DE10218343A1

DE10218343A1 - Elektrische Temperiervorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE10218343A1
Application number: DE2002118343
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Thiemann
Original assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH
Current assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: DE10218343B4

Abstract

Die elektrische Temperiervorrichtung (10) dient dem Temperieren von in den Innenraum eines Fahrzeugs einströmender Luft. Sie ist versehen mit mindestens einem Peltierelement (24), das bei Anlegen einer Betriebsspannung auf einer ersten Seite (30) eine erste Temperatur und auf einer zweiten Seite (28) eine zu der ersten Temperatur unterschiedliche zweite Temperatur aufweist. Nur die erste Seite (28) des mindestens einen Peltierelements (24) ist einer zum Einleiten in den Innenraum des Fahrzeugs vorgesehenen Luftströmung aussetzbar. Das mindestens eine Peltierelement (24) wird über eine Ansteuereinheit (22) angesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Temperiervorrichtung zum Temperieren von in den Innenraum eines Fahrzeuges einströmender Luft.
Zur Komfortsteigerung bezüglich der Klimatisierung von Fahrzeugen wird in zunehmendem Maße dazu übergegangen, diese Fahrzeuge mit elektrischen Zusatzheizungen auszustatten. Derartige elektrische Zusatzheizungen erwärmen nach dem Starten des Fahrzeuges die in den Innenraum einströmende Luft schneller, als dies über die motorwasserbetriebenen Wärmetauscher der Fall ist. Darüber hinaus werden derartige elektrische Zusatzheizungen zugeschaltet, wenn Motoren eingesetzt werden, die nur eine vergleichsweise geringe Abwärme erzeugen (wie z. B. bei den modernen Dieselmotoren).
Elektrische Zusatzheizungen weisen mehrere einzeln oder jeweils gruppenweise schaltbare elektrische Heizelemente, zumeist in Form von PTC-Elementen, auf, die über Leistungselektronikelemente, wie beispielsweise Transistoren, angesteuert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Temperiervorrichtung für Fahrzeuge zu schaffen, die bezüglich der Temperierung der dem Innenraum eines Fahrzeuges zuzuführenden Luft zusätzliche Möglichkeiten schafft. Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine elektrische Temperiervorrichtung zum Temperieren von in den Innenraum eines Fahrzeuges einströmender Luft vorgeschlagen, wobei die Temperiervorrichtung versehen ist mit mindestens einem Peltierelement, das bei Anlegen einer Betriebsspannung auf einer ersten Seite eine erste Temperatur und auf einer zweiten Seite eine zu der ersten Temperatur unterschiedliche zweite Temperatur aufweist, wobei nur die erste Seite des mindestens einen Peltierelements einer zum Einleiten in den Innraum des Fahrzeuges vorgesehenen Luftströmung aussetzbar ist, und einer Ansteuereinheit zum Ansteuern des mindestens einen Peltierelements.
Nach der Erfindung wird also als die Luft temperierendes Element mindestens ein Peltierelement eingesetzt. Ein derartiges Peltierelement besteht aus einer Kombination unterschiedlicher Halbleitermaterialien, die bei Anlegung einer vorzugsweise einstellbaren Betriebsspannung unter Ausnutzung des Seebach- Effekts auf einer ersten Seite eine erste Temperatur und auf einer zweiten Seite eine zweite Temperatur erzeugen, die verschieden ist von der ersten Temperatur. Bei Peltierelementen wird nämlich die eine Seite aufgeheizt, während die andere Seite abgekühlt wird. Insofern handelt es sich bei einem Peltierelement also um eine elektrische Wärmepumpe.
Der Einsatz solcher Peltierelemente in einer elektrischen Fahrzeug-Temperiervorrichtung macht es nun möglich, aus der Umgebung eines Luftführungskanals zum Zuführen von Luft in den Innenraum eines Fahrzeuges Wärmeenergie aufzunehmen und diese in den Luftzuführkanal "zu pumpen". Erfindungsgemäß ist demzufolge das mindestens eine Peltierelement also derart angeordnet, dass lediglich eine der beiden zuvor genannten Seiten dem in den Innenraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luftstrom ausgesetzt ist.
Durch Einsatz eines Peltierelements ist es darüber hinaus möglich, die von der Leistungselektronik erzeugte (Verlust-)Wärme dem zu erwärmenden Luftstrom zuzuführen. Zu diesem Zweck werden zumindest einige Bauteile und insbesondere die Leistungsbauteile, wie Transistoren o. dgl., einer Ansteuereinheit über die kühle Seite des mindestens einen Peltierelements gekühlt. Durch diese aktive Kühlung ist es darüber hinaus möglich, die an die thermische Stabilität und Widerstandsfähigkeit der Transistoren gestellten Anforderungen niedriger anzusetzen, wodurch Bauteilkosten eingespart werden können.
Um weitere Wärmeenergie aus der Umgebung in die dem Innenraum des Fahrzeugs zuzuführende Luftströmung einzuspeisen, ist ferner möglich und zweckmäßig, die kühle Seite des mindestens einen Peltierelements thermisch mit dem Kühl- bzw. Motorwasser, den Auspuffgasen oder aufgeheizter Umgebungsluft zu koppeln. Dies erfolgt zweckmäßigerweise durch entsprechende Wärmetauscher, deren Primärzweig von den zuvor genannten Fluiden durchströmt wird und deren Sekundärzweig thermisch mit der gekühlten Seite des mindestens einen Peltierelements in Verbindung steht.
Zur Verbesserung der Aufnahme von Wärmeenergie auf der gekühlten Seite des mindestens einen Peltierelements ist es vorteilhaft, wenn diese gekühlte Seite mit einem Kühlköper thermisch in Kontakt steht. Dadurch wird die der Umgebung ausgesetzte Oberfläche der gekühlten Seite des Peltierelements vergrößert.
