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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Standheizung, welche insbesondere mit bestehenden Komponenten einer Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage für den Kraftfahrzeuginnenraum kombinierbar ist.
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Hintergrund
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Gängige Standheizungskonzepte für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen (Pkw) sehen zum Beispiel vor, das Kühlwasser eines Verbrennungsmotors über ein elektrisches Heizungssystem zu erwärmen. Die hierfür erforderliche elektrische Energie kann zum Beispiel über einen 230 V-Anschluss an ein stationäres Stromnetz erfolgen.
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So beschreibt beispielsweise die
US 5,012,070 bereits ein Standheizungssystem, bei welchem elektrische Widerstandsheizelemente in den Leitungen eines Kühlwasserzirkulationssystems installiert sind. Zwar kann durch Aufheizen des Kühlwassers und durch einen Wärmeaustausch mit der sich im Kraftfahrzeuginnenraum befindlichen Luft sowie durch Einschalten eines Gebläses der Fahrzeuginnenraum erwärmt werden. Allerdings wird hierbei auch das Kühlwasser und mit diesem der Motorblock des Kraftfahrzeuges erwärmt. Aufgrund der vergleichsweise hohen Wärmespeicherkapazität des Motors und des Kühlwassers ist die Einspeisung einer beträchtlichen elektrischen Energie erforderlich, um den Fahrzeuginnenraum auf eine für die Fahrzeuginsassen angenehme Temperatur aufzuheizen.
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Zudem ist für das Aufheizen eine vergleichsweise lange Zeitspanne erforderlich, da in einem zweistufigen Prozess zunächst das Kühlwasser erwärmt und die hierdurch im Kühlwasser freigesetzte Wärmeenergie anschließend an die Innenraumluft abgegeben werden muss.
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Der vorliegenden Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich seiner Energiebilanz verbessertes Standheizungssystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches insbesondere zum Aufheizen des Fahrzeuginnenraums, respektive einer Fahrgastzelle ausgebildet ist. Das System soll dabei ein vergleichsweise schnelles und energiesparsames Aufheizen des Innenraums unabhängig vom Betriebszustand des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Ferner soll sich das Standheizungssystem durch geringe Montage- und Herstellungskosten auszeichnen und einen zuverlässigen und wartungsarmen Betrieb ermöglichen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen
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Diese Aufgabe wird mit einer Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 sowie mit einem Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 8 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche sind. Die insoweit vorgesehene Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage ist zum Heizen, Belüften und/oder generell zum Klimatisieren des Fahrzeuginnenraums ausgebildet. Die Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage, welche auch als Heating-, Ventilating- und Air Conditioning(HVAC)-Modul zu bezeichnen ist, weist zumindest ein Gebläse auf, welches mit einem in den Kraftfahrzeuginnenraum mündenden Kanal oder einer vergleichbaren luftführenden Struktur in Strömungsverbindung steht.
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Mittels des Gebläses und dem hiermit in Strömungsverbindung stehenden Kanal kann entweder von außen zugeführte Frischluft oder im Kraftfahrzeuginnenraum befindliche Luft angesaugt und/oder über den Kanal oder ein verzweigendes Kanalsystem dem Kraftfahrzeuginnenraum zugeführt werden. im oder am Kanal ist stromabwärts des Gebläses zumindest ein elektrisches Heizelement angeordnet, mittels welchem die dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft, vergleichbar einem Heizlüfter, auf ein vorgegebenes Temperaturniveau erwärmt bzw. aufgeheizt werden kann.
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Mittels zumindest einem, bevorzugt mehreren in das Belüftungssystem des Kraftfahrzeugs integrierten elektrischen Heizelementen kann die dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Frischluft oder Umluft unmittelbar erwärmt werden, sodass die in Wärme umgewandelte elektrische Energie überwiegend bzw. ausschließlich für ein Erwärmen und Aufheizen der Luft der Fahrgastzelle Verwendung finden kann. Ein Aufheizen des Kühlwassers und des hiermit in thermischem Kontakt stehenden Verbrennungsmotors ist hierbei nicht vorgesehen.
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Durch die unmittelbare Erwärmung oder Aufheizung der dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft kann der Kraftfahrzeuginnenraum zügig und in kurzer Zeit sowie mit minimalem Energieaufwand auf ein für die Fahrzeuginsassen angenehmes Temperaturniveau aufgeheizt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist das stromabwärts des Gebläses angeordnete elektrische Heizelement eine Betriebsspannung im Bereich der Netzspannung auf. Mit Netzspannung ist hierbei die über ein Stromnetz bereitgestellte elektrische Spannung gemeint. Das Heizelement kann hinsichtlich seiner Betriebsspannung auf den jeweiligen Absatzmarkt der Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage, respektive des hiermit ausgestatteten Fahrzeuges abgestimmt sein. Für den europäischen Markt weist das Heizelement typischerweise eine Betriebsspannung im Bereich von 230 V auf. Für den nordamerikanischen Markt kann das Heizelement hingegen eine Betriebsspannung von 120 oder 240 V aufweisen.
