigenen Schmelzpunkt bzw. eine eigene Schmelztemperatur aufweist. Ein Gemisch aus mehreren Fetten und/oder Fettsäuren kann dabei eine gemeinsame Schmelztemperatur oder in Abhängigkeit der enthaltenen Fette bzw. Fettsäuren mehrere unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass das Phasenwechselmaterial nur eine fettartige Substanz aufweist.
Die Stäbe mit dem Trägermaterial können zylinderförmig ausgebildet und parallel nebeneinander angeordnet sein. Die Stäbe können ferner als Rohre bzw. Röhren ausgebildet und demnach hohl sein, wobei in einem jeweiligen Hohlraum eines derartigen rohrförmigen Stabs, das von dem entsprechend rohrförmigen Trägermaterial umschlossen ist, die mindestens eine fettartige Substanz angeordnet bzw. aufgenommen ist.
In Ausgestaltung weist die Klimaanlage als mindestens eine weitere Komponente mindestens einen Luftbefeuchter und ein Wasserreservoir zum Speichern von Wasser auf, die über mindestens eine Wasserleitung zum Fördern von Wasser miteinander verbunden sind. Der mindestens eine Luftbefeuchter ist aus Papierton gebildet und dazu ausgebildet, Wasser aus dem Wasserreservoir über eine Kapillarwirkung über die mindestens eine Wasserleitung aus dem mindestens einen Wasserreservoir zu fördern, das geförderte Wasser zu verdunsten und den Innenraum damit zu befeuchten.
Das Wasserreservoir bzw. ein entsprechender Wasserbehälter kann als Komponente der Klimaanlage ausgebildet sein und lediglich bzw. speziell für die Klimaanlage und/oder das Verfahren genutzt werden. Es ist jedoch auch möglich, hierfür ein ohnehin im Fahrzeug angeordnetes Wasserreservoir zu verwenden. Dieses kann zur Aufnahme von Wasser bzw. Abwasser aus einer Brennstoffzelle als Energiequelle des Fahrzeugs ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass ein derartiges Wasserreservoir auch für eine Scheibenwischanlage des Fahrzeugs verwendet wird. In einem solchen Fall weist die Scheibenwischanlage neben dem Wasserreservoir mindestens ein Zusatzreservoir bzw. mindestens einen Zusatzbehälter zur Aufnahme eines Spülmittels und/oder eines Frostschutzmittels auf, das mit dem Wasser zum Reinigen mindestens einer Scheibe des Fahrzeugs gemischt wird. Es ist auch möglich, dass in dem Wasserreservoir Wasser, bspw. Kondenswasser, aus einer aktiven Klimaanlage des Fahrzeugs verwendet und dem mindestens einen Luftbefeuchter zugeführt wird. Somit ist es möglich, dem mindestens einen Luftbefeuchter reines Wasser bereitzustellen, das er aufgrund der Kapillarwirkung über die mindestens eine Wasserleitung aus dem Wasserreservoir saugen kann.
Mindestens eine Komponente der Klimaanlage, d. h. die mindestens eine Kühleinheit und/oder der mindestens eine Luftbefeuchter, ist bzw. sind an mindestens einer Innenwand eines Innenraums des Fahrzeugs angeordnet und mit einem bspw. textilen Bezugsmaterial, das luftdurchlässig und zum Befeuchten des Innenraums in der Regel auch wasserdurchlässig ist, abgedeckt. Das Bezugsmaterial kann ebenfalls als Komponente der Klimaanlage ausgebildet sein. Dabei ist es möglich, dass die mindestens eine Innenwand als Dachhimmel, als Seitenwand, bspw. einer Tür des Fahrzeugs, oder als Säule ausgebildet ist. Dabei ist es möglich, dass die mindestens eine Komponente der Klimaanlage und das Bezugsmaterial, das sie zu dem Innenraum abdeckt, eine Innenverkleidung bzw. Wandverkleidung des Fahrzeugs bilden. Alternativ oder ergänzend ist mindestens eine Komponente der Klimaanlage in einem Sitz des Fahrzeugs, bspw. einer Lehne, d. h. einer Rückenlehne oder Armlehne, einer Sitzfläche oder einer Kopfstütze angeordnet und mit Bezugsmaterial des Sitzes abgedeckt.
