DE102021119860A1

DE102021119860A1 - Verringerung der aerosolbelastung von fahrgästen im innenraum eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021119860A1
Application number: DE102021119860.7A
Authority: DE
Inventors: Jan MERTENS; Dirk Eulitz; Hartmut Wolf
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-02-02
Also published as: WO2023006438A1

Abstract

Die Erfindung ist gerichtet auf ein Belüftungssystem zur Verringerung der Aerosolbelastung eines Fahrgasts im Innenraum (2) eines Kraftfahrzeugs (1). Das Belüftungssystem ist dazu eingerichtet einen Luftstrom zu erzeugen, der über eine Ausströmungseinrichtung (5) im Dachhimmel (9) des Fahrzeugs in den Innenraum des Fahrzeugs gelangt und auf der Höhe des Kopfes eines Fahrgastes eine Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von ≥ 0,1 bis ≤ 0,6 m/s aufweist. Durch die so erzeugte Luftwand, die den Fahrgast zumindest auf Kopfhöhe bereichsweise umgibt, werden die Fahrgäste voneinander getrennt und eine Inhalation im Kraftfahrzeug befindlicher Aerosolpartikel wird reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Belüftungssystem zur Verringerung der Aerosolbelastung eines Fahrgasts im Innenraum eines Kraftfahrzeugs, ein Kraftfahrzeug aufweisend ein solches Belüftungssystem, die Verwendung eines solchen Belüftungssystems, sowie ein Verfahren zur Verringerung der Aerosolbelastung eines Fahrgasts eines Kraftfahrzeugs.
Kraftfahrzeuge weisen zur Belüftung und/oder Klimatisierung eines Fahrgastinnenraumes häufig ein Klimagerät (auch als Klimaanlage bezeichnet) auf, welches üblicherweise im vorderen Bereich, beispielsweise im Bereich des Armaturenbretts, einen Luftstrom in den Innenraum des Fahrzeugs einbläst. So eingeblasene Luft wird dann in der Regel über im Heck des Fahrzeugs angeordnete Auslässe aus dem Innenraum des Fahrzeugs abgeführt.
Die Innenraumluft des Kraftfahrzeugs ist ein Aerosol, d. h. ein heterogenes Gemisch (Dispersion) aus festen und/oder flüssigen Schwebeteilchen (Aerosolpartikel) in den Gasen der Luft. Bei den Aerosolpartikeln kann es sich insbesondere um Pollen, Feinstaub oder Krankheitserreger wie Bakterien und/oder Viren handeln. Diese können beispielsweise über ein geöffnetes Fenster in das Kraftfahrzeug eindringen oder, insbesondere im Fall von Krankheitserregern, von einem Fahrgast ausgeatmet und so in den Innenraum des Kraftfahrzeugs eingetragen werden. Die Konzentration der Aerosolpartikel nimmt hierdurch im Innenraum des Kraftfahrzeugs zu und es erfolgt eine Verteilung der Aerosolpartikel im Innenraum des Kraftfahrzeugs. Die im Innenraum des Kraftfahrzeugs verteilten Aerosolpartikel können von den Fahrgästen eingeatmet werden, wodurch erhebliche Gesundheitsrisiken entstehen können. Insbesondere im Falle von Krankheitserregern führt dies zu einer erhöhten Infektionsgefahr, d. h. der Übertragung von bakteriell und/oder viral vermittelten Krankheiten zwischen den Fahrgästen. Verstärkt wird diese Problematik zusätzlich durch die oben beschriebene üblicherweise stattfindende Klimatisierung des Kraftfahrzeugs, bei der ein Luftstrom in den vorderen Bereich des Innenraums des Kraftfahrzeugs eingeblasen wird und im hinteren Bereich des Fahrzeugs abgeführt wird. Hierdurch kommt es zu einer Verteilung der Aerosolpartikel im ganzen Innenraum des Kraftfahrzeugs, wodurch die Gesundheitsrisiken für die Fahrgäste erhöht werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Belüftungssystem bereitzustellen, durch welches die Aerosolbelastung eines Fahrgastes im Innenraum eines Kraftfahrzeugs verringert werden kann. Eine weitere der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, den Aerosolaustausch zwischen den Fahrgästen im Innenraum eines Kraftfahrzeugs zu verringern.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden durch ein Belüftungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Verwendung eines solchen Belüftungssystems nach dem Anspruch 12 und ein Verfahren nach dem Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Im Kern wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, dass über zumindest eine in den Dachhimmel des Kraftfahrzeugs angeordnete Ausströmungseinrichtung ein im Wesentlichen nach unten gerichteter Luftstrom in den Innenraum des Kraftfahrzeugs eingebracht wird, der zumindest in einer Ebene verläuft, die zwischen einem ersten Fahrgast und einem zweiten Fahrgast angeordnet ist. Auf der Höhe des Kopfes zumindest eines Fahrgastes weist dieser Luftstrom dabei eine Strömungsgeschwindigkeit innerhalb eines bestimmten Bereichs auf. Es konnte gezeigt werden, dass die Einhaltung dieses Bereichs der Strömungsgeschwindigkeit zum einen gewährleistet, dass eine Verringerung der Aerosolbelastung der Fahrgäste erfolgt, insbesondere da Aerosolpartikel zumindest im Kopfbereich (und damit dem Bereich von Mund und/oder Nase) durch den Luftstrom sicher verdrängt werden. Zum anderen gewährleistet die Einhaltung dieses Bereichs der Strömungsgeschwindigkeit, dass der in den Innenraum des Fahrzeugs eingeleitete Luftstrom nicht als unangenehm von den Fahrgästen wahrgenommen wird. Besonders bevorzugt wird um den Fahrgast herum eine Säule aus Luft bzw. in Form eines Kokons erzeugt, wobei die Luft weiter vorzugsweise aufgereinigte Luft sein kann. Bei dieser Säule aus Luft muss es sich nicht um eine vollständig geschlossene Säule handeln. Bevorzugt ist diese jedoch zumindest im vorderen Teil, d.h. im Gesichts- bzw. Mund- und/oder Nasenbereich eines im Fahrzeug entlang der Fahrtrichtung schauenden Fahrgastes geschlossen.
Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Belüftungssystem zur Verringerung der Aerosolbelastung eines Fahrgastes im Innenraum eines Kraftfahrzeugs gelöst, wobei das Belüftungssystem zumindest ein Klimagerät zur Bereitstellung eines Luftstroms und zumindest eine mit dem Klimagerät fluidverbunden und im Dachhimmel des Kraftfahrzeugs angeordnete Ausströmungseinrichtung mit zumindest einem Ausströmungsbereich aufweist. Die im Dachhimmel angeordnete Ausströmungseinrichtung ist oberhalb eines ersten Fahrgastvolumens angeordnet, wobei sich dieses Fahrgastvolumen von einer ersten Sitzfläche des Kraftfahrzeugs aus, die für einen ersten Fahrgast vorgesehen ist, in Richtung des Dachhimmels erstreckt. Das Belüftungssystem ist weiterhin dazu eingerichtet, einen die Ausströmungseinrichtung verlassenden Luftstrom zu erzeugen, der in zumindest einer Ebene verläuft, die durch die Geometrie der Ausströmungseinrichtung und die Ausströmungsrichtung der Luft definiert wird. Weiterhin ist das Belüftungssystem dazu eingerichtet, einen Luftstrom zu erzeugen, der auf der Höhe des Kopfes des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen eine Strömungsgeschwindigkeit aufweist die in einem Bereich von ≥ 0,1 bis ≤ 0,6 m/s liegt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Belüftungssystems liegt darin, dass eine Verringerung der Aerosolbelastung der Fahrgäste erzielt wird und damit Gesundheitsrisiken reduziert werden, insbesondere da Aerosolpartikel zumindest auf Höhe des Kopfes (und damit dem Bereich/der Höhe von Mund und/oder Nase) der Fahrgäste sicher durch den Luftstrom verdrängt werden und somit nicht mehr oder nur vermindert durch die Fahrgäste eingeatmet werden können.
Das erfindungsgemäße Belüftungssystem ist zur Verringerung der Aerosolbelastung eines Fahrgastes im Innenraum eines Kraftfahrzeugs geeignet. Weiterhin kann es geeignet sein, den Aerosolaustausch bzw. den Austausch von Aerosolpartikeln zwischen zwei Fahrgästen im Innenraum eines Kraftfahrzeugs zu verringern. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass Aerosole bzw. Aerosolpartikel, die von einem zweiten Fahrgast ausgeatmet, bzw. in den Innenraum des Fahrzeugs abgegeben werden, nicht oder nur in geringerem Maße von dem ersten Fahrgast inhaliert werden. Es kann ebenfalls geeignet sein, das Gesundheitsrisiko (insbesondere durch die Einwirkung von Pollen, Feinstaub und/oder Krankheitserregern wie Bakterien und/oder Viren) und insbesondere das Infektionsrisiko der Fahrgäste im Innenraum eines Kraftfahrzeugs zu verringern.
Bei dem Aerosol kann es sich um ein heterogenes Gemisch aus den Gasen im Innenraum des Kraftfahrzeugs und darin dispergierten festen und/oder flüssigen Aerosolpartikel handeln. Bei den Aerosolpartikeln kann es sich insbesondere um Pollen, Feinstaub und/oder Krankheitserreger wie Bakterien und/oder Viren handeln. Die Aerosolpartikel können einen Durchmesser von 0,05 µm bis 1pm, insbesondere von 0,05 µm bis 800 µm, 0,1 µm bis 1 µm oder 0,6 bis 1,0 µm aufweisen. Insbesondere wenn es sich bei den Aerosolpartikeln um Krankheitserreger handelt, kann vorteilhaft das Infektionsrisiko der Fahrgäste im Innenraum des Kraftfahrzeugs verringert werden.
Das Belüftungssystem weist zumindest ein oder zumindest zwei Klimageräte auf. Bei dem Klimagerät kann es sich um jegliche Vorrichtung zur Bereitstellung eines gasförmigen Fluidstroms, insbesondere eines Luftstroms, handeln, der über die Ausströmungseinrichtung in den Innenraum des Kraftfahrzeugs eingeleitet wird. Das Klimagerät kann einen gekühlten und/oder erwärmten und/oder luftfeuchtigkeitsangepassten Luftstrom bereitstellen. Solche Klimageräte, die auch als Klimaanlage bezeichnet werden können, führen über die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums zu einem Komfortgewinn für die Fahrgäste. Im Sinne der Erfindung kann das Klimagerät jedoch auch ohne eine Einrichtung zur Kühlung und/oder Erwärmung und/oder Luftfeuchtigkeitsanpassung ausgebildet sein.
Das Klimagerät ist mit zumindest einer Ausströmungseinrichtung fluidverbunden. Hierzu kann die Ausströmungseinrichtung einen Luftzufuhranschluss aufweisen, über den die Ausströmungseinrichtung mit dem Klimagerät fluidverbindbar ist.
Die Ausströmungseinrichtung weist zumindest einen Ausströmungsbereich auf. Beispielsweise kann die Anzahl der Ausströmungseinrichtung identisch mit der Anzahl der Sitzflächen des Kraftfahrzeugs sein. Insbesondere können ≥ 2, ≥ 3, ≥ 4, ≥ 5, ≥ 6, ≥ 7 oder ≥ 8 Ausströmungseinrichtungen vorgesehen sein, wobei einzelne oder alle dieser Ausströmungseinrichtungen oberhalb einer korrespondierenden Sitzfläche des Kraftfahrzeugs angeordnet sein können. Es kann vorgesehen sein, nur die Sitzflächen der vordersten Sitzreihe des Kraftfahrzeugs mit jeweils zumindest einer korrespondierenden Ausströmungseinrichtung zu versehen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann es vorgesehen sein, auch die Sitzflächen einer zweiten und/oder einer weiteren Sitzreihe(n) des Kraftfahrzeugs mit jeweils zumindest einer korrespondierenden Ausströmungseinrichtung zu versehen.
