专利名称：模块化公共汽车空调系统的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及空调系统，尤其涉及用于公共汽车车顶的空调系统。
背景技术：
调节公共汽车空气最普通的途径为将空调部件布置于公共汽车的车顶。由于能量可从驱动公共汽车的发动机得到，所以将空调压缩机布置在发动机的附近使得发动机驱动地连接到压缩机上，然后将压缩机流体地互连到公共汽车车顶上的空调系统成为常用的做法。当然，这还需要在发动机舱与空调单元之间具有相当大规模的管道系统，从而增加了安装和维护成本。
这种现有系统的另一个问题是驱动压缩机的速度依赖于驱动发动机运行的速度。因此，例如，当在停车场中发动机怠速时，压缩机运行在比较低的速度，可能不足以提供所需的空气调节程度。因此，通常有必要使用过大尺寸的压缩机，以获得在这些情形之下所需的性能。
与这种电机驱动的压缩机相关的其它问题为开放驱动式压缩机需要轴密封和机械离合器，轴密封和机械离合器都带来维护问题。另外，由于直流电能在公共汽车上可用，所以直流电机已用于空调系统。通常，由于直流电机具有易受磨损的电刷，所以不如交流电机可靠，而无刷电机相对要昂贵。
除了上述问题，还应认识到，由于公共汽车类型和应用需求的种类的繁多，所以有必要提供许多不同类型和种类的空调系统，以满足这些不同的需求和车辆接口。结果，制造和安装成本、以及为了适当地维护和保养这些单元的必要维护工程成本都比较高。
现有公共汽车空调系统还具有使空调能力完全丧失的部件故障问题。即，对于现在常用的单个大单元，当发生故障时，如软管泄漏引起制冷剂损失、电气故障导致一个部件如风扇停止工作或者压缩机故障时，整个单元都不能工作，并且不能向该单元提供空气调节。在这种情形下，最好能维护部分能力，以提供应急能力。
除了冷却公共汽车车厢内空气的功能之外，当外界环境冷时，还有必要提高空气的温度。同样，一般使用可在驱动发动机获得的能量，与来自发动机冷却剂的热量。但是，与冷却的情形相类似，例如，当发动机怠速时，将获得较少的热量。
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所有运行速度都有效的、并且同时不需要过大尺寸的压缩机的公共汽车空调系统。
本发明的另一个目的是提供一种降低了制造、安装和维护成本的公共汽车空调系统。
本发明的再一个目的是提供一种设计成适于在各种形式的安装结构中使用的空调系统。
本发明的另一个目的是提供在某些部件故障的事件中提供应急能力。
本发明的另一个目的是提供一种能不管发动机速度而有效地向车厢提供热量的车顶空调系统。
本发明的再一个目的是提供一种制造经济和使用有效的公共汽车车顶空调系统。
结合附图，参考下面的说明，能够更加容易地理解这些目的和其它特征及优点。
发明内容
简而言之，根据本发明的一方面，空调模块与位于模块之中的其冷凝器盘管、蒸发器盘管以及各送风机组装在一起，并因此定位使得标准模块能够适应具有不同形式和回气与供气管道在公共汽车不同定位的安装接口。
根据本发明的另一方面，并不是大的单个空调单元，而是多个相对小的同样的模块，这些同样的模块能够安装在公共汽车的车顶，每个模块都能够彼此独立地运行以允许同样标准模块的较低成本的大规模生产，还在一个或多个单元的故障事件中提供了应急能力。
根据本发明的另一方面，模块可包括压缩机，使得所有必要的制冷管道系统全部地位于模块之上，电能从发动机驱动的发电机提供给模块上的电气部件。
根据本发明的另一方面，空调单元的蒸发器部分具有比较宽的回气开口，以适于与所有窄公汽、宽公汽或曲顶公汽一起使用。
根据本发明的另一方面，热量经由位于到公共汽车的车厢中的气流之中的耐热盘管引入空调系统。
在下述附图中，描述了优选实施例；但是在不脱离本发明实质和范围的情况下，能够对其做出各种其它修改和替代结构。