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Insoweit ist vorgesehen, eine elektrische Stromversorgung des zumindest einen Heizelements über einen externen Stromanschluss bereitzustellen, sodass ein Betrieb des elektrischen Heizelements möglichst nicht oder nur unmerklich zu Lasten einer Fahrzeugbatterie geht.
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Alternativ hierzu ist ferner denkbar, dass das elektrische Heizelement eine Betriebsspannung im Bereich der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs aufweist, sodass das zumindest eine Heizelement auch autark und unabhängig von einem Anschluss an ein Stromnetz aktivierbar ist. Insoweit kann vorgesehen werden, eine Stromversorgung für das elektrische Heizelement über die im Kraftfahrzeug mitgeführte Fahrzeugbatterie bereitzustellen.
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Nach einer Weiterbildung ist das zumindest eine Heizelement stromaufwärts zumindest eines in den Kraftfahrzeuginnenraum mündenden Luftauslasses angeordnet. Es kann hierbei insbesondere vorgesehen werden, dass zumindest eine Heizelement unmittelbar angrenzend an einen Luftauslass anzuordnen. Auf diese Art und Weise kann die über das Gebläse in den Kraftfahrzeuginnenraum beförderte Luft erst unmittelbar vor einem Einströmen in den Kraftfahrzeuginnenraum erwärmt werden. Die zwischen Luftauslass und Gebläse vorgesehenen luftführenden Komponenten, wie zum Beispiel verzweigende Strömungskanäle werden hierbei kaum oder nur geringfügig aufgeheizt.
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Bei Anordnung eines Heizelements unmittelbar angrenzend an einen Luftauslass erweist es sich als vorteilhaft, wenn mehrere Heizelemente auf mehrere Luftauslässe verteilt sind. Die elektrische Leistungsaufnahme einzelner Heizelemente kann dabei an dem am jeweiligen Luftauslass vorgesehenen Luftdurchsatz angepasst und im Vergleich zu einem einzigen oder einigen wenigen vorgesehenen Heizelementen reduziert sein. Umgekehrt ist natürlich auch denkbar, lediglich ein einziges Heizelement vorzusehen, welches bevorzugt stromaufwärts einer Verzweigung des luftführenden Kanals oder Kanalsystems angeordnet ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage ferner eine Steuerung auf, mittels welcher das zumindest eine Heizelement unabhängig vom Betriebszustand des Kraftfahrzeugs aktivierbar ist. Die Steuerung kann insbesondere einen programmierbaren Timer bereitstellen, mittels welchem der Anwender Zeitpunkte und Zeitintervalle angeben kann, zu oder während welchen das zumindest eine Heizelement zum Erwärmen der Innenraumluft zu aktivieren ist.
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Die Steuerung ist dabei insbesondere dazu ausgebildet, das zumindest eine Heizelement in Kombination mit dem Gebläse zu aktivieren. Ferner kann die Steuerung mit einem Temperatursensor gekoppelt sein, mittels welchem die im Kraftfahrzeuginnenraum vorherrschende Temperatur messbar ist. Sollte die im Innenraum der gemessenen Temperatur einen vorgegebenen Sollwert erreichen, kann die Steuerung das Heizelement und/oder das Gebläse auch wieder selbsttätig deaktivieren oder hinsichtlich seiner Leistung drosseln.
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Die Steuerung kann hierbei ferner eine Wächterfunktion bereitstellen, sodass bei einem erneuten Absinken der Innenraumtemperatur das Heizelement und/oder das Gebläse wieder für eine vorgegebene Zeit und/oder bis zum erneuten Erreichen der Solltemperatur selbsttätig aktiviert oder hinsichtlich der Wärmeabgabe an den Fahrzeuginnenraum angepasst werden. Auf diese Art und Weise kann die Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage den Gesamtenergieverbrauch zum Aufheizen des Kraftfahrzeuginnenraums minimieren.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bildet das Gebläse zusammen mit dem zumindest einen in den Kanal integrierten oder am stromabwärts des Gebläses vorgesehenen Kanal angeordneten elektrischen Heizelement eine Standheizung. Es ist hierbei insbesondere vorgesehen, dass zumindest das Heizelement, bevorzugt das Heizelement als auch das Gebläse über eine externe Stromversorgung mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist, bzw. sind. So kann beispielsweise ein Versorgungs- oder Ladekabel vorgesehen werden, mittels welchem das Kraftfahrzeug zum Beispiel an eine fest installierte Steckdose eines Stromnetzes anschließbar ist.
