冷冻除湿机设计探讨

在生产和生活环境中，空气的相对湿度具有举足轻重的影响。对湿度的控制和调节，是关系到工农业生产工艺流程、物资储存保管的重要问题。相对湿度过高，机器设备和钢铁产品易于腐蚀、食品易于腐烂，将会给生产、生活及物资储存造成巨大损失，因此，随着工艺水平及要求的提高，空气除湿等环境控制技术的发展显得尤为重要。

空气除湿的方法有很多种，冷冻除湿作为其中的一种，由于能耗小、操作简单、易于控制，得到了广泛的应用。

冷冻除湿机就是采用冷冻除湿的原理，用制冷机作冷源，以直接蒸发式冷却器作冷却设备，把空气冷却到露点温度以下，析出大于饱和含湿量的水汽，降低空气的含湿量，再利用部分或全部冷凝热加热冷却后的空气，从而降低空气的相对湿度， 达到除湿目的。冷冻除湿机具有除湿效果好、房间相对湿度下降快、运行费用低、不要求热源、也可不需要冷却水、操作方便、使用灵活等优点，被广泛应用于*、人防工程、各类仓库、图书馆、档案馆、地下工程、电子工业、精密机械加工、医药、食品、农业种子储藏及各工矿企业车间等场所。

2.冷冻除湿机分类

2.1按使用功能分，可分为：一般型、降温型、调温型、多功能型。

一般型除湿机是指空气经过蒸发器冷却除湿，由再热器加热升温，降低相对湿度，制冷剂的冷凝热全部由流过再热器的空气带走，其出风温度不能调节，只用于升温除湿的除湿机。

降温型除湿机是指在一般型除湿机的基础上，制冷剂的冷凝热大部分由水冷或风冷冷凝器带走，只有小部分冷凝热用于加热经过蒸发器后的空气，可用于降温除湿的除湿机。

调温型除湿机是指在一般型除湿机的基础上，制冷剂的冷凝热可全部或部分由水冷或风冷冷凝器带走，剩余冷凝热用于加热经过蒸发器后的空气，其出风温度能进行调节的除湿机。

多功能型除湿机是指集升温除湿（一般型）、降温除湿、调温除湿三种功能于一体的除湿机，在无室外机（风冷）或冷却水（水冷）时仍可选择升温除湿功能进行除湿的除湿机。

2.2 按有无带风机分，可分为：常规除湿机、风道式除湿机。

2.3 按结构形式分，可分为：整体式、分体式、整体移动式。

2.4 按适用温度范围分，可分为：A型（普通型 18~32℃）、B型（低温型 5~32℃）。

2.5 按送回风方式分，可分为：前回前送带风帽型、后回上送型等。

2.6 按控制形式分，可分为：自动型和非自动型等。

2.7 按特殊使用情况分，还有全新风型、防爆型等。

冷冻除湿机设计分析

3.1一般型除湿机设计

3.1.1设计原理[1]

一般型除湿机由制冷系统和送风系统组成，其除湿原理见图 1，在焓湿图上，除湿过程空气参数的变化过程见图2。

制冷系统：由压缩机1 压缩出来的高温高压制冷剂气体进入再热器 6（作冷凝器用）， 将热量传给空气后，冷凝成常温高压液体，经膨胀阀4节流后进入蒸发器2，吸收通过蒸发器的空气中的热量，变成低温低压气体，被吸入压缩机 1 进行压缩，如此往复循环。

送风系统：湿空气被吸入后，在蒸发器 2 被冷却到露点温度以下，在h-d图中由状态1到状态 2 析出凝结水，含湿量下降，再进入再热器 6 吸收制冷剂的热量而升温，相对湿度降低，变为状态3由送风机 5 送入房间。

3.1.2空气处理过程计算

以一般型除湿机CFZ10 设计为例，其名义除湿量要求为10kg/h。

除湿机送风机风量取2800m³/h，压缩机采用 Copeland 公司的 5HP涡旋式压缩机，采用冷凝温度 40℃，蒸发温度 8℃设计，制冷量为 17.3kW。

根据国家标准[2]规定的名义工况进风参数（状态 1），干球温度 27℃，湿球温度 21.2

℃，露点温度 18.3℃，相对湿度 60%，焓值 61.795kJ/kg干空气，含湿量为 13.5357g/ kg干空气；空气经蒸发器冷却处理后到机械露点状态 2，其焓值为：

