DE112017004542T5

DE112017004542T5 - Zonales Mikroklimasystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE112017004542T5
Application number: DE112017004542.8T
Authority: DE
Inventors: Scott Richard Wolas; Lorenzo Marvin Crosatti
Original assignee: Gentherm Inc
Current assignee: Gentherm Inc
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-06-13
Also published as: CN109689429A; US20210276463A1; JP6977028B2; KR20190035916A; JP2022017559A; US20220402415A1; JP2019526493A; KR20220093000A; CN109689429B; JP7284799B2; WO2018049159A1

Abstract

Eine Belüftungseinrichtung zur Erzeugung eines Luftvorhangs für Fahrzeuginsassen umfasst einen Sitz (20), der ein Sitzpolster und eine Rückenlehne (22) aufweist. Die Rückenlehne (22) weist einen Bereich auf, der so konfiguriert ist, dass er oberhalb einer Insassenschulter angeordnet werden kann. An der Rückenlehne (22) ist innerhalb dieses Bereiches eine Luftaustrittsöffnung (32) angeordnet. Die Luftaustrittsöffnung (32) ist so konfiguriert, dass sie in Richtung auf den Kopf und Hals eines sitzenden Insassen ausgerichtet ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen: Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Provisional Application Nr. 62/385,781 , die am 9. September 2016 eingereicht wurde, und deren Inhalt hiermit durch einen Gesamtverweis aufgenommen wird.
Zum Hintergrund: Diese Offenbarung betrifft die Temperaturregelung eines Fahrzeuginnenraumes, der sich beispielsweise in einem Automobil befinden kann. Genauer gesagt, bezieht sich die Offenbarung auf ein Fahrzeug-Mikroklimasystem und ein Verfahren zur Steuerung desselben, um damit den persönlichen Komfort eines Insassen zu erhöhen.
Heizungs-, Lüftungs- und Kühlsysteme (HLK- oder HVAC-Systeme) werden in der Automobilindustrie häufig eingesetzt, um die Temperatur im Fahrzeug zu regeln und um den Komfort der Insassen zu erhöhen. Zunehmend sind in Fahrzeugen zusätzliche, unterstützende thermische Klimatisierungsvorrichtungen integriert, wie beispielsweise beheizte und gekühlte Sitze und beheizte Lenkräder, um dem Insassen ein individuelles oder personalisiertes Mikroklima zu bieten. Diese unterstützenden thermischen Klimatisierungsvorrichtungen sollen den Komfort der Insassen weiter erhöhen.
Wenn der Fahrzeuginnenraum sehr heiß oder sehr kalt ist, kann es unerwünscht lange dauern, bis mit dem HLK-System (HVAC-System) ein in thermischer Hinsicht angenehmes Gleichgewicht erreicht wird. Obwohl Mikroklima-Vorrichtungen verwendet werden können, um den Insassen den gewünschten Komfort zu bieten, sind diese Mikroklima-Vorrichtungen darüber hinaus möglicherweise nicht in der Lage, die Auswirkungen eines unkomfortablen Fahrzeuginnenraums zu beseitigen. Es ist wünschenswert, das Mikroklima, das jeder Insasse wahrnimmt, weiter zu verbessern.
Zusammenfassung: In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst ein System zur Ausbildung oder Erzeugung eines Luftvorhangs für Fahrzeuginsassen einen Sitz, der ein Sitzpolster und eine Sitzrückenlehne aufweist. Die Sitzrückenlehne weist einen Bereich auf, der solchermaßen konfiguriert oder dimensioniert ist, dass er oberhalb einer Insassenschulter angeordnet werden kann. An der Rückenlehne ist eine Luftaustrittsöffnung angeordnet, die sich in dem genannten Bereich befindet. Die Luftaustrittsöffnung ist in einer Weise konfiguriert, um einen Luftstrom angrenzend an oder gegen den Kopf und Hals eines sitzenden Insassen zu leiten.
In einer weiteren Ausführungsform einer der vorstehenden Ausführungen weist die Sitzrückenlehne eine Kopfstütze auf. Die Kopfstütze ist gegenüber oder relativ zu einer Sitzrückenlehne oder Rückenlehnenstütze verstellbar.
In einer weiteren Ausführungsform der obigen Ausführungen ist die Luftaustrittsöffnung in einer Weise konfiguriert, dass sie vom Kopf und Hals des sitzenden Insassen weg gerichtet ist.
In einer weiteren Ausführungsform einer der vorstehenden Ausführungen umfasst die Luftaustrittsöffnung ein Gehäuse und eine Öffnung oder Entlüftungsöffnung. Die Öffnung oder Entlüftung oder Entlüftungsöffnung ist relativ zum Gehäuse beweglich, um einen Luftstrom aus der Öffnung oder Entlüftung angrenzend an den Kopf und Hals des sitzenden Insassen und von diesem weg zu positionieren oder zu richten.
In einer weiteren Ausführungsform der obigen Ausführungen ist eine durch die Luftaustrittsöffnung definierte und von Luft beruhigte Totzone auf die Ohren des sitzenden Insassen ausgerichtet oder fluchtet mit dessen Ohren.
In einer weiteren Ausführungsform eines der vorstehenden Elemente ist die Luftaustrittsöffnung in einer Weise konfiguriert, um einen Luftstrom bereitzustellen, der mindestens zwei der folgenden Größen aufweist: 3,5 cfm +/-10% (cfm: cubic feet per minute; Maß für den Luftdurchsatz oder Luftvolumenstrom), eine Reynoldszahl von 4500 +/-10% und eine Luftgeschwindigkeit oder Strömungsgeschwindigkeit der Luft von 8 m/s +/-10%.