Der gleiche Mechanismus lässt sich auch auf der erwärmten Seite des Peltierelements einsetzen, um nämlich die Wärme durch Oberflächenvergrößerung besser und schneller an den dem Innenraum des Fahrzeugs zuzuführenden Luftstrom abzugeben.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Peltierelementen für elektrische Temperiervorrichtungen zum Temperieren von in den Innenraum eines Fahrzeugs einströmender Luft lässt sich die Leistung dieser Vorrichtungen erhöhen, da Wärmeenergie aus der Umgebung zur Erwärmung des Innenraums des Fahrzeugs benutzt werden kann. Insbesondere zweckmäßig ist es, elektrische Temperiervorrichtungen neben konventionellen elektrischen Heizelementen, wie beispielsweise PTC-Heizelementen zusätzlich auch mit einem oder mehreren Peltierelementen auszustatten. Dadurch lässt sich die in die Innenraumluft einzuspeisende Wärmeenergie differenziert und den entsprechenden Bedürfnissen angepasst einstellen. Außerdem erhöht sich der Wirkungsgrad der elektrischen Temperiervorrichtung.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Peltierelementen bei elektrischen Fahrzeug-Temperiervorrichtungen besteht darin, dass nun über die Temperiervorrichtung die in den Innenraum eines Fahrzeuges einströmende Luft auch wahlweise gekühlt werden kann. Denn auf welcher Seite ein Peltierelement kühlt, bzw. heizt, hängt von der Polung der Betriebsspannung ab. So können Peltierelemente also auch zur Unterstützung bzw. Einstellung der Kühlleistung bei Fahrzeugen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug zeigt, näher erläutert.
In der Zeichnung ist eine elektrische Temperiervorrichtung 10 dargestellt, mit der sich die dem Innenraum des Fahrzeugs zuzuführende Luft erwärmen bzw. kühlen lässt. Diese Luft strömt durch einen Luftzuführkanal 12, in dem die elektrische Temperiervorrichtung 10 teilweise angeordnet ist.
Die Temperiervorrichtung 10 weist einen umlaufenden, in den Luftzuführkanal 10 eingesetzten Rahmen 14 auf, in dem eine Vielzahl von Kühllamellenblechen 16 angeordnet ist. Zwischen benachbarten Kühllamellenblechen 16 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel konventionelle PTC-Heizelemente 18, die sich über Transistoren 20 einer Ansteuereinheit 22, welche innerhalb einer von außen an den Luftzuführkanal 12 angebrachten Gehäuseabdeckung untergebracht ist, ein- und ausschalten lassen. Die Art der Ansteuerung der PTC- Heizelemente 18 ist für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Beispielsweise können die PTC-Heizelemente 18 linear, pulsweitenmoduliert oder lediglich durch Ein- und Ausschalten angesteuert werden. Mischformen dieser Ansteuerungsarten, beispielsweise nach Gruppen von PTC-Heizsträngen getrennt, sind ebenfalls möglich.
Längs des Rahmens 14 sind in Öffnungen desselben mehrere erste und zweite Peltierelemente 24, 26 untergebracht, die gegenüber dem Rahmen 14 durch Isolationsmaterial isoliert sind. Jedes dieser Peltierelemente weist zwei Seiten 28, 30 bzw. 32, 34 auf. Während die Seiten 30 und 34 der Peltierelemente 24 bzw. 26 innerhalb des Luftzuführkanals 12 angeordnet sind, befinden sich die anderen Seiten 28 und 32 der Peltierelemente 24 bzw. 26 außerhalb des Luftzuführkanals 12. Die innerhalb des Luftzuführkanals 12 angeordneten Seiten 30 und 34 der Peltierelemente 24 bzw. 26 kontaktieren die in ihrem Bereich angeordneten Kühllamellenbleche 16. Sämtliche Peltierelemente 24,26 werden über die Ansteuereinheit 22 mit Betriebsspannung versorgt.
Die Peltierelemente 24,26 werden zur Erwärmung der Luft in dem Luftzuführkanal 12 als Wärmepumpen betrieben. Damit sind ihre Seiten 30 bzw. 34 aufgeheizt, während die außerhalb des Luftzuführkanals 12 befindlichen Seiten 28 bzw. 32 gekühlt sind. Durch Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung über ihre gekühlten 28 bzw. 32 lässt sich damit Wärme in den Luftzuführkanal 12 "transportieren". Wie in der Zeichnung dargestellt, befindet sich eine die Transistoren 20 und weitere Bauelemente aufweisende Leiterkarte 36 in thermischem Kontakt mit den Seiten 28 der Peltierelemente 24. Diese werden also mit anderen Worten zusätzlich zum Kühlen der Transistoren 20 und der übrigen Elektronik der Ansteuereinheit 22 eingesetzt. Die außerhalb des Luftzuführkanals 12 angeordneten Seiten 32 der Peltierelemente 26 sind zur Erhöhung der Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung mit Kühlkörpern 38 versehen, die thermisch mit den Peltierelementen 26 gekoppelt sind.
Durch entsprechende Polung der Betriebsspannung der Peltierelemente 24 und 26 lassen sich diese zum Kühlen der Luftströmung im Zuführkanal 12 einsetzen. Während der Kühlphase sind die PTC-Heizelemente 18 nicht angesteuert, weshalb insoweit in den Transistoren 20 auch keine Verlustleistung erzeugt wird. Die zur Ansteuerung der Peltierelemente 24,26 erforderliche Elektronik sollte zweckmäßigerweise nicht über die Peltierelemente gekühlt werden (sofern es einer derartigen Kühlung bedarf).
Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschreibt eine elektrische Temperiervorrichtung für Fahrzeuge, bei der sowohl PTC-Heizelemente als auch Peltierelemente eingesetzt werden. Die Erfindung ist jedoch auf derartige Temperiervorrichtungen nicht beschränkt. Vielmehr ist es möglich, die gesamte Temperiervorrichtung ausschließlich mit Peltierelementen zu betreiben und auszustatten. Bezugszeichenliste 10 Temperiervorrichtung, Luftzuführkanal
12 Luftzuführkanal, Zuführkanal
14 Rahmen
16 Kühllamellenbleche
18 PTC-Heizelement, Heizelement
20 Transistor, Bauteil
22 Ansteuereinheit
24 Peltierelement
26 Peltierelement
28 Peltierelement
36 Leiterkarte
38 Kühlkörper