In Ausgestaltung wird mindestens eine fettartige Substanz, insbesondere Fettsäure, verwendet, deren Schmelzpunkt, bei dem eine Phasenumwandlung von fest nach flüssig erfolgt, in einem Temperaturbereich bzw. einem Kühlungstemperaturfenster zwischen 20 °C bis 35 °C liegt. Falls die mindestens eine Kühleinheit im Dach und/oder am Dach angeordnet ist, ist es möglich, mindestens eine fettartige Substanz, insbesondere Fettsäure, zu verwenden, deren Schmelzpunkt größer als 35 °C ist, wobei eine Schmelztemperatur von bspw. bis zu 75 °C vorgesehen werden kann. Hierdurch wird berücksichtigt, dass es im Dach bzw. auf dem Dach, üblicherweise aufgrund einer direkten Sonneneinstrahlung, zu hohen Temperaturen bis bspw. 75 °C kommen kann.
Mindestens eine mögliche Fettsäure ist Caprinsäure, die in Tier- und Pflanzenfett vorkommt, Undecylensäure, Elaidinsäure, die in Fett von Wiederkäuern vorkommt, Laurinsäure, die in Milchfett und Pflanzenfett vorkommt, Myristinsäure, die in Milchfett, Fischöl, Tier- und Pflanzenfett vorkommt, Palmitinsäure, die in Tier- und Pflanzenfett vorkommt, Caprylsäure, die in Milchfett und Kokosfett vorkommt, Pelargonsäure, die in ätherischem Öl, bspw. Pelargonium roseum, Käsefett und Fuselöl vorkommt, Ölsäure, die in Naturfett vorkommt, oder Icosensäure, die in Rapsöl vorkommt. Weiterhin kann auch mindestens eine weitere Fettsäure verwendet werden, deren Schmelztemperatur bspw. zwischen 20 °C und 75 °C liegt.
In Ausgestaltung kann für das Phasenwechselmaterial auch eine Mischung aus unterschiedlichen Fettsäuren, also aus mehreren der voranstehend genannten Fettsäuren, verwendet werden, die unterschiedliche Schmelztemperaturen und somit Phasenübergänge in unterschiedlichen Temperaturbereichen aufweisen. Somit ist es möglich, bei jeweils einer Schmelztemperatur einer jeweiligen Fettsäure der Mischung jeweils einen Kühleffekt einzustellen. Dabei kann die Mischung aus Fettsäuren bei einer ersten Schmelztemperatur einer ersten Fettsäure, bspw. bei 25 °C, bei einer zweiten Schmelztemperatur einer zweiten Fettsäure, bspw. bei 43 °C, und, je nach Anzahl weiterer Fettsäuren bei mindestens einer n-ten Schmelztemperatur einer n-ten Fettsäure, bspw. bei x °C, jeweils einen Kühleffekt aufweisen.
Das bspw. stabförmige Trägermaterial ist saugfähig und/oder porös. Dabei ist das Trägermaterial dazu ausgebildet, die mindestens eine Fettsäure und somit auch Fettsäuren aufzunehmen bzw. zu speichern. Das Trägermaterial ist bspw. ein unpolares organisches Material. Falls das Trägermaterial in Ausgestaltung stabförmig ist, sind entsprechende Stäbe in Ausgestaltung nur dazu vorgesehen, das Verbundgarn, bspw. für die Anwendung als Wandverkleidung, zu tragen. Bei einer Integration der mindestens einen Kühleinheit in die Wand, bspw. den Dachhimmel, bzw. in der Wandverkleidung des Fahrzeugs kann das Verbundgarn direkt in einen Stoff der Wandverkleidung eingearbeitet sein. Durch die aus Stoff gebildete Wandverkleidung kann die mindestens eine Fettsäure dauerhaft in die Wandverkleidung, bspw. in den Dachhimmel, eingebracht werden, wobei hierzu der Kapillareffekt genutzt werden kann. Als Stoff für die Wandverkleidung kann Naturgarn oder ein Synthetikstoff verwendet werden. Dabei ist es möglich, dass das Verbundgarn diesem Stoff entspricht und umgekehrt.
