第1章 空調器的結構特點和工作原理

1.1 空調器的結構特點

空調器按照結構的不同主要可以分為整體式和分體式兩大類。整體式空調器以窗式空調器為主，圖1-1所示為窗式空調器的外形結構。這種空調器將室內機組和室外機組組合在一起，裝在窗口處，蒸發器部分置于窗內（室內），與外界進行熱交換的冷凝器部分被置于窗外，以方便空調器的制冷工作，具體安裝效果如圖1-2所示。這種空調器工作噪聲較大，且制冷效率較低，目前已基本淘汰。

分體式空調器可分為壁掛式、分體柜式和吊頂式三種，實物外形如圖1-3所示。

這種空調器最大的特點是將室內機組和室外機組分離，之間通過管路和線纜進行連接，不僅噪聲小，而且制冷效率也大大提高了。

1. 典型分體壁掛式空調器室內機的結構

典型分體壁掛式空調器室內機的外觀結構如圖1-4所示。這種空調器的室內機是采用壁掛的方式安裝在室內的墻壁上，從外觀上看，分體壁掛式空調器室內機的頂部為吸氣窗，正面是吸氣柵，出風口位于室內機的下方。工作時，室內的空氣通過吸氣窗和吸氣柵與室內機的蒸發器進行熱交換，冷氣則從出風口排出。顯示屏（或狀態指示燈）主要用于顯示當前空調器的工作狀態，遙控接收窗口用來接收遙控器發出的遙控指令。

出風口處安裝有垂直風向葉片（垂直導風板）和水平風向葉片（水平導風板），分別用于調節出風的垂直角度和水平范圍。左側配管孔和底側配管孔都是為空調器室內機與室外機進行管道連接時預留的（在右側還設有右側配管孔），即連接管路如果需要從左側伸出與室外機相連時，就需要將左側配管孔處的擋板卸下，以便管路伸出。當然，如果需要從底側出管，則需要將底側配管孔處的擋板卸下。

分體壁掛式空調器室內機的內部結構示意圖如圖1-5所示。

1）空氣過濾網和清潔濾塵網

圖1-6所示為空氣過濾網和清潔濾塵網的實物外形。為了使空調器更具環保功能，許多空調器生產廠商還對清潔濾塵網進行了功能上的拓展，如開發出了空氣清潔濾網、銀離子過濾網、防螨過濾網、防霉過濾網等。

2）導風板與驅動電動機

圖1-7所示為導風板與驅動電動機的實際安裝效果，驅動電動機安裝在垂直導風板的側面。

工作時，垂直導風板便會在電動機的驅動下垂直擺動，從而實現垂直方向的調節。具體調節方式如圖1-8所示。

空調器室內機水平方向的風向調節是通過水平導風板實現的。它通常由兩組或三組葉片構成。通過調整水平導風板的角度即可對吹風的范圍和角度進行調節，具體調節方式如圖1-9所示。

3）蒸發器

圖1-10所示是蒸發器的實物外形，它是在S形的銅管上脹接翅片制成的。它是產生制冷量的重要部件。在整個制冷過程中，經過節流降壓后的制冷劑液體在蒸發器里吸熱汽化，變成低壓飽和蒸氣，從而使周圍的空氣溫度下降。

目前，空調器中的蒸發器多采用這種強制通風對流的方式，以加快空氣與蒸發器之間的熱交換。

4）風扇組件

圖1-11所示為貫流式風扇的實物外形，貫流式風扇由細長的離心葉片組成，位于蒸發器的里側。

驅動電動機直接與貫流式風扇的主軸相連，具體安裝效果如圖1-12所示。在工作時驅動電動機轉動，從而帶動風扇旋轉。

5）電路部分

空調器室內機的電路部分主要包括電源電路、系統控制電路、遙控接收電路和指示燈電路。圖1-13所示為典型的電源電路和系統控制電路。

可以看到，電源電路與系統控制電路之間通過兩組排線進行連接。其中，電源電路板上提供了風扇驅動電動機（簡稱風扇電動機）、垂直導風板的驅動電動機（簡稱步進電動機），以及變壓器和接線盒等部件的連接插口，其主要作用是為空調器提供工作電壓。

室溫傳感器、蒸發器傳感器（管溫傳感器）及控制信號的連接插口都設置在系統控制電路板上，系統控制集成電路根據檢測到的數據為整個空調器輸出控制指令，使整個空調器能夠正常工作。

