人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统及其使用方法，包括：主系统和至少1个子系统，主系统的第一级压缩机的输出端与第二气体冷却器的输入端管路连通，回热器的第二输入端和第二气体冷却器之间连接有并联设置的第一管路和第二管路，第一管路上安装有冷凝器和第一控制阀，第二管路上安装有第二级压缩机、第一气体冷却器和第二控制阀；第一级压缩机的输入端与回热器的第一输出端管路连通，回热器的第一输入端与气液分离器的气体输出端管路连通，在气液分离器和回热器的第二输出端之间连通有1个子系统或多个并联的子系统；本发明专利技术的人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统可以实现多种工况下系统能稳定高效运行。系统可以实现多种工况下系统能稳定高效运行。系统可以实现多种工况下系统能稳定高效运行。

【技术实现步骤摘要】
人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统及其使用方法


[0001]本专利技术属于人工冰场制冰
，具体来说涉及一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]传统人工冰场制冰系统采用卤代烃类制冷剂的液态冷却机组并以乙二醇或盐水作为载冷剂来冷却人工冰场的混凝土地板进而完成制冰过程。但是《蒙特利尔议定书基加利修正案》对高GWP的卤代烃类制冷剂实行了淘汰和限制，因此氨和二氧化碳等自然工质成为了冰场制冷系统工质的必由之路。氨制冷剂易燃有毒，存在安全隐患，人员密集区域一般限制使用。因此二氧化碳制冰系统成为了人工冰场的最佳选择。
[0003]二氧化碳为天然制冷剂，无毒，不可燃，消耗臭氧潜能值为0，全球变暖潜能值为1，具有环境友好性。二氧化碳直接蒸发式制冰系统中，二氧化碳在冰场盘管内直接蒸发换热制冰，可以更好的保证冰面温度均匀性。同时无中间换热环节，可以提升制冰系统能效。
[0004]二氧化碳的临界温度为31.2℃，外界温度较高时，只能采用跨临界循环，存在较大的节流损失，因此常用引射器回收节流过程的膨胀功以提升能效。
[0005]现有二氧化碳制冰系统中多只考虑了跨临界运行情况，而冰场要全年制冷，当外界温度低于临界温度时，制冰系统跨临界运行使得其能耗过高，所以寻找一种在不同外界温度下，能实现跨临界工况和亚临界工况相互转换并使得系统在所有工况下都能高效运行成为必要。同时，虽然很多人提出了采用引射器回收制冷系统膨胀功的方案，但是引射器的变工况适应能力是有限的，如何实现多种工况(特别是跨临界和亚临界工况)下系统能稳定高效运行一直是行业难题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统，该人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统通过6个控制阀的启闭来实现制冰系统的多种工况高效稳定运行，满足全年各时段的冰场制冰需求。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0008]一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统，包括：主系统和至少1个子系统，其中，
[0009]所述主系统包括：第一级压缩机、第二级压缩机、第一气体冷却器、第二气体冷却器、冷凝器、回热器和气液分离器，所述第一级压缩机的输出端与所述第二气体冷却器的输入端管路连通，所述回热器的第二输入端和第二气体冷却器之间连接有并联设置的第一管路和第二管路，所述第一管路上安装有冷凝器和第一控制阀，所述第二管路上安装有第二级压缩机、第一气体冷却器和第二控制阀；
[0010]所述第一级压缩机的输入端与所述回热器的第一输出端管路连通，所述回热器的第一输入端与所述气液分离器的气体输出端管路连通，在所述气液分离器和所述回热器的
第二输出端之间连通有1个所述子系统或多个并联的所述子系统；
[0011]每个所述子系统包括：引射器、第一膨胀阀、第二膨胀阀、循环罐和冰场蒸发盘管，所述气液分离器的液体输出端与所述循环罐的液体输入端通过管路连通且之间的管路上安装有所述第二膨胀阀，所述气液分离器的气液输入端与所述回热器的第二输出端之间设置有并联的第三管路和第四管路，在所述第三管路上安装有所述第一膨胀阀和第三控制阀，在所述第四管路上安装有所述引射器和第四控制阀，所述引射器的吸入口与所述循环罐的气体输出端连通；所述循环罐的液体输出端与所述冰场蒸发盘管的输入端管路连通且之间的管路上安装有一工质泵，所述冰场蒸发盘管的输出端与所述循环罐的气液输入端之间连通有第五管路，在所述第五管路上安装有第五控制阀，第六管路的一端与所述引射器和气液分离器之间的管路连通，另一端与所述第五控制阀和冰场蒸发盘管之间的第五管路连通，在所述第六管路上安装有第六控制阀。
[0012]在上述技术方案中，所述冷凝器的输入端用于与所述第一控制阀连通。
[0013]在上述技术方案中，所述第二级压缩机的输入端用于与所述第二控制阀连通。
[0014]在上述技术方案中，所述第四控制阀位于所述引射器和回热器之间的第四管路上。
[0015]在上述技术方案中，所述第三控制阀位于第一膨胀阀和回热器之间的第三管路上。
[0016]在上述技术方案中，从所述回热器的第二输入端进入的气体在所述回热器内进行放热，再从所述回热器的第二输出端排出；从所述回热器的第一输入端进入的气体在所述回热器内进行吸热，再从所述回热器的第一输出端排出。
[0017]上述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的使用方法，包括方式一、方式二、方式三和方式四中的一种：