Es ist weiterhin möglich, dass ein Wasserverteilungssystem für den Luftbefeuchter bzw. einen Raumbefeuchter in den Stoff für die Wandverkleidung eingebracht ist. Dieses Wasserverteilungssystem umfasst das mindestens eine Wasserreservoir und die mindestens eine Wasserleitung. Dabei ist die mindestens eine Wasserleitung bspw. als dünne Kapillare bzw. Kapillarröhre ausgebildet, die dazu ausgebildet ist, das Wasser über einen Kapillardruck über die Wandverkleidung, bspw. den Dachhimmel, hinweg zu verteilen.
Das Trägermaterial ist dazu ausgebildet und hat demnach die Funktion, die mindestens eine Fettsäure aufzunehmen. Dies kann durch eine physikalische Wechselwirkung zwischen der mindestens einen Fettsäure und dem Trägermaterial eingestellt werden. Hierfür sind zwei Varianten vorgesehen.
Gemäß einer ersten Variante wird die mindestens eine Fettsäure durch Quellung eines Polymerwerkstoffs als Trägermaterial in diesen bzw. in dieses eingebracht. Fettsäuren sind unpolare organische Substanzen, welche die Fähigkeit besitzen, den vorgesehenen Polymerwerkstoff zu quellen, wobei sich die Fettsäuren in den Polymerwerkstoff zwischen bestehende Polymerketten des Polymerwerkstoffs einlagern. Hierbei ist es möglich, dass der Polymerwerkstoff bzw. ein entsprechendes Polymer als Faserverbund vorliegt, anstatt als unporöse Platte vorzuliegen.
Gemäß einer zweiten Variante wird die mindestens eine Fettsäure durch Kapillarkräfte in das Trägermaterial eingebracht. Hierbei ist vorgesehen, dass das Trägermaterial Poren aufweist. Diese Poren können über einen Faserverbund, über Schaumteile oder über poröse Werkstoffe als Trägermaterial bereitgestellt werden. Hierzu ist jedes Material geeignet, das Poren aufweist und in Kombination mit der mindestens einen Fettsäure medienbeständig ist, bspw. ein Metall, Glas, Keramik, ein Polymer, ein Elastomer und/oder Biomaterial, bspw. Cellulose-Fasern.
Um zu verhindern, dass sich die mindestens eine Fettsäure aus dem Trägermaterial löst, wird eine Größe seiner Poren eingestellt. Gemäß nachfolgender Formel bzw. der Young-Laplace-Gleichung ist der Laplace-Druck p zur Größe r, bspw. einem Radius bzw. Durchmesser, der Poren invers proportional: $Δ p = 4 * γ * 1 /r$
Hierbei ist y die Oberflächenspannung der jeweiligen Fettsäure. Das bedeutet, dass der Laplace-Druck p ab einer ausreichend geringen Größe r der Poren ansteigt. Der Laplace-Druck sorgt dafür, dass die Fettsäure in die Poren gesaugt wird. Wenn der Laplace-Druck groß genug ist, verbleibt die Fettsäure bei üblichen Umweltbedingungen im Trägermaterial und wäre nur durch zusätzliche Maßnahmen daraus zu entfernen. Ein Heraustropfen der Fettsäure ist somit bei ausreichend geringer Größe der Poren ausgeschlossen.
