-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturregulierung für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug und ein entsprechendes Verfahren.
-
Es ist bekannt, dass sich Fahrzeuge bei Sonneneinstrahlung erhitzen können, weshalb viele Kraftfahrzeuge mit Klimaanlagen beziehungsweise Klimageräten ausgerüstet sind. Klimageräte sind im Betrieb sehr energieaufwendig. Das wirkt sich insbesondere nachteilig auf eine mit dem Kraftfahrzeug erzielbare Reichweite aus. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen ist die Reichweite ein großes Argument für oder gegen einen Kauf. Moderne Klimageräte benötigen eine gewisse Anlaufzeit bis eine Kühlwirkung eintritt. So ist es bekannt, bei beginnender Autofahrt die Fenster zu öffnen, was eine erste Kühlung schafft, aber die Anlaufzeit der Klimaanlage verlängern kann. Ferner ist es bisweilen üblich, das Kraftfahrzeug zunächst zu starten und die Klimaanlage anzuschalten und neben dem laufenden Kraftfahrzeug zu warten bis eine ausreichende Kühlung der Fahrgastzelle erreicht wurde. Dieses Verfahren ist sowohl unkomfortabel, da sich der Start der Autofahrt verzögert als auch schädlich für die Umwelt, da vergleichsweise viel Kraftstoff verwendet wird, ohne das Kraftfahrzeug zu bewegen.
-
Die Druckschrift
EP 2 747 275 A2 betrifft einen Sonnenkollektor, aufweisend mindestens eine zum Teil transparente Fläche, eine Ebene mit mindestens einem diffraktiven optischen Element, wobei die elektromagnetische Strahlung mit einem ersten vorbestimmten Wellenlängenintervall durch eine einer Einfallfläche gegenüberliegenden Rückseite der transparenten Fläche austritt und die elektromagnetische Strahlung mit einem zweiten vorbestimmten Wellenlängenintervall durch eine seitliche Stirnfläche der transparenten Fläche austritt und mindestens eine solarthermische Einheit, wobei die solarthermische Einheit seitlich der seitlichen Stirnfläche der transparenten Fläche angeordnet ist, wobei das mindestens eine photovoltaische Element derart benachbart zur transparenten Fläche angeordnet ist, dass aus der transparenten Fläche ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung dieses bestrahlen. Diese Druckschrift offenbart folglich eine Möglichkeit zur Schaffung eines Sonnenkollektors, der Solarenergie effizienter nutzt.
-
Beispielsweise offenbart die
DE 43 21 479 A1 eine Kältemaschine zur Kühlung von Kraftfahrzeugen, wobei die Kältemaschine mittels Sonnenenergie betrieben wird. Die Kältemaschine ist als Absorptionskältemaschine ausgebildet.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und insbesondere energieeffiziente Möglichkeit zur Temperaturregulierung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einer Insassenkabine zu schaffen. Vorzugsweise soll eine Möglichkeit geschaffen werden, eine Klimaanlage eines Elektrofahrzeugs kleiner zu dimensionieren, um geringere Reichweiteneinbußen beim Betrieb der Klimaanlage zu ermöglichen.
-
Gelöst wird die obige Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Temperaturregulierung für ein Kraftfahrzeug mit: einem diffraktiven optischen Element, das an einer Oberfläche des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei das diffraktive optische Element dazu ausgebildet ist, einen Teil einer einfallenden Strahlung einzukoppeln und von einem zu kühlenden Bereich des Kraftfahrzeugs wegzuleiten, einem Radiator, der dazu ausgebildet ist, Energie abzugeben; wobei der Radiator einen Absorber aufweist, der dazu ausgebildet ist, Strahlung zu absorbieren; und das diffraktive optische Element dazu ausgebildet ist, die eingekoppelte Strahlung auf den Absorber zu leiten; wobei der Absorber dazu ausgebildet ist, den Teil der einfallenden Strahlung, der durch das diffraktive optische Element in Richtung des Radiators geleitet wird, zu absorbieren und die von dem Teil der einfallenden Strahlung absorbierte Energie an den Radiator abzugeben; und die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, in einem Dachhimmel angeordnet zu werden, wobei der zu kühlende Bereich eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs umfasst.
