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Chapter 2
第二章 空調(diào)器制冷系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

第一節(jié) 制冷系統(tǒng)工作原理

一、單冷型空調(diào)器制冷系統(tǒng)

1.制冷系統(tǒng)循環(huán)

單冷型空調(diào)器制冷循環(huán)原理圖見圖2-1,實(shí)物圖見圖2-2。

圖2-1 單冷型空調(diào)器制冷循環(huán)原理圖

圖2-2 單冷型空調(diào)器制冷循環(huán)實(shí)物圖

來自室內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器的低溫低壓制冷劑氣體被壓縮機(jī)吸氣管吸入,壓縮成高溫高壓氣體,由排氣管排入室外機(jī)冷凝器,通過室外風(fēng)扇的作用,與室外的空氣進(jìn)行熱交換而成為低溫高壓的制冷劑液體,經(jīng)過毛細(xì)管的節(jié)流降壓、降溫后進(jìn)入蒸發(fā)器,在室內(nèi)風(fēng)扇的作用下,吸收房間內(nèi)的熱量(即降低房間內(nèi)的溫度)而成為低溫低壓的制冷劑氣體,再被壓縮機(jī)壓縮,制冷劑的流動方向?yàn)棰佟凇邸堋荨蕖摺伲绱酥芏鴱?fù)始地循環(huán)以達(dá)到制冷的目的。制冷系統(tǒng)主要位置壓力和溫度見表2-1。

說明:圖中紅線表示高溫管路,藍(lán)線表示低溫管路。

表2-1 制冷系統(tǒng)主要位置壓力和溫度

2.單冷型空調(diào)器制冷系統(tǒng)主要部件

單冷型空調(diào)器的制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器組成,稱為制冷系統(tǒng)四大部件。

(1)壓縮機(jī)

壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟,將低溫低壓氣體壓縮成為高溫高壓氣體。壓縮機(jī)由電機(jī)部分和壓縮部分組成。電機(jī)通電后運(yùn)行,帶動壓縮部分工作,使吸氣管吸入的低溫低壓制冷劑氣體變?yōu)楦邷馗邏簹怏w。

壓縮機(jī)常見形式有3種:活塞式、旋轉(zhuǎn)式、渦旋式,實(shí)物外形見圖2-3。活塞式壓縮機(jī)常見于老式柜式空調(diào)器中,通常為三相供電,現(xiàn)在已經(jīng)很少使用;旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)大量使用在1~3P的掛式或柜式空調(diào)器中,通常使用單相供電,是目前最常見的壓縮機(jī);渦旋式壓縮機(jī)通常使用在3P及以上柜式空調(diào)器中,通常使用三相供電,由于不能反向運(yùn)行,使用此類壓縮機(jī)的空調(diào)器室外機(jī)設(shè)有相序保護(hù)電路。

圖2-3 壓縮機(jī)

(2)冷凝器

冷凝器實(shí)物外形見圖2-4,其作用是將壓縮機(jī)排氣管排出的高溫高壓氣體變?yōu)榈蜏馗邏阂后w。壓縮機(jī)排出的高溫高壓氣體進(jìn)入冷凝器后,吸收外界的冷量,此時(shí)室外風(fēng)機(jī)運(yùn)行,將冷凝器表面的高溫排向外界,從而將高溫高壓氣體冷凝為低溫高壓液體。

常見形式:常見外觀形狀有單片式、雙片式或更多。

圖2-4 冷凝器

(3)毛細(xì)管

毛細(xì)管由于價(jià)格低及性能穩(wěn)定,在定頻空調(diào)器和變頻空調(diào)器中都有大量使用,安裝位置和實(shí)物外形見圖2-5,目前部分變頻空調(diào)器使用電子膨脹閥代替毛細(xì)管作為節(jié)流元件。

圖2-5 毛細(xì)管

毛細(xì)管的作用是將低溫高壓液體變?yōu)榈蜏氐蛪阂后w。從冷凝器排出的低溫高壓液體進(jìn)入毛細(xì)管后,由于管徑突然變小并且較長,因此從毛細(xì)管排出的液體的壓力已經(jīng)很低,由于壓力與溫度成正比,此時(shí)制冷劑的溫度也較低。

(4)蒸發(fā)器

蒸發(fā)器實(shí)物外形見圖2-6,其作用是吸收房間內(nèi)的熱量,降低房間溫度。工作時(shí)毛細(xì)管排出的液體進(jìn)入蒸發(fā)器后,低溫低壓液體蒸發(fā)吸熱,使蒸發(fā)器表面溫度很低,室內(nèi)風(fēng)機(jī)運(yùn)行,將冷量輸送至室內(nèi),降低房間溫度。

常見形式:根據(jù)外觀不同,常見有直板式、二折式、三折式或更多。

圖2-6 蒸發(fā)器

二、冷暖型空調(diào)器制冷系統(tǒng)