Als Verbundgarn kann ein Polymer verwendet werden, in dessen Polymermatrix metallisches Pulver oder metallische Fasern eingebracht ist oder sind, wodurch das Verbundgarn wärmeleitfähig wird. Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, dass Metalldrähte in das Verbundgarn eingewebt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Fahrzeugs mit einer Klimaanlage, bspw. einer Ausführungsform der vorgestellten Klimaanlage, wobei diese Klimaanlage als mindestens eine Komponente mindestens eine Kühleinheit aufweist. Die mindestens eine Kühleinheit weist wärmeleitfähiges Verbundgarn und Stäbe, bspw. Röhren, aus Trägermaterial mit Phasenwechselmaterial auf, wobei die Stäbe in das Verbundgarn eingewoben sind. Mit dem Phasenwechselmaterial wird, wenn es eine Temperatur erreicht, die oberhalb eines Schmelzpunkts bzw. seiner Schmelztemperatur ist, aus dem Innenraum Wärme automatisch aufgenommen.
In Ausgestaltung wird das Verfahren mit einer Klimaanlage durchgeführt, die als mindestens eine weitere Komponente mindestens einen Luftbefeuchter und ein Wasserreservoir aufweist, wobei der mindestens eine Luftbefeuchter aus Papierton gebildet ist. Mit dem mindestens einen Luftbefeuchter wird Wasser aus dem Wasserreservoir verdunstet, mit dem der Innenraum befeuchtet wird.
Mit der vorgestellten passiven Klimaanlage ist es möglich, den Innenraum des Fahrzeugs passiv zu klimatisieren und somit passiv zu kühlen. Mit der passiven Klimaanlage bzw. mit dem passiven Verfahren zum Klimatisieren wird eine passive Kühlfunktion ohne aktiven Strombetrieb bereitgestellt, wobei die vorgestellte Klimaanlage energieautark ist. Somit ist es im Vergleich zu einer herkömmlichen Klimaanlage nicht erforderlich, das Fahrzeug zu deren Betrieb aktiv zu betreiben. Somit ist es u. a. nicht erforderlich, dass ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs aktiv betrieben werden muss. Somit ist es zum Betreiben der vorgestellten passiven Klimaanlage nicht erforderlich, dass eine Verbrennungskraftmaschine als Antriebsaggregat läuft und/oder eine Zündung des Fahrzeugs angestellt ist, was bspw. ansonsten im Fall eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (BEV, Battery Electric Vehicle) oder eines Hybridfahrzeugs, bspw. Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV, Plug-In-Hybrid Electric Vehicle), erforderlich ist, um eine Kühlfunktion über eine Klimaanlage einzustellen. Es ist auch nicht erforderlich, der passiven Klimaanlage zu deren Betrieb elektrische Energie aus einem elektrischen Energiespeicher, bspw. einer Batterie, des Fahrzeugs bereitzustellen. Entsprechend ist für die passive Klimaanlage keine Batteriekapazität erforderlich.
Die Klimaanlage umfasst entsprechend mindestens eine passive Kühleinheit, die in den Innenraum, üblicherweise in eine Innenwand des Fahrzeugs, integriert und/oder auf der Innenwand angeordnet ist. Die mindestens eine Kühleinheit ist dazu ausgebildet, zu jedem Zeitpunkt, auch nach Abstellen des Fahrzeugs, eine gewisse Kühlfunktion auszuführen bzw. zu übernehmen. Somit ist es möglich, das Fahrzeug bzw. dessen Innenraum für einen Insassen bzw. Kunden klimaneutral vorzukühlen.
Neben der mindestens einen passiven Kühleinheit ist auch der mindestens eine Luftbefeuchter passiv ausgebildet, da auch er ohne elektrischen Strom funktioniert. Die mindestens eine gewebte Kühleinheit kann in einer Ausführungsform als Deckenmodul an der mindestens einen Innenwand ausgebildet sein. Die mindestens eine Kühleinheit besteht aus extrem wärmeleitfähigem Verbundgarn, in das die Stäbe aus dem Trägermaterial und dem Phasenwechselmaterial (PCM) gewebt sind. Die üblicherweise biobasierten Fettsäuren, die das Phasenwechselmaterial bilden, schmelzen bspw. bei einem Schmelzpunkt bzw. einer Schmelztemperatur von circa 25 °C und absorbieren während einer Verflüssigung Wärme aus dem Innenraum.