-
Die obige Aufgabe wird ferner gelöst von einem Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Temperaturregulierung wie zuvor definiert.
-
Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst durch ein Verfahren zum Kühlen eines Bereichs eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise mittels einer Vorrichtung zur Temperaturregulierung wie zuvor definiert, umfassend die Schritte: Einkoppeln eines Teils einer einfallenden Strahlung; Wegleiten der eingekoppelten Strahlung von einem zu kühlenden Bereich des Kraftfahrzeugs; Leiten der eingekoppelten Strahlung auf einen Absorber; und Abgeben von Energie, insbesondere Energie der eingekoppelten Strahlung.
-
Durch ein diffraktives optisches Element (DOE) kann eine passive Einheit geschaffen werden, die insbesondere ohne Energieverbrauch eine Temperaturregulierung ermöglicht.
-
Vorzugsweise können besonders temperaturempfindliche Bereiche, wie eine Insassenkabine, vor Erwärmung durch Einstrahlung geschützt werden. Mittels einem Radiator der einen Absorber umfasst, kann ein effizienter Abtransport von Energie insbesondere in Form von Wärme erfolgen. Vorzugsweise kann der Radiator Wärme an eine Umgebung abgeben oder selbst Wärme in Form von Strahlung emittieren. Es versteht sich, dass der Radiator auch ein elektrisches Bauteil umfassen kann, das Wärme in elektrische Energie wandeln kann. Ferner kann auch eine Wärmepumpe vorgesehen sein, um den Wärmeabtransport zu beschleunigen.
-
Es versteht sich, dass der Absorber ebenfalls ein passives Bauteil sein kann, sodass eine Kühlung unabhängig von einer Energieversorgung erfolgt. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass eine Kühlung trotz passiver Bauteile nur dann erfolgt, wenn eine Kühlung benötigt wird, da die Vorrichtung zur Temperaturregulierung im Wesentlichen aufgrund eines Abschirmeffekts wirkt. Durch die Verwendung von DOE können gezielt Teile der Umgebungsstrahlung, vorzugsweise Sonnenstrahlung, eingekoppelt und umgelenkt werden. Für zukünftige Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, ist es vorteilhaft, die Leistung des Klimagerätes so gering wie möglich zu halten, um die Reichweite des Elektrofahrzeugs zu erhöhen. Durch das gezielte Abführen, also Einkoppeln und Wegleiten eines Teils der Einstrahlung in das Kraftfahrzeug in zum Beispiel Dachflächen, kann die Aufheizung der Fahrgastzelle ohne Energieaufwand reduziert werden.
-
Es ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, in einem Dachhimmel angeordnet zu werden, wobei der zu kühlende Bereich eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs umfasst.
-
Durch eine Anordnung am Dachhimmel, kann die Effizienz der Vorrichtung zur Temperaturregulierung weiter verbessert werden, da hier eine große einer Einstrahlung, insbesondere von Sonnenlicht, ausgesetzte Fläche durch die Vorrichtung abgeschirmt werden kann. Insbesondere kann hier technisch einfach die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs gekühlt werden, sodass ein Klimagerät des Kraftfahrzeugs kleiner dimensioniert werden kann. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs auch bei abgestelltem Kraftfahrzeug, also insbesondere auf bei abgeschalteter Bordelektronik, bereits abgeschirmt wird. Die Vorrichtung zur Temperaturregulierung benötigt keine Energie und keine Anlaufzeit bis sie Ihre Wirkung entfaltet.
-
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das diffraktive optische Element ein holografisch optisches Bauelement umfasst. Hierdurch kann die Wirkung der Vorrichtung zur Temperaturregulierung weiter verbessert werden.
