CN100434291C - 模块化的公共汽车空调系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于公共汽车车顶空调器的整装模块，其具有包括压缩机(27)在内的所有必需的部件，如果希望，在供给电能时，它能够向公共汽车的乘客车厢提供经调节的空气。另外，在空气流中设置电加热器(24)，从而在需要时，也能够向乘客车厢供应被加热的空气。设置多个单元以满足增加的性能需求以及保持维持工作的能力。

Description

模块化的公共汽车空调系统
技术领域
本发明总体上涉及空调系统，尤其涉及用于公共汽车车顶的空调系统。
背景技术
对于公共汽车的空调，最普遍的方法是将空调部件设置在其车顶上。因为从驱动公共汽车的发动机获得动力，所以习惯做法是将空调器的压缩机放置在驱动发动机的附近，以便驱动发动机与压缩机驱动连接，然后使压缩机与公共汽车车顶上的空调系统流体相通。当然，这就需要在发动机室与空调单元之间设置相当长的管道系统，从而增加了安装和维护费用。
这样的现有系统还存在的另一个问题是，压缩机的驱动速度依赖于驱动发动机的运行速度。这样，例如当驱动发动机在停车场怠速时，压缩机就在相对低的转速下运行，不足以提供所希望程度的空气调节。因此通常需要加大尺寸的压缩机以在这些情况下获得所需的性能。
与这样的电动机驱动压缩机系统相关的其他问题是，开式驱动压缩机需要轴封和机械离合器，两者都会遇到维护的问题。此外，由于在公共汽车上能够获得直流电，因此可在空调系统中使用直流电动机。通常，由于直流电动机所具有的电刷的磨损，直流电动机不如交流电动机可靠，而不带电刷的电动机相对较昂贵。
除了上面讨论的问题，由于公共汽车种类的多样性和应用的需要，应当理解，有必要提供许多不同类型和变化的空调系统以满足这些不同的需求和车辆界面。其结果为，为了恰当地维护和保养这些单元，所必需的制造和安装费用、以及持续的工程资源是相当高的。
同样与现有公共汽车空调系统相关的是导致空调性能完全丧失的元件故障问题。就是说，对于目前通常的单一大单元来说，单元故障例如软管渗漏导致制冷剂流失、电气故障导致像风机这样的其中一个部件停止工作、或者压缩机故障，导致整个单元停止工作，并且不能向该单元提供空气调节。在这样的情况下，优选的是，是否能够维持部分性能，以提供“维持工作”的能力(limphome capability)。
除了冷却公共汽车乘客车厢内空气的功能外，当环境条件寒冷的时候还需要加热空气。通常在驱动发动机处再次利用可获得的能量，其中热量来自发动机冷却液。但是，与制冷情况相类似，例如当发动机空转时，只能获得较少的热量。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的公共汽车车顶空调系统。
本发明的另一个目的是提供一种在公共汽车的所有运行速度下都有效的公共汽车空调系统，而且同时不需要加大尺寸的压缩机。
木发明的再一个目的是用于降低公共汽车空调系统的制造、安装和维护费用。
本发明又一个目的是提供一种适合用于各种类型安装构形的空调系统。
本发明又一个目的是在某个元件故障的情况下，提供“维持工作”能力。
本发明的又一个目的是提供一种车顶空调系统，不管发动机的速度如何，都能向乘客车厢有效地供热。
本发明的又一个目的是提供一种制造经济并且运行有效的公共汽车车顶空调系统。
参考下面参照附图的说明，这些目的和其它的特征及优点会变得更加显而易见。
发明内容
简要地，按照本发明的一个方面，空调模块与其冷凝器盘管、蒸发器盘管以及位于模块内的各自的风机组装在一起，并且设置成使标准模块能够适应各种安装界面，这些安装界面具有在公共汽车上的不同类型和位置的回流空气管道和送风管道。
按照本发明的另一个方面，为了代替大的单个的空调单元，多个相对小的同样的模块安装在公共汽车的车顶上，每个模块都能独立于其它模块运行，以便能够以相对低的费用大规模生产同样标准的单元，并且在一个或多个单元故障的情况下也能提供维持工作能力。
按照本发明的另一个方面，模块可以包括一压缩机，从而所有必需的制冷剂管道全部位于模块中，电能从电动机驱动的发电机供应到模块上的电气元件。