Der Ausströmungsbereich weist zumindest eine Austrittsöffnung auf, durch den der Luftstrom in den Innenraum strömen kann. Erfindungsgemäß können sowohl mehrere Ausströmungseinrichtungen, als auch mehrere Ausströmungsbereiche pro Ausströmungseinrichtung vorgesehen sein. Insbesondere im Falle mehrerer Ausströmungsbereiche pro Ausströmungseinrichtung kann hierdurch vorteilhafter Weise erreicht werden, dass Luftströme mit verschiedenen Geschwindigkeiten und/oder Geometrien in den Innenraum geleitet werden können. Hierbei können die unterschiedlichen Ausströmungsbereiche verschiedene Funktionen übernehmen. Ebenfalls können erfindungsgemäß mehrere Austrittsöffnungen pro Ausströmungsbereich vorgesehen sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um Austrittsöffnungen mit verschiedenen Durchmessern handeln. Auch hierdurch können vorteilhafter Weise Luftströme mit verschiedenen Geschwindigkeiten und/oder Geometrien erzeugt und in den Innenraum des Kraftfahrzeugs geleitet werden. Die Austrittsöffnungen der Ausströmungsbereiche können eine beliebige geometrische Gestaltung aufweisen und beispielsweise kreisförmig ausgebildet sein. Die Austrittsöffnungen können, insbesondere aber nicht ausschließlich für den Fall, dass diese kreisförmig ausgebildet sind, einen Durchmesser von 5 mm bis 15 mm, bevorzugt 8 mm bis 12 mm aufweisen. Diese Durchmesser erwiesen sich in Versuchen als vorteilhaft. Der Durchmesser der Austrittsöffnungen kann weiterhin und bevorzugt hinsichtlich seiner Größe veränderbar sein. Hierdurch kann eine Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms erfolgen. Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Geometrie der Austrittsöffnungen und/oder Ausströmungsbereiche werden im Weiteren angegeben.
Die Ausströmungseinrichtung kann auch als Luftausströmungseinrichtung bezeichnet werden. Die zumindest eine Ausströmungseinrichtung kann als Vertikalausströmungseinrichtung ausgebildet sein, so dass der austretende Luftstrom im Wesentlichen vertikal von dem Dachhimmel in den Fahrgastraum ausgegeben wird.
Die zumindest eine Ausströmungseinrichtung ist im Dachhimmel des Kraftfahrzeugs und/oder der Fahrgastzelle angeordnet. Der Dachhimmel kann einen Grundkörper und zumindest einen Luftzuführkanal aufweisen, wobei die jeweiligen Luftzufuhrkanäle durch sich von dem Grundkörper weg erstreckende Wände zumindest teilweise gebildet sind, und wobei die zumindest eine Ausströmungseinrichtung als zumindest eine Durchgangsöffnung des Grundkörpers ausgebildet ist.
Der entsprechend ausgebildete Dachhimmel weist den Vorteil auf, dass dieser beispielsweise einstückig hergestellt werden kann. Folglich ist die Produktion des entsprechend ausgebildeten Dachhimmels besonders einfach, da zu dessen Herstellung lediglich ein Formwerkzeug mit einem einzigen Formteil notwendig ist, sodass der Dachhimmel beispielsweise in einem Blasformprozess oder in einem Spritzgussprozess oder durch Partikelschäumen oder auf andere Art und Weise hergestellt werden kann. Der Dachhimmel und insbesondere der Grundkörper des Dachhimmels mit den die Strömungskanäle und den die Ausströmungseinrichtungen bildenden Wänden besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus expandiertem Polypropylen.
Der Dachhimmel kann derart ausgebildet sein, dass der Grundkörper und die Wände einstückig ausgebildet sind.
Der Dachhimmel kann derart ausgebildet sein, dass der Dachhimmel zumindest eine Abdeckung aufweist, die die jeweiligen Luftzufuhrkanäle und/oder die zumindest eine Ausströmungseinrichtung und/oder den zumindest einen Luftzufuhranschluss zumindest teilweise bildet und/oder begrenzt.
Der entsprechend ausgebildete Dachhimmel weist den Vorteil auf, dass dieses vereinfacht herzustellen ist und die Dichtigkeit der jeweiligen Luftzufuhrkanäle vereinfacht herstellbar ist.
Der Dachhimmel kann derart ausgebildet sein, dass der Grundkörper und/oder die Wände aus expandiertem Polypropylen gebildet ist/sind.
Der entsprechend ausgebildete Dachhimmel weist den Vorteil auf, dass dieser ein geringes Gewicht aufweist. Ein weiterer Vorteil ist dessen im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Dachhimmeln und Klimatisierungssystemen sehr viel verbesserte Eignung zur Wiederverwertung (Recyling). Denn aus dem Stand der Technik bekannte Dachhimmel weisen eine mehrlagige Sandwichstruktur auf, was eine Wiederverwertung der verwendeten Materialien erheblich erschwert. Ferner weist der entsprechend ausgebildete Dachhimmel den Vorteil auf, dass dieser eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und somit eine erhöhte Wärmeisolation aufweist. Darüber hinaus weist der entsprechend ausgebildete Dachhimmel sowohl verbesserte akustische als auch verbesserte mechanische Dämpfungseigenschaften auf.
Der Dachhimmel kann ein Textil aufweisen, durch das der von dem Klimagerät bereitgestellte Luftstrom in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs hindurchtreten muss. Das Textil kann nach DIN EN ISO 9237:1995-12 eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 500 mm/s und 2000 mm/s bei einem Differenzdruck von 100 Pa bezogen auf eine Prüffläche von 20 cm² aufweisen.
Die zumindest eine Ausströmungseinrichtung ist im Dachhimmel und damit oberhalb (in vertikaler Richtung gesehen über) eines ersten Fahrgastvolumens angeordnet. Das Fahrgastvolumen erstreckt sich von einer ersten Sitzfläche des Kraftfahrzeugs, die für einen ersten Fahrgast vorgesehen ist und auch als Sitzplatz bezeichnet werden kann, ausgehend in Richtung des Dachhimmels. Das Fahrgastvolumen weist eine Grundfläche (f) und eine Höhe (h) auf und entspricht im Wesentlichen dem Volumen, welches ein Fahrgast, der auf dem Sitzplatz sitzt, zwischen der Oberseite des Sitzplatzes und dem obersten Punkt seines Kopfes einnimmt. Das Fahrgastvolumen kann über die tatsächliche Fläche, mit welcher der Fahrgast den Sitzplatz kontaktiert, als Grundfläche (f) und die Entfernung von der Oberseite des Sitzplatzes bis zum höchsten Punkt des Kopfes des Fahrgastes als Höhe (h) eines dreidimensionalen Körpers bestimmt werden.
Das Fahrgastvolumen kann zur Vereinfachung als Volumen eines Quaders angenommen werden, wobei die Grundfläche (f) der gesamten oder lediglich eines Teils der Fläche des Sitzplatzes entspricht und die Höhe (h) der Entfernung von der Oberseite des Sitzplatzes bis zum höchsten Punkt des Kopfes des Fahrgastes. Sowohl für die Grundfläche (f) als auch für die Höhe (h) können Standardwerte verwendet werden. Insbesondere für die Höhe (h) können Standardwerte basierend auf bestimmten Personentypen, wie beispielsweise Erwachsene oder Kinder verwendet werden.
Ausgehend von dem Fahrgastvolumen und/oder dem obersten Punkt des Kopfes des Fahrgasts kann die Höhe/Position des Kopfes und/oder die Höhe/Position von Mund und/oder Nase des Fahrgastes bestimmt werden. Eine Möglichkeit hierzu ist die Verwendung von Standardwerten, vorzugsweise basierend auf bestimmten Personentypen (wie beispielsweise Erwachsene oder Kinder), die von der Höhe (h) des Fahrgastvolumens und/oder dem obersten Punkt des Kopfes des Fahrgasts abgezogen werden.
Die Ausströmungseinrichtung kann im Wesentlichen zentriert oberhalb des Fahrgastvolumens angeordnet sein. Hierbei ist die Ausströmungseinrichtung so oberhalb des Fahrgastvolumens positioniert, dass diese im Wesentlichen über dem Zentrum/Mittelpunkt der Grundfläche (f) angeordnet ist. Beispielsweise kann die zumindest eine Ausströmungseinrichtung im Wesentlichen über dem Zentrum/Mittelpunkt der Grundfläche (f) eines Sitzplatzes angeordnet sein. Die Grundfläche des Sitzplatzes kann als quadratisch oder rechteckig angenommen werden oder ausgeführt sein.
Das Belüftungssystem ist zur Erzeugung eines die zumindest eine Ausströmungseinrichtung verlassenen Luftstroms eingerichtet. Der Luftstrom gelangt hierbei in den Innenraum/die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs. Hierbei kann unter anderem das Belüftungssystem dazu eingerichtet sein den Luftstrom zu reinigen und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms zu regeln. Dementsprechend kann der die Ausströmungseinrichtung verlassen Luftstrom ein gereinigter Luftstrom und/oder ein hinsichtlich seiner Strömungsgeschwindigkeit regulierter Luftstrom sein. Auf beide Aspekte (Reinigung und Regulation der Strömungsgeschwindigkeit) wird weiter unten eingegangen.
Der die Ausströmungseinrichtung verlassende Luftstrom verläuft zumindest in einer Ebene, die zwischen dem ersten Fahrgastvolumen und einem zweiten Fahrgastvolumen angeordnet ist. Das zweite und jedes weitere Fahrgastvolumen kann nach Art des ersten Fahrgastvolumens definiert sein. Mit anderen Worten trennt diese Ebene das erste Fahrgastvolumen von dem zweiten Fahrgastvolumen räumlich und/oder in zumindest einer Richtung. Die Ebene wird definiert durch die Geometrie der zumindest einen Ausströmungseinrichtung sowie der Ausströmungsrichtung des oder der Luftstroms/Luftströme, d. h. der Richtung mit welcher der Luftstrom die Ausströmungseinrichtung verlässt. Die Ausströmungsrichtung des Luftstroms kann im Wesentlichen vertikal oder sie kann vertikal sein. Dies bedeutet, dass die Ausströmungsrichtung vom Dachhimmel ausgesehen im Wesentlichen senkrecht nach unten verläuft und damit auf die Sitzfläche hin ausgerichtet ist. Bezüglich der Geometrie der zumindest einen Ausströmungseinrichtung gilt, dass diese zumindest bereichsweise linear kann.
Der in dieser einen Ebene verlaufende Luftstrom weist eine Dickenerstreckung auf. Mit anderen Worten ist der Luftstrom kein zweidimensionales, sondern ein dreidimensionales Objekt, welches eine Art Trennwand zwischen dem ersten Fahrgastvolumen und dem zweiten Fahrgastvolumen bildet. Diese Trennwand weist zwangsläufig eine Geometrie auf, die naturgemäß über die Strecke des ausströmenden Luftstroms nicht konstant ist und sich mit zunehmender Entfernung vom Dachhimmel verändern kann. Die im weiteren beschriebene Geometrie des Luftstroms, insbesondere dessen Querschnitt entlang seiner Ausbreitungsrichtung, kann sich bevorzugt auf die Geometrie bzw. den Querschnitt beziehen, die der Luftstrom an dem Punkt des Ausströmens aus der Ausströmungseinrichtung, d.h. beim Verlassen der Ausströmungseinrichtung aufweist. Mit anderen Worten entspricht in diesem Punkt die Geometrie, bzw. der Querschnitt des Luftstroms, der Geometrie der Ausströmungseinrichtung und/oder der Geometrie zumindest eines Ausströmungsbereichs.