In einer weiteren Ausführungsform der obigen Ausführungen ist die Luftaustrittsöffnung eine erste Luftaustrittsöffnung oder erste Öffnung. Das Sitzpolster weist Seitenwände auf, die jeweils eine zweite Luftaustrittsöffnung aufweisen, die solchermaßen konfiguriert ist, dass sie einen weiteren Luftstrom in die Nähe der Beine eines sitzenden Insassen leitet.
In einer weiteren Ausführungsform eines der vorstehenden Elemente ist die zweite Luftaustrittsöffnung konfiguriert, um einen Luftstrom mit mindestens zwei der folgenden Größen bereitzustellen: 3,5 cfm +/-10%, einer Reynoldszahl von 4000 +/-10% und einer Luftgeschwindigkeit von 7 m/s +/-10%.
In einer weiteren Ausführungsform der obigen Ausführungen steht der Sitz in Verbindung mit einem thermoelektrischen Modul, das solchermaßen konfiguriert ist, dass es klimatisierte Luft an mindestens eine der ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen fördert oder liefert, und das einen Lufteinlass zu dem thermoelektrischen Modul umfasst, der Luft von einer Quelle bezieht, die im Wesentlichen von den ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen verschieden ist.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein System zur Erzeugung eines Luftvorhanges für Fahrzeuginsassen einen Sitz mit einem Sitzpolster und einer Sitzrückenlehne. Das Sitzpolster besitzt Seitenwände, die jeweils eine Luftaustrittsöffnung aufweisen, die in einer Weise konfiguriert ist, dass ein Luftstrom angrenzend an die Beine eines sitzenden Insassen geleitet wird, um sich über den Beinen des Insassen zu treffen, und um sich im weiteren Verlauf vom Insassen fernzuhalten.
Eine weitere exemplarische Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Erzeugen eines Luftvorhangs aus einem Sitz und um einen Fahrzeuginsassen herum. Das Verfahren umfasst den Schritt der Klimatisierung von Luft aus einem Einlass aus einer diffusen äußeren Umgebung. Die konditionierte Luft wird den ersten und zweiten Lüftungsöffnungen oder Luftaustrittsöffnungen zugeführt. Eine erste Grenzschicht aus Luft wird aus einer ersten Luftaustrittsöffnung geliefert und grenzt an den Kopf eines Insassen. Eine zweite Grenzschicht der Luft wird aus einer zweiten Luftaustrittsöffnung geliefert und grenzt an die Beine eines Insassen.
In einer weiteren Ausführungsform eines der vorstehenden Elemente oder des Verfahrens umfasst der erste Schritt zum Erzeugen einer Grenzschicht das Zuführen der ersten Grenzschicht aus der ersten Luftaustrittsöffnung, die sich auf einer Sitzrückenlehne befindet und einen Bereich oberhalb einer Insassenschulter abdeckt. Der zweite Schritt zum Erzeugen einer Grenzschicht umfasst das Zuführen der zweiten Grenzschicht aus der zweiten Luftaustrittsöffnung, die sich auf einem seitlichen Abschnitt eines Sitzpolsters befindet.
In einer weiteren Ausführungsform eines der vorstehenden Elemente stellen die erste und die zweite Grenzschicht der Luft jeweils einen Luftstrom mit mindestens zwei von folgenden drei Größen bereit: 3,5 cfm +/-10%, eine Reynoldszahl von 4250 +/-20% und eine Luftgeschwindigkeit von 7,5 m/s +/-20%.
In einer weiteren Ausführungsform eines der vorstehenden Elemente gelangen die erste und zweite Grenzschicht der Luft aus der ersten und zweiten Lüftungsöffnung oder Luftaustrittsöffnung ohne weitere Behinderung in die Fahrzeugkabine.
In einer weiteren Ausführungsform eines der vorstehenden Elemente umfasst die erste Luftaustrittsöffnung ein Gehäuse und eine Entlüftung oder Lüftungsöffnung. Die Entlüftung oder Lüftungsöffnung ist relativ zum Gehäuse beweglich, um einen Luftstrom aus der Entlüftung angrenzend an den Kopf und Hals des sitzenden Insassen und von diesem weg zu positionieren. Die erste Luftaustrittsöffnung bildet eine Totzone aus, die zwischen einem oberen Strömungsweg und einem unteren Strömungsweg angeordnet ist. Die Totzone behindert den Durchfluss durch die Luftaustrittsöffnung.
In einer weiteren Ausführungsform eines der vorstehenden Punkte wird der Klimatisierungsschritt durchgeführt, indem Luft über eine thermoelektrische Vorrichtung geleitet wird, die basierend auf dem Peltiereffekt betrieben werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der obigen Ausführungen wird der Klimatisierungsschritt durchgeführt, indem Luft über einen Wärmetauscher geleitet wird, der ein verdampfendes flüssiges Kältemittel aufweist.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform umfasst eine Luftvorhang-Entlüftung für einen Sitz ein Gehäuse. Eine Entlüftung oder Öffnung ist relativ zum Gehäuse beweglich. Die Entlüftung weist eine Höhe auf, die wesentlich größer als eine Breite ist. Die Höhe und Breite bilden einen Ausgang, der einen oberen und unteren Strömungsweg ausbildet. Zwischen dem oberen und unteren Strömungsweg ist eine Totzone angeordnet. Die Totzone ist so konfiguriert, dass sie den Durchfluss durch die Entlüftung erheblich behindert.
In einer weiteren Ausführungsform eines der vorstehenden Elemente beinhaltet die Entlüftung ein Leitblech, das mindestens 15% des Ausgangs blockiert oder verdeckt. Die Höhe ist mindestens dreimal so groß wie die Breite.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform umfasst ein Vordersitz ein Sitzkissen und eine Sitzrückenlehne, die zusammen eine Insassenauflagefläche bilden. Die Insassenauflagefläche ist konfiguriert, um einen vorne sitzenden Insassen thermisch zu konditionieren. Die Sitzrückenlehne weist ein thermisches Konditionierungsmodul gegenüberliegend zur Insassenstützfläche auf und ist konfiguriert, um einen Heckinsassen hinter dem Vordersitz thermisch zu konditionieren.
