第1章 空调器的结构特点和工作原理

1.1 空调器的结构特点

空调器按照结构的不同主要可以分为整体式和分体式两大类。整体式空调器以窗式空调器为主，图1-1所示为窗式空调器的外形结构。这种空调器将室内机组和室外机组组合在一起，装在窗口处，蒸发器部分置于窗内（室内），与外界进行热交换的冷凝器部分被置于窗外，以方便空调器的制冷工作，具体安装效果如图1-2所示。这种空调器工作噪声较大，且制冷效率较低，目前已基本淘汰。

分体式空调器可分为壁挂式、分体柜式和吊顶式三种，实物外形如图1-3所示。

这种空调器最大的特点是将室内机组和室外机组分离，之间通过管路和线缆进行连接，不仅噪声小，而且制冷效率也大大提高了。

1. 典型分体壁挂式空调器室内机的结构

典型分体壁挂式空调器室内机的外观结构如图1-4所示。这种空调器的室内机是采用壁挂的方式安装在室内的墙壁上，从外观上看，分体壁挂式空调器室内机的顶部为吸气窗，正面是吸气栅，出风口位于室内机的下方。工作时，室内的空气通过吸气窗和吸气栅与室内机的蒸发器进行热交换，冷气则从出风口排出。显示屏（或状态指示灯）主要用于显示当前空调器的工作状态，遥控接收窗口用来接收遥控器发出的遥控指令。

出风口处安装有垂直风向叶片（垂直导风板）和水平风向叶片（水平导风板），分别用于调节出风的垂直角度和水平范围。左侧配管孔和底侧配管孔都是为空调器室内机与室外机进行管道连接时预留的（在右侧还设有右侧配管孔），即连接管路如果需要从左侧伸出与室外机相连时，就需要将左侧配管孔处的挡板卸下，以便管路伸出。当然，如果需要从底侧出管，则需要将底侧配管孔处的挡板卸下。

分体壁挂式空调器室内机的内部结构示意图如图1-5所示。

1）空气过滤网和清洁滤尘网

图1-6所示为空气过滤网和清洁滤尘网的实物外形。为了使空调器更具环保功能，许多空调器生产厂商还对清洁滤尘网进行了功能上的拓展，如开发出了空气清洁滤网、银离子过滤网、防螨过滤网、防霉过滤网等。

2）导风板与驱动电动机

图1-7所示为导风板与驱动电动机的实际安装效果，驱动电动机安装在垂直导风板的侧面。

工作时，垂直导风板便会在电动机的驱动下垂直摆动，从而实现垂直方向的调节。具体调节方式如图1-8所示。

空调器室内机水平方向的风向调节是通过水平导风板实现的。它通常由两组或三组叶片构成。通过调整水平导风板的角度即可对吹风的范围和角度进行调节，具体调节方式如图1-9所示。

3）蒸发器

图1-10所示是蒸发器的实物外形，它是在S形的铜管上胀接翅片制成的。它是产生制冷量的重要部件。在整个制冷过程中，经过节流降压后的制冷剂液体在蒸发器里吸热汽化，变成低压饱和蒸气，从而使周围的空气温度下降。

目前，空调器中的蒸发器多采用这种强制通风对流的方式，以加快空气与蒸发器之间的热交换。

4）风扇组件

图1-11所示为贯流式风扇的实物外形，贯流式风扇由细长的离心叶片组成，位于蒸发器的里侧。

驱动电动机直接与贯流式风扇的主轴相连，具体安装效果如图1-12所示。在工作时驱动电动机转动，从而带动风扇旋转。

5）电路部分

空调器室内机的电路部分主要包括电源电路、系统控制电路、遥控接收电路和指示灯电路。图1-13所示为典型的电源电路和系统控制电路。

可以看到，电源电路与系统控制电路之间通过两组排线进行连接。其中，电源电路板上提供了风扇驱动电动机（简称风扇电动机）、垂直导风板的驱动电动机（简称步进电动机），以及变压器和接线盒等部件的连接插口，其主要作用是为空调器提供工作电压。

室温传感器、蒸发器传感器（管温传感器）及控制信号的连接插口都设置在系统控制电路板上，系统控制集成电路根据检测到的数据为整个空调器输出控制指令，使整个空调器能够正常工作。

