一种二氧化碳制冷工质的人工冰场系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种二氧化碳制冷工质的人工冰场系统，包括制冷机组，所述制冷机组包括位于冰场下方的地埋管蒸发器，以及若干个并接在该地埋管蒸发器管路两端的用于压缩及冷却二氧化碳制冷剂的制冷回路；所述制冷回路，其输入来自所述地埋管蒸发器的气态二氧化碳制冷剂，其向所述地埋管蒸发器输送液态或气液混合态的二氧化碳制冷剂。本实用新型专利技术用二氧化碳作为制冷工质跨(亚)临界制冷，实现人工冰场的制冰，保证全年时段内的制冰需求。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳制冷工质的人工冰场系统
本技术涉及一种人工冰场，特别涉及一种二氧化碳制冷工质的人工冰场系统。
技术介绍
目前，冰上运动备受人们喜欢，已经发展出多种多样的竞赛项目，并且滑冰作为一种常见的娱乐方式受到越来越多人的青睐。国家制定的《体育发展“十三五”规划》中提到，“十三五”期间将大力普及冰雪运动项目，扶持滑冰、冰球和雪上等有潜力的冰雪健身休闲项目快速发展。同时，国家正全力责成有关部门筹备推动“3亿人上冰雪”。2015年我国成功申办冬奥会，有大量的冰雪场馆待建，无论是冰球馆、冰壶馆、速滑馆、花滑馆，还是大道馆，最重要的是要有优秀的冰。制作软硬一致、整齐一致的冰面，对运动员安全又充分的发挥技术起到至关重要的作用。宏观环境的发展和国家政策的推行使市场对冰场的建设产生了大量的需求。同时对制冰系统和装置本身的技术和质量水平提出了更高的要求,特别是安全环保和能效方面。目前国内采用的冰场制冷剂主要有氨和R134a，氨存在安全隐患，需要采用载冷剂间接制冷，泵耗高，运维成本极高，现在基本被禁用；R134a需采用乙醇作为载冷剂，制冷效率低。虽有R134a直接蒸发系统，但由于R134a的GWP值为1370，将被《蒙特利尔基加利修正案》限制。二氧化碳跨(亚)临界制冷直接蒸发式冰场将是最佳选择。现有人工冰场采用间接制冷系统较多，但由于多了蒸发器换热，蒸发温度下降，性能系数降低，制冷效率下降，不利于节能减排，同时载冷剂循环增加了载冷剂泵的电耗，还会腐蚀管路，使维护费用增加。存在占地面积较大、系统可靠性不佳的缺陷。<br>
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术旨在提供一种直接蒸发式的二氧化碳制冷工质的人工冰场系统，通过改变压缩机的连接方式和地埋管蒸发器的大小，满足全年时段内各种冰面温度和各种冰面大小的制冰需求，提高效率，降低能耗。本技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种二氧化碳制冷工质的人工冰场系统，包括制冷机组，所述制冷机组包括位于冰场下方的地埋管蒸发器，以及若干个并接在该地埋管蒸发器管路两端的用于压缩及冷却二氧化碳制冷剂的制冷回路；所述制冷回路，其输入来自所述地埋管蒸发器的气态二氧化碳制冷剂，其向所述地埋管蒸发器输送液态或气液混合态的二氧化碳制冷剂。进一步地，所述地埋管蒸发器，其管路为不锈钢管路或铜管管路，其管路设于防冻混凝土层内；所述防冻混凝土层内设有冰球和钢丝。进一步地，所述地埋管蒸发器下方设有保温层。进一步地，所述保温层下面水平设置有防冻排管，15-20℃的水流经所述防冻排管。进一步地，每个所述制冷回路中设有电子膨胀阀以及若干级依次串联的压缩冷却单元，每级所述压缩冷却单元包括一个压缩机以及与之串联的一个气体冷却器；所述地埋管蒸发器的输出口连接有气液分离器；所述气液分离器的气体输出口与首级所述压缩冷却单元中的压缩机输入口连通，所述电子膨胀阀的输入口与末级所述压缩冷却单元中的气体冷却器的制冷剂输出口连通；所述电子膨胀阀的输出口与所述地埋管蒸发器的输入口连通。进一步地，所述气体冷却器包括用于冷却制冷剂的冷却介质管路；所述气体冷却器的冷却介质管路与多个串联的立式圆柱型保温水箱连通形成回路，每个所述保温水箱的上部和下部均开有取水口。进一步地，所述气液分离器设有液体输出口；所述液体输出口通过制冷工质泵与所述地埋管蒸发器的输入口连通。进一步地，所述制冷回路中还设有用于冷却制冷剂的板式换热器；所述板式换热器包括相互换热的冷却介质通道和制冷剂通道；若干个所述板式换热器的制冷剂通道依次串联后，与所述气体冷却器的制冷剂通道并接。进一步地，首端所述板式换热器制冷剂通道的输入口与所述气体冷却器的制冷剂通道输入口，分别与一个分流三通阀的两个输出口连通。进一步地，所述板式换热器的冷却介质通道与冷却塔的散热管连通；流经所述板式换热器的冷却介质通道的冷却介质为乙二醇。本技术具有的优点和积极效果是：用二氧化碳作为制冷工质跨(亚)临界制冷，实现人工冰场的制冰，保证全年时段内的制冰需求。