在單冷型空調(diào)器的制冷系統(tǒng)中增加四通閥,即可組成冷暖型空調(diào)器的制冷系統(tǒng),此時(shí)系統(tǒng)既可以制冷,又可以制熱。但在實(shí)際應(yīng)用中,為提高制熱效果,又增加了過冷管組(單向閥和輔助毛細(xì)管)。

1.四通閥安裝位置和作用

四通閥安裝在室外機(jī)制冷系統(tǒng)中,作用是轉(zhuǎn)換制冷劑流量的方向,從而將空調(diào)器轉(zhuǎn)換為制冷或制熱模式,見圖2-7左圖,四通閥組件包括四通閥和線圈。

見圖2-7右圖,四通閥連接管道共有4根,D口連接壓縮機(jī)排氣管,S口連接壓縮機(jī)吸氣管,C口連接冷凝器,E口連接三通閥經(jīng)管道至室內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器。

圖2-7 四通閥組件和安裝位置

2.四通閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

見圖2-8,四通閥可細(xì)分為換向閥(閥體)、電磁導(dǎo)向閥、連接管道共3部分。

(1)換向閥

將四通閥翻到背面,并割開閥體表面銅殼,見圖2-9,可看到換向閥內(nèi)部器件,主要由閥塊、左右2個(gè)活塞、連桿、彈簧組成。

活塞和連桿固定在一起,閥塊安裝在連桿上面,當(dāng)活塞受到壓力變化時(shí)其帶動連桿左右移動,從而帶動閥塊左右移動。

圖2-8 四通閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2-9 換向閥組成

見圖2-10左圖,當(dāng)閥塊移動至某一位置時(shí)使S-E管口相通,則D-C管口相通,壓縮機(jī)排氣管D排出高溫高壓氣體經(jīng)C管口至冷凝器,三通閥E連接壓縮機(jī)吸氣管S,空調(diào)器處于制冷狀態(tài)。

見圖2-10右圖,當(dāng)閥塊移動至某一位置時(shí)使S-C管口相通,則D-E管口相通,壓縮機(jī)排氣管D排出的高溫高壓氣體經(jīng)E管口至三通閥連接室內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器,冷凝器C連接壓縮機(jī)吸氣管S,空調(diào)器處于制熱狀態(tài)。

圖2-10 制冷制熱轉(zhuǎn)換原理

(2)電磁導(dǎo)向閥

電磁導(dǎo)向閥由導(dǎo)向毛細(xì)管和導(dǎo)向閥本體組成,見圖2-11。導(dǎo)向毛細(xì)管共有4根,分別連接壓縮機(jī)排氣管D管口、壓縮機(jī)吸氣管S管口、換向閥左側(cè)A管和換向閥右側(cè)B管。導(dǎo)向閥本體安裝在四通閥表面,內(nèi)部由小閥塊、銜鐵、彈簧、堵頭(設(shè)有四通閥線圈的固定螺釘)組成。

圖2-11 電磁導(dǎo)向閥組成

見圖2-12,導(dǎo)向閥連接4根導(dǎo)向毛細(xì)管,其內(nèi)部設(shè)有4個(gè)管口,布局和換向閥類似,小閥塊安裝在銜鐵上面,銜鐵移動時(shí)帶動小閥塊移動,從而接通或斷開導(dǎo)向閥內(nèi)部下方3個(gè)管口。銜鐵移動方向受四通閥線圈產(chǎn)生的電磁力控制,導(dǎo)向閥內(nèi)部的閥塊之所以稱為“小閥塊”,是為了和換向閥內(nèi)部的閥塊進(jìn)行區(qū)分,2個(gè)閥塊所起的作用基本相同。

圖2-12 小閥塊和導(dǎo)向閥管口

3.制冷和制熱模式轉(zhuǎn)換原理

(1)制冷模式

當(dāng)室內(nèi)機(jī)主板未向四通閥線圈供電時(shí),即希望空調(diào)器運(yùn)行在制冷模式。

室外機(jī)四通閥因線圈電壓為交流0V,見圖2-13,電磁導(dǎo)向閥內(nèi)部銜鐵在彈簧的作用下向左側(cè)移動,使得D口和B側(cè)的導(dǎo)向毛細(xì)管相通,S口和A側(cè)的導(dǎo)向毛細(xì)管相通,因D口連接壓縮機(jī)排氣管,S口連接壓縮機(jī)吸氣管,因此換向閥B側(cè)壓力高、A側(cè)壓力低。

見圖2-14和圖2-15,因換向閥B側(cè)壓力高于A側(cè),推動活塞向A側(cè)移動,從而帶動閥塊使S-E管口相通,同時(shí)D-C管口相通,即壓縮機(jī)排氣管D和冷凝器C相通,壓縮機(jī)吸氣管S和連接室內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器的三通閥E相通,制冷劑流動方向?yàn)棰佟鶧→C→②→③→④→⑤→⑥→E→S→⑦→①,系統(tǒng)工作在制冷模式。制冷模式下系統(tǒng)主要位置壓力和溫度見表2-1。

