JP3684673B2 - バス用空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バス用空調装置に関するもので、室内の暖房を行う暖房ユニットと、冷房を行う冷房ユニットとが独立しているものに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
バス用空調装置としては、上述の如く両ユニットが独立しているもの（独立式ユニット）と、両ユニットが一体となったもの（一体式ユニット）とがある。
ところで、一般にバス用空調装置の暖房ユニットおよび冷房ユニットからなる空調ユニットは、バスの床下に配設されており、乗降者の乗降性を考慮して床高さを低くする必要がある、いわゆる路線バスでは、空調ユニットの大型化を招く一体式ユニットの使用は適していない。
【０００３】
このため、独立式ユニットは、路線バスや小型バス等に広く適用されており、一方、一体式ユニットは、観光バス等の大型バスに広く適用されている
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バス用空調装置に限らず除湿運転を行うには、空気を飽和温度以下まで冷却する必要があるので、一般に空調装置において除湿運転を行うには、冷房ユニットを稼働させる必要がある。
しかし、独立式ユニットでは、いったん冷却した空気を再び加熱する手段を有していないので、除湿運転を行うと車室内空気の温度が低下してしまい、車室内空気を適温に保つことができない。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、暖房ユニットと冷房ユニットとを独立して有するバス用空装置において、車室内空気の温度の低下を防止して除湿運転をすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。
請求項１〜３に記載の発明では、冷房ユニット（１）と暖房ユニット（２）とを独立して有するバス用空調装置において、熱交換器（２４）は蒸発器（１８）より空気下流側に配設する。そして、除湿運転を行うときは、第２圧縮機（１２）を迂回するバイパス回路（２５）に設けられたバイパス電磁弁（２６）を閉じるとともに、第２圧縮機（１２）の吸入容量を第１圧縮機（１１）の吐出容量より小さくすることを特徴とする。
【０００７】
これにより、第１圧縮機（１１）を吐出した冷媒の全ては第２圧縮機（１２）にて吸入することができない。さらに、バイパス回路（２５）が閉じているので、第２圧縮機（１２）にて吸入されなかった冷媒は、熱交換器（２４）に流入する。また、熱交換機（２４）に流入した冷媒は、第１圧縮機（１１）にて圧縮されて圧力および冷媒温度が上昇しているので、熱交換器（２４）にて凝縮して空気を加熱する。
【０００８】
一方、第２圧縮機（１２）に吸入された冷媒は、通常の冷凍サイクルと同様に、凝縮器（１３）、第１、２減圧手段（１６、１７）を経て蒸発器（１８）にて蒸発して空気を冷却する。
そして、熱交換器（２４）は蒸発器（１８）より空気下流側に配設されているので、車室内空気の温度の低下を防止して除湿運転をすることができる。
【０００９】
なお、本発明における圧縮機の吐出ないし吸入容量とは、単位時間当たりの吐出ないし吸入容量をいう。
請求項２に記載の発明では、冷房運転を行うときは、バイパス電磁弁（２６）を閉じるとともに、第２圧縮機（１２）の吸入容量を第１圧縮機（１１）の吐出容量以上にすることを特徴とする。
【００１０】
これにより、第１圧縮機（１１）から吐出した冷媒の全ては、第２圧縮機（１２）に吸入される。そして、凝縮器（１３）にて凝縮した冷媒の一部は熱交換器（２４）にて蒸発し、その他の冷媒は、蒸発器（１８）にて蒸発する。したがって、熱交換器（２４）および蒸発器（１８）の両者が空気を冷却するので、冷房運転を行うことができる。