-
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das diffraktive optische Element zumindest abschnittsweise für wenigstens einen Teil des sichtbaren Wellenlängenbereichs der einfallenden Strahlung transparent ist. Hierdurch kann die Vorrichtung zur Temperaturregulierung beispielsweise ein Dachfenster eines Kraftfahrzeugs ersetzen. Eine komfortable Abschirmung kann erreicht werden, ohne dabei die Sichtverhältnisse für die Fahrzeuginsassen einzuschränken. Insbesondere kann der Teil für den das diffraktive optische Element transparent ist so festgelegt werden, dass ein Blenden der Insassen verhindert werden kann. Es kann eine komfortable Vorrichtung zur Temperaturregulierung geschaffen werden.
-
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Radiator einen thermoelektrischen Generator umfasst, wobei das diffraktive optische Element dazu ausgebildet ist, einen Teil der eingekoppelten Strahlung zu dem thermoelektrischen Generator zu leiten, welcher die eingekoppelte Strahlung zumindest teilweise in elektrische Energie wandelt und abgibt. Hierdurch kann zu der abschirmenden Wirkung zusätzlich eine Energiegewinnung erfolgen. Insbesondere wird die von der Vorrichtung zur Temperaturregulierung aufgenommene Energie nicht einfach an die Umwelt abgegeben, sondern zur weiteren Verwendung gewandelt. Hierdurch kann eine Lichtmaschine für ein Kraftfahrzeug kleiner und leichter dimensioniert werden. Ferner kann weniger Leistung durch die Lichtmaschine vom Antriebsmotor entnommen werden. Das Kraftfahrzeug kann effizienter betrieben werde und/oder dem Kraftfahrzeug kann mehr Leistung zum Fahrbetrieb zur Verfügung stehen.
-
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der thermoelektrische Generator insbesondere zur pyroelektrischen Energieerzeugung ausgebildet ist und das diffraktive optische Element und der Generator aufeinander abgestimmt sind, wobei das diffraktive optische Element dazu ausgebildet ist, Strahlung mit einer vordefinierten Wellenlänge einzukoppeln, wobei der thermoelektrische Generator für die vordefinierte Wellenlänge einen maximalen Wirkungsgrad, insbesondere für eine pyroelektrische Energieerzeugung, aufweist. Hierdurch kann eine Energiegewinnung mittels der Vorrichtung weiter verbessert werden.
-
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der thermoelektrische Generator dazu ausgebildet ist, bei Anlegen einer Spannung als Wärmepumpe zu fungieren, wobei eine kalte Seite des thermoelektrischen Generators dem zu kühlenden Bereich des Kraftfahrzeugs zugewandt ist. Hierdurch kann eine verbesserte Vorrichtung geschaffen werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass ohne Energieeinwirkung eine passive Kühlung erfolgt, die bei Bedarf durch Energieaufwand weiter erhöht werden kann. Zudem kann der thermoelektrische Generator, wie oben beschrieben, Energie gewinnen, wenn er nicht mit einer elektrische Spannung beaufschlagt ist.
-
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug ein Elektrofahrzeug umfasst und die Vorrichtung zur Temperaturregulierung einen thermoelektrischen Generator umfasst, wobei die von dem thermoelektrischen Generator gewonnene Energie einem Verbraucher, insbesondere einem Akku und/oder Elektromotor, für eine Reichweitenerhöhung des Elektrofahrzeugs zu Verfügung gestellt wird. Hierdurch kann einerseits die Reichweite dadurch erhöht werden, dass ein kleineres und insbesondere energiesparendes Klimagerät verwendet werden kann. Andererseits kann die durch den thermoelektrischen Generator umgewandelte Energie dem Elektromotor, dem Akku oder einem anderen Verbraucher zugeführt werden und so die Reichweite noch weiter erhöhen.
