模塊化的公共汽車空調系統的製作方法
2023-09-18 01:23:00 2
專利名稱：模塊化的公共汽車空調系統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及空調系統，尤其涉及用於公共汽車車頂的空調系統。
背景技術：
對於公共汽車的空調，最普遍的方法是將空調部件設置在其車頂上。因為從驅動公共汽車的發動機獲得動力，所以習慣做法是將空調器的壓縮機放置在驅動發動機的附近，以便驅動發動機與壓縮機驅動連接，然後使壓縮機與公共汽車車頂上的空調系統流體相通。當然，這就需要在發動機室與空調單元之間設置相當長的管道系統，從而增加了安裝和維護費用。
這樣的現有系統還存在的另一個問題是，壓縮機的驅動速度依賴於驅動發動機的運行速度。這樣，例如當驅動發動機在停車場怠速時，壓縮機就在相對低的轉速下運行，不足以提供所希望程度的空氣調節。因此通常需要加大尺寸的壓縮機以在這些情況下獲得所需的性能。
與這樣的電動機驅動壓縮機系統相關的其他問題是，開式驅動壓縮機需要軸封和機械離合器，兩者都會遇到維護的問題。此外，由於在公共汽車上能夠獲得直流電，因此可在空調系統中使用直流電動機。通常，由於直流電動機所具有的電刷的磨損，直流電動機不如交流電動機可靠，而不帶電刷的電動機相對較昂貴。
除了上面討論的問題，由於公共汽車種類的多樣性和應用的需要，應當理解，有必要提供許多不同類型和變化的空調系統以滿足這些不同的需求和車輛界面。其結果為，為了恰當地維護和保養這些單元，所必需的製造和安裝費用、以及持續的工程資源是相當高的。
同樣與現有公共汽車空調系統相關的是導致空調性能完全喪失的元件故障問題。就是說，對於目前通常的單一大單元來說，單元故障例如軟管滲漏導致製冷劑流失、電氣故障導致像風機這樣的其中一個部件停止工作、或者壓縮機故障，導致整個單元停止工作，並且不能向該單元提供空氣調節。在這樣的情況下，優選的是，是否能夠維持部分性能，以提供「維持工作」的能力(limphome capability)。
除了冷卻公共汽車乘客車廂內空氣的功能外，當環境條件寒冷的時候還需要加熱空氣。通常在驅動發動機處再次利用可獲得的能量，其中熱量來自發動機冷卻液。但是，與製冷情況相類似，例如當發動機空轉時，只能獲得較少的熱量。
因此，本發明的一個目的是提供一種改進的公共汽車車頂空調系統。
本發明的另一個目的是提供一種在公共汽車的所有運行速度下都有效的公共汽車空調系統，而且同時不需要加大尺寸的壓縮機。
本發明的再一個目的是用於降低公共汽車空調系統的製造、安裝和維護費用。
本發明又一個目的是提供一種適合用於各種類型安裝構形的空調系統。
本發明又一個目的是在某個元件故障的情況下，提供「維持工作」能力。
本發明的又一個目的是提供一種車頂空調系統，不管發動機的速度如何，都能向乘客車廂有效地供熱。
本發明的又一個目的是提供一種製造經濟並且運行有效的公共汽車車頂空調系統。
參考下面參照附圖的說明，這些目的和其它的特徵及優點會變得更加顯而易見。
發明內容
簡要地，按照本發明的一個方面，空調模塊與其冷凝器盤管、蒸發器盤管以及位於模塊內的各自的風機組裝在一起，並且設置成使標準模塊能夠適應各種安裝界面，這些安裝界面具有在公共汽車上的不同類型和位置的回流空氣管道和送風管道。
按照本發明的另一個方面，為了代替大的單個的空調單元，多個相對小的同樣的模塊安裝在公共汽車的車頂上，每個模塊都能獨立於其它模塊運行，以便能夠以相對低的費用大規模生產同樣標準的單元，並且在一個或多個單元故障的情況下也能提供維持工作能力。
按照本發明的另一個方面，模塊可以包括一壓縮機，從而所有必需的製冷劑管道全部位於模塊中，電能從電動機驅動的發電機供應到模塊上的電氣元件。
按照本發明的另一個方面，空調單元的蒸發器部件具有相對寬的迴風口，以便能夠適用於任何窄車體、寬車體或者彎麴車頂的公共汽車。
按照本發明的另一個方面，通過位於送入公共汽車乘客車廂的空氣流中的熱阻盤管來把熱量引入該空調系統。
在下文描述的附圖中，描述了一個優選實施例；然而能夠做出各種其他修改或者替換的結構，卻不脫離本發明的精神和範圍。
