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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Heizen und/oder Kühlen eines Innenraums eines Fahrzeugs unter Verwendung eines elastokalorischen Systems und ein Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen eines Innenraums eines Fahrzeugs
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Stand der Technik
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Es sind verschiedene Systeme zum Heizen und/oder Kühlen eines Innenraums eines Fahrzeugs bekannt. Dazu zählen dezentrale Systeme, bei denen die Erwärmung bzw. Abkühlung direkt oder zumindest nahe am Körper eines Passagiers erfolgt. Als typische Beispiele sind Paneele in den Seitenwänden des Innenraums oder in Sitzmatten von Sitzen im Innenraum genannt, die eine körpernahe Heizung mittels elektrischem Widerstandsheizen bereitstellen. Weitere Möglichkeiten für die Implementierung von elektrischem Widerstandsheizen sind Gebläse oder Heizmatten. Alternativ ist bekannt Thermoelektrik, beispielsweise in Form von Peltier-Elementen zur Heizung und zur Kühlung zu verwenden. Hierbei werden kleine Flächenelemente oder ein Lüfter benutzt, um die Wärme bzw. Kälte zu verteilen. Zudem können weitere Luftkanäle im Innenraum vorgesehen sein, mit denen erwärmte bzw. gekühlte Luft vom Heizelement bzw. Kühlelement direkt in die Nähe des Körpers geführt wird. Die Luftauslässe befinden sich dann z.B. an der Decke, am Boden oder an Säulen des Innenraums, wodurch ein komplexes Zuluftsystem entsteht.
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Solche dezentralen Systeme haben gegenüber zentralen Systemen im Allgemeinen eine höhere Effizienz. Zur Beurteilung der Effizienz von Wärmeprozessen wird die Leistungszahl (für Wärmepumpen auch als Heizzahl oder Coefficient of Performance, COP bezeichnet) verwendet. Die Leistungszahl ist der Quotient aus der Wärmeleistung bzw. der Kühlleitung und der zugeführten elektrischen Leistung.
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Mit elektrischem Widerstandsheizen kann nur eine Erwärmung des Innenraums erreicht werden und zudem weist Widerstandsheizen eine geringere Leistungszahl von kleiner 1 auf. Mit Thermoelektrik kann sowohl ein Heizen als auch eine Kühlung durchgeführt werden, allerdings ebenfalls nur mit einer geringeren Leistungszahl von typischerweise kleiner 2 im Heizmodus und kleiner 1 im Kühlmodus unter Last.
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Besonders bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sollte eine größtmögliche Effizienz - d. h. Leistungszahl - gegeben sein, da eine höhere zur Erwärmung und/oder Abkühlung erforderliche elektrische Leistung die Energiereserven des Fahrzeugs belastet, wodurch vor allem die Reichweite sinkt.
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Der elastokalorische Effekt beschreibt eine adiabatische Temperaturänderung eines Materials, wenn das Material mit einer mechanischen Kraft beaufschlagt wird und sich beispielsweise verformt. Durch die mechanische Kraft bzw. die Verformung wird eine Umwandlung der Kristallstruktur, auch Phase genannt, in dem Material verursacht. Die Phasenumwandlung führt zu einer Erhöhung der Temperatur des Materials. Wird die dabei freigesetzte Wärme abgeführt, erniedrigt sich die Temperatur und die Entropie nimmt ab. Wird dann die mechanische Kraft entfernt, wird wiederum eine umgekehrte Phasenumwandlung (Rückumwandlung) verursacht, die zu einer Absenkung der Temperatur des Materials führt. Wird dem Material dann wieder Wärme zugeführt nimmt die Entropie wieder zu.
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Nach der annähernd adiabaten Phasenumwandlung liegt die Temperatur über der Ausgangstemperatur. Die dabei entstandene Wärme kann beispielsweise an die Umgebung abgeführt werden und das Material nimmt dann Umgebungstemperatur an. Wird nun die Phasenrückumwandlung initiiert, indem die mechanische Kraft auf null reduziert wird, stellt sich eine niedrigere Temperatur als die Ausgangstemperatur ein. Es können Temperaturdifferenzen zwischen maximaler Temperatur nach der Phasenumwandlung und minimaler Temperatur nach der Rückumwandlung (bei zuvor abgegebener Wärme) von z.B. bis zu 40°C erreicht werden.
