CN104019574B - 一种低冷凝压力深度过冷高效除湿机 - Google Patents

一种低冷凝压力深度过冷高效除湿机 Download PDF

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薛世山
李成伟
姜城
马骥
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Abstract

本发明提供了一种低冷凝压力深度过冷高效除湿机,包括风道、第一风机和制冷除湿系统,制冷除湿系统包括蒸发器、第一冷凝器、第二冷凝器、压缩机、节流装置。本发明通过在第一冷凝器和第二冷凝器之间的风道上加设旁通气流通道,增加了第一冷凝器的通风量,降低了冷凝器中制冷剂气体的冷凝压力;本发明中第一冷凝器用于过热制冷剂气体显热部分的放热降温和制冷剂气体放热冷凝液化,第二冷凝器用于制冷剂液体降温过冷,断开了第一冷凝器和第二冷凝器之间的翅片热桥,提高了第二冷凝器末端制冷剂液体的过冷度,有利于降低制冷剂液体在节流装置中的汽化比例,提高了制冷剂在蒸发器里的蒸发吸热能力,大幅提高了除湿机能效比。

Description

一种低冷凝压力深度过冷局效除湿机
技术领域
[0001] 本发明涉及除湿机设计技术领域,尤其涉及一种低冷凝压力深度过冷高效除湿 机。
背景技术
[0002] 除湿机是利用制冷手段减少空气中的水蒸汽组分,达到降低空气绝对含湿量目的 的电器设备。农作物种子、电子产品、精密仪器、音像制品、纸张、服装、皮具、药物等物品的 防潮防霉,沿海地区和雾区的除湿,患风湿、呼吸系统疾病的病人,以及老人、产妇与婴幼儿 的起居、看护,都特别需要创造一个适宜的湿度环境。因此,除湿机广泛用于电子产品、精密 仪器、食品药品的制造车间,以及音像室、图书馆、档案室、检验检疫室、计算机房、实验室、 器材室、电信室、银行、手术室、烟草仓库、人防工程、军用仓库,以及食品、药物、种子库房等 特殊场所。
[0003] 近年来,随着人们生活水平的不断提高,家用除湿机显出了勃勃商机,并迅速进入 广大普通家庭居室和常规办公室,为人们创造出更加舒适的生活和工作环境。目前主流的 除湿机,都是采用蒸气压缩式制冷系统。制冷系统运行时,风机吸入的含湿空气通过蒸发器 降温到湿空气的露点温度之下,空气中的水蒸汽在蒸发器的铝翅片上放热冷凝析出,完成 除湿。
[0004] 这种除湿机结构简单,价格低廉,运行可靠,易于维护。但是这种除湿机的除湿效 率低下,且易造成能量浪费,现将主要问题罗列如下:
[0005] —、冷凝器通风量偏小,冷凝压力抬高,造成压缩机的功耗增大、压差增大、压缩比 增大、能效比降低
[0006]现有技术中的制冷除湿系统在运行时,冷凝器中高温高压制冷剂气体的冷凝放热 量,是制冷剂气体从蒸发器带来的降温除湿时湿空气放出的显热Q1、湿空气中水蒸汽冷凝 热Q2和压缩机对低压制冷剂气体的压缩功A三者的总和,一般是蒸发器侧的湿空气降温放 出的显热Q1的3倍左右。而制冷除湿系统的冷凝器、蒸发器处在同一个风道内,共用一个风 机,采用串联方式通风;为了蒸发器对吸入空气能够有效降温到空气的露点温度之下进行 除湿,风机的通风量就不能太大;而满足了蒸发器降温除湿的通风量,对于冷凝器来说又偏 小;致使流经冷凝器的空气温度上升过大,带动冷凝器冷凝温度抬高,也就是冷凝压力抬 高,造成制冷除湿系统冷凝压力与蒸发压力的压差增大,压缩机的功耗增大、压缩比增大, 能效比降低。
