JP2006525180A - バス・ルーフトップ空調機用の蒸発器エアシステム - Google Patents

Abstract

空調モジュールは、空調システムに必要な全てのコンポーネントを単一のハウジング内に含むように構成され、このハウジングは給気口と還気口を有する。ハウジング内の種々のコンポーネントは、バスの屋根にわたる還気口の横方向長さが比較的大きく、単一のモジュールによってバスの屋根に設けられた給気口および還気口の種々の構成および位置に適用できるように配置されている。

Description

本発明は、主に空調システムに関し、特にバスのルーフトップ用の空調システムに関する。

本願は、本願と同時に出願され、本発明の出願人に譲渡される以下の係属中の出願に関連する。
名称 当方整理番号
モジュール式バス用ルーフトップ空調機 ２１０＿５４６
モジュール式バス空調システム ２１０＿５４５
バス空調ユニットにおける給気ブロワ設計 ２１０＿５４９
バス・ルーフトップ凝縮器ファン ２１０＿５５０
バストップ空調機における空気取入方法および装置 ２１０＿５４８
バス空調ユニット用のコイル・ハウジング設計 ２１０＿５４７
一体型バス用空調モジュール ２１０＿５５８
外気取り込みフィルタおよび多機能グリル ２１０＿５５４
一体型バス用空調モジュール ２１０＿５５７
モジュール式バス用空調機 ２１０＿５６１
モジュール式バス・ルーフトップ用空調機 ２１０＿５６２
モジュール式バス空調機用蒸発器部 ２１０＿５６４
モジュール式バス空調機用の広い蒸発器部 ２１０＿５６５
ルーフトップ・空調ユニット用凝縮物ポンプ ２１０＿５６８
ルーフトップ空調における凝縮物除去システム ２１０＿５５１
モジュール式ルーフトップユニットの給気配管装置 ２１０＿５７７
モジュール式バス・ルーフトップ空調システム構造 ２１０＿５９５
一体型モジュール式バス空調機 ２１０＿５９６
バスを空調するための最も一般的な方法はそのルーフトップに空調コンポーネントを配置することである。バスを駆動するエンジンから動力が利用できるかぎり、駆動エンジンが圧縮機を駆動するように接続され、次いで圧縮機がバスのルーフトップ上の空調システムに流体的に相互接続されるように、駆動エンジン近傍に空調用圧縮機を配置するのが慣例となっている。もちろんこれはエンジンルームと空調ユニット間のかなり広範にわたる配管を必要とし、それにより設置と保守のコストが増加する。

そのような現存のシステムについてのもう１つの問題は、圧縮機が駆動される速度が、駆動エンジンが稼動している速度に依存するということである。従って、駐車場において駆動エンジンがアイドリングしているときには、圧縮機は所望の程度の空調を提供するには不十分な比較的低い速度で稼動している。従って、これらの条件の下で必要とされる性能を得るために一般的に圧縮機を特別に大きくする必要がある。

このようなモータ駆動される圧縮機システムに関連する他の問題は、開放型圧縮機が軸シールと機械的クラッチを必要とし、その両者が保守問題を生じやすいことである。さらに、ＤＣ電力がバスで利用可能であるので、ＤＣモータが空調システムに使用されてきた。一般的に、ＤＣモータは、摩滅するブラシを有するのでＡＣモータのようには信頼性がなく、ブラシレスモータは比較的高価である。

上で議論された問題の他に、様々なバスタイプと用途の必要条件のために、これらの種々の必要条件や車両接続部に合わせるために空調システムの多くの異なるタイプや変形を提供する必要があった。その結果、製造および設置のコストと、これらのユニットを適切に保守およびサービスするために必要な技術者資源を維持することが比較的高価である。

従来より、凝縮器のコイルおよびファンは、バス・ルーフトップの中心線の近傍に配置されており、蒸発器のコイルおよびファンは、ルーフトップの側面により近接して設けられている。さらに、蒸発器ファンは、引込み式であり、コイルの下流に位置してコイルから調和空気を引き込むように作用する。これにより、コイルにおいて均一な速度分布が提供されるが、ファンから流出するとともに続いてバスのダクトシステムに押し込まれる望ましくない高速噴流が生じてしまう。また、ファンをコイルの外側に配置する必要があるので、所望よりもバスの中心により近接してコイルを配置することが必要であった。

