CN114739071B - 一种冰场制冷设备及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种冰场制冷设备，包括二氧化碳制冷剂泵，用于将低压循环桶中的液态二氧化碳输送至冰场换热盘管；冰场换热盘管，与二氧化碳制冷剂泵相连，用于利用液态二氧化碳进行冰场制冷，生成气液混合二氧化碳；低压循环桶，与冰场换热盘管和二氧化碳制冷剂泵相连，用于对气液混合二氧化碳进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；平行压缩机组，与低压循环桶相连，用于对气态二氧化碳进行平行压缩得到液态二氧化碳，并输送至低压循环桶。应用本申请所提供的技术方案，实现了对冰面温度的直接控制，提高了冰场制冷效率和冰面温度控制精度；采用二氧化碳作为制冷剂，解决了环保问题。本申请还公开了一种冰场制冷系统，具有上述有益效果。

Description

一种冰场制冷设备及系统
技术领域
本申请涉及制冷技术领域，尤其涉及一种冰场制冷设备及系统。
背景技术
随着社会发展与大众对生活水平要求的上升，冰雪运动受到越来越多的人的青睐，为促进冰上运动的发展，建设智能化的人工冰场尤为重要。传统的制冷冰场一般采用乙二醇载冷冰场系统，在进行冰面温度控制时，是通过控制乙二醇盐水机组的出水温度间接控制冰面温度，由于不直接控制冰面温度，造成了冰面温度控制精度差且制冷效率低下的问题；此外，由于采用氟利昂作为制冷剂，因此，还存在破坏环境、不环保的问题。
因此，如何在提高冰场制冷效率的同时，提高冰面温度控制精度，并解决环保问题是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种冰场制冷设备，该冰场制冷设备可以有效提高冰场制冷效率和冰面温度控制精度，同时解决环保问题；本申请的另一目的是提供一种冰场制冷系统，也具有上述有益效果。
第一方面，本申请提供了一种冰场制冷设备，包括：
二氧化碳制冷剂泵，用于将低压循环桶中的液态二氧化碳输送至冰场换热盘管；
所述冰场换热盘管，与所述二氧化碳制冷剂泵相连，用于利用所述液态二氧化碳进行冰场制冷，生成气液混合二氧化碳；
所述低压循环桶，与所述冰场换热盘管和所述二氧化碳制冷剂泵相连，用于对所述气液混合二氧化碳进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；
平行压缩机组，与所述低压循环桶相连，用于对所述气态二氧化碳进行平行压缩得到液态二氧化碳，并输送至所述低压循环桶。
可选地，所述平行压缩机组包括：主活塞式压缩机，平行活塞式压缩机，第一回热器，第二回热器，闪蒸器，绝热气冷器；
所述第一回热器、所述第二回热器、所述绝热气冷器均连接于所述闪蒸器；
所述主活塞式压缩机连接于所述第一回热器；
所述平行活塞式压缩机连接于所述第二回热器；
所述主活塞式压缩机和所述平行活塞式压缩机均连接于所述绝热气冷器；
所述平行压缩机组通过所述第一回热器与所述低压循环桶相连。
可选地，所述第一回热器和所述低压循环桶之间的连接管路上设置有二次节流电子膨胀阀；所述第二回热器和所述闪蒸器之间的连接管路上设置有一次节流电子膨胀阀。
可选地，所述主活塞式压缩机和所述第一回热器之间设置有油气液分离器，所述油气液分离器与所述主活塞式压缩机之间设置有动态热虹吸吸油管。
可选地，所述平行压缩机组还包括回油加热器，所述回油加热器连接所述二氧化碳制冷剂泵和所述第一回热器。
