CN114739069B - 一种耦合多级热回收和多模式喷射的二氧化碳制冰系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耦合多级热回收和多模式喷射的二氧化碳制冰系统，包括压缩机组、油分离器、热回收换热器组、回热器组、冷却塔、回油换热器、回油喷射器、喷射器组、第一膨胀阀、第二膨胀阀、第一气液分离罐、第二气液分离罐、低压循环桶、二氧化碳液泵和冰场冰面盘管；压缩机组包括高压级压缩机和低压级压缩机；热回收换热器组包括第一热回收换热器、第二热回收换热器和第三热回收换热器；回热器组包括第一回热器、第二回热器、第三回热器和第四回热器；本发明耦合高、低压级压缩过程，实现低压级压缩机与高压级压缩机既能够串联实现双级压缩，也能够并联实现单级压缩，提升了传统跨临界压缩过程的灵活性，并能使制冰系统达到最佳工况。

Description

一种耦合多级热回收和多模式喷射的二氧化碳制冰系统

技术领域

本发明涉及冰场制冷/制冰技术领域，特别涉及一种基于跨临界二氧化碳制冷循环的耦合多级热回收和多模式喷射的可调压缩系统。

背景技术

天然制冷剂工质二氧化碳相较于传统有机工质作为制冷/制冰系统的循环工质具有一定的优势。其作为自然工质，ODP为0且GWP为1，对臭氧层无破坏作用；其物性无毒不可燃，能够满足大型公共建筑的安全及可靠要求，在蓬勃发展的冰雪运动产业、新型的热泵空调系统、以及商超和运输车辆的空调、冷藏冷冻系统中均具有一定的应用。

在以二氧化碳为工质的跨临界制冷循环中，其基本循环过程主要由四个部件组成：分别为压缩机、气体冷却器、膨胀阀和蒸发器。压缩机过程实现将二氧化碳工质压力从低于临界压力压缩为高于临界压力，此时二氧化碳工质同时具有较高的温度，气体冷却器过程实现将高温高压的二氧化碳工质进行冷却放热的定压过程，膨胀阀的膨胀过程实现二氧化碳工质的节流，使其成为低温低压的流体，蒸发器实现二氧化碳工质吸热制冷，再重新进入压缩机中完成整个循环。

目前的主流冰场中，大多采用以HCFC(氢氯氟烃)或HFC(氢氟烃)为循环工质的制冷循环和以乙二醇为载冷剂的载冷循环方案，一方面，该方案由于采用传统的有机工质，在环境友好方面仍有欠缺；另一方面，由于制冷循环不能直接与冰场冰面换热，而需要采用乙二醇载冷循环作为媒介，这就增加了传热损失降低系统循环效率。

在跨临界二氧化碳制冷/制冰循环中，传统的四部件循环过程难以有效提升二氧化碳制冷COP，一方面，由于二氧化碳自身的物性使得在压缩过程中的压升大而压比小，这就增加了压缩机的能耗损失；另一方面，在气体冷却过程中的热量被冷却塔带走，该部分余热并未得到有效的利用；同时在膨胀阀的节流过程中，相较于传统有机工质，其节流损失较高，具备优化潜力。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，解决二氧化碳跨临界单级压缩过程能耗较高，解决高温高压的二氧化碳工质在冷却过程中浪费掉大量余热，解决膨胀阀节流过程节流损失较高、难以有效回收膨胀阀节流过程中有用功等问题，提供一种耦合多级热回收和多模式喷射的可调压缩跨临界二氧化碳制冰系统，本发明适用于冰场制冰系统的综合能量利用，能够提高能源利用效率、降低冰场制冰能耗、减少资源浪费与碳排放量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种耦合多级热回收和多模式喷射的二氧化碳制冰系统，包括压缩机组、油分离器、热回收换热器组、回热器组、冷却塔、回油换热器、回油喷射器、喷射器组、第一膨胀阀、第二膨胀阀、第一气液分离罐、第二气液分离罐、低压循环桶、二氧化碳液泵和冰场冰面盘管；