通常，在空调器的系统控制电路板上设有一个微控开关，它的具体位置如图1-14所示。

这个微控开关是应急运转开关，它是在空调遥控器失灵时使用的。当使用遥控器控制空调器时，若空调器不运转，这时可通过此开关来判断是遥控器故障还是空调器故障。在遥控器电池用完又没有更换的情况下，也可以通过应急运转开关对空调器进行操作。不同机型中应急运转开关的位置也是有所不同的，但其作用基本相似。

图1-15所示为空调器室内机的接线盒。空调器室内机、室外机及控制电路的供电都是通过接线盒来提供的。

可以看到接线盒各接线柱都用文字、图案或颜色等进行了标识，其与空调器室外机的接线柱相对应，以防止电线接错。室内机与室外机的电路连线就是通过接线盒实现的，在进行连线时，根据说明书将对应的连线接在对应的接头上即可。

图1-16所示是空调器的遥控信号接收电路和指示灯电路。

遥控信号接收电路就是接收遥控器信号的电路。当使用遥控器发出操作控制信号时，遥控信号接收电路的指示灯会亮，以提示当前状态。并将接收的遥控信号传送到控制电路中进行处理，再结合当前的环境温度对空调器进行控制。

一般的空调器都有三个指示灯：电源指示灯、定时指示灯、运转指示灯。这三个指示灯所提示的内容如下。

● 电源：有的空调器标识的是“压缩机”，当压缩机启动时，指示灯就会亮；当压缩机停止时，指示灯就会灭。因为只有在压缩机运行的时候才会使电源导通，所以标识虽有不同，但其作用是一样的。

● 定时：这个指示灯在使用遥控器设定定时时间后，在定时时间内一直亮着。

● 运转：也可标识为“运行”，在运行状态下该指示灯会一直亮着。

在空调器室内机中，还有两个非常重要的部件就是室温传感器和管温传感器，这两个传感器的主要作用就是检测当前的工作温度，并将检测到的温度直接传给系统控制集成电路，以维持空调器正常工作。

例如，当操作遥控器将制冷温度设定为22℃的指令发给空调器室内机时，遥控信号接收电路便会将控制指令传给系统控制集成电路，系统控制集成电路就会根据室温传感器送来的室内温度数据输出控制指令。如果当前检测到的温度高于22℃，则系统控制集成电路就会发送控制指令，使压缩机工作，空调器处于制冷状态；当室温传感器感受到的室温达到或低于22℃时，该温度数据就会及时传递给系统控制集成电路，系统控制集成电路就会向压缩机发送停止工作的控制指令，直至检测到的室温又超过22℃时，空调器便会再次制冷工作。因此，可以说空调器是否正常工作的重要依据就来源于这两个温度传感器。图1-17所示为室温传感器，它的主要作用就是检测房间内的温度。

管温传感器的感温头通常安装在蒸发器的管路里，由一个卡子固定在铜管中，如图1-18所示。它主要用于检测蒸发器管道的温度，有了室内的温度信号，再结合蒸发器的温度信号，在控制电路中进行运算调节，从而决定空调器的当前运行状态。

6）连接管路

分体式空调器室内机与室外机之间是通过管路相连的，从而构成一个循环。如图1-19所示，室内机的液体管、气体管和排水管都整齐地排列在室内机背面。在两个铜管中，相对较粗的是气体管，相对较细的是液体管。

7）分体壁挂式空调器的遥控器

如图1-20所示，遥控器是空调器实现人机交互的重要部件。它主要是由电池仓、按钮、液晶显示窗、电路板及红外线信号发送窗构成的，如图1-21所示。

空调器不同，遥控器的按键个数及功能也略有不同，现以图1-22为例，对遥控器上的各个按键加以说明。

● 开关按钮：它是遥控器控制空调器运行的总开关。对准空调器按下该按钮，遥控器的液晶显示窗出现字符之后，就可以控制空调器的运转了。

● 温度调节按钮：用于调节房间设定温度的按钮，一般的空调器在制冷、制热模式下，设定温度范围为18～32℃；

● 定时设定按钮：用于设定定时时间。使用“+/-”按钮可设定需要的时间，一般空调器可以设定的时间为0.5～24小时；

● 风速设定按钮：用于设定空调器送风量的大小，图1-23中遥控器显示的是“自动—高—中—低”四种风速模式，而有的空调器的风速是以“自动—强风—弱风—微风”的模式出现的。