可选地，所述平行压缩机组还包括油分离器，所述油分离器设置于所述主活塞式压缩机和所述绝热气冷器之间，以及所述平行活塞式压缩机与所述绝热气冷器之间。
可选地，所述主活塞式压缩机和所述平行活塞式压缩机中均设置有油平衡控制器；
所述主活塞式压缩机通过所述油平衡控制器与所述油分离器相连；
所述平行活塞式压缩机通过所述油平衡控制器与所述油分离器相连。
可选地，所述油分离器和所述绝热气冷器之间设置有热回收机组。
可选地，所述热回收机组包括高温热回收器和低温热回收器；
所述高温热回收器与所述低温热回收器相连；
所述热回收机组通过所述高温热回收器与所述油分离器连接，通过所述低温热回收器与所述绝热气冷器连接。
第二方面，本申请提供了一种冰场制冷系统，包括：
如上所述的任意一种冰场制冷设备；
主控设备，与所述冰场制冷设备相连，用于控制所述冰场制冷设备的运行状态。
本申请所提供的一种冰场制冷设备，包括二氧化碳制冷剂泵，用于将低压循环桶中的液态二氧化碳输送至冰场换热盘管；所述冰场换热盘管，与所述二氧化碳制冷剂泵相连，用于利用所述液态二氧化碳进行冰场制冷，生成气液混合二氧化碳；所述低压循环桶，与所述冰场换热盘管和所述二氧化碳制冷剂泵相连，用于对所述气液混合二氧化碳进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；平行压缩机组，与所述低压循环桶相连，用于对所述气态二氧化碳进行平行压缩得到液态二氧化碳，并输送至所述低压循环桶。应用本申请所提供的技术方案，通过二氧化碳制冷剂泵将低压循环桶中的液态二氧化碳输送至冰面换热盘管进行冰场制冷，使得液态二氧化碳可以直接进入冰面换热盘管，无任何中间换热环节，实现了对冰面温度的直接控制，可以有效提高冰场制冷效率和冰面温度控制精度；并且，对于冰场制冷过程中所产生的气液混合二氧化碳，在通过低压循环桶进行气液分离之后，利用平行压缩机组将气态二氧化碳压缩为液态二氧化碳，并传输回低压循环桶，实现了二氧化碳在冰场制冷过程中的循环，基于平行压缩技术压缩效率高的特性，可以使得冰场制冷效率得到进一步提升；此外，由于二氧化碳是自然工质，采用二氧化碳作为制冷剂，对环境更为友好，绿色环保。
本申请所提供的一种冰场制冷系统，也具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。
图1为本申请实施例提供的一种冰场制冷设备的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种平行压缩机组的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种冰场制冷设备的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种冰场制冷系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种冰场制冷设备。
请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种冰场制冷设备的结构示意图，该冰场制冷设备可包括：
二氧化碳制冷剂泵1，用于将低压循环桶3中的液态二氧化碳输送至冰场换热盘管2；
冰场换热盘管2，与二氧化碳制冷剂泵1相连，用于利用液态二氧化碳进行冰场制冷，生成气液混合二氧化碳；