-
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
-
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
-
Diffraktive optische Elemente - DOEs - sind bevorzugt Glasträger, auf die beispielsweise durch Fotolithografie Mikrostrukturen aufgebracht werden. In ihnen kommt es durch unterschiedliche optische Weglängen der Teilstrahlen zu Phasenmodulationen, wodurch Interferenzmuster entstehen. Zusätzlich kann durch konstruktive und destruktive Überlagerung die Amplitude moduliert werden. Auf diese Weise lassen sich durch vorteilhafte Auslegung beispielsweise die Intensitätsmuster in einem Laserstrahl manipulieren. DOEs können zwei Aufgaben erfüllen: sie können einen Laserstrahl formen oder in mehrere Teilstrahlen zerlegen. Die Mikrostruktur im DOE kann den Strahl durch den Brechungsindex oder durch Höhenmodulation formen. Ferner können DOEs verwendet werden, um Strahlung einer vordefinierten Wellenlänge oder eines vordefinierten Wellenlängenbereiches im DOE einzukoppeln und zu leiten.
-
Holografisch-optische Bauelemente - HOEs - sind Elemente, deren holografische Eigenschaften beispielsweise für eine Optik von Geräten verwendet werden. Es lassen sich mit Hologrammen herkömmliche Linsen, Spiegel und Prismen ersetzen; von besonderem Vorteil sind aber oft die zusätzlichen holografischen Eigenschaften. Das einfachste holografische Bauelement ist die Fresnelsche Zonenplatte, die wegen ihrer Eigenschaften auch Zonenlinse genannt wird. Eine Zonenlinse ist das Hologramm eines Punktes und wirkt daher als Transmissionshologramm gleichzeitig wie eine Sammellinse, wenn das reelle Bild betrachtet wird, und eine Streulinse, wenn man vom virtuellen Bild ausgeht. HOEs haben spezielle Eigenschaften wie zum Beispiel die Selektivität der Farbe und des Einfallswinkels von Licht. Die Bauelemente können zum Beispiel für einen bestimmten Einfallswinkel das Licht brechen, für die anderen aber vollkommen transparent sein. Die unterschiedliche Beugung des Lichts, abhängig von seiner Wellenlänge, ermöglicht die Aufspaltung in Spektralfarben wie bei Prismen. Es ist möglich, mit Hilfe von Reflexionshologrammen planare Spiegel, Hohlspiegel oder Wölbspiegel zu konstruieren, die beispielsweise das Licht so reflektieren, dass der Einfallswinkel anders als der Ausfallswinkel ist. HOEs können zudem andere Spektralbereiche der elektromagnetischen Wellen beeinflussen. Entweder werden dafür die Hologramme durch Belichtung mit zum Beispiel Röntgenstrahlung auf einem geeigneten Film hergestellt oder die Interferenzmuster von für sichtbares Licht selektiven Hologrammen werden durch Quellmittel so verändert, dass sich ihre Selektivität in andere Spektralbereiche verschiebt.
-
Ein thermoelektrischer Generator oder ein Thermoelement ist ein Bauteil, das Thermoelektrizität und/oder Pyroelektrizität bewirken kann. Unter Thermoelektrizität wird die gegenseitige Beeinflussung von Temperatur und Elektrizität und ihre Umsetzung ineinander Verstanden. Der Seebeck-Effekt (auch thermoelektrischer Effekt), der Peltier-Effekt und der Thomson-Effekt beschreiben jeweils eine umkehrbare Wechselwirkung zwischen den beiden physikalischen Größen. Pyroelektrizität ist die Eigenschaft einiger piezoelektrischer Kristalle auf eine Temperaturänderung ΔT (Delta T) mit Ladungstrennung zu reagieren.
-
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Temperaturregulierung;
- 2 schematisch ein Spektrum der Intensität der Sonnenstrahlung im Vergleich zur Emission eines idealen schwarzen Körpers;
- 3 schematisch eine Vorrichtung zur Temperaturregulierung mit einem thermoelektrischen Generator;
- 4 schematisch ein Elektrofahrzeug mit einer Vorrichtung zur Temperaturregulierung mit einem thermoelektrischen Generator;
- 5 schematisch ein Sichtfeld eines Insassen in einem Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Temperaturregulierung im Dachhimmel; und
- 6 schematisch die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zur Temperaturregulierung. In dem gezeigten Beispiel ist die Vorrichtung 10 in einem Himmel eines Kraftfahrzeugs 12 angeordnet.
