第四节 空调器制冷系统工作原理

一、单冷型空调器制冷系统

1．制冷系统循环

单冷型空调器制冷循环原理图如图1-34所示，实物图如图1-35所示。

来自室内机蒸发器的低温低压制冷剂气体被压缩机吸气管吸入，压缩成高温高压气体，由排气管排入室外机冷凝器，通过室外风扇的作用，与室外的空气进行热交换而成为低温高压的制冷剂液体，经过毛细管的节流降压、降温后进入蒸发器，在室内风扇作用下，吸收房间内的热量（即降低房间内的温度）而成为低温低压的制冷剂气体，再被压缩机压缩，制冷剂的流动方向为①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→①，如此周而复始地循环达到制冷的目的。制冷系统主要位置压力和温度见表1-5。

说明：图中红线表示高温管路，蓝线表示低温管路。

2．单冷型空调器制冷系统主要部件

单冷型空调器的制冷系统主要由压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器组成，称为制冷系统四大部件。

（1）压缩机

压缩机是制冷系统的心脏，将低温低压气体压缩成为高温高压气体。压缩机由电机部分和压缩部分组成。电机通电后运行，带动压缩部分工作，使吸气管吸入的低温低压制冷剂气体变为高温高压气体。

压缩机常见形式有活塞式、旋转式、涡旋式3种，实物外形如图1-36所示。活塞式压缩机常见于老式柜式空调器中，通常为三相供电，现在已经很少使用；旋转式压缩机大量使用在1～3P的挂式或柜式空调器中，通常使用单相供电，是目前最常见的压缩机；涡旋式压缩机通常使用在3P及以上柜式空调器中，通常使用三相供电，由于不能反向运行，使用此类压缩机的空调器室外机设有相序保护电路。

（2）冷凝器

冷凝器实物外形如图1-37所示，其作用是将压缩机排气管排出的高温高压气体变为低温高压液体。压缩机排出的高温高压气体进入冷凝器后，吸收外界的冷量，此时室外风机运行，将冷凝器表面的高温排向外界，从而将高温高压气体冷凝为低温高压液体。

常见形式：常见外观形状有单片式、双片式或更多。

（3）毛细管

毛细管由于价格低及性能稳定，在定频空调器和变频空调器中大量使用，安装位置和实物外形如图1-38所示，目前部分变频空调器使用电子膨胀阀代替毛细管作为节流元件。

毛细管的作用是将低温高压液体变为低温低压液体。从冷凝器排出的低温高压液体进入毛细管后，由于管径突然变小并且较长，因此从毛细管排出的液体的压力已经很低，由于压力与温度成正比，此时制冷剂的温度也较低。

（4）蒸发器

蒸发器实物外形如图1-39所示，作用是吸收房间内的热量，降低房间温度。工作时毛细管排出的液体进入蒸发器后，低温低压液体蒸发吸热，使蒸发器表面温度很低，室内风机运行，将冷量输送至室内，降低房间温度。

常见形式：根据外观不同，常见有直板式（一折式）、二折式、三折式或更多。

二、冷暖型空调器制冷系统

在单冷型空调器的制冷系统中增加四通阀，即可组成冷暖型空调器的制冷系统，此时系统既可以制冷，又可以制热。但在实际应用中，为提高制热效果，又增加了过冷管组（单向阀和辅助毛细管）。

1．四通阀安装位置和作用

四通阀安装在室外机制冷系统中，作用是转换制冷剂流量的方向，从而将空调器转换为制冷或制热模式，如图1-40左图所示，四通阀组件包括四通阀和线圈。

如图1-40右图所示，四通阀连接管道共有4根，D口连接压缩机排气管，S口连接压缩机吸气管，C口连接冷凝器，E口连接三通阀经管道至室内机蒸发器。

2．四通阀内部构造

如图1-41所示，四通阀可细分为换向阀（阀体）、电磁导向阀和连接管道共3部分。

（1）换向阀

将四通阀翻到反面，并割开阀体表面铜壳，如图1-42所示，可看到换向阀内部零件，主要由阀块、左右2个活塞、连杆和弹簧组成。

活塞和连杆固定在一起，阀块安装在连杆上面，当活塞受到压力变化时其带动连杆左右移动，从而带动阀块左右移动。

如图1-43左图所示，当阀块移动至某一位置时使S-E管口相通，则D-C管口相通，压缩机排气管D排出高温高压的气体经C管口至冷凝器，三通阀E连接压缩机吸气管S，空调器处于制冷状态。

如图1-43右图所示，当阀块移动至某一位置时使S-C管口相通，则D-E管口相通，压缩机排气管D排出高温高压气体经E管口至三通阀连接室内机蒸发器，接冷凝器的C口连接压缩机吸气管S，空调器处于制热状态。