所述压缩机组包括高压级压缩机和低压级压缩机；热回收换热器组包括第一热回收换热器、第二热回收换热器和第三热回收换热器；回热器组包括第一回热器、第二回热器、第三回热器和第四回热器；

所述低压级压缩机的出口通过三通阀分为两个支路，其中一个支路与所述高压级压缩机的出口相连接后共同与所述油分离器的入口连接；另一个支路和所述第三热回收换热器的高温通道入口相连接；第三热回收换热器的出口通过管路与高压级压缩机的入口连接；高压级压缩机的入口还与第一回热器、第二回热器的低温通道出口连接以接收回热器组冷却后的二氧化碳流体；通过在各管路中设置相应的三通阀，实现低压级压缩机与高压级压缩机串联后形成双级压缩或并联后形成单级压缩；

所述油分离器的出口通过三通阀分别与第一热回收换热器的高温通道入口和高温通道出口相连接，所述第一热回收换热器的高温通道出口通过三通阀分别与所述第二热回收换热器的高温通道入口和高温通道出口相连接；所述第二热回收换热器的高温通道出口分为两条支路，其中一条支路分别与回油换热器的高温通道和回油喷射器的低压侧入口连接；另一条支路通过三通阀分别与所述冷却塔的入口和出口相连接；

所述冷却塔的出口通过三通阀分别与所述第一回热器的高温通道入口和高温通道出口相连接；所述第一回热器的高温通道出口通过三通阀分别与所述第二回热器的高温通道入口和高温通道出口相连接；所述第二回热器的高温通道出口通过三通阀分别与喷射器组的入口和第三回热器的高温通道入口相连接；所述第三回热器的高温通道出口与所述喷射器组的入口相连接；回热器组耦合了高温、中温、低温的全显热热回收过程，实现对冷却余热的梯级利用；

所述喷射器组包括第一膨胀阀和若干个功率不同的喷射器，第一膨胀阀及每个喷射器之间均为并联设置；喷射器组用于喷射低压级工质并在各个喷射器内汇合后进入所述第一气液分离罐；低压循环桶底部及高压级压缩机和低压级压缩机的底部油底壳管路存在的机油进入所述回油换热器的低温通道入口，回油换热器的低温通道出口与所述回油喷射器的低压侧入口相连接，所述回油喷射器的出口与所述第二气液分离罐的入口相连接；

第一气液分离罐用于将喷射后的气液两相二氧化碳工质分为气相和液相，气相二氧化碳工质从第一气液分离罐的上方出口流出，液相二氧化碳工质从第一气液分离罐的下方出口流出；第一气液分离罐的上方出口包括第一出口、第二出口、第三出口和第四出口，第一出口与第二回热器的低温通道入口相连接，用于冷却第二回热器高温通道侧内的二氧化碳工质，第二回热器的低温通道出口与高压级压缩机的入口连接；第二出口与第一回热器的低温通道入口相连接，用于冷却第一回热器高温通道侧内的二氧化碳工质，第一回热器的低温通道出口与高压级压缩机的入口连接；第三出口与低压循环桶连接，低压循环桶的底部通过管路依次与二氧化碳液泵和冰场冰面盘管连接，冰场冰面盘管的出口通过铜管与低压循环桶连接；

第四出口与第三回热器的低温通道入口相连接，用于冷却第三回热器高温通道侧内的二氧化碳工质，第三回热器的低温通道出口和第四回热器的低温通道出口通过一个三通阀与第二气液分离罐连接，第二气液分离罐的出口通过管路与高压级压缩机和低压级压缩机的入口连接形成完整循环；

第一气液分离罐的下方出口与第四回热器的低温通道入口连接，对第四回热器的高温通道侧二氧化碳工质进行降温，第四回热器的低温通道出口经过第二膨胀阀的节流作用后，进一步成为低温低压的气液两相二氧化碳工质，进入低压循环桶中。

进一步的，回热器组耦合了高温、中温、低温的全显热热回收过程，能够减少冷却过程的热量散失，具体如下：高温全显热回收水温在55摄氏度-95摄氏度，该部分热水能够供给生活用水加热、转轮除湿设备再生风加热、浇冰用水加热；中温全显热回收水温在40摄氏度到55摄氏度，该部分热水能够用作生活用水预热、浇冰用水预热、融冰盘管加热、防冻涨盘管加热；低温全显热回收水温在30摄氏度到40摄氏度，该部分热水能够用作地坪防冻加热、融冰池融冰。