[0007]二、整体式冷凝器削弱了冷凝器末端制冷剂液体的“过冷,’度,造成蒸发器的蒸发 吸热能力包括除湿能力的下降
[0008]现有的除湿机采用整体式冷凝器,试图在一只整体式冷凝器中,连续完成压缩机 排出的过热制冷剂气体的显热部分的放热降温、制冷剂气体的冷凝放热液化和制冷剂液体 的进一步降温过冷。事实上,由于整体式冷凝器所选用的材料都是铜、铝等热的良导体,从 而在“过热制冷剂气体显热部分的放热降温”、“制冷剂气体冷凝放热液化”和“制冷剂液体 进一步降温过冷”这三个有着明显温度落差的区域之间沿着翅片方向形成“热桥”,造成热 量自“过热制冷剂气体显热部分的放热降温”、“制冷剂气体冷凝放热液化”区域沿着翅片向 “制冷剂液体降温过冷”区域传递,严重削弱了冷凝器末端制冷剂液体的“过冷”度。由于在 冷凝器末端制冷剂液体“过冷”不足,制冷剂液体温度比蒸发器里的制冷剂蒸发温度高出很 多,而制冷剂液体在蒸发器中进行蒸发吸热之前要首先把自身温度降低到蒸发温度,为此, 在进入蒸发器之前的毛细管里,又发生少量液态制冷剂没有进入蒸发器就提前蒸发汽化, 吸收多数液态制冷剂的显热以促进其“过冷”到蒸发温度。而少量液态制冷剂没有进入蒸发 器就在毛细管中提前蒸发汽化,这又进一步造成蒸发器的蒸发吸热能力包括除湿能力的下 降。
发明内容
[0009] 针对现有技术中的除湿机“冷凝器通风量偏小,冷凝压力抬高,造成压缩机的功耗 增大、压差增大、压缩比增大、能效比降低”和“整体式冷凝器翅片的热桥作用削弱了冷凝器 末端制冷剂液体的‘过冷’度,造成蒸发器的蒸发吸热能力包括除湿能力的下降”两大问题, 本发明为一种低冷凝压力深度过冷高效除湿机,该除湿机包括风道以及设置在所述风道 内的第一风机和制冷除湿系统,其中,
[0010] 所述风道上设置有进风口和出风口,且所述制冷除湿系统位于所述进风口,所述 第一风机位于所述出风口;
[0011] 所述制冷除湿系统包括压缩机以及蒸发器和第一冷凝器,所述蒸气器和所述第一 冷凝器内的管道相连并与所述压缩机形成一供制冷剂流经的循环通道;所述制冷剂自所述 压缩机开始依次流经所述第一冷凝器和所述蒸发器内的管道;
[0012] 所述蒸发器靠近所述进风口,所述第一冷凝器位于所述第一风机与所述蒸发器之 间,且所述蒸发器与所述第一冷凝器之间的风道上开设有两个或两个以上的旁通气流通 道;
[0013] 在所述第一风机的作用下,自进风口开始含湿空气依次经过所述蒸发器、所述第 一冷凝器和所述风机后,从所述出风口排出干燥空气;同时,在所述第一风机的作用下,自 所述蒸发器与所述第一冷凝器之间的风道上开设的两个或两个以上的旁通气流通道进入 的空气,大幅增加了第一冷凝器的通风量。
[0014] 较佳地,所述制冷除湿系统还包括与所述第一冷凝器串联的第二冷凝器,所述第 二冷凝器位于所述蒸发器与所述旁通气流通道之间,且所述第一冷凝器的放热面积大于所 述第二冷凝器的发热面积;所述第二冷凝器内的管道两端分别连接所述第一冷凝器和所述 蒸发器内的管道。
[0015] 较佳地,所述蒸发器的底部设置有一集水盘,所述集水盘通过一水管与一回收水 箱或下水道相连通。
[0016] 较佳地,所述节流装置采用毛细管或电子膨胀阀。
[0017] 较佳地,所述第一风机采用离心风机。
[0018] 较佳地,所述第二冷凝器与所述旁通气流通道之间还设置有第二风机。
