DE69523606T2

DE69523606T2 - Temperaturregelanordnung und -methode für einen sitz

Info

Publication number: DE69523606T2
Application number: DE69523606T
Authority: DE
Inventors: F. Gallup; T. Gregory; R. Karunasiri; R. Noles
Original assignee: Amerigon Inc
Current assignee: Gentherm Inc
Priority date: 1994-08-10
Filing date: 1995-08-10
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2015-08-11
Also published as: WO1996005475A1; DE69523606D1; CN1158655A; JP3920329B2; AU3243795A; US5626021A; EP0775284A1; EP0775284B1; EP0775284A4; KR100372088B1; JPH10504977A; ATE208029T1; CN1144003C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Regeln der Temperatur in einem eine variable Temperatur aufweisenden Sitz.
Die Kühlung oder Erwärmung von Insassen von Gebäuden, Häusern, Automobilen oder ähnlichem wird im allgemeinen durch Konvektion durch Modifizieren der Temperatur von Luft ausgeführt, die die Umgebung der Insassen umgibt. Die Wirksamkeit von Konvektionserwärmung oder -kühlung ist weitgehend abhängig von der Fähigkeit der temperierten bzw. klimatisierten Luft, alle Abschnitte des Körpers des Insassen zu kontaktieren und zu umgeben. Es wird allgemein angenommen, daß die Erwärmung und Kühlung von Insassen durch Konvektion in solchen Anwendungen, wie Häusern, Büros und anderen ähnlichen Strukturen, effizient ist, wo die Insassen nicht stationär oder in einer Position fixiert sind, sondern sich vielmehr umherbewegen, wodurch ein maximaler Kontakt mit der temperierten Luft gestattet wird.
In anderen Anwendungsfällen, wie beispielsweise Automobilen, Flugzeugen, Bussen und ähnlichem, sind die Insassen üblicherweise in einer Position mit einem großen Teil ihrer Körperfläche an der Oberfläche eines Sitz anliegen, isoliert von Effekten der temperierten Luft, fixiert. In derartigen Anwendungen ist die Verwendung der Verteilung von temperierter Luft in die Kabine des Fahrzeugs, um den Insassen zu wärmen oder zu kühlen, aufgrund der etwas begrenzten Kontaktfläche mit dem Körper des Insassen weniger effektiv. Zusätzlich befindet sich häufig die Oberfläche des Sitzes beim ersten Kontakt mit dem Insassen auf einer Temperatur nahe der Umgebungstemperatur, wodurch das Erfordernis vergrößert wird, für eine rasche Temperaturkompensation für den Insassen in einer effektiven Art und Weise zu sorgen.
Zur Lösung des Problems, eine effektive Erwärmung oder Kühlung des Insassen bei derartigen Anwendungen bereitzustellen, sind Sitze zur Aufnahme einer Innenströmung eines Heiz- oder Kühlmediums und zur Verteilung desselben über die Sitzfläche auf die Oberfläche des mit dem Sitz in Kontakt befindlichen Insassen aufgebaut worden. Ein bevorzugtes Heiz- und Kühlmedium ist Luft. Ein in dieser Weise aufgebauter Sitz vergrößert die Effizienz der Erwärmung und der Kühlung eines Reisenden durch Konvektion, indem temperierte Luft direkt auf die Oberfläche des Insassen verteilt wird, der im allgemeinen von einem Kontakt mit temperierter Luft isoliert ist, die durch die Kabine des Fahrzeugs verteilt wird.
Das US-Patent Nr. 4,777,802 offenbart eine Heizdeckenanordnung mit Kanälen, durch die temperierte Luft zirkuliert werden kann, um durch direkte Leitung zu wärmen oder zu kühlen. Erwärmung oder Kühlung durch direkte Leitung kann auch unter Verwendung von Vorrichtungen mit Peltier-Effekt erzielt werden, wie es in dem US-Patent Nr. 3,136,577 beschrieben ist. Es kann jedoch keine Temperaturregelung ausgeführt werden, um unterschiedlichen gewünschten Heiz- und Kühlwerten Rechnung zu tragen.
Das US-Patent Nr. 4,923,248, erteilt für Feher, offenbart ein Sitzpolster und eine Rückenstütze, die eine innere Kammer zum Verteilen von temperierter Luft von einem thermoelektrischen Peltier-Modul durch die Oberfläche von dem Sitzpolster und zu einer angrenzenden Oberfläche von einem Insassen aufweisen. Die temperierte Luft wird durch Verwendung eines Gebläses geliefert, um Umgebungsluft über die Rippen von einem Peltier-Modul zu blasen. Die Erwärmung oder Kühlung des Insassen wird durch Änderung der Polarität von der Elektrizität erzielt, die das Peltier-Modul speist.
Das US-Patent Nr. 5,002,336, erteilt für Feher, beschreibt eine verbundene Sitz- und Rückenstützenkonstruktion, die eine innere Kammer zum Aufnehmen und Verteilen von temperierter Luft durch den Sitz und zu einer angrenzenden Oberfläche von einem Insassen aufweist. Wie bei dem US-Patent Nr. 4,923,248 wird die temperierte Luft durch ein thermoelektrisches Peltier-Modul geliefert und durch ein elektrisches Gebläse durch die Innenkammer hindurch verteilt.
Das US-Patent Nr. 5,117,638, erteilt für Feher, offenbart eine selektiv gekühlte oder geheizte Sitzkonstruktion und eine Einrichtung zur Lieferung von temperierter Luft. Die Sitzkonstruktion weist eine innere Kammer, eine Kunststoffgitterschicht, eine Metallgitterschicht und eine perforierte äußere Schicht auf. Die Einrichtung zur Lieferung der temperierten Luft ist ein Wärmetauscher, der ein thermoelektrisches Peltier-Modul und ein Gebläse aufweist. Eine Erwärmung oder Kühlung des Insassen wird dadurch erreicht, daß die Polarität der das Peltier-Modul speisenden Elektrizität umgeschaltet wird.
Die im Fachgebiet bekannten Sitzkonstruktionen, welche sich mit dem Erfordernis befassen, eine effizienteres Verfahren zum Erwärmen oder Kühlen des Insassen bereitzustellen, haben sich bisher nicht mit dem Erfordernis befaßt, temperierte bzw. klimatisierte Luft an einen Insassen in einer Art und Weise zu liefern, die sowohl den Komfort des Insassen maximiert als auch die Energieeffizienz maximiert. Ferner haben sich im Fachgebiet bekannte Sitzkonstruktionen bisher nicht mit der Möglichkeit befaßt, temperierte Luft an ein zweites Medium zu liefern, das mit dem Insassen in Kontakt steht, um eine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung herbeizuführen.
Das stetig zunehmende Umweltbewußtsein und das Erfordernis, Ressourcen einzusparen, hat zu dem Erfordernis geführt, durch Kohlenwasserstoffe angetriebene Fahrzeuge, wie beispielsweise das Automobil, durch Fahrzeuge zu ersetzen, die durch eine umweltfreundliche Energiequelle, wie beispielsweise Elektrizität, angetrieben werden. Der Ersatz von gegenwärtigen Kohlenwasserstoff-Automobilen durch elektrisch angetriebene Fahrzeuge wird nur Realität werden, wenn das elektrisch gespeiste Fahrzeug in einer Art und Weise betrieben und gehalten werden kann, die gleich oder besser ist als diejenige von mit Kohlenwasserstoff angetriebenen Automobilen, das es ersetzt. Demzufolge ist die Notwendigkeit für elektrische Fahrzeuge, in einer elektrisch effizienten Art und Weise zu arbeiten, wichtig für den Erfolg des Elektrofahrzeugs.
Um die elektrische Effizienz von dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug möglichst groß zu machen, ist es notwendig, daß die elektrische gespeisten Hilfskomponenten des Elektrofahrzeugs mit einem maximalen elektrischen Wirkungsgrad arbeiten. Die im Fachgebiet bekannten Sitze, die temperierte Luft an einen Insassen liefern, arbeiten nicht in einer elektrisch effizienten Art und Weise. Die Temperatur der Luft, die durch die thermoelektrischen Peltier-Vorrichtungen in derartigen Sitzen konditioniert wird, wird dadurch eingestellt, daß die überschüssige Energie durch einen Widerstand abgeleitet wird, d. h. durch Verwendung eines Potentiometers. Die Praxis der Abfuhr überschüssiger Energie, anstatt daß nur diejenige Energiemenge geliefert wird, die zum Betreiben der thermoelektrischen Peltier-Vorrichtungen erforderlich ist, macht derartige Sitze ungeeignet für solche Energiesensitiven Anwendungen, wie beispielsweise das Elektrofahrzeug, und auch andere Anwendungen, wo elektrische Effizienz von Bedeutung ist.
Die im Fachgebiet bekannten Sitze, die aufgebaut sind, um temperierte Luft an einen Insassen zu liefern, sind dahingehend einstellbar, daß der Insasse wählen kann, entweder erwärmte Luft oder gekühlte Luft zu erzeugen. Die bekannten Sitze sind jedoch nicht in der Lage, die Temperatur oder die Strömungsrate der gekühlten oder erwärmten Luft automatisch zu regeln, die an den Insassen abgegeben wird, falls die thermoelektrische Vorrichtung nicht richtig arbeitet oder falls der Benutzer einschläft. Eine elektrische Fehlfunktion der thermoelektrischen Vorrichtung könnte eine abnormale Erwärmung der Vorrichtung zu Folge haben, wodurch die thermoelektrische Vorrichtung selbst beschädigt wird. Eine elektrische Fehlfunktion könnte die Verteilung von heißer Luft an den Insassen zur Folge haben und ein Unbehagen nach sich ziehen. Zusätzlich kann eine Innentemperatureinstellung von maximaler Wärme oder maximaler Kälte, die unbeeinflußt bleibt, falls der Insasse einschläft, eine Beschädigung an der thermoelektrischen Vorrichtung selbst bewirken oder kann Beschwerden oder sogar eine Verletzung des Insassen verursachen.
Die im Fachgebiet bekannten Sitze sind zwar in der Lage, die Verteilung von Luft zum Sitzboden oder zur Sitzlehne über eine Einstellung durch den Insassen zu verändern, sie gestatten jedoch nicht, daß der Insasse die Temperatur der Luft, die zu oder durch die Sitzlehne oder den Sitzboden strömt, unabhängig verändern kann. Die Option, selektiv den einen Abschnitt von dem Sitz erwärmen zu können und den anderen kühlen zu können, kann wünschenswert sein, wo der Insasse eine derartige selektive Behandlung aufgrund eines bestimmten medizinischen Zustandes oder einer Verletzung fordert. Beispielsweise würde es an einem kalten Tag wünschenswert sein, erwärmte Luft zur Sitzlehne für ein Wohlbefinden des Insassen und gekühlte Luft zum Sitzboden zu leiten, um die Heilung einer kürzlich aufgetretenen Beinverletzung zu unterstützen.