进一步的，所述高压级压缩机包括第一压缩机和第二压缩机；低压级压缩机包括第三压缩机；第三压缩机将低温低压的二氧化碳工质压缩为中温中压的二氧化碳流体，第三压缩机的出口经由三通阀分为两个支路，其中一个支路直接与第一压缩机和第二压缩机的出口相连接；另一个支路与第三热回收换热器的高温通道入口连接，将第三压缩机压缩后的二氧化碳工质进行冷却；第三热回收换热器的出口经过三通阀分为两个支路，其中一个支路作为第一压缩机和第二压缩机的入口侧；第一压缩机和第二压缩机将经过压缩后冷却的二氧化碳工质进一步压缩为高温高压的二氧化碳流体，第一压缩机的入口通过三通阀分为两条支路，其中一条支路为经过第三热回收换热器的二氧化碳流体与经过第一回热器冷却后的二氧化碳流体；另一个支路为第二气液分离罐输出的低温低压二氧化碳流体；第二压缩机的入口通过三通阀分为两条支路，其中一条支路为经过第三热回收换热器的二氧化碳流体，另一条支路为经过第一回热器冷却后的二氧化碳流体和第二气液分离罐输出的低温低压二氧化碳流体。

进一步的，低压循环桶的下方设有液态二氧化碳工质出口，液态二氧化碳工质出口与二氧化碳液泵的入口相连接，经过二氧化碳液泵的升压作用，将液态且低温低压的二氧化碳工质泵入冰场冰面的盘管中，在冰场冰面的盘管内吸收热量进行蒸发过程，实现制冰功能，经过吸热的二氧化碳工质利用自身潜热进行蒸发后，成为低温低压的二氧化碳气相流体，重新进入低压循环桶中完成制冰循环。

进一步的，所述喷射器组包括四条并联的支路，其中三条支路每条支路上均设有一个喷射器和一个两通阀，最后一个支路上设有第一膨胀阀。

综上，针对压缩过程的耗功问题，本发明采用高低压双级压缩的优化设计思路，同时配备相应的管路旁通调节，实现低压级压缩机和高压级压缩机既可以双级工作，也可以将高、低压级压缩机并联在一起，实现单级压缩。双级压缩适应于夏日等温度较高的工作环境，而当冬天等工作环境温度较低时可以采用单级并联压缩，满足较高COP。同时辅以必要的中间换热器，提升压缩过程能效。

针对冷却放热过程的余热未能回收的问题，本发明基于能质匹配理论，开发出高温、中温、低温的三级余热回收结构，将该部分余热充分利用，并按照温度梯度进行分配；

针对节流过程的节流损失较高的问题，本发明提出了并联喷射、分液膨胀的结构优化思路，依据制冷需求进行喷射调节，有效降低节流损失，同时采用喷射与节流并联调节的模式，当运行工况不足以驱动喷射器时直接采用节流阀进行节流，增强其工况适应性。同时，为了确保冰场制冰的功能，本发明在实际运行的过程中充分考虑了回油系统，兼具创新引领性和实用性。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明通过对二氧化碳制冰系统层面的结构合理化设计，耦合高、低压级压缩过程，在减少压缩机能耗的基础上，通过多个三通阀的结构设计，实现低压级压缩机与高压级压缩机既能够串联实现双级压缩，也能够并联实现单级压缩，提升了传统跨临界压缩过程的灵活性，同时，压缩机启停数量根据制冷系统吸气压力和冰面温度控制，根据冰面负荷调整压缩机组运行的数量，达到最佳工况，进一步节约能耗。例如当冰场运行于冬季等工作环境温度较低的条件时，可以采用单级压缩，即通过将低压级和高压级压缩机并联的构型，满足能效要求的同时减少二氧化碳制冰系统运行控制复杂程度，当冰场运行于夏季等工作环境温度较高的条件时，采用高低压级的双级压缩过程，提升制冰机组COP的同时，提供多股显热予以回收利用。