● 功能设定按钮：用来选择空调器的运行模式，如制冷、制热、除湿、睡眠等。

● 风向按钮：按一次风向按钮，垂直风向叶片上下摆动送风，再按一次该按钮，锁定当前送风角度。

值得注意的是，在遥控器中正确装入电池后，液晶显示窗会显示全部字符，进入自检状态，然后清屏，这时就可以使用遥控器对空调器进行控制了。

在遥控器的背面还有一个复位按钮，如图1-24所示。这个按钮非常小，需使用牙签或笔尖才可按到。当按下此按钮后，遥控器的液晶显示窗会显示全部字符，遥控器进入自检状态，再按一下开关按钮，液晶显示窗显示的是出厂时设置的值，如图1-23所示。一般情况下是不会使用到这个按钮的。

2. 分体壁挂式空调器室外机的结构

图1-25所示是分体壁挂式空调器室外机的内部结构。

空调器室外机的接线盒位于机器的侧面，从室内机引出的连接电缆就是连接到室外机的接线盒上的，卸下挡板后，就可以看到室外机的接线盒，具体效果如图1-26所示。

室外机的接线盒和室内机的接线盒基本类似，文字及标识也完全一致。在进行接线时，应注意把线接到相应的接线柱上，保证号对号、字对字进行连接；铜丝与接线柱之间的接触面要尽量大一些，并且保证固定螺钉牢固。如果铜丝与接线柱连接松动、发热造成触点烧坏，会损坏控制电路，导致压缩机故障。

室外机与室内机管路的接口位于室外机侧面接线盒的下方，具体位置如图1-27所示。可以看到，对应于室内机的管路，室外机有两个管路连接端口，管路连接处的粗细与室内机的管路粗细相吻合，将室外机与室内机通过管道进行连接，实现制冷剂的往复循环，从而实现空调器的制冷或制热。

图1-28所示为室外机主要部件的实际安装效果，可以看到室外机主要由轴流风扇、压缩机、冷凝器、压缩机启动电容器、电磁四通换向阀（简称四通阀）及干燥过滤器等部分构成。

1）轴流风扇

与室内机的风扇不同，空调器室外机所采用的风扇为轴流风扇，轴流风扇多采用铝材压制或ABS塑料注塑而成，扇叶多为3片、4片或5片。图1-29所示为轴流风扇的外形结构。

图1-30所示为轴流风扇的驱动电动机。轴流风扇的特点是风量大、压头低，其主要作用是加速冷凝器的冷却。

如图1-31所示，轴流风扇安装在冷凝器的内侧，室外空气从室外机两侧的百叶窗吸入，经轴流风扇吹向冷凝器，携带冷凝器的热量送出机外。

2）压缩机

压缩机是空调器中完成制冷循环或制热循环的核心部件，它通过改变制冷剂的温度和压力，从而使其物理状态发生变化，然后再通过热交换过程实现制热或制冷。

空调器所使用的压缩机一般可以分为全封闭往复活塞式、全封闭旋转活塞式和涡旋式三种。图1-32所示为全封闭旋转活塞式压缩机的实际结构。这也是目前空调器中常采用的一种压缩机。

从外观上看，全封闭旋转活塞式压缩机为立式柱形结构，通过管路与制冷系统相连接，在吸气管路上，吸气口通过毛细管直接与气体截止阀相连。经压缩机压缩后，低温低压的制冷剂被压缩成高温高压的干饱和蒸气，然后通过管路输送到冷凝器中。

3）冷凝器

分体壁挂式空调器室外机中的冷凝器的实际效果如图1-33所示。

可以看到，室外机中的冷凝器与室内机中的蒸发器的结构基本相似，也是由一组一组S形铜管胀接铝合金散热翅片而制成的。事实上，空调器的蒸发器和冷凝器都是用于空气调节的热交换部件，我们现在所说的名称都是以制冷状态为前提的。严格地说，空调器室内机的热交换器被用于制冷时就作为蒸发器，同时室外机中的热交换器主要被用做冷凝器（具有制热功能）。而当空调器处于制热状态时，室内机中的热交换器就相当于冷凝器，而室外机中的热交换器则起蒸发器的作用。

