冷冻除湿原理及设计分析

冷冻除湿原理及设计分析

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，降低空气的绝对含湿量，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，被广泛应用于国防工程、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 ~ 38℃）、B型（低温型5 ~ 38℃）。

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。

3.冷冻除湿机设计分析

3.1 一般型除湿机设计

3.1.1 除湿机设计原理

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，绝对含湿量下降，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

以某品牌除湿机为例，其名义除湿量要求为10kg/h。

除湿机送风机风量取3000m3/h，压缩机采用日本大金公司的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，绝对含湿量为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 –17.3×3600/（1.2×2800）= 43.259 kJ/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，绝对含湿量为

10.5857g/kg干空气；制热量为21.6kW，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 + 21.6×3600/（1.2×2800×1.0132）= 39.2℃

从状态2到状态3为等湿加热过程，故绝对含湿量保持不变，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22.7℃，焓值66.6344kJ/kg干空气，绝对含湿量为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）= 1.2×2800×（13.5357-10.5857）= 9900 g/h = 9.9 kg/h

3.1.3 除湿机两器设计

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25.4mm，排间距22mm，正三角形排列，铝片片厚0.115mm。

蒸发器采用平片，片距2.2mm，迎面管排数20，顺风管排数4，翅片长度1000mm，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2.2mm，迎面管排数20，顺风管排数8，翅片长度1000mm，经计算，传热面积为75.46m2，通路数取10。

3.1.4 除湿机实验结果

以上设计的一般型除湿机经过了标准的单元式空调机试验台测试，按国家标准规定的试验工况进行试验，所得的数据如下：