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Materialien, an denen sich der elastokalorische Effekt nachweisen lässt, werden als elastokalorische Materialien bezeichnet. Solche elastokalorischen Materialien sind beispielsweise Formgedächtnislegierungen, die Superelastizität besitzen. Superelastische Legierungen zeichnen aus, dass diese auch nach starker Verformung von selbst wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Superelastische Formgedächtnislegierungen weisen zwei unterschiedliche Phasen (Kristallstrukturen) auf: Austenit ist die bei Raumtemperatur stabile Phase und Martensit ist bei niedrigeren Temperaturen stabil. Eine mechanische Verformung verursacht eine Phasenumwandlung von Austenit zu Martensit, die einen adiabatischen Temperaturanstieg zur Folge hat. Die erhöhte Temperatur kann nun in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben werden, was zu einer Abnahme der Entropie führt. Wird das elastokalorische Material wieder entlastet, erfolgt eine Rückumwandlung von Martensit zu Austenit und damit einhergehend eine adiabatische Temperaturabsenkung.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein System zum Heizen und/oder Kühlen, also zum Klimatisieren eines Innenraums eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Es sind Luftkanäle vorgesehen, die zumindest teilweise durch die Karosserie des Fahrzeugs geführt sind. Innerhalb eines Abschnitts der Luftkanäle ist ein elastokalorisches System angeordnet. Das elastokalorische System ist eingerichtet, die Luftströme durch die Luftkanäle zu erwärmen und abzukühlen. Vorzugsweise weist das elastokalorische System elastokalorische Bänder auf, die aus elastokalorischem Material bestehen und innerhalb des Abschnitts der Luftkanäle angeordnet sind. Werden die elastokalorischen Bänder verformt - z. B. gedehnt - erfolgt eine Phasenumwandlung des elastokalorischen Materials und demzufolge ein Temperaturanstieg. Als Aktor kann z. B. ein Elektromotor dienen. Ein Luftstrom durch zumindest einen Luftkanal wird an den verformten Bändern vorbeigeführt und nimmt Wärme vom elastokalorischen System auf. Verformen sich die elastokalorischen Bänder wieder zurück, wird ein weiterer Luftstrom durch zumindest einen anderen Luftkanal zu den nicht verformten Bändern geführt und gibt dort Wärme an das elastokalorische System ab. Je nachdem, ob das elastokalorische System eingesetzt wird, um den Innenraum zu erwärmen, zu kühlen oder beides, werden die Luftkanäle angeordnet und das elastokalorische System gesteuert. In den Luftkanälen können zur Führung der Luftströme Lüfter (schließt in diesem Zusammenhang auch Gebläse ein) und/oder Ventile vorgesehen sein, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Weiter unten sind unterschiedliche Modi für das System beschrieben.
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Das beschriebene System zum Heizen und/oder Kühlen ist ein dezentrales System, welches auf dem elastokalorischen Effekt basiert. Elastokalorische Systeme bieten den Vorteil, dass sie sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen verwendet werden können. Zudem weisen elastokalorische Systeme eine hohe Leistungszahl von über 4 sowohl fürs Heizen als auch fürs Kühlen auf. Im Vergleich zu Systemen, die auf einer anderen Technologie basieren und eine Leistungszahl von höchstens 1 aufweisen, kann eine mindestens viermal so große Energiemenge eingespart werden.
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In einem ersten Modus ist ein erster Luftkanal vom Innenraum durch die Karosserie zur Umgebung oder in die Karosseriewand geführt. Ein zweiter Luftkanal ist vom Innenraum durch die Karosserie zurück zum Innenraum geführt. Das elastokalorische System ist in beiden Luftkanälen angeordnet. Luft aus dem Innenraum wird einerseits als erster Luftstrom durch den zweiten Kanal zum elastokalorischen System geleitet, dort erwärmt oder abgekühlt und dann wieder in den Innenraum zurückgeführt. Andererseits wird ein zweiter Luftstrom durch den ersten Luftkanal aus dem Innenraum geführt und zum elastokalorischen System geleitet. Der zweite Luftstrom dient dazu, das elastokalorische System thermisch auszugleichen, und nimmt entgegen dem ersten Luftstrom Wärme auf oder gibt diese ab. Schließlich wird der zweite Luftstrom zur Umgebung oder in die Karosseriewand geführt. Dieser Modus entspricht einem Quasi-Umluftbetrieb für die Klimatisierung des Innenraums, da dem Innenraum über das System keine Luft direkt aus der Umgebung zugeführt wird. Es wird jedoch bereits erwärmte oder abgekühlte Luft aus dem Innenraum in die Umgebung abgeführt. Luft kann dann unabhängig vom System zum Heizen und/oder Kühlen an anderer Stelle in den Innenraum nachströmen. Da das elastokalorische System nur Luft aus dem Innenraum erwärmen oder abkühlen muss, kann der vom elastokalorischen System erreichte Temperaturunterschied (Temperaturhub) relativ gering sein. Dadurch wird weniger Energie verbraucht. Da das elastokalorische System zudem weniger beansprucht wird, also z. B. die elastokalorischen Bänder weniger gedehnt werden, weist das System eine relativ lange Lebensdauer auf.