通常，在空調器的系統控制電路板上設有一個微控開關，它的具體位置如圖1-14所示。

這個微控開關是應急運轉開關，它是在空調遙控器失靈時使用的。當使用遙控器控制空調器時，若空調器不運轉，這時可通過此開關來判斷是遙控器故障還是空調器故障。在遙控器電池用完又沒有更換的情況下，也可以通過應急運轉開關對空調器進行操作。不同機型中應急運轉開關的位置也是有所不同的，但其作用基本相似。

圖1-15所示為空調器室內機的接線盒。空調器室內機、室外機及控制電路的供電都是通過接線盒來提供的。

可以看到接線盒各接線柱都用文字、圖案或顏色等進行了標識，其與空調器室外機的接線柱相對應，以防止電線接錯。室內機與室外機的電路連線就是通過接線盒實現的，在進行連線時，根據說明書將對應的連線接在對應的接頭上即可。

圖1-16所示是空調器的遙控信號接收電路和指示燈電路。

遙控信號接收電路就是接收遙控器信號的電路。當使用遙控器發出操作控制信號時，遙控信號接收電路的指示燈會亮，以提示當前狀態。并將接收的遙控信號傳送到控制電路中進行處理，再結合當前的環境溫度對空調器進行控制。

一般的空調器都有三個指示燈：電源指示燈、定時指示燈、運轉指示燈。這三個指示燈所提示的內容如下。

● 電源：有的空調器標識的是“壓縮機”，當壓縮機啟動時，指示燈就會亮；當壓縮機停止時，指示燈就會滅。因為只有在壓縮機運行的時候才會使電源導通，所以標識雖有不同，但其作用是一樣的。

● 定時：這個指示燈在使用遙控器設定定時時間后，在定時時間內一直亮著。

● 運轉：也可標識為“運行”，在運行狀態下該指示燈會一直亮著。

在空調器室內機中，還有兩個非常重要的部件就是室溫傳感器和管溫傳感器，這兩個傳感器的主要作用就是檢測當前的工作溫度，并將檢測到的溫度直接傳給系統控制集成電路，以維持空調器正常工作。

例如，當操作遙控器將制冷溫度設定為22℃的指令發給空調器室內機時，遙控信號接收電路便會將控制指令傳給系統控制集成電路，系統控制集成電路就會根據室溫傳感器送來的室內溫度數據輸出控制指令。如果當前檢測到的溫度高于22℃，則系統控制集成電路就會發送控制指令，使壓縮機工作，空調器處于制冷狀態；當室溫傳感器感受到的室溫達到或低于22℃時，該溫度數據就會及時傳遞給系統控制集成電路，系統控制集成電路就會向壓縮機發送停止工作的控制指令，直至檢測到的室溫又超過22℃時，空調器便會再次制冷工作。因此，可以說空調器是否正常工作的重要依據就來源于這兩個溫度傳感器。圖1-17所示為室溫傳感器，它的主要作用就是檢測房間內的溫度。

管溫傳感器的感溫頭通常安裝在蒸發器的管路里，由一個卡子固定在銅管中，如圖1-18所示。它主要用于檢測蒸發器管道的溫度，有了室內的溫度信號，再結合蒸發器的溫度信號，在控制電路中進行運算調節，從而決定空調器的當前運行狀態。

6）連接管路

分體式空調器室內機與室外機之間是通過管路相連的，從而構成一個循環。如圖1-19所示，室內機的液體管、氣體管和排水管都整齊地排列在室內機背面。在兩個銅管中，相對較粗的是氣體管，相對較細的是液體管。

7）分體壁掛式空調器的遙控器

如圖1-20所示，遙控器是空調器實現人機交互的重要部件。它主要是由電池倉、按鈕、液晶顯示窗、電路板及紅外線信號發送窗構成的，如圖1-21所示。

空調器不同，遙控器的按鍵個數及功能也略有不同，現以圖1-22為例，對遙控器上的各個按鍵加以說明。

● 開關按鈕：它是遙控器控制空調器運行的總開關。對準空調器按下該按鈕，遙控器的液晶顯示窗出現字符之后，就可以控制空調器的運轉了。

● 溫度調節按鈕：用于調節房間設定溫度的按鈕，一般的空調器在制冷、制熱模式下，設定溫度范圍為18～32℃；

● 定時設定按鈕：用于設定定時時間。使用“+/-”按鈕可設定需要的時間，一般空調器可以設定的時間為0.5～24小時；

● 風速設定按鈕：用于設定空調器送風量的大小，圖1-23中遙控器顯示的是“自動—高—中—低”四種風速模式，而有的空調器的風速是以“自動—強風—弱風—微風”的模式出現的。