Der mindestens eine Luftbefeuchter ist dagegen aus Papierton gebildet und nutzt die Kapillarwirkung, um Wasser aus dem Wasserreservoir aufzunehmen. Dabei ist vorgesehen, dass das Wasserreservoir bezüglich einer Hochachse des Fahrzeugs unterhalb des mindestens einen Luftbefeuchters angeordnet ist, wobei das Wasser aus dem Wasserreservoir aufgrund der Kapillarwirkung von dem mindestens einen Luftbefeuchter entgegen der Schwerkraft nach oben gefördert wird. Dabei verdunstet das Wasser auf seinem Weg nach oben zu dem mindestens einen Luftbefeuchter und befeuchtet dabei den Innenraum des Fahrzeugs.
Die mindestens eine Kühleinheit kann bspw. als Dachhimmel und somit als Innenverkleidung des Fahrzeugs ausgebildet sein. Weiterhin ist es auch möglich, die mindestens eine Kühleinheit in einer seitlichen Innenwand oder in einem Sitz des Fahrzeugs anzuordnen. Es ist möglich, dass die mindestens eine Kühleinheit eine ansonsten vorgesehene Innenverkleidung bzw. Wandverkleidung des Innenraums des Fahrzeugs ersetzt. Dabei ist die mindestens eine Kühleinheit mit Leder oder Textilmaterial bzw. einem Textilstoff abgedeckt, das bzw. die luft- und wasserdurchlässig ist.
Die mindestens eine Komponente der Klimaanlage ist bspw. als Innenverkleidung einer Tür und/oder einer Säule, bspw. einer A-Säule, B-Säule und/oder C-Säule, des Fahrzeugs ausgebildet. Es ist auch möglich, die mindestens eine Komponente der Klimaanlage in einem Cockpitquerträger des Fahrzeugs anzuordnen.
Die vorgestellte klimaneutrale und passive Klimaanlage zum Durchführen der vorgesehenen Kühlfunktion kann eine bereits bestehende aktive Klimaanlage des Fahrzeugs ersetzen. Es ist ebenfalls möglich, dass diese aktive Klimaanlage ggf. kleiner dimensioniert wird, wenn in dem Fahrzeug auch die passive Klimaanlage angeordnet ist. Beim Klimatisieren des Innenraums mit der vorgestellten passiven Klimaanlage ist es möglich, Kraftstoff zum Antreiben des Fahrzeugs, eine Batteriekapazität und sonstige Ressourcen einzusparen. Somit ist es möglich, das Fahrzeug nachhaltig auszubilden und einen Beitrag zu Klimazielen zu leisten. Außerdem wird für einen Insassen bzw. Fahrer des Fahrzeugs ein Komfort erhöht, da der Innenraum mit der passiven Klimaanlage zu jedem Zeitpunkt vorgekühlt werden kann. Eine kühlende Wirkung bzw. Kühlfunktion der passiven Klimaanlage konkurriert dabei aus ökologischer Sicht auch nicht mit einem Durchzug, der sich bei einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs mit geöffneten Fenstern ergibt.
Es ist möglich, dass die mit dem Bezugsmaterial abgedeckte Kühleinheit als Kühldecke ausgebildet ist bzw. bezeichnet werden kann. Falls die mindestens eine Kühleinheit an und/oder in dem Dachhimmel unterhalb des Dachs des Fahrzeugs angeordnet ist, ist es möglich, dass kühle bzw. kalte Luft aus der mindestens einen Kühleinheit aufgrund ihrer geringen Dichte ausgehend von der Decke nach unten in den Innenraum und an dem Insassen vorbeiströmt. Eine durch den Insassen gefühlte Abkühlung wird hierdurch vergrößert. Die vorgestellte passive Klimaanlage ist bspw. für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, also ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, geeignet, da der Betrieb der passiven Klimaanlage keinen negativen Einfluss auf eine Reichweite des Fahrzeugs hat, da hierfür keine elektrische Energie aus der Batterie erforderlich ist, wobei ein Verbrauch dieses elektrisch angetriebenen Fahrzeugs nicht erhöht wird, obwohl dessen Innenraum gekühlt wird.