按照本发明的另一个方面，空调单元的蒸发器部件具有相对宽的回风口，以便能够适用于任何窄车体、宽车体或者弯曲车顶的公共汽车。
按照本发明的另一个方面，通过位于送入公共汽车乘客车厢的空气流中的热阻盘管来把热量引入该空调系统。
在下文描述的附图中，描述了一个优选实施例；然而能够做出各种其他修改或者替换的结构，却不脱离本发明的精神和范围。
附图说明
图1是依照本发明一个优选实施例的模块的透视图。
图2是本发明一个可选择的包括压缩机的实施例。
图3是依照本发明在模块内的制冷回路和电路的示意图。
图4是依照本发明一个优选实施例的模块的截面透视图。
图5A-5C是依照本发明一个优选实施例的安装在各种类型公共汽车上的模块的截面图。
图6A-6C是空气混合挡板在不同位置处的模块的截面图。
图7是依照本发明一个优选实施例安装一对模块的透视图。
图8所示为依照本发明安装四个模块的透视图。
图9是依照本发明在公共汽车上安装六个模块的透视图。
图10是在公共汽车车顶安装四个模块可选择的安装方式的透视图。
具体实施方式
图1所示的模块11被移去了顶部以显示各种部件，包括蒸发器盘管12、冷凝器盘管13、多个蒸发器风机14和与之相连的驱动电动机16，以及用于驱动冷凝器风机的冷凝器风机电动机17(参见图3)。
模块11的外部是压缩机18，其由电机驱动器19驱动，从而将制冷剂通过制冷剂管线21从压缩机18送到冷凝器盘管13，并最终通过膨胀阀22送到蒸发器盘管12(参见图3)。然后制冷剂蒸汽通过制冷剂管线23返回到压缩机18。
驱动发动机19也与发电机15(如果需要，可以是交流发电机)运转地连接，用于通过线路25向模块提供电能。
在图1中也表示了位于蒸发器盘管12下游的电阻加热器24，从而在加热阶段，蒸发器风机14使空气流过蒸发器盘管12和加热器24，使送入公共汽车乘客车厢的空气被加热。从发电机15获得的直流电通过电线25供给到加热器24、以及蒸发器风机电动机16和冷凝器风机电动机17。加热器24可以用直流电或者交流电驱动，其输出的热量不受驱动发动机19速度的限制。通过如图1所示的模块，直流电可用于驱动所有的电动机元件，因此对加热器24来说是优选的。
现在参照图2，显示了包括上述所有部件的一个改进的模块26。进一步，它还包括一个卧式旋转压缩机27，所述卧式旋转压缩机27运转地连接在蒸发器盘管12与冷凝器盘管13之间，使得制冷剂以与上述相近的方式循环。然而，如图3所示，与上面描述过的系统不同的是，封闭式压缩机18由内部电动机20和逆变器/控制器28驱动，并通过由主发动机19驱动的发电机29供给电力。逆变器/控制器28接收来自各种控制传感器30的输入并且包括整流器和逆变器，接收来自发电机或者交流发电机29的交流电，并通过逆变器提供受控的交流电给蒸发器风机电动机16、冷凝器风机电动机17、压缩机驱动电动机20和加热器24。由于逆变器/控制器28能够供给受控的交流电，所以每个电动机都是交流电动机，从而保证一个更加不需维护的系统。
由于逆变器/控制器能够提供受控的交流电，从而一种优选类型的加热器24为正温度系数(PIC)加热器，其中当温度增加时电阻更快地增加。尽管在初始安装过程中，这种类型的加热器是相对昂贵的，但它能起自我限制器的作用，并且不需要温度调节装置来维持安全的温度范围。
现在参照图4，所示容纳在壳体29内的模块具有上面描述的各种部件，并且包括冷凝器风机31。而且还示出了壳体29上的各种开口，包括回风口32、冷凝器空气出口33和冷凝器/新鲜空气吸入口34。新鲜/回流/排出空气挡板36设置在冷凝器盘管13和蒸发器盘管12之间，以根据系统的特殊需要和现有的环境条件，控制通到蒸发器盘管12的空气的混合。因此，如箭头所示，气流方式由冷凝器风机31、蒸发器风机14和挡板36的位置控制。当回流空气进入回风口32时，根据挡板36的位置，使空气流出冷凝器空气出口和/或穿过蒸发器盘管12。近似地，进入吸入口34的新鲜空气流经冷凝器盘管13，然后流出冷凝器空气出口33和/或，根据挡板36的位置，允许空气流过蒸发器盘管12。这样，通过使用挡板36，可以使所有的回流空气经过冷凝器空气出口33，所有的新鲜空气流入空气吸入口34，然后通过蒸发器盘管12，或者当挡板36设置在其他的极限位置时，所有的回流空气都经过蒸发器盘管12，并且进入空气吸入口34的所有新鲜空气都经过冷凝器盘管13，然后从冷凝器空气出口33流出。然而，一个非常近似的运行工况是，挡板36位于中间位置，选择性混合的回流空气与新鲜空气流经蒸发器盘管12。