Entlang seines Verlaufs, d.h. seiner Ausbreitung, in der Ebene ist auch die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms naturgemäß nicht konstant. Erfindungsgemäß erzeugt die Belüftungseinrichtung einen Luftstrom, der auf der Höhe des Kopfes des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen eine Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von ≥ 0,1 bis ≤ 0,6 m/s aufweist. Oberhalb dieser Höhe des Kopfes des Fahrgastes, d. h. entlang der Ausbreitungsrichtung des Luftstroms weiter in Richtung des Dachhimmels, kann die Strömungsgeschwindigkeit einen höheren Wert aufweisen. Unterhalb dieser Höhe des Kopfes des Fahrgastes, d. h. entlang der Ausbreitungsrichtung des Luftstroms weiter entfernt vom Dachhimmel, kann die Strömungsgeschwindigkeit einen geringeren Wert aufweisen.
In Studien konnte gezeigt werden, dass eine Strömungsgeschwindigkeit von ≥ 0,1 m/s eine Verringerung der Aerosolbelastung der Fahrgäste zur Folge hat, insbesondere da Aerosolpartikel zumindest im Kopfbereich durch den Luftstrom sicher verdrängt werden. Umgekehrt konnte gezeigt werden, dass eine Strömungsgeschwindigkeit von > 6 m/s, zumindest auf Dauer, von den Fahrgästen als unangenehm empfunden wurde. Dementsprechend wird durch den erfindungsgemäßen Bereich vorteilhaft eine Kombination von einer Verringerung eines Gesundheitsrisikos für die Fahrgäste und erhöhtem Reisekomfort erreicht.
Wie weiter unten ausgeführt wird, kann die Belüftungseinrichtung einen Luftstrom erzeugen, der eine konstante Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Die Belüftungseinrichtung kann einen Luftstrom erzeugen, dessen Strömungsgeschwindigkeit bei Austritt aus der Ausströmungseinrichtung in Abhängigkeit von der Körpergröße, bzw. der Kopfposition, des Fahrgastes reguliert wird. Dies führt vorteilhafter Weise zu einer für jeden Fahrgast individuell regulierten Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms bei Austritt aus der Ausströmungseinrichtung. Hierdurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms auf der Höhe des Kopfes des Fahrgastes sehr fein und individuell reguliert werden.
Die Belüftungseinrichtung kann einen Luftstrom bereitstellen, der auf der Höhe des Kopfes des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen eine Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von ≥ 0,1 bis ≤ 0,5 m/s, insbesondere dauerhaft, aufweist. Durch die weitere Absenkung der Obergrenze der Strömungsgeschwindigkeit wird ein weiterer Komfortgewinn erreicht. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass auch bei längerer/dauerhafter Anströmung von Fahrgästen mit einem Luftstrom dieser Strömungsgeschwindigkeit diese als nicht unangenehm empfunden wurde.
Die Belüftungseinrichtung kann einen Luftstrom bereitstellen, der auf der Höhe des Kopfes des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen eine Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von ≥ 0,2 bis ≤ 0,6 m/s, ≥ 0,2 bis ≤ 0,5 m/s, ≥ 0,3 bis ≤ 0,5 m/s, oder ≥ 0,35 bis ≤ 0,45 m/s aufweist. Bei Strömungsgeschwindigkeiten ≤ 0,5 m/s können diese dauerhaft/kontinuierlich bereitgestellt werden, d.h. zumindest für einen Zeitraum von ≥ 5 min, oder ≥ 10 min. Der Bereich von ≥ 0,3 bis ≤ 0,5 m/s hat sich als besonders geeignet herausgestellt.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms auf der Höhe des Kopfes des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen kann unter anderem abhängen von der Ausgestaltung und/oder Geometrie der Ausströmungseinrichtung (inklusive der Stellung weiter unten erwähnter Strömungsstellglieder), dem Druck mit dem die Luft durch das Klimagerät bereitgestellt wird und der Entfernung des Kopfes des Fahrgasts zum Dachhimmel. Die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms kann berechnet und/oder simuliert werden. Ebenso kann die Strömungsgeschwindigkeit auch gemessen werden, beispielsweise mit einem Thermo-Anemometer. Die Berechnung, Simulation und/oder Messung kann für bestimmte Fahrzeuge, Personentypen (Mann/Frau, Erwachsener/Kind), Körpergrößen, Sitzpositionen, Geometrien und/oder Anzahl der Ausströmungseinrichtungen und/oder Geometrien und/oder Anzahl der Ausströmungsbereiche durchgeführt werden. Die Berechnung und/oder Simulation kann in Echtzeit erfolgen und/oder auf zuvor ermittelte Werte zurückgreifen. Die aus der Berechnung, Simulation und/oder Messung erhaltenen Werte können zur Regelung des Belüftungssystems verwendet werden. Insbesondere kann das Klimagerät hinsichtlich der Stärke des bereitzustellenden Luftstroms geregelt werden. Bevorzugt wird die Stellung zumindest eines Strömungsstellglieds einer Ausströmungseinrichtung reguliert.
Die Belüftungseinrichtung kann einen Luftstrom bereitstellen, dessen Strömungsgeschwindigkeit auf der Höhe von Mund und/oder Nase des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen innerhalb eines der zuvor genannten Bereiche für die Strömungsgeschwindigkeit liegt. Dies hat den weiteren Vorteil, dass die Konzentration und damit die Möglichkeit der Aufnahme der Aerosolpartikel durch den Fahrgast insbesondere in dem Bereich verringert wird, in dem der Fahrgast einatmet.
Die zumindest eine Ebene, in welcher der von dem Belüftungssystem erzeugte Luftstrom verläuft, kann im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung und/oder zur Breitenerstreckung des Kraftfahrzeugs oder des Dachhimmels verlaufen. Der im Wesentlichen parallel zu zumindest einer Ebene verlaufende Luftstrom, der wie oben beschrieben eine gewisse Breitenerstreckung aufweist, kann hierbei im Querschnitt (zu seiner Ausströmungsrichtung) die Form eines Rechtecks aufweisen. Hierbei ist zu beachten, dass das Belüftungssystem einen Luftstrom bereitstellen kann, der beispielsweise aus mehreren Ausströmungseinrichtungen austritt. Somit kann der Luftstrom im Querschnitt auch die Form eines Kreuzes aufweisen, wenn eine Ebene parallel zur Längserstreckung und eine Ebene parallel zur Breitenerstreckung des Kraftfahrzeugs verläuft.
Die Längserstreckung des Kraftfahrzeugs verläuft von seiner Front zu seinem Heck, bzw. in Richtung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs. Die Breitenerstreckung des Kraftfahrzeugs verläuft rechtwinklig dazu, beispielsweise von der Fahrertür zur Beifahrertür. Die Breitenerstreckung des Dachhimmels ist die Erstreckung, die in Einbaulage des Dachhimmels, also in dem montieren Zustand des Dachhimmels in dem Kraftfahrzeug quer zu dessen Längserstreckung und somit quer zur Fahrrichtung des Kraftfahrzeugs orientiert ist.
Die zumindest eine Ebene kann den Innenraum des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen in zwei Hälften oder in vier im Wesentlichen gleich große Quadranten unterteilen. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise Fahrer und Beifahrer des Kraftfahrzeugs voneinander isoliert werden können, wobei hier entweder nebeneinander und/oder hintereinander sitzende Fahrgäste voneinander abgetrennt werden können.
Der von dem Belüftungssystem erzeugte Luftstrom kann vorteilhafter Weise auch eine andere geometrische Form aufweisen. Insbesondere weist der Luftstrom hierbei besonders bevorzugt eine Ausgestaltung auf, die den Fahrgast zumindest in der Höhe seines Kopfes zumindest bereichsweise umgibt/einschließt. Mit anderen Worten weist der von dem Belüftungssystem erzeugte Luftstrom bevorzugt eine Ausgestaltung auf, die das erste Fahrgastvolumen zumindest in der Höhe des Kopfes des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen zumindest bereichsweise umgibt/einschließt. In beiden Fällen kann davon gesprochen werden, dass der Luftstrom die Form eines Kokons und/oder einer Säule aufweist, der/die den Fahrgast bzw. das Fahrgastvolumen zumindest in der Höhe des Kopfes des Fahrgastes zumindest bereichsweise umgibt/einschließt.
Durch eine solche geometrische Ausgestaltung des Luftstroms wird vorteilhafter Weise die Aerosolbelastung des Fahrgastes noch sicherer vermindert.
Bevorzugt schließt der Luftstrom zumindest den Gesichts- bzw. den Mund-/Nasenbereich des Fahrgastes ein. Mit anderen Worten bildet der Luftstrom zumindest im Bereich vor dem Fahrgast im ersten Fahrgastvolumen eine durchgängige Luftwand. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere in dem Bereich, in welchem der Fahrgast die Umgebungsluft einatmet, eine Verdrängung der Aerosolpartikel erfolgt.
Weiter bevorzugt umschließt der Luftstrom zumindest den Kopf des Fahrgasts in einem Winkelbereich von mehr als 180°, beispielsweise 270°. Hierbei kann der Luftstrom so angeordnet sein, dass die Öffnung in der Luftwand im Bereich des Hinterkopfes des Fahrgastes liegt. Noch weiter bevorzugt umschließt der Luftstrom zumindest den Kopf des Fahrgasts vollständig.
Der Querschnitt des den Fahrgast umgebenden Luftstroms kann U-förmig, V-förmig, teilkreisförmig, kreisförmig, teilringförmig oder ringförmig sein. Hierbei ist eine Öffnung, so vorhanden, bevorzugt und wie zuvor beschrieben zu der Rückseite des Kraftfahrzeugs, bzw. des Innenraums des Kraftfahrzeugs hin orientiert, während in Orientierung zu der Vorderseite des Fahrzeugs, bzw. des Innenraums des Fahrzeugs hin, der Luftstrom geschlossen ist. Ein U-förmiger oder V-förmiger Querschnitt des den Fahrgast umgebenden Luftstroms ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn dieser durch eine Ausströmungseinrichtung erzeugt wird, die oberhalb eines Sitzplatzes/einer Sitzfläche angeordnet ist, der/die verschiebbar ist. Dies ist kann bei den Sitzplätzen/den Sitzflächen zumindest der vorderen Sitzreihe eines Kraftfahrzeugs der Fall sein.
Die angegebenen Querschnittsformen der einzelnen Luftströme können, wie zuvor erwähnt, bevorzugt den Querschnitt des jeweiligen Luftstroms bei Austritt aus seiner Ausströmungseinrichtung bezeichnen. Dieser kann sich naturgemäß entlang des weiteren Verlaufs des Luftstroms verändern und ist nicht streng geometrisch.