従って、本発明の目的は改良されたバス・ルーフトップ空調システムを提供することである。

本発明の他の目的は、バスの全てのエンジン動作速度において効率的であり、かつ特別に大きい圧縮機を必要としないバス空調システムを提供することである。

本発明のまた他の目的はバス空調システムの製造、設置、および保守コストを低減することである。

本発明のまた他の目的は、蒸発器コイルがバスの横方向端部により近接して配置されるように、バス・ルーフトップ空調システムの蒸発器部を構成することである。

本発明のさらに他の目的は経済的に製造でき、使用時に効果的なバス・ルーフトップ空調システムを提供することである。

これらの目的と他の特徴および利点は添付図面と関連して行われる以下の説明を参照すればより明らかとなる。

簡潔に言えば、本発明の１つの態様によれば、空調モジュールはその凝縮器コイル、蒸発器コイルおよび対応するブロワがモジュール内に配置され、標準のモジュールがバス上の異なるタイプと位置の還気および給気ダクトとの種々の設置接続部に適応できるよう位置するように組み立てられる。

本発明の他の態様によれば、複数のモジュールのそれぞれはバスの縦方向中心線に対して芯合わせされた関係に設置され、バスの幅にわたり横方向に延びている。モジュールの数と長さはバスの総合空調容量の必要条件に依存する。

本発明のまた他の態様によれば、モジュールのそれぞれは全ての必要なコンポーネントを含み、電力は、エンジン駆動される発電機により電力を与えられるインバータ／コントローラにより電気コンポーネントに供給される。

本発明のまた他の態様によれば、蒸発器ブロワは、蒸発器コイルの内側に配置され、還気ダクトからの空気をコイルを通って吹きつけて冷却するように作用する。

本発明のまた他の態様によれば、モジュールの蒸発器部はバスの実質的な幅にわたって広がり、それにより種々の大きさとタイプの還気接続部の必要条件に適応する還気プレナムを有する。

本発明のさらに他の態様によれば、各モジュールの蒸発器部は２つの異なる垂直レベルを有して還気と補充用の外気のそれぞれの流入する流れに適応し、ファンまで通過し、次いで蒸発器コイルまで通過するそれぞれの空気量を選択的に変更する混合器を含む。

以下に説明される図面には好ましい実施例が描かれる。しかしながら、本発明の真の趣旨と範囲から逸脱することなく種々の他の変形や代わりの構成をそれらに対して行うことができる。

本発明によるバスのルーフトップ１１に適用されるモジュールは図１において全体として符号１０で示される。電力がライン１２を経由してモジュール１０に供給され、このラインは図示のようにバスエンジン１４により駆動される発電機１３から電力供給を受ける。

モジュール１０はバスの屋根にある開口部に接続され、モジュール１０内のファンが、客室からの還気がモジュール１０の中に上方に流れて、ここで調和され、調和された空気が客室に調和された空気を運ぶ給気ダクトの中に下方に流れるようにする。モジュールがバス・ルーフトップ１１に接続される種々の構造と方式は以下にもっと詳しく説明される。

図２において、その一端には蒸発器部１７が取り付けられ、その他端には凝縮器部１８が取り付けられたフレーム１６を含む、カバーが除去されたモジュール１０が示される。圧縮機２１とインバータ／コントローラ２２を含む電力部１９が凝縮器部１８に隣接している。これらが原動力を冷媒回路に供給し、電力をモジュール１０の電気コンポーネントに供給する方式は以下にもっと詳しく説明される。

蒸発器部１７は、端と端を接触させた一対の同一ユニットを備え、これらのユニットは蒸発器ブロワ２３と蒸発器ブロワモータ２４、および蒸発器コイル２６をそれぞれ含む。簡潔に言えば、蒸発器ブロワ２３はバスの客室から還気を、外部から外気を引き入れ、これらの混合流を、調和するために蒸発器コイル２６に通し、この調和空気はその後に給気ダクトを経由して客室に戻る。これは以下にもっと詳しく説明される。

