恒温恒湿机在结霜工况下运行
恒温恒湿机广泛用于对温湿度有较严格要求的空调环境中。普通恒温恒湿机的温湿度控制范围分别在(20 ～25 ℃) 、( 45～70% )之间,在这样的被控参数范围内,其中的制冷系统蒸发温度都高于冰点。随着科学技术的发展和某些产品生产、储藏的工艺需要,许多工艺性空调对被控环境的温湿度要求低于以上范围,如炸药的生产与储藏、部分药品的生产与储运、精密仪器和电子器件的生产与使用、胶片和音像制品的生产与储藏等环境的温度应控制在5～14 ℃,相对湿度20～40% ,某些生物制品的生产和储藏环境其温湿度要求更低。
计算和实验都表明,当被控环境温度低于13 ℃,相对湿度低于40%的时候,被处理空气的露点温度已低于冰点,恒温恒湿机的直接蒸发制冷系统必然在结霜工况下工作。由于直接蒸发表冷器在处理空气过程中迅速结霜,空气的流道被封堵,恒温恒湿机会
失去降温除湿的能力。本文拟对普通恒温恒湿机应用在结霜工况下必须进行的技术改进进行分析和实验研究,从而扩展它的温湿度应用范围。
降温、除湿工况和除霜方法
普通恒温恒湿机由直接蒸发制冷系统、加热器、加湿器和送风机组成,降温和除湿都依靠直接蒸发式表冷器。在规定的温湿度控制范围内,被处理空气经表冷器时,其表面就会析出凝结水,凝结水经接水盘和排水管排至机外,此时表冷器的蒸发温度高于冰点,通常在5 ℃左右,被控环境可获得的温湿度高于15 ℃和40%。如果温湿度降低,空气的露点温度将低于冰点。图1表示了空气温度10～15 ℃,相对湿度低于40%时的露点温度。通常制冷系统的蒸发温度低于露点5～8 ℃,即t0 = t1 – (5～8 ℃) 。按引言中工艺性空调对温湿度所提出的要求,制冷系统的蒸发温度应在- 11～ – 7 ℃之间。由于蒸发温度低于冰点,表冷器表面必然由结露转变为结霜。
在制冷系统中蒸发器结霜危害很大,所以应采取有效的方法及时除去结霜。蒸发器采用的除霜方法主要有电热、水和热气等。电热除霜在冷库用冷风机上应用非常普遍,但存在能耗大、加热温度高及除霜不均等问题。水除霜的方法在恒温恒湿机中使用不切实际。因此,决定采用节能、除霜均匀和加热作用较低的热气除霜方法。
在恒温恒湿机上采用热气除霜有以下几个关键问题需要解决:
(1)小翅片间距的表冷器,由于结霜作用其通风截面会迅速被冰霜封堵,致使降温除湿过程缩短,被控环境的温湿度难于保证。
(2)除霜热气在表冷器中冷凝,压缩机吸入之后易被损坏。
(3)除霜热气的温度和压力过高时,对表冷器产生破坏作用,并使温湿度环境参数产生较大波动。
(4)制冷、除湿、加热和除霜过程的有效控制。
结论
(1)热气除霜具有速度快、均匀、温度适中的特点。热气压力控制在018MPa时不会破坏表冷器,也不会使表冷器温度过高影响被控环境的温湿度恒定。
(2)应适当加大翅片管蒸发器的片距,以免除霜过于频繁影响被控环境温湿度的恒定。过大的片距也不适用,虽然允许蒸发器结霜较厚和运行较长时间,但是过厚的结霜会使蒸发温度降低过多,恒温恒湿机的整体效率降低。
(3)对于充液量较多的制冷系统,在压缩机的吸气管路上一定要安装气液分离器,用于储存除霜过程中的排液,气液分离器内制冷剂流速不超过015 m /s,应具有能容纳50%系统充液量的容积,气液分离器设置U型抽油管底部开孔,内部制冷剂流速不小于7 m / s。
(4)除霜开始的时刻可通过吸气压力,送风机进风压力或表冷器表面温度中任一参数控制,吸气压力控制较为可靠。除霜的结束以时间或温度参数控制较易,由于除霜开始的表冷器状态每次都是相同的,用简单的时间控制便可满足要求。除霜过程的整体时间应包括蒸发器表面烘干的时间,防止表面的水分在制冷过程中重新结冰。