Der mindestens eine Luftbefeuchter der vorgestellten passiven Klimaanlage ist aus Papierton gebildet, der auch als Paper Clay bezeichnet werden bzw. ausgebildet sein kann. Bei dem Papierton handelt es sich um eine Mischung aus üblicherweise mineralischem Ton und einem Faserbrei aus Papier und/oder Lumpen. Dabei ist zum Herstellen des mindestens einen Luftbefeuchters vorgesehen, dass in der Mischung aus Ton und Faserbrei Wasser gelöst ist. Somit ist es möglich, die zunächst noch feuchte Mischung je nach Bedarf zu formen bzw. zu modellieren. Weiterhin ist vorgesehen, den Papierton zu trocknen und das zunächst darin noch befindliche Wasser zu entfernen.
Zum Bereitstellen eines jeweiligen Luftbefeuchters kommt, wie im Fall der Fettsäuren, eine polare Flüssigkeit, bspw. Wasser, zur Anwendung. Polare Flüssigkeiten können polare Werkstoffe aber auch Polymere mit polaren Anteilen quellen. Metalle sind hierfür auch geeignet, wobei jedoch bei einer Auswahl eines Metalls zu berücksichtigen ist, dass dieses in Verbindung mit Wasser oxidieren und somit rosten kann, weshalb hierfür eine Legierung, bspw. Edelstahl, verwendet werden kann. Edelmetalle sind in der Regel zu teuer, in möglicher Ausgestaltung wäre jedoch ein Luftbefeuchter, der Edelstahl aufweist, denkbar. Für den Luftbefeuchter kann ein Material, das in Bezug auf Wasser inert ist, effektiv eingesetzt werden, bspw. Biofasern, Kunststofffasern oder Polymerschaum, wobei das Wasser über eine Kapillarwirkung in dem Material für den Luftbefeuchter gespeichert wird.
Es ist vorgesehen, dass die Stäbe, die das Trägermaterial und das Phasenwechselmaterial umfassen, jeweils einer Kühleinheit in Fasern aus wärmeleitfähigem Verbundgarn eingewoben sind. Dabei ist es möglich, dass die Kühleinheit mehrere Streifen bzw. Bänder aus dem Verbundgarn aufweist, wobei jeweils zwei unmittelbar benachbarte Stäbe von jeweils einem Streifen bzw. Band aus Verbundgarn abwechselnd bzw. wechselseitig umschlossen sind, wobei jeweils ein Streifen aus Verbundgarn gemäß einer trigonometrischen Funktion, bspw. gemäß einer Cosinusfunktion bzw. Sinusfunktion, geformt ist bzw. wird, wenn er mehrere derartige Stäbe wechselseitig umschließt. Dabei bildet der Streifen abwechselnd Berge und Täler gemäß der periodischen Funktion. Zwei unmittelbar nebeneinander geordnete Streifen aus Verbundgarn sind üblicherweise hinsichtlich ihrer Periodizität zueinander versetzt, wobei ein erster Streifen jeweils einen Stab auf einer ersten Seite und der zweite Streifen den jeweiligen Stab auf einer zweiten Seite des Stabs umschließt, die der ersten Seite gegenüber liegt. Dabei ist jeweils ein Berg des ersten Streifens neben einem Tal des unmittelbar daneben angeordneten zweiten Streifens bzw. jeweils ein Tal des ersten Streifens neben einem Berg des unmittelbar benachbarten zweiten Streifens angeordnet.