2.本发明通过耦合高温、中温、低温显热热回收过程，能够有效减少冷却过程的热量散失，将这部分余热进行梯级充分利用，以供给生活用水、除湿设备再生风加热、浇冰用水加热、融冰盘管加热、防冻涨盘管加热等，回热器组省去了额外增加的加热系统的耗电，还分担了制冷系统的冷凝热负荷，大大降低了气体冷却器的能耗。

3.本发明通过耦合多模式的并联喷射过程，实现高压级节流与低压级喷射，通过喷射比等运行参数的调控，增加二氧化碳制冰系统运行抗外界干扰能力，提高二氧化碳制冰系统运行效率；同时配备高压级和低压级的膨胀阀的节流过程，起到与喷射器互相补充的作用，即当制冰机组运行超出喷射器的工作范围时，通过切换至膨胀阀工作。通过引入回油加热过程和回油喷射过程，克服传统供油耗费额外的功，实现二氧化碳制冰系统自适应回油。

4.本发明中设置的三通阀等均可以通过控制实现管路切换和开度调节，当制冷/制冰需求发生变化时，通过阀门开度调节增加二氧化碳制冰系统的稳定性，提高二氧化碳制冰系统追踪冷负荷的能力。

附图说明

图1为本发明二氧化碳制冰系统的结构示意图。

附图标记：101-第一压缩机，102-第二压缩机，103-第三压缩机，201-第一热回收换热器，202-第二热回收换热器，203-第三热回收换热器，301-第一回热器，302-第二回热器，303-第三回热器，304-第四回热器，305-回油换热器，401-第一喷射器，402-第二喷射器，403-第三喷射器，404-回油喷射器，501-第一膨胀阀，502-第二膨胀阀，701-第一气液分离罐，702-第二气液分离罐，601-三通阀，602-三通阀，603-三通阀，604-三通阀，605-三通阀，606-三通阀，607-三通阀，608-三通阀，609-三通阀，610-三通阀，611-三通阀，612-三通阀，613-三通阀，614-三通阀，801-两通阀，802-两通阀，803-两通阀，1-油分离器，2-冷却塔，3-低压循环桶，4-二氧化碳液泵，5-冰场冰面盘管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例提供一种适用于冰场的耦合多级热回收和多模式喷射的可调压缩跨临界二氧化碳制冰系统，具体包括压缩机组、油分离器1、热回收换热器组、回热器组、冷却塔2、回油换热器305、回油喷射器404、喷射器组、第一膨胀阀501、第二膨胀阀502、三通阀601-614、第一气液分离罐701、第二气液分离罐702、低压循环桶3、二氧化碳液泵4、冰场冰面盘管5。其中压缩机组包括第一压缩机101、第二压缩机102、第三压缩机103；热回收换热器组包括第一热回收换热器201、第二热回收换热器202、第三热回收换热器203；回热器组包括第一回热器301、第二回热器302、第三回热器303、第四回热器304；喷射器组包括第一喷射器401、第二喷射器402、第三喷射器403；

本实施例中第一压缩机101和第二压缩机102为高压级压缩机，第三压缩机103为低压级压缩机。第三压缩机103将低温低压的二氧化碳工质压缩为中温中压的二氧化碳流体，其出口经由三通阀603分为两个支路，其中一个支路直接与第一压缩机101和第二压缩机102的出口相连接，另一个支路则进入三通阀614。经过三通阀614的中温中压二氧化碳流体经过第三热回收换热器203的高温通道，将第三压缩机103压缩后的具有一定温度的二氧化碳工质进行冷却，该冷却过程作为低温级热回收过程，加热第三热回收换热器203内低温通道中的流体水，经过第三热回收换热器203的二氧化碳工质温度得到了降低，第三热回收换热器203的出口经过三通阀613后分为两个支路，其中一个支路作为第一压缩机101和第二压缩机102的入口侧，另一个支路则进入到三通阀611；

