第三章空调的构造和工作原理

3.1 3.3 3.4 3.5 3.2 空调器概述窗式空调器的基本组成和工作原理窗式空调器的基本结构分体式空调器的组成及工作原理分体式空调器微电脑控制技术第三章空调的构造和工作原理

3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 空气调节的内容空气调节的作用空调器的分类房间空调器的型号表示方法房间空调器的主要技术指标 3.1空调器概述

3.1.1 空气调节的内容气调空空气调节的内容气调节的内容节的内容 • 空气调节一般应包括四个方面 • 1、温度调节 • 这是指根据不同的需要，人为地造成一定的环境温度。

2、湿度调节 • 对空气湿度的调节过程，就是调节空气中水蒸气含量的过程，其实质是增加或减少空气所具有的潜热过程。

3、空气流速调节 • 空气流速应以0.1~0.2 m/s的变动低速为宜，至少也应控制在0.5 m/s。对空气流速的调节是空气调节的主要内容之一。

4、空气洁净度调节 • 在空气调节过程中，对空气进行滤清是十分必要的。

3.1.2 空气调节的作用 • 空气调节对于国民经济的发展和人民物质文化生活水平的提高有重要作用。例如，随着通信技术的发展，现代通信设备不断更新，为了保证通信设备的正常运行，在夏季要求室内的温度为28℃，相对湿度为50%，并控制在一定的范围内。又如在各种机械和仪表的生产过程中，为了保证产品的精度和检验要求，需要把空气的温度和湿度控制在相当小的范围内。光学仪器制造工业的抛光间、擦玻璃间、镀膜间等，夏季要求室温一般在22~24℃，相对湿度全年为70%左右。

3.1.3 空调器的分类 • 1、按空调器的主要功能分类 • 1）冷风型空调器 • 2）热泵型空调器 • 3）电热型空调器 • 4）热泵辅助电热型空调器

2. 按空调器的结构形式分类 • 1）整体式（C） • 整体式空调器的特点是机器是一个整体，结构紧凑，质量轻，噪音较低，安装方便，使用可靠，但制冷量一般较小。 • 2）分体式（F） • 分体式空调器是因整体机器分为室内和室外两大部分而得名。

3. 按制冷量分类 • 分为小型空调器（4 186~12 558 kJ/h，即1 000~3 000 kcal/h）、中型空调器（16 744~25116kJ/h，即4 000~6 000 kcal/h），以及大型空调器（2 5116~41 860 kJ/h，即6 000~10 000 kcal/h）。

4. 按使用气候环境不同分类 • 分为T1、T2、T3三个类型。

3.1.4 房间空调器的型号表示方法 • 我国生产的空调器型号，按照国家标准GB 7725—1996规定，制冷量在900W以下，采用全封闭式压缩机和风冷式冷凝器的空调器称为房间空调器，其型号表示如下：

3.1.5 房间空调器的主要技术指标 • 1. 制冷量 • 制冷量是指空调器单位时间内所产生的冷量，即空调器进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内除去的热量。

2. 制热量 • 制热量是指热泵型或电加热型空调器在制热运转时，在单位时间内向密闭空间、房间或区域内送入的热量。

3. 能效比（COP） • 在国家规定的额定工况下，空调器进行制冷运行时，制冷量与有效输入功率之比称为能效比。它是一项技术经济性能指标，也是一项能耗指标，能效比越高，说明空调器的制冷效率越高。能效比用符号COP表示。

4. 噪声 • 空调器在运行时的声音就是空调器的噪声。空调器的噪声分为室内部分噪声和室外部分噪声。室内部分噪声主要来自电动机的运行及风扇的转动，所以室内噪声较低。而室外噪声来自压缩机、室外风扇发出的声音。

5. 循环风量 • 空调器铭牌上的循环风量是指在新风门和排风门完全关闭的情况下，单位时间内向密闭空间、房间或区域送入的风量，即室内侧空气循环量，单位为m3/h，也就是每小时流过蒸发器的空气量。

6. 空调器功率 • 空调器功率是指空调器运行时所消耗的功率，制冷运行时消耗的总功率称为制冷消耗功率；制热运行时消耗的总功率称为制热消耗功率。

7. 空调器的名义工况 • 空调器的性能指标是按名义工况条件下测量得到的。

3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 窗式空调器的基本组成冷风型空调器的工作原理热泵型空调器的结构特点及基本工作原理电热型空调器的工作原理 3.2窗式空调器的基本组成及工作原理