【００１１】
また、第２圧縮機（１２）は、後述するように、第１減圧手段にて発生する膨張仕事から第２圧縮機（１２）を稼働させる機械仕事を受けることができるので、冷房ユニット（１）を稼働させるに必要な機械仕事を小さくすることができる。したがって、冷房ユニット（１）、すなわち冷凍サイクルの成績係数の向上を図ることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、冷房運転を行うときは、バイパス電磁弁（２６）を開くとともに、第１圧縮機（１１）から吐出して第２圧縮機（１２）に吸入される冷媒の流通状態を制御する吐出制御電磁弁（２７）を閉じることを特徴とする。
これにより、両圧縮機（１１、１２）から吐出した冷媒は、凝縮器（１３）にて凝縮し、その凝縮した冷媒の一部は、熱交換器（２４）にて蒸発した後、第２圧縮機（１２）に吸入されて再び凝縮器（１３）に向けて吐出される。一方、その他の冷媒は、蒸発器（１８）にて蒸発した後、第１圧縮機（１１）に吸入されて再び凝縮器（１３）に向けて吐出される。
【００１３】
したがって、熱交換器（２４）および蒸発器（１８）の両者が空気を冷却するので、冷房運転を行うことができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るバス用空調装置の実装状態を示すバスの斜視図である。１は後述する凝縮器、減圧手段、熱交換器および蒸発器等からなる周知の冷房ユニットであり、２は図示されていない走行用のエンジンの冷却水を熱源するヒータコア３およびヒータコア３にて加熱された空気の流路をなす空調ダクト４等からなる暖房ユニットである。
【００１５】
また、暖房ユニット２の空調ダクト４は車両の左右それぞれに配置されて車両の長手方向に延びるとともに、この空調ダクト４の長手方向端部にはヒータコア３がそれぞれ配置されている。さらに、空調ダクト４には、乗員足元に向けて空気を吹き出す複数個の吹出口５が形成されている。
なお、６は、エンジン始動直後、冷却水温度が暖房を行う程度（例えば５０℃）まで上昇していないときに、ヒータコア３に流れる温水を燃焼式ヒータ等により加熱する予熱器である。
【００１６】
図２は、冷房ユニット１を構成する冷凍サイクルの模式図であり、１１は冷媒を圧縮する第１圧縮機であり、この第１圧縮機の吐出側には、第２圧縮機１２が配設されている。そして、これらの圧縮機１１、１２は、車両は後方に配設されたエンジンにより電磁クラッチ１１ａ、１２ａ（図３参照）を介して駆動されている（図１参照）。なお、本実施形態では、第１圧縮機１１の容量（圧縮機の１サイクル当たりの吸入もしくは吐出容量をいう。）は、第２圧縮機の容量より大きくなっている。
【００１７】
１３は、両圧縮機１１、１２のうち少なくとも一方の圧縮機にて圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮させる凝縮器であり、この凝縮器１３の冷媒流出側には、凝縮器１３から流出した冷媒のうち液相冷媒を後述する過冷却器１５に向けて流出するレシーバ１４が配設されている。なお、このレシーバ１４は、液相冷媒と気相冷媒との分離を行うとともに、レシーバ１４内に所定量の冷媒量を蓄えることにより、後述する温度式膨張弁１７とともに冷凍サイクル内を循環する冷媒量を調節している。
【００１８】
また、過冷却器１５の冷媒流出側には、冷媒の減圧手段をなすキャピラリーチューブ（第１減圧手段）１６が配設されており、このキャピラリーチューブ１６の冷媒流出側には、減圧手段をなす温度式膨張弁（第２減圧手段）１７が配設されている。