In einer weiteren Ausführungsform der obigen Ausführungen trägt die Rückenlehne eine Strahlungsheizvorrichtung, die der Insassenstützfläche gegenüberliegt.
In einer weiteren Ausführungsform der obigen Ausführungen weist die Sitzrückenlehne eine Luftaustrittsöffnung auf, die der Insassenstützfläche gegenüberliegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen: Die Offenbarung kann unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung im Detail verstanden werden, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.

1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Klimasteuerungssystems.
1A ist eine schematische Darstellung eines ersten thermoelektrischen Moduls.
1B ist eine schematische Darstellung eines zweiten thermoelektrischen Moduls.
2 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Sitzausführung mit einem System zur Erzeugung eines Luftvorhanges für Insassen.
3A stellen einen Kanal mit einer Luftaustrittsöffnung für ein Sitzpolster dar.
3B veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der in 3A dargestellten Luftaustrittsöffnung.
4 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Kanals, der im System zur Erzeugung eines Luftvorhanges für Insassen vorgesehen ist.
5 ist eine schematische Darstellung des Luftzufuhrsystems des Luftvorhanges für Insassen.
6A bis 6C sind beispielhafte Ausführungsformen des Systems zur Erzeugung eines Luftvorhanges, das in eine Sitzfläche des Sitzes integriert ist.
7 zeigt eine in einer Sitzrückenlehne vorgesehene Luftaustrittsöffnung zur Erzeugung eines Luftvorhanges für Insassen in einem Kopf- und Nackenbereich eines Insassen.
8 zeigt eine Querschnittsansicht durch die in 7 gezeigte Entlüftung entlang der Linie 8-8.
8A ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses der in 8 dargestellten Luftaustrittsöffnung.
8B ist eine perspektivische Ansicht einer Entlüftung der in 8 dargestellten Luftaustrittsöffnung.
9 veranschaulicht einen Luftvorhang für einen Insassen im Bereich des Insassenkopfes und -halses.
10 veranschaulicht schematisch den Luftvorhang für Insassen, der um einen Insassen herum erzeugt wird.
11A und 11B veranschaulichen die thermische Mikroklimaumgebung über den Insassen aus dem System zur Erzeugung eines Luftvorhangs für Insassen.
12 veranschaulicht schematisch eine rückseitig im Sitz angeordnete Mikroklima-Vorrichtung für einen Insassen.

Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorstehenden Absätze, die Ansprüche oder die folgende Beschreibung und Zeichnung, einschließlich ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen einzelnen Merkmale, können unabhängig oder in beliebiger Kombination verwendet werden. Die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale gelten für alle Ausführungsformen, es sei denn, diese Merkmale sind nicht kompatibel.
Detaillierte Beschreibung: Ein Beispiel für ein Mikroklimasteuerungssystem 10 ist schematisch in 1 dargestellt, wobei zu erwähnen ist, dass das System von dem dargestellten System abweichen kann. Ein Beispiel für ein Klimatisierungssystem ist in der PCT/US2015/058328 unter dem Titel „Vehicle Microclimate System with targeted Vasodilation of Extremities for improved overall thermal Comfort and Method of controlling same“ dargestellt, die am 30. Oktober 2015 eingereicht und hiermit durch Verweis in seiner Gesamtoffenbarung als aufgenommen gelten soll.
Das System 10 umfasst eine Steuerungseinheit 12, die den Betrieb eines HLK-Systems 14 und einer oder mehrerer Insassen-Mikroklimageräte 16 koordiniert, um eine komfortable Umgebung für die Insassen innerhalb eines Fahrzeugs zu schaffen. Es können eine oder mehrere Fußraumheizungsöffnungen verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 bildet ein Sitz 20 ein Beispiel für eine Mikroklima-Vorrichtung 18. Der Sitz 20 kann Vorrichtungen 24, 26 innerhalb des Sitzbodens oder des Kissens 21 und der Sitzrückenlehne 22 beinhalten, um die Auflageflächen der Insassen zu erwärmen und/oder zu kühlen. Eine Kopfstütze 23 kann in die Sitzrückenlehne 22 integriert oder separat verstellbar sein. Ein oder mehrere thermoelektrische Module werden verwendet, um dem Insassen die thermische Konditionierung über den Sitz 20 zur Verfügung zu stellen. So kann beispielsweise eine thermoelektrische Vorrichtung 46 (siehe z.B. 1A) oder ein Multi-Knoten-Kühlsystem verwendet werden, das durch eine Mikrokompressor-Kältemaschine (siehe z.B. 1B) gebildet ist. Diese thermoelektrischen Module sind vom HLK-System 14 des Fahrzeugs getrennt.
Unter Bezugnahme auf 1A ist das thermoelektrische Modul 46 in der Lage, sowohl zu heizen als auch zu kühlen. In einem Beispiel umfasst das thermoelektrische Modul 46 eine thermoelektrische Vorrichtung 48 mit einem Hauptwärmetauscher 70 und einem Abwärme-Wärmetauscher 72. Die thermoelektrische Vorrichtung ist in einem Gehäuse angeordnet, das mit einem Einlass 64 und mit einem ersten Auslass 66 und einem zweiten Auslass 68 ausgestattet ist, die jeweils in Fluidverbindung mit dem Hauptwärmetauscher 70 bzw. mit dem Abwärme-Wärmetauschern 72 stehen. Ein Gebläse 50 fördert Luft zur thermoelektrischen Vorrichtung 148. Die thermoelektrische Vorrichtung 48 ist in der Lage, um je nach Stromflussrichtung durch die thermoelektrische Vorrichtung 48 unter Nutzung des Peltiereffekts jeweils in einem Heizmodus zu heizen und einem Kühlmodus zu kühlen. Ein Heizelement 74 kann am Hauptwärmetauscher 50 montiert werden, um eine zusätzliche Heizung zu gewährleisten.