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In einem zweiten Modus ist ein erster Luftkanal von der Umgebung durch die Karosserie zurück zur Umgebung oder in die Karosseriewand geführt. Ein zweiter Luftkanal ist vom Innenraum durch die Karosserie zurück zum Innenraum geführt. Das elastokalorische System ist wiederum in beiden Luftkanälen angeordnet. Luft aus dem Innenraum wird durch den zweiten Kanal zum elastokalorischen System geleitet, dort erwärmt oder abgekühlt und dann wieder in den Innenraum zurückgeführt. Zudem wird Luft aus der Umgebung über den ersten Luftkanal zum elastokalorischen System geleitet. Die Luft aus der Umgebung dient dazu, das elastokalorische System thermisch auszugleichen, und nimmt entgegen der Luft aus dem Innenraum Wärme auf oder gibt diese ab. Schließlich wird die Luft aus dem ersten Luftkanal wieder zur Umgebung oder in die Karosseriewand geführt. Dieser Modus entspricht einem reinen Umluftbetrieb, bei dem (zumindest theoretisch, bei perfekter Lufttrennung der Kanäle) keine Luft zwischen dem Innenraum und der Umgebung ausgetauscht wird. Damit wird der Verlust von Wärme verringert und die Wärmeenergie bleibt erhalten.
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In einem dritten Modus ist ein erster Luftkanal von der Umgebung durch die Karosserie zurück zur Umgebung oder in die Karosseriewand geführt. Ein zweiter Luftkanal ist von der Umgebung durch die Karosserie in den Innenraum geführt. Das elastokalorische System ist wiederum in beiden Luftkanälen angeordnet. Luft aus der Umgebung wird als dritter Luftstrom durch den zweiten Kanal zum elastokalorischen System geleitet, dort erwärmt oder abgekühlt und dann in den Innenraum geführt. Andererseits wird ein vierter Luftstrom durch den ersten Luftkanal von der Umgebung zum elastokalorischen System geleitet. Der vierte Luftstrom dient dazu, das elastokalorische System thermisch auszugleichen, und nimmt entgegen dem dritten Luftstrom Wärme auf oder gibt diese ab. Schließlich wird der vierte Luftstrom wieder zur Umgebung oder in die Karosseriewand geführt. Dieser Modus entspricht einem Zuluftbetrieb, bei dem die Luft immer aus der Umgebung zugeführt wird. Luft aus dem Kabineninneren wird nicht in die Umgebung abgeführt oder umgewälzt. Damit wird der Verlust von Wärme verringert und frische Luft wird zugeführt.
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Wird ein Luftstrom in die Karosseriewand abgegeben, dient diese als quasi-unendliches Wärmereservoir, das Wärme an den Luftstrom abgibt oder von diesem aufnimmt. Aufgrund von immer vorhandenen Öffnungen in der Karosseriewand, wie z.B. Spalte, findet ein Luftaustausch mit der Umgebung statt, sodass sich in der Karosseriewand keinen Überdruck aufbaut.
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Die oben beschriebenen Modi können als rein bauliche Ausgestaltungen separat und unabhängig voneinander in einer Karosserie realisiert werden. Es können auch mehrere unterschiedliche Modi in einem Fahrzeug vorhanden sein.