低压循环桶3，与冰场换热盘管2和二氧化碳制冷剂泵1相连，用于对气液混合二氧化碳进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；
平行压缩机组4，与低压循环桶3相连，用于对气态二氧化碳进行平行压缩得到液态二氧化碳，并输送至低压循环桶3。
本申请实施例所提供的冰场制冷设备包括二氧化碳制冷剂泵1、冰场换热盘管2、低压循环桶3以及平行压缩机组4，二氧化碳制冷剂泵1、冰场换热盘管2和平行压缩机组4均连接于低压循环桶3，且二氧化碳制冷剂泵1与冰场换热盘管2相连，基于该冰场制冷设备即可实现冰场制冷。
其中，二氧化碳制冷剂泵1与冰场制冷过程同开同停，也就是说，当二氧化碳制冷剂泵1 开启时，冰场制冷设备开始运行进行冰场制冷，当二氧化碳制冷剂泵1停止时，冰场制冷设备停止运行结束冰场制冷。
在此基础上，基于冰场制冷设备进行冰场制冷的实现流程可以包括：首先，在二氧化碳制冷剂泵1开启之后，开始为传输液态二氧化碳提供动力，实现将低压循环桶3中贮存的液态二氧化碳输送至冰场换热盘管2；其次，冰场换热盘管2用于实现冰场制冷，因此，在其接收到二氧化碳制冷剂泵1输送的液态二氧化碳之后，即可开始进行换热以实现冰场制冷，同时，在冰场制冷过程中，液态二氧化碳将会转变为气液混合二氧化碳；进一步，冰场换热盘管2 将该气液混合二氧化碳输送回低压循环桶3，该低压循环桶3具有气液分离功能，可以对气液混合二氧化碳进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳，其中，液态二氧化碳贮存于自身，用于继续向冰场换热盘管2进行输送实现冰场制冷，气态二氧化碳则输送至平行压缩机组4进行处理；最后，平行压缩机组4将气态二氧化碳压缩为液态二氧化碳，并传输回低压循环桶3，用于继续向冰场换热盘管2进行输送实现冰场制冷。由此，完成了二氧化碳在冰场制冷过程中的循环，实现了基于二氧化碳制冷剂的冰场制冷。
可见，本申请实施例所提供的冰场制冷设备，通过二氧化碳制冷剂泵将低压循环桶中的液态二氧化碳输送至冰面换热盘管进行冰场制冷，使得液态二氧化碳可以直接进入冰面换热盘管，无任何中间换热环节，实现了对冰面温度的直接控制，可以有效提高冰场制冷效率和冰面温度控制精度；并且，对于冰场制冷过程中所产生的气液混合二氧化碳，在通过低压循环桶进行气液分离之后，利用平行压缩机组将气态二氧化碳压缩为液态二氧化碳，并传输回低压循环桶，实现了二氧化碳在冰场制冷过程中的循环，基于平行压缩技术压缩效率高的特性，可以使得冰场制冷效率得到进一步提升；此外，由于二氧化碳是自然工质，采用二氧化碳作为制冷剂，对环境更为友好，绿色环保。
在上述实施例的基础上：
在本申请的一个实施例中，请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种平行压缩机组的结构示意图，该平行压缩机组4可以包括：主活塞式压缩机41，平行活塞式压缩机42，第一回热器43，第二回热器44，闪蒸器45，绝热气冷器46；
第一回热器43、第二回热器44、绝热气冷器46均连接于闪蒸器45；
主活塞式压缩机41连接于第一回热器43；
平行活塞式压缩机42连接于第二回热器44；
主活塞式压缩机41和平行活塞式压缩机42均连接于绝热气冷器46；
平行压缩机组4通过第一回热器43与低压循环桶3相连。
如上所述，平行压缩机组4的作用在于将气态二氧化碳压缩为液态二氧化碳，并传输回低压循环桶3中。在此基础上，基于平行压缩机组4将气态二氧化碳压缩为液态二氧化碳的实现流程可以包括：
