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冷凍除濕機設計探討

更新時間:2020-06-13  點擊率:1184

 

在生產(chǎn)和生活環(huán)境中,空氣的相對濕度具有舉足輕重的影響。對濕度的控制和調(diào)節(jié),是關系到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工藝流程、物資儲存保管的重要問題。相對濕度過高,機器設備和鋼鐵產(chǎn)品易于腐蝕、食品易于腐爛,將會給生產(chǎn)、生活及物資儲存造成巨大損失,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,得到了廣泛的應用。

 

冷凍除濕機就是采用冷凍除濕的原理,用制冷機作冷源,以直接蒸發(fā)式冷卻器作冷卻設備,把空氣冷卻到露點溫度以下,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濕度, 達到除濕目的。冷凍除濕機具有除濕效果好、房間相對濕度下降快、運行費用低、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,被廣泛應用于*、人防工程、各類倉庫、圖書館、檔案館、地下工程、電子工業(yè)、精密機械加工、醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)種子儲藏及各工礦企業(yè)車間等場所。

 

 

2.冷凍除濕機分類

 

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,其出風溫度不能調(diào)節(jié),只用于升溫除濕的除濕機。

 

降溫型除濕機是指在一般型除濕機的基礎上,制冷劑的冷凝熱大部分由水冷或風冷冷凝器帶走,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。

 

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

 

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

 

2.2 按有無帶風機分,可分為:常規(guī)除濕機、風道式除濕機。

2.3 按結構形式分,可分為:整體式、分體式、整體移動式。

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 按送回風方式分,可分為:前回前送帶風帽型、后回上送型等。

2.6 按控制形式分,可分為:自動型和非自動型等。

2.7 按特殊使用情況分,還有全新風型、防爆型等。

 

冷凍除濕機設計分析

 

3.1一般型除濕機設計

 

3.1.1設計原理[1]

 

一般型除濕機由制冷系統(tǒng)和送風系統(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1 壓縮出來的高溫高壓制冷劑氣體進入再熱器 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 1 進行壓縮,如此往復循環(huán)。

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

 

 

3.1.2空氣處理過程計算

 

以一般型除濕機CFZ10 設計為例,其名義除濕量要求為10kg/h。

除濕機送風機風量取2800m³/h,壓縮機采用 Copeland 公司的 5HP渦旋式壓縮機,采用冷凝溫度 40℃,蒸發(fā)溫度 8℃設計,制冷量為 17.3kW。

 

根據(jù)國家標準[2]規(guī)定的名義工況進風參數(shù)(狀態(tài) 1),干球溫度 27℃,濕球溫度 21.2

℃,露點溫度 18.3℃,相對濕度 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)器冷卻處理后到機械露點狀態(tài) 2,其焓值為:

 

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

 

機械露點的相對濕度取 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,相對濕度為 23.7%。由狀態(tài) 1到狀態(tài) 2析出的凝結水量即除濕機的除濕量為:

 

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

 

3.1.3 兩器設計

 

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,順風管排數(shù) 4,翅片長度 100m,經(jīng)計算,傳熱面積為 37.73m2,傳熱對數(shù)平均溫差為 13℃,傳熱系數(shù)為 35.3W/m2℃,迎面風速為 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,順風管排數(shù) 8,翅片長度 100m m,經(jīng)計算,傳熱面積為 75.46m2,通路數(shù)取 10。

 

3.1.4 實驗結果

 

以上設計的 CF10一般型除濕機經(jīng)過了標準的單元式空調(diào)機試驗臺測試,按國家標準[2]規(guī)定的試驗工況進行試驗,所得的數(shù)據(jù)如下:

 

送風量

    

回    風

  

  

 

單位輸入

 

 

干球溫度

濕球溫度

干球溫度

濕球溫度

排氣壓力

MPa

吸氣壓力

MPa

 

 

 

281.4

27.09

21.15

38.42

2 .35

1.43

0.54

3.95

10.2

2.58

 

以上數(shù)據(jù)顯示,實驗結果與設計計算過程基本相符,滿足了要求,達到了設計目的。

 

3.2  降溫型除濕機設計思路

 

降溫型除濕機與一般型除濕機相比,在制冷系統(tǒng)中,增設了一個水冷冷凝器(水冷式)或一個室外風冷冷凝器(分體風冷式),再熱器面積可減小,充當過冷器用,以增加制冷量, 提高除濕量。即從壓縮機排出的高溫高壓氣體,先進入水冷或風冷冷凝器冷凝,再進入再熱器過冷,然后才經(jīng)過節(jié)流進入蒸發(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,送風溫度較低,一般比進風溫度低 7℃左右,可負擔室內(nèi)余熱。

 

3.3 調(diào)溫型除濕機設計思路

 

降溫型除濕機與一般型除濕機相比,在制冷系統(tǒng)中,增設了一個水冷冷凝器(水冷式) 或一個室外風冷冷凝器(分體風冷式),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)對冷卻除濕后空氣的加熱量,從而達到控制出風溫度的目的,另外,水冷式設比例式三通水量調(diào)節(jié)閥, 調(diào)節(jié)冷卻水量,風冷式設冷凝風量控制,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)冷卻水量或風冷式的冷凝風量控制,來調(diào)節(jié)冷凝器帶走的熱量,從而到達調(diào)節(jié)出風溫度的目的。

 

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),送風溫度可在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié),也可負擔室內(nèi)余熱。

 

3.4多功能型除濕機設計思路

 

多功能型除濕機與調(diào)溫型除濕機類似,而功能較多,再熱器所需傳熱面積較大,在沒有冷卻水時也能運行(充當一般型除濕機的作用),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冷冷凝器為并聯(lián)連接,此時應特別注意各支路的阻力平衡問題,一般需設一個儲液器。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,分別與上述三種機型一致。

 

結束語

 

冷凍除濕機種類繁多,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, 以滿足工程設計的需要。另外,冷凍除濕還可與吸收或吸附式除濕方式相結合,以獲得較低露點溫度的空氣狀態(tài)。因此,根據(jù)不同的除濕要求,冷凍除濕機與其它領域的聯(lián)合還可作進一步的探討。