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Vorzugsweise ist ein Schaltventil vorgesehen, das eingerichtet ist, zwischen den Modi umzuschalten. Hierbei ist ein erster Luftkanal von einem Verbindungsabschnitt durch die Karosserie zur Umgebung oder in die Karosseriewand geführt. Ein zweiter Luftkanal ist von demselben Verbindungsabschnitt durch die Karosserie zum Innenraum geführt. Der Verbindungsabschnitt ist mit dem Innenraum und mit der Umgebung verbunden und bildet einen gemeinsamen Anfangspunkt für die beiden Luftkanäle. Das Schaltventil ist im Verbindungsabschnitt angeordnet und eingerichtet, abhängig von dessen Stellung den Innenraum oder die Umgebung mit jeweils einem der Luftkanäle oder mit beiden Luftkanälen zu verbinden. Die hier genannten ersten und zweiten Luftkanäle stimmen bei entsprechender Stellung des Schaltventils mit den obengenannten ersten und zweiten Luftkanälen für den jeweiligen Modus überein. In einer ersten Stellung sind beide Luftkanäle mit dem Innenraum verbunden, womit der erste Modus erreicht wird. In einer zweiten Stellung ist der erste Luftkanal nur mit der Umgebung und der zweite Luftkanal nur mit dem Innenraum verbunden, womit der zweite Modus erreicht wird. In einer dritten Stellung sind beide Luftkanäle mit dem Innenraum verbunden, womit der dritte Modus erreicht wird. Das Schaltventil bietet demnach die Möglichkeit zwischen den obengenannten Modi umzuschalten. Damit kann auch zwischen einem Umluftbetrieb und einem Zuluftbetrieb umgeschaltet werden. Das Umschalten kann auch von einem Insassen des Fahrzeugs beispielsweise über ein Bedienelement, z.B. am Armaturenbrett, veranlasst werden.
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Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, den Einlass eines Luftkanals aus der Umgebung so an der Karosserie anzuordnen, dass ein durch das fahrende Fahrzeug entlang der Karosserie erzeugter Luftstrom in den ersten Luftkanal geführt wird. Dadurch kann im zweiten Modus auf einen Lüfter im ersten Luftkanal verzichtet werden und im dritten Modus auf Lüfter sowohl im ersten Luftkanal als auch im zweiten Luftkanal verzichtet werden. Folglich wird bei einer rein baulichen Ausgestaltung der Modi die Zahl der Komponenten reduziert. Bei Verwendung eines Steuerventils kann es vorgesehen sein, die genannten Lüfter nicht anzusteuern, um somit den Energiebedarf zu reduzieren und die Effizienz zu erhöhen.
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Vorzugsweise ist der Einlass des Luftkanals aus der Umgebung in einem Überdruckgebiet und der Auslass des Luftkanals in einem Unterdruckgebiet des fahrenden Fahrzeugs positioniert. Typischerweise ist das Überdruckgebiet aufgrund des Staudrucks an der Front des Fahrzeugs positioniert und das Unterdruckgebiet ist am Heck des Fahrzeugs positioniert. Allerdings sind auch an der Seite der Karosserie oder am Unterboden des Fahrzeugs verschiedene Über- und Unterdruckgebiete vorhanden. Die Lage der Über- und Unterdruckgebiete kann im Voraus beispielsweise aus Versuchen und/oder Modellen ermittelt werden. Hierdurch wird die Strömung der Luft vom Überdruckgebiet in den Einlass eines Luftkanals aus der Umgebung und die Strömung aus einem Luftkanal in die Umgebung erreicht.
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Zusätzlich kann am Einlass eines Luftkanals aus der Umgebung eine Lufthutze oder eine NACA-Öffnung angeordnet sind. Die Lufthutzen bzw. die NACA-Öffnungen bieten den Vorteil, dass über ihre Anordnung und Geometrie eine erzwungene Zuführung der Luft erfolgt, die sonst aufgrund nicht ausreichender Druckunterschiede nicht erfolgen würde. Durch die Kontur und Geometrie der Lufthutze bzw. der NACA-Öffnung lässt sich das Druckniveau gezielt lokal verändern und somit direkt um den Bereich des Einlasses das gewünschte Überdruckniveau erzeugen. Dadurch wird eine höhere Flexibilität für die Positionierung des Einlasses erreicht.
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Vorteilhafterweise kann ein Einlass eines Luftkanals aus der Umgebung, an dem eine Lufthutze oder eine NACA-Öffnung angeordnet ist, am Unterboden des Fahrzeugs angeordnet sein. Dies bietet folgende Vorteile: Zum einen befinden sich bei einigen Fahrzeugmodellen im diesem Bereich mehrere Öffnungen. Da der Unterboden im Normalbetrieb weder für Insassen des Fahrzeugs noch für äußere Beobachter sichtbar ist, wird zum anderen der optische Gesamteindruck des Fahrzeugs nicht (negativ) beeinflusst.
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Im Folgenden werden bevorzugte Positionen für das elastokalorische System genannt:
- - In der Karosseriewand, insbesondere an der Fahrzeugtür;
- - im Innenraum, hierbei insbesondere an den Säulen, vor allem an der B-, C- oder D-Säule, unter den Sitzen, wodurch zusätzlich eine Sitzklimatisierung einfach erreicht wird, oder in der mittleren Armlehnen-Konsole;
- - im Deckenbereich; oder
- - im Unterboden (siehe unten).