首先，经过低压循环桶3分离后的气态二氧化碳被输送至第一回热器43，由第一回热器 43对该气态二氧化碳和闪蒸器45输送的中压液态二氧化碳进行换热，并将换热后的过热低温低压气态二氧化碳输送至主活塞式压缩机41进行压缩。其中，闪蒸器45用于实现气液分离，因此，其在将经过气液分离得到的中压液态二氧化碳输送至第一回热器43的同时，会将经过气液分离得到的过热中压气态二氧化碳输送至第二回热器44，由第二回热器44对其进行换热之后输送至平行活塞式压缩机42进行压缩。进一步，经过主活塞式压缩机41压缩得到的排气 (二氧化碳)和经过平行活塞式压缩机42压缩得到的排气(二氧化碳)均会被输送至绝热气冷器46进行冷却。最后，绝热气冷器46冷却后的二氧化碳被输送至闪蒸器45进行气液分离，分离后的气态二氧化碳将会经过第二回热器44加热后进入平行活塞式压缩机42进行吸气，分离后的液态二氧化碳将会经过第一回热器43过冷后进入低压循环桶3。由此，完成了基于平行压缩机组4压缩气态二氧化碳的实现流程。
在本申请的一个实施例中，第一回热器43和低压循环桶3之间的连接管路上设置有二次节流电子膨胀阀；第二回热器44和闪蒸器45之间的连接管路上设置有一次节流电子膨胀阀。
具体而言，在第一回热器43和低压循环桶3之间的连接管路上，以及第二回热器44和闪蒸器45之间的连接管路上均设置相应的节流电子膨胀阀，即可结合平行压缩机组4的实际运行状态，通过控制节流电子膨胀阀的开启度控制二氧化碳制冷剂的传输状态，以尽可能的减少二氧化碳制冷剂的充注量。可以理解的是，二氧化碳临界温度低31.1℃，相对其他制冷剂压力高，安全风险大，因此，尽可能的减少二氧化碳制冷剂的充注量可以有效降低安全风险。
基于此，在二氧化碳输送过程中，经过绝热气冷器46冷却后的二氧化碳先经过一次节流后被输送至闪蒸器45进行气液分离，分离后的气态二氧化碳将会经过第二回热器44加热后进入平行活塞式压缩机42进行吸气，分离后的液态二氧化碳将会经过第一回热器43过冷后再二次节流进入低压循环桶3。
在本申请的一个实施例中，主活塞式压缩机41和第一回热器43之间设置有油气液分离器，油气液分离器与主活塞式压缩机41之间设置有动态热虹吸吸油管。
可以理解的是，冰场制冷设备中冷冻油的主要作用是对压缩机等机械摩擦面进行润滑，如若冷冻油进入蒸发器，在蒸发器的换热表面就会形成油膜，从而影响蒸发器的换热。经研究，若蒸发器中制冷剂含油率达到1％以上，换热器换热效率就会下降8％以上，对于满液式蒸发器或泵供液蒸发器而言，由于蒸发器内制冷剂流速低，蒸发器中制冷剂含油会更影响换热。因此，为了让冰场制冷设备中的蒸发器可以更好的进行换热，可以增设油回收部件，以尽量减少冷冻油进入蒸发器。
具体而言，可以在主活塞式压缩机41和第一回热器43之间设置油气液分离器，在油气液分离器与主活塞式压缩机41之间设置动态热虹吸吸油管，以实现动态回油。基于此，在二氧化碳输送过程中，经过低压循环桶3分离后的气态二氧化碳被输送至第一回热器43，由第一回热器43对该气态二氧化碳和闪蒸器45输送的中压液态二氧化碳进行换热之后，先将换热后的二氧化碳输送至油气液分离器进行油气液分离，再将分离后的过热低温低压气态二氧化碳输送至主活塞式压缩机41进行压缩。其中，经过油气液分离器分离出来的油滴落入油气液分离器底部存贮，当主活塞式压缩机41吸气时，将会在动态热虹吸吸油管的切口处形成一个低压区，致使油气液分离器下部的冷冻油由于压差自动动态回油。当然，这里的回油是将油气液分离器下部的冷冻油回收至主活塞式压缩机41，以便继续为主活塞式压缩机41提供润滑作用。