第一压缩机101和第二压缩机102将经过压缩后冷却的二氧化碳工质进一步压缩为高温高压的二氧化碳流体，第一压缩机101的入口为三通阀601的出口，三通阀601的其中一个入口支路为第三热回收换热器203输出的压缩冷却后的二氧化碳流体与经过第一回热器301冷却后的二氧化碳流体，三通阀601的另一个入口支路为第二气液分离罐702输出的低温低压二氧化碳流体，第一压缩机101的两个入口支路之间通过三通阀601的控制，既可以实现第三压缩机103与第一压缩机101、第二压缩机102的串联以实现双级压缩，也可以实现由低温低压的二氧化碳工质直接经过第一压缩机101进行压缩的过程的灵活切换与调控。其中，第二压缩机102与第一压缩机101为平行设计，第二压缩机102的入口为三通阀602的出口，三通阀602的其中一个入口支路为第三热回收换热器203输出的压缩冷却后的二氧化碳流体，另一个支路为经过第二回热器302冷却后的二氧化碳流体与经过第一回热器301冷却后的二氧化碳流体，同时，三通阀603的设置能够实现第三压缩机103不经过第三热回收换热器203而直接将二氧化碳工质压缩至高温高压状态的过程，实现与高压级压缩机的并联切换与调控。

第一压缩机101、第二压缩机102、第三压缩机103的出口进行汇合进入油分离器1中，将二氧化碳中所携带的机油进行分离，能够有效降低蒸发过程中的传热损失。

油分离器1出口与三通阀604相连接后分为两个支路，其中一个支路与第一热回收换热器201的高温通道侧入口相连接，由于被压缩机压缩后的二氧化碳工质自身的温度较高，其冷却过程会浪费大量的热，在传统的制冷循环中这部分热量均会由冷却塔带走，造成了一定的浪费，具有可观的热回收潜力。因此本支路能够将水进行加热，对该高温显热部分进行利用，分析结果表面，该部分热水能够加热至95摄氏度；另一支路直接与第一热回收换热器201的高温通道侧出口相连后共同与三通阀605连接。该三通阀604的作用是实现第一热回收换热器201的旁通调节。

经过三通阀605的二氧化碳工质分为两个支路，其中一个支路经过第二热回收换热器202，将剩余的中温段二氧化碳余热进行进一步的利用。另一支路直接与第二热回收换热器202的高温通道侧出口相连接，该三通阀605的作用是实现第二热回收换热器202的旁通调节。三通阀605支路与第二热回收换热器202的高温通道侧出口相汇合后的二氧化碳工质形成两个支路，其中一个支路进入三通阀606中，另外一个支路则进一步分为两个子支路，其中一个子支路进入到回油换热器305高温通道侧入口，对制冰系统中需要喷射的机油进行预热，另一子支路则直接进入回油喷射器404中，喷射经过回油换热器305的低温通道侧被加热的机油，二个子支路汇合后通过回油喷射器404的出口返回值低温测二氧化碳管路中，随管路流体进一步流至第二气液分离罐702中。由于冰场冰面盘管内制冷剂中混合的机油(润滑油)不易被带回压缩机，从而引发换热效率低，压缩机失油等问题，针对该问题，通过回油喷射与进油预热装置，克服回油不通畅，提高制冷效果。第一热回收回热器201、第二热回收换热器202、第三热回收换热器203的作用为利用高温高压的二氧化碳显热，通过换热降低二氧化碳的温度，基于高温、中温、低温的梯级利用思想，对该部分显热予以利用，降低冷却塔2耗能。其中低压循环桶3底部及第一压缩机101、第二压缩机102和第三压缩机103的底部油底壳管路存在的机油进入回油换热器305的低温通道入口，回油换热器305的低温通道出口与回油喷射器404的低压侧入口相连接。

经过三通阀606的二氧化碳工质分为两个支路，其中一个支路进入冷却塔2的入口，二氧化碳工质的温度得到进一步的降低，另一支路与冷却塔2出口二氧化碳工质汇合进入三通阀607。

经过三通阀607的二氧化碳被进一步分为两个支路，其中一个支路进入第一回热器301高温通道侧入口，在该第一回热器301中的二氧化碳被来自于第一气液分离罐701的第二出口的气态二氧化碳降温，另一支路则与第一回热器301高温通道侧出口汇合进入三通阀608。