3.2.1 窗式空调器的基本组成 • 1. 制冷（热）循环系统 • 一般采用蒸气压缩式制冷。与电冰箱一样，由全封闭式压缩机、风冷式冷凝器、毛细管和肋片管式蒸发器及连接管路等组成一个封闭式制冷循环系统。系统内充以R22制冷剂。为避免液击，有些制冷系统还设有气液分离器。

2. 空气循环通风系统 • 主要由离心风扇、轴流风扇、电动机、过滤器、风门、风道等组成。 3. 电气控制系统主要由温控器、启动器、选择开关、各种过载保护器、中间继电器等组成。热泵冷风型还应有四通电磁换向阀及除霜温控器。

4. 箱体部分 • 它包括外壳、面板、底盘及若干加强筋、支架等。制冷系统、空气循环系统均安装在底盘上，而整个底盘又靠螺钉固定到机壳上。

3.2.2 冷风型空调器的工作原理 图3-1 冷风型空调器的工作原理

空调器制冷时，压缩机吸入来自蒸发器的R22低压蒸气，在汽缸内压缩成为高压高温气体，经排气阀片进入风冷冷凝器。轴流风扇从空调器左右两侧百叶窗吸入室外空气来冷却冷凝器，使制冷剂成为高压过冷液体。空气吸收制冷剂释放出热量后，被轴流风扇将热量排出室外。高压过冷液体再经毛细管节流降压，然后进入蒸发器。室内空气靠离心风扇被吸入，流过蒸发器，蒸发器内的R22吸收室内循环空气的热量后变成蒸气，使室温降低。经降温的室内空气，又在离心风扇作用下被排向室内。来自蒸发器的低压过热蒸气又被吸入压缩机并压缩成高温高压气体，如此循环不止。空调器制冷时，压缩机吸入来自蒸发器的R22低压蒸气，在汽缸内压缩成为高压高温气体，经排气阀片进入风冷冷凝器。轴流风扇从空调器左右两侧百叶窗吸入室外空气来冷却冷凝器，使制冷剂成为高压过冷液体。空气吸收制冷剂释放出热量后，被轴流风扇将热量排出室外。高压过冷液体再经毛细管节流降压，然后进入蒸发器。室内空气靠离心风扇被吸入，流过蒸发器，蒸发器内的R22吸收室内循环空气的热量后变成蒸气，使室温降低。经降温的室内空气，又在离心风扇作用下被排向室内。来自蒸发器的低压过热蒸气又被吸入压缩机并压缩成高温高压气体，如此循环不止。

在制冷过程中，蒸发器表面温度通常低于被冷却的室内循环空气的露点温度。当室内空气被吸进箱体内穿过蒸发器时，如果空气的相对湿度较大，其中一些水蒸气便在降温过程中凝结为水，从蒸发器表面释出，使室内空气相对湿度下降，这就是湿度调节的过程。凝露水通过蒸发器下面的盛水槽流至后面的冷凝器，部分凝露水被轴流风扇甩水圈飞溅以冷却冷凝器，余下部分通过底盘上的排水管排至室外。由于制冷时一般总伴随去湿过程，因此，冷风型空调器不能用于恒湿的场合，若要增湿，需要另添加湿器。在制冷过程中，蒸发器表面温度通常低于被冷却的室内循环空气的露点温度。当室内空气被吸进箱体内穿过蒸发器时，如果空气的相对湿度较大，其中一些水蒸气便在降温过程中凝结为水，从蒸发器表面释出，使室内空气相对湿度下降，这就是湿度调节的过程。凝露水通过蒸发器下面的盛水槽流至后面的冷凝器，部分凝露水被轴流风扇甩水圈飞溅以冷却冷凝器，余下部分通过底盘上的排水管排至室外。由于制冷时一般总伴随去湿过程，因此，冷风型空调器不能用于恒湿的场合，若要增湿，需要另添加湿器。