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

机械露点的相对湿度取 90%，查焓湿图可得出状态 2的其它参数：干球温度 16.4℃，湿球温度 15.4℃，焓值 43.259kJ/kg干空气，含湿量为 10.5857g/kg干空气；制热量为 2 1.6kW，空气经再热器加热后到状态 3，其干球温度为：

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

从状态 2到状态 3为等湿加热过程，故含湿量保持不变，d3 =d2 =10.5857g/kg干空气，查焓湿图可得出状态 3的其它参数：干球温度 39.2℃，湿球温度 2.7℃，焓值 6. 634kJ/kg干空气，含湿量为 10.5857g/kg干空气，相对湿度为 23.7%。由状态 1到状态 2析出的凝结水量即除湿机的除湿量为：

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

3.1.3 两器设计

蒸发器及再热器（冷凝器）均采用套片式翅片，紫铜管规格采用Ф9.52×0.35，管间距 25.4m，排间距 2m，正三角形排列，铝片片厚 0.15m。

蒸发器采用平片，片距 2.2m，迎面管排数 20，顺风管排数 4，翅片长度 100m，经计算，传热面积为 37.73m2，传热对数平均温差为 13℃，传热系数为 35.3W/m2℃，迎面风速为 1.53m/s，通路数取 8。

再热器采用双面冲缝片，片距 2.2m，迎面管排数 20，顺风管排数 8，翅片长度 100m m，经计算，传热面积为 75.46m2，通路数取 10。

3.1.4 实验结果

以上设计的 CF10一般型除湿机经过了标准的单元式空调机试验台测试，按国家标准[2]规定的试验工况进行试验，所得的数据如下：

以上数据显示，实验结果与设计计算过程基本相符，满足了要求，达到了设计目的。

3.2  降温型除湿机设计思路

降温型除湿机与一般型除湿机相比，在制冷系统中，增设了一个水冷冷凝器（水冷式）或一个室外风冷冷凝器（分体风冷式），再热器面积可减小，充当过冷器用，以增加制冷量， 提高除湿量。即从压缩机排出的高温高压气体，先进入水冷或风冷冷凝器冷凝，再进入再热器过冷，然后才经过节流进入蒸发器。

空气处理过程与一般型类似，只是从状态 2到状态 3的加热量很小，送风温度较低，一般比进风温度低 7℃左右，可负担室内余热。

3.3 调温型除湿机设计思路

降温型除湿机与一般型除湿机相比，在制冷系统中，增设了一个水冷冷凝器（水冷式） 或一个室外风冷冷凝器（分体风冷式），再热器面积可减小。这里面有两种做法，一种是将再热器置于水冷或风冷冷凝器前面，与后者串联布置，并分多路控制，以此调节对冷却除湿后空气的加热量，从而达到控制出风温度的目的，另外，水冷式设比例式三通水量调节阀， 调节冷却水量，风冷式设冷凝风量控制，从而使冷凝器带走多余的热量。另一种做法是将再热器置于水冷或风冷冷凝器后面，也是串联布置，只通过水冷式的水量调节阀调节冷却水量或风冷式的冷凝风量控制，来调节冷凝器带走的热量，从而到达调节出风温度的目的。

空气处理过程与一般型类似，只是从状态 2到状态 3的加热量可调节，送风温度可在一定范围内进行调节，也可负担室内余热。

3.4多功能型除湿机设计思路

多功能型除湿机与调温型除湿机类似，而功能较多，再热器所需传热面积较大，在没有冷却水时也能运行（充当一般型除湿机的作用），它也有两种做法。一种与调温型的不同之处在于再热器水冷或风冷冷凝器为并联连接，此时应特别注意各支路的阻力平衡问题，一般需设一个储液器。另一种的做法与调温型的基本一致，也是串联布置，再热器所需传热面积较大，且控制较复杂。

空气处理过程根据所选择功能的不同，分别与上述三种机型一致。

结束语

冷冻除湿机种类繁多，用途广泛，可根据室内余热余湿的情况选择不同类型的除湿机， 以满足工程设计的需要。另外，冷冻除湿还可与吸收或吸附式除湿方式相结合，以获得较低露点温度的空气状态。因此，根据不同的除湿要求，冷冻除湿机与其它领域的联合还可作进一步的探讨。