凝縮器部１８の中には電気モータにより駆動される凝縮器ファン２７と、一対の凝縮器コイル２８と２９が設けられる。簡潔に言えば、凝縮器ファンは下に真空を作り出すために空気を上方に引き入れ、この真空が外気を凝縮器コイル２８と２９を通って引き入れ、コイル２８と２９を流れる冷媒を凝縮する。発生する暖かい空気はその後ファン２７により大気内へと上方に排出される。

図３を参照すれば、モジュール１０が、そのライン１２を介した発電機１３と駆動モータ１４への電気接続と共に示される。インバータ／コントローラ２２は発電機すなわちＡＣ発電機からＡＣ電力の供給を受け、次に個別に制御されたＡＣ電力を蒸発器ブロワモータ２４、凝縮器ファン２７の駆動モータ３１および圧縮機２１の駆動モータ３２に供給する。符号３３で全体として示される複数の制御センサが種々の駆動モータに供給されるＡＣ電力を制御するのに必要なフィードバックをインバータ／コントローラ２２に供給する。

図で分るように、冷媒回路は閉回路であり、それを通って冷媒が圧縮機２１から凝縮器２９、膨張弁３４、蒸発器２６を流れ、最後に圧縮機２１に戻る。これは通例の方式で達成される。

モジュール１０は必要なコンポーネントの全てを内蔵し、唯一の入力が電気ライン１２を経由する電力であることが分るであろう。Ｎｏ．２〜６で示された他のモジュールは同一に構成され、同様に電力供給および制御される。

今度は図４に示される凝縮器部１８を参照すれば、凝縮器ファン２７により生じた空気流は矢印で示される。外気は図示のように外気取入口３６と３７を通って引き入れられ、対応する凝縮器コイル２８と２９を通り、次いで凝縮器ファン２７と凝縮器出口空気口３８を通って上方に流れる。

図５に示す蒸発器部１７内では、比較的暖かい還気が客室と連通する還気口(図示省略)から上方に流れ、矢印で示されるように蒸発器部１７の還気プレナム３９に入る。蒸発器ブロワ２３は還気がその上部の入口まで上方に流れるようにし、それと同時に外気は以下に述べる方式で外気フラップを経由して取り込まれてもよい。こうして２つの空気流の混合流は矢印で示されるように蒸発器ブロワ２３の取入口に受け入れられ、下方および外方に蒸発器コイル２６に流される。蒸発器コイル２６を通過した後、空気流は湾曲したカウリングにより客室に通じる給気ダクトに下方に流される。こうして、モジュールが動作している間、客室から出る還気と客室に戻る調和された空気の連続的な巡回流れがある。外部に排出される還気の量、また外部から回路に持ち込まれる外気の量は以下に述べるように外気フラップの選択的移動により制御される。

図６〜図８に種々のタイプのバスについてのモジュール１０とそれに関連する還気口および給気口の設置法が示される。例えば図６では広いバス用の設置法が示され、この設置法では、現存のバス内ダクト設備はバスの側面近傍にある給気ダクト４３と４４、およびバスの中心線のより近くにあるが実質的に離間された還気口４６と４７を含む。ここでは、還気口４６と４７がモジュール１０の還気プレナム３９と直接連通しているが、その外端に近い位置にあることが分るであろう。

狭いバス用の設置法を示す図７では、同様に給気ダクト４８と４９がバスの側面近傍にある。しかし、還気口５１と５２はバスの中心線において互いに接触している。ここでも、還気口５１と５２は還気プレナム３９と流体連通しているが、その他端にある。

最後に図８には湾曲した屋根のバスが示され、給気ダクト５３と５４は同様にバスの側面近傍にあるが、還気口５６と５７は中心線に比較的近いが実質的に離間された中間位置にある。ここでも、還気口５６と５７は還気プレナム３９と流体連通しているが、その両端の中間位置にある。

こうして、同一のモジュールが、モジュール自身の変更なしにこれらの種々の設置条件の何れにも適応できるように構築および設計されていることが分るであろう。すなわち、調和空気排出口４０は横方向に十分大きいので種々の給気ダクトの配置に適応でき、またより重要なことは、還気プレナム３９が横方向に比較的大きく、図示の種々のタイプの還気口構造のそれぞれに適応できることである。