なお、この温度式膨張弁（以下、膨張弁と略す。）１７は、後述する蒸発器１８の冷媒流出側の冷媒温度に応じて、その弁開度を調節している。具体的には、蒸発器１８の冷媒流出側に冷媒温度を感知する感温筒１７ａを配設し、冷媒温度（冷房負荷）が高いときには弁開度を増し、冷媒温度（冷房負荷）が低いときには弁開度を絞るものである。
【００１９】
また、膨張弁１７の冷媒流出側には、減圧されて低温低圧となった液相冷媒を蒸発させる蒸発器１８が配設されており、この蒸発器１８は、空気流路をなす冷房ユニット１内の空調ケーシング１９内に配設されている。そして、空調ケーシング１９の一端側は、乗員頭上に向けて空気を吹き出す吹出口２０が形成された空調ダクト２１に連通しており、他端側はこの空調ダクト２１に向けて空気を送風する送風機２２が配設されている（図１参照）。
【００２０】
また、キャピラリーチューブ１６の冷媒流出側と膨張弁１７の冷媒流入側との間と、第１圧縮機１１の冷媒吐出側と第２圧縮機の冷媒吸入側との間には、両者を連通させる冷媒回路２３が設けられており、この冷媒回路２３には、蒸発器１８の空気下流側に配設されて空調ケーシング１９内を流れる空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器２４が配設されている。
【００２１】
そして、第２圧縮機１２を迂回し、第１圧縮機１１の冷媒吐出側と第２圧縮機１２の冷媒吐出側とを連通させるバイパス回路２５が設けられており、このバイパス回路２５には、バイパス回路２５を開閉する第１電磁弁（バイパス電磁弁）２６が配設されている。
また、バイパス回路２５と第１圧縮機１１の冷媒吐出側との間には、第１圧縮機１１から吐出して第２圧縮機１２に吸入される冷媒の流通状態を制御する第２電磁弁（吐出制御電磁弁）２７が配設されとともに、バイパス回路２５と第２圧縮機１２の冷媒吐出側との間には、バイパス回路２５を流れてきた冷媒が第２圧縮機１２の冷媒吐出側に流れることを防止する逆止弁２８が配設されている。
【００２２】
なお、両電磁弁２６、２７は、制御装置２９によって制御されており、この制御装置２９には、乗員（運転手）が冷房ユニット１の始動（電磁クラッチ１１ａ、１２ａの接続）もしくは停止（電磁クラッチ１１ａ、１２ａの遮断）を指示する冷房始動スイッチ３０からの信号が入力されている。因みに、この冷房始動スイッチ３０は、送風機２２の送風機始動スイッチ３１と連動しており、送風機始動スイッチ３１がＯＮ状態となっているときのみ冷房ユニット１が始動可能となるようになっている（図３参照）。
【００２３】
次に、本実施形態の作動を運転モード毎に述べる。
１．除湿運転モード（図４参照）
この運転モードでは、第１電磁弁２６を閉じるとともに第２電磁弁２７を開く。これにより、第１圧縮機１１を吐出した冷媒は、第２圧縮機１２の吸入側に向かって流れる。しかし、第２圧縮機１２の吸入容量が第１圧縮機１１の吐出容量より小さいので、単位時間当たりの第２圧縮機１２の吸入容量が第１圧縮機１１の吐出容量より小さくなり、第１圧縮機１１を吐出した冷媒の一部が第２圧縮機１２に吸入されず熱交換器２４に向けて流れる。
【００２４】
したがって、熱交換器２４には、第１圧縮機１１にて圧縮された圧力および温度が上昇した冷媒が流入するので、熱交換器２４は、空調ケーシング１９内の空気に放熱する加熱手段として機能する。つまり、熱交換器２４は、冷媒の熱を空調ケーシング１９内の空気に向けて放熱することにより、冷媒を凝縮させて凝縮器として機能する。
【００２５】
これにより、蒸発器１８にて冷却されて除湿された空気は、熱交換器２４にて加熱されて空調ケーシング１９内の空気温度を上昇させるとともに相対湿度を低下させる。
２．冷房運転モードＡ（図５参照）
この運転モードでは、第１電磁弁２６を開くとともに第２電磁弁２７を閉じる。これにより、第１圧縮機１１を吐出した冷媒はバイパス回路２５を流れて凝縮器１３に流入し、かつ、第２圧縮機１２を突出して冷媒も凝縮器１３に流入する。
【００２６】