● 功能設定按鈕：用來選擇空調器的運行模式，如制冷、制熱、除濕、睡眠等。

● 風向按鈕：按一次風向按鈕，垂直風向葉片上下擺動送風，再按一次該按鈕，鎖定當前送風角度。

值得注意的是，在遙控器中正確裝入電池后，液晶顯示窗會顯示全部字符，進入自檢狀態，然后清屏，這時就可以使用遙控器對空調器進行控制了。

在遙控器的背面還有一個復位按鈕，如圖1-24所示。這個按鈕非常小，需使用牙簽或筆尖才可按到。當按下此按鈕后，遙控器的液晶顯示窗會顯示全部字符，遙控器進入自檢狀態，再按一下開關按鈕，液晶顯示窗顯示的是出廠時設置的值，如圖1-23所示。一般情況下是不會使用到這個按鈕的。

2. 分體壁掛式空調器室外機的結構

圖1-25所示是分體壁掛式空調器室外機的內部結構。

空調器室外機的接線盒位于機器的側面，從室內機引出的連接電纜就是連接到室外機的接線盒上的，卸下擋板后，就可以看到室外機的接線盒，具體效果如圖1-26所示。

室外機的接線盒和室內機的接線盒基本類似，文字及標識也完全一致。在進行接線時，應注意把線接到相應的接線柱上，保證號對號、字對字進行連接；銅絲與接線柱之間的接觸面要盡量大一些，并且保證固定螺釘牢固。如果銅絲與接線柱連接松動、發熱造成觸點燒壞，會損壞控制電路，導致壓縮機故障。

室外機與室內機管路的接口位于室外機側面接線盒的下方，具體位置如圖1-27所示。可以看到，對應于室內機的管路，室外機有兩個管路連接端口，管路連接處的粗細與室內機的管路粗細相吻合，將室外機與室內機通過管道進行連接，實現制冷劑的往復循環，從而實現空調器的制冷或制熱。

圖1-28所示為室外機主要部件的實際安裝效果，可以看到室外機主要由軸流風扇、壓縮機、冷凝器、壓縮機啟動電容器、電磁四通換向閥（簡稱四通閥）及干燥過濾器等部分構成。

1）軸流風扇

與室內機的風扇不同，空調器室外機所采用的風扇為軸流風扇，軸流風扇多采用鋁材壓制或ABS塑料注塑而成，扇葉多為3片、4片或5片。圖1-29所示為軸流風扇的外形結構。

圖1-30所示為軸流風扇的驅動電動機。軸流風扇的特點是風量大、壓頭低，其主要作用是加速冷凝器的冷卻。

如圖1-31所示，軸流風扇安裝在冷凝器的內側，室外空氣從室外機兩側的百葉窗吸入，經軸流風扇吹向冷凝器，攜帶冷凝器的熱量送出機外。

2）壓縮機

壓縮機是空調器中完成制冷循環或制熱循環的核心部件，它通過改變制冷劑的溫度和壓力，從而使其物理狀態發生變化，然后再通過熱交換過程實現制熱或制冷。

空調器所使用的壓縮機一般可以分為全封閉往復活塞式、全封閉旋轉活塞式和渦旋式三種。圖1-32所示為全封閉旋轉活塞式壓縮機的實際結構。這也是目前空調器中常采用的一種壓縮機。

從外觀上看，全封閉旋轉活塞式壓縮機為立式柱形結構，通過管路與制冷系統相連接，在吸氣管路上，吸氣口通過毛細管直接與氣體截止閥相連。經壓縮機壓縮后，低溫低壓的制冷劑被壓縮成高溫高壓的干飽和蒸氣，然后通過管路輸送到冷凝器中。

3）冷凝器

分體壁掛式空調器室外機中的冷凝器的實際效果如圖1-33所示。

可以看到，室外機中的冷凝器與室內機中的蒸發器的結構基本相似，也是由一組一組S形銅管脹接鋁合金散熱翅片而制成的。事實上，空調器的蒸發器和冷凝器都是用于空氣調節的熱交換部件，我們現在所說的名稱都是以制冷狀態為前提的。嚴格地說，空調器室內機的熱交換器被用于制冷時就作為蒸發器，同時室外機中的熱交換器主要被用做冷凝器（具有制熱功能）。而當空調器處于制熱狀態時，室內機中的熱交換器就相當于冷凝器，而室外機中的熱交換器則起蒸發器的作用。