图1为根据本发明优选实施例的模块的透视图；图2为包括压缩机的本发明可选实施例；图3为示出了根据本发明的模块之中的制冷回路和电气电路的示意图；图4为根据本发明优选实施例的模块的剖面透视图；图5A-5C为根据本发明优选实施例将模块应用到各种类型公共汽车的安装的截面图；图6A-6C为空气混合停止在各种位置的模块的截面图；图7为根据本发明优选实施例安装的一对模块的透视图；图8示出了根据本发明安装的四个模块的透视图；图9为根据本发明安装在公共汽车中的六个模块的透视图；图10为四个模块在公共汽车车顶上的可选安装的透视图；具体实施方式
图1示出了盖子被去除的模块11，从而示出各种部件，包括蒸发器盘管12、冷凝器盘管13、多个蒸发器鼓风机14和相关的驱动电机16、以及用于驱动冷凝器风扇的冷凝器风扇电机17(参见图3)。
模块11的外侧为压缩机18，其由驱动电机19驱动，以从压缩机18泵送制冷剂通过制冷剂管路21到达冷凝器盘管13，最后经由膨胀阀22到达蒸发器盘管12(参见图3)。然后，制冷剂蒸汽经由制冷剂管路23返回到压缩机18。
并且，驱动发动机19可操作地连接到发电机15(如果希望，也可是交流发动机)，用以经由线路25向模块提供电能。
同样，如图1所示，电阻加热器24处于蒸发器盘管12的下游，使得对于加热一段时间，空气被蒸发器鼓风机14吸引而通过蒸发器盘管12和加热器24，从而加热了传送到公共汽车车厢的空气。到加热器24的电能，以及到蒸发器鼓风机电机16和冷凝器风扇电机17的电能都经由从发电机15接收直流电能的电气线路25来提供。加热器24可由直流电或交流电供电，使热量输出与驱动发动机19的速度相独立。对于如图1中所示的模块，直流电能可用于对所有电机部件供电，因此对于加热器24也是首选的。
现在参考图2，示出的改进模块26包括上述所有部件。另外，它还包括水平旋转压缩机27，其在蒸发器盘管12与冷凝器盘管13之间可操作地互连，以使制冷剂以与上述相类似的方式循环。但是，与前述系统的区别在于封闭式压缩机18由内部的电机20驱动，电机20的电能通过由主发动机19驱动的发电机29和逆变器/控制器28提供，如图3中所示。逆变器/控制器28包括整流器和逆变器，其接收各种控制传感器30的输入，该逆变器/控制器28接收发电机或交流发电机29的交流电能，并且通过逆变器向蒸发器鼓风机电机16、冷凝器鼓风机电机17、压缩机驱动电机20和加热器24提供受控交流电能。由于逆变器/控制器28能够提供受控交流电能，所以每个电机都为交流电机，因此保证了更无需维护的系统。
通过逆变器/控制器提供受控交流电能，加热器24的首选形式为正温度系数(PIC)加热器，其中电阻随着温度的提高而增加得比较快。虽然这种加热器在其初始安装中比较昂贵，但其用作自动限制器，无需恒温器以维护安全的温度限。
现在参考图4，示出的模块具有封装在壳体29之中的上述各种部件，并且包括冷凝器风扇31。还示出了在壳体29中的各种开口，包括回气口32、冷凝器出口33和冷凝器/新鲜空气进口34。在冷凝器盘管13与蒸发器盘管12之间设置有新鲜空气/回气/废气风门36，以依据系统的特定需求以及现有环境条件，来控制传送到蒸发器12的空气的混合。由箭头表示的气流模式就这样被冷凝器风扇31、蒸发器风扇14和空气风门36的位置所控制。当回气进入回气口32时，其根据空气风门36的位置，使空气从冷凝器出口和/或通过蒸发器盘管12流出。类似地，进入进气口34的新鲜空气经过冷凝器盘管13，然后从冷凝器出口出来和/或依据空气风门36的位置，其允许通过蒸发器盘管12。因此，通过空气风门36的使用，能够使所有的回气通过冷凝器出口33，所有的新鲜空气进入进气口34然后通过蒸发器盘管12，或者当风门36位于另一个极限位置中时，所有的回气都通过蒸发器盘管12，所有进入进气口34的新鲜空气都通过冷凝器盘管13再从冷凝器出口33排出。但是，更可能的工作情况为空气风门36处于中间位置，其中选择性混合的回气与新鲜空气通过蒸发器盘管12。
