冷凍除濕機設計探討

在生產和生活環境中，空氣的相對濕度具有舉足輕重的影響。對濕度的控制和調節，是關系到工農業生產工藝流程、物資儲存保管的重要問題。相對濕度過高，機器設備和鋼鐵產品易于腐蝕、食品易于腐爛，將會給生產、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，空氣除濕等環境控制技術的發展顯得尤為重要。

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、精密機械加工、醫藥、食品、農業種子儲藏及各工礦企業車間等場所。

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、調溫型、多功能型。

一般型除濕機是指空氣經過蒸發器冷卻除濕，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，其出風溫度不能調節，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過蒸發器后的空氣，可用于降溫除濕的除濕機。

調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過蒸發器后的空氣，其出風溫度能進行調節的除濕機。

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和送風系統組成，其除濕原理見圖 1，在焓濕圖上，除濕過程空氣參數的變化過程見圖2。

制冷系統：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，經膨脹閥4節流后進入蒸發器2，吸收通過蒸發器的空氣中的熱量，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。

送風系統：濕空氣被吸入后，在蒸發器 2 被冷卻到露點溫度以下，在h-d圖中由狀態1到狀態 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，變為狀態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℃，蒸發溫度 8℃設計，制冷量為 17.3kW。

根據國家標準[2]規定的名義工況進風參數（狀態 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；空氣經蒸發器冷卻處理后到機械露點狀態 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 2的其它參數：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，空氣經再熱器加熱后到狀態 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 2到狀態 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 3的其它參數：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 1到狀態 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

蒸發器及再熱器（冷凝器）均采用套片式翅片，紫銅管規格采用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。

蒸發器采用平片，片距 2.2m，迎面管排數 20，順風管排數 4，翅片長度 100m，經計算，傳熱面積為 37.73m2，傳熱對數平均溫差為 13℃，傳熱系數為 35.3W/m2℃，迎面風速為 1.53m/s，通路數取 8。

再熱器采用雙面沖縫片，片距 2.2m，迎面管排數 20，順風管排數 8，翅片長度 100m m，經計算，傳熱面積為 75.46m2，通路數取 10。

3.1.4 實驗結果

以上設計的 CF10一般型除濕機經過了標準的單元式空調機試驗臺測試，按國家標準[2]規定的試驗工況進行試驗，所得的數據如下：

以上數據顯示，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，然后才經過節流進入蒸發器。

空氣處理過程與一般型類似，只是從狀態 2到狀態 3的加熱量很小，送風溫度較低，一般比進風溫度低 7℃左右，可負擔室內余熱。

3.3 調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，與后者串聯布置，并分多路控制，以此調節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節閥， 調節冷卻水量，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，也是串聯布置，只通過水冷式的水量調節閥調節冷卻水量或風冷式的冷凝風量控制，來調節冷凝器帶走的熱量，從而到達調節出風溫度的目的。

空氣處理過程與一般型類似，只是從狀態 2到狀態 3的加熱量可調節，送風溫度可在一定范圍內進行調節，也可負擔室內余熱。

3.4多功能型除濕機設計思路

多功能型除濕機與調溫型除濕機類似，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。一種與調溫型的不同之處在于再熱器水冷或風冷冷凝器為并聯連接，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。另一種的做法與調溫型的基本一致，也是串聯布置，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，可根據室內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。因此，根據不同的除濕要求，冷凍除濕機與其它領域的聯合還可作進一步的探討。