Zusätzlich sorgen im Fachgebiet bekannte Sitze nicht für eine konduktive Kühlung durch eine lochfreie Sitzfläche und bauen vollständig auf eine konvektive Wärmeübertragung. Im Fachgebiet bekannte Sitze sorgen für eine konduktive Erwärmung durch Verwendung von Widerstandsdraht, der in der Sitzfläche angeordnet ist. Jedoch können derartige Sitze nicht für eine konduktive Kühlung sorgen. Konduktive Erwärmung und Kühlung ist eine effektive Methode zum Übertragen von Wärme oder Kälte von einer Sitzfläche zu berührenden Abschnitten eines sitzenden Insassen.
Es ist deshalb wünschenswert, daß ein Sitz mit veränderlicher Temperatur ein Regelsystem und ein Verfahren zum Regeln der Temperatur und Strömungsrate von temperierter bzw. klimatisierter Luft zu einem Insassen aufweist, der in dem Sitz sitzt. Es ist wünschenswert, daß das Regelsystem den Sitz in einer elektrisch effizienten Art und Weise betreibt und ihn ideal macht für eine Verwendung in Energie-empfindlichen Anwendungen, wie beispielsweise dem elektrisch betriebenen Fahrzeug. Es ist wünschenswert, daß das Regelsystem den Sitz in einer Art und Weise betreibt, die die Möglichkeit von Gerätebeschädigung, Unbehagen des Insassen oder Verletzung eliminiert. Es ist wünschenswert, daß das Regelsystem die unabhängige Verteilung von erwärmter oder gekühlter Luft zur Sitzlehne oder zum Sitzboden gestattet. Es ist wünschenswert, daß ein Sitz mit veränderlicher Temperatur ein Regelsystem aufweist, das für eine konduktive und auch konvektive Wärmeübertragung zu einem Insassen des Sitzes sorgen kann. Es ist auch wünschenswert, daß das Regelsystem einfach mit einem minimalen Zutun durch den Insassen zu betreiben ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Regeln des Temperaturklimas in einem temperaturveränderlichen Insassensitz bereitgestellt, wobei das System aufweist: einen Insassensitz mit inneren Luftkanälen, die darin zum Umwälzen von temperierter bzw. klimatisierter Luft angeordnet sind, wobei wenigstens ein Luftkanal neben einer äußeren Oberfläche angeordnet ist, die den Sitz überdeckt, um eine konduktive Wärmeübertragung zu und von einem sitzenden Insassen zu bewirken; eine Wärmepumpe zum Liefern von temperierter Luft, wobei die Wärmepumpe einen Luftauslaß aufweist, der mit einem Lufteinlaß des Sitzes verbunden ist; eine Einrichtung zum Überwachen der Temperatur der temperierten Luft; und einen Steuerschalter zum gleichzeitigen Aktivieren des Systems und zum Wählen eines gewünschten Heiz- oder Kühlbetriebspegels; gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die auf die Überwachungseinrichtung reagiert, zum Regeln der zur Wärmepumpe gerichteten Energiemenge in einem Sinn, um temperierte Luft bei einer gewünschten Temperatur zu liefern, die dem gewünschten Heiz- oder Kühlpegel entspricht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Regeln des Temperaturklimas in einem temperaturveränderlichen Insassensitz bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Aktivieren einer Anzahl von thermoelektrischen Modulen, um ein Wärmeübertragungsmedium zu kühlen; Aktivieren von wenigstens einer Transporteinrichtung, die neben den thermoelektrischen Modulen angebracht ist, um gekühltes Wärmeübertragungsmedium von den Modulen zu einem temperaturveränderlichen Sitz zu leiten, gekennzeichnet durch die Schritte, daß ein gewünschter Kühlpegel eingestellt wird und sowohl die Energiemenge, die den thermoelektrischen Modulen zugeführt wird, als auch die Geschwindigkeit der Transporteinrichtung in einem Sinn geregelt wird, daß eine gewünschte Kühltemperatur, die dem gewünschten Kühlpegel entspricht, erreicht wird.
Wie es hierin nachfolgend beschrieben wird, weist jede Wärmepumpe eine Anzahl von thermoelektrischen Peltier-Modulen zum selektiven Erwärmen oder Kühlen von Umgebungsluft in einem Hauptwärmetauscher auf. Die erwärmte oder gekühlte Luft wird durch ein Haupttauschergebläse zu dem Sitz geleitet. Jede Wärmepumpe weist auch einen Abwärmetauscher auf zum Entfernen von unerwünschter Wärme oder Kühlung von das Peltier-Modulen. Die unerwünschte Wärme oder Kühlung wird durch ein Abwärmetauschergebläse an die Außenumgebung geleitet.
Jedes Hauptgebläse kann über einen Gebläseschalter manuell eingestellt werden, um bei einer Vielfalt von vorbestimmten Drehzahlen zu arbeiten. Jedes Peltier-Modul kann über einen Temperaturschalter manuell eingestellt werden, um in verschiedenen Heiz- oder Kühlarten zu arbeiten. Die elektrische Energie zu jedem Peltier-Modul wird mit einem Tastverhältnis gepulst, das einer bestimmten Heiz- oder Kühlbetriebsart entspricht, um den elektrischen Wirkungsgrad zu optimieren. Jede Wärmepumpe kann unabhängig über getrennte Gebläse- und Temperaturschalter betrieben werden oder sie können gleichzeitig durch einen gemeinsamen Gebläse- und Temperaturschalter betrieben werden. Alternativ kann jede Wärmepumpe automatisch durch die Steuereinrichtung betrieben werden, wenn der temperaturveränderliche Sitz gemäß der Aktivierung eines Insassen-Vorhanden-Schalters besetzt ist.
Nachdem eine Anfangseinstellung von Gebläsedrehzahl und Peltier-Temperatur gewählt worden ist, überwacht die Steuereinrichtung die von jeder Wärmepumpe weitergegebene Temperaturinformation. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung auch so aufgebaut sein, daß sie durch die Verwendung von zusätzlichen Temperatursensoren die Umgebungstemperatur der Luft, die den Insassen des temperaturveränderlichen Sitzes umgibt, und auch die Temperatur der klimatisierten Luft überwacht, die auf den Insassen des temperaturveränderlichen Sitzes gerichtet ist. Die Steuereinrichtung steuert den Betrieb jedes Haupttauschergebläses, jedes Abwärmetauschergebläses und jedes Peltier-Moduls gemäß einer Temperaturklima-Steuerlogik. Die Steuerlogik ist so ausgelegt, daß sie das Wohlbefinden des Insassen maximiert und die Möglichkeit einer Gerätebeschädigung, eines Unbehagen des Insassen oder sogar einer Verletzung des Insassen im Falle einer Systemfehlfunktion minimiert.
Die Steuerlogik ist so ausgelegt, daß sie die Energiezufuhr der Peltier-Module und/oder jedes Haupttauschergebläses in dem Fall unterbricht oder begrenzt, daß die Wärmepumpentemperatur eine vorbestimmte maximale Temperatur oder eine vorbestimmte minimale Temperatur über- bzw. unterschreitet, wobei eine mögliche Fehlfunktion der Wärmepumpe angezeigt wird. Zusätzlich ist die Steuerlogik so ausgelegt, daß die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen eingestellt wird, falls die Temperatur der klimatisierten Luft, die zu dem Insassen des temperaturveränderlichen Sitzes geleitet wird, eine vorbestimmte maximale oder minimale Temperatur über- bzw. unterschreitet.
Die Steuerlogik ist auch so ausgelegt, daß die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen während der Kühlbetriebsart begrenzt wird, wenn die Temperatur der dem Insassen zugeführten Kühlluft eine vorbestimmte Zeitperiode überschreitet, wodurch ein mögliches Unbehagen des Insassens, das mit einer Unterkühlung des Rückens des Insassen verbunden ist, minimiert wird. Zusätzlich ist die Steuerlogik so aufgebaut, daß sie die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen während der Kühlbetriebsart begrenzt, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungsluft, die den Insassen des temperaturveränderlichen Sitzes umgibt, und der klimatisierten Luft, die auf den Insassen gerichtet ist, größer als ein vorbestimmter Betrag ist.
Es werden nun ein System und ein Verfahren zum Regeln des Temperaturklimas in einem variablen Insassensitz und gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine halbschematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines temperaturveränderlichen Sitzes ist;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Temperaturklima-Regelsystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein Flußdiagramm ist, das eine Temperaturklima-Regellogik für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Temperaturklima-Regelsystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 ein Flußdiagramm ist, das eine Temperaturklima-Regellogik für das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 7 eine halbschematische Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines temperaturveränderlichen Sitzes ist, der Luftkanäle zum Durchführung einer konduktiven Wärmeübertragung aufweist;
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines Temperaturklima-Regelsystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 9 ein Flußdiagramm ist, das eine Kühlbetriebslogik für ein erstes Regelverfahren ist, das bei dem in Fig. 8 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;
Fig. 10 ein Flußdiagramm ist, das eine Heizbetriebslogik für das erste Regelverfahren darstellt, das bei dem in Fig. 8 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;
Fig. 11 ein Flußdiagramm ist, das eine Heizbetriebslogik für ein zweites Regelverfahren darstellt, das mit dem in Fig. 8 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird; und
Fig. 12 ein Flußdiagramm ist, das eine Kühlbetriebslogik für ein drittes Regelverfahren darstellt, das mit dem in Fig. 8 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.