经过三通阀608后的二氧化碳工质分为两个支路，其中一个支路进入第二回热器302高温通道侧入口，在该第二回热器302中的二氧化碳被来自于第一气液分离罐701的第一出口的气态二氧化碳降温，另一支路则与第二回热器302高温通道侧出口汇合后进入三通阀609。

经过三通阀609的二氧化碳工质分为两个支路，其中一个支路进入第三回热器303的高温通道侧入口，第三回热器303的高温通道侧出口与回油换热器305的高温通道侧出口汇合，与经过三通阀609出口的另外一个支路汇合，进入并联喷射器组的入口。第一回热器301、第二回热器302、第三回热器303和第四回热器304的作用为降低节流前工质温度，减少节流损失，同时能够对进入压缩机入口的二氧化碳进行预热，提升压缩机入口温度，提升压缩机运行效率。

本实施例中喷射器组包含四个相互并联的支路，第一条支路为相互并联的第一喷射器401和两通阀801，第二条支路为相互并联的第二喷射器402和两通阀802，第三条支路为相互并联的第三喷射器403和两通阀803，第四条支路为第一膨胀阀501；这种多个并联的喷射器可以实现节流过程，并将低压侧的二氧化碳工质喷射汇合。该并联喷射器组的作用为提升节流过程的效率，降低节流损失，通过调节喷射比等运行参数，追踪冷却负荷的变化，提高该系统的灵活性。同时设置了一条不含有喷射器的支路，而是采用第一膨胀阀501代替，直接进行节流过程，每个支路上可以配备相应的阀门进行流量调控。喷射或直接膨胀节流汇合后的出口进入到第一气液分离罐701中，该第一气液分离罐701的作用是将喷射后的气液两相二氧化碳工质分为气相和液相，气相二氧化碳工质从第一气液分离罐701的上四个出口流出，而液相二氧化碳工质则从第一气液分离罐701的下方出口流出。

第一气液分离罐701的第一出口与第二回热器302的低温通道侧入口相连接，该部分气态二氧化碳用来冷却第二回热器302的高温通道侧内的二氧化碳工质。经过升温后的第二回热器302低温通道侧内的二氧化碳出口与三通阀602的一条支路相连接，该部分二氧化碳会进入到第二压缩机102中完成整个循环。

第一气液分离罐701的第二出口与第一回热器301的低温通道侧入口相连接，该部分气态二氧化碳用来冷却第一回热器301的高温通道侧内的二氧化碳工质。经过升温后的第一回热器301低温通道侧内的二氧化碳出口汇合至高压级压缩机的入口管路，进入高压级第一压缩机101和第二压缩机102中完成整个循环。

第一气液分离罐701的第三出口直接进入桶泵组的低压循环桶3中，低压循环桶的底部通过管路依次与二氧化碳液泵4和冰场冰面盘管5连接，冰场冰面盘管5的出口通过铜管与低压循环桶连接。

第一气液分离罐701的第四出口与第三回热器303的低温通道侧入口相连接，该部分气态二氧化碳用来冷却第三回热器303的高温通道侧内的二氧化碳工质。经过升温后的第三回热器303低温通道侧内的二氧化碳出口与三通阀610相连接，与第四回热器304低温通道侧出口的二氧化碳工质汇合进入第二气液分离罐702中。第二气液分离罐702的出口则进入到低压级压缩机入口管路中，进入第三压缩机103或直接经过三通阀601进入到第一压缩机101中完成整个循环。

上述四条第一气液分离罐701的出口支路的二氧化碳工质均不直接参与冰场冰面的蒸发过程，旨在提升制冰系统的运行效率。第一气液分离罐701的下方第五出口为液态二氧化碳出口，该出口通过第四回热器304的低温通道侧入口后，对第四回热器304的高温通道侧二氧化碳工质进行降温，自身温度有一定的升高，其第四回热器304低温通道侧工质出口经过第二膨胀阀502的节流作用后，进一步成为低温低压的气液两相二氧化碳工质，进入低压循环桶3中。

