CN1071748A - 整体式螺杆压缩冷冻制冰机组 - Google Patents

Abstract

一种整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，包括：一个 卧式制冷剂低压循环贮液罐；至少一台在该贮液罐上 部与贮液罐平行排列的螺杆式制冷压缩机；两个制冷 剂供液装置，两个设置在供液装置外侧的卧式制冷剂 高压容器；以及连接各部件的制冷系统管线。上述制 冷压缩机、低压循环贮液罐以及供液装置和高压容器 等部件的中心轴线分为上、中、下三层，基本上排列于 同一个垂直平面内，并且各同类部件均以整体机组的 中垂面为准呈对称式布置。

Description

本发明涉及一种整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，这种机组通常用于直接蒸发式人工制冷滑冰场的冷冻制冰系统或冷库、制冰厂等设施中做为最主要的制冷设备，其制冷剂可以采用R22（CHF₂Cl）、R502、R717（NH₃）等。

制冰设备主要有两类：一类是直接蒸发式，另一类是间接冷冻式，即使用盐水或甘油等中间介质做为载冷体来制冰。

过去，人工制冷滑冰场常常采用间接式冷冻系统来制冰。间接式制冰系统实际上是一种两段式的系统。它是先以直接蒸发冷冻方式在蒸发器中将盐水或甘油等载冷体的温度降低到冰点以下，再用泵将低温盐水或甘油输送到滑冰场的冷冻排管中用以制冰。这种间接冷冻方式因为只能依靠载冷体和冰层的温度差传热而制冰，所以效率低而且耗电量大。又因为载冷体的温度差传热很有限，所以当冰表面上热负荷较大时，其冰表面很容易溶水。

现在的人工制冷滑冰场大多采用直接蒸发的方式制冰，即是把氟或氨等制冷剂液体直接输送到滑冰场的冷冻排管中，既依靠制冷剂与冰层的温度差传热来制冰，又可以依靠制冷剂由液态转变为气态时所吸收的相态潜热来制冰。所以，这种直接蒸发制冰系统所消耗的电能与间接冷冻系统相比可以减少45-60%。又因为冷冻排管中有充足的制冷剂液体可以随时蒸发吸热，所以其冰表面不易溶水。

目前世界各地人工制冷滑冰场的制冰设备大多采用开放式的活塞压缩制冷机，而不是采用半封闭式的螺杆压缩制冷机。制冷设备中的各个部件也多是杂乱无章地堆放在一起。虽然有一些也是整体式的制冰机组，但不是采用单排排列和对称布置的方式。其制冷压缩机也常常设置在整体式制冰机组的中部或下部，而不是最上部位置。因此，这些整体式制冰机组都是体积庞大，难于采用集装箱的方式运输，使运输费用高。而且机组占地面积也大，相应增加了滑冰场工程总的造价。

因此，本发明的目的是提供一种崭新的整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，这种机组通过采用直接蒸发的制冰方式可以提高效率，通过采用单排排列的方式使整体式制冰机组的体积大大缩小，可以装入集装箱内方便运输，并大大简化滑冰场现场的施工工作，减小机组占地面积使冷冻机房亦相应缩小，可以节省土建造价。

根据本发明，一种整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，包括：一个用以贮存低压低温制冷剂液体并且供循环使用的卧式制冷剂低压循环贮液罐;至少一台螺杆式制冷压缩机，在所述卧式制冷剂低压循环贮液罐上部与低压贮液罐平行排列;两个制冷剂供液装置，在所述卧式低压循环贮液罐下部的中心位置处呈对称式布置;两个卧式制冷剂高压容器，在所述供液装置的外侧呈对称式布置;连接所述各部件的制冷系统管线亦呈对称式布置;所述制冷压缩机、卧式制冷剂低压循环贮液罐以及制冷剂供液装置和卧式制冷剂高压容器等部件的中心轴线分为上、中、下三层，基本上排列于同一个垂直平面内，而且各同类部件均以整体机组的中垂面为准呈对称式布置。

下面参照附图、并结合本发明的最佳实施例进行详细说明，就会对本发明的目的、特征及优点会有更清楚的了解。附图图面简单说明如下：

图1是本发明整体式螺杆压缩冷冻制冰机组一种实施例的总成示意图，其中采用了半封闭式螺杆压缩机，供液鼓，和高压贮液罐;