Detaillierte Beschreibung

Ein Temperaturklima-Regelsystem (TCCS - Temperature Climate Control System), das in der Praxis dieser Erfindung bereitgestellt wird, kann verwendet werden, um die Temperatur von einem Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Luft, zu regeln, das durch einen temperaturveränderlichen Sitz (VTs - Variable Temperature Seat) verteilt und zu einem sitzenden Insassen gerichtet wird. Das TCCS kann in verschiedenen VTs- Anwendungen verwendet werden, wo es erforderlich ist, daß ein Insasse für einen Zeitraum sitzen bleiben muss, wie beispielsweise in Automobilen, Zügen, Flugzeugen, Bussen, Zahnarztstühlen, Friseurstühlen und ähnliches, oder wo ein Insasse einfach einen zusätzlichen Grad an Komfort wünscht, während er/sie bei der Arbeit oder zuhause sitzt, wie beispielsweise Bürostühlen, Heim-Lehnstühlen und ähnliches. Das TCCS, das gemäß der Praxis dieser Erfindung konfiguriert ist, um in einer Art und Weise zu arbeiten, die einem Insassen, der in einem VTs sitzt, einen maximalen Grad an Komfort zu liefern, gestattet dem Insassen, sowohl die Strömungsrate als auch die Temperatur der Luft manuell einzustellen, die durch die Sitzfläche geleitet und auf den Insassen gerichtet wird.
Das TCCS ist so aufgebaut, daß es die manuellen Einstellungen von Strömungsrate und Temperatur automatisch übergeht bzw. übersteuert, wenn es fühlt, daß die Temperatur der auf den Insassen gerichteten Luft über einem vorbestimmten Einstellpunkt für die maximale Temperatur oder unter einem vorbestimmten Einstellpunkt für die minimale Temperatur liegt. Somit wird sowohl der Komfort des Insassen als auch die Sicherheit des Insassen für den Fall maximiert, daß der Insasse entweder einschläft oder falls die die temperierte bzw. klimatisierte Luft erzeugende Vorrichtung fehlerhaft funktioniert. Das TCCS weist auch Zeitsteuerungen auf und ist so konfiguriert, daß sie die manuellen Einstellungen für Strömungsrate und Temperatur während des normalen Betriebs automatisch zu übergeht, um ein Rückenunbehagen zu verhindern. Zusätzlich wird die Vorrichtung, die die temperierte Luft erzeugt, in einer den elektrischen Wirkungsgrad maximierenden Art und Weise betrieben, was sie für Anwendungen, die gegenüber elektrischem Verbrauch empfindlich sind, wie beispielsweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge, gut geeignet macht.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines VTs 10, der eine Sitzlehne 12 und einen Sitzboden 14 aufweist, um die Unterstützung eines menschlichen Insassen in der sitzenden Position zu übernehmen. Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht von einem VTs zu Zwecken der Darstellung und Klarheit. Dementsprechend sollte es verständlich sein, daß der VTs in anderen Ausführungsbeispielen als dem speziell dargestellten aufgebaut sein kann. Der VTs kann mit einem außenseitigen Oberflächenüberzug 16 versehen sein, der aus einem geeigneten Material hergestellt ist, das die Strömung von Luft durch seine Oberfläche gestattet, wie beispielsweise mit Löchern versehenes Vinyl, Stoff, Leder oder ähnliches. Eine Polsterschicht 17, wie beispielsweise vernetzter Schaum, kann unter der Außenfläche 16 liegen, um den Komfort des Insassen zu erhöhen.
Der VTs kann aus einem (nicht dargestellten) Metallrahmen aufgebaut sein, der im allgemeinen die Sitzkonfiguration bestimmt und einen Sitzboden- und Sitzrückenpolster 18 aufweist, die aus Schaum und ähnlichem hergestellt sind. Eine Anzahl von Luftkanälen 20 ist in jedem Sitzpolster angeordnet und erstreckt sich von der Polsterschicht 17 durch die Sitzpolster und entweder zu einem Sitzboden-Lufteinlaß 22 oder einem Sitzlehnen-Lufteinlaß 24. Obwohl ein bestimmtes Ausführungsbeispiel von einem VTs speziell beschrieben worden ist, dürfte es sich verstehen, daß das TCCS gemäß der vorliegenden Erfindung mit jedem Typ von VTs arbeiten soll, der die gleichen allgemeinen Merkmale hat.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des TCCS gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen VTs 10 mit umfaßt. Die Luft, die durch den Sitz hindurch und zu dem Insassen geleitet wird, wird durch eine Wärmepumpe temperiert bzw. klimatisiert. Dieses erste Ausführungsbeispiel enthält eine Sitzlehnen-Wärmepumpe 26 für eine Temperatursteuerung der Luft, die durch die Sitzlehne 12 des VTs geleitet wird, und eine Sitzboden-Wärmepumpe 28 für eine Temperatursteuerung der Luft, die durch den Sitzboden 14 des VTs geleitet wird. Die Sitzlehnen-Wärmepumpe und Sitzboden-Wärmepumpe weisen jeweils wenigstens eine thermoelektrische Vorrichtung 30 bzw. 32 für eine Temperatursteuerung, d. h. eine selektive Erwärmung oder Kühlung der Luft, auf. Eine bevorzugte thermoelektrische Vorrichtung ist ein thermoelektrisches Peltier-Modul. Jede Wärmepumpe kann mehr als ein thermoelektrisches Peltier-Modul aufweisen. Eine bevorzugte Wärmepumpe enthält etwa drei thermoelektrische Peltier-Module.
Jede Wärmepumpe weist einen Hauptwärmetauscher 34 und 36, der (nicht dargestellte) die Lufttemperatur steuernde Rippen umschließt, die von der einen Oberfläche der Peltier-Module herabhängen, und einen Abwärmetauscher 39 und 40 auf, der (nicht dargestellte) Wärmetauscherrippen umschließt, die sich von der Peltier-Moduloberfläche gegenüber dem Hauptwärmetauscher aus erstrecken. An dem einen Ende jedes Hauptwärmetauschers ist ein Auslaß Haupttauschergebläses 42 und 44 befestigt, der dazu dient, die temperierte Luft in jedem Hauptwärmetauscher zu der Sitzlehne bzw. dem Sitzboden zu leiten. Jedes Haupttauschergebläse kann ein elektrisches Gebläse mit einer geeigneten Strömungsrate aufweisen, wie beispielsweise ein Axialgebläse und ähnliches. Das Auslaßende jedes Hauptwärmetauschers ist mit einer Luftleitung 46 und 48 verbunden, die mit dem entsprechenden Sitzlehnen-Lufteinlaß 24 oder dem Sitzboden-Lufteinlaß 22 verbunden ist. Dementsprechend wird die temperierte Luft, die durch die thermoelektrischen Peltier-Module in jedem Hauptwärmetauscher erzeugt wird, von dem Haupttauschergebläse durch die entsprechende Luftleitung, durch den entsprechenden Lufteinlaß in und durch den entsprechenden Sitzabschnitt des VTs zu dem Insassen geleitet.
An dem einen Ende jedes Abwärmetauschers ist ein Auslaß eines Abwärmetauschergebläses 50 und 52 befestigt, der dazu dient, unerwünschte Abfallwärme oder Kühlung, die in jedem Abwärmetauscher erzeugt ist, an die Außenumgebung zu leiten, die den VTs umgibt. Jedes Abwärmetauschergebläse kann ein elektrisches Gebläse mit einer geeigneten Strömungsrate aufweisen, wie beispielsweise ein Axialgebläse und ähnliches. Die Abluft, die jedes Abwärmetauschergebläse verläßt, ist üblicherweise auf einer unerwünschten Temperatur, d. h. im Kühlbetrieb ist es heisse Luft und im Heizbetrieb ist es kalte Luft. Konsequenterweise kann Abluft, die jeden Abwärmetauscher verläßt, in spezieller Weise von jedem Insassen abgeführt werden, möglicherweise durch die Seiten des Sitzes oder ähnliches.
An der Haupttauscherseite der thermoelektrischen Peltier-Module in jeder Wärmepumpe ist ein Temperatursensor 54 und 56 befestigt. Jeder Temperatursensor kann ein elektrisches Thermoelement und ähnliches aufweisen.
Der Betrieb der Haupttauschergebläse 42 und 44 kann manuell durch einen Gebläseschalter 58 gesteuert werden. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird es bevorzugt, daß die Haupttauschergebläse gleichzeitig durch einen einzigen Gebläseschalter betätigt werden. Der Gebläseschalter kann einen elektrischen Schalter aufweisen, der so gestaltet ist, daß er eine Aus-Stellung und verschiedene Einstellungen der Gebläsedrehzahl bereitstellt, wenn dies gewünscht wird.
Bevorzugt, ist der Gebläseschalter so aufgebaut, daß er eine Aus-Stellung und drei unterschiedliche Gebläsedrehzahlstellungen hat, nämlich niedrig, mittel und hoch. Der Gebläse kann für einen einfachen Zugang zu dem Insassen innerhalb oder nahe dem VTs angeordnet sein.
Der Betrieb der Abwärmetauschergebläse 50 und 52 kann manuell durch einen (nicht dargestellten) getrennten Gebläseschalter gesteuert werden, wenn dies gewünscht wird. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Abwärmetauschergebläse automatisch beim Betrieb der Haupttauschergebläse betätigt werden und nur mit einer vorbestimmten Drehzahl arbeiten. Dementsprechend werden bei der manuellen Betätigung des Gebläseschalters 58 sowohl die Hauptwärmetauscher bei einer gewählten Drehzahl aktiviert als auch die Abwärmetauschergebläse automatisch für einen Betrieb bei einer maximalen Drehzahl aktiviert. Eine Konfigurierung des TCCS für einen Betrieb in dieser Art und Weise maximiert den thermischen Wirkungsgrad der Peltier-Module und verringert die Möglichkeit einer Beschädigung des Systems.
Der Betrieb der thermoelektrischen Peltier-Module kann durch einen Temperaturschalter 60 gesteuert werden. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird es bevorzugt, daß die thermoelektrischen Peltier-Module in beiden Wärmepumpen gleichzeitig durch einen einzigen Temperaturschalter betätigt werden. Der Temperaturschalter kann einen elektrischen Schalter aufweisen, der so aufgebaut ist, daß er eine Aus-Stellung und verschiedene Temperatureinstellungen bereitstellt, wenn dieses gewünscht wird. Ein bevorzugter Gebläseschalter ist so aufgebaut, daß er eine Aus-Stellung, vier Heizstellungen und vier Kühlstellungen hat. Wie der Gebläseschalter 58 kann der Temperaturschalter 60 für einen einfachen Zugang durch den Insassen in dem oder nahe an dem VTs angeordnet sein.
Wenn der Temperaturschalter in eine der Kühlstellungen gedreht wird, zeigt eine LED-Lampe 62, die nahe dem Temperaturschalter angeordnet ist, eine grüne Farbe an, wodurch angezeigt wird, daß die Peltier-Module im Kühlbetrieb arbeiten. Wenn der Temperaturschalter in eine der Heizstellungen gedreht ist, zeigt die LED-Lampe eine rote Farbe an, wodurch angezeigt wird, daß die Peltier-Module im Heizbetrieb arbeiten.
Die unterschiedlichen Heiz- oder Kühlbetriebsarten für die Peltier-Module werden dadurch erreicht, daß sowohl die Polarität umgeschaltet wird als auch die den Peltier-Modulen zugeführte Menge an elektrischer Energie begrenzt wird. Um den elektrischen Wirkungsgrad der Peltier-Module zu optimieren werden, anstelle der Verwendung eines Potentiometers zur Vernichtung des unerwünschten Anteils der elektrischen Energie durch einen Widerstand, die vier unterschiedlichen Modi des Heiz- und Kühlbetriebs dadurch erreicht, indem die elektrische Energie für die Peltier-Module mit vorbestimmten Tastverhältnissen gepulst wird. Demzufolge werden die unterschiedlichen Heiz- und Kühlpegel dadurch erreicht, daß die elektrische Energie zu den Peltier-Modulen mit einem vorbestimmten Tastverhältnis pulsiert wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt eine Zykluszeit etwa 0,02 Sekunden (50 Hz), und die vier unterschiedlichen Pegel werden dadurch erzielt, daß entweder 25 Prozent, 50 Prozent, 75 Prozent oder 100 Prozent während der Zykluszeit Energie zugeführt wird. In diesem Ausführungsbeispiel bedeutet ein Tastverhältnis von 25 Prozent ein Einschalten für etwa 0,005 Sekunden und ein Ausschalten für etwa 0,015 Sekunden für eine Gesamtzykluslänge von 0,02 Sekunden und dann eine Wiederholung. Das Tastverhältnis von 75 Prozent bedeutet etwa 0,015 Sekunden Einschalten und etwa 0,005 Sekunden Ausschalten.
Der Heiz- oder Kühlbetrieb der Peltier-Module wird durch Umschalten der Polarität der elektrischen Energie erreicht. Die Peltier-Module sind so aufgebaut, daß sie in dem Heizbetrieb bei etwa zehn Volt Gleichspannung und in dem Kühlbetrieb bei etwa sechs Volt Gleichspannung arbeiten. Ein Gleichspannungswandler kann außerhalb der Steuerungen angeordnet sein, um die Heiz- und Kühlspannung zu liefern. Das gesamte Tastverhältnis der Peltier-Module ist von 0,02 bis 0,2 Sekunden einstellbar. Die Energie für die Peltier-Module in jeder Betriebsart war so gewählt, daß der Wirkungsgrad und die thermische Gesamtenergie, die an einen Insassen des VTs geliefert wurde, optimiert war.