Unter Bezugnahme auf 1 B ist in schematischer Weise eine Mini-Kompressor-Kältemaschineneinheit 146 dargestellt. Diese umfasst einen Kompressor 78, der von einem Elektromotor 80 angetrieben wird, um ein Kältemittel durch einen Kältemittelkreislauf 76 zirkulieren zu lassen. Das Kältemittel durchläuft einen Kondensator 82, ein Expansionsventil 84 und einen Verdampfer 86, bevor es zum Verdichter 78 zurückkehrt. Das Gebläse 150 leitet Luft durch den Verdampfer 86, um klimatisierte Luft durch einen Auslass 166 zu fördern. Die Komponenten der Mini-Kompressor-Kältemaschineneinheit 146 sind klein und können im gesamten Fahrzeug verteilt und je nach Bedarf dort positioniert werden.
Unter Verweis auf die 1 und 2 kann in der Kopfstütze 23 oder in der Sitzrückenlehne 22 eine Halskonditionierungsvorrichtung 28 vorgesehen werden. Der Sitz 20 kann beispielsweise drei Einstellungen für die Wärme vorsehen, die von leitenden und/oder strahlenden Vorrichtungen geliefert werden kann. Es kann auch ein konvektiver Kopfstützenwärmer verwendet werden. Die Kühlung kann ebenso für die Halskonditionierungsvorrichtung 28 vorgesehen werden.
Das Fahrzeug kann auch andere Mikroklima-Vorrichtungen verwenden, wie beispielsweise ein beheiztes/gekühltes Lenkrad, beheizte/gekühlte Innenverkleidungen, beheizte/gekühlte Armlehnen, eine beheizte/gekühlte Mittelkonsolenabdeckung oder andere beheizte/gekühlte Oberflächen.
Mikroklimageräte mit thermischer Energiequelle können zentrale HLK, Zusatzheizungen (PTC-Heizung), zusätzliche thermoelektrische Geräte, zusätzliche HLK-Geräte wie Mini-Kompressoranlagen (z.B. 1B) usw. umfassen. Jedes Mikroklimagerät kann eine zugehörige Quelle haben oder eine Quelle mit einer anderen teilen. In letzterem Fall können Ventile verwendet werden, um die Energiezufuhr zu den einzelnen Geräten zu variieren. Mittels stationärer Belüftungsöffnungen oder mittels Belüftungsöffnungen mit beweglichen Schaufeln kann ein oszillierender Luftstrom erzeugt werden.
Eine Insassen-Komforterfassungsvorrichtung 22, wie beispielsweise ein Infrarotsensor zum Messen des thermischen Zustands oder der Hauttemperatur eines Insassen, kann verwendet werden, um dem System eine Rückmeldung zu geben und das Mikroklima des Insassen automatisch zu regeln, um solchermaßen den Insassenkomfort zu maximieren.
Um den thermischen Komfort der Insassen zu verbessern, kann es wünschenswert sein, den Insassen von der Umgebung im Fahrzeug thermisch zu isolieren, bis der Fahrzeuginnenraum ein komfortables thermisches Gleichgewicht erreicht. Alternativ oder zusätzlich kann es wünschenswert sein, ein thermisches Mikroklima um den gesamten Insassen oder um Teilbereiche des Insassen zu schaffen, um die Abhängigkeit von und den Energieverbrauch der zentralen HLK (Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage) für die Insassenklimatisierung zu reduzieren. Um dies zu erreichen, stellt der Sitz ein Luftvorhangsystem 30 für Insassen zur Verfügung, das eine Grenzschicht aus konditionierter Luft um den Insassen bildet. Diese Grenzschicht der Luft unterscheidet sich von der zugeführten Luft, z.B. aus den typischen Armaturenbrettlüftern der HLK-Anlage (Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage) oder anderswo, da diese Luft deutlich oder vollständig gestreut und stark turbulent ist, bis die klimatisierte Luft den Insassen erreicht. Somit ist diese Luft nicht in der Lage, eine diskrete Grenzschicht aus Luft um den Insassen zu bilden. Der Luftvorhang C ist eine in unmittelbarer Nähe des Insassen erzeugte Luftschicht, die den Insassen von der Luft im übrigen Innenraum oder der Grenzschicht trennt. Der Luftvorhang C unterbricht den Luftstrom aus der zentralen HLK, der auf den Insassen gerichtet ist. Der Luftvorhang C kann sich mit der Luft aus der zentralen HLK vermischen und dadurch die Temperatur und Geschwindigkeit der Luft aus der zentralen HLK verändern. Als Grenzschicht kann der Luftvorhang C als primäres Mittel zur Konditionierung des Insassen oder als primärer Effekt des Wärmeempfindens des Insassen dienen.
