冷凍除濕機(jī)設(shè)計(jì)探討

在生產(chǎn)和生活環(huán)境中，空氣的相對(duì)濕度具有舉足輕重的影響。對(duì)濕度的控制和調(diào)節(jié)，是關(guān)系到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工藝流程、物資儲(chǔ)存保管的重要問題。相對(duì)濕度過高，機(jī)器設(shè)備和鋼鐵產(chǎn)品易于腐蝕、食品易于腐爛，將會(huì)給生產(chǎn)、生活及物資儲(chǔ)存造成巨大損失，因此，隨著工藝水平及要求的提高，空氣除濕等環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展顯得尤為重要。

空氣除濕的方法有很多種，冷凍除濕作為其中的一種，由于能耗小、操作簡單、易于控制，得到了廣泛的應(yīng)用。

冷凍除濕機(jī)就是采用冷凍除濕的原理，用制冷機(jī)作冷源，以直接蒸發(fā)式冷卻器作冷卻設(shè)備，把空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下，析出大于飽和含濕量的水汽，降低空氣的含濕量，再利用部分或全部冷凝熱加熱冷卻后的空氣，從而降低空氣的相對(duì)濕度， 達(dá)到除濕目的。冷凍除濕機(jī)具有除濕效果好、房間相對(duì)濕度下降快、運(yùn)行費(fèi)用低、不要求熱源、也可不需要冷卻水、操作方便、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于*、人防工程、各類倉庫、圖書館、檔案館、地下工程、電子工業(yè)、精密機(jī)械加工、醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)種子儲(chǔ)藏及各工礦企業(yè)車間等場所。

2.冷凍除濕機(jī)分類

2.1按使用功能分，可分為：一般型、降溫型、調(diào)溫型、多功能型。

一般型除濕機(jī)是指空氣經(jīng)過蒸發(fā)器冷卻除濕，由再熱器加熱升溫，降低相對(duì)濕度，制冷劑的冷凝熱全部由流過再熱器的空氣帶走，其出風(fēng)溫度不能調(diào)節(jié)，只用于升溫除濕的除濕機(jī)。

降溫型除濕機(jī)是指在一般型除濕機(jī)的基礎(chǔ)上，制冷劑的冷凝熱大部分由水冷或風(fēng)冷冷凝器帶走，只有小部分冷凝熱用于加熱經(jīng)過蒸發(fā)器后的空氣，可用于降溫除濕的除濕機(jī)。

調(diào)溫型除濕機(jī)是指在一般型除濕機(jī)的基礎(chǔ)上，制冷劑的冷凝熱可全部或部分由水冷或風(fēng)冷冷凝器帶走，剩余冷凝熱用于加熱經(jīng)過蒸發(fā)器后的空氣，其出風(fēng)溫度能進(jìn)行調(diào)節(jié)的除濕機(jī)。

多功能型除濕機(jī)是指集升溫除濕（一般型）、降溫除濕、調(diào)溫除濕三種功能于一體的除濕機(jī)，在無室外機(jī)（風(fēng)冷）或冷卻水（水冷）時(shí)仍可選擇升溫除濕功能進(jìn)行除濕的除濕機(jī)。

2.2 按有無帶風(fēng)機(jī)分，可分為：常規(guī)除濕機(jī)、風(fēng)道式除濕機(jī)。

2.3 按結(jié)構(gòu)形式分，可分為：整體式、分體式、整體移動(dòng)式。

2.4 按適用溫度范圍分，可分為：A型（普通型 18~32℃）、B型（低溫型 5~32℃）。

2.5 按送回風(fēng)方式分，可分為：前回前送帶風(fēng)帽型、后回上送型等。

2.6 按控制形式分，可分為：自動(dòng)型和非自動(dòng)型等。

2.7 按特殊使用情況分，還有全新風(fēng)型、防爆型等。

冷凍除濕機(jī)設(shè)計(jì)分析

3.1一般型除濕機(jī)設(shè)計(jì)

3.1.1設(shè)計(jì)原理[1]

一般型除濕機(jī)由制冷系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)組成，其除濕原理見圖 1，在焓濕圖上，除濕過程空氣參數(shù)的變化過程見圖2。