可以看到，过滤器37设置在进入新鲜空气吸入口34并流过蒸发器盘管12的空气流中。它的目的是将在进入空气吸入口34的空气流中可能存在的漂浮物过滤出来。如图所示，经过蒸发器盘管12之后，经调节的空气在蒸发器风机14的作用下流出送风口38。
参照图5a-5c，现在考虑模块11以与现有车顶空气路径开口相接合的方式安装在车顶。可以看到，公共汽车上各种开口的位置可以根据应用有很大的变化。例如，在如图5a所示的较宽的公共汽车中，送风管道39位于公共汽车的外侧附近，而回流空气管道41布置在离公共汽车纵向中心线较远的距离处。在如图5b所示的较窄的公共汽车中，送风管道42从公共汽车的外侧向内移动一个较小的距离，而回流空气管道邻近纵向中心线设置。在如图5c所示的车顶弯曲的公共汽车中，送风管道44从公共汽车的外侧略微更向内移动，而回流空气管道46位于中间位置，稍微离开纵向中心线，但不像较宽公共汽车的回流空气管道离中心线那样远。
当然，在所有的公共汽车应用中，提供了一种平衡的布置方式，如图所示，以基本上镜像布置的方式在公共汽车的每一侧既布置送风管道，也布置回流空气管道。这样，模块是对头拼接关系设置的，模块间的间距是变化的，以适应个别应用的需要。例如，对于图5a所示的较宽的公共汽车，两个模块之间的间距较大，而对于图5b所示的较窄的公共汽车，两个模块实际上是邻接的。对于车顶弯曲的公共汽车，它们离真正的水平位置有一点角度，如图所示，两模块之间的间距为中等程度。应当能够理解，所示的三种类型的安装方式都存在，以作为可能的安装需求的样本。并且为了满足特殊要求，也存在具有迄今所需的独特设计的其他安装方式。另一方面，本设计提供了单个的模块来满足车顶空调器所有的各种应用的需要。
可以看到，送风口相对较小，在上述三种情况的每一种情况中，模块11均设置在使送风口38实质上位于单个的送风管道39、42和44之上的位置。另一方面，如图所示，回风口32相对较大，从而能够适应回流空气管道41、43和46的不同位置。
为了描述回风口32的长度(即：其横跨公共汽车侧面尺寸的程度)，有必要简要回顾一下本设计的特征，包括如图6a-6c所示的排出空气挡板36。在图6a中，新鲜/回流/排出空气挡板36位于这样的位置，使得进入回风口32的所有回流空气流过蒸发器盘管12，而进入新鲜空气吸入口34的所有新鲜空气流过冷凝器盘管13并从空气出口33流出。在图6b中，新鲜/回流/排出空气挡板36位于另一个极端的位置，其中进入回风口32的回流空气都不经过蒸发器盘管12，而进入蒸发器盘管12的空气只有新鲜空气，一部分新鲜空气流过蒸发器盘管12，一部分新鲜空气流过冷凝器盘管13，如图所示。在图6c中，新鲜/回流/排出空气挡板36位于中间位置，其中一部分回流空气流过蒸发器盘管12，一部分回流空气被转向流过冷凝器盘管13。在这种情况下，新鲜空气也被从空气吸入口34转向，并且当其流过蒸发器盘管12时与回流空气混合。
在如图所示的新鲜/回流/排出空气挡板36的所有三个位置中，并且对于其他任何位置，模块的回风口32的长度都是相当大的，其长度用符号L1表示。正是由于回风口32相当大的长度L1，使得模块11能够适应上述各种安装要求。
L1的相对尺寸可以通过简单地与模块的总长L2相比来确定。就是开口的纵向长度L1与模块的纵向长度L2的比值：
Figure C20048001217900091
该比值大于45％并接近50％。另一个参考点是公共汽车车顶的宽度，或者更适当的是公共汽车的一半宽度。宽的公共汽车的一半宽度大约是51英寸，而窄的公共汽车的一半宽度大约是48英寸。这样，对于宽的公共汽车(图5a)，长度L1与公共汽车的一半宽度L3(即：公共汽车外侧与其纵向中心线之间的尺寸)的比值为：