Das Belüftungssystem kann dazu eingerichtet sein, die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms, insbesondere beim Verlassen der Ausströmungseinrichtung, zu regeln. Insbesondere kann das Belüftungssystem dazu eingerichtet sein, die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms in Abhängigkeit von der Körpergröße und/oder der Position des Kopfs, der Augen, des Mundes und/oder Nase des Fahrgasts in dem ersten Fahrgastvolumen zu regeln. Hierdurch kann vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms individuell und/oder automatisch auf unterschiedliche Fahrgäste eingestellt werden kann.
Die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms kann über zumindest ein Strömungsstellglied erfolgen, über welches der aus der Ausströmungseinrichtung austretende Luftstrom eingestellt werden kann. Das Strömungsstellglied kann als Strömungsklappe ausgebildet sei, die jeweils um eine Drehachse zwischen deren Schließstellung und deren Offenstellung drehbar sind. Das Strömungsstellglied kann kontinuierlich zwischen seiner Schließstellung und seiner Offenstellung verstellbar sein. Das Strömungsstellglied kann innerhalb der Ausströmungseinrichtung oder in einem Luftzufuhrkanal der Ausströmungseinrichtung angeordnet sein.
Die Höhe des Kopfes und/oder der Augen, des Mundes und/oder Nase des Fahrgastes kann anhand von Standardwerten festgelegt sein, wobei beispielsweise Standardwerte für Erwachsene, Kinder, weibliche und/oder männliche Fahrgäste Verwendung finden können. Ebenfalls können Standardwerte für Sitzplatztypen eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden, zum Beispiel Fahrersitz, Beifahrersitz und/oder Sitzplätze in einer zweiten oder weiteren Sitzreihe.
Das Belüftungssystem kann eine Einrichtung zur Bestimmung der Höhe des Kopfes und/oder der Augen, des Mundes und/oder Nase des Fahrgastes im ersten Fahrgastvolumen aufweisen.
Die Einrichtung zur Bestimmung der Höhe kann zumindest eine Kamera, insbesondere eine Stereokamera sein. Die Einrichtung kann auch zwei oder mehrere Kameras aufweisen. Die Kamera kann eine auf den Fahrgast gerichtete Kamera sein. Vorteilhafterweise kann hierbei auf eine bereits im Kraftfahrzeug verbaute Kamera zurückgegriffen werden, bevorzugt auf eine Kamera die zur Müdigkeitsdetektion des Fahrgastes verwendet wird. Die Auswertung des Kamerabildes kann über eine Auswerteeinheit erfolgen, die ebenfalls Bestandteil des Belüftungssystems sein kann.
Zur Bestimmung der Höhe kann ebenfalls auf die Sitzplatzposition in dem ersten Fahrgastvolumen zurückgegriffen werden. Die Sitzplätze von Kraftfahrzeugen sind regelmäßig höhenverstellbar, insbesondere elektrisch höhenverstellbar ausgeführt, womit über die Sitzplatzposition die Höhe der Sitzfläche zumindest mittelbar bestimmbar ist. Hieraus kann dann die Höhe des Kopfes und/oder der Augen, des Mundes und/oder der Nase des Fahrgastes abgeleitet werden. Die Einrichtung zur Bestimmung der Höhe kann eine Einrichtung zur Bestimmung der Sitzplatzposition in dem ersten Fahrgastvolumen aufweisen. Die Auswertung der Sitzplatzposition zur Bestimmung der Höhe des Kopfes und/oder der Augen, des Mundes und/oder der Nase des Fahrgastes kann über eine Auswerteeinheit erfolgen, die ebenfalls Bestandteil des Belüftungssystems sein kann.
Für den Fall, dass mehrere Fahrgäste im Fahrzeug befindlich sind, kann die Bestimmung der Höhe des Kopfes und/oder der Augen, des Mundes und/oder der Nase mehrerer oder aller Fahrgäste erfolgen. Die Strömungsgeschwindigkeit kann dann pro Fahrgast reguliert werden, beispielsweise, wenn zumindest eine Ausströmungseinrichtung im Wesentlichen zentriert oberhalb jedes Fahrgastvolumens angeordnet ist und jede dieser Ausströmungseinrichtungen separat geregelt werden kann. Die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit für mehrere oder alle Fahrgäste kann auch in Abhängigkeit eines einzelnen Fahrgastes erfolgen, beispielsweise des Fahrgastes mit der niedrigsten Höhe des Kopfes und/oder der Augen, des Mundes und/oder der Nase. Somit kann sichergestellt werden, dass bei allen Fahrgästen die erforderliche Mindestströmungsgeschwindigkeit eingehalten wird.
Das Belüftungssystem kann zumindest einen Luftauslass aufweisen, der zur Abführung, insbesondere zur aktiven Abführung/zum Absaugen, der Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs geeignet ist. Dieser Luftauslass kann mit dem Klimagerät und/oder der Umgebung des Kraftfahrzeugs fluidverbunden sein. Hierdurch wird vorteilhafter Weise ein Luftaustausch im Innenraum des Kraftfahrzeugs erreicht. Der mittels des Belüftungssystems abgeführte Luftstrom kann zumindest teilweise oder vollständig rezirkuliert werden oder teilweise oder vollständig in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgeführt werden. Bei der Rezirkulation wird die mittels des Luftauslasses abgeführte Luft erneut teilweise oder vollständig über die zumindest eine Ausströmungseinrichtung in den Innenraum des Kraftfahrzeugs eingebracht. Bei einer teilweisen Rezirkulation kann die in den Innenraum des Fahrzeugs eingebrachte Luft eine Mischung von abgeführter Innenraumluft und Frischluft aus der Umgebung sein.
Der zumindest eine Luftauslass kann in einer Höhe des Innenraums des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, die sich unterhalb der Ausströmungseinrichtung befindet, insbesondere auf oder unterhalb der Höhe einer Sitzfläche des Kraftfahrzeugs, in Bodennähe des Innenraums oder im Fußraum des Innenraums. Hierdurch wird vorteilhafter Weise erreicht, dass eine gerichtete Zirkulation der Luftströmung im Fahrzeuginnenraum entsteht, wobei Aerosolpartikel in Richtung des Bodens des Innenraums bewegt werden. Bevorzugt ist der zumindest eine Luftauslass unterhalb der Höhe der ersten Sitzfläche und benachbart zu der ersten Sitzfläche, oder im Fußraum des Fahrgastes im ersten Fahrgastvolumen angeordnet. Dies führt weiter vorteilhafter Weise dazu, dass die gerichtete Zirkulation der Luftströmung im Wesentlichen individuell für einen Fahrgast erfolgt und somit der Verteilung von Aerosolpartikeln zwischen verschiedenen Fahrgästen und/oder innerhalb der Fahrgastzelle entgegengewirkt wird.
Bevorzugt ist ein weiterer Luftauslass unterhalb der Höhe zumindest einer weiteren Sitzfläche und benachbart zu dieser weiteren Sitzfläche angeordnet, oder im Fußraum des Fahrgastes zumindest eines weiteren Fahrgastvolumens angeordnet. Hierdurch wird der Verteilung der Aerosolpartikel im Innenraum des Fahrzeugs noch besser entgegengewirkt. Weiter bevorzugt sind Luftauslässe unterhalb der Höhe aller Sitzfläche und benachbart zu jeweils einer dieser Sitzflächen angeordnet, oder im Fußraum jedes Fahrgastes aller Fahrgastvolumina angeordnet. Hierdurch wird eine noch verbesserte Isolierung der Fahrgäste untereinander erreicht, bzw. der Verteilung von Aerosolpartikeln zwischen den verschiedenen Fahrgästen entgegengewirkt.
Das Belüftungssystem kann weiterhin eine Einrichtung zur Luftaufreinigung aufweisen. Bei der Einrichtung zur Luftaufreinigung kann es sich insbesondere um einen Filter, einen HEPA-Filter und/oder eine UV-Aufreinigung, d.h. eine Einrichtung zur Aufreinigung unter Verwendung von UV-Licht, bevorzugt UV-C-Licht, handeln.
Die Einrichtung zur Luftaufreinigung kann mit dem Klimagerät fluidverbunden sein. Das Klimagerät kann eine Saugseite und eine Druckseite aufweisen. Die Einrichtung zur Luftaufreinigung kann auf der Saugseite oder der Druckseite des Klimageräts angeordnet sein, bevorzugt ist sie, insbesondere im Falle eines Filters, auf der Druckseite des Klimageräts angeordnet. Dies bedeutet, dass die Einrichtung zur Luftaufreinigung in Richtung des Fluidstroms nach dem Klimagerät angeordnet ist.
Die Ausströmungseinrichtung mit zumindest einem Ausströmungsbereich kann eine Mehrzahl von Ausströmungsbereichen aufweisen. Insbesondere kann die Ausströmungseinrichtung zwei Ausströmungsbereiche aufweisen, wobei die Ausströmungseinrichtung einen Zentralausströmungsbereich und einen Randausströmungsbereich aufweist, die jeweils zumindest einen separaten Luftzufuhrkanal aufweisen. Jede Ausströmungseinrichtung weist ferner zumindest zwei Strömungsstellglieder auf, wobei zumindest ein erstes Strömungsstellglied dem Zentralausströmungsbereich und zumindest ein zweites Strömungsstellglied dem Randausströmungsbereich zugeordnet ist, wobei das zumindest eine erste Strömungsstellglied in dem zumindest einen Luftzufuhrkanal des Zentralausströmungsbereichs und das zumindest eine zweite Strömungsstellglied in dem zumindest einen Luftzufuhrkanal des Randausströmungsbereichs angeordnet ist, wobei der Randausströmungsbereich den Zentralausströmungsbereich zumindest teilweise umschließt.
Aufgrund der zumindest teilweisen Umschließung des Zentralausströmungsbereiches durch den Randausströmungsbereich umschließt der aus dem Randausströmungsbereich austretende Luftstrom zumindest teilweise den aus dem Zentralausströmungsbereich austretenden Luftstrom. Der aus dem Randausströmungsbereich austretende Luftstrom umgibt dabei den aus dem Zentralausströmungsbereich austretenden Luftstrom. Somit wird eine zielgenaue Beaufschlagung eines Fahrgastes mit einem aus dem der Ausströmungseinrichtung austretenden Luftstroms erreicht. Über die jeweiligen den Zentralausströmungsbereich und dem Randausströmungsbereich zugeordneten Strömungsstellglieder lassen sich die aus dem Zentralausströmungsbereich und dem Randausströmungsbereich austretenden Luftströme unabhängig voneinander einstellen, so dass unterschiedliche Körperbereiche eines Passagiers unterschiedlich stark angeströmt werden können. Beispielsweise können sensible Körperbereiche eines Fahrgastes, so wie beispielsweise der Kopf des Fahrgastes, mit weniger Luftmassen beaufschlagt werden als andere Körperbereiche des Fahrgastes, so wie beispielsweise der Schulterbereich des Fahrgastes.
Der aus dem Zentralausströmungsbereich austretende Luftstrom kann eine geringere Strömungsgeschwindigkeit aufweisen, als der aus dem Randausströmungsbereich austretenden Luftstrom. Bei dem aus dem Randausströmungsbereich austretenden Luftstrom kann es sich um den Luftstrom handeln, der mittels des erfindungsgemäßen Belüftungssystems erzeugt wird und der auf der Höhe des Kopfes des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen eine Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von ≥ 0,1 bis ≤ 0,6 m/s aufweist.
Der Zentralausströmungsbereich kann als zumindest eine Austrittsöffnung der Ausströmungseinrichtung ausgebildet sein. Selbiges gilt für den Randausströmungsbereich, der ebenfalls als zumindest eine weitere Austrittsöffnung der Ausströmungseinrichtung ausgebildet sein kann.