（2）电磁导向阀

电磁导向阀由导向毛细管和导向阀本体组成，如图1-44所示。导向毛细管共有4根，分别为连接压缩机排气管的D管口、压缩机吸气管的S管口、换向阀左侧A管口和换向阀右侧B管口。导向阀本体安装在四通阀表面，内部由小阀块、衔铁、弹簧和堵头（设有四通阀线圈的固定螺钉）组成。

如图1-45所示，导向阀连接4根导向毛细管，其内部设有4个管口，布局和换向阀类似，小阀块安装在衔铁上面，衔铁移动时带动小阀块移动，从而接通或断开导向阀内部下方3个管口。衔铁移动方向受四通阀线圈产生的电磁力控制，导向阀内部的阀块之所以称为“小阀块”，是为了和换向阀内部的阀块进行区分，2个阀块所起的作用基本相同。

3．制冷和制热模式转换原理

（1）制冷模式

当室内机主板未向四通阀线圈供电时，即希望空调器运行在制冷模式。

室外机四通阀因线圈电压为交流0V，如图1-46所示，电磁导向阀内部衔铁在弹簧的作用下向左侧移动，使得D口和B侧的导向毛细管相通，S口和A侧的导向毛细管相通，因D口连接压缩机排气管，S口连接压缩机吸气管，因此换向阀B侧压力高、A侧压力低。

如图1-47和图1-48所示，因换向阀B侧压力高于A侧，推动活塞向A侧移动，从而带动阀块使S-E管口相通，同时D-C管口相通，即压缩机排气管（D）和冷凝器（C）相通、压缩机吸气管（S）和连接室内机蒸发器的三通阀（E）相通，制冷剂流动方向为①→D→C→②→③→④→⑤→⑥→E→S→⑦→①，系统工作在制冷模式。制冷模式下系统主要位置压力和温度见表1-5。

（2）制热模式

当室内机主板向四通阀线圈供电时，即希望空调器处于制热模式。

如图1-49所示，室外机四通阀线圈电压为交流220V，产生电磁力，使电磁导向阀内部的衔铁克服弹簧的阻力向右侧移动，使得D口和A侧的导向毛细管相通、S口和B侧的导向毛细管相通，因此换向阀A侧压力高，B侧压力低。

如图1-50和图1-51所示，因换向阀A侧压力高于B侧压力，推动活塞向B侧移动，从而带动阀块使S-C管口相通、同时D-E管口相通，即压缩机排气管（D）和连接室内机蒸发器的三通阀（E）相通、压缩机吸气管（S）和冷凝器（C）相通，制冷剂流动方向为①→D→E→⑥→⑤→④→③→②→C→S→⑦→①，系统工作在制热模式。制热模式下系统主要位置压力和温度见表1-6。

4．单向阀与辅助毛细管（过冷管组）

过冷管组实物外形如图1-52所示，作用是在制热模式下延长毛细管的长度，降低蒸发压力，蒸发温度也相应降低，能够从室外吸收更多的热量，从而提高制热效果。

辨认方法：辅助毛细管和单向阀并联，单向阀具有方向之分，带有箭头的一端接二通阀铜管。

单向阀具有单向导通特性，制冷模式下直接导通，辅助毛细管不起作用；制热模式下单向阀截止，制冷剂从辅助毛细管通过，延长毛细管的总长度，从而提高制热效果。

（1）制冷模式（见图1-53左图）

制冷剂流动方向为：压缩机排气管→四通阀→冷凝器（①）→单向阀（②）→毛细管（④）→过滤器（⑤）→二通阀（⑥）→连接管道→蒸发器→三通阀→四通阀→压缩机吸气管，完成循环过程。

此时单向阀方向标识和制冷剂流通方向一致，单向阀导通，短路辅助毛细管，辅助毛细管不起作用，由毛细管独自节流。

（2）制热模式（见图1-53右图）

制冷剂流动方向为：压缩机排气管→四通阀→三通阀→蒸发器（相当于冷凝器）→连接管道→二通阀（⑥）→过滤器（⑤）→毛细管（④）→辅助毛细管（③）→冷凝器出口（①）（相当于蒸发器进口）→四通阀→压缩机吸气管，完成循环过程。

此时单向阀方向标识和制冷剂流通方向相反，单向阀截止，制冷剂从辅助毛细管流过，由毛细管和辅助毛细管共同节流，延长了毛细管的总长度，降低了蒸发压力，蒸发温度也相应下降，此时室外机冷凝器可以从室外吸收到更多的热量，从而提高了制热效果。

举个例子说，假如毛细管节流后对应的蒸发温度为0℃，那么这台空调器室外温度在0℃以上时，制热效果还可以，但在0℃以下，制热效果则会明显下降；如果毛细管和辅助毛细管共同节流，延长毛细管的总长度后，假如对应的蒸发温度为-5℃，那么这台空调器室外温度在0℃以上时，由于蒸发温度低，温度差较大，因而可以吸收更多的热量，从而提高制热效果，如果室外温度在-5℃，制热效果和不带辅助毛细管的空调器在0℃时基本相同，这说明辅助毛细管工作后减少了对空调器温度的限制范围。