[0019] 本发明由于采用以上技术方案,使之与现有技术相比,具有的优点和积极效果为:
[0020] 1)本发明提供的一种低冷凝压力深度过冷高效除湿机,通过在蒸发器和第一冷凝 器乙丨日」的风道上加设劳通气流通道,从而使得第一冷凝器的通风量达到蒸发器通风量的3 倍以上,降低了冷凝器中制冷剂气体的冷凝压力,从而降低了制冷除湿系统冷凝压力与蒸 发压力的压差、压缩机的功耗、压缩机压缩比,大幅提高了除湿能效比;
[0021] 2)本发明提供的一种低冷凝压力深度过冷高效除湿机,将现有技术中的一个冷凝 器拆分成串联在一起的第一冷凝器和第二冷凝器,第一冷凝器主要用于过热制冷剂气体显 热部分的放热降温和制冷剂气体放热冷凝液化,第二冷凝器主要用于制冷剂液体降温过 冷;从而断开了第一冷凝器和第二冷凝器之间的翅片热桥,提高了第二冷凝器末端制冷剂 液体的过冷度,有利于降低制冷剂液体在节流装置中的汽化比例,保证制冷剂在蒸发器里 的蒸发吸热能力的完整性和有效性,从而提高了蒸发器的蒸发吸热能力和除湿能力。
附图说明
[0022]结合附图,通过下文的述详细说明,可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和 优点,其中:
[0023]图1为现有除湿机的结构示意图本发明的正面结构示意图;
[0024]图2为本发明实施例一的结构示意图;
[0025]图3为本发明实施例二的结构示意图;
[0026]图4为现有技术中制冷除湿压焓图、本发明实施例二的制冷除湿压焓图;
[0027]图5为本发明实施例三的结构示意图。
[0028] 符号说明:
[0029] 1-风道
[0030] 101-进风口
[0031] 102-出风口 [0032] 103-旁通气流通道 [0033] 2-蒸发器
[0034] 3-冷凝器 [0035] 301-第一冷凝器 [0036] 3〇2-第二冷凝器 [0037] 4-第一风机
[0038] 5-压缩机
[0039] 6-节流装置
[0040] 7-水管
[0041] 8-回收水槽 [0042] 9-气液分离装置 [0043] 10-第二风机。
具体实施方式
[0044] 参见示出本发明实施例的附图,下文将更详细地描述本发明。然而,本发明可以以 许多不同形式实现,并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反,提出这些实施例是 为了达成充分及完整公开,并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附 图中,为清楚起见,可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
[0045]如图1中所示为现有技术中采用蒸气压缩式制冷系统除湿机,含湿空气自风道1的 进风口开始依次经过蒸发器降温除湿和冷凝器升温千燥后,经由离心风机4将干燥空气排 出,但现有技术中的除湿机存在“冷凝器通风量偏小,冷凝压力抬高,造成压缩机的功耗增 大、压差增大、压缩比增大、能效比降低”和“整体式冷凝器翅片的热桥作用削弱了冷凝器末 端制冷剂液体的‘过冷’度,造成蒸发器的蒸发吸热能力包括除湿能力的下降”两大问题,为 了解决上述问题,本发明提供了一种低冷凝压力深度过冷高效除湿机。
[0046] 实施例一