低压循环桶3上方出口为气态二氧化碳工质，该出口与三通阀612相连接，经过三通阀612后的二氧化碳气体分为两个支路，其中一个支路进入第四回热器304的低温通道侧，另一支路进入三通阀611。低压循环桶3下方出口为液态二氧化碳工质，该出口与二氧化碳液泵4的入口相连接，经过二氧化碳液泵4的升压作用，将液态的低温低压的二氧化碳工质泵入冰场冰面盘管5中，在冰场冰面盘管5内吸收热量进行蒸发过程，实现制冰功能，经过吸热的低压二氧化碳工质利用其潜热进行蒸发后，成为低温低压的二氧化碳气相流体，通过铜管重新进入低压循环桶3中完成该部分制冰循环。

最后需要指出的是：以上实例仅用以说明本发明的计算过程，而非对其限制。尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实例所记载的计算过程进行修改，或者对其中部分参数进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应计算方法的本质脱离本发明计算方法的精神和范围。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种耦合多级热回收和多模式喷射的二氧化碳制冰系统，其特征在于，包括压缩机组、油分离器、热回收换热器组、回热器组、冷却塔、回油换热器、回油喷射器、喷射器组、第一膨胀阀、第二膨胀阀、第一气液分离罐、第二气液分离罐、低压循环桶、二氧化碳液泵和冰场冰面盘管；

所述压缩机组包括高压级压缩机和低压级压缩机；热回收换热器组包括第一热回收换热器、第二热回收换热器和第三热回收换热器；回热器组包括第一回热器、第二回热器、第三回热器和第四回热器；

所述低压级压缩机的出口通过三通阀分为两个支路，其中一个支路与所述高压级压缩机的出口相连接后共同与所述油分离器的入口连接；另一个支路和所述第三热回收换热器的高温通道入口相连接；第三热回收换热器的出口通过管路与高压级压缩机的入口连接；高压级压缩机的入口还与第一回热器、第二回热器的低温通道出口连接以接收回热器组冷却后的二氧化碳流体；通过在各管路中设置相应的三通阀，实现低压级压缩机与高压级压缩机串联后形成双级压缩或并联后形成单级压缩；

所述油分离器的出口通过三通阀分别与第一热回收换热器的高温通道入口和高温通道出口相连接，所述第一热回收换热器的高温通道出口通过三通阀分别与所述第二热回收换热器的高温通道入口和高温通道出口相连接；所述第二热回收换热器的高温通道出口分为两条支路，其中一条支路分别与回油换热器的高温通道和回油喷射器的低压侧入口连接；另一条支路通过三通阀分别与所述冷却塔的入口和出口相连接；

所述冷却塔的出口通过三通阀分别与所述第一回热器的高温通道入口和高温通道出口相连接；所述第一回热器的高温通道出口通过三通阀分别与所述第二回热器的高温通道入口和高温通道出口相连接；所述第二回热器的高温通道出口通过三通阀分别与喷射器组的入口和第三回热器的高温通道入口相连接；所述第三回热器的高温通道出口与所述喷射器组的入口相连接；回热器组耦合了高温、中温、低温的全显热热回收过程，实现对冷却余热的梯级利用；

所述喷射器组包括第一膨胀阀和若干个功率不同的喷射器，第一膨胀阀及每个喷射器之间均为并联设置；喷射器组用于喷射低压级工质并在各个喷射器内汇合后进入所述第一气液分离罐；低压循环桶底部及高压级压缩机和低压级压缩机的底部油底壳管路存在的机油进入所述回油换热器的低温通道入口，所述回油换热器的低温通道出口与所述回油喷射器的低压侧入口相连接，所述回油喷射器的出口与所述第二气液分离罐的入口相连接；