Claims

1. Elektrische Temperiervorrichtung zum Temperieren von in den Innenraum eines Fahrzeugs einströmender Luft, mit

- mindestens einem Peltierelement (24), das bei Anlegen einer Betriebsspannung auf einer ersten Seite (30) eine erste Temperatur und auf einer zweiten Seite (28) eine zu der ersten Temperatur unterschiedliche zweite Temperatur aufweist,

- wobei nur die erste Seite (28) des mindestens einen Peltierelements (24) einer zum Einleiten in den Innraum des Fahrzeuges vorgesehenen Luftströmung aussetzbar ist, und

- einer Ansteuereinheit (22) zum Ansteuern des mindestens einen Peltierelements (24).

2. Elektrische Temperiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Peltierelement (24) in der Wandung eines Luftzuführkanals (12) eines Fahrzeugs positionierbar ist.

3. Elektrische Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens ein elektrisches Heizelement (18), das einer zum Einleiten in den Innenraum des Fahrzeugs vorgesehenen Luftströmung aussetzbar ist, und dass das mindestens eine elektrische Heizelement (18) von der Ansteuereinheit (22) ansteuerbar ist.

4. Elektrische Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Peltierelement (24) über die Ansteuereinheit (22) derart betreibbar ist, dass dessen zweite Seite (28) kühl ist, und dass zumindest einige der Bauteile (20), insbesondere die Leistungsbauteile, der Ansteuereinheit (22) in thermischem Kontakt mit der zweiten Seite (28) des mindestens einen Peltierelements (28) stehen.

5. Elektrische Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch mindestens ein weiteres Peltierelement (26), das über die Ansteuereinheit (22) derart betreibbar ist, dass dessen zweite Seite (34) kühl ist, wobei zumindest einige der Bauteile (20), insbesondere die Leistungsbauteile, der Ansteuereinheit (22) in thermischem Kontakt mit der zweiten Seite (34) des mindestens einen weiteren Peltierelements stehen.

6. Elektrische Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass mit der zweiten Seite (28, 32) des mindestens einen Peltierelements (24) bzw. des mindestens einen weiteren Peltierelements (26) mindestens ein Kühlkörper (38) in thermischem Kontakt steht.

7. Elektrische Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten Seite (30,34) des mindestens einen Peltierelements (24) bzw. des mindestens einen weiteren Peltierelements (26) mindestens ein Kühlkörper in thermischem Kontakt steht, der einer zum Einleiten in den Innenraum eines Fahrzeugs vorgesehenen Luftströmung aussetzbar ist.

8. Elektrische Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Seite (28, 32) des mindestens einen Peltierelements (24) bzw. des mindestens einen weiteren Peltierelements (26) mit einem Heizmedium, wie beispielsweise dem Kühlmedium oder den Verbrennungsgasen einer Brennkraftmaschine, thermisch in Kontakt bringbar ist.