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Mittels einer externen elektrischen Energieversorgung können die am Kraftfahrzeug vorgesehenen Energiespeicher, insbesondere eine Fahrzeugbatterie oder für einen Elektroantrieb vorgesehene Akkumulatoren für die Zwecke einer Standheizung weitgehend unbeansprucht bleiben.
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Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt ist ferner ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welches zumindest eine einen Innenraum bildende Fahrgastzelle sowie eine zuvor beschriebene Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage aufweist, Das in die Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage integrierte elektrische Heizelement kann zusammen mit dem ohnehin vorgesehenen Gebläse und dem stromabwärts hierzu vorgesehenen luftführenden Kanal eine Standheizung, insbesondere zum Aufheizen des Fahrzeuginnenraums bereitstellen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Kraftfahrzeug ferner zumindest einen Elektroantrieb und einen den Elektroantrieb speisenden Akkumulator oder einen vergleichbaren elektrischen Energiespeicher auf, der über ein Ladekabel durch Anschluss an ein Stromnetz aufgeladen werden kann. Hierbei ist insbesondere vorgesehen auch das zumindest eine Heizelement über das für das Laden des Akkumulators vorgesehenen Ladekabel mit elektrischer Energie zu beaufschlagen. Insoweit kann eine Standheizung nahezu kostenneutral in ein Elektrofahrzeug implementiert werden. Es sind lediglich elektrische Widerstandsheizelemente in einem stromabwärts eines Gebläses vorgesehenen Kanal anzuordnen und über eine entsprechende Verkabelung, respektive über eine Steuerung derart mit dem Ladekabel zu koppeln, dass die über das Ladekabel zugeführte elektrische Energie mittels der für die Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage vorgesehenen Steuerung zur Aktivierung des zumindest einen elektrischen Heizelements verwendbar ist. Da ein Elektrofahrzeug vom Endanwender im geparkten Zustand ohnehin zum Aufladen des Akkumulators an ein Stromnetz anzuschließen ist, kann eine elektrische Stromversorgung für die Elektro-Standheizung auch ohne weiteres Zutun des Endanwenders bereitgestellt werden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuginnenraums mit einer Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage und
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2 ein schematisches Blockdiagramm der Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt eine geschnittene Ansicht eines Fahrzeuginnenraums 10, welcher nach oben von einer Frontscheibe 14 und einem Dach 18 begrenzt wird. Ferner sind im Innenraum 10 Sitze 20 angeordnet, auf welchen die Fahrzeuginsassen 16 Platz nehmen können. Unterhalb der Frontscheibe 14 ist eine Armaturentafel 12 angeordnet, an welcher mehrere Luftauslässe 30, 32, 34 bzw. Luftauslassdüsen verteilt angeordnet sind. Ferner ist unterhalb der Armaturentafel 12 eine Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage 24 vorgesehen, die zumindest ein Gebläse 26 sowie eine Steuerung 28 aufweist. Der Armaturentafel 12 vorgelagert befindet sich im Fahrzeugaußenraum typischerweise ein Antrieb 22, welcher als Verbrennungsmotor und/oder als Elektroantrieb ausgebildet sein kann.
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Die 2 zeigt eine schematische, isolierte Darstellung der Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage 24. Diese weist zumindest ein Gebläse 26 sowie einen Wärmetauscher 36 auf, die in einem gemeinsamen Gehäuse 50 angeordnet sind. Ferner ist eine Steuerung 28 vorgesehen, welche zum selbsttätigen Regulieren der Innenraumtemperatur ausgebildet sein kann. Der Wärmetauscher 36 ist thermisch mit dem Antrieb 22 gekoppelt, um zum Beispiel die im Betrieb eines Verbrennungsmotors frei werdende thermische Energie über die Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage 24 dem Innenraum 10 des Kraftfahrzeugs zuführen zu können.
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Der Antrieb 22 kann ferner als Elektroantrieb ausgebildet sein und dementsprechend mit einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung, wie zum Beispiel mit einem Akkumulator 46 oder mit einer Brennstoffzelle elektrisch gekoppelt sein. Der Akkumulator 46 kann ferner über ein Ladekabel 48 mit einem stationären Stromnetz 52 zum Aufladen des Akkumulators 46 elektrisch verbunden werden.