Die elektrischen Zuleitungen zu und/oder Ausgangsleitungen aus dem Gebläseschalter 58, dem Temperaturschalter 60, den Haupttauschergebläsen 42 und 44, den Abwärmetauschergebläsen 50 und 52, den thermoelektrischen Peltier-Modulen 30 und 32, der LED-Lampe 62 und den Temperatursensoren 54 und 56 sind zu einer Steuerung 64 geführt. Alternativ können die elektrischen Versorgungen und Signale zunächst zu einer (nicht dargestellten) gedruckten Schaltkarte in dem Sitz geleitet werden, die ein Signal an die Steuerung sendet. Die Steuerung weist einen Leistungseingang 66 mit ausreichender elektrischer Kapazität auf, um alle vorgenannten Vorrichtungen zu betreiben. Die Steuerung ist so aufgebaut, daß sie Eingaben des Insassen von dem Gebläseschalter und dem Temperaturschalter und Temperaturinformation von den Temperatursensoren empfängt. Die Steuerung ist so aufgebaut, daß sie aus dieser Eingabe Einstellungen für den Betrieb der Wärmepumpen gemäß einer vorbestimmten Logik macht, die so ausgelegt ist, daß sie Komfort und Sicherheit des Insassen gewährleistet und vor Systembeschädigung schützt.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das eine Temperaturklima-Steuerlogik für das in Fig. 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des TCCS darstellt. Der Insasse, der den VTs zu benutzen wünscht, betätigt die Haupttauschergebläse durch Aktivieren des Gebläseschalters 58 und Wählen einer gewünschten Gebläsedrehzahl (Schritt 68). Nach der Aktivierung der Haupttauschergebläse werden auch die Abwärmetauschergebläse aktiviert, um bei einer maximalen Drehzahl zu arbeiten (Schritt 70).
Der Insasse kann die Peltier-Module für die Temperierung der Luft in dem VTs aktivieren, indem er den Temperaturschalter 60 in einen gewünschten Heiz- oder Kühlbetrieb bringt (Schritte 72 und 74). Die Peltier-Module können manuell deaktiviert werden, indem die "Aus"-Stellung auf dem Temperatursteuerschalter gewählt wird, und in diesem Fall wird die Energiezufuhr zu den Gebläsen beibehalten, wie es durch LED 62 angezeigt wird, die eine grüne Farbe zeigt (Schritt 76). Zusätzlich werden die Peltier-Module automatisch durch die Steuerung deaktiviert, wenn der Gebläseschalter manuell in die "Aus"-Stellung gebracht wird (Schritt 78).
Wenn der Temperaturschalter in eine der vier Kühlmodi gebracht wird, zeigt die LED-Lampe 62 eine grüne Farbe an (Schritt 80). Die Temperatur, die von den Temperatursensoren 54 und 56 in beiden Wärmepumpen 26 und 28 detektiert wird, wird der Steuerung zugeführt (Schritt 82). Wenn die Temperatur unter etwa 303ºK (30ºC) ist (Schritt 84), bleibt die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen eingeschaltet (Schritt 86), sofern nicht mehr als sechs Minuten seit der Zeit vergangen sind, zu der der Insasse zuletzt die Temperatur eingestellt hat (Schritt 88), und in diesem Fall wird die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen auf 25 Prozent gesenkt (Schritt 90). Es ist wünschenswert, die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen unter diesen Umständen zu senken, um eine Unterkühlung des Rückens des Insassens zu verhindern, was, wie sich gezeigt hat, ein Unbehagen des Insassen nach Verwendung des VTs hervorruft. Wenn jedoch die Temperatur nicht unter 303ºK (30ºC) ist, wird die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen beibehalten, wie es durch die Insassensteuerungen angezeigt wird (Schritt 86).
Wenn der Temperaturschalter in einer der vier Heizmodi angeordnet ist, zeigt die LED-Lampe 62 eine rote Farbe (Schritt 92). Wenn die Temperatur unter etwa 339ºK (66ºC) ist (Schritt 94), bleibt die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen eingeschaltet (Schritt 96). Wenn die Temperatur in dem Bereich von 339ºK (66ºC) bis 349ºK (76ºC) ist (Schritt 92), wird die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen auf 25 Prozent gesenkt, bis die Temperatur unter 339ºK (66ºC) ist (Schritt 98). Die Absenkung der Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen in dieser Situation ist erwünscht, um eine Überhitzung der Peltier-Module zu verhindern.
Wenn die Temperatur der Hauptwärmetauscherseite der Peltier-Module entweder unter 200ºK (-73ºC) oder über 349ºK (76ºC) ist (Schritt 100), und zwar unabhängig davon, ob die Peltier-Module im Heiz- oder Kühlbetrieb sind, deaktiviert die Steuerung die Peltier-Module (Schritt 76) und behält den Betrieb der Haupttauschergebläse und Abwärmetauschergebläse bei. Das Auftreten von einem der beiden obigen Temperaturzustände zeigt eine Fehlfunktion des Systems an. In diesem Zustand zeigt die LED-Lampe 62 die Farbe Orange, wodurch eine System-Fehlfunktion angezeigt wird.
Das erste Ausführungsbeispiel weist Temperatursensoren 102 und 104 für temperierte Luft auf, die in der Luftströmung der temperierten Luft angeordnet sind, die zu dem Sitz, Lehne bzw. Sitzboden, geleitet wird, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Temperatursensoren für temperierte Luft sind elektrisch mit der Steuerung 64 verbunden. Die vorstehend beschriebene und in Fig. 3 dargestellte Temperaturklima-Steuerlogik ist so aufgebaut, daß sie die Peltier-Module deaktiviert, falls die Temperatur der klimatisierten Luft höher als etwa 325ºK (52ºC) oder unter etwa 297ºK (24ºC) ist. Während die Peltier-Module deaktiviert sind, laufen die Haupttauschergebläse weiter.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des TCCS gemäß der Praxis der vorliegenden Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel ist in jeder Hinsicht dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich, abgesehen von dem Zusatz von wenigstens einem Umgebungsluft-Temperatursensor 102, um die Temperatur der den Insassen umgebenden Luft außerhalb des VTs zu überwachen. Der Temperatursensor ist elektrisch so verbunden, daß er Umgebungsluft-Temperaturinformation an die Steuerung 64 leitet. Es können mehr als ein Umgebungsluft-Temperatursensor verwendet werden, die jeweils an unterschiedlichen Stellen in der den Insassen umgebenden Umgebung angeordnet sind, um ein Umgebungsluft-Temperaturprofil für die Steuerung zu liefern.
Das zweite Ausführungsbeispiel des TCCS unterscheidet sich von dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel auch dadurch, daß die Gebläsedrehzahl und die Lufttemperatur für die Sitzlehnen-Wärmepumpe 26 und die Sitzboden-Wärmepumpe 28 jeweils manuell unabhängig eingestellt werden können, indem ein getrennter Sitzlehnen-Gebläseschalter 104 und Sitzboden-Gebläseschalter 106 und ein getrennter Sitzlehnen-Temperaturschalter 108 und ein Sitzboden-Temperaturschalter 110 verwendet werden. Die Gebläseschalter 104 und 106 und die Temperaturschalter 108 und 110 in dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die gleichen wie diejenigen, die zuvor in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden. Alternativ kann das TCCS so aufgebaut sein, daß es einen einzigen (nicht dargestellten) Gebläseschalter zur Steuerung der Drehzahl der Gebläse 42 und 44 und zwei (nicht dargestellte) Temperaturschalter aufweist, um die Energiezufuhr zu jeder Wärmepumpe 26 und 28 unabhängig zu steuern. Das TCCS kann auch so aufgebaut sein, daß es nur einen einzigen (nicht dargestellten) Temperaturschalter aufweist, um die Energiezufuhr zu den Wärmepumpen 26 und 28 gleichzeitig zu steuern, und zwei Gebläseschalter aufweist, um die Drehzahl jedes Gebläses 42 und 44 unabhängig zu steuern.
LED-Lampen 112 und 114 sind nahe jedem Temperaturschalter angeordnet, um die gewählte Betriebsart für jede Wärmepumpe anzuzeigen, d. h., in der Aus-Stellung sind die LED-Lampen aus, wenn beide Wärmepumpen im Kühlbetrieb sind, zeigen die LED- Lampen eine grüne Farbe, wenn beide Wärmepumpen im Heizbetrieb sind, zeigen die LED-Lampen eine rote Farbe, wenn es einen Temperaturfehler oder eine Fehlfunktion des Peltier-Moduls in einer der beiden Wärmepumpen gibt, blinken die LED-Lampen schnell rot und grün und zeigen dadurch eine orangene Farbe.
Wenn die manuellen Gebläsedrehzahl- und Temperaturschalter in dieser Art und Weise konfiguriert werden, gibt dies dem Insassen die Möglichkeit, die Sitzlehne 12 des VTs unter anderen Bedingungen als den Sitzboden 14 zu betreiben. Dies kann wünschenswert sein, wo ein medizinischer Zustand oder eine Verletzung erfordert, daß ein bestimmter Abschnitt des Körpers des Insassen auf einer anderen Temperatur gehalten wird als der übrige Abschnitt des Insassen, z. B. wo eine Schenkelverletzung kühlende Luft in dem Sitzboden des VTs erfordert, und die Umgebungstemperatur diktiert, daß für einen maximalen Komfort des Insassen erwärmte Luft durch die Sitzlehne strömt.
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel werden die elektrischen Zuleitungen zu und/oder Ausgangsleitungen aus den Gebläseschaltern 104 und 106, den Temperaturschaltern 108, 110, den Haupttauschergebläsen 42 und 44, den Abwärmetauschergebläsen 50 und 52, den thermoelektrischen Peltier-Modulen 30 und 32, den Temperatursensoren 54 und 56, den LED-Lampen 112 und 114 und dem Umgebungsluft-Temperatursensor 102 zu der Steuerung 64 geleitet.
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das eine Temperaturklima-Steuerlogik für das in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des TCCS darstellt. Die Steuerlogik ist ähnlich de vorstehend beschriebenen und in Fig. 3 dargestellten, mit Ausnahme von den zusätzlichen Temperatureingaben aus dem Umgebungstemperatursensor (Schritt 116) und dem Sensor für klimatisierte Luft und abgesehen davon, daß die Peltier-Module im Kühlbetrieb betrieben werden und die Temperatur der klimatisierten Luft aus der Sitzlehne-Wärmepumpe 26 unter etwa 310ºK (37ºC) liegt (Schritt 119). Wenn die Temperatur der klimatisierten Luft unter etwa 310ºK (37ºC) liegt, wenn mehr als sechs Minuten seit der letzten Temperatureinstellung durch den Insassen (Schritt 120) vergangen sind, und die Temperatur der klimatisierten Luft etwa 3ºK (3ºC) oder mehr unter der Temperatur der Umgebungsluft ist, die den Insassen umgibt (Schritt 122), senkt die Steuerung die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen in der Sitzlehnen-Wärmepumpe 26 auf etwa 25 Prozent (Schritt 124). Wenn die Temperatur unter etwa 310ºK (37ºC) liegt, aber es entweder weniger als sechs Minuten seit der letzten manuellen Temperatureinstellung vergangen sind oder die Temperatur der klimatisierten Luft weniger als 3ºK (3ºC) unter der Umgebungstemperatur liegt, bleibt die Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen in der Sitzlehnen-Wärmepumpe auf der von dem Insassen gesteuerten Einstellung (Schritt 126).
Wie bei der in Fig. 3 beschriebenen Steuerlogik besteht der Grund zum Senken der Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen unter diesen Bedingungen darin, die Menge an Kühlluft zu regeln, die auf den Rücken des Insassen gerichtet wird, um ein mögliches Unbehagen nach Verwendung des VTs zu verhindern.
Das zweite Ausführungsbeispiel weist ebenfalls Temperatursensoren 128 und 130 für klimatisierte Luft auf, die in der Luftströmung der temperierten Luft angeordnet sind, die zu dem Sitz, Lehne bzw. Boden, geleitet wird, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die Temperatursensoren für klimatisierte Luft sind elektrisch mit der Steuerung 64 verbunden. Die vorstehend beschriebene und in Fig. 5 dargestellte Temperaturklima-Steuerlogik ist so aufgebaut, daß die Peltier-Module deaktiviert werden, falls die Temperatur der auf den Insassen gerichteten klimatisierten Luft größer als etwa 325ºK (52ºC) oder unter etwa 297ºK (24ºC) ist. Während die Peltier-Module deaktiviert sind, laufen die Haupttauschergebläse weiter.