可多个压缩机组合使用，制冰量大，可以实现各种冰面温度和各种冰面大小的制冰需求。多个压缩机两两串联实现双级压缩制冷，提高了压缩比和制冷效率。设置保温水箱存储由气体冷却器的冷却液管路输出的热水，70-20℃热水可以分层用于冰场的热水供应、室内供暖、冰场融冰、转轮除湿以及蒸发器防冻排管的防冻水供应等。可在地埋管蒸发器的输入口设有制冷工质泵，或在气液分离器和地埋管蒸发器输入口间设置制冷工质泵，解决了地埋管蒸发器过热度不足的问题，增大了地埋管蒸发器入口压力以减少气泡，同时保证了地埋管蒸发器中有充足的工质。地埋管蒸发器的地埋管周围的混凝土掺入入计算好比例的冰球和钢丝，保证凝固温度为0℃且热胀冷缩系数接近钢管，保证了管束和混凝土之间不会由于热胀冷缩而出现空隙，提高了制冷效果。设置二级冷却系统并采用乙二醇做载冷剂，避免了修建高压二氧化碳冷却塔。冰面上方可设置有保温卷帘，保证冰面质量，降低能耗。附图说明图1为本技术系统结构图；图2为地埋管蒸发器的剖视图；图3为本技术的多个压缩机并联的系统图；图4为本技术的多个压缩机串联的系统图；图5为单级压缩机亚临界压缩制冷循环压焓图；图6为单级压缩机跨临界压缩制冷循环压焓图；图7为双级压缩机跨境界压缩制冷循环压焓图。图中：1、冷却塔；2、第二级冷却循环泵；3、板式换热器；4、气体冷却器；5、油分离器；6、第一级冷却循环泵；7、保温水箱；8、干燥过滤器；9、电子膨胀阀；10、低压储液罐；11、温度传感器；12、压缩机；13、气液分离器；14、钢材框架；15、压力传感器；16、地埋管蒸发器；17、制冷工质泵；20、地埋管蒸发器的管路；21、防冻排管；22、冰场、23、防冻混凝土层；24、保温层；25、砂质防冻层；26、地基26；H1、地埋管蒸发器管路距离冰场底部冰面高度；H2、防冻排管距离保温层底部平面高度。具体实施方式为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：请参见图1至图7，一种二氧化碳制冷工质的人工冰场系统，包括制冷机组以及相应的控制系统，所述制冷机组包括位于冰场下方的地埋管蒸发器16，以及若干个并接在该地埋管蒸发器管路16两端的用于压缩及冷却二氧化碳制冷剂的制冷回路；作为循环制冷剂的二氧化碳工质流经该制冷回路，并在该制冷回路中被压缩及冷却。所述制冷回路，其输入来自所述地埋管蒸发器16的气态二氧化碳制冷剂，其向所述地埋管蒸发器16输送液态或气液混合态的二氧化碳制冷剂。所述地埋管蒸发器16的输出的气态二氧化碳制冷剂的压力较低，经过压缩及冷却后可变成超临界压力的二氧化碳，成为液态或气液混合态二氧化碳输送至地埋管蒸发器16中，在地埋管蒸发器16中气化，从而向上面的冰场输送冷能，二氧化碳制冷剂换热气化后输出至制冷回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳制冷工质的人工冰场系统，包括制冷机组，其特征在于，所述制冷机组包括位于冰场下方的地埋管蒸发器，以及若干个并接在该地埋管蒸发器管路两端的用于压缩及冷却二氧化碳制冷剂的制冷回路；所述制冷回路，其输入来自所述地埋管蒸发器的气态二氧化碳制冷剂，其向所述地埋管蒸发器输送液态或气液混合态的二氧化碳制冷剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳制冷工质的人工冰场系统，包括制冷机组，其特征在于，所述制冷机组包括位于冰场下方的地埋管蒸发器，以及若干个并接在该地埋管蒸发器管路两端的用于压缩及冷却二氧化碳制冷剂的制冷回路；所述制冷回路，其输入来自所述地埋管蒸发器的气态二氧化碳制冷剂，其向所述地埋管蒸发器输送液态或气液混合态的二氧化碳制冷剂。


2.根据权利要求1所述的二氧化碳制冷工质的人工冰场系统，其特征在于，所述地埋管蒸发器，其管路为不锈钢管路或铜管管路，其管路设于防冻混凝土层内；所述防冻混凝土层内设有冰球和钢丝。


3.根据权利要求1所述的二氧化碳制冷工质的人工冰场系统，其特征在于，所述地埋管蒸发器下方设有保温层。


4.根据权利要求3所述的二氧化碳制冷工质的人工冰场系统，其特征在于，所述保温层下面水平设置有防冻排管，15-20℃的水流经所述防冻排管。


5.根据权利要求1至4任一所述的二氧化碳制冷工质的人工冰场系统，其特征在于，每个所述制冷回路中设有电子膨胀阀以及若干级依次串联的压缩冷却单元，每级所述压缩冷却单元包括一个压缩机以及与之串联的一个气体冷却器；所述地埋管蒸发器的输出口连接有气液分离器；所述气液分离器的气体输出口与首级所述压缩冷却单元中的压缩机输入口连通，所述电子膨胀阀的输入口与末级所述压缩冷却单元中的气...

【专利技术属性】
技术研发人员：马一太，王派，张启超，李敏霞，詹浩淼，马小峰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12