[0047]参照图2,该低冷凝压力深度过冷高效除湿机包括该除湿机包括风道丨、第一风机4 和制冷除湿系统,第一风机4和制冷除湿系统并排设置在风道1内。其中,风道1具有一进风 口 101和一出风口 102,第一风机4位于风道1的出风口 1〇2处;第一风机4优选离心风机,当然 也选用其他类型风机,此处不作限制。
[0048]在本实施例中,制冷除湿系统包括蒸发器2、冷凝器3、压缩机5,其中蒸发器2和冷 凝器3均包括弯折管道及设置在弯折管道外侧的翅片,其中翅片可为铝翅片,弯折管道可为 铜管。蒸发器2和冷凝器3并排设置,且蒸发器2靠近进风口 101,冷凝器3靠近第一风机4,含 湿空气从进风口 101进入后一次经过蒸发器2、冷凝器3和第一风机4;蒸发器2的管道与冷凝 器3的管道相连通,且冷凝器3内的管道、蒸发器2内的管道与压缩机5依次相连,形成一循环 通道。该循环通道上还是设置有节流装置6和气液分罔装置9,自压缩机5开始制冷剂依次流 进冷凝器3—节流装置6—蒸发器2—气液分离装置9,最后又回到压缩机5内;其中,节流装 置6用于降低流进蒸发器2内的制冷剂的压力,节流装置6可采用毛细管、电子膨胀阀等,此 处不作限制;气液分离装置9用于分离出自蒸发器中出来的制冷剂气体中的液体部分。
[0049]在本实施例中,蒸发器2的下方设置有集水盘,含湿空气经过蒸发器2时放热降温 到含湿空气的露点温度之下,空气中的水蒸汽放热冷凝成水,并沿蒸发器2的翅片流到集水 盘内;集水盘还通过一水管将收集到的水输入到一回收水箱8内。
[OOM]在本实施例中,在蒸发器2和冷凝器3之间的风道1上还开设有旁通气流通道103, 可在风道1上侧壁和下侧壁上对称开设有两个旁通气流通道103,当然旁通气流通道1〇3的 尺寸以及设置数目均可根据具体情况进行调节,此处不作限制。本发明通过开设旁通气流 通道103,从而增加了流经冷凝器3的风量,使其风量达到流经蒸发器2风量的3倍以上。
[0051]该低冷凝压力深度过冷高效除湿机的工作原理具体如下:
[0052] —、制冷剂的循环工作原理
[0053]自压缩机5出来的被加压后的高温制冷剂气体,从冷凝器3的一侧开始进入,实现 制冷剂气体显热部分的放热降温;制冷剂气体继续沿冷凝器3内的铜管管道逆着风道内空 气气流的方向向前运动,进一步降温,实现制冷剂气体冷凝放热液化;制冷剂液体经过冷凝 器3的尾端时,再进行过冷处理,获得较低温的制冷剂液体,实现制冷剂液体降温过冷。低温 的制冷剂液体经过节流装置6减压后,被输入蒸发器2内,吸收流经蒸发器2的空气的热量 后,蒸发成为低压制冷剂气体;压缩机5再对由蒸发器2过来的低压制冷剂气体进行加压后, 输送给冷凝器3,从而形成一完整的制冷剂循环。
[00M]二、含湿空气的除湿原理
[0055]在第一风机4的作用下,含湿空气从进风口 101进入到风道1内;空气首先流经蒸发 器2,通过蒸发器2的翅片将热量传递给蒸发器2管道内的制冷剂液体,使得制冷剂液体蒸发 成为低压制冷剂气体排出;同时,流经蒸发器2的含湿空气降温至露点以下,从而使得^湿 空气中的水蒸汽冷凝放热转化为水,并沿蒸发器2流到蒸发器下方设置的集水槽内,集水槽 再通过一水管将水输入到回收水箱8内进行回收。