在本申请的一个实施例中，平行压缩机组4还包括回油加热器，回油加热器连接二氧化碳制冷剂泵1和第一回热器43。
可以理解的是，由于低压循环桶3气液分离流速低，冷冻油主要富集于低压循环桶3，因此，可进一步增设回油加热器，同时结合上一实施例中的油回收部件实现低压循环桶3中冷冻油的回收。
具体的，回油加热器连接二氧化碳制冷剂泵1和第一回热器43，在此基础上，回收低压循环桶3中冷冻油的实现过程可以包括：对于低压循环桶3中的液态二氧化碳和冷冻油的互溶物，可以先经过二氧化碳制冷剂泵1加压后进入回油加热器，加热后的液态二氧化碳和冷冻油的互溶物汽化，形成二氧化碳冷冻油雾；再经过第一回热器43后进入油气液分离器，油气液分离器分离出来的油滴落入油气液分离器底部存贮，由虹吸油管路动态进入低压吸气。由此，实现低压循环桶3中冷冻油的回收。
在本申请的一个实施例中，平行压缩机组4还包括油分离器，油分离器设置于主活塞式压缩机41和绝热气冷器46之间，以及平行活塞式压缩机42与绝热气冷器46之间。
具体而言，油分离器具体可以为贮油式油分离器，同样用于实现冷冻油回收，以将回收的冷冻油传输至主活塞式压缩机41和平行活塞式压缩机42，为二者提供润滑作用。如上所述，主活塞式压缩机41和平行活塞式压缩机42均连接于绝热气冷器46，在此基础上，可以先将主活塞式压缩机41和平行活塞式压缩机42共同连接于油分离器，然后将油分离器与绝热气冷器 46。
基于此，冷冻油的回收过程可以包括：上述经过主活塞式压缩机41压缩得到的排气和经过平行活塞式压缩机42压缩得到的排气被输送至绝热气冷器46进行冷却之前，可以先传输至该油分离器进行冷冻油回收，并将回收的冷冻油贮存于油分离器底部，然后再将回收冷冻油之后的排气输送至绝热气冷器46进行冷却。由此，贮存于油分离器底部的冷冻油即可通过油管回传至主活塞式压缩机41和平行活塞式压缩机42。
在本申请的一个实施例中，主活塞式压缩机41和平行活塞式压缩机42中均设置有油平衡控制器；
主活塞式压缩机41通过油平衡控制器与油分离器相连；
平行活塞式压缩机42通过油平衡控制器与油分离器相连。
为实现冷冻油回收的控制，可以在主活塞式压缩机41和平行活塞式压缩机42中均设置油平衡控制器，并且，主活塞式压缩机41与油分离器通过该油平衡控制器实现连接，平行活塞式压缩机42与油分离器通过该油平衡控制器实现连接。
基于此，冷冻油回收的控制过程可以包括：油平衡控制器可以自动监测自身所在的制冷压缩机的油位，当制冷压缩机油位过低，且油分离器低油位开关未动作时，油平衡控制器即可控制油管上的脉冲电磁阀开启，使得油分离器中贮存的冷冻油回传至相应的制冷压缩机，以为其补充冷冻油，从而完成高压部分回油。
在本申请的一个实施例中，油分离器和绝热气冷器46之间设置有热回收机组。
可以理解的是，冰场本身就有许多的热量需要，如融雪盘管加热、地坪防冻涨盘管加热、浇冰热水、冰场冬季周边供暖、冰场冬季空调和冰场转轮除湿再生热水等。二氧化碳临界温度低31.1℃，在二氧化碳跨临界运行时，排热侧为显热换热，有利于高温高效换热热回收。并且，热回收对冰场制冰设备影响小，热回收热量相当于免费获得。
因此，可以在平行压缩机组4中进一步增设热回收机组，设置于油分离器和绝热气冷器 46之间，用于实现热回收功能。也就是说，在将基于油分离器回收冷冻油之后的排气输送至绝热气冷器46进行冷却之前，可以先将其输送至热回收机组进行热回收，再将热回收之后的排气输送至绝热气冷器46进行冷却。