In einer Ausführungsform umfasst das System 30 zur Erzeugung eines Luftvorhangs für Insassen erste und zweite Luftaustrittsöffnungen 32, 34, die jeweils in der Sitzrückenlehne und der Sitzfläche vorgesehen sind. In einem Ausführungsbeispiel besitzt die Luft, die aus den Öffnungen 32, 34 austritt, jeweils eine strömungsleitende Struktur, die erste und zweite Grenzschichten der Luft erzeugt, die jeweils einen Luftstrom mit mindestens zwei von folgenden drei Größen umfassen: 3,5 cfm +/-10%, eine Reynoldszahl von 4250 +/-20% und eine Luftgeschwindigkeit von 7,5 m/s +/-20%. Die Eigenschaften der Luftströmung können vom Bereich des Luftvorhangs C abhängen und können je nach dem Umfang der Luftströmungen variieren, der von der zentralen Klimaanlage auf den Insassen gerichtet ist (z.B. höhere Strömungsdurchsätze des Luftvorhangs, die einen Puffer gegen höhere Luftmengen der zentralen HLK-Anlage bilden sollen, usw.). Die Luftströmungseigenschaften können daher in einem Bereich von 2,5-7,0 cfm, einer Reynoldszahl von 3000-8500 und einer Luftgeschwindigkeit von 5,0-15,0 m/s liegen. In einem weiteren Beispiel werden alle drei Luftströmungseigenschaften erreicht. Die Luftströmungseigenschaften beziehen sich auf durchschnittliche Werte des Luftvorhangs C oder Werte, die einem Teil des Luftvorhangs C zugeordnet sind. Die Luft von einem Einlass zum thermoelektrischen Modul wird konditioniert. Die Einlassluft kommt aus einer Quelle diffuser Umgebungsluft und stammt im Wesentlichen aus anderer Quelle als den ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen 32, 34. Das heißt, die Luft wird von dem durch die ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen 32, 34 erzeugten Luftvorhang C weggezogen, so dass der erzeugte Luftvorhang C nicht um den Insassen „gewickelt“ wird. Die konditionierte Luft wird dann ohne weitere Behinderung den ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen 32, 34 zugeführt und in die Fahrzeugkabine geleitet.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann das System 30 zur Erzeugung eines Luftvorhangs für Insassen optional eine dritte Luftaustrittsöffnung aufweisen, die sich entlang eines unteren Abschnitts des Umfangs der Sitzrückenlehne erstreckt. In einem Ausführungsbeispiel kann die dritte Luftaustrittsöffnung nach vorne zum Sitzinsassen gerichtet sein. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die dritte Luftaustrittsöffnung nach hinten zu einem Insassen eines anderen Sitzplatzes gerichtet werden.
Die erste(n) Luftaustrittsöffnung(en) 32 kann (können) durch Öffnungen im oberen Teil der Sitzrückenlehne und/oder der Kopfstütze (7 bis 9) und die zweite(n) Luftaustrittsöffnung(en) 34 kann (können) an den Seitenwänden der Sitzfläche 21 vorgesehen sein (3A bis 6C). Diese ersten Luftaustrittsöffnungen 32, die einstellbar sind, sind so positioniert, dass sie einen Luftvorhang C über den Schultern des Insassen und seitlich außerhalb und angrenzend an Kopf und Hals abgeben. Das heißt, obwohl ein kleiner Teil des Luftvorhangs C aus den Öffnungen auf den Insassen auftreffen kann, ist es beabsichtigt, den den Insassen umgebenden Raum zu kühlen oder zu erwärmen, indem der Kopf und der Hals (oder andere empfindliche Bereiche) gestreift werden und eine Grenzschicht aus Luft im Raum unmittelbar neben dem Insassen erzeugt wird. Die erste Luftaustrittsöffnung 32 ist konfiguriert 1), um eine Hülle um das Gesicht des Insassen und die angrenzenden Seiten des Halses zu schaffen, insbesondere um Luft, konditioniert oder unkonditioniert, zu den Seiten des Halses und des Gesichts des Insassen zu leiten; und 2) um zu vermeiden, dass sie auf die Rückseite des Halses gerichtet wird.
In ähnlicher Weise liefert jede der zweiten Luftaustrittsöffnungen 34, die an einem Umfang der Sitzfläche vorgesehen sind, eine Grenzschicht aus Luft um die Beine des Insassen und den unteren Rumpf. Unter Bezugnahme auf die 3A bis 6C kann ein Verbindungskanal 38 auf beiden Seiten des Sitzbodens vorgesehen oder U-förmig angeordnet sein und mehrere längliche Schlitze 40 beinhalten, die durch verstellbare Lüftungsschlitze 88 mit Lamellen 90 bereitgestellt werden können, die Luft aus dem Verbindungskanal 38 umleiten. Unter Bezugnahme auf 4 weisen die Schlitze 40, unabhängig davon, ob sie durch separate Lüftungsöffnungen oder die Wand des Lüftungskanals 38 selbst gebildet sind, eine Länge 42 auf, die wesentlich größer ist als eine Breite 44, zum Beispiel mindestens im Verhältnis von 4:1. Der Verbindungskanal 38 kann an einer oder mehreren Stellen blockiert sein, um die gewünschte Luftverteilung aus einem oder mehreren Schlitzen 40 zu gewährleisten. Ein oszillierender Luftstrom kann z.B. durch bewegliche Schaufeln erzeugt werden. Die langgestreckte Form der Schlitze 40 stellt Luftschaufeln zur Verfügung, die eine Grenzschicht bilden, die den Raum unmittelbar um den Insassen herum ausreichend durchdringt, bevor sie diffundiert. So bietet beispielsweise die zweite Luftaustrittsöffnung 34 einen Luftstrom mit mindestens zwei von folgenden drei Größen: 3,5 cfm +/-10%, eine Reynoldszahl von 4000 +/-10% und eine Luftgeschwindigkeit von 7 m/s +/-10%. Auch hier können andere Luftströmungseigenschaften durch die zweite Luftaustrittsöffnung 34 bereitgestellt werden. Auf diese Weise wird eine Grenzschicht aus Luft gebildet, um eine Hülle um einen unteren Abschnitt des Insassen zu schaffen, insbesondere 1) an den Seiten des Sitzes, um klimatisierte Luft entlang des oberen Abschnitts der Beine (d.h. des Beckenbereichs) und entlang der Seiten des Rumpfes in Richtung (und Reichweite) der Brust zu leiten; und 2) an der Vorderseite des Sitzes in Richtung der Rückseite des Knies und des umgebenden Beinbereichs. Auf diese Weise wird der Luftstrom angrenzend an die Beine eines sitzenden Insassen von den zweiten Luftaustrittsöffnungen 34 in einer Richtung 121 weg geleitet und trifft sich an einem Punkt 119 über den Beinen des Insassen, um sich vom Insassen weg fortzusetzen, wie in 10 dargestellt. Der Luftstrom kann sich später durch die Interaktion mit dem Luftstrom aus dem HLK-System (HVAC-System) beruhigen.