Der Zentralausströmungsbereich kann eine Breitenerstreckung zwischen 90 mm und 190 mm aufweisen. Bevorzugt weist der Zentralausströmungsbereiche eine Breitenerstreckung zwischen 100 mm und 180 mm, vorzugsweise zwischen 110 mm und 165 mm, weiter vorzugsweise zwischen 125 mm und 145 mm, nochmals weiter vorzugsweise zwischen 130 mm und 140 mm und insbesondere 135 mm auf. Unter der Breitenerstreckung eines Zentralausströmungsbereichs ist die maximale Ausdehnung des Zentralausströmungsbereichs zu verstehen, die sich in Breitenerstreckung des Dachhimmels erstreckt.
Das Merkmal, gemäß dem der Randausströmungsbereich den Zentralausströmungsbereich zumindest teilweise umschließt, kann auch so ausgedrückt werden, dass bei einer Draufsicht auf die Ausströmungseinrichtung der Randausströmungsbereich den Zentralausströmungsbereich zu zumindest zwei, vorzugsweise zu zumindest zu drei Seiten hin begrenzt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass in Draufsicht auf die Ausströmungseinrichtung der Randausströmungsbereich den Zentralausströmungsbereich in einem Winkelbereich von mehr als 180°, beispielsweise 270° umschließt. Hierdurch kann beispielsweise die weiter oben beschriebene Luftstromgeometrie erzeugt werden.
Vorzugsweise umschließt der Randausströmungsbereich den Zentralausströmungsbereich derart, dass eine geradlinig verlaufende erste Achse in einer ersten Erstreckungsrichtung der Ausströmungseinrichtung den Randausströmungsbereich zweimal und den Zentralausströmungsbereich einmal durchläuft, wobei eine zweite geradlinig verlaufende Achse, die senkrecht zu der ersten Achse verläuft, in einer zweiten Erstreckungsrichtung der Ausströmungseinrichtung, die senkrecht zu der ersten Erstreckungsrichtung der Ausströmungseinrichtung orientiert ist, den Randausströmungsbereich und den Zentralausströmungsbereich jeweils einmal durchläuft.
Der den Zentralausströmungsbereich umschließende Randausströmungsbereich weist neben einer Längserstreckung eine Breitenerstreckung auf, die im Bereich ≥ 50 mm und ≤ 100 mm, ≥ 60 mm und ≤ 90 mm und bevorzugt ≥ 65 mm und ≤ 75 mm liegen kann. Mit anderen Worten weist der Randausströmungsbereich einen Spalt mit einer gewissen Dicke auf, die als Austrittsöffnung dient. Insbesondere der Bereich ≥ 65 mm und ≤ 75 mm, beispielsweise 70 mm, 72 mm oder 74 mm, erwies sich in Versuchen als vorteilhaft.
Weiter vorzugsweise ist der Randausströmungsbereich in Draufsicht auf den Randausströmungsbereich U-förmig oder V-förmig ausgebildet.
Vorzugsweise weist das Belüftungssystem eine der Anzahl der Ausströmungseinrichtungen entsprechende Anzahl von Heizeinrichtungen zum Aufwärmen eines von der jeweiligen Ausströmungseinrichtung auszugebenden Luftstroms auf, wobei jede Heizeinrichtung zwischen dem zumindest einen Luftzufuhranschluss und einer der Heizeinrichtung zugeordneten Ausströmungseinrichtung angeordnet ist, und wobei der Zentralausströmungsbereich und der Randausströmungsbereich der jeweiligen Ausströmungseinrichtungen über deren jeweilige Luftzufuhrkanäle mit der Heizeinrichtung, die der Ausströmungseinrichtung zugeordnet ist, fluidverbunden sind, wobei der Zentralausströmungsbereich und der Randausströmungsbereich der Heizeinrichtung, die der Ausströmungseinrichtung zugeordnet ist, nachgelagert sind.
Dies weist den Vorteil auf, dass das fahrzeugseitige Klimagerät lediglich einen Luftstrom mit einer Temperatur bereitstellen muss, wobei mittels der jeweiligen Heizeinrichtungen die von den jeweiligen Ausströmungseinrichtungen ausgegebenen Luftströme so aufgewärmt werden, dass voreingestellte Temperaturen im Innenraum des Fahrzeugs in den unterschiedlichen sich unterhalb der jeweiligen Ausströmungseinrichtungen befindlichen Fahrzeugbereiche eingestellt und erreicht werden können.
Das Merkmal, gemäß dem die Ausströmungsbereiche (also der Zentralausströmungsbereich und der Randausströmungsbereich) der der Ausströmungseinrichtung zugeordneten Heizeinrichtung nachgelagert sind, ist so zu verstehen, dass die Ausströmungsbereiche bezüglich des Luftstroms der der Ausströmungseinrichtung zugeordneten Heizeinrichtung nachgelagert sind. Folglich durchläuft ein von dem Belüftungssystem ausgegebener Luftstrom folgenden Pfad: Klimagerät -> Luftzufuhranschluss -> Heizeinrichtung -> Ausströmungsbereich. Vorteilhaft werden hierdurch die jeweiligen Heizeinrichtungen gleichmäßiger von dem aufzuwärmenden Luftstrom durchströmt.
Die Heizeinrichtung bzw. die Heizeinrichtungen sind vorzugsweise als Durchströmungs-Heizeinrichtung bzw. Durchströmungs-Heizeinrichtungen ausgebildet. Hierzu weist eine jede Heizeinrichtung einen Durchgangskanal auf, durch den der zu erwerbende Luftstrom hindurchgeführt wird.
Vorzugsweise ist das Belüftungssystem derart ausgebildet, dass die jeweiligen Strömungsstellglieder der Heizeinrichtung nachgelagert sind. Folglich sind die jeweiligen Strömungsstellglieder der Heizeinrichtung nachgelagert, die der gleichen Ausströmungseinrichtung wie die Strömungsstellglieder zugeordnet ist.
Der Randausströmungsbereich der Ausströmungseinrichtungen kann zumindest zwei Randausströmungszonen aufweisen, die jeweils einen separaten Luftzufuhrkanal mit einem in diesem angeordneten zweiten Strömungsstellglied aufweisen, wobei die zumindest zwei Randausströmungszonen gemeinsam den Zentralausströmungsbereich zumindest teilweise umschließen.
Die Ausströmungseinrichtung kann eine Trennwand aufweisen, die zwischen den zumindest zwei Randausströmungszonen angeordnet ist, so dass die zumindest zwei Randausströmungszonen voneinander durch die Trennwand getrennt sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug aufweisend das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Belüftungssystem.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch die Verwendung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Belüftungssystems gelöst. Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des zuvor beschriebenen Belüftungssystems zur Verringerung der Aerosolbelastung eines Fahrgasts im Innenraum eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Verringerung des Aerosolaustauschs zwischen den Fahrgästen eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Reduzierung des Gesundheitsrisikos von Fahrgästen eines Kraftfahrzeugs.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Verringerung der Aerosolbelastung eines Fahrgastes im Innenraum eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Verringerung des Aerosolaustauschs zwischen den Fahrgästen eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Reduzierung des Gesundheitsrisikos von Fahrgästen unter Einsatz des zuvor beschriebenen Belüftungssystems gelöst.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

erzeugen eines Luftstroms oberhalb eines ersten Fahrgastvolumens eines Kraftfahrzeugs, wobei der Luftstrom von einer Ausströmungseinrichtung, welche im Dachhimmel des Kraftfahrzeugs angeordnet ist in den Innenraum einströmt. Dementsprechend strömt der Luftstrom ausgehend vom Dachhimmel in Richtung des ersten Fahrgastvolumens. Hierbei kann um den Fahrgast herum eine Säule aus Luft bzw. in Form eines Kokons erzeugt werden, wobei die Luft weiter vorzugsweise aufgereinigte Luft sein kann. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Luftstrom verläuft weiterhin in zumindest einer Ebene, die durch die Geometrie der Ausströmungseinrichtung und der Ausströmungsrichtung des Luftstroms definiert wird. Wobei die zumindest eine Ebene des Luftstroms zwischen dem ersten Fahrgastvolumen und einem zweiten Fahrgastvolumen angeordnet ist. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt Luftstrom weist weiterhin auf der Höhe des Kopfes eines Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen eine Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von ≥ 0,1 bis ≤ 0,6 m/s auf.

Sämtliche zuvor beschriebene Merkmale für das erfindungsgemäße Belüftungssystem können sich ebenfalls in dem erfindungsgemäßen Verfahren niederschlagen.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich, kann der erzeugte Luftstrom zumindest in der Höhe des Kopfes des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen den Fahrgast zumindest bereichsweise einschließen.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich, kann der erzeugte Luftstrom entlang der Ausströmungsrichtung einen Querschnitt aufweist, der U-förmig, V-förmig, teilkreisförmig, kreisförmig, teilring-förmig oder ringförmig ist.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich, kann die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms geregelt werden. Die Regelung kann insbesondere in Abhängigkeit von der Körpergröße und/oder der Position des Kopfs des Fahrgasts in dem ersten Fahrgastvolumen erfolgen. Die Regelung kann insbesondere über eine Ansteuerung von Strömungsstellgliedern der Ausströmungseinrichtungen bewirkt werden. Weiterhin kann die Position des Kopfes des Fahrgastes bestimmt werden, beispielsweise über eine im Innenraum verbaute Kamera.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich, kann es sich bei dem Luftstrom um einen aus der Umgebung entnommenen Frischluftstrom oder einen zumindest teilweise rezyklierten Luftstrom handeln. Beim Rezyklieren des Luftstroms kann die Luft aus dem Innenraum des Fahrzeugs entnommen werden, zum Beispiel mittels zumindest eines Luftauslasses. Die Luft kann unterhalb der Höhe und benachbart zu einer ersten Sitzfläche im Innenraum des Kraftfahrzeugs entnommen werden. Die Luft/der Luftstrom kann aufgereinigt werden, beispielsweise über einen HEPA-Filter und/oder eine UV-Bestrahlung.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigen im Einzelnen:

1: einen Schnitt durch ein Kraftfahrzeug unterhalb des Dachhimmels und in Blickrichtung der Ausströmungsrichtung des Luftstroms in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Belüftungssystems;
2: einen Schnitt durch ein Kraftfahrzeug unterhalb des Dachhimmels und in Blickrichtung der Ausströmungsrichtung des Luftstroms in einer weiteren Ausführungsform;
3: einen Schnitt durch ein Kraftfahrzeug unterhalb des Dachhimmels und in Blickrichtung der Ausströmungsrichtung des Luftstroms in einer weiteren Ausführungsform;
4: einen Schnitt durch ein Kraftfahrzeug unterhalb des Dachhimmels und in Blickrichtung der Ausströmungsrichtung des Luftstroms in einer weiteren Ausführungsform;
5: einen Schnitt durch ein Kraftfahrzeug unterhalb des Dachhimmels und in Blickrichtung der Ausströmungsrichtung des Luftstroms in einer weiteren Ausführungsform;
6: eine Aufsicht auf eine im Dachhimmel integrierte Ausströmungseinrichtung mit einem Zentralausströmungsbereich und einem Randausströmungsbereich;
7: das Ergebnis einer CFD Simulation mit Partikel-Tracking für ein Belüftungssystem nach dem Stand der Technik (7a) und das erfindungsgemäße Belüftungssystem (7b); und
8: das Ergebnis der CFD Simulation für das erfindungsgemäße Belüftungssystem in einer weiteren Darstellung.