图2是图1所示机组的俯视图;

图3是图1的左视图;

图4是沿图1中4-4线的剖视图;

图5是本发明整体式螺杆压缩冷冻制冰机组另一种实施例的总成示意图，其中采用了开放式螺杆压缩机，屏蔽式制冷剂液泵和水冷式冷凝器;

图6是图5所示机组的俯视图;

图7是图5的右视图;

图8是沿图5中8-8线的剖视图。

参照附图。图中示出了本发明整体式螺杆压缩冷冻制冰机组的组合结构，该制冰机组设有若干排用钢板折压制成的支撑板38，用以固定各个卧式罐体部件并且用以支撑整个整体式制冰机组。

整体式制冰机组的主体是1台卧式制冷剂低压循环贮液罐2，其功能是用以贮存低压低温之制冷剂液体并且供循环使用。在卧式低压循环贮液罐2的上部与低压贮液罐平行排列共设置4部或者是2部氟的或者是氨的螺杆式制冷压缩机1、其无论是氟系统或者是氨系统，若采用开放式的螺杆制冷压缩机，由于压缩机自身的长度较大，为了缩短整体式制冰机组的总长度，所以只采用2部开放式的螺杆制冷压缩机并且呈对称式排列设置，其每部螺杆式压缩机的制冷量均需大于或者等于滑冰场的维持运行冷负荷。这两部制冷压缩机其中一部运行而另一部则做为备用。而且在卧式低压循环贮液罐2的两侧斜下方须再设置2台卧式制冷剂与油的分离器33以及2台卧式油冷却器34和2台油泵35，该6台辅助设备部件同样各自呈对称式排列布置于整体式制冰机组上;又若采用半封闭式的螺杆制冷压缩机时，就目前全世界制冷机技术发展的情况看只能限于氟系统而不能用于氨系统，其所以设置4部半封闭式螺杆压缩机目的是为了减少整体式制冰机组总的装机制冷量，即：在开启3台制冷压缩机的情况下，即可以满足最热季节中滑冰场最大的维持运行冷负荷，而另1台做为备用制冷压缩机的制冷量只需要最大维持冷负荷量的33%即可，所以装设4部半封闭式螺杆制冷机的整体式制冰机组更容易随滑冰场维持冷负荷的变化而调节整体式制冰机组的制冷量，以便使滑冰场的投资额和日常运转费等指标均较低廉，使整体式制冰机组所含设备的总数量也减少，外形也更简洁。

下面对整体式制冰机组的运行原理以及各设备部件的功能作出进一步说明。

制冷循环：

经螺杆式制冷压缩机1的吸气阀8自卧式低压循环贮液罐2中吸入低压低温制冷剂蒸汽进入螺杆式制冷压缩机1内进行压缩，经过螺杆式制冷压缩机1的电动机做功，使低压低温制冷剂蒸汽经过压缩后变成高压高温气态制冷剂。

当高压高温气态制冷剂经由螺杆式制冷压缩机1的排气阀7排出后，如果整个冷冻制冰系统是采用风冷冷凝设备时，其高压高温气态制冷剂经排气管线并经过阀门9向上排至整体式制冰机组以外的冷凝管管线和风冷式冷凝设备中进行冷却，使高压高温气态制冷剂凝结成高压常温制冷剂液体，再经过阀门10而流回整体式制冰机组进入到卧式高压容器罐4中贮存;又如果整个冷冻制冰系统是采用水冷冷凝设备时，其整体式制冰机组将不设置排气阀9和回液阀10，该情况下由螺杆式制冷压缩机排气阀7排出之高压高温气态制冷剂将经由向下管线直接排到卧式高压容器罐4内，因此该卧式高压容器罐在风冷冷凝系统中是高压贮液罐，而在水冷冷凝系统中则是水冷冷凝器兼高压贮液罐，并且是以冷凝功能为主而以贮液功能为辅。水冷冷凝系统的冷却水是由安装在水冷冷凝器外端的立式冷却水泵39的电机做功而推动循环的。