Fig. 6 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel eines VTs 208 dar, der eine Sitzlehne 210 und einen Sitzboden 212 aufweist, um eine Unterstützung für einen menschlichen Insassen in einer Sitzposition zu liefern. Der VTs 208 enthält einen äußeren Oberflächenüberzug 214, der aus einem lochfreien Material hergestellt ist, wie beispielsweise Vinyl, Leder und ähnliches. Anders als die ersten und zweiten Ausführungsbeispiele des VTs beruht das dritte Ausführungsbeispiel des VTs 208 auf einer konduktiven Wärmeübertragung anstelle einer konvektiven Wärmeübertragung, um für eine Erwärmung und Kühlung eines sitzenden Insassen zu sorgen.
Der VTs kann eine Polsterschicht 216 enthalten, die unter dem äußeren Oberflächenüberzug 214 angeordnet ist, um für zusätzlichen Komfort für einen sitzenden Insassen zu sorgen und die Luftverteilung unter dem Sitzüberzug zu verbessern.
Sitzlehnen- und Sitzbodenpolster 218 erstrecken von der Polsterschicht 216 zu einer rückseitigen Oberfläche jedes Sitzbodens und jeder Sitzlehne. Wenigstens ein Luftkanal 220 ist zwischen der Polsterschicht 216 und den Sitzlehnen- und Sitzbodenpolster angeordnet und verläuft entlang einer Länge des Sitzbodens und der Sitzlehne. Der in dem Sitzboden 212 angeordnete Luftkanal 220 weist einen Lufteinlaßkanal 222 an dem einen Ende des Sitzbodens, der sich durch das Sitzpolster 218 hindurch zu einer Einlaßöffnung 224 an der Lehne des Sitzbodens erstreckt, und einen Luftauslaßkanal 226 an einem gegenüberliegenden Ende des Sitzbodens auf, der sich durch das Sitzpolster 218 hindurch zu einer Auslaßöffnung 228 an der Rückseite des Sitzbodens erstreckt. Der in der Sitzlehne 210 angeordnete Luftkanal 220 weist einen Lufteinlaßkanal 230 an dem einen Ende von der Sitzlehne, der sich durch das Sitzpolster 218 hindurch zu einer Einlaßöffnung 232 an der Rückseite von der Sitzlehne erstreckt, und einen Luftauslaßkanal 234 an einem gegenüberliegenden Ende der Sitzlehne auf, der sich durch das Sitzpolster 218 hindurch zu einer Auslaßöffnung 236 an der Rückseite von der Sitzlehne erstreckt.
Der VTs 208 sorgt für eine Erwärmung und Kühlung für einen sitzenden Insassen über konduktive Wärmeübertragung, indem temperierte Luft gegen eine rückseitige Oberfläche von der Polsterschicht 216 umgewälzt wird. Alternativ kann der VTs 208 ohne die Polsterschicht, mit einer Polsterschicht minimaler Dicke oder mit einer porösen Polsterschicht aufgebaut sein, so daß klimatisierte Luft, die durch die Luftkanäle 220 umgewälzt wird, in direktem Kontakt mit einer rückseitigen Oberfläche des Oberflächenüberzuges 214 ist, um die konduktive Wärmeübertragung zu dem Insassen besser zu ermöglichen, der auf der vorderseitigen Oberfläche von dem Oberflächenüberzug sitzt. Wie nachfolgend detaillierter erläutert wird, tritt temperierte Luft in den Sitzboden und die Sitzlehne über entsprechende Lufteinlaßöffnungen 224 und 232 ein und wird über und/oder durch die Polsterschicht 216 hindurch zirkuliert, wenn sie durch die entsprechenden Luftkanäle 220 strömt. Die klimatisierte Luft verläßt den Sitzboden und die Sitzlehne über die entsprechenden Auslaßöffnungen 228 und 236 und wird wiederum in einer Wärmepumpe konditioniert und wird wieder in jeden Sitzboden und jede Sitzlehne gerichtet.
Obwohl bestimmte Ausführungsbeispiele des VTs beschrieben und dargestellt worden, dürfte es sich verstehen, daß weitere Ausführungsbeispiele des VTs aufgebaut werden können, die innerhalb des Schutzumfanges dieser Erfindung liegen. Beispielsweise kann ein weiteres Ausführungsbeispiel eines VTs eine Hybridkonfiguration aufweisen, die für eine Erwärmung und Kühlung eines sitzenden Insassen sowohl über konvektive als auch konduktive Wärmeübertragung sorgt. In einem derartigen Ausführungsbeispiel kann der VTs mit einer Anzahl von darin angeordneten Luftkanälen aufgebaut werden, um temperierte Luft durch einen perforierten Abschnitt eines außenseitigen Oberflächenüberzugs zu einer angrenzenden Oberfläche (wie beispielsweise der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten) des sitzenden Insassen zu richten, um für eine konvektive Erwärmung und Kühlung zu sorgen. In einem derartigen Ausführungsbeispiel kann der VTs auch eine Anzahl von Luftkanälen aufweisen, die entlang einer rückseitigen Oberfläche eines nicht perforierten Abschnitts des außenseitigen Oberflächenüberzugs angeordnet sind, um eine Rezirkulation von temperierter Luft aufzunehmen, um für eine konduktive Wärmeübertragung zu einer angrenzenden Oberfläche des sitzenden Insassen (wie beispielsweise der in Fig. 7 dargestellten) bereitzustellen. Beispielsweise kann der VTs mit einem außenseitigen Oberflächenüberzug mit einen nicht perforierten Abschnitt aufgebaut sein, um eine konduktive Wärmeübertragung in der Mitte jedes Sitzboden und jeder Sitzlehne zu ermöglichen, die die primäre Sitzfläche bildet, und mit einem perforierten Abschnitt, um eine konvektive Wärmeübertragung an jeder Seite des Mittenabschnitts zu ermöglichen, welche einen Umfangsabschnitt von der Sitzfläche bildet.
Zusätzlich kann der VTs so aufgebaut sein, daß er eine konduktive Wärmeübertragung zu und von einem sitzenden Insassen ermöglicht, wobei ein anderes Wärmeübertragungsmedium als Luft verwendet wird, wie beispielsweise Wasser und ähnliches. Demzufolge würde in einem derartigen Ausführungsbeispiel das flüssige Wärmeübertragungsmedium durch den Sitz umgewälzt und mit einem rückseitigen Abschnitt von einer Sitzfläche in Kontakt sein.
Weiterhin könnte ein anderes Ausführungsbeispiel des VTs mit Ventilen und ähnlichem aufgebaut sein, um eine konvektive Wärmeübertragung während eines Anfangsbetriebs des VTs zu bewirken, und auf eine konduktive Wärmeübertragung umzuschalten, nachdem ein vorbestimmter Betriebszustand erreicht worden ist, indem zunächst temperierte Luft zu dem perforierten Abschnitt des Sitzes, z. B. den Seitenrändern der Sitzfläche, geleitet und dann die Leitung der temperierten Luft auf den nicht perforierten Abschnitt, z. B. dem Mittelabschnitt der Sitzfläche, umgeschaltet wird.
Fig. 8 stellt ein viertes Ausführungsbeispiel des TCCS 238 dar, das ein drittes Ausführungsbeispiel des VTs 240 wie vorstehend beschrieben und in Fig. 7 dargestellt mit umfaßt. Das TCCS ist so aufgebaut, daß es eine Rezirkulation von einem temperierten Wärmeübertragungsmedium, vorzugsweise Luft, durch den Sitzboden 242 und die Sitzlehne 244 aufnimmt, um für eine konduktive Erwärmung und Kühlung eines sitzenden Insassen zu sorgen. Das TCCS weist wenigstens eine Wärmepumpe 246 des Typs auf, der vorstehend für die ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiele des TCCS beschrieben und in den Fig. 2, 4 und 6 dargestellt ist und wenigstens ein thermoelektrisches Peltier-Modul 248, einen Hauptwärmetauscher 250, einen Abwärmetauscher 252 und wenigstens ein Gebläse enthält. Dementsprechend können der Hauptwärmetauscher und der Abwärmetauscher so aufgebaut sein, daß sie sich ein gemeinsames Gebläse teilen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Wärmepumpe wenigstens ein Haupttauschergebläse 254 und ein Abwärmetauschergebläse 256 auf.
Das Haupttauschergebläse 254 hat einen Auslaß, der mit dem einen Ende des Haupttauschers 250 verbunden ist und dazu dient, Luft, die durch die Peltier-Module in dem Haupttauscher temperiert worden ist, zu einem Einlaßluftverteiler 258 zu leiten. Der Einlaßluftverteiler ist mit Lufteinlaßöffnungen 260 und 262 in dem Sitzboden 242 bzw. der Sitzlehne 244 über eine Lufteinlaßleitung 264 verbunden. Die temperierte Luft wird durch den Lufteinlaßverteiler 258 in einer parallelen Strömung durch die Lufteinlaßleitung, durch die Lufteinlaßöffnungen und in den Sitzboden und die Sitzlehne von dem VTs geleitet.
Temperierte Luft wird durch den Sitzboden und die Sitzlehne über wenigstens einen Lufteinlaßkanal 266, der durch ein Sitzpolster 268 an dem einen Ende von dem Polster angeordnet ist, wenigstens einen Luftkanal 270, der zwischen einem außenseitigen Oberflächenüberzug 272 und dem Sitzpolster 268 angeordnet ist und sich entlang einer Länge des Sitzbodens und der Sitzlehne erstreckt, und wenigstens einen Luftauslaßkanal 274 geleitet, der durch das Sitzpolster an dem gegenüberliegenden Ende des Polsters angeordnet ist. Die temperierte Luft, die durch die Luftkanäle 270 hindurch geführt wird, steht mit einer rückseitigen Oberfläche des Überzugs 272 in Kontakt und bewirkt eine konduktive Wärmeübertragung durch seine Dicke hindurch und zu einer vorderseitigen Oberfläche des Überzugs und zu einer angrenzenden Oberfläche eines sitzenden Insassen.
Die temperierte Luft verläßt den Sitzboden und die Sitzlehne über Luftauslaßöffnungen 276 bzw. 278, nachdem sie eine konduktive Wärmeübertragung auf den außenseitigen Oberflächenüberzug 272 bewirkt hat. Jede Luftauslaßöffnung ist durch eine Luftauslaßleitung 280 mit einem Einlaßende oder einem Eingang 282 von dem Haupttauschergebläse 254 verbunden. Die temperierte Luft, die den Sitzboden und die Sitzlehne verläßt, ist in einer parallelen Strömung zu dem Eingang 282 von dem Hauptgebläse 254 gerichtet, wo sie durch den Gebläse in den Haupttauscher 250 geleitet und neu klimatisiert wird, bevor sie wieder in den VTs eingeführt wird. Demzufolge ist das TCCS 238 so aufgebaut, daß es für die Rezirkulation von temperierter Luft durch den VTs sorgt, um für Erwärmung und Kühlung über konduktive Wärmeübertragung zu sorgen.
Das TCCS 238 weist einen Steuerschalter 284 für eine Betätigung durch den Sitzinsassen auf, um gleichzeitig den Betrieb der thermoelektrischen Peltier-Module 248, des Haupttauschergebläses 254 und des Abwärmetauschergebläses 256 gemäß der Kühl- und Heizsteuerlogik zu aktivieren, die nachfolgend im Detail beschrieben wird. Der Steuerschalter 284 ist ein analoger Schalter, der in eine Aus-Stellung geschaltet werden kann oder der für eine kontinuierlich variable Temperatureinstellung sorgen kann. Beispielsweise kann der Steuerschalter so aufgebaut sein, daß er für einen zusammenhängenden Bereich von unterschiedlichen Kühltemperaturen zwischen etwa 18,3ºC (65ºF) und 23,9ºC (75ºF) und einen zusammenhängenden Bereich von unterschiedlichen Heiztemperaturen zwischen etwa 24,4ºC (76ºF) und 29,4ºC (85ºF) sorgt.
Wenigstens ein Temperatursensor 286 in der Form eines Thermoelements und dergleichen ist an dem Haupttauscher 250 der Wärmepumpe 246 befestigt, um eine Anzeige der Betriebstemperatur der Peltier-Module 248 zu liefern. Wenigstens ein Temperatursensor 288 in der Form eines Thermoelements und dergleichen ist auch in dem Einlaßluftverteiler 258 angeordnet, um eine Anzeige der Temperatur der Luft zu liefern, die den Haupttauscher 250 verläßt. Die Temperatursensoren 288 können auch an anderen Orten innerhalb der Umwälzleitungen für die temperierte Luft angebracht sein, um weitere Temperaturinformationen zu liefern, wenn dies gewünscht wird.
Elektrische Leiter zu den Peltier-Modulen 248, dem Haupttauschergebläse 254, dem Abwärmetauschergebläse 256 gehen von einer Steuerung 290 aus. Die Steuerung weist einen Leistungseingang 292 mit einer ausreichenden elektrischen Kapazität auf, um alle vorgenannten Vorrichtungen zu betreiben. Die Steuerung ist so aufgebaut, eine Eingabe des Insassen über den Steuerschalter 284 zu empfangen und Temperaturinformation von dem Temperatursensor 286 des Haupttauschers und dem Temperatursensor 228 für klimatisierte Luft zu empfangen. Die Steuerung ist so aufgebaut, daß sie aus diesen Eingaben Einstellungen für den Betrieb der Wärmepumpe 246 und des Haupttauschergebläses oder der -gebläse 254 gemäß einer vorbestimmten Kühl- und Temperaturlogik macht, die so aufgebaut ist, daß sie Komfort und Sicherheit des Insassen sicherstellt und vor einer Beschädigung des Systems schützt.