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Besonders bevorzugt sind der Einlass des Luftkanals aus der Umgebung und das elastokalorische System im Unterboden angeordnet. Dies bietet eine Reihe von Vorteilen bezüglich des verursachten Geräuschpegels. Der Unterboden ist bei typischen Fahrzeugmodellen möglichst weit weg vom Gehör der Insassen. Zudem ist der Unterboden meist stabiler und weist eine höhere Masse auf, wodurch Vibrationen - auch von Komponenten, wie z. B. Lüftern oder einem Aktor (z.B. ein Elektromotor) des elastokalorischen Systems - reduziert werden. Darüber hinaus kann durch eine Positionierung des Einlasses am Unterboden eine direkte Zuführung der Luft aus dem zweiten Luftkanal in die Sitze realisiert werden. Ganz besonders bevorzugt wird der Einlass des Luftkanals aus der Umgebung und das elastokalorische System mittig bzw. in der Nähe der Längsachse des Fahrzeugs im Unterboden positioniert. Dort ist bei typischen Fahrzeugmodellen, insbesondere jenen mit Elektromotor, bereits Bauraum für Leitungen, unter anderem auch für die Kühlung, vorgesehen.
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Ein elastokalorisches Material kann nur einen bestimmten Temperaturunterschied (Temperaturhub) erzeugen. Bei typischen, heutzutage verwendeten elastokalorischen Materialien liegt dieser Temperaturhub bei ca. 20 - 30 K. Besonders für den zweiten und dritten Modus kann dieser Temperaturhub limitierend sein, da die Summe der Außentemperatur und des Temperaturhubs größer oder gleich der gewünschten Temperatur im Innenraum sein soll. Im zweiten Modus ist die Außentemperatur limitierend, da die Temperatur des elastokalorischen Materials nach dem erfolgten Temperaturhub durch die Luft aus der Umgebung wieder ausgeglichen werden muss. Hierfür muss das Temperaturniveau der Luft aus der Umgebung einen Wärmeübergang in der gewünschten Richtung ermöglichen. Im dritten Modus strömt die Luft aus der Umgebung in den Innenraum, sodass der Temperaturhub ausreichend sein, muss um das Temperaturniveau der Luft aus der Umgebung ausreichend zu ändern.
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Um höhere Temperaturhübe zu erreichen, kann vorgesehen sein, mehrere elastokalorische Systeme in beiden Luftkanälen anzuordnen. Die mehreren elastokalorischen Systeme wirken dann kaskadenartig auf die Luftströme ein und erwärmen diese stufenweise bzw. kühlen diese stufenweise ab.
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Das dezentrale System zum Heizen und/oder Kühlen kann auch mit einer herkömmlichen zentralen Klimaanlage (HVAC-Einheit, Heating, Ventilation, Air Conditioning) zusammenwirken.
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Zur Ansteuerung des Systems zum Heizen und/oder Kühlen sind die Komponenten des Systems - insbesondere der Aktor des elastokalorischen Systems und die Lüfter sowie die Ventile für die Führung der Luftströme - für einen Datenaustausch mit einem elektronischen Steuergerät, beispielsweise dem zentralen Bordcomputer des Fahrzeugs, verbunden. Das elektronische Steuergerät ist eingerichtet, die Komponenten zu steuern. Die Verbindung ist vorzugsweise als Funk-Verbindung oder als Nahfeldkommunikation (near field communication, NFC) ausgebildet.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1a, b zeigen schematische Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele eines ersten Modus des erfindungsgemäßen Systems.
- 2a, b zeigen schematische Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele eines zweiten Modus des erfindungsgemäßen Systems.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines dritten Modus des erfindungsgemäßen Systems.