-
Die Vorrichtung 10 umfasst zur Temperaturregulierung ein diffraktives optisches Element 14 und einen Radiator 16. Das diffraktive optische Element 14 ist benachbart zum Radiator 16 angeordnet. Der Radiator 16 weist an seiner dem diffraktiven optischen Element 14 zugewandten Seite einen Absorber 18 auf. Das diffraktive optisches Element 14 ist dazu ausgebildet, aus einer einfallenden Strahlung 20, insbesondere der Sonnenstrahlung, die durch durchgezogene Pfeile dargestellt ist, eine Teilstrahlung, die durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt ist, zu entkoppeln.
-
Der Absorber 18 ist dazu ausgebildet, die Teilstrahlung, die durch das diffraktive optische Element 14 in Richtung des Radiators 16 geleitet wird, zu absorbieren und die von der Teilstrahlung absorbierte Energie an den Radiator 16 abzugeben. Beispielsweis kann der Absorber 18 sich in Reaktion auf eine Absorption der Teilstrahlung erwärmen, wobei er die Wärme an den Radiator 16 überträgt. Der Radiator 16 kann die Wärme dann abstrahlen oder an die Umgebung abgeben, was in der 1 durch drei konzentrische Teilkreise 22 dargestellt ist.
-
Vorzugsweise ist das diffraktive optische Element 14 für einen sichtbaren Teil der Sonnenstrahlung durchlässig, sodass das diffraktive optische Element 14 von einem Fahrzeuginsassen wie ein Dachfenster wahrgenommen wird. Besonders bevorzugt ist der Radiator 16 und der Absorber 18 in der Karosserie verdeckt angeordnet, um einen für den Insassen optisch anmutenden Eindruck im Fahrzeuginnenraum zu schaffen.
-
In 2 ist schematisch ein Schaubild 24 verschiedener Strahlungsintensitäten zum besseren Verständnis der Erfindung dargestellt. Als durchgezogene Linie ist eine Intensität der Sonnenstrahlung bei AM0 26, also im erdnahen Weltraum, dargestellt. Als gepunktete Linie ist eine Intensität der Sonnenstrahlung bei AM1,5 28 dargestellt, das entspricht in etwa einer Sonnenintensität zum Sonnenhöchststand in Karlsruhe. Zum Vergleich ist die Emission eines idealen schwarzen Körpers 30 bei einer Temperatur von 5900 K als gestrichelte Linie dargestellt. AM bezeichnet die Luftmasse und kommt aus dem Englischen Air Mass, kurz AM. Sie ist in der Astronomie ein relatives Maß für die Länge des Weges, den das Licht eines Himmelskörpers durch die Erdatmosphäre bis zum Erdboden beziehungsweise zur beobachtenden Sternwarte zurücklegt. Dieser Lichtweg beeinflusst die Streuung und Absorption des Sternenlichts und auch seine spektrale Zusammensetzung.
-
Auf der Ordinate 32 oder Y-Achse ist die Strahlungsintensität in W/(m2 µm) (Watt pro Quadratmeter mal Mikrometer) aufgetragen, wobei der Abstand zwischen zwei Strichen auf der Y-Achse 500 Einheiten entspricht.
-
Auf der Abszisse 34 oder X-Achse ist die Wellenlänge in nm (Nanometer) aufgetragen, wobei der Abstand zwischen zwei Strichen auf der X-Achse 250 Einheiten entspricht. Ferner ist der für den Menschen sichtbare Wellenlängenbereich 36 mit zwei senkrechten gepunktet-gestrichelten Linien markiert.
-
Die Einbrüche der Intensität der Sonnenstrahlung bei AM1,5 28 hat ihre Ursache bevorzugt in Absorptionseffekten der Erdatmosphäre. Deutlich zu erkennen ist, dass der sichtbare Wellenlängenbereich 36 nur einen Teil der Strahlung der Sonne ausmacht, sodass eine gute Abschirmung erreicht werden kann, ohne die Sicht im Wesentlichen zu behindern. Insbesondere ist möglich, auch einen Teil des sichtbaren Wellenlängenbereichs 36 abzuschirmen und dennoch eine Aufrechterhaltung einer ausreichend guten Sicht zu ermöglichen.