図９〜図１１を参照すると、他の蒸発器部が符号６１として示されており、この蒸発器部は、バスの中心線に対して背中合わせに設けられた一対の同一ユニット６２と６３を含む。対応するモータ６７と６８によって駆動された遠心ファン６４と６６は、軸が垂直に方向づけられてバスの中心線の近傍に配置されている。

図示のように、ファン６４と６６は、対応するスクロール６９と７１に囲まれており、これらのスクロールは、蒸発器コイル７４と７６にそれぞれつながる比較的短いデフューザ７２と７３を有する。

図１０に示すようにファン６４と６６は、その下に還気プレナム７７と７８を提供するようにそれぞれ一段高く設けられている。プレナム３９の縦方向長さＬ₁（すなわちプレナム３９がバスの半分の幅にわたって横方向に延びる距離）は、還気ダクト（図６〜図８参照）の幅およびユニットの横方向の全長Ｌ₂に比べて実質的なものである。本発明の設計は、Ｌ₁＝５９５ｍｍの寸法を有する。寸法Ｌ₂は、特定の装置によって異なる。寸法ｘは、還気プレナムと給気排出口との間のユニット構造体の横方向長さを示す。この寸法は、最小値の１３０ｍｍから最大値の２３０ｍｍまで変動する。給気排出口の横方向寸法も、最小値の６０ｍｍから最大値の１２０ｍｍまで変動する。よって、横方向長さＬ₂は、７８５ｍｍから９４５ｍｍまで変動する。Ｌ１／Ｌ２の比率は、０．６２９〜０．７５８となる。このような比較的大きい比率の特徴は、上述した種々のルーフトップ装置の必要条件において同一ユニットを使用可能とする上で重要である。

還気プレナムの横方向長さと還気口の横方向長さを比較すると、横方向長さＬ₁が幅ｗよりも実質的に大きいことが分かる。典型的に、還気口の幅ｗは、約１２０〜４５０ｍｍである。これら２つの比率を考えると、５９５ｍｍの長さは、還気口の幅ｗのほぼ１．３２２〜１．９８３倍である。

最後に、長さＬ₁をバスの半分の幅と比較すると、典型的なバスの幅は約２１５０ｍｍであるので、典型的なバスの半分の幅に対する単位長さＬ₁の比率は約０．５５３である。従って、長さＬ₁は、バスの半分の幅の約半分であるということが言える。

２つのレベルを含む方法、すなわち空気プレナム７７と７８が１つのレベルにあり、ファン６４と６６がこれよりも高いレベルにある方法では、還気は還気プレナム７７と７８に引き込まれてから、入口７９と８１をそれぞれ通ってファン６４と６６に流入する。この空気は、続いて第２のレベルにおいて、それぞれのコイル７４と７６に向かって径方向外向きに吹きつけられる。

遠心ファン６４と６６は、垂直方向で比較的薄いが、直径が比較的大きい。駆動モータ６７と６８は、ファンよりも上の位置に示されているが、ファンの下に配置することもできる。ファンロータは、後向き羽根、直羽根、前向き羽根を有することができる。蒸発器コイル７４と７６の外側には湾曲したカウリング８４と８６によって部分的に画成された圧力プレナム８２と８３が設けられる。圧力プレナム８２と８３の下流には、給気排出口８７と８８がそれぞれ設けられる。

次に図１１を参照すると、還気が右側の矢印によって示されている。ファンの両側には、関連するフラップを有するとともに還気プレナム７８に外気を導入する外気口が提供されており、還気はファン６６に流入する前にこの外気と混合される。外気口は符号８９と９１、フラップは符号９２と９３としてそれぞれ示されている。外気口８９と９１は、プレナム７８の還気口に比べて小さいことが分かるであろう。よって、この設計は、少量の外気を引き込んでファンを通る還気と混合させることを目的にしている。従って、フラップ９２と９３が開いているときには、少量の還気流しか遮られず、完全に開いている場合でもフラップ９２と９３は多量の還気流を遮らない。