- 4a, b, c zeigen schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems mit einem Schaltventil in drei unterschiedlichen Stellungen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Die 1 bis 3 zeigen jeweils schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Systems zum Heizen und/oder Kühlen eines (Kabinen-)Innenraums I eines nicht gezeigten Fahrzeugs in drei unterschiedlichen Modi. Das System ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen in einer Karosseriewand 1 des Fahrzeugs angeordnet und steht in Verbindung mit dem Innenraum I und der Umgebung U des Fahrzeugs. Das System kann in weiteren Ausführungsbeispielen auch in einem Unterboden des Fahrzeugs oder an anderer Stelle angeordnet sein. Das System weist in diesen Ausführungsbeispielen zwei Kanäle (siehe unten) und ein in den Kanälen angeordnetes elastokalorisches System 2 auf, das eingerichtet ist, einen Temperaturhub aufzubringen. Ein solches elastokalorisches System 2 weist elastokalorische Bänder auf, die aus elastokalorischen Material bestehen und innerhalb des Abschnitts der Luftkanäle angeordnet sind. Werden die elastokalorischen Bänder gedehnt, erfolgt eine Phasenumwandlung des elastokalorischen Materials und demzufolge ein Temperaturanstieg. Ein Luftstrom durch zumindest einen Luftkanal wird an den verformten Bändern vorbeigeführt und nimmt Wärme vom elastokalorischen System auf. Verformen sich die elastokalorischen Bänder wieder zurück, kann das elastokalorische System Wärme aufnehmen. In weiteren Ausführungsbeispielen können weitere Kanäle und weitere elastokalorische Systeme, die insbesondere kaskadenartig auf die Luft in den Kanälen einwirken, vorgesehen sein.
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Die in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele stellen rein bauliche Ausgestaltungen des Systems mit unterschiedlichen Kanalführungen in der Karosseriewand 1 für die drei Modi dar. Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems mit einem Schaltventil 3 in drei verschiedenen Stellungen. Durch die Stellungen des Schaltventils können die drei Modi ebenfalls erreicht werden. Das System umfasst zusätzliche Komponenten zur Luftführung, wie z. B. Lüfter oder Ventile, in den Kanälen sowie ein elektronisches Steuergerät, das mit den Komponenten des Systems verbunden ist und diese steuert, die aber in den 1 bis 4 aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt sind.
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In den folgenden Ausführungsbeispielen wird der Fall beschrieben, dass der Innenraum I geheizt werden soll. Für den Fall, dass der Innenraum I gekühlt werden soll, muss lediglich die Wirkweise des elastokalorischen Systems 2 umgekehrt werden.
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In den 1a, b ist jeweils ein erster Modus dargestellt. Ein erster Luftkanal 110 weist einen Einlass 111 in den Innenraum I auf, führt durch die Karosseriewand 1 und weist entweder einen Auslass 112 in die Umgebung U (1a) oder einen Auslass 113 in die Karosseriewand 1 (1b) auf. Der Auslass 112 in die Umgebung U ist in einem Unterdruckgebiet angeordnet. Ein zweiter Luftkanal 120 weist ebenfalls einen Einlass 121 in den Innenraum I auf, führt durch die Karosseriewand 1 und weist einen Auslass 122 zurück in den Innenraum I auf. Das elastokalorische System 2 ist in den beiden Luftkanälen 110, 120 angeordnet. Ein erster Luftstrom L1 wird vom Innenraum I über den Einlass 121 durch den zweiten Luftkanal 120 zum elastokalorischen System 2 geführt, erwärmt und dann weiter durch den zweiten Kanal 120 über den Auslass 122 in den Innenraum I zurückgeführt. Ein zweiter Luftstrom L2 wird vom Innenraum I über den Einlass 111 durch den ersten Luftkanal 110 zum elastokalorischen System 2 geführt, dort abgekühlt und dann weiter durch den ersten Kanal 110 entweder über den Auslass 112 in die Umgebung U (1a) abgeführt oder über den Auslass 113 in die Karosseriewand 1 abgeführt ( 1b). Wird der zweite Luftstrom L2 in die Karosseriewand 1 abgeführt, dient diese als quasi-unendliches Wärmereservoir, das Wärme vom zweiten Luftstrom L2 aufnimmt. Der zweite Luftstrom L2 entweicht schließlich über Spalte in der Karosseriewand 1 in die Umgebung. Das elastokalorische System 2 kann die Luft aus dem Innenraum I quasi unabhängig von der Temperatur der Umgebung erwärmen. Damit ist die Änderung der Temperatur des Innenraums I nur vom Temperaturhub des elastokalorischen Systems 2 abhängig.