圖1是依照本發明一個優選實施例的模塊的透視圖。
圖2是本發明一個可選擇的包括壓縮機的實施例。
圖3是依照本發明在模塊內的製冷迴路和電路的示意圖。
圖4是依照本發明一個優選實施例的模塊的截面透視圖。
圖5A-5C是依照本發明一個優選實施例的安裝在各種類型公共汽車上的模塊的截面圖。
圖6A-6C是空氣混合擋板在不同位置處的模塊的截面圖。
圖7是依照本發明一個優選實施例安裝一對模塊的透視圖。
圖8所示為依照本發明安裝四個模塊的透視圖。
圖9是依照本發明在公共汽車上安裝六個模塊的透視圖。
圖10是在公共汽車車頂安裝四個模塊可選擇的安裝方式的透視圖。
具體實施例方式
圖1所示的模塊11被移去了頂部以顯示各種部件，包括蒸發器盤管12、冷凝器盤管13、多個蒸發器風機14和與之相連的驅動電動機16，以及用於驅動冷凝器風機的冷凝器風機電動機17(參見圖3)。
模塊11的外部是壓縮機18，其由電機驅動器19驅動，從而將製冷劑通過製冷劑管線21從壓縮機18送到冷凝器盤管13，並最終通過膨脹閥22送到蒸發器盤管12(參見圖3)。然後，製冷劑蒸汽通過製冷劑管線23返回到壓縮機18。
驅動發動機19也與發電機15(如果需要，可以是交流發電機)運轉地連接，用於通過線路25向模塊提供電能。
在圖1中也表示了位於蒸發器盤管12下遊的電阻加熱器24，從而在加熱階段，蒸發器風機14使空氣流過蒸發器盤管12和加熱器24，使送入公共汽車乘客車廂的空氣被加熱。從發電機15獲得的直流電通過電線25供給到加熱器24、以及蒸發器風機電動機16和冷凝器風機電動機17。加熱器24可以用直流電或者交流電驅動，其輸出的熱量不受驅動發動機19速度的限制。通過如圖1所示的模塊，直流電可用於驅動所有的電動機元件，因此對加熱器24來說是優選的。
現在參照圖2，顯示了包括上述所有部件的一個改進的模塊26。進一步，它還包括一個臥式旋轉壓縮機27，所述臥式旋轉壓縮機27運轉地連接在蒸發器盤管12與冷凝器盤管13之間，使得製冷劑以與上述相近的方式循環。然而，如圖3所示，與上面描述過的系統不同的是，封閉式壓縮機18由內部電動機20和逆變器/控制器28驅動，並通過由主發動機19驅動的發電機29供給電力。逆變器/控制器28接收來自各種控制傳感器30的輸入並且包括整流器和逆變器，接收來自發電機或者交流發電機29的交流電，並通過逆變器提供受控的交流電給蒸發器風機電動機16、冷凝器風機電動機17、壓縮機驅動電動機20和加熱器24。由於逆變器/控制器28能夠供給受控的交流電，所以每個電動機都是交流電動機，從而保證一個更加不需維護的系統。
由於逆變器/控制器能夠提供受控的交流電，從而一種優選類型的加熱器24為正溫度係數(PIC)加熱器，其中當溫度增加時電阻更快地增加。儘管在初始安裝過程中，這種類型的加熱器是相對昂貴的，但它能起自我限制器的作用，並且不需要溫度調節裝置來維持安全的溫度範圍。
現在參照圖4，所示容納在殼體29內的模塊具有上面描述的各種部件，並且包括冷凝器風機31。而且還示出了殼體29上的各種開口，包括迴風口32、冷凝器空氣出口33和冷凝器/新鮮空氣吸入口34。新鮮/回流/排出空氣擋板36設置在冷凝器盤管13和蒸發器盤管12之間，以根據系統的特殊需要和現有的環境條件，控制通到蒸發器盤管12的空氣的混合。因此，如箭頭所示，氣流方式由冷凝器風機31、蒸發器風機14和擋板36的位置控制。當回流空氣進入迴風口32時，根據擋板36的位置，使空氣流出冷凝器空氣出口和/或穿過蒸發器盤管12。近似地，進入吸入口34的新鮮空氣流經冷凝器盤管13，然後流出冷凝器空氣出口33和/或，根據擋板36的位置，允許空氣流過蒸發器盤管12。這樣，通過使用擋板36，可以使所有的回流空氣經過冷凝器空氣出口33，所有的新鮮空氣流入空氣吸入口34，然後通過蒸發器盤管12，或者當擋板36設置在其他的極限位置時，所有的回流空氣都經過蒸發器盤管12，並且進入空氣吸入口34的所有新鮮空氣都經過冷凝器盤管13，然後從冷凝器空氣出口33流出。然而，一個非常近似的運行工況是，擋板36位於中間位置，選擇性混合的回流空氣與新鮮空氣流經蒸發器盤管12。