制冷系統(tǒng)：由壓縮機(jī)1 壓縮出來的高溫高壓制冷劑氣體進(jìn)入再熱器 6（作冷凝器用）， 將熱量傳給空氣后，冷凝成常溫高壓液體，經(jīng)膨脹閥4節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器2，吸收通過蒸發(fā)器的空氣中的熱量，變成低溫低壓氣體，被吸入壓縮機(jī) 1 進(jìn)行壓縮，如此往復(fù)循環(huán)。

送風(fēng)系統(tǒng)：濕空氣被吸入后，在蒸發(fā)器 2 被冷卻到露點(diǎn)溫度以下，在h-d圖中由狀態(tài)1到狀態(tài) 2 析出凝結(jié)水，含濕量下降，再進(jìn)入再熱器 6 吸收制冷劑的熱量而升溫，相對(duì)濕度降低，變?yōu)闋顟B(tài)3由送風(fēng)機(jī) 5 送入房間。

3.1.2空氣處理過程計(jì)算

以一般型除濕機(jī)CFZ10 設(shè)計(jì)為例，其名義除濕量要求為10kg/h。

除濕機(jī)送風(fēng)機(jī)風(fēng)量取2800m³/h，壓縮機(jī)采用 Copeland 公司的 5HP渦旋式壓縮機(jī)，采用冷凝溫度 40℃，蒸發(fā)溫度 8℃設(shè)計(jì)，制冷量為 17.3kW。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[2]規(guī)定的名義工況進(jìn)風(fēng)參數(shù)（狀態(tài) 1），干球溫度 27℃，濕球溫度 21.2

℃，露點(diǎn)溫度 18.3℃，相對(duì)濕度 60%，焓值 61.795kJ/kg干空氣，含濕量為 13.5357g/ kg干空氣；空氣經(jīng)蒸發(fā)器冷卻處理后到機(jī)械露點(diǎn)狀態(tài) 2，其焓值為：

h2 =h1-Q0/（ρV）=61.795– 17.3×360/（1.2×280）=43.259kJ/kg干空氣

機(jī)械露點(diǎn)的相對(duì)濕度取 90%，查焓濕圖可得出狀態(tài) 2的其它參數(shù)：干球溫度 16.4℃，濕球溫度 15.4℃，焓值 43.259kJ/kg干空氣，含濕量為 10.5857g/kg干空氣；制熱量為 2 1.6kW，空氣經(jīng)再熱器加熱后到狀態(tài) 3，其干球溫度為：

t2 =t1+Qk/（ρVc）=16.4+21.6×360/（1.2×280×1.0132）=39.2℃

從狀態(tài) 2到狀態(tài) 3為等濕加熱過程，故含濕量保持不變，d3 =d2 =10.5857g/kg干空氣，查焓濕圖可得出狀態(tài) 3的其它參數(shù)：干球溫度 39.2℃，濕球溫度 2.7℃，焓值 6. 634kJ/kg干空氣，含濕量為 10.5857g/kg干空氣，相對(duì)濕度為 23.7%。由狀態(tài) 1到狀態(tài) 2析出的凝結(jié)水量即除濕機(jī)的除濕量為：

D=ρV（d1-d2）=1.2×280×（13.5357-10.5857）=90 g/h=9.9kg/h

3.1.3 兩器設(shè)計(jì)

蒸發(fā)器及再熱器（冷凝器）均采用套片式翅片，紫銅管規(guī)格采用Ф9.52×0.35，管間距 25.4m，排間距 2m，正三角形排列，鋁片片厚 0.15m。

蒸發(fā)器采用平片，片距 2.2m，迎面管排數(shù) 20，順風(fēng)管排數(shù) 4，翅片長度 100m，經(jīng)計(jì)算，傳熱面積為 37.73m2，傳熱對(duì)數(shù)平均溫差為 13℃，傳熱系數(shù)為 35.3W/m2℃，迎面風(fēng)速為 1.53m/s，通路數(shù)取 8。

再熱器采用雙面沖縫片，片距 2.2m，迎面管排數(shù) 20，順風(fēng)管排數(shù) 8，翅片長度 100m m，經(jīng)計(jì)算，傳熱面積為 75.46m2，通路數(shù)取 10。

