滿林香

(北海職業(yè)學(xué)院 機電工程系，廣西 北海 536000)

0 引言

除濕技術(shù)一般指的是采用一定的工藝和方法將水分從空氣或原料氣體中除去，從而使其水分的含量降低至一定比例，在日常生活、倉儲和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。從工作原理上來劃分，除濕技術(shù)主要有冷凍除濕(包括熱泵除濕)、溶液除濕、膜法除濕、固體吸附除濕(包括轉(zhuǎn)輪除濕)、半導(dǎo)體除濕、電化學(xué)除濕和離子液體溶液除濕等方法[1,2[。各種除濕方法均有其特點和適用場合，本文主要針對冷凍除濕技術(shù)的研究進展進行論述。

1 冷凍除濕技術(shù)基本原理和分類

冷凍除濕的工作過程本質(zhì)上是制冷循環(huán)，其工作原理如圖1所示，壓縮機將蒸發(fā)器出口的氣相制冷劑吸出并壓縮為高壓氣體，該高壓氣體經(jīng)冷凝器冷凝后變?yōu)轱柡突蜻^冷液體，該液體經(jīng)節(jié)流閥降壓后變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔铮渲械牡蜏匾合嘀评鋭┰谡舭l(fā)器內(nèi)部蒸發(fā)吸熱為蒸發(fā)器提供冷量，當(dāng)空氣流過蒸發(fā)器表面時，空氣中的干空氣和水蒸氣同時被冷卻，隨著空氣溫度降低，相對濕度逐漸增加，當(dāng)相對濕度達到100%后，空氣中部分水蒸氣會逐漸冷凝析出，從而實現(xiàn)空氣的冷凍除濕。

圖1 冷凍除濕機工作原理圖

根據(jù)從蒸發(fā)器除濕后出來的空氣是否經(jīng)過冷凝器以及所經(jīng)過冷凝器的形式，冷凍除濕機可以分為降溫型、升溫型、可調(diào)溫(含恒溫)型。從蒸發(fā)器除濕后出來的空氣不經(jīng)過冷凝器的冷凍除濕機為降溫型，流過完整的冷凝器的冷凍除濕機為升溫型，流過部分冷凝器的冷凍除濕機為可調(diào)溫(含恒溫)型。熱泵循環(huán)和制冷循環(huán)工作原理相同，只是工況不同，因此從工作原理上來說，熱泵除濕可歸入冷凍除濕中的升溫型。

2 冷凍除濕技術(shù)研究進展

2.1 進口風(fēng)量

萬夏紅等[3]、耿世彬等[4]分別采用實驗測試的方法深入研究了風(fēng)量對冷凍除濕機性能的影響，結(jié)果表明冷凍除濕機的單位功率除濕量隨著風(fēng)量的增加先增大后減小，中間存在最大值。朱東海等[5]、劉帥領(lǐng)等[6]分別采用建立數(shù)學(xué)模型和編程求解的方法研究了風(fēng)量對冷凍除濕機性能的影響，亦得出了隨風(fēng)量增加冷凍除濕機單位功率除濕量先增后減，存在最大值的結(jié)論。分析出現(xiàn)該規(guī)律的原因是：風(fēng)量較小時隨著風(fēng)量增加空氣與換熱器的對流換熱和傳質(zhì)系數(shù)增大，換熱增強，系統(tǒng)的除濕量增加；當(dāng)風(fēng)量達到一定數(shù)值之后再繼續(xù)增加，單位質(zhì)量的空氣與換熱器的接觸時間減小，系統(tǒng)的除濕量減??；而輸入功率方面，隨著風(fēng)速增加，壓縮機輸入功率減小，風(fēng)機功率增加，修正后的輸入功率基本呈增大趨勢，因此最后的單位功率除濕量隨著風(fēng)量的增加呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律。

2.2 進口溫度及濕度

除濕機蒸發(fā)器進口濕空氣溫度包括干球溫度、濕球溫度，進口濕度包括絕對濕度、相對濕度。干球溫度、濕球溫度、絕對濕度、相對濕度這四個物理量關(guān)系密切，只有兩個是獨立的，為便于討論和分析，進口溫度和濕度可采用干球溫度和相對濕度的組合。在相同相對濕度情況下，除濕機蒸發(fā)器進口干球溫度越高，與蒸發(fā)器的溫差越大，同時空氣中水蒸氣含量越多，蒸發(fā)器的負荷也越大。而在相同干球溫度情況下，除濕機蒸發(fā)器進口相對濕度越大，空氣中水蒸氣含量越多，蒸發(fā)器負荷越大。

杜會璞[7[、劉帥領(lǐng)等采用建立數(shù)學(xué)模型求解的方法分別研究了進口干球溫度和相對濕度對冷凍除濕機的影響，發(fā)現(xiàn)隨著干球溫度增加單位功率除濕量均降低，隨著相對濕度增加單位功率除濕量均增加。這是因為在相對濕度相同的情況下，進口干球溫度越高，水蒸氣分壓越大，露點溫度增加，潛熱比例提升，析濕系數(shù)減小，單位功率除濕量降低；而相對濕度越大，除濕系統(tǒng)的制冷效率和析濕系數(shù)均增大，單位功率除濕量增加。