Die Steuerung 290 ist so aufgebaut, daß sie Gleichspannung in dem Bereich 0 bis 12 Volt an die Peltier-Module 284 liefert. Im Kühlbetrieb kann die Steuerung abhängig von der speziellen Soll-Kühltemperatur und der Temperatur der klimatisierten bzw. temperierten Luft bis zu etwa 6 Volt Gleichspannung an die Peltier-Module liefern. Im Heizbetrieb kann die Steuerung abhängig von der bestimmten Soll-Heiztemperatur und der Temperatur der klimatisierten Luft bis zu etwa 12 Volt Gleichspannung an die Peltier-Module liefern. Die Steuerung 290 ist so aufgebaut, daß sie von abhängig von dem speziellen Heiz- oder Kühlzustand eine Ausgangsgleichspannung an die Peltier-Module bei variablen Spannungen liefert, statt eine feste Spannung zu liefern, die über der Zeit gepulst wird.
Die Steuerung 290 ist so aufgebaut, daß sie den gezogenen Strom der Peltier-Module 284 überwacht und den Leistungsverbrauch der Peltier-Module begrenzt, wenn der gezogene Strom einen von der Energiequelle vorbestimmten Wert überschreitet. Die Steuerung überwacht den gezogenen Strom und regelt den Leistungsverbrauch, so daß die Peltier-Module unter allen Bedingungen bei einem maximalen zulässigen Strom betrieben werden. Auf diese Weise stellt die Steuerung sicher, daß der von der Energiequelle vorbestimmte maximal zulässige Strom, durch den Betrieb der Peltier-Module nicht überschritten wird. Die Notwendigkeit, den Energieverbrauch der Peltier-Module zu regeln, ist besonders wichtig, wenn das TCCS in Anwendungen benutzt wird, die von einer elektrischen Quelle gespeist werden, wie beispielsweise in einem elektrisch betriebenen Automobil. Bei einer derartigen Anwendung hat die Regelung des Energieverbrauchs der Zubehörmerkmale einen direkten Einfluß auf den Bereich und die Antriebsleistung des Fahrzeugs.
Obwohl das vierte Ausführungsbeispiel des TCCS 238 mit dem dritten Ausführungsbeispiel von dem VTs 208 beschrieben und dargestellt worden, dürfte es sich innerhalb des Schutzumfanges dieser Erfindung verstehen, daß weitere Ausführungsbeispiele des VTs ebenfalls in Verbindung mit dem TCCS 238 verwendet werden können. Beispielsweise kann das TCCS 238 verwendet werden, um temperierte Luft an die ersten und zweiten Ausführungsbeispiele des VTs 10 bzw. 194 zu liefern, die so aufgebaut sind, daß sie für eine konvektive Wärmeübertragung zu einem sitzenden Insassen sorgen. Um die Verwendung dieser VTs Ausführungsbeispiele mit dem TCCS 238 anzupassen, kann es notwendig sein, das TCCS 238 abzuändern, indem die Luftauslaßleitung 280 von dem Eingang 282 des Hauptgebläses 257 gelöst wird, so daß die Wärmepumpe eine Zirkulationsströmung durch den VTs erzeugt. Statt dessen liefert das in dieser Art aufgebaute TCCS 238 temperierte Luft an den VTs, die dann durch den VTs hindurch und zu dem sitzenden Insassen bei dem Sollwert der Heiz- oder Kühltemperatur geleitet wird.
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das eine Kühlbetrieb-Steuerlogik 294 für ein erstes Regelverfahren darstellt, das dazu verwendet wird, das TCCS 238 in einem Kühlbetriebsmodus zu betreiben. Ein Insasse, der den VTs 240 zu verwenden wünscht, betätigt den Steuerschalter 284, um für eine gewünschte Kühltemperatur zu sorgen, d. h. er setzt die Steuerung in einen Kühlbetriebsmodus (Schritt 296). Alternativ kann der Kühlbetriebsmodus automatisch gewählt werden, beispielsweise durch eine thermostatische Regelung, die auf einer vorbestimmten Differenz in der Temperatur innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs basiert. Diese aktiviert die Steuerung 290, die Peltier-Module 248, das bzw. die Haupttauschergebläse 254 und das bzw. die Abwärmetauschergebläse 256 (Schritt 298). Das bzw. die Abwärmegebläse werden bei einer hohen Drehzahl betätigt (Schritt 300).
Das (die) Hauptgebläse werden bei einer Drehzahl proportional zu der Kühlbetriebseinstellung betrieben. Wenn beispielsweise die Kühlbetriebseinstellung niedrig ist, d. h. eine relativ hohe Kühltemperatur, werden das (die) Hauptgebläse bei einer niedrigen Drehzahl betrieben. Wenn die Kühlbetriebseinstellung hoch ist, d. h. eine relativ niedrige Kühltemperatur, werden das (die) Hauptgebläse bei einer hohen Drehzahl betrieben. Und wenn die Kühlbetriebseinstellung mittel ist, d. h. eine moderate Kühltemperatur, werden das (die) Hauptgebläse bei einer mittleren Einstellung betrieben.
Die Peltier-Modulen werden dadurch betrieben, daß sie einen Leistungswert proportional zu der Kühlbetriebseinstellung empfangen (Schritt 304). Wenn beispielsweise die Kühlbetriebseinstellung niedrig ist, d. h. eine relativ hohe Kühltemperatur, empfangen die Peltier-Module einen minimalen Leistungswert. Wenn die Kühlbetriebseinstellung hoch ist, d. h. eine relativ niedrige Kühltemperatur, empfangen die Peltier-Module einen maximalen Leistungswert. Und wenn die Kühlbetriebseinstellung mittel ist, d. h. eine moderate Kühltemperatur, empfangen die Peltier-Module einen moderaten Leistungswert. Dementsprechend regelt die Kühlbetriebslogik für das erste Regelverfahren den Betrieb von sowohl dem (den) Hauptgebläse(n) und der Peltier-Module auf der Basis der bestimmten Kühlbetriebseinstellung. Die einzige Eingabe, die von dem Sitzinsassen gefordert wird, ist die Wahl einer gewünschten Kühltemperatur.
Die Kühlbetriebslogik 294 überwacht, ob die Peltier-Module für eine vorbestimmte Zeitlänge betrieben worden sind (Schritt 306). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die vorbestimmte Zeitlänge in dem Bereich von 5 bis 15 Minuten. Wenn die Peltier-Module nicht für eine vorbestimmte Zeitlänge betrieben worden sind, wird die Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen gemäß Schritt 306 beibehalten. Wenn die Peltier-Module für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben worden sind, wird die Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen auf etwa 10 bis 25 Prozent des ursprünglichen Leistungswertes gesenkt (Schritt 308). Es ist erwünscht, die an den VTs 240 gelieferte Kühlung nach einer vorbestimmten Zeitdauer zu verringern, um eine Unterkühlung des Rückens eines sitzenden Insassens zu verhindern, was, wie sich gezeigt hat, ein Unbehagen des Insassens hervorruft.
Wenn der Insasse anschließend den Steuerschalter 284 einstellt, oder wenn der Steuerschalter automatisch auf eine neue T0 eingestellt wird (Schritt 310), nachdem die Leistungszufuhr zu dem Peltier-Modul gesenkt worden ist (Schritt 306), regelt die Kühlbetriebslogik 294 weiterhin die Drehzahl des (der) Hauptgebläse in einer Art und Weise, die proportional zu der neuen Kühlbetriebseinstellung ist (Schritt 302) und regelt den zu den Peltier-Modulen gerichteten Leistungswert in einer Art und Weise, die proportional zu der neuen Kühleinstellung ist, aber innerhalb der auf 10 bis 25 Prozent gesenkten Leistung gemäß Schritt 308 (Schritt 312).
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das eine Heizbetrieb-Steuerlogik 314 für ein erstes Regelverfahren darstellt, das für den Betrieb des TCCS 238 in einem Heizbetrieb verwendet wird. Ein Insasse, der den VTs 240 zu benutzen wünscht, betätigt den Steuerschalter 284, um für eine gewünschte Heiztemperatur zu sorgen, d. h., er versetzt die Regelung in einen Heizbetriebsmodus (Schritt 316). Alternativ kann, wie oben erwähnt wurde, der Heizbetriebsmodus automatisch gewählt werden, beispielsweise durch eine thermostatische Regelung, die auf einer vorbestimmten Differenz in der Temperatur innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs basiert. Dieses aktiviert die Steuerung 290, die Peltier-Module 248, das (die) Haupttauschergebläse 254 und das (die) Abwärmetauschergebläse 256 (Schritt 318).
Die Heizbetriebslogik sorgt für eine Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen bei einem Pegel, der proportional zu der Heizbetriebseinstellung ist (Schritt 320). Wenn beispielsweise eine niedrige Heizbetriebseinstellung gewählt ist, d. h. eine relativ niedrige Heiztemperatur, wird den Peltier-Modulen ein minimaler Leistungswert zugeführt. Wenn eine hohe Heizbetriebseinstellung gewählt ist, d. h. eine relativ hohe Heiztemperatur, wird den Peltier-Modulen ein maximaler Leistungswert zugeführt. Die Heizbetrieb-Steuerlogik hält auch das (die) Hauptgebläse ausgeschaltet und betreibt das (die) Abwärmegebläse bei hoher Drehzahl (Schritt 320).
Die Heizbetrieb-Steuerlogik 294 überwacht die Temperaturdifferenz zwischen einer vorbestimmten Schwellentemperatur (Tt) und der Temperatur der klimatisierten Luft (Tc) (Schritt 322), wie sie von dem Temperatursensor 288 geliefert wird. Wenn Tc kleiner ist als Tt (Schritt 324), d. h., die Temperatur der klimatisierten Luft ist kälter als die Schwellentemperatur, wird die Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen auf ihrer ursprünglichen Einstellung gehalten und das (die) Hauptgebläse ist ausgeschaltet (Schritt 320). Wenn Tc größer ist als Tt (Schritt 340), wird das (die) Hauptgebläse bei einer niedrigen Drehzahl betrieben (328). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der vorbestimmte Schwellenwert etwa 38ºC (100ºF). Es ist verständlich, daß die Schwellentemperatur willkürlich ist und weitgehend eine Funktion der jeweiligen Anwendung des TCCS und des bestimmten Ausführungsbeispiels von dem VTs ist. Es ist wünschenswert, die Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen beizubehalten, während das (die) Hauptgebläse aus ist, bis die Tt erreicht ist, um einen raschen Temperaturanstieg in dem Hauptwärmetauscher 250 zu erreichen und dadurch für eine schnelle Ansprechzeit zu sorgen, d. h., die Zeit zu verkürzen, die für die Tc erforderlich ist, um eine vorbestimmte Soll-Heiztemperatur zu erreichen.
Wenn Tc größer als Tt ist und das (die) Hauptgebläse in Betrieb sind, überwacht die Heizbetrieb-Steuerlogik 314 die Differenz in der Temperatur zwischen der Soll-Heiztemperatur (Ta) und Tc. Wenn Tc kleiner als Ts ist (Schritt 332), d. h., die Temperatur der klimatisierten Luft unter der Soll-Heiztemperatur liegt, ist die Drehzahl des (der) Hauptgebläse(s) proportional zu Tc (Schritt 334). Wenn beispielsweise Tc ansteigt, steigt auch die Drehzahl des (der) Hauptgebläses an. Eine Erhöhung der Drehzahl des (der) Hauptgebläses mit steigendem Tc bis Ts erreicht ist, unterstützt eine rasche Ansprechzeit und auch eine größere Heizwirkung, wie es oben erläutert wurde. Wenn Tc gleich Ts ist (Schritt 336), wird der Betrieb des (der) Hauptgebläses bei der bestehenden Drehzahleinstellung beibehalten (Schritt 338). Wenn Tc größer als Ts ist (Schritt 340), wird die Drehzahl des (der) Hauptgebläses proportional zu dem erhöhten Tc erhöht (Schritt 342). Wenn beispielsweise Tc ansteigt, tut dies auch die Drehzahl des (der) Hauptgebläses. Eine Vergrößerung der Drehzahl des (der) Hauptgebläses mit steigendem Tc hilft, die überschüssige Wärme abzuführen, die von der Wärmepumpe erzeugt ist, wodurch die Temperatur der klimatisierten Luft zu dem Ts zurück geregelt wird.
Die Heizbetriebslogik 314 überwacht die Temperatur der Wärmepumpe (Thp) 246 durch Verwendung des Temperatursensors 286 und ermittelt, ob Thp eine vorbestimmte maximale Temperatur Tm überschreitet (Schritt 344). Wenn Thp größer als Tm ist, wird die Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen abgeschaltet und die Drehzahl des (der) Hauptgebläses wird beibehalten, bis Thp unter Tm fällt (Schritt 346). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die vorbestimmte maximale Temperatur etwa 38ºC (100ºF). Eine Wärmepumpentemperatur über der vorbestimmten maximalen Temperatur zeigt an, daß eine Fehlfunktion in der Wärmepumpe aufgetreten ist. Die Abschaltung der Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen stellt sicher, daß ein sitzender Insasse nicht Schaden nimmt oder Unbehagen erleidet als eine Folge dieser Fehlfunktion.