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In den 2a, b ist jeweils ein zweiter Modus dargestellt. Ein erster Luftkanal 210 weist einen Einlass 211 aus der Umgebung U auf, führt durch die Karosseriewand 1 und weist entweder einen Auslass 212 zurück in die Umgebung U (2a) oder einen Auslass 213 in die Karosseriewand 1 ( 2b) auf. Der Einlass 211 ist in einem Überdruckgebiet angeordnet und es ist eine Lufthutze oder eine NACA-Öffnung am Einlass 211 angeordnet (nicht dargestellt). Der Auslass 212 in die Umgebung U ist in einem Unterdruckgebiet angeordnet. Ein zweiter Luftkanal 220 weist einen Einlass 221 in den Innenraum I auf, führt durch die Karosseriewand 1 und weist einen Auslass 222 zurück in den Innenraum I auf. Das elastokalorische System 2 ist in den beiden Luftkanälen 210, 220 angeordnet. Ein dritter Luftstrom L3 wird vom Innenraum I über den Einlass 121 durch den zweiten Luftkanal 220 zum elastokalorischen System 2 geführt, erwärmt und dann weiter durch den zweiten Kanal 220 über den Auslass 221 in den Innenraum I zurückgeführt. Ein vierter Luftstrom L4 wird durch das fahrende Fahrzeug entlang der Karosseriewand 1 in der Umgebung U erzeugt und über den Einlass 211 durch den ersten Luftkanal 210 zum elastokalorischen System 2 geführt, dort abgekühlt und dann weiter durch den ersten Kanal 210 entweder über den Auslass 212 in die Umgebung U (2a) abgeführt oder über den Auslass 213 in die Karosseriewand 1 abgeführt ( 2b). Es wird hierzu auf die vorstehende Beschreibung zu 1b verwiesen. Dieser zweite Modus entspricht einem reinen Umluftbetrieb. Die Temperatur der Umgebung U wirkt limitierend für die Vortemperierung des elastokalorischen Materials vor dem Temperaturhub. Wenn die gewünschte Temperatur im Innenraum I als Beispiel 25°C betragen soll und das elastokalorische System 2 einen Temperaturhub von 20 K erzeugen kann, dann muss das elastokalorische Material, nachdem es die Wärme an den dritten Luftstrom L3 abgegeben hat, durch den vierten Luftstrom L4 wieder über 5°C erwärmt werden, damit der nächste Temperaturhub ausreicht, um den Innenraum I zu heizen. Es kann auch zumindest ein weiteres elastokalorisches System 2 vorgesehen sein, das kaskadenartig auf den beiden Luftströme L3 und L4 einwirkt, um den dritten Luftstrom L3 weiter zu erwärmen.
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In 3 ist ein dritter Modus dargestellt. Ein erster Luftkanal 310 weist einen Einlass 311 aus der Umgebung U auf und führt durch die Karosseriewand 1. Der Auslass des ersten Luftkanals 310 ist in dieser Figur nicht dargestellt. Es sind aber die beiden Arten von Auslässen, die bereits in Zusammenhang mit den 1a, 1b bzw. 2a, 2b beschrieben wurden, nämlich einen Auslass in die Umgebung U und einen Auslass in die Karosseriewand 1, vorgesehen. Es wird auf die genannte Beschreibung verwiesen. Ein zweiter Luftkanal 320 weist ebenfalls einen Einlass 321 aus der Umgebung auf und führt durch die Karosseriewand 1. Der Auslass des zweiten Luftkanals 320 ist ebenfalls nicht dargestellt, aber wie in Zusammenhang mit den 1a, 1b bzw. 2a, 2b bereits beschrieben - auf deren Beschreibung hier verwiesen wird -, in den Innenraum I vorgesehen. Der Einlass 311 und der Einlass 321 sind in einem Überdruckgebiet angeordnet und es ist jeweils eine Lufthutze oder eine NACA-Öffnung an jedem der Einlasse 311, 321 oder eine gemeinsame Lufthutze oder eine gemeinsame NACA-Öffnung an beiden Einlassen 311, 321 angeordnet (nicht dargestellt). Das elastokalorische System 2 ist in den beiden Luftkanälen 310, 320 angeordnet. Ein fünfter Luftstrom L5 wird durch das fahrende Fahrzeug entlang der Karosseriewand 1 in der Umgebung U erzeugt und über den Einlass 321 durch den zweiten Luftkanal 320 zum elastokalorischen System 2 geführt, dort erwärmt und dann weiter durch den zweiten Kanal 320 über den Auslass in den Innenraum I geführt. Ein sechster Luftstrom L6, der zusammen mit dem fünften Luftstrom L5 durch das fahrende Fahrzeug entlang der Karosseriewand 1 in der Umgebung U erzeugt wird, wird über den Einlass 321 durch den ersten Luftkanal 310 zum elastokalorischen System 2 geführt, dort abgekühlt und dann weiter durch den ersten Kanal 310 entweder über einen Auslass in die Umgebung U abgeführt oder über einen Auslass in die Karosseriewand 1 abgeführt. Dieser Modus entspricht einem Zuluftbetrieb, bei dem die Luft nur aus der Umgebung U zugeführt wird. Wenn die gewünschte Temperatur im Innenraum als Beispiel 25°C betragen soll und das elastokalorische System 2 einen Temperaturhub von 20 K erzeugen kann, dann muss die Temperatur der Umgebung über 5°C liegen, damit die Heizung des Innenraums mit dem vorliegenden System möglich ist. Es kann auch zumindest ein weiteres elastokalorisches System 2 vorgesehen sein, das kaskadenartig auf den beiden Luftströme L5 und L6 einwirkt, um den fünften Luftstrom L5 weiter zu erwärmen.
