Chapter 2
第二章 空调器制冷系统基础知识
第一节 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见图2-1，实物图见图2-2。
图2-1 单冷型空调器制冷循环原理图
图2-2 单冷型空调器制冷循环实物图
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，在室内风扇的作用下，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以达到制冷的目的。制冷系统主要位置压力和温度见表2-1。
说明：图中红线表示高温管路，蓝线表示低温管路。
表2-1 制冷系统主要位置压力和温度
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、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3种：活塞式、旋转式、涡旋式，实物外形见图2-3。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。
图2-3 压缩机
（2）冷凝器
冷凝器实物外形见图2-4，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。
图2-4 冷凝器
（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都有大量使用，安装位置和实物外形见图2-5，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。
图2-5 毛细管
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
蒸发器实物外形见图2-6，其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、二折式、三折式或更多。
图2-6 蒸发器
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，见图2-7左图，四通阀组件包括四通阀和线圈。
见图2-7右图，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。
图2-7 四通阀组件和安装位置
2.四通阀内部结构
见图2-8，四通阀可细分为换向阀（阀体）、电磁导向阀、连接管道共3部分。
（1）换向阀
将四通阀翻到背面，并割开阀体表面铜壳，见图2-9，可看到换向阀内部器件，主要由阀块、左右2个活塞、连杆、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。
图2-8 四通阀内部结构
图2-9 换向阀组成
见图2-10左图，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。
见图2-10右图，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排出的高温高压气体经E管口至三通阀连接室内机蒸发器，冷凝器C连接压缩机吸气管S，空调器处于制热状态。
图2-10 制冷制热转换原理
（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，见图2-11。导向毛细管共有4根，分别连接压缩机排气管D管口、压缩机吸气管S管口、换向阀左侧A管和换向阀右侧B管。导向阀本体安装在四通阀表面，内部由小阀块、衔铁、弹簧、堵头（设有四通阀线圈的固定螺钉）组成。
图2-11 电磁导向阀组成
见图2-12，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。
图2-12 小阀块和导向阀管口
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，见图2-13，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。
见图2-14和图2-15，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2-1。
图2-13 电磁导向阀使阀体压力左低右高
图2-14 阀块移动工作在制冷模式
图2-15 系统制冷循环流程
（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。
见图2-16，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。
图2-16 电磁导向阀使阀体压力左高右低
见图2-17和图2-18，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2-2。
图2-17 阀块移动工作在制热模式
图2-18 系统制热循环流程
表2-2 制热模式下制冷系统主要位置压力和温度
4.单向阀与辅助毛细管（过冷管组）
过冷管组实物外形见图2-19，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，从而增加制热效果。
图2-19 单向阀与辅助毛细管
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2-20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2-20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，从而提高制热效果。
举个例子说，假如毛细管节流后对应的蒸发压力为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，制热效果则会明显变差；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空调器对温度的限制范围。
图2-20 过冷管组组件制冷和制热循环过程