空调的基本原理教材课件

空调基本原理空调基本原理空调概论、物理概念、制冷基本原理、循环回路空调概论空调概论汽车空调的作用是提高乘座的舒适性和驾驶的安全性。由WHO（世界健康组织）进行的研究表明：当人处于压力之下，她的注意力和反应能力都将受到影响。（热会给人带来压力）对驾驶员来说最佳的温度是2022，这相当于左图中的气候负载A：“舒适范围”。强烈的阳过可以使车内的温度比外界温度升高15以上，特别是在头部区域。这是热所带来的最危险的地方，人体的温度升高，心跳也加快。会出现严重的排汗情况，大脑不能得到足够的氧气。参考“气候负载图B”气候负载图范围C对人体压力更大研究表明，温度从25增加到35，人的感觉知觉和反应能力下降20%，相当于血液中的酒精含量为0.5毫升。空调空调人们发明了空调-这一能够保持温度在人们感到舒适的水平，并能进化空气，出去空气中潮湿的设备。可以减少或消除这种队人的压力。运行良好的空调系统可以以下几方面的数据来衡量：-温度 -湿度-空气的流动性 -换气性能-空气质量 -舒适度我们所指空调室具有制热和制冷系统。制冷功能是吸收进入车内的空气中所含的热量和水分。车内的热量主要由以下几个热源点产生：-外部的空气-阳光-路面-乘员-发动机物理学基本概念物理学基本概念冷凝冷凝物质有液态转变为气态是一种可逆现象，如果吸收气态物质中的热量，气态物质就会转变成液态。一种物质从气态转化到液态时，释放出热量。热量总是从较热的物质向较冷的物质流动。下图：A点和B点之间，在100恒温下，水蒸汽向空气中放出热量气态变成液态。从B点到C点，物质从100“冷却”到80（液态），发生这一变化的设备称为冷凝器。蒸发蒸发制冷剂要能够蒸发就必须吸收一定的热量。下面示图说明这一变化过程：a）瓶子中，制冷剂在7bar的压力下处于液体状态 b）打开开关R c）制冷剂在1bar的压力（大气压力）下以-29.8（R12)、-26.7（134a）的温度流进蛇形管，制冷剂吸收周围空气的热量，周围的空气温度便从+27冷却至+10，制冷剂从液态转变为气态。发生这一变化设备称为蒸发箱。制冷剂制冷剂汽车空调中使用的低沸点的制冷剂是一种气体。作为气体，它是不可见的；作为蒸汽或液态，它是无色的。制冷剂不能相互混合，只能使用系统规定使用的制冷剂制冷剂R12-二氟二氯甲烷 化学分子式CCl2 F 2，且是一种氟化碳氢化合物（CFC）对环境有害。制冷剂R134a-四氟乙烷化学分子式CH2F-CF3烷碳氟化合物（FC）对环境无害。在现代的汽车空调上，只能使用R134a制冷剂。-R134a与R12不同，是一种不含有氯原子的氟化物。当氯原子释放时，它会破坏地球大气层中的臭氧层。-R134a和R12的蒸汽压力曲线是非常相近的。且制冷能力相同。两种制冷剂不可以混淆使用，否则会损坏气密封圈。-不要在开启的情况存放（高度吸湿）存放时，要密闭容器，防止受潮。在打开后要立即紧闭。不要使用旧的制冷剂因为其化学特性，不能与机油和变速箱机油一起处置。R134aR134a蒸汽曲线图蒸汽曲线图R134a的物理数据：沸点 -26.5 冰点 -101.6 临界温度 100.6 临界压力 4.056 Mpa特性：-高度溶解于制冷剂-良好的润滑特性-不含酸-吸湿作用（吸水）-不能与其他机油混合如右图所示：根据制冷剂回路的压力和温度情况，制冷剂可以是气体也可以是液体。R134aR134a制冷剂在空调器中的状态制冷剂在空调器中的状态R134a以上图除了蒸汽压力曲线以外，该循环显示出制冷剂在能力平衡的原则下回到原始状态的压力和温度的变化。该图是引用一个车载空调系统中制冷剂R134a的状态图，根据车型和制冷能力要求的不同，数值也有可能不同。在空调设计中，能量是最关键的因素；它说明要达到所需要的制冷剂效果，需要多少能量（蒸发器、冷凝器）。临界温度(1)定义或解释 物质处于临界状态时的温度。