圖2-13 電磁導(dǎo)向閥使閥體壓力左低右高

圖2-14 閥塊移動工作在制冷模式

圖2-15 系統(tǒng)制冷循環(huán)流程

(2)制熱模式

當(dāng)室內(nèi)機(jī)主板向四通閥線圈供電時(shí),即希望空調(diào)器處于制熱模式。

見圖2-16,室外機(jī)四通閥線圈電壓為交流220V,產(chǎn)生電磁力,使電磁導(dǎo)向閥內(nèi)部銜鐵克服彈簧的阻力向右側(cè)移動,使得D口和A側(cè)的導(dǎo)向毛細(xì)管相通,S口和B側(cè)的導(dǎo)向毛細(xì)管相通,因此換向閥A側(cè)壓力高、B側(cè)壓力低。

圖2-16 電磁導(dǎo)向閥使閥體壓力左高右低

見圖2-17和圖2-18,因換向閥A側(cè)壓力高于B側(cè)壓力,推動活塞向B側(cè)移動,從而帶動閥塊使S-C管口相通,同時(shí)D-E管口相通,即壓縮機(jī)排氣管D和連接室內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器的三通閥E相通,壓縮機(jī)吸氣管S和冷凝器C相通,制冷劑流動方向?yàn)棰佟鶧→E→⑥→⑤→④→③→②→C→S→⑦→①,系統(tǒng)工作在制熱模式。制熱模式下系統(tǒng)主要位置壓力和溫度見表2-2。

圖2-17 閥塊移動工作在制熱模式

圖2-18 系統(tǒng)制熱循環(huán)流程

表2-2 制熱模式下制冷系統(tǒng)主要位置壓力和溫度

4.單向閥與輔助毛細(xì)管(過冷管組)

過冷管組實(shí)物外形見圖2-19,作用是在制熱模式下延長毛細(xì)管的長度,降低蒸發(fā)壓力,蒸發(fā)溫度也相應(yīng)降低,能夠從室外吸收更多的熱量,從而增加制熱效果。

圖2-19 單向閥與輔助毛細(xì)管

辨認(rèn)方法:輔助毛細(xì)管和單向閥并聯(lián),單向閥具有方向之分,帶有箭頭的一端接二通閥銅管。

單向閥具有單向?qū)ㄌ匦裕评淠J较轮苯訉?dǎo)通,輔助毛細(xì)管不起作用;制熱模式下單向閥截止,制冷劑從輔助毛細(xì)管通過,延長毛細(xì)管的總長度,從而提高制熱效果。

(1)制冷模式(見圖2-20左圖)

制冷劑流動方向?yàn)椋簤嚎s機(jī)排氣管→四通閥→冷凝器(①)→單向閥(②)→毛細(xì)管(④)→過濾器(⑤)→二通閥(⑥)→連接管道→蒸發(fā)器→三通閥→四通閥→壓縮機(jī)吸氣管,完成循環(huán)過程。

此時(shí)單向閥方向標(biāo)識和制冷劑流通方向一致,單向閥導(dǎo)通,短路輔助毛細(xì)管,輔助毛細(xì)管不起作用,由毛細(xì)管獨(dú)自節(jié)流。

(2)制熱模式(見圖2-20右圖)

制冷劑流動方向?yàn)椋簤嚎s機(jī)排氣管→四通閥→三通閥→蒸發(fā)器(相當(dāng)于冷凝器)→連接管道→二通閥(⑥)→過濾器(⑤)→毛細(xì)管(④)→輔助毛細(xì)管(③)→冷凝器出口(①)(相當(dāng)于蒸發(fā)器進(jìn)口)→四通閥→壓縮機(jī)吸氣管,完成循環(huán)過程。

此時(shí)單向閥方向標(biāo)識和制冷劑流通方向相反,單向閥截止,制冷劑從輔助毛細(xì)管流過,由毛細(xì)管和輔助毛細(xì)管共同節(jié)流,延長了毛細(xì)管的總長度,降低了蒸發(fā)壓力,蒸發(fā)溫度也相應(yīng)下降,此時(shí)室外機(jī)冷凝器可以從室外吸收到更多的熱量,從而提高制熱效果。

舉個(gè)例子說,假如毛細(xì)管節(jié)流后對應(yīng)的蒸發(fā)壓力為0,那么這臺空調(diào)器室外溫度在0℃以上時(shí),制熱效果還可以,但在0℃以下,制熱效果則會明顯變差;如果毛細(xì)管和輔助毛細(xì)管共同節(jié)流,延長毛細(xì)管的總長度后,假如對應(yīng)的蒸發(fā)溫度為-5℃,那么這臺空調(diào)器室外溫度在0℃以上時(shí),由于蒸發(fā)溫度低,溫度差較大,因而可以吸收更多的熱量,從而提高制熱效果,如果室外溫度在-5℃,制熱效果和不帶輔助毛細(xì)管的空調(diào)器在0℃時(shí)基本相同,這說明輔助毛細(xì)管工作后減少了空調(diào)器對溫度的限制范圍。

圖2-20 過冷管組組件制冷和制熱循環(huán)過程

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