第一气液分离罐用于将喷射后的气液两相二氧化碳工质分为气相和液相，气相二氧化碳工质从第一气液分离罐的上方出口流出，液相二氧化碳工质从第一气液分离罐的下方出口流出；第一气液分离罐的上方出口包括第一出口、第二出口、第三出口和第四出口，第一出口与第二回热器的低温通道入口相连接，用于冷却第二回热器高温通道侧内的二氧化碳工质，第二回热器的低温通道出口与高压级压缩机的入口连接；第二出口与第一回热器的低温通道入口相连接，用于冷却第一回热器高温通道侧内的二氧化碳工质，第一回热器的低温通道出口与高压级压缩机的入口连接；第三出口与低压循环桶连接，低压循环桶的底部通过管路依次与二氧化碳液泵和冰场冰面盘管连接，冰场冰面盘管的出口通过铜管与低压循环桶连接；

第四出口与第三回热器的低温通道入口相连接，用于冷却第三回热器高温通道侧内的二氧化碳工质，第三回热器的低温通道出口和第四回热器的低温通道出口通过一个三通阀与第二气液分离罐连接，第二气液分离罐的出口通过管路与高压级压缩机和低压级压缩机的入口连接形成完整循环；

第一气液分离罐的下方出口与第四回热器的低温通道入口连接，对第四回热器的高温通道侧二氧化碳工质进行降温，第四回热器的低温通道出口经过第二膨胀阀的节流作用后，进一步成为低温低压的气液两相二氧化碳工质，进入低压循环桶中。

2.根据权利要求1所述一种耦合多级热回收和多模式喷射的二氧化碳制冰系统，其特征在于，回热器组耦合了高温、中温、低温的全显热热回收过程，能够减少冷却过程的热量散失，具体如下：高温全显热回收水温在55摄氏度-95摄氏度，该部分热水能够供给生活用水加热、转轮除湿设备再生风加热、浇冰用水加热；中温全显热回收水温在40摄氏度到55摄氏度，该部分热水能够用作生活用水预热、浇冰用水预热、融冰盘管加热、防冻涨盘管加热；低温全显热回收水温在30摄氏度到40摄氏度，该部分热水能够用作地坪防冻加热、融冰池融冰。

3.根据权利要求1所述一种耦合多级热回收和多模式喷射的二氧化碳制冰系统，其特征在于，所述高压级压缩机包括第一压缩机和第二压缩机；低压级压缩机包括第三压缩机；第三压缩机将低温低压的二氧化碳工质压缩为中温中压的二氧化碳流体，第三压缩机的出口经由三通阀分为两个支路，其中一个支路直接与第一压缩机和第二压缩机的出口相连接；另一个支路与第三热回收换热器的高温通道入口连接，将第三压缩机压缩后的二氧化碳工质进行冷却；第三热回收换热器的出口经过三通阀分为两个支路，其中一个支路作为第一压缩机和第二压缩机的入口侧；第一压缩机和第二压缩机将经过压缩后冷却的二氧化碳工质进一步压缩为高温高压的二氧化碳流体，第一压缩机的入口通过三通阀分为两条支路，其中一条支路为经过第三热回收换热器的二氧化碳流体与经过第一回热器冷却后的二氧化碳流体；另一个支路为第二气液分离罐输出的低温低压二氧化碳流体；第二压缩机的入口通过三通阀分为两条支路，其中一条支路为经过第三热回收换热器的二氧化碳流体，另一条支路为经过第一回热器冷却后的二氧化碳流体和第二气液分离罐输出的低温低压二氧化碳流体。

4.根据权利要求1所述一种耦合多级热回收和多模式喷射的二氧化碳制冰系统，其特征在于，低压循环桶的下方设有液态二氧化碳工质出口，液态二氧化碳工质出口与二氧化碳液泵的入口相连接，经过二氧化碳液泵的升压作用，将液态且低温低压的二氧化碳工质泵入冰场冰面的盘管中，在冰场冰面的盘管内吸收热量进行蒸发过程，实现制冰功能，经过吸热的二氧化碳工质利用自身潜热进行蒸发后，成为低温低压的二氧化碳气相流体，重新进入低压循环桶中完成制冰循环。

5.根据权利要求1所述一种耦合多级热回收和多模式喷射的二氧化碳制冰系统，其特征在于，所述喷射器组包括四条并联的支路，其中三条支路每条支路上均设有一个喷射器和一个两通阀，最后一个支路上设有第一膨胀阀。