另外杜會璞、范良凱等[8[的研究表明進口溫度和濕度對單位功率除濕量最佳風(fēng)量存在影響。

2.3 蒸發(fā)器

蒸發(fā)器作為冷凍除濕機的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)和布置形式對除濕性能影響較大。冷凍除濕機的蒸發(fā)器與普通制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器既有共性也有區(qū)別。與普通制冷系統(tǒng)一樣，蒸發(fā)器的換熱性能越好，則冷卻、冷凝濕空氣中單位質(zhì)量水蒸氣所消耗的功率越低。與普通制冷系統(tǒng)不同的是冷凍除濕機的蒸發(fā)器還要考慮蒸發(fā)器中的氣流帶走冷凝析出的水滴的問題，如果除濕機蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計得不合理，即使換熱性能再好，也可能存在單位功率除濕量反而降低的問題。

馬小魁等[9[對帶親水層開縫翅片管換熱器空氣側(cè)傳熱傳質(zhì)特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)管徑越小、翅片間距越小，換熱器空氣側(cè)的傳熱和傳質(zhì)特性越好，條縫翅片比百葉窗翅片的傳熱傳質(zhì)特性強。張婷[10[對風(fēng)冷翅片管蒸發(fā)器的換熱除濕特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)管徑、管間距、翅片間距與除濕量存在一定關(guān)系，且其規(guī)律受風(fēng)速影響較大。楊哲等[11[研究了流路布置對蒸發(fā)器除濕性能的影響，發(fā)現(xiàn)兩支路流路布置比三支路的除濕量更大，順流比逆流更利于除濕，原因是支路越多，管內(nèi)側(cè)制冷劑流速越低，制冷劑側(cè)換熱能力降低，而順流布置可使空氣和制冷劑溫度變化趨勢一致。

2.4 熱回收

冷凍除濕機中的熱回收技術(shù)主要有板翅式換熱器回?zé)岷蜔峁芑責(zé)醿煞N方式。

板翅式換熱器回?zé)岬睦鋬龀凉駲C工作原理如圖2所示，在普通的冷凍除濕機結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增設(shè)一個板翅式換熱器，室內(nèi)濕空氣先進入板翅式換熱器一換熱通道，被板翅式換熱器逐漸冷卻至接近露點，然后進入蒸發(fā)器，濕空氣中的水蒸氣逐漸冷卻、冷凝為液態(tài)水并從濕空氣中分離出來，而除濕后低溫空氣從蒸發(fā)器中出來后引回到板翅式換熱器的另一換熱通道，吸收之前流入板翅式換熱器的室內(nèi)濕空氣熱量后通到冷凝器，除濕后空氣在冷凝器吸熱后排入室內(nèi)。從換熱角度來看，增設(shè)板翅式換熱器回?zé)岷?，蒸發(fā)器和冷凝器換熱溫差減小，可以較大程度上降低蒸發(fā)器和冷凝器的換熱損失。

圖2 板翅式換熱器回?zé)崂鋬龀凉駲C工作原理

熱管回?zé)岢凉駲C與板翅式換熱器回?zé)岢凉駲C工作原理類似，室內(nèi)的濕空氣首先與熱管的蒸發(fā)端接觸，濕空氣被冷卻至接近露點，然后進入蒸發(fā)器，濕空氣中的水蒸氣被進一步冷卻、冷凝為液體，并從空氣中析出，從蒸發(fā)器出來的冷空氣與熱管冷凝端接觸換熱，熱管蒸發(fā)端和冷凝端通過自身管道進行換熱。與板翅式換熱器回?zé)犷愃疲瑹峁芑責(zé)峥梢詼p少蒸發(fā)器和冷凝器的換熱損失。

在文獻[4]中，耿世彬等通過實驗測試發(fā)現(xiàn)采用板翅式換熱器回收冷量的方式可大幅提升冷凍除濕機的單位功率除濕量，節(jié)能可達44%。羅喬軍等[12[在對稻谷的熱泵干燥過程中發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境溫度為26.2 ℃、空氣相對濕度為80.2%條件下，采用熱管回?zé)岬姆绞奖瘸Ｒ?guī)的熱泵除濕干燥系統(tǒng)節(jié)能18.2%，節(jié)能效果顯著。

2.5 復(fù)合除濕

復(fù)合除濕指的是采用兩種或兩種以上的除濕方法除去空氣或原料氣體中的水蒸氣，由于各種除濕方法均有其優(yōu)缺點和適用場合，通過采用復(fù)合除濕的方法可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補。曾瑞璇等[13[在對除濕等級劃分的研究過程中，總結(jié)了常用的不同除濕方法適用的除濕等級，如冷凍除濕和溶液除濕適用于淺近除濕，膜法除濕和轉(zhuǎn)輪式吸附除濕適用于深度除濕，而塔式吸附除濕適用于極深除濕。如果空氣或原料氣中的濕度較大，而對處理后的氣體水蒸氣含量要求較高的場合可采用冷凍除濕和分子篩輪轉(zhuǎn)除濕復(fù)合除濕的方式。

3 結(jié)論

本文通過大量查閱、篩選和對比研究冷凍除濕技術(shù)相關(guān)文獻的方式，分析研究了冷凍除濕技術(shù)的研究進展，得到結(jié)論如下：

(1) 根據(jù)冷凍除濕機工作原理，將冷凍除濕機細分為降溫型、升溫型、可調(diào)溫(含恒溫)型。

(2) 冷凍除濕機的濕空氣進口參數(shù)，如風(fēng)量、溫度、濕度等對冷凍除濕機性能均有較大影響，并呈現(xiàn)一定規(guī)律。

(3) 蒸發(fā)器是冷凍除濕機的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)和布置形式對除濕性能影響較大。

(4) 通過板翅式熱回收及熱管熱回收等熱回收方式可顯著提升冷凍除濕機除濕性能。

(5) 特定場合可采用復(fù)合除濕的方式進行除濕。