在制冷和制热过程中，蒸发器和冷凝器本身并没有改变，只是通过电磁四通阀改变了制冷剂的流向，使冷凝器、蒸发器与制冷剂流动的相对位置发生了改变，因而，蒸发器变成了冷凝器，冷凝器变成了蒸发器。

4）启动电容器

空调器室外机中的压缩机设有两个启动电容器，即压缩机的启动电容器和轴流风扇的启动电容器，具体安装效果如图1-34所示。

在压缩机启动电容器顶端的铝箔电极通过线缆连接到继电器及压缩机的接线柱上，与电动机的启动绕组相连产生转矩，带动压缩机启动。压缩机的启动电容器是帮助电动机启动的，使电动机启动绕组中的电流相位超前于运转绕组中的电流相位90°。启动电容器从启动开始直至压缩机电动机的转速接近正常转速为止，其时间仅为数秒钟。

轴流风扇启动电容器的作用与压缩机的启动电容器的作用相同，但压缩机启动电容器与轴流风扇启动电容器的供电端是不同的，它们通过不同的接线端对电容器进行供电，从而实现对风扇电动机和压缩机电动机进行不同的控制。例如，当设置空调器温度为22℃时（环境温度不为22℃），室外机的压缩机电动机和轴流风扇电动机开始工作；当环境温度达到设定值时，压缩机停止工作，即压缩机的电动机停止工作，而轴流风扇还要继续运转。因此，压缩机电动机和轴流风扇的电动机是需要进行不同的控制的，即压缩机启动电容器和轴流风扇启动电容器的供电端是不同的。

当启动电容器与运转电容器联合作用时，启动电容器和运转电容器相并联，可以增加电路的能量。运转电容器用来减小运转电流和提高电动机的功率因数。它一般为油-纸型结构，金属箔片之间用浸油纸层相互绝缘，然后装入充满油的电容器中。运转电容器与电动机启动绕组并联，并以这种组合方式和运行绕组并联。电压的波动、连续的过电流及过热的结果都会使电容器的效率降低，电容漏电流增加，从而增加能耗。

5）电磁四通换向阀

在冷暖空调器的室外机中都安装有一个电磁四通换向阀，具体实物效果如图1-35 所示。它位于压缩机上面，主要是由电磁铁和四通换向阀构成的。电磁四通换向阀的主要作用是控制管路中制冷剂的流向，从而控制制冷或制热的循环。

6）电子膨胀阀

如果是变频空调器，则制冷管路中还安装有电子膨胀阀，其实物外形如图1-36 所示。工作时由系统控制集成电路和脉冲电动机带动传动杆升降，通过阀芯上下移动实现对制冷剂流量的自动调节，最终使空调器系统根据负荷的变化达到最佳制冷、制热量，以及最精确的温度及最佳节能效果。它具有双向可逆、体积小、结构先进、性能可靠且外形美观等特点。

7）干燥过滤器和毛细管

图1-37所示为空调器室外机干燥过滤器和毛细管安装效果，它们都是制冷系统中的重要部件，其功能特点与电冰箱类似，在此就不再多介绍。

8）单向阀

在冷暖空调器的制冷管路中还安装有单向阀，具体效果如图1-38所示。它具有单向导通、反向截止的特点，主要用于控制制冷剂的流向。通常，在单向阀的壳体上标注有制冷剂的流动方向，安装时不要将其接反。

9）截止阀

为了安装和检修方便，分体式空调器在室外机的气管和液管的连接端口上各安装了一个截止阀。这是一种管路闭合阀，其结构如图1-39所示。

截止阀分为液体截止阀和气体截止阀两种。用六角扳手按顺时针方向旋转液体截止阀的阀帽，就可以使液体截止阀处于关闭状态，从而将制冷剂气体回收在室外机中。在进行移机和装机时，就可以有效地避免制冷剂气体氧化及抽真空的问题。

与液体截止阀相比，气体截止阀多了一个工艺管口。当对空调器进行抽真空、检漏或充注制冷剂时，就需要使用该工艺管口。