在通风制冷过程中，室内空气必须先通过滤尘网将尘埃滤掉，以保持蒸发器清洁、畅通，为此空调器还具有净化室内空气的功能。在通风制冷过程中，室内空气必须先通过滤尘网将尘埃滤掉，以保持蒸发器清洁、畅通，为此空调器还具有净化室内空气的功能。 • 空调器的温控器安装在蒸发器的前面，以感受吸入室内空气的温度。感受的这个温度，实际是经离心式风扇使室内空气循环后的室内空气的平均温度，所以温控器不能控制室内各点的温度。

3.2.3 热泵型空调器的结构特点及基本工作原理 • 热泵型空调器在冷风型空调器的基础上加了一只电磁换向阀（又称四通阀）和冷热控制开关。电磁换向阀如图3-2所示。恒温控制器采用既可控制制冷温度又可控制制热温度的双触点温控器。若有自动除霜线路，还可以带除霜器进行自动除霜。电磁换向阀的作用是使制冷剂流动方向发生变化，用于制冷系统的冷热转换，如图3-3所示。在夏季，室内换热器作为蒸发器使用，向室内送冷风；室外换热器作为冷凝器使用，向室外排热。在冬季，通过四通换向阀的电磁阀的转向切换，使室内换热器变为冷凝器使用,向室内送热风；室外换热器变为蒸发器。

图3-2 电磁换向阀

（a）制冷时循环情况（b）制热时循环情况 图3-3 热泵型冷暖空调循环系统

热泵型空调器工作原理 图3-4 热泵型空调器工作原理图

空调器制热时，压缩机吸入制冷剂，在汽缸内被压缩成为高温高压气体，经排气阀片排至室内侧冷凝器。在冷凝器中，制冷剂被室内循环空气冷却成高压液体，制冷剂释放出来的冷凝热加热空气，使室温上升。高压液体制冷剂通过毛细管节流降压后，喷入室外侧蒸发器，被吸热蒸发后成为湿蒸气。湿蒸气过热后，又被吸入压缩机压缩，然后再排至室内侧冷凝器。如此循环不止。可见，热泵型空调器除有冷风型空调器的通风、制冷、除尘、去湿的功能外，还多了一个制热功能。空调器制热时，压缩机吸入制冷剂，在汽缸内被压缩成为高温高压气体，经排气阀片排至室内侧冷凝器。在冷凝器中，制冷剂被室内循环空气冷却成高压液体，制冷剂释放出来的冷凝热加热空气，使室温上升。高压液体制冷剂通过毛细管节流降压后，喷入室外侧蒸发器，被吸热蒸发后成为湿蒸气。湿蒸气过热后，又被吸入压缩机压缩，然后再排至室内侧冷凝器。如此循环不止。可见，热泵型空调器除有冷风型空调器的通风、制冷、除尘、去湿的功能外，还多了一个制热功能。

3.2.4 电热型空调器的工作原理 图3-5 电热丝加热器

电热型空调器在冷风型空调器的基础上加了一组或几组电热丝（如图3-5所示），使其既可制冷，又可制热。这种空调器制冷循环运行与冷风型空调器的相同。制热时，压缩机不运转，仅风机与电热丝工作。当控制开关旋到制热挡时，离心风扇吸入室内冷空气，通过电热丝加热升温后再吹向室内。当室温升至所要求的温度时，恒温控制器切断电热丝电路，但轴流风扇仍继续运转，使室内空气循环对流。当室温逐渐下降到低于控制值时，恒温控制器又接通电热丝电路，加热室内循环空气，使室温再上升。由于风扇电动机是双向性的，一端装离心风扇，另一端装轴流风扇，故电热型空调器制热运行时，轴流风扇仍工作，但它作的是无用功。电热型空调器在冷风型空调器的基础上加了一组或几组电热丝（如图3-5所示），使其既可制冷，又可制热。这种空调器制冷循环运行与冷风型空调器的相同。制热时，压缩机不运转，仅风机与电热丝工作。当控制开关旋到制热挡时，离心风扇吸入室内冷空气，通过电热丝加热升温后再吹向室内。当室温升至所要求的温度时，恒温控制器切断电热丝电路，但轴流风扇仍继续运转，使室内空气循环对流。当室温逐渐下降到低于控制值时，恒温控制器又接通电热丝电路，加热室内循环空气，使室温再上升。由于风扇电动机是双向性的，一端装离心风扇，另一端装轴流风扇，故电热型空调器制热运行时，轴流风扇仍工作，但它作的是无用功。