[0018]方式一、使所述第一控制阀、第四控制阀和第五控制阀保持通路，使所述第二控制阀、第三控制阀和第六控制阀断路，使所述第二膨胀阀起到节流作用；
[0019]方式二、使所述第一控制阀、第三控制阀和第六控制阀保持通路，使所述第二控制阀、第四控制阀和第五控制阀断路，使所述第一膨胀阀起到节流作用且第二膨胀阀为通路不起节流作用；
[0020]方式三、使所述第二控制阀、第四控制阀和第五控制阀保持通路，使所述第一控制阀、第三控制阀和第六控制阀断路，使所述第二膨胀阀起到节流作用；
[0021]方式四、使所述第二控制阀、第三控制阀和第六控制阀保持通路，使所述第一控制阀、第四控制阀和第五控制阀断路，使所述第一膨胀阀起到节流作用且第二膨胀阀为通路不起节流作用。
[0022]在上述技术方案中，当室外温度高于20～25℃时，采用所述方式三或方式四(两种方式同为跨临界循环，方式三为引射器回收膨胀功，膨胀过程前后压差较大，膨胀过程中有大量的能量被浪费，当制冷工况稳定在设计工况时，制冰冷负荷和设计负荷相差不大，方式三的引射器回收膨胀功可以达到提高人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统能效的效果；相反在制冷工况变化剧烈，如人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统启闭时，制冰冷负荷变化大，引射器的工况调节能力较差，工作不稳定，控制起来不方便，采用方式四第一膨胀阀节流，使人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统运行更稳定)；当室外温度低于20～25℃
时，采用所述方式一或方式二(两种方式同为亚临界循环，方式一为引射器回收膨胀功，当制冷工况稳定在设计工况时，制冰冷负荷和设计负荷相差不大，方式一的引射器回收膨胀功可以达到提高人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统能效的效果；相反在制冷工况变化剧烈，如人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统启闭时，制冰冷负荷变化大，引射器的工况调节能力较差，工作不稳定，控制起来不方便，采用方式二第一膨胀阀节流，使人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统运行更稳定)。
[0023]考虑到冰场需要全年制冷，室外温度和负荷相对较低时采用亚临界循环，通过第二气体冷却器和冷凝器进行放热过程；室外温度和负荷较高时通过双级压缩来实现跨临界循环，此时需通过第一、二气体冷却器进行放热，可以很好的实现跨临界与亚临界的相互转换与衔接。同时采用引射器时，把引射器与循环罐相连，引射循环罐中的气体到气液分离器最终回到第一级压缩机，来完成膨胀功的回收；同时与引射器并联有第一膨胀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的使用方法，其特征在于，所述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统包括：主系统和至少1个子系统，其中，所述主系统包括：第一级压缩机(1
‑
5)、第二级压缩机(1
‑
2)、第一气体冷却器(1
‑
1)、第二气体冷却器(1
‑
4)、冷凝器(1
‑
9)、回热器(1
‑
6)和气液分离器(1
‑
7)，所述第一级压缩机(1
‑
5)的输出端与所述第二气体冷却器(1
‑
4)的输入端管路连通，所述回热器(1
‑
6)的第二输入端和第二气体冷却器(1
‑
4)之间连接有并联设置的第一管路和第二管路，所述第一管路上安装有冷凝器(1
‑
9)和第一控制阀(1
‑
8)，所述第二管路上安装有第二级压缩机(1
‑
2)、第一气体冷却器(1
‑
1)和第二控制阀(1
‑
3)；所述第一级压缩机(1
‑
5)的输入端与所述回热器(1
‑
6)的第一输出端管路连通，所述回热器(1
‑
6)的第一输入端与所述气液分离器(1
‑
7)的气体输出端管路连通，在所述气液分离器(1
‑
7)和所述回热器(1
‑
6)的第二输出端之间连通有1个所述子系统或多个并联的所述子系统；每个所述子系统包括：引射器(2
‑
7)、第一膨胀阀(2
‑
10)、第二膨胀阀(2
‑
1)、循环罐(2
‑
2)和冰场蒸发盘管(2
‑
6)，所述气液分离器(1
‑
7)的液体输出端与所述循环罐(2
‑
2)的液体输入端通过管路连通且之间的管路上安装有所述第二膨胀阀(2
‑
1)，所述气液分离器(1
‑
7)的气液输入端与所述回热器(1
‑
6)的第二输出端之间设置有并联的第三管路和第四管路，在所述第三管路上安装有所述第一膨胀阀(2
‑
10)和第三控制阀(2
‑
9)，在所述第四管路上安装有所述引射器(2
‑
7)和第四控制阀(2
‑
8)，所述引射器(2
‑
7)的吸入口与所述循环罐(2
‑
2)的气体输出端连通；所述循环罐(2
‑
2)的液体输出端与所述冰场蒸发盘管(2
‑
6)的输入端管路连通且之间的管路上安装有一工质泵(2
‑
4)，所述冰场蒸发盘管(2
‑
6)的输出端与所述循环罐(2
‑
2)的气液输入端之间连通有第五管路，在所述第五管路上安装有第五控制阀(2
‑
3)，第六管路的一端与所述引射器(2
‑
7)和气液分离器(1
‑
7)之间的管路连通，另一端与所述第五控制阀(2
‑
3)和冰场蒸发盘管(2
‑
6)之间的第五管路连通，在所述第六管路上安装有第六控制阀(2

【专利技术属性】
技术研发人员：张振迎，王世琪，许禹菲，陈艳华，常莉，龚凯，杨美媛，刘仕宽，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：