Unter Bezugnahme auf 5 können die erste und die zweite Luftaustrittsöffnung 32, 34 beispielsweise von einem thermoelektrischen Modul 46 versorgt werden. Das thermoelektrische Modul 46 umfasst eine thermoelektrische Vorrichtung 48, die Luft aus einem Gebläse 50 erwärmen oder kühlen kann. Die klimatisierte Luft wird mittels eines Doppelkanals 52 zu den Lüftungsschlitzen 36 und 38 verteilt. Es versteht sich an dieser Stelle von selbst, dass das System 30 zur Erzeugung eines Luftvorhangs für Insassen wahlweise auch anders als dargestellt konfiguriert werden kann, z.B. mit der in 1B dargestellten Mini-Kompressor-Kältemaschine 146.
Die beispielhaft zu verstehende zweite Konfiguration der Luftaustrittsöffnung 34 ist in den 6A bis 6C dargestellt. Typischerweise beinhaltet ein Sitzkissen 54 Verkleidungselemente 56, die an den Seitenwänden befestigt sind. Die 6A veranschaulicht die zweite Luftaustrittsöffnung 34, die innen in der Verkleidung 56 angeordnet ist, und 6B zeigt die zweite Luftaustrittsöffnung 34, beispielsweise den Lüftungskanal 38, die/der außerhalb der Verkleidung 56 vorgesehen ist. Die 6C veranschaulicht die sich vom Kissen 54 erstreckende zweite Luftaustrittsöffnung 34, durch die klimatisierte Luft zugeführt werden kann. Die Sitzfläche wird durch verstellbare Schienen 58, die z.B. am Fahrzeugboden 60 befestigt sind, beweglich getragen. Die zweite Luftaustrittsöffnung 34 bewegt sich mit dem Sitz 20 in Bezug auf den Fahrzeugboden 60.
Die 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die erste Luftaustrittsöffnung 32, die an der Sitzrückenlehne 22 montiert und in einem Bereich angeordnet ist, der beim Sitzen oberhalb einer Insassenschulter liegt. Die erste Luftaustrittsöffnung 32 beinhaltet ein Plenum 138, das ein Gehäuse 94 trägt, das im Beispiel um eine Achse drehbar ist, wie in 8 dargestellt. In dem Beispiel stellt das Plenum 138 eine äußere Struktur bereit, die einen Fluidhohlraum definiert, der die konditionierte Luft zu einer Lüftungsöffnung 96 liefert, die den Luftvorhang C erzeugt. Der Luftstrom von der linken und rechten Seite der ersten Luftaustrittsöffnungen 32 trifft sich an einem Punkt 115 vor dem Insassen, wie in 9 dargestellt. Das Gehäuse 94 ist im Allgemeinen zylindrisch geformt und beinhaltet erste und zweite Fenster 98, 100 und einen offenen Boden 102, wie in 8A am besten dargestellt. Die Lüftungsöffnung 96 ist im ersten Fenster 98 angeordnet und beinhaltet Zapfen 104, um die sich die Lüftungsöffnung 96 in Bezug auf das Gehäuse 94 dreht. Die Stellglieder 117, 118, die auf eine Eingabevorrichtung 120 ansprechen, können vom Insassen verwendet werden, um die Position eines Auslasses 106 der Lüftungsöffnung 96 in Bezug auf die Position des Insassen auf dem Sitz 20 einzustellen, so dass keine Luft direkt auf den Kopf oder Hals des Insassen geblasen wird. Auf diese Weise kann die Lüftungsöffnung 96 leicht positioniert werden, um an Insassen unterschiedlicher Höhe und Größe und mit unterschiedlichen Vorlieben angepasst zu werden.
Die Lüftungsöffnung 96 weist Lamellen 108, 110 auf, die einen ersten und zweiten Strömungsweg 114, 116 definieren, die durch eine Totzone 112 getrennt sind, in der die Luft nicht aus dem Ausgang 106 der Lüftungsöffnung 96 ausgeblasen wird. Die Lamellen 110 bilden ein Leitblech, das mindestens 15% des Ausgangs 106 blockiert, und das eine Höhe aufweist, die mindestens dem Dreifachen seiner Breite entspricht. Es versteht sich, dass kein Leitblech oder keine Leitbleche verwendet werden darf/dürfen, das/die eine geringere oder größere Menge des Ausgangs 106 blockiert oder blockieren, z.B. 5%-25%. Die Totzone 112 ist so konzipiert, dass sie auf das Ohr des Insassen ausgerichtet ist oder mit diesem fluchtet (9), welches typischerweise empfindlich auf direkten Luftstrom reagiert, so dass das Einblasen klimatisierter Luft in das Ohr unangenehm wäre. In verschiedenen Beispielen kann die Totzone 112 mit anderen empfindlichen Anatomien, wie z.B. dem Nacken, übereinstimmen oder darauf ausgerichtet sein.