3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 制冷（热）循环系统 3.3.2 空气循环通风系统电气控制系统箱体、底盘和面板窗式空调器的电路 3.3窗式空调器的基本结构

3.3.1 制冷（热）循环系统 1—面板2—面板小门3—搭扣4—滤尘网5—旋钮6—滑杆钮7—电控面板8—冷热开关 9—恒温控制器10—电压转换插座11—风门开关12—主控开关13—排风门软杆14—新风门软杆 15—离心风扇16—接线端子17—压缩机电动机的电容器18—风机电容器19—压缩机底座橡胶圈 20—压缩机底座套管21—蒸发器22—线圈23—压紧片24—过载保护器25—卡簧26—压缩机 27—冷凝器28—换向阀29—Ⅱ形密封条30—箱体31—风扇电动机保护器32—电动机套圈 33—轴流风扇34—风扇电动机35—涡壳36—涡壳前板37—盛水糟38—恒温控制器温包固定卡板

1. 全封闭压缩机 • 1）往复活塞式压缩机图3-8 连杆活塞式压缩机的结构

2）旋转式压缩机 （a）侧面（b）底面图3-9 旋转式压缩机外形

旋转式压缩机主要有转子式和滑片式两种。目前房间空调器主要采用转子式旋转压缩机。转子式旋转压缩机的结构及压缩机部件如图3-10、图3-11所示。旋转式压缩机通过汽缸容积变化压缩制冷剂气体来达到制冷的目的。旋转式压缩机泵体浸在机壳内的润滑油中。在泵体内有一圆柱转子套在偏心轴上，轴以O点为中心旋转（其工作原理如图3-12所示）。因此，转子在泵体中作偏心运动，其偏心距为e，转动过程是在缸内表面滚动，两者具有一条接触直线，即两个圆柱面的切线。这样，在汽缸与转子之间形成一个新月形的工作腔。滑动挡板的宽度与圆柱转子的宽度相等。它可以在汽缸横梢内左右移动。在弹簧的作用下，挡板始终紧贴在圆柱转子上。在挡板两边的泵体上开有吸气口和排气口，在排气口上装有排气阀片。当转子旋转时，低压制冷剂气体从吸气口吸入，经压缩后，制冷剂成为高压气体，并从排气阀口排出，再进入冷凝器。旋转式压缩机主要有转子式和滑片式两种。目前房间空调器主要采用转子式旋转压缩机。转子式旋转压缩机的结构及压缩机部件如图3-10、图3-11所示。旋转式压缩机通过汽缸容积变化压缩制冷剂气体来达到制冷的目的。旋转式压缩机泵体浸在机壳内的润滑油中。在泵体内有一圆柱转子套在偏心轴上，轴以O点为中心旋转（其工作原理如图3-12所示）。因此，转子在泵体中作偏心运动，其偏心距为e，转动过程是在缸内表面滚动，两者具有一条接触直线，即两个圆柱面的切线。这样，在汽缸与转子之间形成一个新月形的工作腔。滑动挡板的宽度与圆柱转子的宽度相等。它可以在汽缸横梢内左右移动。在弹簧的作用下，挡板始终紧贴在圆柱转子上。在挡板两边的泵体上开有吸气口和排气口，在排气口上装有排气阀片。当转子旋转时，低压制冷剂气体从吸气口吸入，经压缩后，制冷剂成为高压气体，并从排气阀口排出，再进入冷凝器。

图3-10 旋转式压缩机结构图3-11 旋转式压缩机部件

图3-12 旋转式压缩机工作原理

储液器是为了防止液态制冷剂流入压缩机而在蒸发器和压缩机之间安装的气液分离器。从蒸发器出来的制冷剂由吸入管入口进入储液器中，液态制冷剂因本身自重而落入筒底，只有气态制冷剂由吸入管的出口被吸入压缩机中。储液器是为了防止液态制冷剂流入压缩机而在蒸发器和压缩机之间安装的气液分离器。从蒸发器出来的制冷剂由吸入管入口进入储液器中，液态制冷剂因本身自重而落入筒底，只有气态制冷剂由吸入管的出口被吸入压缩机中。