そして、凝縮器１３にて凝縮して冷媒は、キャピラリーチューブ１６にて減圧され、その減圧された気液２相状態の冷媒の一部は、熱交換器２４に流入して空調ケーシング１９内の空気から熱を奪って蒸発し、その他の気液２相状態の冷媒は、蒸発器１８にて空調ケーシング１９内の空気から熱を奪って蒸発する。したがって、熱交換器２４および蒸発器１８の両者が、空調ケーシング１９内の空気を冷却する冷却手段として機能する。
【００２７】
以上の作動説明からも明らかなように、本実施形態によれば、冷房ユニット１と暖房ユニット２とを独立して有するバス用空装置において、車室内空気の温度の低下を防止して除湿運転をすることができる。
（第２実施形態）
本実施形態は、冷房運転モード時の冷凍能力を可変としたものである。
【００２８】
すなわち、図６に示すように、両電磁弁２６、２７を閉じることにより冷媒を第２圧縮機１２、凝縮器１３、レシーバ１４、過冷却器１５、キャピラリーチューブ１６および熱交換器２４間を循環させるものである。なお、第１圧縮機１１は、電磁クラッチ１１ａを遮断することにより停止させている（冷房運転モードＢ）。
【００２９】
これにより、空調ケーシング１９内の空気の冷却を行うのは熱交換器２４のみとなるので、第１実施形態における冷房運転モード時より冷凍能力を下げることができる。
また、図７に示すように、第１電磁弁２６を開き、第２電磁弁２７を閉じることにより冷媒を第１圧縮機１１、凝縮器１３、レシーバ１４、過冷却器１５、キャピラリーチューブ１６、膨張弁１７およ蒸発器１８間を循環させてもよい。なお、第２圧縮機１２は、電磁クラッチ１２ａを遮断することにより停止させている（冷房運転モードＣ）。
【００３０】
これにより、空調ケーシング１９内の空気の冷却を行うのは蒸発器１８のみとなるので、第１実施形態における冷房運転モード時より冷凍能力を下げることができる。
因みに、第２圧縮機１２が第１圧縮機１１より容量が小さいので、冷房運転モードＢの冷凍能力は冷房運転モードＣの冷凍能力より小さくなる。
【００３１】
（第３実施形態）
本実施形態は、冷房運転モード時の成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ったものである（冷房運転モードＤ）。
すなわち、図８に示すように、第１電磁弁２６を閉じ、第２電磁弁２７を開くとともに、電磁クラッチの接続状態を調節して第２圧縮機１２の吸入容量を第１圧縮機１１の吐出容量以上にする。
【００３２】
これにより、第１圧縮機１１を吐出した冷媒は、バイパス回路２３（熱交換器２４）に向かって流れることなく全て第２圧縮機１２に吸入されて圧縮される。したがって、第２圧縮機１２から突出した冷媒は、凝縮器１３、レシーバ１４、過冷却器１５およびキャピラリーチューブ１６を経て、熱交換器２４と膨張弁１７との両者に分流して流れる。そして、膨張弁１７に流入して減圧された冷媒は蒸発器１８にて蒸発して空調ケーシング１９内の空気の冷却し、一方、熱交換器２４に流入した冷媒は、熱交換器２４にて蒸発して空調ケーシング１９内の空気の冷却する。その後、蒸発器１８および熱交換器２４にて蒸発した冷媒は、第２電磁弁２７の流出側にて合流する。
【００３３】
したがって、キャピラリーチューブ１６にて減圧膨張した冷媒の膨張エネルギ（膨張仕事）を第２圧縮機１２を可動させる機械エネルギ（機械仕事）に変換することができるので、両圧縮機１１、１２が冷凍サイクルに与える機械エネルギ（機械仕事）を小さくすることができ、成績係数（ＣＯＰ）の向上を図ることができる。
【００３４】