物质以液态形式出现的最高温度。(2)说明 每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化，这个温度就是临界温度。通常把在临界温度以上的气态物质叫做气体，把在临界温度以下的气态物质叫做汽。临界温度物质处于临界状态时的温度，称为“临界温度”。例如，水蒸汽的临界温度为374，远比常温度要高，因此，平常水蒸汽极易冷却成水。制冷剂和臭氧层制冷剂和臭氧层臭氧层能够吸收大量的阳光辐射，进而可以保护地球表面不受紫外线的辐射。紫外线将臭氧层（O3）分解为一个氧分子（O2）和一个氧原子（O）。氧原子和氧分子通过其他的反应再组合成臭氧。该过程在臭氧层中产生，该臭氧层位于高度20到50千米之间的平流层中。紫外线能够释放CFC中的一个氯原子并与臭氧进行反应。在该反应中，臭氧被分解且只剩下一个氧分子（O2）和氧化氯（ClO）。氧化氯又再次和氧反应释放出氯，该循环能够重复直到100000次。但是，自由的氧分子（O2）却不能吸收紫外线辐射。温室效应温室效应到达地面的阳光被以红外辐射的形式反射，但是，微量气体-最重要的是CO2-将这些反射到对流层中。这导致地球的大气层被加热-这是我们所称之为的“全球变暖”。CFC对微量气体的集中有巨大的作用。1公斤的 R12能够产生400吨CO2的温室效应。R134a对全球变暖只有很少的影响。它对臭氧的减少几乎没有作用。制冷剂油制冷剂油在空调系统中需要一种不含有诸如硫磺，蜡以及水分等杂质的专用的机油-制冷剂油，用以润滑运动部件。制冷剂油必须与制冷剂本身相兼容，因为在制冷剂回路中制冷剂和制冷剂油是混合的。另外，制冷剂油不得对系统中的密封件有负面影响。不能使用其他润滑油，因为这样会导致镀铜、产生积碳、形成残渣、导致早期磨损以及移动部件的不可修复的损伤。在R134a制冷剂回路中使用一种专用的合成机油，这种机油只能用于该制冷剂，不能与其他的制冷剂混合。由于各种车型的设计不同，制冷剂加注的数量略有变化在制冷剂回路中机油数量的分布大致如下分布图：制冷剂循环回路制冷剂循环回路冷却过程和技术条件要使一个物体冷却，必须使其失去热量，为了达到这个目的，在汽车使用中压缩的空调系统。制冷剂回路是一个密闭的回路，其中制冷剂不停地从液体到气态，从气态再到液态地转化。制冷剂是：-在气态时被压缩-通过热散发而冷凝-通过降压和吸收热量而蒸发。并没有产生冷空气，热量被汽车内的气流所带走。1.蒸发箱 2.压缩机 3.冷凝器 4.干燥器 5.膨胀阀制冷剂在压缩机状态制冷剂在压缩机状态压缩机：在低压下产生冷的、气态的制冷剂。制冷剂在压缩机中被压缩，使其变热；制冷剂被泵到回路的高压侧。此阶段制冷剂是气态，具有高的压力和高的温度。以下图所示：制冷剂在蒸发器内状态制冷剂在蒸发器内状态被压缩的制冷剂继续流动到一个窄处，此时可以是一个限制器（节流阀或膨胀阀）制冷剂一旦达到该窄开口，因为压力的下降它就喷入到蒸发器中（低压端）喷入的液体制冷剂膨胀并蒸发，用于膨胀阀所需要的热量是从周围的温暖的新鲜空气中获得。这些空气在流过蒸发器散热器片后便被冷却下来，车内的温度就被降低到舒适的程度。在此阶段制冷剂是蒸汽状态，处于低压和低温状态。以下图所示：制冷剂从蒸发箱到压缩机状态制冷剂从蒸发箱到压缩机状态现在制冷剂又处于气态，制冷能量来自蒸发箱。制冷剂再次被压缩机抽入并再一次通过整个循环。因此，整个循环是封闭的。在此阶段中，制冷剂又处于气态低压低温状态。以下图所示：制冷剂在冷凝器中状态制冷剂在冷凝器中状态制冷剂沿短的路径达到冷凝器冷凝器中被压缩的灼热的气体中的热量被（车头进风和由新鲜空气鼓风机吹来的）流动空气带走。制冷剂被冷凝并且在达到融点（与压力有关）时回到液态。在该状态，制冷剂处于液态，高压中温以下图所示：空调系统的组成空调系统的组成空调系统主要有：压缩机、冷凝器、干燥器、压力开关、膨胀阀、蒸发器、鼓风机等部件组成带膨胀阀的制冷剂回路带膨胀阀的制冷剂回路制冷剂回路在发动机运转时被激活。