In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bzw. gleiche Merkmale, so dass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, sodass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch separat in anderen Ausführungsformen verwendbar.
In den 1 bis 5 ist jeweils ein Schnitt durch ein Kraftfahrzeug (1) unterhalb des Dachhimmels und in Blickrichtung der Ausströmungsrichtung des vom Belüftungssystems erzeugten und über die Ausströmungseinrichtung(en) in den Innenraum (2) abgegebenen Luftstrom (3-1 bis 3-3) dargestellt.
Das Kraftfahrzeug und der (nicht dargestellte) Dachhimmel weisen jeweils eine Längserstreckung und eine Breitenerstreckung auf, die in Richtung des in 1 dargestellten Koordinatensystems verlaufen. Hierbei verläuft die Längserstreckung im Wesentlichen parallel zur Y-Achse des Koordinatensystems.
Der Luftstrom (3) verlässt die Ausströmungseinrichtung (5) im Wesentlichen vertikal, d.h. im Wesentlichen parallel zu der senkrecht auf X-und Y-Achse stehenden Z-Achse des Koordinatensystems, die nicht dargestellt ist. Ebenfalls nicht dargestellt sind das Klimagerät, welches zur Bereitstellung des Luftstroms (3 bis 3-3) eingerichtet ist, sowie die Ausströmungseinrichtung(en) (5), die im oberhalb der Schnittebene liegenden Dachhimmel (9) angeordnet sind.
Einige der Sitzflächen (4-1 bis 4-4) des Kraftfahrzeugs sind in den 1-5 markiert. Innerhalb dieser können die gepunktet dargestellten Grundflächen (f-1 bis f-4) für das Fahrgastvolumen liegen. Die Grundflächen (f-1 bis f-4) entsprechen jeweils im Wesentlichen der Sitzfläche des Fahrgastes, wobei zur Vereinfachung nicht die tatsächliche Sitzfläche, sondern ein im Wesentlichen rechteckiger Teilbereich der Sitzflächen (4-1 bis 4-4) angenommen wurde. Das (nicht dargestellte) Fahrgastvolumen kann somit als quaderförmigen angenommen werden, mit der Grundfläche (jeweils f-1 bis f-4) und einer Höhe (h) die der Entfernung von der Oberseite eines jeweiligen Sitzplatzes/Sitzfläche (4-1 bis 4-4) bis zum höchsten Punkt des Kopfes des jeweiligen Fahrgastes entspricht, der auf diesem Sitzplatz platz genommen hat. Oberhalb des/der Fahrgastvolumens/-volumina kann die zumindest eine Ausströmungseinrichtung (5) angeordnet sein.
Als schraffierte Bereiche sind die Querschnitte durch den vom erfindungsgemäßen Belüftungssystem erzeugten Luftstrom (3-1 bis 3-3) dargestellt, wenn diese die Ausströmungseinrichtung (5) verlassen. Der Querschnitt durch den Luftstrom (3-1 bis 3-3) auf der Höhe des Kopfes eines Fahrgastes ist naturgemäß leicht verändert. Im Wesentlich kann davon ausgegangen werden, dass sich der Querschnitt entlang der Ausbreitungsrichtung des Luftstroms erweitert/aufgeweitet. Beispielsweise weist der Luftstrom (3-1) in 1 auf der Höhe des Kopfes eines Fahrgastes im Vergleich zu dem dargestellten Querschnitt zumindest eine größere Breitenerstreckung (in Richtung der Y-Achse) auf.
Der Dachhimmel (9) ist einstückig aus einem expandierten Polypropylen hergestellt und weist in allen Fällen einen Grundkörper mit zumindest einem Luftzuführkanal auf, wobei die jeweiligen Luftzufuhrkanäle durch sich von dem Grundkörper weg erstreckende Wände zumindest teilweise gebildet sind, und wobei die zumindest eine Ausströmungseinrichtung als zumindest eine Durchgangsöffnung des Grundkörpers ausgebildet ist. Der Dachhimmel weist in allen Fällen ebenfalls ein Textil auf, welches die Ausströmungseinrichtungen zum Innenraum des Kraftfahrzeugs hin verdeckt und durch das der von dem Klimagerät bereitgestellte Luftstrom in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs hindurchtreten muss.
In der 1 ist ein Querschnitt durch ein Kraftfahrzeug (1), dessen Innenraum (2) und einen vom erfindungsgemäßen Belüftungssystem in den Innenraum (2) abgegebenen Luftstrom (3-1) dargestellt.
Der Luftstrom (3-1) wird über eine Ausströmungseinrichtung (5), die im Dachhimmel des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist, in den Innenraum (2) abgegeben und hierfür von einem mit der Ausströmungseinrichtung (5) fluidverbundenen Klimagerät bereitgestellt. Bei dem Luftstrom (3-1) handelt es sich um Frischluft, d. h. aus der Umgebung entnommene Luft. Diese wurde vor Abgabe in den Innenraum (2) über einen HEPA-Filter, der auf der Druckseite des Klimageräts angeordnet ist, aufgereinigt. Weiterhin wurde die Frischluft über das Klimagerät abgekühlt und hinsichtlich der Luftfeuchtigkeit angepasst.
Zu erkennen sind weiterhin zwei Sitzflächen (4-1, 4-2) des Kraftfahrzeugs (1). Innerhalb dieser sind jeweils gepunktet dargestellten Grundflächen (f-1, f-2) für jeweils ein Fahrgastvolumen angeordnet. Oberhalb dieser beiden Sitzflächen/Fahrgastvolumina ist die Ausströmungseinrichtung in dem Dachhimmel des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet.
Wie zu erkennen, verläuft der Luftstrom (3-1) in der Ebene (e1), die im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung des Kraftfahrzeugs (1) bzw. des Dachhimmels liegt. Weiterhin liegt die Ebene (e1) zwischen dem Fahrersitz (4-1) und dem Beifahrersitz (4-2) und damit zwischen dem ersten Fahrgastvolumen (des Fahrers) und einem zweiten Fahrgastvolumen (des Beifahrers). Die Ebene (e1) teilt weiterhin den Innenraum des Kraftfahrzeugs (1) in zwei Hälften.
Der in der Ebene (e1) verlaufende Luftstrom (3-1) weist ebenfalls eine gewisse Breitenerstreckung auf. Hierdurch wird eine Luftwand erzeugt, die das erste Fahrgastvolumen von einem zweiten Fahrgastvolumen, bzw. den ersten Fahrgast (Fahrer) dem zweiten Fahrgast (Beifahrer) auf den Sitzplätzen (4-1, bzw. 4-2) sicher voneinander trennt. Hierzu weist der Luftstrom (3) auf der Höhe des Kopfes des Fahrgasts, insbesondere auf der Höhe von Mund und Nase, in dem ersten Fahrgastvolumen eine Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von ≥ 0,3 bis ≤ 0,5 m/s auf.
Wie ebenfalls zu erkennen, weißt der Luftstrom (3-1) auch eine gewisse Ausdehnung in Y-Richtung auf. Hierbei erstreckt sich der Luftstrom (3-1) zumindest ungefähr vom Bereich des Armaturenbretts bis hinter die beiden Vordersitze. Im Ergebnis werden Fahrer und Beifahrer sicher vor dem Übertritt von Aerosolpartikeln vom jeweils anderen Fahrgast geschützt.
Nicht dargestellt ist weiterhin eine Einrichtung zur Bestimmung der Höhe von Mund und Nase zumindest des Fahrgastes auf dem Fahrersitz (4-2). Bei dieser Einrichtung handelt es sich um eine Kamera zur Müdigkeitserkennung des Fahrers. Die Kamera ist vom Bereich der Windschutzscheibe aus gesehen in Richtung des Innenraums des Kraftfahrzeugs gerichtet. Mithilfe der Kamera sowie einer nicht dargestellten Auswerteeinheit als weiterer Bestandteil des erfindungsgemäßen Belüftungssystems, kann die Position/die Höhe der Augen des Fahrgastes auf dem Fahrersitz (4-2) detektiert werden, womit auf die Höhe von Mund und Nase des Fahrgastes geschlossen werden kann.
Ausgehend hiervon wird dann das erfindungsgemäße Belüftungssystem durch Ansteuerung eines Strömungsstellgliedes der Ausströmungseinrichtung (5) geregelt, um die oben erwähnte Strömungsgeschwindigkeit auf Höhe des Kopfes des Fahrgastes einzustellen.
Um den in der 1 gezeigten Querschnitt des Luftstroms (3-1) zu erreichen, hat die Ausströmungseinrichtung (5) eine bestimmte Geometrie. Insbesondere weist die Ausströmungseinrichtung (5) einen Ausströmungsbereich auf, der - wie anhand des Querschnitts des Luftstroms (3-1) zu erkennen ist - eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist. Weiterhin sind eine Vielzahl von regelmäßig in diesem Ausströmungsbereich angeordneten Austrittsöffnungen vorgesehen, die eine im Wesentlichen kreisförmige Form aufweisen. Der Durchmesser der Austrittsöffnungen liegt in einem Bereich von ca. 5 mm bis 15 mm, bevorzugt 8 mm bis 12 mm.
Ebenfalls nicht dargestellt sind zwei Luftauslässe zur Abführung der Luft aus dem Innenraum (2) des Kraftfahrzeugs (1), wobei jeweils ein Luftauslass im Fußraum von Fahrer bzw. Beifahrer angeordnet ist. Die mittels der Luftauslässe abgeführte Innenraumluft wird in die Umgebung abgegeben.
Bezüglich der weiteren 2-5 wird im Folgenden auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsformen eingegangen. Eine Nichterwähnung eines Merkmals bedeutet nicht, dass dieses nicht vorhanden ist.
In der 2 ist erneut ein Querschnitt durch ein Kraftfahrzeug (1), dessen Innenraum (2) und einen vom erfindungsgemäßen Belüftungssystem in den Innenraum (2) abgegebenen Luftstrom (3-1, 3-2) dargestellt.
Bei dem Luftstrom (3-1, 3-2) handelt es sich um teilweise rezyklierte Luft, d. h. um eine Mischung von aus der Umgebung entnommener Luft, sowie Luft, die über Luftauslässe im Innenraum des Kraftfahrzeugs abgeführt wurde. Die Luft wurde vor Abgabe in den Innenraum (2) über einen HEPA-Filter, sowie über UV-C-Bestrahlung aufgereinigt und insbesondere von Krankheitserregern befreit. Erneut wurde der Luftstrom mittels des Klimageräts abgekühlt und hinsichtlich der Luftfeuchtigkeit angepasst.
Zu erkennen sind vier Sitzflächen (4-1, 4-2, 4-3, 4-4) des Kraftfahrzeugs (1) mit den jeweils zugeordneten und gepunktet dargestellten Grundflächen (f-1, f-2, f-3, f-4), zur Definition jeweils eines Fahrgastvolumens. Oberhalb der Sitzflächen/Fahrgastvolumina ist die Ausströmungseinrichtung (5) in dem Dachhimmel (9) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet.
Wie zu erkennen, verläuft der Luftstrom (3-1, 3-2), bzw. jeweils ein Luftstrom in den beiden Ebenen (e1, e2), die im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung, bzw. zur Breitenerstreckung des Kraftfahrzeugs (1) bzw. des Dachhimmels (9) liegen. Der in der ersten Ebene (e1) verlaufende Luftstrom (3-1) erstreckt sich ungefähr vom Bereich des Armaturenbretts bis hinter die Sitze der zweiten Sitzreihe, d.h. im Wesentlichen über die gesamte Länge des Innenraums. Der in der zweiten Ebene (e2) verlaufende Luftstrom (3-2) erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Breite des Innenraums.