可以看到，過濾器37設置在進入新鮮空氣吸入口34並流過蒸發器盤管12的空氣流中。它的目的是將在進入空氣吸入口34的空氣流中可能存在的漂浮物過濾出來。如圖所示，經過蒸發器盤管12之後，經調節的空氣在蒸發器風機14的作用下流出送風口38。
參照圖5a-5c，現在考慮模塊11以與現有車頂空氣路徑開口相接合的方式安裝在車頂。可以看到，公共汽車上各種開口的位置可以根據應用有很大的變化。例如，在如圖5a所示的較寬的公共汽車中，送風管道39位於公共汽車的外側附近，而回流空氣管道41布置在離公共汽車縱向中心線較遠的距離處。在如圖5b所示的較窄的公共汽車中，送風管道42從公共汽車的外側向內移動一個較小的距離，而回流空氣管道鄰近縱向中心線設置。在如圖5c所示的車頂彎曲的公共汽車中，送風管道44從公共汽車的外側略微更向內移動，而回流空氣管道46位於中間位置，稍微離開縱向中心線，但不像較寬公共汽車的回流空氣管道離中心線那樣遠。
當然，在所有的公共汽車應用中，提供了一種平衡的布置方式，如圖所示，以基本上鏡像布置的方式在公共汽車的每一側既布置送風管道，也布置回流空氣管道。這樣，模塊是對頭拼接關係設置的，模塊間的間距是變化的，以適應個別應用的需要。例如，對於圖5a所示的較寬的公共汽車，兩個模塊之間的間距較大，而對於圖5b所示的較窄的公共汽車，兩個模塊實際上是鄰接的。對於車頂彎曲的公共汽車，它們離真正的水平位置有一點角度，如圖所示，兩模塊之間的間距為中等程度。應當能夠理解，所示的三種類型的安裝方式都存在，以作為可能的安裝需求的樣本，並且為了滿足特殊要求，也存在具有迄今所需的獨特設計的其他安裝方式。另一方面，本設計提供了單個的模塊來滿足車頂空調器所有的各種應用的需要。
可以看到，送風口相對較小，在上述三種情況的每一種情況中，模塊11均設置在使送風口38實質上位於單個的送風管道39、42和44之上的位置。另一方面，如圖所示，迴風口32相對較大，從而能夠適應回流空氣管道41、43和46的不同位置。
為了描述迴風口32的長度(即其橫跨公共汽車側面尺寸的程度)，有必要簡要回顧一下本設計的特徵，包括如圖6a-6c所示的排出空氣擋板36。在圖6a中，新鮮/回流/排出空氣擋板36位於這樣的位置，使得進入迴風口32的所有回流空氣流過蒸發器盤管12，而進入新鮮空氣吸入口34的所有新鮮空氣流過冷凝器盤管13並從空氣出口33流出。在圖6b中，新鮮/回流/排出空氣擋板36位於另一個極端的位置，其中進入迴風口32的回流空氣都不經過蒸發器盤管12，而進入蒸發器盤管12的空氣只有新鮮空氣，一部分新鮮空氣流過蒸發器盤管12，一部分新鮮空氣流過冷凝器盤管13，如圖所示。在圖6c中，新鮮/回流/排出空氣擋板36位於中間位置，其中一部分回流空氣流過蒸發器盤管12，一部分回流空氣被轉向流過冷凝器盤管13。在這種情況下，新鮮空氣也被從空氣吸入口34轉向，並且當其流過蒸發器盤管12時與回流空氣混合。
在如圖所示的新鮮/回流/排出空氣擋板36的所有三個位置中，並且對於其他任何位置，模塊的迴風口32的長度都是相當大的，其長度用符號L1表示。正是由於迴風口32相當大的長度L1，使得模塊11能夠適應上述各種安裝要求。
L1的相對尺寸可以通過簡單地與模塊的總長L2相比來確定。就是開口的縱向長度L1與模塊的縱向長度L2的比值 該比值大於45％並接近50％。另一個參考點是公共汽車車頂的寬度，或者更適當的是公共汽車的一半寬度。寬的公共汽車的一半寬度大約是51英寸，而窄的公共汽車的一半寬度大約是48英寸。這樣，對於寬的公共汽車(圖5a)，長度L1與公共汽車的一半寬度L3(即公共汽車外側與其縱向中心線之間的尺寸)的比值為 對於窄的公共汽車(圖5b)，比值為 在每種情況下，比值都大於36％。