-
In 3 ist schematisch eine Vorrichtung 10 zur Temperaturregulierung mit einem Radiator 16 in Form eines thermoelektrischen Generators dargestellt. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden nicht erneut erläutert.
-
Ein thermoelektrischer Generator, auch bekannt als TE-Generator, ist eine Einheit, die elektrische Energie aus Wärme gewinnen kann. Anders als übliche Wärmekraftmaschinen enthält ein thermoelektrischer Generator keinerlei bewegliche Teile. Hierdurch ist er besonders robust und ausfallsicher.
-
Der thermoelektrische Generator basiert auf dem thermoelektrischen Effekt, auch bekannt als Seebeck-Effekt, in Halbleitern. Hierbei werden vorzugsweise zwei zwischen einer ersten Keramikschicht 38 und einer zweiten Keramikschicht 40 angeordnete unterschiedlich dotierte Versionen eines Halbleitermaterials mit möglichst hohem Seebeck-Koeffizienten verwendet. In dem gezeigten Beispiel ist die erste Keramikschicht 38 mit dem Absorber 18 zumindest abschnittsweise überzogen und erwärmt sich, wie oben beschrieben, durch Absorption der Teilstrahlung.
-
Der TE-Generator umfasst mehrere unterschiedlich dotierte Halbleitermaterialien, die in der Figur mit 42 für n-dotierte Halbleiter und mit 44 für p-dotierte Halbleiter bezeichnet sind. Die Halbleiter 42, 44 sind über metallische elektrische Kontakte 46 miteinander verbunden. Wenn sich die Temperatur der ersten Keramikschicht 38 und der zweiten Keramikschicht 40 unterscheidet, entsteht eine elektrische Spannung zwischen den Stromanschlüssen 48. Dabei findet ein Wärmefluss von der heißen zur kalten Seite statt, der von der genannten Temperaturdifferenz angetrieben wird.
-
Die mit einem TE-Generator erzielte elektrische Spannung hängt von der genutzten Temperaturdifferenz, der Auswahl der thermoelektrischen Materialien (TE-Materialien) und der Anzahl der Elemente, wie bei der gezeigten Reihenschaltung ab. Sie kann beispielsweise bei einigen Volt liegen. Um die maximale elektrische Leistung entnehmen zu können, wird die elektrische Stromstärke vorzugsweise so hoch gewählt, dass die erzeugte Spannung deutlich reduziert wird. Eine solche Energiewandlung ist auch als Thermovoltaik bekannt.
-
Es versteht sich, dass der TE-Generator auch ein pyroelektrischer Generator sein kann. Hierbei findet vorzugsweise durch eine zeitliche Temperaturänderung eines Materials des pyroelektrischen Generators, beispielsweise durch zugeführte und absorbierte Teilstrahlung, eine Ladungstrennung statt. Dabei entstehen auf gegenüberliegenden Oberflächen des Materials unterschiedliche Potentiale, so dass eine elektrische Spannung abgegriffen werden kann.
-
4 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zur Temperaturregulierung mit einem TE-Generator, die in einem Himmel eines Elektrofahrzeugs 50 angeordnet ist.
-
Die mittels des TE-Generators umgewandelte Energie aus der Teilstrahlung kann zur Vergrößerung einer Reichweite des Elektrofahrzeugs 50 verwendet werden und beispielsweise im Akku 52 beziehungsweise einer Fahrzeugbatterie gespeichert werden, um bei Bedarf einem Elektromotor 54 zur Verfügung gestellt zu werden, um Antriebsleistung zu generieren.
-
Es versteht sich, dass die umgewandelte Energie auch direkt dem Elektromotor 54 zugeführt werden kann, sodass dieser weniger Energie aus dem Energievorrat des Akkus 52 bezieht.
-
Ferner versteht sich, dass die umgewandelte Energie auch anderen Verbrauchern im Elektrofahrzeug 50, insbesondere einem nicht gezeigten Klimagerät, zur Verfügung gestellt werden kann.