Die passive Klimaanlage, insbesondere dessen mindestens eine Kühleinheit, ist dazu ausgebildet, Wärme bzw. Hitze aus dem Innenraum des Fahrzeugs zu absorbieren und somit eine Temperatur in dem Innenraum zu reduzieren. Dabei ist es möglich, die passive Klimaanlage an einem warmen Tag, bspw. im Sommer, einzusetzen. Eine jeweilige Kühleinheit deckt eine Innenwand des Fahrzeugs zumindest teilweise ab. Dabei ist das Phasenwechselmaterial, das bspw. innerhalb jeweils eines Stabs bzw. einer Röhre angeordnet ist, dazu ausgebildet, die Wärme zu absorbieren. Dabei ist es möglich, dass das Phasenwechselmaterial seine Farbe ändert, wobei es möglich ist, dass es umso heller, bspw. transparent, wird, je höher dessen Temperatur ist.
Weiterhin ist es möglich, dass sich das zunächst bspw. weiße Trägermaterial und somit die zunächst bspw. weißen Stäbe ebenfalls, bspw. blau, verfärbt bzw. verfärben, wenn sich das Phasenwechselmaterial verflüssigt und Wärme aus dem Innenraum aufnimmt. Falls die Temperatur in dem Innenraum sinkt und eine Temperatur des Phasenwechselmaterials unter den Schmelzpunkt bzw. die Schmelztemperatur sinkt, wird es wieder fest. In diesem Fall ist es möglich, dass das Trägermaterial bzw. die Stäbe wieder weiß wird bzw. werden. Das Phasenwechselmaterial absorbiert die Wärme, wenn es mit Luft in Kontakt gerät und bildet dabei eine Barriere gegenüber Wärme aus einer Umgebung des Fahrzeugs, wobei ein Eindringen der Wärme in den Innenraum mit einer jeweiligen Kühleinheit unterbunden wird. Somit ist es möglich, einen Temperaturunterschied zwischen einer warmen Umgebung des Fahrzeugs und dem Innenraum aufrechtzuerhalten, wobei der Innenraum kühler als die Umgebung ist, da er durch die mindestens eine Kühleinheit von der Umgebung thermisch getrennt ist. Es ist möglich, dass die Kühleinheit abhängig von dem Unterschied der Temperatur zwischen der Umgebung und dem Innenraum automatisch aktiviert wird.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klimaanlage zum Durchführen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein als Kraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 2, das die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klimaanlage aufweist. Dabei weist die hier passive Klimaanlage als eine erste Komponente eine Kühleinheit 4 auf, die an einer Innenwand des Fahrzeugs 2 angeordnet ist, wobei diese Innenwand einen Innenraum des Fahrzeugs 2 begrenzt. Die Kühleinheit 4 weist mehrere zueinander parallel angeordnete Stäbe 6 auf, wobei jeder Stab 6 Trägermaterial und Phasenwechselmaterial aus mindestens einer Fettsäure aufweist, wobei das Phasenwechselmaterial in dem Trägermaterial aufgenommen ist. Diese Stäbe 6 sind in Fasern aus Verbundgarn 8 eingewoben, wobei diese Fasern des Verbundgarns 8 hier senkrecht zu den Stäben 6 aus Träger- und Phasenwechselmaterial orientiert sind.
Es ist vorgesehen, dass die mindestens eine Fettsäure der Stäbe 6 eine Schmelztemperatur bzw. einen Schmelzpunkt von bspw. 25 °C aufweist. Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Fettsäure der Kühleinheit 4 für den Fall, dass eine Temperatur in dem Innenraum des Fahrzeugs 2 und/oder in einer Umgebung des Fahrzeugs 2 größer als der Schmelzpunkt ist, Wärme aus dem Innenraum absorbiert und diesen somit abkühlt. Dabei wirkt die Kühleinheit 4 an bzw. auf der Innenwand auch als thermische Barriere gegenüber der Umgebung des Fahrzeugs 2. Die Kühleinheit 4 ist weiterhin mit Bezugsmaterial abgedeckt, das die Kühleinheit 4 von dem Innenraum trennt.