在圖7-10中，顯示了安裝在公共汽車車頂不同位置處的各種成對的模塊。在圖7中，一對模塊以對頭拼接的關係安裝在公共汽車的縱向中心線附近。在圖8中，有兩個這樣的模塊對(即四個模塊)以對頭拼接的關係安裝在公共汽車縱向中心線附近，在圖9中，顯示了三個這樣的模塊對。在圖10中，顯示了一對模塊以對頭拼接的方式設置，但彼此之間有較大的間距，它們既靠近公共汽車的縱向中心線，又靠近車尾端，並且全都沿著平行於公共汽車縱向中心線的直線對準。除了所示的之外，應當理解，還有各種其它的安裝方式也適用於這裡所描述的模塊。
權利要求
1.一種車輛空調系統，包括由發動機驅動的發電機；一個整裝的空調器模塊包括壓縮機；膨脹裝置；蒸發器；具有電動機的冷凝器風機；具有電動機的蒸發器風機；位於與所述蒸發器和所述蒸發器風機相關的空氣流中的電加熱器；以及用於接收所述發電機的電能並向每個所述冷凝器風機電動機、所述蒸發器風機電動機和所述電加熱器提供電能的功率控制器。
2.如權利要求1所述的車輛空調系統，其中所述發動機是車輛的原動機。
3.如權利要求2所述的車輛空調系統，其中所述發電機輸出交流電。
4.如權利要求3所述的車輛空調系統，其中所述功率控制器包括將所述交流電轉換為直流電的整流器；以及將所述直流電轉換為逆變器輸出的交流電的逆變器，所述逆變器輸出的交流電被輸送到所述冷凝器風機電動機、所述蒸發器風機電動機和所述電加熱器。
5.如權利要求2所述的車輛空調系統，其中所述整裝空調器適合安裝在所述車輛的頂部。
6.如權利要求1所述的車輛空調系統，其中所述模塊進一步還包括具有電動機的壓縮機，並且其中的所述功率控制器向所述電動機提供電能。
7.一種車輛空調系統，包括由發動機驅動的發電機；兩個或多個整裝的空調模塊，每個所述模塊包括壓縮機；膨脹裝置；蒸發器；具有電動機的冷凝器風機；具有電動機的蒸發器風機；用於接收所述發電機的電能並向每個所述壓縮機電動機、所述冷凝器風機電動機和所述蒸發器風機電動機提供電能的功率控制器。
8.如權利要求7所述的車輛空調系統，其中所述發動機是所述車輛的原動機。
9.如權利要求8所述的車輛空調系統，其中所述發電機輸出交流電。
10.如權利要求9所述的車輛空調系統，其中所述功率控制器包括將所述交流電轉換為直流電的整流器；以及將所述直流電轉換為逆變器輸出的交流電的逆變器，所述逆變器輸出的交流電被輸送到所述壓縮機電動機、所述冷凝器風機電動機、所述蒸發器風機電動機和所述電加熱器。
11.如權利要求7所述的車輛空調系統，其中每個所述模塊被配置成安裝在所述車輛的頂部。
12.如權利要求11所述的車輛空調系統，其中所述模塊以對頭拼接的方式安裝在車輛縱向中心線的每一側。
13.如權利要求11所述的車輛空調系統，其中所述模塊以平行的對頭拼接方式沿著平行於車輛縱向中心線的直線安裝。
14.向公共汽車提供空氣調節的方法，該公共汽車具有至少一個用於引導來自乘客車廂的回流空氣的車頂開口和至少一個用於將經調節的空氣流引導到乘客車廂的車頂開口，該方法包括步驟設置多個相對小的、緊湊的空調模塊；確定公共汽車所需的空調總負荷；確定共同滿足總負荷需求所需的模塊的數量；以希望的布置方式將所述數量的模塊安裝在公共汽車上，使得每個模塊對準車頂上的一個迴風口和一個送風口，並且每個模塊都是整裝的空調系統，當通電時能夠向公共汽車供應經調節的空氣。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述模塊以這樣的方式安裝，使得每個模塊都沿著平行於公共汽車縱向中心線的直線縱向延伸。
16.如權利要求14所述的方法，其中所述模塊一前一後地安裝，橫跨公共汽車的部分寬度橫向延伸。
17.如權利要求14所述的方法，其中所述模塊相互平行安裝。
全文摘要
一種用於公共汽車車頂空調器的整裝模塊，其具有包括壓縮機(27)在內的所有必需的部件，如果希望，在供給電能時，它能夠向公共汽車的乘客車廂提供經調節的空氣。另外，在空氣流中設置電加熱器(24)，從而在需要時，也能夠向乘客車廂供應被加熱的空氣。設置多個單元以滿足增加的性能需求以及保持維持工作的能力。
文檔編號B60H1/00GK1784320SQ200480012179
公開日2006年6月7日 申請日期2004年4月26日 優先權日2003年5月5日
發明者A·希勒, R·C·賴曼, B·切霍維奇 申請人:開利公司