在制冷和制熱過程中，蒸發器和冷凝器本身并沒有改變，只是通過電磁四通閥改變了制冷劑的流向，使冷凝器、蒸發器與制冷劑流動的相對位置發生了改變，因而，蒸發器變成了冷凝器，冷凝器變成了蒸發器。

4）啟動電容器

空調器室外機中的壓縮機設有兩個啟動電容器，即壓縮機的啟動電容器和軸流風扇的啟動電容器，具體安裝效果如圖1-34所示。

在壓縮機啟動電容器頂端的鋁箔電極通過線纜連接到繼電器及壓縮機的接線柱上，與電動機的啟動繞組相連產生轉矩，帶動壓縮機啟動。壓縮機的啟動電容器是幫助電動機啟動的，使電動機啟動繞組中的電流相位超前于運轉繞組中的電流相位90°。啟動電容器從啟動開始直至壓縮機電動機的轉速接近正常轉速為止，其時間僅為數秒鐘。

軸流風扇啟動電容器的作用與壓縮機的啟動電容器的作用相同，但壓縮機啟動電容器與軸流風扇啟動電容器的供電端是不同的，它們通過不同的接線端對電容器進行供電，從而實現對風扇電動機和壓縮機電動機進行不同的控制。例如，當設置空調器溫度為22℃時（環境溫度不為22℃），室外機的壓縮機電動機和軸流風扇電動機開始工作；當環境溫度達到設定值時，壓縮機停止工作，即壓縮機的電動機停止工作，而軸流風扇還要繼續運轉。因此，壓縮機電動機和軸流風扇的電動機是需要進行不同的控制的，即壓縮機啟動電容器和軸流風扇啟動電容器的供電端是不同的。

當啟動電容器與運轉電容器聯合作用時，啟動電容器和運轉電容器相并聯，可以增加電路的能量。運轉電容器用來減小運轉電流和提高電動機的功率因數。它一般為油-紙型結構，金屬箔片之間用浸油紙層相互絕緣，然后裝入充滿油的電容器中。運轉電容器與電動機啟動繞組并聯，并以這種組合方式和運行繞組并聯。電壓的波動、連續的過電流及過熱的結果都會使電容器的效率降低，電容漏電流增加，從而增加能耗。

5）電磁四通換向閥

在冷暖空調器的室外機中都安裝有一個電磁四通換向閥，具體實物效果如圖1-35 所示。它位于壓縮機上面，主要是由電磁鐵和四通換向閥構成的。電磁四通換向閥的主要作用是控制管路中制冷劑的流向，從而控制制冷或制熱的循環。

6）電子膨脹閥

如果是變頻空調器，則制冷管路中還安裝有電子膨脹閥，其實物外形如圖1-36 所示。工作時由系統控制集成電路和脈沖電動機帶動傳動桿升降，通過閥芯上下移動實現對制冷劑流量的自動調節，最終使空調器系統根據負荷的變化達到最佳制冷、制熱量，以及最精確的溫度及最佳節能效果。它具有雙向可逆、體積小、結構先進、性能可靠且外形美觀等特點。

7）干燥過濾器和毛細管

圖1-37所示為空調器室外機干燥過濾器和毛細管安裝效果，它們都是制冷系統中的重要部件，其功能特點與電冰箱類似，在此就不再多介紹。

8）單向閥

在冷暖空調器的制冷管路中還安裝有單向閥，具體效果如圖1-38所示。它具有單向導通、反向截止的特點，主要用于控制制冷劑的流向。通常，在單向閥的殼體上標注有制冷劑的流動方向，安裝時不要將其接反。

9）截止閥

為了安裝和檢修方便，分體式空調器在室外機的氣管和液管的連接端口上各安裝了一個截止閥。這是一種管路閉合閥，其結構如圖1-39所示。

截止閥分為液體截止閥和氣體截止閥兩種。用六角扳手按順時針方向旋轉液體截止閥的閥帽，就可以使液體截止閥處于關閉狀態，從而將制冷劑氣體回收在室外機中。在進行移機和裝機時，就可以有效地避免制冷劑氣體氧化及抽真空的問題。

與液體截止閥相比，氣體截止閥多了一個工藝管口。當對空調器進行抽真空、檢漏或充注制冷劑時，就需要使用該工藝管口。