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In 4 sind ist das erfindungsgemäße System mit einem Schaltventil 3 in drei unterschiedlichen Stellungen dargestellt. In 4 ist nur die Einlassseite der beiden Kanäle 410, 420 dargestellt, die innerhalb der Karosseriewand 1 angeordnet sind. Die Auslässe der beiden Kanäle entsprechen den Auslässen, die in Zusammenhang mit den 1a, 1b bzw. 2a, 2b bereits beschrieben wurden. Das elastokalorische System 2 ist hierbei ebenfalls nicht dargestellt, aber wie in Zusammenhang mit den 1a, 1b bzw. 2a, 2b ebenfalls bereits beschrieben, in den beiden Luftkanälen 410, 420 angeordnet. Es wird diesbezüglich auf die entsprechende Beschreibung verwiesen. Es ist ein Verbindungsabschnitt 400 vorgesehen, der mit den beiden Luftkanälen 410, 420 verbunden ist und zudem einen Einlass 401 vom Innenraum I und einen Einlass 402 von der Umgebung U aufweist.
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In diesem Verbindungsabschnitt 400 ist das Schaltventil 3 folgendermaßen angeordnet: In 4a verschließt das Schaltventil 3 den Einlass 402 von der Umgebung U gegenüber dem restlichen Verbindungsabschnitt 400. Gleichzeitig ist der Einlass 401 vom Innenraum I geöffnet und über den Verbindungsabschnitt 400 mit beiden Kanälen 410 und 420 verbunden. Luftströme aus dem Innenraum I können sowohl in den ersten Kanal 410 als auch in den zweiten Kanal 420 strömen und mit dem elastokalorischen System 2 wechselwirken. Mit dieser Stellung wird der erste Modus erreicht, auf dessen Beschreibung im Zusammenhang mit 1 verwiesen wird.
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In 4b ist das Schaltventil 3 so angeordnet, dass der Einlass 401 vom Innenraum I mit dem zweiten Luftkanal 420 verbunden ist und der Einlass 402 von der Umgebung U mit dem ersten Luftkanal 410 verbunden ist, die Verbindung untereinander, also zwischen dem ersten Luftkanal 410 bzw. dem Einlass 402 und dem zweiten Luftkanal 420 bzw. dem Einlass 401 aber versperrt ist. Ein Luftstrom aus dem Innenraum I wird über den Einlass 401 durch den zweiten Luftkanal 420 zum elastokalorischen System und anschließend zurück in den Innenraum I geführt. Ein Luftstrom aus der Umgebung wird über den Einlass 402 durch den Luftkanal 410 zum elastokalorischen System und schließlich wieder in die Umgebung abgeführt. Auch hier kann der Luftstrom durch das fahrende Fahrzeug entlang der Karosseriewand 1 in der Umgebung U erzeugt werden. In diesem Fall wird der Lüfter im ersten Kanal 410 nicht angesteuert. Mit dieser Stellung wird der zweite Modus erreicht, auf dessen Beschreibung im Zusammenhang mit 2 verwiesen wird.
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In 4c verschließt das Schaltventil 3 den Einlass 401 vom Innenraum I gegenüber dem restlichen Verbindungsabschnitt 400. Gleichzeitig ist der Einlass 402 von der Umgebung U geöffnet und über den Verbindungsabschnitt 400 mit beiden Kanälen 410 und 420 verbunden. Luftströme aus der Umgebung U können sowohl in den ersten Kanal 410 als auch in den zweiten Kanal 420 strömen und mit dem elastokalorischen System 2 wechselwirken. Auch hier können die Luftströme durch das fahrende Fahrzeug entlang der Karosseriewand 1 in der Umgebung U erzeugt werden. In diesem Fall werden die Lüfter in den beiden Kanälen 410, 420 nicht angesteuert. Mit dieser Stellung wird der dritte Modus erreicht, auf dessen Beschreibung im Zusammenhang mit 3 verwiesen wird.