Figure C20048001217900092
对于窄的公共汽车(图5b)，比值为：
Figure C20048001217900093
在每种情况下，比值都大于36％。
在图7-10中，显示了安装在公共汽车车顶不同位置处的各种成对的模块。在图7中，一对模块以对头拼接的关系安装在公共汽车的纵向中心线附近。在图8中，有两个这样的模块对(即：四个模块)以对头拼接的关系安装在公共汽车纵向中心线附近，在图9中，显示了三个这样的模块对。在图10中，显示了一对模块以对头拼接的方式设置，但彼此之间有较大的间距，它们既靠近公共汽车的纵向中心线，又靠近车尾端，并且全都沿着平行于公共汽车纵向中心线的直线对准。除了所示的之外，应当理解，还有各种其它的安装方式也适用于这里所描述的模块。

Claims (9)

1.一种向公共汽车提供空气调节的方法，该公共汽车具有至少一个用于引导来自乘客车厢的回流空气的回风口(41)和至少一个用于将经调节的空气流引导到乘客车厢(39)的送风口，该方法包括以下步骤：
设置多个相对小的且紧凑的空调模块(11)；
确定用于公共汽车所需的空调总负荷量；
确定共同地满足该总负荷需求所需的模块(11)的数量；
以所希望的布置方式将所述数量的模块(11)安装在公共汽车上，使得每个模块(11)对准车顶上的一回风口(41)和一送风口(30)，并且每个模块都是当通电时能够向公共汽车供应经调节的空气的整装空调系统；
其中，所述模块(11)一前一后地安装，并且横向延伸以便横跨公共汽车的部分宽度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
设置由发动机(19)驱动的发电机(29)；
该空调模块包括：
压缩机(13)；
膨胀装置(22)；
蒸发器(12)；
具有电动机(17)的冷凝器风机；
具有电动机(16)的蒸发器风机；
位于与所述蒸发器(12)和蒸发器风机相关的空气流中的电加热器(24)；以及
用于接收来自所述发电机的交流电并向所述冷凝器风机电动机(17)、所述蒸发器风机电动机(16)和所述电加热器(24)中的每一个提供交流电的功率控制器(28)，
其中，所述功率控制器(28)包括将所述交流电转换为直流电的整流器和将所述直流电逆换为逆变器输出的交流电的逆变器，所述逆变器输出的交流电被输送到所述冷凝器风机电动机(17)、所述蒸发器风机电动机(16)和所述电加热器(24)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发动机(19)是车辆的原动机。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述空调模块(11)适合安装在所述车辆的顶部。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述空调模块还包括具有电动机(20)的压缩机(18)，并且所述功率控制器向所述压缩机(8)的所述电动机(20)提供电能。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空调模块(11)以对头拼接的方式安装在车辆纵向中心线的每一侧。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空调模块以平行的对头拼接的方式沿着平行于交通工具纵向中心线的直线安装。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模块以这样的方式安装，即，使得每个模块都沿着平行于公共汽车纵向中心线的直线纵向延伸。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模块(11)相互平行安装。
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