Ein zweites vorstehend beschriebenes und dargestelltes Kühlverfahren für eine Verwendung mit dem TCCS 238 enthält eine Kühlbetrieb-Steuerlogik, die mit der vorstehend beschriebene und in Fig. 8 für das erste Regelverfahren dargestellten Kühlbetrieb-Steuerlogik 294 identisch ist. Fig. 10 enthält ein Flußdiagramm, das eine Heizbetrieb-Steuerlogik 348 von dem zweiten Regelverfahren darstellt, das zum Betreiben des TCCS 238 in einem Heizbetriebsmodus verwendet wird. Ein Insasse, der den VTs 240 zu verwenden wünscht, betätigt den Steuerschalter 284, um für eine gewünschte Heiztemperatur zu sorgen, d. h., er setzt die Regelung in einen Heizbetrieb (Schritt 350). Alternativ kann, wie vorstehend erwähnt, der Heizbetriebsmodus automatisch gewählt werden, beispielsweise durch eine thermostatische Regelung, die auf einer vorbestimmten Differenz in der Temperatur innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs basiert. Dieses aktiviert die Steuerung 290, die Peltier-Module 248, das (die) Haupttauschergebläse 254 und das (die) Abwärmetauschergebläse 256 (Schritt 352).
Die Heizbetrieb-Steuerlogik 348 leitet Leistung mit einem maximalen Wert an die Peltier-Module, hält das (die) Hauptgebläse ausgeschaltet und betätigt das (die) Abwärmegebläse bei einer hohen Drehzahl (Schritt 354). Die Temperatur zwischen einer vorbestimmten Temperatur (Tt) und der Temperatur der klimatisierten Luft (Tc) wird über den Temperatursensor 288 überwacht (Schritt 356). Wenn Tc kleiner als Tt ist (Schritt 358), d. h., die Temperatur der klimatisierten Luft liegt unter der vorbestimmten Temperatur, wird der Wert der den Peltier-Modulen zugeführten Leistung beibehalten und das (die) Hauptgebläse ist ausgeschaltet (Schritt 354). Wie die Heizbetrieb-Steuerlogik 314 für das erste Verfahren sorgt die Beibehaltung der maximalen Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen, während das (die) Hauptgebläse beibehalten werden, bis eine vorbestimmte Temperatur erzielt ist, für ein rasches Ansprechen von dem Zeitpunkt, an dem das TCCS aktiviert wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem eine gewünschte Soll-Heiztemperatur erreicht wird.
Wenn Tc größer als Tt ist (Schritt 360), d. h. die Temperatur der klimatisierten Luft ist höher als die vorbestimmte Temperatur, werden das (die) Hauptgebläse bei niedriger Drehzahl betrieben (Schritt 362), die maximale Energiezufuhr zu den Peltier-Modulen beibehalten (Schritt 354) und die Temperaturdifferenz zwischen Tt und Tc wird kontinuierlich überwacht (Schritt 356).
Die Heizbetrieb-Steuerlogik 348 überwacht die Differenz in der Temperatur zwischen einer Soll-Heiztemperatur Ts und Tc (Schritt 364). Wenn Tc kleiner als Ts ist (Schritt 366), d. h., heißt die Temperatur der klimatisierten Luft ist unter der Soll-Heiztemperatur, werden die Drehzahl des (der) Hauptgebläses proportional zu dem erhöhten Tc erhöht (Schritt 368). Wenn beispielsweise die Temperatur der klimatisierten Luft ansteigt, wird die Drehzahl des (der) Hauptgebläses vergrößert. Und wenn, umgekehrt, die Temperatur der klimatisierten Luft sinkt, wird die Drehzahl des (der) Hauptgebläses verkleinert. Wenn sich Tsan Tc annähert, wird die Temperaturdifferenz zwischen den beiden konstant überwacht (Schritt 364).
Wenn Tc gleich Ts ist (Schritt 370), wird die Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen in der Art und Weise ein/aus-geschaltet, wie es vorstehend für das vierte Ausführungsbeispiel des TCCS 238 beschrieben ist, und die Drehzahl des (der) Hauptgebläses bleibt unverändert (Schritt 372). Anders als bei der Heizbetrieb-Steuerlogik 314 gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Regelverfahren wird also die Leistung der Peltier-Module bei einem maximalen Wert zugeführt und für eine Einstellung der Wärmeabgabe ein/aus-geschaltet, anstatt daß ein Leistungspegel proportional zu der Heizbetriebseinstellung empfangen wird.
Die Heizbetriebslogik 348 überwacht die Temperatur der Wärmepumpe (Thp) 246 durch Verwendung des Temperatursensors 286 und ermittelt, ob Thp eine vorbestimmte maximale Temperatur (Tm) überschreitet (Schritt 374). Wenn Thp größer als Tm ist, wird die Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen ausgeschaltet und die Drehzahl des (der) Hauptgebläses wird beibehalten, bis Thp unter Tm fällt (Schritt 376). Eine Wärmepumpentemperatur über der vorbestimmten maximalen Temperatur zeigt an, daß eine Fehlfunktion in der Wärmepumpe aufgetreten ist. Eine Abschaltung der Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen stellt sicher, daß ein sitzender Insasse als Folge dieser Fehlfunktion keinen Schaden nimmt oder Unbehagen erleidet.
Ein drittes vorstehend beschriebenes und dargestelltes Regelverfahren zur Verwendung mit dem TCCS 238, enthält eine Heizbetrieb-Steuerlogik, die mit der Heizbetrieb-Steuerlogik 348 identisch ist, die vorstehend für das zweite Regelverfahren beschrieben und in Fig. 10 dargestellt wurde. Fig. 11 ist ein Flußdiagramm, das eine Kühlbetrieb-Steuerlogik 378 gemäß dem dritten Regelverfahren darstellt, das zum Betreiben des TCCS 238 in einer Kühlbetriebsart verwendet wird. Ein Insasse, der den VTs 240 zu verwenden wünscht, betätigt den Steuerschalter 284, um für eine gewünschte Kühltemperatur zu sorgen, d. h., er versetzt die Regelung in einen Kühlbetrieb (Schritt 380). Alternativ kann, wie es vorstehend ausgeführt ist, die Kühlbetriebsart automatisch gewählt werden, beispielsweise durch eine thermostatische Regelung, die auf einer vorbestimmten Differenz in der Temperatur innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs basiert. Diese aktiviert die Steuerung 290, die Peltier-Module 248, das (die) Haupttauschergebläse 254 und das (die) Abwärmetauschergebläse 256 (Schritt 382).
Das (die) Hauptgebläse wird bei einer Drehzahl proportional zu der Kühlbetriebseinstellung betrieben (Schritt 384). Wenn beispielsweise die Kühlbetriebseinstellung niedrig ist, d. h., eine relativ hohe Kühltemperatur, wird das (die) Hauptgebläse bei einer niedrigen Drehzahl betrieben. Wenn die Kühlbetriebseinstellung hoch ist, d. h., eine relativ niedrige KÜhltemperatur, wird das (die) Hauptgebläse bei einer hohen Drehzahl betrieben. Und wenn die Kühlbetriebseinstellung mittel ist, d. h., eine moderate Kühltemperatur, wird das (die) Hauptgebläse bei einer mittleren Drehzahl betrieben. Das (die) Abwärmegebläse werden bei einer hohen Drehzahl betrieben (Schritt 384).
Die Kühlbetrieb-Steuerlogik 378 überwacht die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der klimatisierten Luft (Tc) über den Temperatursensor 288 und einer Soll-Kühltemperatur (Ts) (Schritt 386). Wenn Tc größer als Ts ist (Schritt 388), d. h., die Temperatur der klimatisierten Luft liegt über der Soll-Kühltemperatur, wird den Peltier-Modulen ein maximaler Leistungswert zugeführt (Schritt 390), und die Temperaturdifferenz zwischen Tc und Ts wird kontinuierlich überwacht. Wenn Tc kleiner als Ts ist (Schritt 392), wird den Peltier-Modulen ein minimaler Leistungswert zugeführt (Schritt 394) und die Temperaturdifferenz zwischen Tc und Ts wird kontinuierlich überwacht. Wenn Tc kleiner als eine vorbestimmte minimale Temperatur (Tm) ist (Schritt 396), wird die Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen abgeschaltet und die Drehzahl des (der) Hauptgebläses bleibt unverändert (Schritt 398). Ein Tc unter Tm zeigt eine Fehlfunktion der Wärmepumpe an, und das Abschalten der Peltier-Module stellt sicher, daß ein sitzender Insasse aus einer derartigen Fehlfunktion kein Unbehagen erfährt oder Schaden nimmt.
Wenn Tc gleich Ts ist (Schritt 400), wird die Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen ein/aus-geschaltet, um Ts beizubehalten, die Drehzahl des (der) Hauptgebläses bleibt unverändert (Schritt 420) und die Temperaturdifferenz zwischen Tc und Ts wird kontinuierlich überwacht (Schritt 386). Demzufolge wird, sobald Ts erreicht ist, die Leistungszufuhr zu den Peltier-Modulen eingepaßt, anstelle der Gebläsedrehzahl, um Ts beizubehalten. Die Kühlbetrieb-Steuerlogik 378 überwacht die Länge der Zeit, in der die Peltier-Module betrieben worden sind, und senkt die der Peltier-Module zugeführte Leistung auf 10 bis 25 Prozent des ursprünglichen Leistungswertes, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist (Schritt 404). Die Drehzahl der Hauptgebläse bleibt unverändert (Schritt 404). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die Länge der Zeit in dem Bereich von 5 bis 15 Minuten. Es ist erwünscht, die an den VTs 240 gelieferte Kühlung nach einer vorbestimmten Zeitdauer zu verringern, um eine Unterkühlung des Rückens eines sitzenden Insassens zu verhindern, was, wie sich gezeigt hat, ein Unbehagen des Insassen bewirkt.
Obwohl die Kühl- und Heizbetrieb-Steuerlogik für die ersten, zweiten und dritten Regelverfahren vorstehend so beschrieben worden, daß sie mit dem vierten Ausführungsbeispiel des TCCS 238 verwendet werden, dürfte es sich jedoch verstehen, daß die ersten, zweiten und dritten Regelverfahren auch mit anderen Ausführungsbeispielen eines TCCS gemäß der Erfindung verwendet werden können.
Beispielsweise können die ersten, zweiten und dritten Regelverfahren verwendet werden, um temperierte Luft an einen VTs zu liefern, der so aufgebaut ist, daß er für eine konvektive Wärmeübertragung auf einen sitzenden Insassen sorgt, wie es in Fig. 8 dargestellt ist.
Es dürfte sich auch verstehen, daß die vorstehend beschriebenen und in den Fig. 1, 4 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiele des TCCS, in einer Form präsentiert worden sind, um die Klarheit und das Verständnis der Erfindung zu fördern. Demzufolge kann das TCCS System anders aufgebaut sein, als es dargestellt ist. Beispielsweise können die Wärmepumpen, die zur Lieferung von temperierter Luft an den VTs verwendet sind, innerhalb des Sitzbodens und/oder der Sitzlehne von dem VTs selbst angebracht sein, anstatt daß sie außen an dem VTs angebracht sind. Zusätzlich können auch die Steuerung und die Steuerschalter innerhalb des VTs selbst angebracht sein.
Die Ausführungsbeispiele des oben beschriebenen und dargestellten TCCS können auch so aufgebaut sein, daß sie temperierte Luft an mehr als einen VTs liefern. Beispielsweise kann das in den Fig. 1, 4 und 8 dargestellte TCCS die temperierte Luft an eine Anzahl von VTs-Sitzen liefern, wobei eine parallele Luftströmung von einer oder mehreren Wärmepumpen verwendet wird, die durch eine entsprechende TCCS Heiz- und Kühl-Steuerlogik betrieben werden. Ein derartiges Ausführungsbeispiel würde besonders brauchbar in Anwendungen sein, die mit öffentlichem Transport in Beziehung stehen, wie beispielsweise in Flugzeugen, Bussen, Zügen und dergleichen, wo eine Anzahl von Insassen für ausgedehnte Perioden sitzen bleiben, während sie reisen.
Zusätzlich zu den vorstehend speziell beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen des TCCS, dürfte es sich verstehen, daß ein derartiges TCCS eine Eingabe von einem Energiemanagementsystem enthalten kann, wie beispielsweise dasjenige, das in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen verwendet wird. In speziellen Ausführungsbeispielen ist das TCCS so aufgebaut, daß es ein Sperrsignal von einem derartigen Energiemanagementsystem akzeptiert. Ein derartiges Sperrsignal wird üblicherweise durch ein Energiemanagementsystem des Fahrzeugs unter bestimmten Betriebsbedingungen aktiviert, wenn eine zusätzliche Energiemenge erforderlich ist, oder wenn die Batterie zu schnell entladen wird, wie beispielsweise während einer harten Beschleunigung, wenn einen Berg hochgefahren wird oder wenn die Batterie schwach ist oder sich ihrer minimalen Entladungsspannung nähert. Die Temperaturklima-Steuerlogik gemäß der vorliegenden Erfindung kann so konfiguriert sein, daß bei einer Aktivierung des Sperrsignals die Peltier-Module, die Haupttauschergebläse und die Abwärmetauschergebläse deaktiviert werden.