Das System 30 zur Erzeugung eines Luftvorhangs für Insassen und seine Grenzschicht um den Insassen sind in den 10 bis 11B schematisch dargestellt. Das offenbarte Luftvorhangsystem 30 kann in heißen und/oder kalten Fahrzeuginnenräumen eingesetzt werden. Die Grenzschicht des Systems 30 zur Erzeugung eines Luftvorhangs für Insassen ist in „grün“ dargestellt (unerwünschte Umgebung ist in „rot“ dargestellt) und bildet eine Hülle, die den Insassen von der heißen Innenumgebung isoliert. Dies ermöglicht es den Heiz- und Kühlvorrichtungen für Sitzfläche und Sitzrückenlehne, ein komfortables Mikroklima für die Insassen besser aufrechtzuerhalten, während das HLK-System (HVAC-System) die Fahrzeuginnenraumumgebung in ein komfortableres thermisches Gleichgewicht bringt.
Unter Bezugnahme auf 12 ist auf der Rückseite des Sitzes 20 für den hinteren Insassenbereich 150 ein Mikroklima-Gerät/System vorgesehen. Das System stellt eine Strahlungsheizung 62 auf einer vertikalen Unterseite der Rückenlehne gegenüber der Insassenstützfläche des Vordersitzes 20 bereit, beispielsweise integriert mit einer Kartentasche. Ein konvektiver Heizer/Kühler mit einer Entlüftung 64 ist oberhalb des Strahlungsheizers 62 angeordnet und in einer Weise konfiguriert, um klimatisierte Luft an die unteren Enden eines Rücksitzinsassen zu leiten, insbesondere an eines oder mehrere der oberen Enden der Beine, vor den Beinen und Füße des Rücksitzinsassen. Die Entlüftung 64 ist auf einer horizontalen Fläche der Rückenlehne angeordnet, die dem Insassen zugewandt ist, kann aber auf vertikalen Flächen oder Seitenflächen zum Insassen hin angeordnet sein. Ein thermoelektrisches Modul 66 oder das HLK-System kann die konditionierte Luft der Entlüftung zuführen.
Es sollte berücksichtigt werden, dass trotz Offenbarung einer bestimmten Komponentenanordnung in der dargestellten Ausführungsform auch andere Anordnungen davon profitieren werden. Obwohl bestimmte Schrittfolgen dargestellt, beschrieben und beansprucht werden, versteht es sich, dass Schritte in beliebiger Reihenfolge, getrennt oder kombiniert durchgeführt werden können, sofern nicht anders angegeben, und dass diese Schritte dennoch Gebrauch von der vorliegenden Erfindung machen werden.
Obwohl die verschiedenen Ausführungsbeispiele spezifische Komponenten aufweisen, die in den Abbildungen dargestellt sind, sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf diese besonderen Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus einem der Beispiele in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus einem anderen der Beispiele zu verwenden.
Obwohl eine exemplarische Ausführungsform offenbart wurde, würde ein Fachmann erkennen, dass zahlreiche Änderungen weiterhin innerhalb des Geltungsbereiches der Ansprüche liegen würden. In diesem Lichte sollten die folgenden Ansprüche gelesen werden, um ihren wahren Umfang und Inhalt zu bestimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62385781 [0001]
US 2015058328 PCT [0029]

Claims

System (30) zur Ausbildung oder Erzeugung eines Luftvorhangs (C) für Fahrzeuginsassen, umfassend: - einen Sitz (20) mit einem Sitzpolster (21) und einer Sitzrückenlehne (22), wobei die Sitzrückenlehne (22) einen Bereich aufweist, der solchermaßen konfiguriert ist, dass er oberhalb eines Schulterbereichs eines Insassen angeordnet ist; - eine in der Sitzrückenlehne (22) befindliche Luftaustrittsöffnung (32), die in dem genannten Bereich angeordnet ist, wobei die Luftaustrittsöffnung (32) in einer Weise konfiguriert ist, dass sie einen Luftstrom gegen den Kopf und Hals eines sitzenden Insassen leitet.
System nach Anspruch 1, bei dem die Sitzrückenlehne (22) eine Kopfstütze (23) umfasst, welche Kopfstütze (23) gegenüber einer Konsole der Sitzrückenlehne (22) verstellbar ist, wobei sich die Luftaustrittsöffnung (32) in der Sitzrückenlehne (22) befindet.
System nach Anspruch 1, bei dem die Luftaustrittsöffnung (32) in einer Weise konfiguriert ist, dass sie vom Kopf und Hals des sitzenden Insassen weggerichtet ist.
System nach Anspruch 3, bei dem die Luftaustrittsöffnung (32) ein Gehäuse und eine Öffnung umfasst, wobei die Öffnung relativ zum Gehäuse beweglich ist, um einen von der Öffnung kommenden Luftstrom zum Kopf und Hals des sitzenden Insassen hin und vom Kopf und Hals des sitzenden Insassen weg zu richten.
System nach Anspruch 1, bei dem eine von Luft beruhigte Totzone der Luftaustrittsöffnung (32) mit den Ohren des sitzenden Insassen fluchtet.
System nach Anspruch 1, bei dem die Luftaustrittsöffnung (32) in einer Weise konfiguriert ist, dass sie einen Luftstrom erzeugt, der mindestens zwei der drei Größen aufweist: 3,5 cfm +/-10%, eine Reynoldszahl von 4500 +/-10% und eine Luftgeschwindigkeit von 8 m/s +/-10%.
System nach Anspruch 1, bei dem die Luftaustrittsöffnung (32) eine erste Luftaustrittsöffnung (32) ist, und bei dem das Sitzpolster (21) Seitenwände aufweist, die jeweils eine zweite Luftaustrittsöffnung (34) beinhalten, die in einer Weise konfiguriert sind, dass sie einen weiteren Luftstrom zu den Beinen eines sitzenden Insassen leiten.
System nach Anspruch 7, bei dem die zweite Luftaustrittsöffnung (32) in einer Weise konfiguriert ist, dass sie einen Luftstrom mit mindestens zwei der drei Größen aufweist: 3,5 cfm +/-10%, eine Reynoldszahl von 4000 +/-10% und eine Luftgeschwindigkeit von 7 m/s +/-10%.