贮存于卧式高压容器罐4中之高压常温液态制冷剂由其罐体附设之浮球液位计控制，当卧式高压容器罐4内之制冷剂液体液面达到上限位置时，自控阀14会自动开启使卧式高压容器罐4内之高压常温制冷剂液体靠其自身压力经过阀门11而排出并流经干燥过滤器12，再流经高压出液管13经电磁阀14后再经过节流阀15减压后再经过总供液阀6可以直接供液到滑冰场供液集管中用以制冰。此外高压常温制冷剂液体也可以经过高压出液管18再流经电磁阀19而进入上部之卧式低压循环贮液罐2中用以保持卧式低压循环贮液罐2内制冷剂液位的正常高度，该情况下之制冷剂入液是由卧式低压循环贮液罐2罐体中间部位低位之浮球液位计16控制电磁阀19，即是当卧式低压循环贮液罐2之低压低温制冷剂液体不足时可以自动补充入液，反之当低压低温制冷剂液体到达正常高度时，电磁阀19将不再开启。

当卧式低压循环贮液罐2内的低压低温液态制冷剂由于来自制冰系统经过总回气阀5的回流液体过多并且使卧式低压循环贮液罐2中的制冷剂液体上升到上限最高点时，装设在卧式低压循环贮液罐2罐体中间部位高位之浮球液位计17会自动停止罐体上部螺杆式制冷压缩机1之运行以防止液体制冷剂被吸入螺杆式制冷压缩机1中而造成损害。

当卧式低压循环贮液罐2内来自制冰系统的由低压低温制冷剂液体吸热蒸发变成的低压低温制冷剂蒸汽再次被吸入螺杆式制冷压缩机1时即完成了整体式制冰机组的制冷循环全过程。

制冰循环：

当供液鼓3中没有低压低温制冷剂液体时，由罐体下部部位的浮球液位计20控制使罐体上下部位的电磁阀22和23同时自动开启使卧式低压循环贮液罐2中的低压低温制冷剂液体靠其自身重力经过进液主管26及电磁阀23自下部注入供液鼓3中，而供液鼓3内原有剩余的低压低温制冷剂蒸汽由于受到自动流入的低压低温制冷剂液体的升挤会经过上部部位的电磁阀22以及管线27进入卧式低压循环贮液罐2中，而管线27一般称之为平衡管。

当供液鼓3中注满低压低温制冷剂液体后，由其罐体上部部位的浮球液位计21控制，使其上下部位之电磁阀22和23一齐自动关闭，与此同时其另一上下部位之电磁阀24和25则会自动开启，以引致卧式高压贮液罐4内之高压制冷剂气体通过管线28和电磁阀24而压入供液鼓3中，其后由于供液鼓3内之压力成倍增加，可以压挤供液鼓3内的低压低温制冷剂液体经由电磁阀25和液体过滤器26以及节流阀15，总供液阀6而进入滑冰场的供液集管中用以制冰。

当供液鼓3中低压低温制冷剂液体排空后，供液鼓3会再次循环上述两个过程，形成间歇式供液，以满足滑冰场制冰排管对低压低温制冷剂液体之需求。

低压低温制冷剂液体在滑水场制冰排管内由于吸收了外界的热量使其中一部分液体由低压低温液体蒸发变成低压低温之制冷剂蒸汽时，包括已经吸热蒸发变成低压低温蒸汽的制冷剂和没有吸热蒸发的原有低压低温液体制冷剂，将混合一起经过滑冰场的吸气集管和整体式制冰机组的总回气阀5被吸回整体式制冰机组的卧式制冷剂低压循环贮液罐2中，在此情况下低压低温制冷剂的蒸汽会被吸入到螺杆式制冷压缩机1内再参加制冷循环，而低压低温制冷剂的液体会继续贮存在卧式低压循环贮液罐2中再参加制冰循环。

如图5中所示，当整体式制冰机组不使用供液鼓3而采用屏蔽式制冷剂液泵31供液时，其卧式低压循环贮液罐2中的低压低温制冷剂液体可以依靠制冷剂供液泵31内的屏蔽电机作功使制冷剂液体经由卧式低压循环贮液罐2的出液管29、液体过滤器30而排入到整体式制冰机组的总供液管32中，再经由总供液阀6送往场地的冷冻供液集管中。其它功能均类同于供液鼓供液原理。