3.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以上設(shè)計(jì)的 CF10一般型除濕機(jī)經(jīng)過了標(biāo)準(zhǔn)的單元式空調(diào)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)測試，按國家標(biāo)準(zhǔn)[2]規(guī)定的試驗(yàn)工況進(jìn)行試驗(yàn)，所得的數(shù)據(jù)如下：

以上數(shù)據(jù)顯示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算過程基本相符，滿足了要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

3.2  降溫型除濕機(jī)設(shè)計(jì)思路

降溫型除濕機(jī)與一般型除濕機(jī)相比，在制冷系統(tǒng)中，增設(shè)了一個(gè)水冷冷凝器（水冷式）或一個(gè)室外風(fēng)冷冷凝器（分體風(fēng)冷式），再熱器面積可減小，充當(dāng)過冷器用，以增加制冷量， 提高除濕量。即從壓縮機(jī)排出的高溫高壓氣體，先進(jìn)入水冷或風(fēng)冷冷凝器冷凝，再進(jìn)入再熱器過冷，然后才經(jīng)過節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器。

空氣處理過程與一般型類似，只是從狀態(tài) 2到狀態(tài) 3的加熱量很小，送風(fēng)溫度較低，一般比進(jìn)風(fēng)溫度低 7℃左右，可負(fù)擔(dān)室內(nèi)余熱。

3.3 調(diào)溫型除濕機(jī)設(shè)計(jì)思路

降溫型除濕機(jī)與一般型除濕機(jī)相比，在制冷系統(tǒng)中，增設(shè)了一個(gè)水冷冷凝器（水冷式） 或一個(gè)室外風(fēng)冷冷凝器（分體風(fēng)冷式），再熱器面積可減小。這里面有兩種做法，一種是將再熱器置于水冷或風(fēng)冷冷凝器前面，與后者串聯(lián)布置，并分多路控制，以此調(diào)節(jié)對(duì)冷卻除濕后空氣的加熱量，從而達(dá)到控制出風(fēng)溫度的目的，另外，水冷式設(shè)比例式三通水量調(diào)節(jié)閥， 調(diào)節(jié)冷卻水量，風(fēng)冷式設(shè)冷凝風(fēng)量控制，從而使冷凝器帶走多余的熱量。另一種做法是將再熱器置于水冷或風(fēng)冷冷凝器后面，也是串聯(lián)布置，只通過水冷式的水量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)冷卻水量或風(fēng)冷式的冷凝風(fēng)量控制，來調(diào)節(jié)冷凝器帶走的熱量，從而到達(dá)調(diào)節(jié)出風(fēng)溫度的目的。

空氣處理過程與一般型類似，只是從狀態(tài) 2到狀態(tài) 3的加熱量可調(diào)節(jié)，送風(fēng)溫度可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可負(fù)擔(dān)室內(nèi)余熱。

3.4多功能型除濕機(jī)設(shè)計(jì)思路

多功能型除濕機(jī)與調(diào)溫型除濕機(jī)類似，而功能較多，再熱器所需傳熱面積較大，在沒有冷卻水時(shí)也能運(yùn)行（充當(dāng)一般型除濕機(jī)的作用），它也有兩種做法。一種與調(diào)溫型的不同之處在于再熱器水冷或風(fēng)冷冷凝器為并聯(lián)連接，此時(shí)應(yīng)特別注意各支路的阻力平衡問題，一般需設(shè)一個(gè)儲(chǔ)液器。另一種的做法與調(diào)溫型的基本一致，也是串聯(lián)布置，再熱器所需傳熱面積較大，且控制較復(fù)雜。

空氣處理過程根據(jù)所選擇功能的不同，分別與上述三種機(jī)型一致。

結(jié)束語

冷凍除濕機(jī)種類繁多，用途廣泛，可根據(jù)室內(nèi)余熱余濕的情況選擇不同類型的除濕機(jī)， 以滿足工程設(shè)計(jì)的需要。另外，冷凍除濕還可與吸收或吸附式除濕方式相結(jié)合，以獲得較低露點(diǎn)溫度的空氣狀態(tài)。因此，根據(jù)不同的除濕要求，冷凍除濕機(jī)與其它領(lǐng)域的聯(lián)合還可作進(jìn)一步的探討。