-
In 5 ist schematisch ein Sichtfeld 56 eines Insassen in einem Kraftfahrzeug 12 mit einer Vorrichtung 10 zur Temperaturregulierung im Dachhimmel dargestellt. Die Vorrichtung 10 kann für den Insassen unauffällig in das Kraftfahrzeug 12 integriert werden. Insbesondere kann der Eindruck eines Dachfensters hervorgerufen werden, sodass die Vorrichtung 10 keine optischen Nachteile für den Insassen birgt. Ein Insasse findet in dem Kraftfahrzeug 12 einen gewohnten Anblick vor. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass zur Integration der Vorrichtung 10 ausreichend Bauraum vorhanden ist, da im Himmel eines Kraftfahrzeugs 12 bisher nur wenige zusätzliche Bauteile beziehungsweise Einheiten vorgesehen sind.
-
In 6 sind schematisch die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Vorzugsweise wird das Verfahren mit einer Vorrichtung 10 zur Temperaturregulierung, wie oben ausführlich beschrieben, durchgeführt. In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Einkoppeln eines Teils einer einfallenden Strahlung 20, insbesondere von einfallender Sonnenstrahlung, wobei mittels eines diffraktiven optischen Elements 14 eine Teilstrahlung aus der Sonnenstrahlung entkoppelt und in das diffraktive optische Element 14 eingekoppelt wird. Daraufhin erfolgt in einem Schritt S2 ein Wegleiten der eingekoppelten Strahlung von einem zu kühlenden Bereich des Kraftfahrzeugs 12. Der zu kühlende Bereich des Kraftfahrzeugs 12 umfasst vorzugsweise einen Innenraum insbesondere eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs 12. In einem weiteren Schritt S3 erfolgt schließlich ein Leiten der eingekoppelten Strahlung auf einen Radiator 16, insbesondere einen Absorber 18 des Radiators 16. Schließlich erfolgt in einem Schritt S4 ein Abgeben von Energie, insbesondere Energie der eingekoppelten Strahlung, vorzugsweise mittels des Radiators 16 und besonders bevorzugt mittels eines TE-Generators.
-
Die Erfindung wurde ausführlich beschrieben. Mit der offenbarten Lehre können insbesondere durch wenigstens eine Ausführungsform die folgenden Vorteile erreicht werden:
- Es wird ein neuartiger Systemansatz für die Verwendung von DOEs und insbesondere HOEs vorgeschlagen.
-
Vorzugsweise kann mit der offenbarten Lehre eine Reichweitenerhöhung durch Stromerzeugung aus Umgebungsstrahlung, insbesondere Sonnenstrahlung und Nutzung des IR Anteil, also der Wärmestrahlung, erreicht werden.
-
Besonders bevorzugt kann eine versteckte Funktionalität bei transparenten Oberflächen erreicht werden. Durch eine gezielte spektrale Auslegung des DOE kann eine pyroelektrische Energieerzeugung erfolgen.
-
Ferner kann eine Reduzierung der benötigten Klimaleistung durch Abführen von Wärmestrahlung in der Fahrgastzelle erreicht werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Vorrichtung
- 12
- Kraftfahrzeug
- 14
- diffraktives optisches Element
- 16
- Radiator
- 18
- Absorber
- 20
- einfallende Strahlung
- 22
- konzentrische Teilkreise
- 24
- Schaubild
- 26
- Intensität der Sonnenstrahlung bei AM0
- 28
- Intensität der Sonnenstrahlung bei AM1,5
- 30
- Emission eines idealen schwarzen Körpers
- 32
- Ordinate
- 34
- Abszisse
- 36
- sichtbarer Wellenlängenbereich
- 38
- erste Keramikschicht
- 40
- zweite Keramikschicht
- 42
- n-dotierter Halbleiter
- 44
- p-dotierter Halbleiter
- 46
- elektrischer Kontakt
- 48
- Stromanschluss
- 50
- Elektrofahrzeug
- 52
- Akku
- 54
- Elektromotor
- 56
- Sichtfeld
- S1-S4
- Verfahrensschritte