又当整体式制冰机组布设在高于滑冰场制冰排管的位置时，由于制冰机组卧式低压循环贮液罐2内的低压低温制冷剂液体可以依靠其本身重力自行流入滑冰场的制冰排管系统中，在此情况下，整体式制冰机组也可以不设置高压容器4和制冷剂供液装置3或31等部件，而由卧式低压循环贮液罐2直接向滑冰场的制冰系统供液，这样可以使整体式制冰机组的体积更小，系统亦更简洁。

安全装置：

在卧式高压容器4的罐体上设有定压自动排放的安全阀37，一当卧式高压容器4内的压力超过安全规定时，其安全阀37可以即时自动开启，并将部分高压制冷剂通过管线排放到卧式低压循环贮液罐2内，以确保运行安全，图示中36是制冷剂的真空压力表兼温度计。

在本发明整体式螺杆压缩冷冻制冰机组中，由于采用了螺杆式制冷压缩机，与活塞式制冷压缩机相比，其零件减少10倍，且震动小、噪音低、效率高，更节省空间。

本发明的制冰机组，由于采用整体式结构，可将众多设备组合成一个整体，在运抵滑冰场施工现场后，只须和滑冰场场地的管线以及电气系统相接即可以投入运转，大大缩短在施工现场的工作量和施工工期，而且由于机组可以在工厂预制加工，可以提高整个制冷系统的加工精度和质量。

在本发明的整体式制冰机组中，将螺杆式制冷压缩机设置在卧式低压循环贮液罐上方，而且各主要设备部件的中心轴线均以对称方式排列布置在同一垂直平面内，即所称之单排排列方式，因此使整个机组体积非常紧凑，易于在所有部件的两侧进行维修，也便于采用集装箱运输，降低运输费用。因为机组的体积小，可以大幅度降低冷冻制冰机房的占地面积，大量减少土建工程费用，由于整体式制冰机组的总宽度只有1米左右，因此甚至可以不设置单独的制冷机房而将整体式制冰机组设置在滑冰场场地下部宽度不大的地沟内。这种整体式制冰机组还特别适用于可搬迁的活动性滑冰场或临时性的滑冰场。

Claims (8)

1、一种整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，包括：

一个用以贮存低压低温制冷剂液体并且供循环使用的卧式制冷剂低压循环贮液罐；

至少一台螺杆式制冷压缩机在所述卧式制冷剂低压循环贮液罐上部与低压贮液罐平行排列；

两个制冷剂供液装置在所述卧式低压循环贮液罐下部的中心位置处呈对称式布置；

两个卧式制冷剂高压容器在所述供液装置的外侧呈对称式布置；

连接所述各部件的制冷系统管线亦呈对称式布置；

所述制冷压缩机、卧式制冷剂低压循环贮液罐以及制冷剂供液装置和卧式制冷剂高压容器等部件的中心轴线分为上、中、下三层，基本上排列于同一个垂直平面内，而且各同类部件均以整体机组的中垂面为准呈对称式布置。

2、根据权利要求1所述的整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，其特征在于所述制冷剂的供液装置为供液鼓。

3、根据权利要求1所述的整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，其特征在于所述制冷剂的供液装置为屏蔽式制冷剂液泵。

4、根据权利要求1所述的整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，其特征在于所述制冷剂的卧式高压容器为高压贮液罐。

5、根据权利要求1所述的整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，其特征在于所述制冷剂的卧式高压容器为水冷式冷凝器。

6、根据权利要求1至5中任一项所述的整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，其特征在于所述制冷压缩机为四台半封闭式氟利昂制冷剂螺杆压缩机。

7、根据权利要求1至5中任一项所述的整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，其特征在于所述制冷压缩机为两台开放式氟利昂或氨制冷剂螺杆压缩机。

8、一种整体式螺杆压缩冷冻制冰机组，包括：

一个用以贮存低压低温制冷剂液体并且供循环使用的卧式制冷剂低压循环贮液罐;

至少一台螺杆式制冷压缩机在所述卧式制冷剂低压循环贮液罐上部与低压贮液罐平行排列;

连接所述各部件的制冷系统管线亦呈对称式布置;

所述制冷压缩机和卧式制冷剂低压循环贮液罐等部件的中心轴线分为上、下两层，基本上排列于同一个垂直平面内，而且各同类部件均以整体机组的中垂面为准呈对称式布置。

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