因此，压缩机需要一个电磁离合器。（现车辆装有带N280调节阀的压缩机）工作压力：HD=高压LD=低压以下为空调系统简图空调高压回路示意图空调高压回路示意图在制冷剂回路中压力和温度：1MPa=10bar压缩比：压力约1.4MPa（14bar）冷凝：压力约1.4MPa（14巴）温度约65 温度下降10空调低压回路示意图空调低压回路示意图膨胀：从约14.4MPa到0.12MPa（1.2巴）温度约55到-7蒸发：压力约0.12MPa（1.2巴）温度约-7在回路中的压力和温度是因工作状态而变化的。规定数值仅仅作为一个参考，在外界温度为20，发动机转速为1500到2000转/分之间，约20分钟后达到额定的数值。在20和发动机静止时，在制冷剂回路中，有0.47MPa（4.7巴）的压力。出于安全考虑，一般不能打开制冷剂回路。如果要对车辆进行维修必须打开制冷剂回路，在维修之前必须将制冷剂先抽出。带节流阀的制冷剂回路带节流阀的制冷剂回路制冷剂回路在发动机运转时被激活。因此，压缩机需要一个电磁离合器。（现车辆装有带N280调节阀的压缩机）工作压力：HD=高压LD=低压以下为空调系统简图制冷剂高压回路示意图制冷剂高压回路示意图在制冷剂回路中的压力和温度 1MPa=10巴压缩比：最大压力约2MPa（20巴）最高温度约为70冷凝：最大压力约2MPa（20巴）最高温度约为10制冷剂低压回路示意图制冷剂低压回路示意图膨胀：从2MPa（20巴）0.15（1.5巴）温度：从60-4蒸发：最大压力0.15（1.5巴）温度：-4与带膨胀阀的制冷剂回路比较，液体制冷剂通过一个节流阀喷射到蒸发器中的。在用节流阀调节的空调其中，低压端安装了一个收集容器代替了原来在高压端的液体容器。所欲其它的部件与带有膨胀阀的制冷剂回路是完全相同的。温度和压力是取决于制冷剂回路的当时工作状态，且根据外界温度经过一段时间会达到额定的数值。压缩机压缩机汽车空调中使用的压缩机是用机油润滑的排量式压缩机，它只有在空调系统接通时才工作并由一个电磁离合器控制（新型压缩机是带可调阀N280）压缩机是提高制冷剂的压力，同时使制冷剂的温度升高。如果压力不升高，则空调器中的制冷剂就不会膨胀，也就不会随之冷却。润滑压缩机是一种专用的制冷剂机油，约一半的机油留在压缩机内，另一半随制冷剂在回路中循环。与压缩机相连的有一个压力切断阀，以防止系统压力过高。压缩机从蒸发器重抽入，在低压下形成冷的气态的制冷剂。对压缩机来说，制冷剂是气态的这一点很重要，因为液态的制冷剂不能被压缩并会损坏压缩机（液体不可压缩）压缩机将制冷剂压缩并将其传送到冷凝器中-制冷剂回路的高压端。因此压缩机是空调制冷剂回路的低压和高压分界。冷凝器冷凝器冷凝器由一管路组成，它紧密地固定在散热片上。散热器片形成巨大的冷却表面能够用于热交换。在空调器连接后，冷凝器被冷却风扇冷却，以保证制冷的循环。冷凝器总是安装在冷却器的前端。这可以提高冷凝器的效率。热量在冷凝器中是通过空气来冷却的，空气被汽车前部进风和散热凤扇所冷却根据要求可能需要附加的风扇，风扇一般在空调系统接通后就启动。但是在安装了压力传感器G65时情况就不同了，这时风扇的启动将会延时至达到一定的压力后再启动。冷凝器中的杂质会降低空气流动并影响冷凝器的效率和发动机的冷却。冷凝器将从压缩机出来的温度约为5070的热的气态的制冷剂被喷射入冷凝器。冷凝器的管路和散热片吸收热量，冷的外界空气流过冷凝器，在此过程中，吸收热量并冷却制冷剂。当制冷剂被冷却，它被冷凝到一定的温度和压力下成为液体。在压缩机的底部，制冷剂以液体的形式流向冷却器。根据其工作方式，冷凝器也被认为“液化器”。液体容器和干燥器液体容器和干燥器在带有膨胀阀的制冷剂回路中，液体容器的功能是作为制冷剂膨胀容器和储液罐。