如所示的，过滤器37位于进入新鲜空气进气口34并通过蒸发器盘管12的气流中。其目的为过滤掉进入进气口34的气流中所有的碎屑。如图所示，在通过蒸发器盘管12之后，经过调节的空气被蒸发器鼓风机14吹出供气口38。
参考图5a-5c，现在考虑模块11定位在车顶上以与车顶上已有的空气通路开口接口的方式。如所示的，公共汽车上各种开口的位置可随应用的不同而显著变化。例如，在图5a所示的宽公共汽车应用中，供气管道39位于公共汽车外侧附近，而回气管道41布置在距公共汽车纵向中心线一定距离处。在图5b所示的窄公共汽车应用中，供气管道42从公共汽车外侧向内移动一小段距离，回气管道位于所示的纵向中心线附近。在图5c所示的曲顶公共汽车应用中，供气管道44从公共汽车外侧再向内稍微移动一些，回气管道46位于中间位置而稍微向外离开纵向中心线，但不象宽公共汽车应用那样远。
当然，在所有的公共汽车应用中都提供平衡的布置，其中公共汽车的每边都基本上镜像对称地设有供气管道和回气管道，如图所示。因此，模块以背靠背的关系固定，其间的间隔是可变化的，以适应各种应用需要。例如，对于图5a的宽公共汽车应用，两个模块之间具有一定间隔，而对于图5b的窄公共汽车应用，它们基本处于邻接的关系。对于曲顶公共汽车应用，它们相对于绝对水平位置稍微成一些角度，其间的间隔在中间程度，如图所示。应当理解，所示的三种类型的安装仅是呈现为可能安装需求的示例，还具有其它迄今所需的独特设计以符合特定需求。在另一方面，本设计提供了满足车顶空调所有各种应用需要的单个模块。
如所示的，供气口比较小，在上述三种情形的每一种下，模块11位于使供气口38基本处于单独的供气管道39、42和44上方的位置。在另一方面，回气口32较大，因此可适于回气管道41、43和46的各种位置，如图所示。
为了描述回气口32的长度(即，其跨越公共汽车横向尺寸的范围)，有必要简述其设计特点，包括图6a-6c中所示的排气风门36。在图6a中，如图所示，新鲜空气/回气/废气风门36位于使得所有进入回气口32的回气通过蒸发器盘管12，并且所有进入新鲜空气进气口34的新鲜空气经过冷凝器盘管13从出口33排出的位置。在图6b中，如图所示，新鲜空气/回气/废气风门36位于另一个极限位置，其中通过回气口32的回气都不通过蒸发器盘管12，并且进入蒸发器盘管12的仅有空气是新鲜空气，该新鲜空气的一部分通过蒸发器盘管12，一部分通过冷凝器盘管13。在图6c中，如图所示，新鲜空气/回气/废气风门36位于中间位置，其中一部分回气通过蒸发器盘管12，一部分被转向以通过冷凝器盘管13。在这种情形下，新鲜空气还从进气口34转向，以当其通过蒸发器盘管12时与回气混合。
在所有示出的新鲜空气/回气/废气风门36的三个位置以及其它位置中，模块的回气口32在长度上都相当长，其长度由标记L1表示。由于该回气口32的较大长度L1，模块11能够适于上述各种安装需求。
通过与模块总长L2的方便的比较，能够得到L1的相对大小。该开口纵向长度L1相对于模块纵向长度L2的比值为 因此其大于45％，接近50％。另一个参考点为公共汽车车顶的宽度，或者更恰当地为公共汽车的一半宽度。宽公共汽车的一半宽度大约为51英寸，窄公共汽车的一半宽度大约为48英寸。因此，对于宽公共汽车(图5a)，长度L1相对于公共汽车一半宽度L3(即，公共汽车纵向中心线与公共汽车外侧之间的尺寸)的比值为 对于窄公共汽车(图5b)为 因此，在各种情形下，它都大于36％。
在图7-10中，示出了安装在公共汽车车顶各种位置的各种成对模块。在图7中，在公共汽车纵向中心附近定位有成背靠背关系的一对模块。在图8中，在公共汽车纵向中心附近定位有成背靠背关系的两对模块(即，四个模块)，在图9中，有三对这样的模块。在图10中，示出了成背靠背关系的一对模块，但其间具有一定的间隔，这两个模块都靠近公共汽车的纵向中心，并靠近公共汽车的尾端，且都沿着平行于公共汽车纵向中心线的线排列。应当理解，除了所示的这些，各种其它安装也可与本文所述的模块相适应。