在本申请的一个实施例中，热回收机组包括高温热回收器和低温热回收器；
高温热回收器与低温热回收器相连；
热回收机组通过高温热回收器与油分离器连接，通过低温热回收器与绝热气冷器46连接。
具体的，热回收机组可以包括高温热回收器和低温热回收器，二者相连接，且热回收机组通过高温热回收器与油分离器相连接，通过低温热回收器与绝热气冷器46相连接。其中，高温热回收进出水温度在50-70℃，回收热量主要用于转轮再生热水；中温热回收进出水温度在40-50℃，回收热量主要用于浇冰热水、生活热水、融雪盘管加热和地坪防冻涨盘管加热。基于此，在气体输送过程中，经过油分离器的排气可以依次通过高温热回收器和低温热回收器进行热回收，从而实现冷热综合利用，最后，再将热回收之后的气态二氧化碳输送至绝热器冷器进行冷却。
基于以上各实施例：
请参考图3，图3为本申请实施例提供的另一种冰场制冷设备的结构示意图，该冰场制冷设备可以包括：多台并联二氧化碳(CO2)跨临界主活塞式压缩机(其中一台为变频)、两至三台并联CO2跨临界平行活塞式压缩机(其中一台为变频)、CO2跨临界贮油式油分离器、高温度热回收器、中温度热回收器、绝热气冷器、回热器A(对应于上述第二回热器)、闪蒸器、回热器B(对应于上述第一回热器)、CO2低压循环桶、CO2制冷剂泵、冰场换热盘管、回油加热器、油气液分离器、一次节流电子膨胀阀、二次节流电子膨胀阀、闪蒸器旁通电子膨胀阀、回油电磁阀、油平衡控制器等，各部件的连接关系如图3所示。
基于上述冰场制冷设备，对应的循环运行流程为：低压循环桶中的低温低压CO2液体通过CO2制冷剂泵输送至冰场换热盘管与冰场换热；经冰场换热盘管换热后的气液混合CO2再回到低压循环桶进行气液分离；低压循环桶分离后的气体部分通过回热器B与闪蒸器出来的中压液体进行换热后进入油气液分离器；经过回热器B换热后的过热低温低压气体进入主活塞式压缩机压缩；油气液分离器分离出来的油滴落入油气液分离器底部存贮，由虹吸油管路动态进入低压吸气；经主活塞式压缩机压缩后的排气和闪蒸器气体经过回热器A换热后的过热中压气体进入平行活塞式压缩机压缩的排气通过贮油式油分离器进行油气分离，再进入高温热回收器和中温热回收器进行显热热回收；经过热回收后的CO2气体再进入绝热气体冷却器进行冷却，如若不需要高温和中温热回收，则可通过三通阀进行切换，使得油分离器后的CO2气体可以直接进入绝热气体冷却器进行冷却；经绝热气体冷却器冷却后的CO2进一次节流后进入闪蒸器分离，分离后的气体部分经过回热器A加热后进入平行活塞式压缩机吸气，分离后的液体部分经过回热器B过冷后再二次节流进入低压循环桶。另外，低压循环桶内的CO2液体和冷冻油的互溶物，经过CO2制冷剂泵加压后进入回油加热器，加热后的CO2液体和冷冻油的互溶物汽化，形成CO2冷冻油雾，再经过回热器B后进入油气液分离器，油气液分离器分离出来的油滴落入油气液分离器底部存贮，由虹吸油管路动态进入低压吸气。
基于上述循环运行流程，冰场制冷设备的控制方法如下：
一、部件配置：
1、变频器和传感器的配置：
(1)任意一台主活塞式压缩机配置变频器，任意一台平行活塞式压缩机配置变频器，CO2制冷剂泵配置变频器，绝热气冷器和风扇共配置一台变频器。
(2)在冰面下混凝土层按面积均匀布置2～9个PT1000温度传感器点，在每个传感器点配置一用一备温度传感器。
