20kg/h风道除湿机的设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1、课题背景及其意义

除湿机在我国南方大部分地区使用很广泛，尤其在家居、办公室、档案室、图书馆、计算机房、仓库、储藏室等要求保持一定干燥度的环境里均有配置。除湿机近年发展非常迅速，可以预计未来几年除湿机在中国家庭中的普及会同家用空调的普及。家用除湿剂主要是以冷却除湿型为主。随着人民生活水平的提高，家用除湿机向着小型化外观造型新颖独特低噪声方向发展，在追求高除湿性能的同时，各厂家也尽量把外形做的最小，这给风道设计带来了新的挑战。

随着生产的发展和生活水平的提高，空气除湿已发展成一门新的技术。目前常用的空气除湿方法有冷却法除湿、液体吸收剂除湿、固体吸附剂除湿、转轮法除湿。这些传统的除湿方法虽然应用广泛，但是仍然存在一定的不足。例如冷冻除湿法不能达到非常低的露点，而且能耗较大；液体吸附剂存在吸湿剂的腐蚀问题；固体干燥剂的再生过程复杂且会消耗大量的能量等。尤其是当前人们在保护环境、节约能源等方面的意识不断增强，以及传统的除湿技术的弊端的日益显现，研究并提出新型除湿技术便成为关键。因此膜法除湿、热泵除湿、HVAC 除湿、热电冷凝除湿和电化学除湿等一些新型除湿技术也引起了广泛关注^[1－2]。

2除湿机发展现状

除湿机在我国的发展已经有十几年的历史，但目前仍处于初级状态。总体容量非常有限，远远没有形成规模。我国在全球除湿机市场中的地位也并不显著，特别是家用除湿机，一直以出口为主。　　据统计，2001年中国13家主要企业的除湿机总出口量仅有20多万台，而到2005年已经达到了205万台。另据统计，2005年中国除湿机行业总销量是250万台，这其中近96%的份额都是用于出口。^[3-6]

HAVA除湿是指冷凝和加热为了提高除湿器的除湿能力、节省运行费用、减少设备投资,人们不断地对除湿材料、除湿器结构、再生器、再生热源等进行研究和改进。

膜法除湿

膜法除湿作为一门新兴的除湿技术，随着新材料与膜分离技术的发展，已经在空气除湿方面得到了很大的应用。它与传统除湿技术相比，具有操作连续、无需再生、无二

次污染、设备操作灵活方便、集成度高和节省空间等明显技术优势的特点^[7]，因此具有很大的发展潜力。

热泵除湿

热泵除湿是应用冷冻除湿的原理，将湿空气冷却到露点温度以下，析出水分后，再

利用回收的冷凝热加热冷却后的干空气，从而实现循环除湿的一种除湿技术。研究表明，在同等条件下除湿，热泵除湿可节能20%~50%^[8]。它可以利用太阳能^[9]、地热能^[10]以及工业废热^[11]等低品位热源，是一种高效节能的除湿技术。

HVAV除湿技术

方法是使空气相对湿度降低一种除湿技术。由于应用这种技术除湿投资少、运行费

用低, 而且节能环保，正在受到广大研究者的重视^[12]。

热点冷凝除湿

热电冷凝除湿是建立在热电制冷的基础上，将空气中的水蒸气冷却到露点温度一下

来在到除湿目的。^[13]相比于传统的除湿技术，它具有体积小、稳定性高、无需制冷剂和

干燥剂、环境友好等特点，因此日益受到人们的关注，在除湿领域中显示出了潜在的重

要价值。

电化学除湿

电化学除湿是指通过电解水蒸气，来实现除湿的目的的方法。这种方法是近年来由

Iwahara等^[14]提出来的，被用于科学研究中小的、封闭的环境中的除湿。

3除湿机工作原理

除湿机是指以制冷的方式来降低空气中的相对湿度，保持空间的相对适宜湿度，使容易受潮的物品、家居用品等不受潮、发霉和对湿度要求高的产品、药品等能在其所要求的湿度范围内制作、生产和贮存。

目前全球家用除湿机的主要产地集中在澳大利亚、意大利、日本和中国台湾等地。

工作原理是：由风扇将潮湿空气抽入机内，通过热交换器，此时空气中的水份冷凝成水珠，处理过后的干燥空气排出机外，如此循环使室内湿度降低。^[15]

除湿机一般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。冷却的介质可以是冷冻水、低温盐水、制冷剂等。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3（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6节流后进入蒸发器4，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4 被冷却到露点温度以下，在hd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3，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。^[16]

冷冻除湿机或者调温除湿机（使用两个冷凝器）用机组的部分冷凝热来提高机组的出风温度，虽可节省电加热的耗电量，但仍存在着制冷量和加热量相互抵消的问题，如能将热管技术运用于冷冻除湿机，用热管换热器回收蒸发器出口空气的冷量，既能节省电加热的耗电，防止冷热抵消，又能提高出风温度。^[17]

4、除湿机的设计原理^[18-20]

室内需要除湿的空气经过空气过滤器除去灰尘，再经直接蒸发空气冷却器（蒸发器）冷却干燥，然后通过冷凝器吸收高压制冷剂的冷凝热量，而被等湿加热，干燥并加热后的空气经过风机在送回室内。空气处理过程在i-d图上的表示如图2所示。点1是空气处理前的状态，点3是处理后的状态。过程1-2是空气经过蒸发器的冷却干燥过程；2--3是空气经过冷凝器的等湿加热过程。不难看到，经过除湿机处理的空气，含湿量减少了（d3）但空气温度升高后了（t3>t1）。所以这种除湿机适宜用在要求