Weiterhin liegt die erste Ebene (e1) zum einen zwischen dem Fahrersitz (4-1) und dem Beifahrersitz (4-2) und damit zwischen dem ersten Fahrgastvolumen (des Fahrers) und einem zweiten Fahrgastvolumen (des Beifahrers). Die zweite Ebene (e2) liegt zwischen dem Fahrersitz (4-1) und dem hinter dem Fahrersitz (4-1) positionierten Sitz (4-3) einer weiteren Sitzreihe. Damit liegt die zweite Ebene (e2) zwischen dem ersten Fahrgastvolumen und einem dritten Fahrgastvolumen.
Der in diesen beiden Ebenen (e1, e2) verlaufende Luftstrom (3-1, 3-2) hat damit in seinem Querschnitt eine kreuzförmige Geometrie. Der Luftstrom (3-1, 3-2) unterteilt den Innenraum in vier im Wesentlichen gleich große Quadranten. Im Ergebnis werden die Fahrgäste auf den vier angegebenen Sitzplätzen (4-1 bis 4-4) sicher vor dem Übertritt von Aerosolpartikeln jeweils eines anderen Fahrgasts geschützt.
Die Regelung des Luftstroms (3-1, 3-2) sowohl in der ersten als auch der zweiten Ebene (e1, e2) erfolgt anhand der niedrigsten Höhe des Kopfes eines der Fahrgäste im Kraftfahrzeug (1). Auf der Höhe des Kopfes dieses Fahrgastes weist der Luftstrom (3-1, 3-2) eine Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von ≥ 0,2 bis ≤ 0,4 m/s auf.
Um den in der 2 gezeigten Querschnitt des Luftstroms (3-1, 3-2) zu erreichen, hat die Ausströmungseinrichtung (5) eine bestimmte Geometrie. Insbesondere weist die Ausströmungseinrichtung (5) zwei Ausströmungsbereich auf, die jeweils eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen und die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Erneut sind eine Vielzahl von regelmäßig in diesem Ausströmungsbereich angeordneten Austrittsöffnungen vorgesehen, die eine im Wesentlichen kreisförmige Geometrie mit einem Durchmesser im Bereich von ca. 10 mm aufweisen.
Im Fußraum von Fahrer (Sitzplatz 4-1) und Beifahrer (Sitzplatz 4-2), sowie im Fond des Kraftfahrzeugs in den Fußräumen der Sitzplätze 4-3 bzw. 4-4 sind insgesamt vier Luftauslässe zur Abführung der Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet. Diese sind mit dem Klimagerät fluidverbunden und führen die abgeführte Innenraumluft dem Klimagerät zur erneuten Verteilung im Innenraum zu.
In der 3 ist ein Querschnitt durch ein Kraftfahrzeug (1), dessen Innenraum (2) und einen vom erfindungsgemäßen Belüftungssystem in den Innenraum (2) abgegebenen Luftstrom (3-1, 3-2) dargestellt.
Sowohl oberhalb des Fahrgastvolumens ausgehend vom Fahrersitz (4-1; f-1) als auch oberhalb des Fahrgastvolumens ausgehend vom Beifahrersitz (4-2; f-2) ist jeweils eine Ausströmungseinrichtung (5) im Dachhimmel (9) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet. Die Ausströmungseinrichtungen (5) sind jeweils im Wesentlichen zentriert oberhalb der Grundflächen (f-1, f-2) der beiden Fahrgastvolumina angeordnet und können über Strömungsstellglieder getrennt voneinander hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit des die Ausströmungseinrichtung (5) verlassenden Luftstroms geregelt werden.
Bei dem Luftstrom (3-1, 3-2) handelt es sich um teilweise rezyklierte Luft, d. h. um eine Mischung von aus der Umgebung entnommener Luft, sowie Luft, die über Luftauslässe im Innenraum des Kraftfahrzeugs abgeführt wurde. Die Luft wurde vor Abgabe in den Innenraum (2) über einen HEPA-Filter, sowie über UV-C-Bestrahlung aufgereinigt und insbesondere von Krankheitserregern befreit. Erneut wurde der Luftstrom mittels des Klimageräts abgekühlt und hinsichtlich der Luftfeuchtigkeit angepasst.
Wie zu erkennen, verläuft der Luftstrom (3-1, 3-2), bzw. jeweils ein Luftstrom über den beiden Fahrgastvolumina zumindest in der Ebene e1, die zwischen den beiden Fahrgastvolumina der Vordersitze (4-1, 4-2) angeordnet ist und diese abtrennt.
Im Weiteren wird nur der Luftstrom (3-1) über dem ersten Fahrgastvolumen genauer beschrieben. Gleiches gilt für den im Wesentlichen identischen Luftstrom (3-2) des zweiten Fahrgastvolumens, der jedoch eine unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit aufweisen kann.
Der Luftstrom (3-1) umgibt den Fahrgast im ersten Fahrgastvolumen, d. h. den Fahrer auf dem Fahrersitz (4-1), zumindest in der Höhe seines Kopfes bereichsweise. Der Luftstrom (3-1) weist somit die Form einer teilweisen Säule auf, die den Fahrgast einschließt. Insbesondere umschließt der Luftstrom (3-1) den Kopf des Fahrgastes in einem Winkelbereich von mehr als 180° und ist so angeordnet, dass der Kopf des Fahrgastes zumindest vorne, d. h. im Bereich von Mund und Nase des Fahrgastes, sowie an den Seiten eingeschlossen ist. Umgekehrt ist die durch den Luftstrom (3) erzeugte Luftwand im Bereich des Hinterkopfes des Fahrgastes geöffnet. Der Querschnitt des den Fahrgast umgebenen Luftstroms ist teilkreisförmig bzw. im Wesentlichen U-förmig. Hierdurch wird eine verbesserte Reduktion der Aerosolbelastung der Fahrgäste erreicht, da diese von mehreren Seiten durch den Luftstrom eingeschlossen und somit voneinander isoliert werden.
Eine im Inneren des Kraftfahrzeugs angeordnete Kamera bestimmt zusammen mit einer Auswerteeinheit sowohl die Höhe des Kopfes des Fahrgastes im ersten Fahrgastvolumen als auch im zweiten Fahrgastvolumen, d. h. der beiden Fahrgäste auf den Sitzplätzen des Fahrers (4-1) und des Beifahrers (4-2). Obwohl beide Fahrgäste eine unterschiedliche Körpergröße haben und dementsprechend Mund bzw. Nase der beiden Fahrgäste auf einer unterschiedlichen Höhe liegen, wird über die Strömungsstellglieder der getrennt regelbaren Ausströmungseinrichtungen (5), die zentriert über den beiden Sitzplätzen angeordnet sind, für jeden der beiden Fahrgäste eine optimale Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms (3-1, 3-2) im Bereich von ≥ 0,3 bis ≤ 0,5 m/s eingestellt.
Um den in der 3 gezeigten Querschnitt des Luftstroms (3-1, 3-2) zu erreichen, hat jede der beiden Ausströmungseinrichtungen einen Ausströmungsbereich mit einer teilringförmigen Geometrie. Der Dachhimmel weist weiterhin ein Textil auf, welches die Ausströmöffnungen bedeckt und durch das der von dem Klimagerät bereitgestellte Luftstrom in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs hindurchtreten muss.
Erneut sind im Fußraum von Fahrer (Sitzplatz 4-1) und Beifahrer (Sitzplatz 4-2) Luftauslässe zur Abführung der Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet. Diese sind mit dem Klimagerät fluidverbunden und führen die abgeführte Innenraumluft dem Klimagerät zur erneuten Verteilung im Innenraum zu.
In der 4 ist ein Querschnitt durch ein Kraftfahrzeug (1), dessen Innenraum (2) und einen vom erfindungsgemäßen Belüftungssystem in den Innenraum (2) abgegebenen Luftstrom (3-1, 3-2) dargestellt.
Die Ausführungsform der 4 entspricht der, der 3, wobei die Köpfe der Fahrgäste über einen größeren Winkelbereich, nämlich einen Winkelbereich von mehr als 270° eingeschlossen sind. Hierdurch wird die Aerosolbelastung der Fahrgäste nochmals deutlicher und wirkungsvoller reduziert.
In der 5 ist ein Querschnitt durch ein Kraftfahrzeug (1), dessen Innenraum (2) und einen vom erfindungsgemäßen Belüftungssystem in den Innenraum (2) abgegebenen Luftstrom (3-1, 3-2, 3-3) dargestellt.
Die Ausführungsform der 5 entspricht einer Kombination der Ausführungsform nach 4 bzw. der Ausströmungseinrichtung nach 6, sowie der Ausströmungseinrichtung, die für den in der zweiten Ebene (e2) verlaufenden Luftstrom (3-2) nach 2 erforderlich ist. In der Ausführungsform der 5 sind die Köpfe der Fahrgäste in der vordersten Sitzreihe über einen Winkelbereich von mehr als 270° von den Luftströmen 3-1 und 3-2 eingeschlossen, während die Sitzplätze im Heck des Wagens durch einen in der Ebene e2 verlaufenden Luftstrom (3-3) von den Fahrgästen der vordersten Sitzreihe abgetrennt sind.
Die Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Luftströme (3-1, 3-2) für die Fahrgäste der vorderen Sitzreihe (Sitzplätze 4-1, 4-2) sind wie in der Ausführungsform der 4 getrennt voneinander basierende auf die Körpergröße/Position des Kopfes des jeweiligen Fahrgastes geregelt. Der in der zweiten Ebene (e2) verlaufenden Luftstrom (3-3) wird nicht in Abhängigkeit von einem Fahrgast geregelt, sondern ist auf eine Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von ≥ 0,3 bis ≤ 0,5 m/s eingestellt.
Um den in der 5 gezeigten Querschnitt des Luftstroms (3-1, 3-2) zu erreichen, hat jede der beiden Ausströmungseinrichtungen einen Ausströmungsbereich mit einer U-förmigen Geometrie, wie dieser in 6 dargestellt ist. Der weitere Luftstrom (3-3) wird mit einer Ausströmungseinrichtung nach der Ausführungsform der 2 erzeugt.
In der 6 ist eine Aufsicht auf eine Ausströmungseinrichtung (5) mit Blickrichtung in Richtung des Innenraums dargestellt, die im Dachhimmel (9) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Ausströmungseinrichtung (5) weist zwei Ausströmungsbereiche, nämlich Zentralausströmungsbereich (6-1) und Randausströmungsbereich (6-2) auf. Die Öffnungen beider Ausströmungsbereiche liegen hinter einem Textil (8), welches die Ausströmungseinrichtungen zum Innenraum des Kraftfahrzeugs hin verdeckt.
Der Randausströmungsbereich (6-2) umschließt den Zentralausströmungsbereich zumindest teilweise. Für die vorliegende Erfindung ist der Randausströmungsbereich (6-2) relevant, über welchen die den Fahrgast umgebende Luftsäule erzeugt und geformt wird. Mit anderen Worten verlässt der durch das erfindungsgemäße Belüftungssystem bereitgestellte Luftstrom (3-1,3-2,3-3) die Ausströmungsvorrichtung (5) durch den Randausströmungsbereich (6-2).