[0056]除去水蒸汽后的低温空气,从蒸发器2流向冷凝器3;由于在蒸发器2和冷凝器3之 间的风道1上还开设有旁通气流通道103,从而使得流向冷凝器3的风量增大;低温空气自冷 凝器3的右边开始,当低温空气首先经过冷凝器3最右侧的尾部时,此时空气的温度相对较 低,对冷凝器3末端内的制冷剂液体进行热交换,从而即实现了冷凝器3末端内的制冷剂液 体降温过冷的效果,又实现了空气的升温效果。空气继续沿冷凝器3向右流,在冷凝器3大部 分中间位置时,吸收大量的热量升温,同时使得该位置上冷凝器3内的制冷剂气体冷凝放热 液化;最后,空气流经冷凝器3的最左端,进一步的吸收冷凝器2内制冷剂气体的显热,变成 干燥的空气,经第一风机4后排出,从而完成了整个空气初始过程。
[0057] 在本实施例中,通过在冷凝器3与蒸发器之间增设旁通气流通道1〇3,大幅增加冷 凝器3的通风量,使冷凝器3的通风量达到蒸发器2通风量的3倍以上;而提高冷凝器3外侧空 气质量流量和改善对流传热系数,就降低了冷凝器3中制冷剂气体的冷凝压力,从而降低了 制冷除湿系统冷凝压力与蒸发压力的压差、压缩机的功耗、压缩机压缩比,大幅提高了除湿 能效比。
[0058] 实施例二
[0059] 参考图3,本实施例是在实施例一的基础上做的改进。具体的,在本实施例中,制冷 除湿系统包括两个冷凝器,具体的包括串联的第一冷凝器301和第二冷凝器302,第一冷凝 器301与第二冷凝器302并排设置,第一冷凝器301靠近第一风机4的一侧,第二冷凝器302靠 近蒸发器2—侧,且旁通气流通道103位于第一冷凝器301和第二冷凝器302之间;第二冷凝 器302内的管道两端分别连接第一冷凝器301和蒸发器2内的管道,且节流装置6设置在第二 冷凝器302与蒸发器2之间的管道上。
[0060] 在本实施例中,第一冷凝器301的放热面积大于第二冷凝器302的放热面积,相当 于在空间上将实施例一中的冷凝器3拆分成第一冷凝器301和第二冷凝器302;其中,第一冷 凝器301相当于实施例一中冷凝器3实现“过热制冷剂气体显热部分的放热降温”和“制冷剂 气体冷凝放热液化”的部分,第二冷凝器302相当于实施例一中冷凝器3实现“制冷剂液体进 一步降温过冷”的部分。在本实施例中该低冷凝压力深度过冷高效除湿机的其他结构参照 实施例一中的说明,此处不再赘述。
[0061] 本发明通过设置两个冷凝器,使流经蒸发器2降温除湿得到的低温空气通过第二 冷凝器302,提高第二冷凝器2末端制冷剂液体的“过冷”度;提高第二冷凝器3〇2末端制冷剂 液体的“过冷”度,有利于降低制冷剂液体在节流装置中的汽化比例,保证制制冷剂液体进 入到蒸发器2内后,在蒸发器2里的蒸发吸热能力的完整性和有效性。
[0062] 下面以制冷剂R134a为例,进行详细说明:
[0063] 在蒸发器中4.1公斤压力、饱和温度10°C条件下,每kg液态制冷剂蒸发吸热量为 190.74kJ;而该制冷剂液体在冷凝器中16.8公斤压力、饱和温度60°C条件下的比热容为 1.661^/1^,如果在冷凝器末端的制冷剂液体增加1〇°(:的过冷,就在冷凝器中增加了16.6 kj/kg的放热量,这也就相当于在蒸发器中增加了 16.6 kj/kg的吸热量,这个吸热量是该制 冷剂在蒸发器中蒸发吸热量190 • 74kJ/kg的8.7%;如果在冷凝器末端的制冷剂液体增加20 。(:的过冷,就在冷凝器中增加了33• 2 kj/kg的放热量,这也就相当于在蒸发器中增加了 33.2 kj/kg的吸热量,这个吸热量是该制冷剂在蒸发器中蒸发吸热量I90 • 74kJ/kg的 17.4%!