图1 一般型除湿机原理

1压缩机 2蒸发器 3过滤器 4膨胀阀 5送风机 6再热器

除湿且空气温度没有严格要求的场合。另附CT20除湿机系统图^[21]

1. 水冷冷凝器 2. 截止阀 3. 储液器 4. 电磁阀 5. 压缩机

6. 截止阀 7. 截止阀 8. 膨胀阀 9. 蒸发器 10.风冷冷凝器

11.风机

一般型除湿机由制冷系统和送风系统组成，其除湿原理见图一，在焓湿图上，除湿过程中的空气参数的变化过程见图二^[22]。

图2 一般型除湿机空气处理过程

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，吸入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，变为状态3，由送风机5送入房间。

5 制冷除湿的特点

由于能耗小、操作简单、易于控制,得到了广泛的应用。湿空气中水份在低于0℃的表面易冻结，处理空气与换热器表面又有一定的温差，从而导致处理空气能达到的露点温度最低也就在0℃，如需用此方式达到工业所需一般除湿要求则需有低温盐水和加大空气处理风量，势必增加冷冻机与风机、水泵运行能耗，而设备也需更大型化。^[23]

1.压缩机 2.冷凝器 3.蒸发器 4.过滤器 5.节流阀

图1 除湿机原理图

图2 除湿过程空气参数的变化过程。

6 除湿机分类

1.冷却除湿机

1.1按使用功能分,可分为：一般型、降温型、调温型、多功能型. 1.2 按有无带风机分,可分为：常规除湿机、风道式除湿机. 1.3 按结构形式分,可分为：整体式、分体式、整体移动式. 1.4 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℃）. 1.5 按送回风方式分,可分为：前回前送带风帽型、后回上送型等. 　　1.6 按控制形式分,可分为：自动型和非自动型等. 1.7 按特殊使用情况分,还有全新风型、防爆型等. ^[24]

2.转轮除（吸）湿机

转轮除湿机的主体结构为一不断转动的蜂窝状干燥转轮.干燥转轮是除湿机中吸附水分的关键部件,它是由特殊复合耐热材料制成的波纹状介质所构成.波纹状介质中载有吸湿剂.这种设计,结构紧凑,而且可以为湿空气与吸湿介质提供充分接触的巨大表面积.从而大大提高了除湿机的除湿效率. ^[25-26]

3.溶液除（吸）湿机

溶液除湿空调系统是基于以除湿溶液为吸湿剂调节空气湿度,以水为制冷剂调节空气温度的主动除湿空气处理技术而开发的可以提供全新风运行工况的新型空调产品；其核心是利用除湿剂物理特性,通过创新的溶液除湿与再生的方法,实现在露点温度之上高效除湿.系统温湿度调节完全在常压开式气氛中进行.具有制造简单,运转可靠,节能高效等技术特点.本系统主要由四个基本模块组成.分别是送风（新风和回风）模块、湿度调节模块、温度调节模块和溶液再生器模块。^[27]

4．内源式固体吸附除湿机

该除湿是以硅胶为吸附剂,将其与金属纵向翅片管双表面紧密结合,翅片管簇组合与水管道连接,置于竖向风道内,风道上部装有排气口阀、侧面有进风口阀、出风口阀、 进水出水口、电动阀等部件,被处理的空气从其中流过。当水管中通入65℃的热水时,上部的排气阀打开,进出风口的阀门关闭,热传到翅片表面的硅胶,使其脱附并有水蒸气自排气口排出,直至再生过程完成后,水管中再通入13℃的冷水冷却翅片和其上的硅胶使之降温,同时上部的排气口关闭,进出风口阀打开,被处理的空气流经翅片上的硅胶表面,其中的水蒸气被吸附直到饱和,吸附过程完毕,继续下一次再生。如此周期性地切换阀门再生与吸附循环运行。^[28]

7、小结

除湿机是作为改善环境湿度的机器，随着经济的发展以及人民生活品质的提升，以及除湿机行业技术提升，产品的功能和外观的多样性得到解决。从上述的文献^[29-30]我们了解到，冷冻除湿机作为最为广泛应用的除湿机器，使其技术的提高和推广，成为了迫切解决的课题。

参考文献

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

课题题目：20kg/h风道除湿机设计

原始数据：已知环境条件：

选题意义：

本课题是典型的产品设计开发，需要学生一定的工程能力，对学生的机械制图和创新能力要求比较高。

学生通过本课题可以将大学四年所学的相关课程综合运用，特别是工程热力学、传热学、流体力学、制冷技术及相关专业课程的知识。此外学生还可以了解工程中产品开发的流程以及其中需要注意的事项，这将利于学生们快速适应未来的工作岗位，利于学生们的今后发展。

需要解决的问题：

1、环境工况的确定和湿空气的处理过程；

2、蒸发器热负荷的确定和压缩机的选型；

3、除湿机最佳额定风量的确定；

4、制冷循环的设计及各个状态点的确定；

5、蒸发器和冷凝器的结构设计和校核计算；

6、系统各部件的阻力计算和风机的选型；

7、确定除湿机的尺寸大小；

8、除湿机的总装图和零件图。

论文提纲初步设想

摘要

目录

一、绪论

1. 除湿技术的种类

2. 冷冻除湿机的简介

3. 冷冻除湿机的基本原理

4. 冷冻除湿机的种类

5. 调温除湿机的工作原理

6. 调温除湿机的结构组成

7. 调温除湿机调温盲区

8. 冷冻除湿机的特性

9. 国内对外冷冻除湿技术的改进与改革

二、设计计算说明

1. 原始参数

2. 制冷循环的计算

3. 蒸发器的设计计算

4. 水冷冷凝器的设计计算

5. 风冷冷凝器的设计计算

6. 计算结果的汇总

7. 风机的选型

结语

参考文献

致谢