（装在冷凝器与蒸发箱之间）因为工作条件诸如蒸发和冷凝器的热负载，以及压缩机运转的不同，不同数量的制冷剂被压入到回路中。因此在管路中集成了液体容器，以补偿这一波动。干燥器能够消除在安装时进入到制冷剂回路中的化学潮气。干燥器根据不同的型号能吸收612克的水分，且所吸收的水的数量与温度有关。温度下降，所吸收水分的数量增加；因压缩机磨损而掉下的微粒，安装时带来的灰尘及其类似的东西也被积存下来。装有膨胀阀的干燥罐装有膨胀阀的干燥罐从冷凝器而来的液体制冷剂进入到容器的一侧，制冷剂在容器中被收集，然后通过干燥器不间断地上升到膨胀阀-不带有任何气泡。一旦空调系统被打开，液体容器必须被更换。在安装前，液体容器必须尽可能保持关闭，以防止将外界空气中的潮气吸入到干燥器中。下图所示：收集容器收集容器在带有节流阀的空调器的低压部分有一个收集容器，它是作为一个制冷剂和制冷剂油的平衡容器和储液罐，并保护压缩机。在收集容器安装在发动机仓比较热的地方（在蒸发器后）不是所有。蒸发器中的气体制冷剂进入到容器中，如果在制冷剂有潮湿的迹象，则被送到集成的干燥器中。制冷剂积聚在塑料盖的上部，以确保压缩机通过U型管吸入时，制冷剂是气态。确保压缩机不受损害。液态制冷剂被收集到容器的底部，过滤器防止不清洁的制冷剂流经制冷剂孔。膨胀阀膨胀阀在膨胀阀处，制冷剂在蒸发器中膨胀及冷却。它形成制冷剂回路的高压和低压分界。膨胀被根据在蒸发器出口的制冷剂蒸汽的温度来调节流向蒸发器的制冷剂，在蒸发器中，只有维持稳定“制冷气候”所必须的制冷剂被蒸发。以下图示：膨胀阀闭环控制膨胀阀闭环控制制冷剂的流动是有膨胀阀根据温度进行控制的-当从蒸发器中流出的制冷剂的温度升高时，在节温器中的制冷剂的体积膨胀；并且通过球阀流向蒸发器的制冷剂的流量增加。-当从蒸发器中流出的制冷剂的温度降低时，在节温器中的制冷剂的体积缩小；并且通过球阀流向蒸发器的制冷剂的流量减小。热敏膨胀阀中有三个力在工作：1.传感器管道中的压力作为开启力（PF)作用于膜片上，它与非常热的制冷剂的温度有关。2.蒸发器压力（Psa）它以相反的方向作用于膜片。3.由调节弹簧产生的压力（PFe）与蒸发器压力具有相同的方向。膨胀阀剖面图膨胀阀剖面图膨胀阀已经被调节，它的位置不一定被改变。不要弯曲传感器管道，因为其中存满了特殊的气体。节流阀节流阀节流阀是在制冷剂回路中的一个狭窄通道，它位于蒸发箱的前端，这一狭窄通道能“限制”制冷剂的流量。制冷剂在节流阀前处于高压下的热状态，当通过节流阀后，制冷剂的压力下降且在低压时处于冷状态。因此节流阀是制冷剂回路中高压和低压的分界，密封装置保证制冷剂只能通过节流阀的狭窄处。节流阀控制节流阀控制节流阀-可以通过标定孔调节制冷剂的流量，且通过该标定孔的数量是由制冷剂管路中的压力所确定。-维持制冷剂回路中高压端的压力并保持当压缩机运转时制冷剂的液体状态。-在节流阀的压力下降，通过部分蒸发可使制冷剂在进入蒸发器之前冷却。-制冷剂的雾化节流阀在狭窄开口的前端有一个过滤器，使制冷剂在进入蒸发之前雾化的滤网位于狭窄通道的后端。以下图示：蒸发箱蒸发箱蒸发箱的工作原理同热交换器是一样的。它是空调的热交换器中的一个集成部分。当空调工作时，热交换被流过冷却的蒸发器的空气所带走；且在该过程中，这些空气被冷却、干燥并清洁。冷凝器作用冷凝器作用膨胀阀或节流阀出来的制冷剂在蒸发器中膨胀，并冷却蒸发器。制冷剂转换成气态（费点）。当蒸发箱内的制冷剂沸腾时，其温度远远低于水的冰点。制冷剂从四周-在这中情况下是流过蒸发器的气流-吸收用于蒸发的热量。这些空气被输入到汽车内-“冷气”状态。冷却的空气中的潮气在蒸发器中空气温度下降到露点以下的地方被收集，即冷凝产生出冷凝水。空气被“干燥”，这大大提高了在汽车内的气温和空气质量。除了潮气和空气中的杂质也被留在了蒸发器处，同时也“净化”了空气。因此在静止的车辆下发现水迹（冷凝水）并不是故障。