[0064] 计算结果表明,制冷剂R134a在冷凝器里的过冷度每增加1°C,所引起的单位质量 制冷剂的制冷量的平均增加率约〇•8 %(计算过冷度范围1一50°C);而制冷剂R22在冷凝器 里的过冷度每增加1°C,所引起的单位质量制冷剂的制冷量的平均增加率约为1%。
[0065]因此,本发明提供的一种低冷凝压力深度过冷高效除湿机,切断现有技术中一个 完整的冷凝器中“过热制冷剂气体显热部分的放热降温”、“制冷剂气体冷凝放热液化”和 “制冷剂液体进一步降温过冷”这三个有着明显温度落差的区域之间沿着翅片方向形成的 “热桥”,切断热量自“过热制冷剂气体显热部分的放热降温”、“制冷剂气体冷凝放热液化” 区域沿着翅片向“制冷剂液体降温过冷”区域的传递,将拆分后的第二冷凝器302与第一冷 凝器301串联,与蒸发器2在空间上并列设置,使流经蒸发器降温除湿后的低温空气流过第 二冷凝器302,提高第二冷凝器302末端制冷剂液体的“过冷”度,实现制冷剂液体在冷凝器 末端的深度过冷,从而有效的提高除湿机蒸发器的吸热能力,提高除湿能效比。
[0066] 参考图4,图4为现有技术中制冷除湿压焓图以及本发明实施例二的制冷除湿压焓 图的对比图,图4中1-2-3-4-5-6-1为现有技术中制冷除湿循环,1-2’ -3’ -4’ -5’ -6’ -1为本 实施例中制冷除湿循环,由此可看出,本发明提供的低冷凝压力深度过冷高效除湿机中的 冷凝压力下降、过冷度提高。
[0067] 实施例三
[0068]参考图5,本实施例是在实施例二的基础上做的改进。具体的,在第二冷凝器302与 旁通气流通道9之间还设置有第二风机10,该低冷凝压力深度过冷高效除湿机的其他结构 参照实施例二中的说明,此处不再赘述。
[0069]在本实施例中,本发明通过在第二冷凝器302与旁通气流通道9之间加设第二风机 1〇,解决了与旁通气流通道1〇3相比,第二冷凝器302与蒸发器2所在通道区域的风阻偏大的 问题,有助于稳定第二冷凝器302和蒸发器2的通风量,有助于旁通气流通道103的配风,从 而稳定增加流经冷凝器301的风量,使其风量达到流经蒸发器2通风量的3倍以上。
[0070]本技术领域的技术人员应理解,本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本 发明的精神或范围。尽管也已描述了本发明的实施例,应理解本发明不应限制为这些实施 例,本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和 修改。

Claims (7)

1. 一种低冷凝压力深度过冷高效除湿机,其特征在于,该除湿机包括风道以及设置在 所述风道内的第一风机和制冷除湿系统,其中, 所述风道上设置有进风口和出风口,且所述制冷除湿系统位于所述进风口,所述第一 风机位于所述出风口; 所述制冷除湿系统包括压缩机以及蒸发器、第一冷凝器和第二冷凝器,所述蒸发器与 所述第二冷凝器、所述第一冷凝器内的管道相连并与所述压缩机形成一供制冷剂流经的循 环通道;所述制冷剂自所述压缩机开始依次流经所述第一冷凝器、第二冷凝器和所述蒸发 器内的管道; 所述蒸发器靠近所述进风口,所述第一冷凝器位于所述第一风机与所述蒸发器之间; 所述第二冷凝器与所述第一冷凝器之间的风道上开设有两个或两个以上的旁通气流通道; 所述第二冷凝器位于所述蒸发器与所述旁通气流通道之间; 在所述第一风机的作用下,自进风口开始含湿空气依次经过所述蒸发器、所述第二冷 凝器、所述第一冷凝器和所述风机后,从所述出风口排出干燥空气;同时,在所述第一风机 的作用下,自所述蒸发器与所述第一冷凝器之间的风道上开设的两个或两个以上的旁通气 流通道进入的空气,大幅增加了所述第一冷凝器的通风量。
2. 根据权利要求1所述的低冷凝压力深度过冷高效除湿机,其特征在于,所述第一冷凝 器的放热面积大于所述第二冷凝器的放热面积。
3. 根据权利要求1或2所述的低冷凝压力深度过冷高效除湿机,其特征在于,所述蒸发 器的底部设置有一集水盘,所述集水盘通过一水管与一回收水箱或下水道相连通。
4. 根据权利要求1或2所述的低冷凝压力深度过冷高效除湿机,其特征在于,所述蒸发 器内管道的入口上设置有节流装置。
5. 根据权利要求4所述的低冷凝压力深度过冷尚效除湿机,其特征在于,所述节流装置 采用毛细管或电子膨胀阀。
6. 根据权利要求1或2所述的低冷凝压力深度过冷高效除湿机,其特征在于,所述第一 风机采用离心风机。
7. 根据权利要求2所述的低冷凝压力深度过冷高效除湿机,其特征在于,所述第二冷凝 器与所述旁通气流通道之间还设置有弟一风机。
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