Die beiden Ausströmungsbereiche (6-1, 6-2) werden durch eine Trennwand (7) voneinander getrennt und weisen jeweils separate Luftzufuhrkanäle (10) auf. Weiterhin weist die Ausströmungseinrichtung (5) zwei nicht dargestellte Strömungsstellglieder auf, wobei das erste Strömungsstellglied dem Zentralausströmungsbereich (6-1) und das zweite Strömungsstellglied dem Randausströmungsbereich (6-2) zugeordnet ist und wobei die beiden Strömungsstellglieder in den beiden Luftzufuhrkanälen angeordnet sind. Somit ist der aus jedem der beiden Ausströmungsbereiche austretende Luftstrom (3) hinsichtlich seiner Strömungsgeschwindigkeit separat voneinander regelbar.
Aufgrund der teilweisen Umschließung des Zentralausströmungsbereiches (6-1) durch den Randausströmungsbereich (6-2) umschließt der aus dem Randausströmungsbereich (6-2) austretende Luftstrom (3) teilweise den aus dem Zentralausströmungsbereich (6-1) austretenden Luftstrom. Der aus dem Randausströmungsbereich (6-2) austretende Luftstrom hat im Querschnitt im Wesentlichen eine U-Form und umgibt den Fahrgast im unter der Ausströmungseinrichtung (5) liegenden Fahrgastvolumen zumindest auf der Höhe seines Kopfes zumindest teilweise und insbesondere mit einem Winkelbereich von ≥ 270°. Hierbei ist die den Fahrgast umgebende Luftsäule vorne, d.h. im Gesichtsbereich, sowie an den Seiten des Kopfes des Fahrgastes geschlossen. Am Hinterkopf des Fahrgastes ist die von der Ausströmungseinrichtung (5) erzeugte Luftsäule geöffnet.
Der U-förmige Randausströmungsbereich (6-2) weist eine Breitenerstreckung (d) von ca. 72 mm auf.
In einer weiteren und nicht gezeigten Ausführungsform ist eine identische Ausströmungseinrichtung (5) vorgesehen, die lediglich den Randausströmungsbereich (6-2) mit gleicher Geometrie und Strömungsstellglied nicht jedoch den Zentralausströmungsbereich (6-1) aufweist.
7 zeigt den Vergleich zwischen der Partikelverteilung im Innenraum eines Kraftfahrzeugs mit konventioneller Belüftung (7a), sowie dem erfindungsgemäßen Belüftungssystem ( 7b) .
Es wurde jeweils eine CFD Simulation mit Partikel-Tracking und einer Partikelgröße der Aerosolpartikel im Bereich von 0,1 bis 1 µm durchgeführt.
In der 7a ist in der oberen Hälfte ein Schnitt durch den Innenraum des konventionellen Kraftfahrzeugs zu erkennen, wie dies auch bei den 1-5 der Fall ist. Weiterhin ist in der unteren Hälfte ein Schnitt mit Blickrichtung auf die Fahrgäste auf den Sitzplätzen 4-1 und 4-3 dargestellt.
Simuliert wurde ein Szenario, in dem der Fahrer (Sitzplatz 4-1) mit einem Virus infiziert ist, und virale Aerosolpartikel ausatmet. Bei der dargestellten konventionellen Klimatisierung wird ein Luftstrom über Ausströmungseinrichtungen/Ausströmer in der Armaturentafel, im Fußraum und in der Mittelkonsole in die Kabine eingeblasen.
Wie anhand der 7a zu erkennen ist, verteilen sich die Viruspartikel/Aerosolpartikel im gesamten Innenraum des konventionellen Kraftfahrzeugs, erreichen alle verbleibenden Fahrgäste und können von diesen inhaliert werden.
Im Vergleich hierzu zeigt die 7b einer Simulation des erfindungsgemäßen Belüftungssystems. Es wurde von einem Kraftfahrzeug mit identischem Innenraum und identischer Fahrgastbestückung ausgegangen. Im Unterschied zum zuvor diskutierten konventionellen Belüftungssystem wurde in der zweiten Simulation die erfindungsgemäßen im Dachhimmel des Kraftfahrzeugs angeordneten Ausströmungseinrichtungen simuliert, wobei jedem Fahrgast eine Ausströmungseinrichtung zugeordnet war, die eine im wesentlichen kreisförmige Form aufwies und die zentriert über der jeweiligen Sitzposition des Fahrgastes angeordnet war.
Wie anhand der 7b leicht zu erkennen ist, bildet sich zumindest um die Kopfbereiche sämtlicher Fahrgäste eine Luftwand bzw. ein Kokon (K), der die von dem Fahrer des Fahrzeugs auf dem Sitzplatz 4-1 ausgeatmeten viralen Partikel wirkungsvoll verdrängt und somit eine Inhalation dieser Partikel durch die weiteren Fahrgäste deutlich und sicher reduziert.
8 zeigt das Ergebnis der CFD Simulation für das erfindungsgemäße Belüftungssystem in einer weiteren Darstellung. Gezeigt wird ein weiterer Schnitt durch den Fahrgastinnenraum, in welchem die Strömungsgeschwindigkeiten dargestellt wird.
Erneut zu erkennen ist deutlich die Luftwand, bzw. der Kokon (K), der sich um die beiden Fahrgäste bildet und der wirkungsvoll die vom Fahrer des Fahrzeugs ausgeatmeten viralen Partikel verdrängt.
Die Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Luftströme (3) betragen auf der Höhe des Kopfes der beiden Fahrgäste in etwa 0,4 m/s.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Innenraum; Kraftfahrzeuginnenraum
3,3-1,3-2,3-3: Luftstrom
4,4-1,4-2,4-3,4-4: Sitzfläche; Sitzplatz
5: Ausströmungseinrichtung
6-1,6-2: Ausströmungsbereich; Zentralausströmungsbereich (6-1), Randausströmungsbereich (6-2)
7: Trennwand
8: Textil
9: Dachhimmel
10: Luftzuführkanal
d: Breitenerstreckung des Randausströmungsbereichs
e1,e2,e3: Ebene; Ebene in der der Luftstrom verläuft
f-1,f-2,f-3,f-4: Grundfläche des Fahrgastvolumens
K: Kokon; Luftwand

Claims

Belüftungssystem zur Verringerung der Aerosolbelastung eines Fahrgasts im Innenraum (2) eines Kraftfahrzeugs (1) aufweisend - zumindest ein Klimagerät zur Bereitstellung eines Luftstroms (3), - zumindest eine Ausströmungseinrichtung (5) mit zumindest einem Ausströmungsbereich (6-1,6-2), - wobei die Ausströmungseinrichtung mit dem Klimagerät fluidverbunden und im Dachhimmel (9) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und - wobei die Ausströmungseinrichtung oberhalb eines ersten Fahrgastvolumens angeordnet ist, welches sich von einer ersten Sitzfläche (4) des Kraftfahrzeugs für einen ersten Fahrgast aus in Richtung des Dachhimmels erstreckt dadurch gekennzeichnet, dass - das Belüftungssystem zur Erzeugung eines die Ausströmungseinrichtung verlassenden Luftstroms (3-1,3-2,3-3) eingerichtet ist, - wobei der Luftstrom (3-1,3-2,3-3) in zumindest einer Ebene (e1,e2) verläuft, die durch die Geometrie der Ausströmungseinrichtung (5) und der Ausströmungsrichtung des Luftstroms (3) definiert wird, - wobei die zumindest eine Ebene (e1,e2) des Luftstroms (3-1,3-2,3-3) zwischen dem ersten Fahrgastvolumen und einem zweiten Fahrgastvolumen angeordnet ist und somit das erste Fahrgastvolumen von dem zweiten Fahrgastvolumen trennt und - wobei der Luftstrom (3-1,3-2,3-3) auf der Höhe des Kopfes des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen eine Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von ≥ 0,1 bis ≤ 0,6 m/s aufweist.
Belüftungssystem nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Ebene parallel zur Längserstreckung und/oder Breitenerstreckung des Kraftfahrzeugs verläuft.
Belüftungssystem nach einem der zuvor stehenden Ansprüche, wobei der Luftstrom zumindest in der Höhe des Kopfes des Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen den Fahrgast zumindest bereichsweise einschließt.
Belüftungssystem nach einem der zuvor stehenden Ansprüche, wobei der erzeugte Luftstrom (3-1,3-2,3-3) entlang der Ausströmungsrichtung einen Querschnitt aufweist, der U-förmig, V-förmig, teilkreisförmig, kreisförmig, teilring-förmig oder ringförmig ist.
Belüftungssystem nach einem der zuvor stehenden Ansprüche, wobei das Belüftungssystem dazu eingerichtet ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms (3-1,3-2,3-3) zu regeln, insbesondere in Abhängigkeit von der Körpergröße und/oder der Position des Kopfs des Fahrgasts in dem ersten Fahrgastvolumen.
Belüftungssystem nach Anspruch 5, wobei das Belüftungssystem eine Einrichtung zur Bestimmung der Höhe des Kopfes und/oder der Augen, des Mundes und/oder Nase des Fahrgastes im ersten Fahrgastvolumen aufweist.
Belüftungssystem nach einem der zuvor stehenden Ansprüche, wobei das Belüftungssystem zumindest einen Luftauslass zur Abführung der Luft aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs aufweist.
Belüftungssystem nach Anspruch 7, wobei der zumindest eine Luftauslass unterhalb der Höhe der ersten Sitzfläche und benachbart zu der ersten Sitzfläche angeordnet ist.
Belüftungssystem nach einem der zuvor stehenden Ansprüche, wobei das Belüftungssystem eine Einrichtung zur Luftaufreinigung, insbesondere zumindest einen Filter, einen HEPA-Filter und/oder zumindest eine UV-Aufreinigung aufweist.
Belüftungssystem nach einem der zuvor stehenden Ansprüche, wobei die Ausströmungseinrichtung (5) einen Zentralausströmungsbereich (6-1) und einen Randausströmungsbereich (6-2) aufweist, die jeweils einen separaten Luftzufuhrkanal aufweisen und wobei der Luftstrom den Randausströmungsbereich (6-2) verlässt.
Kraftfahrzeug aufweisend ein Belüftungssystem nach einem der Ansprüche 1-10.
Verwendung eines Belüftungssystems nach den Ansprüchen 1-10 zur Verringerung der Aerosolbelastung eines Fahrgasts im Innenraum eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Verringerung des Aerosolaustauschs zwischen den Fahrgästen eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Reduzierung des Gesundheitsrisikos von Fahrgästen eines Kraftfahrzeugs.
Verfahren zur Verringerung der Aerosolbelastung eines Fahrgasts im Innenraum eines Kraftfahrzeugs aufweisend die Schritte: - erzeugen eines Luftstroms oberhalb eines ersten Fahrgastvolumens eines Kraftfahrzeugs, - wobei der Luftstrom von einer Ausströmungseinrichtung, welche im Dachhimmel des Kraftfahrzeugs angeordnet ist in den Innenraum einströmt, - wobei der Luftstrom in zumindest einer Ebene verläuft, die durch die Geometrie der Ausströmungseinrichtung und der Ausströmungsrichtung des Luftstroms definiert wird, - wobei die zumindest eine Ebene des Luftstroms zwischen dem ersten Fahrgastvolumen und einem zweiten Fahrgastvolumen angeordnet ist und - wobei der Luftstrom auf der Höhe des Kopfes eines Fahrgastes in dem ersten Fahrgastvolumen eine Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von ≥ 0,1 bis ≤ 0,6 m/s aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms geregelt wird, insbesondere in Abhängigkeit von der Körpergröße und/oder der Position des Kopfs des Fahrgasts in dem ersten Fahrgastvolumen.
Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei der Luftstrom zumindest teilweise rezykliert und/oder aufgereinigt wird.