動作時には、還気流がプラナム７８に流入するとともに、少量の外気が所望に応じて外気口８９と９１に導入される。続いて、空気の混合流は、ファン６６を通過し、スクロール６９と７１およびデフューザ７２と７３をそれぞれ通って外向きに流れる。蒸発器コイル７４と７６を通過した後、調和空気は圧力プレナム８２と８３にそれぞれ流入し、続いて給気排出口８７と８８を通って客室に排出される。

冷却空気が高速噴流としてファンから流出してバス給気ダクトに噴射される従来技術の引込み式ファンシステムと異なり、本発明の設計は、低速でかつ高圧の流れを圧力プレナム８２と８３に提供する。給気排出口８７と８８は、低速流れおよび比較的小さい損失を活かすために、引込み式ファン用の従来の開口部よりも大きくすることができ、また大きくすることが好ましい。これは、好ましくは、比較的狭くかつ比較的長い空気排出スロットの形態とすることができる。

次に、図１２〜図１４を参照すると、同様の吹きつけ構成を有するが、ファンの軸が図示のように水平面に配置された蒸発器部の他の実施例が示されている。対応するスクロールが符号９９と１０１として示されており、デフューザが符号１０２と１０３として示されている。蒸発器コイル７４と７６の配置は上述の実施例と同様であり、圧力プレナム８２と８３の構造および機能は上述した通りである。

蒸発器ユニットの高さ制限により、ファン９４と９６の直径は垂直軸を有するファンに比べて必然的に小さい。よって、前向きブロワホイールが望ましく、ファンは、図示のように空気がファンの両端から流入可能なダブルインレット式である。デフューザ１０２と１０３は、垂直軸ファンとともに使用される上述のデフューザに比べて長い。

また、還気プレナム１０４と１０６は、ユニットの低いレベルに設けられており、ファン９４と９６は空気を受け入れてコイル７４と７６に向かって外向きに吹き付けるように第２のレベルに設けられている。上述の設計と同様に、還気プレナム１０４と１０６は、縦方向に長く、垂直軸ファンに関して上述したのと実質的に同様の相対的寸法を有する。

続いて、図１４を参照すると、還気が右側の矢印で示されており、モータ９８で駆動されたファン９６の各々の端部に流入している。還気流と混合される外気の導入を容易にするために、図示のように外気口１０７と関連するフラップ１０８とが一方側に提供される。フラップ１０８の位置は、所望に応じてシステムに外気を導くために選択的に調節可能である。上述と同様の方法で、フラップ１０８が完全に開いた位置に向かって移動されると、外気口１０７が開くとともにシステムに流入する還気流がそれに伴って減少する。しかし、外気口が完全に開いた位置にあるときでも、遮られる還気流の割合は比較的小さい。

動作時には、低い還気プレナム１０６に還気と外気が流入し、これらの流れの混合流がファン９６の両側に位置する２つの入口開口部内に上向きに流れる。ファン９６は、続いて、スクロール１０１およびデフューザ１０３から蒸発器コイル７６に向けて空気を吹き付け、ここで空気が冷却される。この空気は、次に圧力プレナム８３に流入し、客室に空気を運ぶ給気ダクトへ比較的低速でかつ比較的高圧で排出される。

本発明は、図示の好適モードを参照して開示および説明したが、当業者であれば分かるように請求項によって定められた本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに詳細に種々の変更を加えることができる。

本発明の好ましい実施例によるバスのルーフトップ上に設置されるモジュールの斜視図である。 上カバーが除去されたモジュールの斜視図である。 本発明の好ましい実施例によるモジュール内の電気および冷媒回路の模式図である。 モジュールの凝縮器部の正面図である。 モジュールの蒸発器部の一実施例の正面図である。 バス・ルーフトップに適用される蒸発器部の正面図である。 バス・ルーフトップに適用される蒸発器部の正面図である。 バス・ルーフトップに適用される蒸発器部の正面図である。 他の蒸発器部の平面図である。 図９の線１０−１０に沿った断面図である。 図９の線１１−１１に沿った断面図である。 また他の蒸発器部の実施例の平面図である。 図１２の線１３−１３に沿った断面図である。 図１２の線１４−１４に沿った断面図である。

Claims (18)