ところで、上述の実施形態では、除湿運転を行うために第１圧縮機１１および第２圧縮機１２の両者の容量とが相違する異なる２つ圧縮機を用いたが、電磁クラッチ１１ａ、１２ａの接続状態を調節することにより、両圧縮機１１、１２の１サイクル当たりの吸入もしくは吐出容量を変化させれば、容量の等しい圧縮機を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバス用空調装置の実装状態を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る冷房ユニットの模式図である。
【図３】第１実施形態に係る冷房ユニットの制御系を示すブロック図である。
【図４】除湿運転モード時の冷媒流れを示す模式図である。
【図５】冷房運転モードＡ時の冷媒流れを示す模式図である。
【図６】冷房運転モードＢ時の冷媒流れを示す模式図である。
【図７】冷房運転モードＣ時の冷媒流れを示す模式図である。
【図８】冷房運転モードＤ時の冷媒流れを示す模式図である。
【符号の説明】
１…冷房ユニット、２…暖房ユニット、３…ヒータコア、４…空調ダクト、
５…吹出口、６…予熱器、
１１…第１圧縮機、１２…第２圧縮機、１３…凝縮器、１４…レシーバ、
１５…過冷却器、１６…キャピラリーチューブ（第１減圧手段）、
１７…温度式膨張弁（第２減圧手段）、１８…蒸発器、
１９…空調ケーシング、２０…吹出口、２１…空調ダクト、２２…送風機、
２３…冷媒回路、２４…熱交換器、２５…バイパス回路、
２６…第１電磁弁（バイパス電磁弁）、
２７…第２電磁弁（吐出制御電磁弁）。

Claims (3)

1. 乗員の足元側に向けて吹き出す空気を加熱する暖房ユニット（２）と、
   前記暖房ユニット（２）と独立して設けられ、乗員の頭上側に向けて吹き出す空気の冷却をする冷房ユニット（１）とを有するバス用空調装置において、
   冷媒を圧縮する第１圧縮機（１１）と、
   前記第１圧縮機（１１）の吐出側に設けられ、冷媒を圧縮する第２圧縮機（１２）と、
   前記両圧縮機（１１、１２）のうち少なくとも一方の圧縮機にて圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器（１３）と、
   前記凝縮器（１３）の流出側に設けられ、冷媒を減圧する第１減圧手段（１６）と、
   前記第１減圧手段（１６）の流出側に設けられ、冷媒を減圧する第２減圧手段（１７）と、
   前記第２減圧手段（１７）の流出側に設けられ、冷媒を蒸発させる蒸発器（１８）と、
   前記第１減圧手段（１６）の流出側と前記第２減圧手段（１７）の流入側との間と、前記第１圧縮機（１１）の吐出側と前記第２圧縮機（１２）の吸入側との間を連通させる冷媒回路（２３）と、
   前記冷媒回路（２３）に設けられた熱交換器（２４）と、
   前記第２圧縮機（１２）を迂回し、前記第１圧縮機（１１）の吐出側と前記第２圧縮機（１２）の吐出側とを連通させるバイパス回路（２５）と、
   前記バイパス回路（２５）に設けられ、前記バイパス回路（２５）を開閉するバイパス電磁弁（２６）とを備え、
   前記熱交換器（２４）は、前記蒸発器（１８）より空気下流側に配設されており、
   除湿運転を行うときは、前記バイパス電磁弁（２６）を閉じるとともに、前記第２圧縮機（１２）の吸入容量を前記第１圧縮機（１１）の吐出容量より小さくすることを特徴とするバス用空調装置。
2. 冷房運転を行うときは、前記バイパス電磁弁（２６）を閉じるとともに、前記第２圧縮機（１２）の吸入容量を前記第１圧縮機（１１）の吐出容量以上にすることを特徴とする請求項１に記載のバス用空調装置。
3. 前記第１圧縮機（１１）から吐出し、前記第２圧縮機（１２）に吸入される冷媒の流通状態を制御する吐出制御電磁弁（２７）を有し、
   冷房運転を行うときは、前記バイパス電磁弁（２６）を開くとともに、前記吐出制御電磁弁（２７）を閉じることを特徴とする請求項１に記載のバス用空調装置。

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