Außerdem weist die Ausführungsform der Klimaanlage einen Luftbefeuchter 10 als zweite Komponente auf, der über eine Wasserleitung 14 mit einem Wasserreservoir 12 bzw. einem Wasserbehälter verbunden ist. Der Luftbefeuchter 10 besteht aus Papierton und ist dazu ausgebildet, aufgrund einer Kapillarwirkung Wasser aus dem Wasserreservoir 12 zu fördern, wobei der Innenraum durch den Luftbefeuchter 10 mit dem Wasser befeuchtet wird. In Ausgestaltung ist es möglich, dass das Wasserreservoir 12 zugleich auch für andere Anwendungen in dem Fahrzeug 2 verwendet wird. Somit ist es möglich, dass das Wasserreservoir 12 für Wischwasser einer Scheibenwischanlage, zum Auffangen von Kondenswasser einer weiteren aktiven Klimaanlage oder zum Auffangen von Wasser aus einer Brennstoffzelle des Fahrzeugs 2 verwendet wird.
Bezugszeichenliste

2: Fahrzeug
4: Kühleinheit
6: Stab
8: Verbundgarn
10: Luftbefeuchter
12: Wasserreservoir
14: Wasserleitung

Claims

Klimaanlage für einen Innenraum eines Fahrzeugs (2), die als mindestens eine Komponente mindestens eine Kühleinheit (4) aufweist, wobei die mindestens eine Kühleinheit (4) wärmeleitfähiges Verbundgarn (8) und Trägermaterial, das Phasenwechselmaterial aufweist, aufweist, wobei das Trägermaterial in das Verbundgarn (8) eingewoben ist, wobei das Phasenwechselmaterial dazu ausgebildet ist, oberhalb seines Schmelzpunkts aus dem Innenraum Wärme aufzunehmen.
Klimaanlage nach Anspruch 1, bei der das Phasenwechselmaterial mindestens eine biobasierte Fettsäure aufweist.
Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, die als mindestens eine weitere Komponente mindestens einen Luftbefeuchter (10) und ein Wasserreservoir (12) aufweist, wobei der mindestens eine Luftbefeuchter (10) aus Papierton gebildet und dazu ausgebildet ist, Wasser aus dem Wasserreservoir (12) zu verdunsten und den Innenraum zu befeuchten.
Klimaanlage nach Anspruch 3, bei der der mindestens eine Luftbefeuchter (10) dazu ausgebildet ist, Wasser über eine Kapillarwirkung aus dem Wasserreservoir (12) zu fördern.
Klimaanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der mindestens eine Komponente, insbesondere die mindestens eine Kühleinheit (4), an mindestens einer Innenwand eines Innenraums des Fahrzeugs (2) angeordnet und mit Bezugsmaterial abgedeckt ist.
Klimaanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der mindestens eine Komponente, insbesondere die mindestens eine Kühleinheit (4), in einem Sitz des Fahrzeugs (2) angeordnet und mit Bezugsmaterial abgedeckt ist.
Klimaanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, die Stäbe (6) aus Trägermaterial aufweist, die in das Verbundgarn (8) eingewoben sind.
Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums eines Fahrzeugs (2) mit einer Klimaanlage, die als mindestens eine Komponente mindestens eine Kühleinheit (4) aufweist, wobei die mindestens eine Kühleinheit (4) wärmeleitfähiges Verbundgarn (8) und Trägermaterial, das Phasenwechselmaterial aufweist, aufweist, wobei das Trägermaterial in das Verbundgarn (8) eingewoben ist, wobei mit dem Phasenwechselmaterial oberhalb seines Schmelzpunkts aus dem Innenraum Wärme aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, das mit einer Klimaanlage durchgeführt wird, die als mindestens eine weitere Komponente mindestens einen Luftbefeuchter (10) und ein Wasserreservoir (12) aufweist, wobei der mindestens eine Luftbefeuchter (10) aus Papierton gebildet ist, wobei mit dem mindestens einen Luftbefeuchter (10) Wasser aus dem Wasserreservoir (12) verdunstet wird, mit dem der Innenraum befeuchtet wird.