1. 調和空気の流れを屋根の外側の近傍で下向きに導く少なくとも１つの給気口と、あらゆる装置に応じてバスの縦方向中心軸から横方向に実質的に変更可能な位置を有する還気口と、を有する少なくとも１つの空調モジュールがバスの屋根に設置されたバス空調システムであって、
   圧縮機、凝縮器コイル、膨張弁、および蒸発器コイルを通って冷媒を直列に循環させる冷凍回路と、
   還気を前記還気口から蒸発器部の還気プレナムに流入させるとともに、前記蒸発器コイルを通って前記給気口に流入させる蒸発器ブロワを含む凝縮器部と、
   外気を前記凝縮器コイルに通過させてから外部に排出する凝縮器ファンと、を有し、
   前記蒸発器還気プレナムは、前記還気口よりも実質的に大きい横方向幅にわたって延在しており、前記還気口の横方向位置が装置ごとに異なっても、前記モジュールが屋根上の設置位置にあるときには、前記蒸発器還気プレナムがバスの還気口の真上に配置されるとともに該還気口と流体的に連通していることを特徴とするバス空調システム。
2. 前記ルーフトップ給気口は、バスの各側面の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバス空調システム。
3. 前記ルーフトップ還気口は、バスの縦方向中心線の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバス空調システム。
4. バスは、広い車体のものまたは狭い車体のもののいずれでもよく、前記還気口は、前記縦方向中心線から実質的な距離で、またはこの縦方向中心線に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバス空調システム。
5. 前記蒸発器ブロワは、前記蒸発器コイルの上流に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバス空調システム。
6. バスは、屋根が湾曲したタイプのものとすることができることを特徴とする請求項１に記載のバス空調システム。
7. 前記還気プレナムは、前記モジュールの長さの少なくとも３０％にわたって延びていることを特徴とする請求項１に記載のバス空調システム。
8. 前記還気プレナムは、バスの屋根の半分の幅の少なくとも５０％にわたって延びていることを特徴とする請求項１に記載のバス空調システム。
9. 前記還気プレナムの横方向長さは、前記還気口の横方向長さの１．３倍よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のバス空調システム。
10. 給気口および還気口の横方向配置がそれぞれ異なる種々のタイプのバスの屋根に使用される空調モジュールの提供方法であって、
    凝縮器コイルと、該コイルを通って外気を循環させるファンと、を有する凝縮器部を提供し、
    蒸発器コイルと、バスの内部の室からの空気を前記還気口、前記蒸発器コイル、および前記給気口を通って前記内部の室に再度流入するように循環させるファンと、を有する蒸発器部を提供し、
    前記還気口と前記蒸発器コイルとを流体的に連通させる還気プレナムを前記蒸発器部に設けることを含み、前記還気プレナムは、前記還気口の横方向長さよりも実質的に大きい横方向長さを有し、前記還気口の種々の横方向位置に対応可能であることを特徴とする空調モジュールの提供方法。
11. 前記バスのタイプには広い車体のバスおよび狭い車体のバスが両方含まれることを特徴とする請求項１０記載の空調モジュールの提供方法。
12. 前記バスのタイプには、湾曲した屋根を有するバスが含まれることを特徴とする請求項１０記載の空調モジュールの提供方法。
13. 前記バスのタイプには、還気口がバスの縦方向中心線の比較的近傍に設けられたものおよび還気口がバスの縦方向中心線から比較的遠くに設けられたものの両方が含まれることを特徴とする請求項１０記載の空調モジュールの提供方法。
14. 前記モジュールをバスの縦方向中心線の一方の側に設置することを含むことを特徴とする請求項１０記載の空調モジュールの提供方法。
15. 前記還気口は、バスの縦方向中心線の近傍に配置されており、前記給気口はバスの側面の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１０記載の空調モジュールの提供方法。
16. 前記還気プレナムは、前記モジュールの長さの少なくとも３０％にわたって延びるように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の空調モジュールの提供方法。
17. 前記還気プレナムは、バスの屋根の半分の幅の少なくとも５０％にわたって延びるように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の空調モジュールの提供方法。
18. 前記還気プレナムは、前記還気口の横方向の幅の少なくとも１．３倍の横方向長さを有するように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の空調モジュールの提供方法。

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