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Da Gehäuse 50 steht ferner mit einem luftführenden Kanal 38 derart in Strömungsverbindung, dass die über das Gebläse 26 beförderte Luft über den Kanal 38 und über stromabwärts hierzu angeordnete Abzweigungen 40 zu den in den Innenraum 10 mündenden Luftauslässen 30, 32, 34 transportiert werden kann.
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Im oder am Kanal 38 ist zumindest ein elektrisches Heizelement 42 angeordnet, welches durch Beaufschlagung mit elektrischem Strom vergleichbar einem Herzlüfter den durch den Kanal 38 fließenden Luftstrom aufheizen bzw. erwärmen kann. Das zumindest eine elektrische Heizelement 42 kann prinzipiell an beliebiger Stelle in dem stromabwärts des Gebläses 26 ausgebildeten Kanalsystems vorgesehen werden. So ist insbesondere denkbar, lediglich ein oder einige wenige elektrische Heizelemente 42 stromaufwärts einer Verzweigung des Kanals 38 vorzusehen, sodass die durch den Kanal 38 strömende Luft erst nach einem Erwärmen auf unterschiedliche Luftauslässe 30, 32, 34 aufgeteilt wird.
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Alternativ oder ergänzend hierzu ist natürlich auch denkbar, einzelne elektrische Heizelemente 42 einigen ausgewählten oder sämtlichen Luftauslässen 30, 32, 34 vorgelagert anzuordnen. Hierbei wird die über den Kanal 38 zugeführte Luft erst unmittelbar vor einem Einströmen in den Innenraum 10 erwärmt.
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Die einzelnen elektrischen Heizelemente 42 sind als Widerstandsheizelemente ausgebildet und weisen bevorzugt eine Betriebsspannung auf die derjenigen des Stromnetzes 52 entspricht. Die Energieversorgung der elektrischen Heizelemente 42 kann insbesondere über das an das Stromnetz 52 anschließbare Ladekabel 48 erfolgen, sodass die an Bord des Kraftfahrzeugs befindlichen Energiespeicher entsprechend geschont werden können.
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Des Weiteren kann vorgesehen werden, eine Aktivierung sowie die Deaktivierung einzelner oder sämtlicher elektrischen Heizelemente 42 über die Steuerung 28 vorzunehmen. Die Steuerung 28 kann insoweit programmierbar und ferner dazu ausgestaltet sein, entsprechend den Benutzervorgaben zu einer vorgegebenen Zeit für ein vorgegebenes Zeitintervall, zumindest eine der elektrischen Heizelemente 42, bevorzugt kombiniert mit dem Gebläse 26, zu aktivieren.
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Insbesondere wenn einzelne Heizelemente 42 den im Innenraum 10 verteilt angeordneten Luftauslässen 30, 32, 34 gesondert zugeordnet sind, können unterschiedliche Standheizungsmodi verwirklicht werden. So kann zum Beispiel vorgesehen werden, lediglich diejenigen Luftauslässe 30 mit erwärmter Luft zu beaufschlagen, die in unmittelbarer Nähe zur Frontscheibe 14 angeordnet sind. Auf diese Art und Weise kann zum Beispiel eine selektive Enteisung der Frontscheibe bereitgestellt werden, auch ohne den Innenraum 10 vollständig aufheizen zu müssen.
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Ferner ist denkbar, lediglich diejenigen nahe eines Lenkrades angeordneten Luftauslässe 32 mit erwärmter Luft zu beaufschlagen, um zum Beispiel eine Art Lenkradstandheizung zu implementieren. Die Anordnung einzelner oder mehrerer elektrischer Heizelemente 42 im oder am luftführenden Kanal 38 einer Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage kann somit in einer vergleichsweise energiesparenden Art und Weise ein multifunktionales sowie kostengünstig zu implementierendes Konzept zum Aufheizen des Fahrzeuginnenraums 10 bereitstellen.
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Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Innenraum
- 12
- Armaturentafel
- 14
- Frontscheibe
- 16
- Fahrzeuginsasse
- 18
- Dach
- 20
- Sitz
- 22
- Antrieb
- 24
- Heiz-, Belüftungs- oder Klimaanlage
- 26
- Gebläse
- 28
- Steuerung
- 30
- Luftauslass
- 32
- Luftauslass
- 34
- Luftauslass
- 36
- Wärmetauscher
- 38
- Kanal
- 40
- Abzweig
- 42
- elektrisches Heizelement
- 46
- Akkumulator
- 48
- Ladekabel
- 50
- Gehäuse
- 52
- Stromnetz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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