Claims

1. System zum Regeln der Temperatur in einem eine veränderliche Temperatur aufweisenden Insassensitz, wobei das System umfaßt:

einen Insassensitz (10) mit inneren Luftkanälen (20), die darin zum Umwälzen von temperierter bzw. klimatisierter Luft angeordnet sind, wobei wenigstens ein Luftkanal neben einem außenseitigen Oberflächenüberzug (16, 17) des Sitzes (10) angeordnet ist, um einen konduktiven Wärmeübertragung zu und von einem sitzenden Insassen zu bewirken;

eine Wärmepumpe (30, 32) zur Lieferung temperierter Luft, wobei die Wärmepumpe einen Luftauslaß aufweist, der mit einem Lufteinlaß (22, 24) des Sitzes (10) verbunden ist;

eine Einrichtung zum Überwachen der Temperatur der temperierten Luft und

einen Steuerschalter zum gleichzeitigen Aktivieren des Systems und Wählen eines gewünschten Heiz- oder Kühlpegelbetriebs, gekennzeichnet durch

eine Steuerung (60, 64), die auf die

Überwachungseinrichtung reagiert, zum Regeln der zu der Wärmepumpe geleiteten Energiemenge in einem Sinn, um temperierte Luft bei einer gewünschten Temperatur zu liefern, die dem gewünschten Heiz- und Kühlpegel entspricht.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe enthält:

eine Anzahl von thermoelektrischen Modulen (30, 32) für eine Temperierung der Luft,

wenigstens ein Haupttauschergebläse (40, 42) zum

Leiten der temperierten Luft durch den Luftauslaß zu dem Sitz (10) und

wenigstens ein Abwärmetauschergebläse (50, 52) zum Abführen unerwünschter Wärmeenergie von den thermoelektrischen Modulen (30, 32).

3. Verfahren zum Regeln der Temperatur in einem eine veränderliche Temperatur aufweisenden Insassensitz, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Aktivieren einer Anzahl von thermoelektrischen Modulen (30, 32), um ein Wärmeübertragungsmedium zu kühlen;

Aktivieren wenigstens einer Transporteinrichtung (42, 44), die neben den thermoelektrischen Modulen (30, 32) angebracht sind, zum Leiten von gekühltem Wärmeübertragungsmedium von den Modulen zu einem temperaturveränderlichen Sitz (10), gekennzeichnet durch die Schritte, ein Einstellung eines gewünschten Kühlpegels; und

Regeln sowohl der Energiemenge, die zu den thermoelektrischen Modulen (30, 32) geleitet wird, als auch der Betriebsdrehzahl der Transporteinrichtung (42, 44) in einem Sinn, daß eine gewünschte Kühltemperatur entsprechend dem gewünschten Kühlpegel erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium Luft ist und die Transporteinrichtung (42, 44) ein Gebläse ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Schritt, daß das Gebläse (42, 44) bei einer Drehzahl betrieben wird, die proportional zu dem gewünschten Kühlpegel ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch den Schritt, daß die thermoelektrischen Module (30, 32) bei einem Leistungswert betrieben werden, der dem gewünschten Kühlpegel entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch den Schritt, daß die Temperatur der gekühlten Luft überwacht und die Menge an elektrischer Energie, die den thermoelektrischen Modulen (30, 32) als Antwort auf die Temperatur der gekühlten Luft zugeführt wird, in einem Sinn geregelt wird, daß die gewünschte Kühltemperatur erreicht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Schritt, daß die Temperaturdifferenz zwischen der gewünschten Kühltemperatur und der Temperatur der gekühlten Luft überwacht wird und die Menge an elektrischer Energie, die den thermoelektrischen Modulen (30, 32) als Antwort auf die Temperaturdifferenz zugeführt wird, in einem Sinn geregelt wird, daß die gewünschte Kühltemperatur erreicht wird.

9. Verfahren zum Regeln des Temperaturklimas in einem eine veränderliche Temperatur aufweisenden Insassensitz, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Aktivieren einer Anzahl von thermoelektrischen Modulen (30, 32), um ein Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen;

Aktivieren von wenigstens einer Transporteinrichtung (42, 44) zum Leiten des erwärmten Wärmeübertragungsmediums in einen eine variable Temperatur aufweisenden Sitz (10), gekennzeichnet durch den Schritt einer Einstellung eines gewünschter Heizpegels; und

Regelung sowohl der Menge an elektrischer Energie, die den thermoelektrischen Modulen (30, 32) zugeführt wird, als auch der Betriebsdrehzahl der Transporteinrichtung (42, 44) in einem Sinn, daß eine gewünschte Heiztemperatur erreicht wird, die dem gewünschten Heizpegel entspricht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt, daß den thermoelektrischen Modulen (30, 32) elektrische Energie bei einem Pegel zugeführt wird, der proportional zu dem gewünschten Heizpegel ist, und die Drehzahl der Transporteinrichtung (42, 44) nicht verändert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium Luft ist und die Transporteinrichtung (42, 44) ein Gebläse ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den Schritt, daß die thermoelektrischen Module (30, 32) bei einem Leistungswert betrieben werden, der dem gewünschten Heizpegel proportional ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Schritte, daß die Temperatur der erwärmten Luft überwacht und die Menge an elektrischer Energie, die den thermoelektrischen Modulen (30, 32) zugeführt wird, als Antwort auf die Temperatur der erwärmten Luft in einem Sinn geregelt wird, daß die gewünschte Heiztemperatur erreicht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Schritte, daß eine Differenz in der Temperatur zwischen der erwärmten Luft und der gewünschten Heiztemperatur überwacht und die Menge an elektrischer Energie, die den thermoelektrischen Modulen (30, 32) als Antwort auf die Temperaturdifferenz zugeführt wird, in einem Sinn geregelt wird, daß die gewünschte Heiztemperatur erreicht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Schritte, daß die Temperatur der erwärmten Luft überwacht und die Menge an elektrischer Energie, die den thermoelektrischen Modulen (30, 32) und dem Gebläse (42, 44) als Antwort auf die Temperatur der erwärmten Luft zugeführt wird, in einem Sinn geregelt wird, daß die gewünschte Heiztemperatur erreicht wird.