System nach Anspruch 7, bei dem der Sitz (20) mit einem thermoelektrischen Modul in Verbindung steht, das in einer Weise konfiguriert ist, dass es klimatisierte Luft für mindestens eine der ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen (32, 34) bereitzustellen, und das einen Lufteinlass zu dem thermoelektrischen Modul umfasst, der Luft von einer im Wesentlichen unterschiedlichen Quelle zur ersten und zweiten Luftaustrittsöffnung (32, 34) bezieht.
System (30) zur Ausbildung oder Erzeugung eines Luftvorhangs (C) für Fahrzeuginsassen, umfassend: einen Sitz (20) mit einem Sitzpolster (21) und einer Sitzrückenlehne (22), wobei das Sitzpolster (21) Seitenwände aufweist, die jeweils eine Luftaustrittsöffnung (34) aufweisen, die in einer Weise konfiguriert sind, um einen Luftstrom zu den Beinen eines sitzenden Insassen zu leiten und sich über den Beinen des Insassen zu vereinigen sowie von dem Insassen wegzuführen.
Verfahren zum Erzeugen eines Luftvorhangs (C) aus einem Sitz (20) und um einen Fahrzeuginsassen herum, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Konditionieren von Luft aus einem Einlass aus einer diffusen äußeren Umgebung; - Bereitstellen der konditionierten Luft und Zuführung zu ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen (32, 34); - Erzeugen einer ersten Grenzschicht aus Luft mittels einer ersten Luftaustrittsöffnung (32) und Ausrichtung zum Kopf eines Insassen; und - Erzeugen einer zweiten Grenzschicht aus Luft mittels einer zweiten Luftaustrittsöffnung (34) und Ausrichtung zu den Beinen eines Insassen.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt der Erzeugung der ersten Grenzschicht das Zuführen der ersten Grenzschicht aus Luft von der ersten Luftaustrittsöffnung (32), die sich in einer Sitzrückenlehne (22) mit einem Bereich oberhalb einer Insassenschulter befindet, und bei dem der Schritt zur Erzeugung der zweiten Grenzschicht das Zuführen der zweiten Grenzschicht aus der zweiten Luftaustrittsöffnung (34), die sich in einer Seitenwand eines Sitzpolsters (21) befindet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die ersten und zweiten Grenzschichten der Luft jeweils einen Luftstrom bereitstellen, der mindestens zwei der drei Größen aufweist: 3,5 cfm +/-10%, eine Reynoldszahl von 4250 +/-20% und eine Luftgeschwindigkeit von 7,5 m/s +/-20%.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die erste und zweite Grenzschicht der Luft in die Fahrzeugkabine aus den ersten und zweiten Luftaustrittsöffnungen (32, 34) ohne weitere Behinderung eintreten.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die erste Luftaustrittsöffnung (32) ein Gehäuse und eine Öffnung umfasst, wobei die Öffnung relativ zum Gehäuse beweglich ist, um einen von der Öffnung kommenden Luftstrom zum Kopf und Hals des sitzenden Insassen hin und vom Kopf und Hals des sitzenden Insassen weg zu richten, wobei die erste Luftaustrittsöffnung (32) eine Totzone bereitstellt, die sich zwischen einem oberen Strömungsweg und einem unteren Strömungsweg befindet, wobei die Totzone die Strömung durch die Luftaustrittsöffnung (32) behindert.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt der Konditionierung der Luft durch Leiten von Luft durch eine thermoelektrische Vorrichtung durchgeführt wird, die basierend auf dem Peltiereffekt betreibbar ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt der Konditionierung der Luft durchgeführt wird, indem Luft über einen Wärmetauscher mit einem verdampfenden flüssigen Kältemittel geleitet wird.
Belüftungseinrichtung zur Erzeugung eines Luftvorhangs (C) für einen Sitz (20), umfassend: - ein Gehäuse; und - einen relativ zum Gehäuse bewegliche Luftaustrittsöffnung (32, 34), wobei die Luftaustrittsöffnung (32, 34) eine Höhe aufweist, die wesentlich größer als eine Breite ist, wobei die Höhe und Breite einen Ausgang eröffnen, der obere und untere Strömungspfade sowie eine zwischen den oberen und unteren Strömungspfaden angeordnete Totzone bereitstellt, wobei die Totzone in einer Weise ausgebildet ist, dass sie die Strömung durch die Luftaustrittsöffnung (32, 34) erheblich behindert.
Belüftungseinrichtung zur Erzeugung eines Luftvorhangs (C) nach Anspruch 18, bei der die Luftaustrittsöffnung (32, 34) ein Leitblech umfasst, das mindestens 15% des Ausgangs blockiert, und dessen Höhe mindestens das Dreifache seiner Breite beträgt.
Vorderer Sitz (20), umfassend: ein Sitzpolster (21) und eine Sitzrücklehne (22), die gemeinsam eine Insassenstützoberfläche bereitstellen, wobei die Insassenstützoberfläche in einer Weise ausgebildet ist, dass sie einem auf dem vorderen Sitz (20) befindlichen Insassen eine thermische Konditionierung bereitzustellen, und wobei die Sitzrückenlehne (22) ein der Insassenstützoberfläche gegenüberliegendes thermisches Konditionierungsmodul aufweist und so ausgebildet ist, dass es einem hinter dem vorderen Sitz (20) befindlichen Insassen eine thermische Konditionierung bereitstellt.
Vorderer Sitz nach Anspruch 20, bei dem die Sitzrückenlehne (22) eine Strahlungsheizvorrichtung trägt, die der Insassenstützoberfläche gegenüberliegend angeordnet ist.
Vorderer Sitz nach Anspruch 20, bei dem die Sitzrückenlehne (22) eine Luftaustrittsöffnung umfasst, die der Insassenstützoberfläche gegenüberliegend angeordnet ist.