旋转式压缩机与往复式压缩机比较具有以下几个特点：旋转式压缩机与往复式压缩机比较具有以下几个特点： • ①结构简单。 • ②效率高。 • ③噪音和振动小。 • ④电气性能好。 • ⑤旋转式压缩机机壳温度较高，一般为90~110℃，而往复式压缩机一般为60~90℃。

选用旋转式压缩机应注意的问题： • ①旋转式压缩机在运行过程中，机壳处于高温高压状态，所以制冷剂溶于润滑油的比例增大；停机后压力、温度迅速降低，制冷剂又从油中逸出。因此造成蒸发器中制冷剂量的波动。为克服这一矛盾，需在吸气管上设一储液器，使之缓冲。往复式压缩机运行时，机壳处于高温低压状态，制冷剂溶于润滑油的比例很小，可以忽略不计

②旋转式压缩机属于单向旋转型，采用三相电机驱动时，为防止逆转，在电路中可装设反防止器，它不仅能防止接线错误而造成逆转，而且可以防止缺相运转。②旋转式压缩机属于单向旋转型，采用三相电机驱动时，为防止逆转，在电路中可装设反防止器，它不仅能防止接线错误而造成逆转，而且可以防止缺相运转。 • ③制冷系统抽真空时，最好采用高/低压双侧抽真空。

压缩机电机的作用及组成： • 压缩机电动机是用来驱动压缩机的，使制冷剂在制冷系统中得以循环。它主要是由定子和转子组成。转子由硅钢片造成铁心，铁心槽内浇注成鼠式铝绕组。在定子上有两组线圈，一组为启动绕组，又称副绕组；另一组为运行绕组，又称主绕组。启动绕组的直流电阻大，运行绕组的直流电阻小，由于阻值不同，通电后产生不同相位的电流，从而产生旋转磁场，使转子产生感应电流，该电流所产生的磁场与定子电流所产生的磁场相互作用，从而产生转子的启动力矩，电机开始旋转，当转速达到额定转速的70%~80%时，启动绕组就从电路中断开，此时运行绕组保持电机继续运转。空调器用电动机有单相（220 V）和三相（380 V）两类。家用空调器均以220 V/50 Hz为电源。电动机为单相分相式电动机，用来驱动压缩机、离心风扇及轴流风扇。

2. 换热器 图3-13 换热器(风冷式冷凝器)

蒸发器、冷凝器统称为换热器，是空调器的核心部件之一。它们在结构上基本相同，仅是尺寸不同而已。蒸发器、冷凝器统称为换热器，是空调器的核心部件之一。它们在结构上基本相同，仅是尺寸不同而已。 • 蒸发器一般采用直接蒸发式，其结构与风冷式冷凝器的相同。在热泵型空调器中，蒸发器与冷凝器实际上已成为可以互相变换的热交换器。 • 换热器一般由传热管、肋片和端板三部分组成，通常都是在紫铜管上胀接铝肋片，组成整体肋片管束式，如图3-13所示。其中传热管通常采用φ10 mm×0.7 mm、φ10 mm×0.5 mm、φ9 mm×0.5 mm的紫铜管弯成U形管，U形管口再用半圆管焊接。

3. 毛细管 • 毛细管是制冷系统用以调定工质流量的一个关键部件。它将高压制冷剂液体变为低压气液混合物，并限制和保证一定值的制冷剂流入蒸发器，以满足制冷系统的需要。毛细管的结构简单、可靠，在房间空调器中被广泛采用，另外它取代了过去的膨胀阀。 • 制冷剂通过毛细管会产生压力降。若毛细管内径细、长度长、内层粗糙，它的阻力也就大，两端压降也大，所以空调器蒸发温度的调整，常采用改变毛细管长度或内径的办法。若要提高蒸发温度，可以缩短毛细管的长度或增加毛细管的内径；若要降低蒸发温度，则可加长毛细管的长度或减小毛细管的内径。由于毛细管的截面积与直径平方成正比，而对于小直径的毛细管来说，即使内径改变0.1mm，也会造成蒸发压力的明显变化，所以通常是通过改变长度来微调蒸发温度。

第三章 空调的构造和工作原理