权利要求
1.一种车辆空调系统，包括发电机，由发动机驱动；独立式空调模块，包括冷凝器；膨胀装置；蒸发器；具有驱动电机的冷凝器鼓风机；具有驱动电机的蒸发器鼓风机；电加热器，定位为与所述蒸发器和所述蒸发器鼓风机气流连通；以及电能控制器，用于接收来自所述发电机的电能，并向各所述冷凝器鼓风机电机、所述蒸发器鼓风机电机和所述电加热器提供电能。
2.如权利要求1所述的车辆空调系统，其中所述发动机为车辆的原动机。
3.如权利要求2所述的车辆空调系统，其中所述发电机的输出为交流电能。
4.如权利要求3所述的车辆空调系统，其中所述电能控制器包括整流器，用于将所述交流电能转换成直流电能；以及逆变器，用于将所述直流电能转换为逆变器输出交流电能，所述逆变器输出交流电能供应到所述冷凝器鼓风机电机、所述蒸发器鼓风机电机和所述电加热器。
5.如权利要求2所述的车辆空调系统，其中所述独立式空调设备适于安装在所述车辆的车顶。
6.如权利要求1所述的车辆空调系统，其中所述模块还包括具有驱动电机的压缩机，并且其中所述电能控制器向所述驱动电机提供电能。
7.一种车辆空调系统，包括发电机，由发动机驱动；两个或多个独立式空调模块，每个所述模块都包括冷凝器；膨胀装置；蒸发器；具有驱动电机的冷凝器鼓风机；具有驱动电机的蒸发器鼓风机；电能控制器，用于接收来自所述发电机的电能，并向各所述压缩机电机、所述冷凝器鼓风机电机和所述蒸发器鼓风机电机提供电能。
8.如权利要求7所述的车辆空调系统，其中所述发动机为车辆的原动机。
9.如权利要求8所述的车辆空调系统，其中所述发电机的输出为交流电能。
10.如权利要求9所述的车辆空调系统，其中所述电能控制器包括整流器，用于将所述交流电能转换成直流电能；以及逆变器，用于将所述直流电能转换为逆变器输出交流电能，所述逆变器输出交流电能供应到所述压缩机电机、所述冷凝器鼓风机电机、所述蒸发器鼓风机电机和所述电加热器。
11.如权利要求7所述的车辆空调系统，其中每个所述模块都构造成安装在所述车辆的车顶。
12.如权利要求11所述的车辆空调系统，其中所述模块以背靠背的关系安装在车辆纵向中心线的两侧。
13.如权利要求11所述的车辆空调系统，其中所述模块沿着平行于车辆纵向中心线的线，以平行的背靠背的关系安装。
14.一种给公共汽车提供空调系统的方法，其中所述公共汽车具有至少一个用于引导车厢回气气流的车顶开口和至少一个用于引导到车厢的已调节空气的车顶开口，所述方法包括下列步骤提供多个比较小的紧凑的空调模块；确定公共汽车所需的空调容量总量；确定总共地满足总容量需求所需的模块数目；将所述数目的模块以所需的布置安装在公共汽车上，使得每个模块都与车顶中的回气口和供气口相连，并且每个模块都为当连到电源时能够向公共汽车提供已调节空气的独立式空调系统。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述模块以如下方式安装每个模块都基本上沿着平行于公共汽车纵向中心线的直线纵向延伸。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述模块前后串列地安装，并且横向地延伸穿过公共汽车的部分宽度。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述模块处于平行的关系。
全文摘要
公共汽车车顶的空调模块为独立式的，因为其具有所有必要的部件，如果需要，包括压缩机，该压缩机当供应电能时能够向公共汽车的车厢提供经过调节的空气。另外，在气流中设置电加热器，使得当需要时还可将加热的空气供应到车厢。提供多个单元以满足递增的容量需求以及应急能力需求。
文档编号B60H1/00GK101018682SQ200580030261
公开日2007年8月15日 申请日期2005年6月30日 优先权日2004年7月9日
发明者A·希勒, R·C·赖曼, B·切乔维茨 申请人:开利公司