(3)在低压级吸气集管、平行压缩吸气集管、排气集管、绝热气体冷却器后配置压力传感器和温度传感器。
(4)在绝热气体冷却器侧配置环境温度传感器，闪蒸器和低压循环桶配置压力传感器和液位传感器。
2、控制系统硬件配置：
构建以温度传感、压力传感、液位传感、电流传感的模拟量和开关量的感知层，以可编程控制器PLC为核心的控制层，以压缩机、水泵、风扇、电子膨胀阀和CO2制冷剂泵等的执行元件层，以上位机为核心的管理层进行数据存储、数据处理和数据分析，与控制层进行数据交换和控制。
二、控制逻辑：
1、冰面温度控制逻辑：可实现冰面平均温度控制在设置值正负偏差0.05℃，可以根据冰面温度传感器平均值t2与冰面温度设置值t1的偏差调节主活塞式压缩机的频率和开启数量，实现流程可以包括：
(1)主活塞式压缩机变频压缩机以t2-t1＝0为目标进行PI比例积分控制。
(2)当t2-t1的绝对值＜0.05℃，主活塞式压缩机开启台数不作变化。
(3)当t2-t1≧0.05℃，延时180秒，再开启1台主活塞式压缩机。
(4)当再开启1台主活塞式压缩机后延时180秒，如t2-t1仍然≧0.05℃，则继续再开启 1台主活塞式压缩机，按此延时和温差判断，直至开启全部主活塞式压缩机。
(5)当t1-t2≧0.05℃时，延时120秒，再关闭1台主活塞式压缩机。
(6)当再关闭1台主活塞式压缩机后延时120秒，如t1-t2仍然≧0.05℃，继续再关闭1 台主活塞式压缩机，按此延时和温差判断，直至关闭至允许的最少台数主活塞式压缩机并延时120秒，如t1-t2≧0.2℃，则停止全部主活塞式压缩机运行。
(7)设置t2-t1≧0.2℃为主活塞式压缩机的开机条件。
(8)两台主活塞式压缩机的开启间隔时间为150秒。
(9)如绝热气冷器出口温度t5小于19℃，平行活塞式压缩机则可通过三通阀切换成主活塞式压缩机工频运行；如绝热气冷器出口温度t5大于22℃，在主活塞式压缩机运行模式的平行活塞式压缩机则自动通过三通阀切换平行活塞式压缩机模式运行。
2、平行活塞式压缩机和闪蒸器旁通电子膨胀阀的控制逻辑：可以根据闪蒸器压力传感器值P4与闪蒸器压力设置值P3的偏差调节平行活塞式压缩机的频率、开启数量和闪蒸器旁通电子膨胀阀的开度，实现流程可以包括：
(1)当绝热气冷器出口温度t5＜22℃时，闪蒸器旁通电子膨胀阀以P4-P3＝0为目标进行PI比例积分控制。
(2)当绝热气冷器出口温度t5≧22℃时，开启平行压缩变频压缩机，平行压缩变频压缩机以P4-P3＝0为目标进行PI比例积分控制，并关闭闪蒸器旁通电子膨胀阀。
(3)当P4-P3的绝对值＜0.3bar时，平行活塞式压缩机的开启台数不变化。
(4)当P4-P3≧0.3ba时，r延时120秒，再开启1台主活塞式压缩机。
(5)当再开启1台主活塞式压缩机后延时90秒，如P4-P3仍然≧0.3bar，继续再开启1台主活塞式压缩机，按此延时和压差判断，直至开启全部主活塞式压缩机。
(6)当P3-P4≧0.3bar时，延时90秒，再关闭1台主活塞式压缩机。
(7)当再关闭1台主活塞式压缩机后延时90秒，如P3-P4仍然≧0.3bar，继续再关闭1台主活塞式压缩机，按此延时和温差判断，直至关闭至全部工频平行活塞式压缩机。平行压缩变频压缩机在最低频率运行延时90秒，如P3-P4仍然≧0.3bar，关闭平行压缩变频压缩机。同时开启闪蒸器旁通电子膨胀阀，并以P4-P3＝0为目标进行PI比例积分控制。
h、两台平行活塞式压缩机开启间隔时间为90秒。
如P4＝P3+5时，开启100％闪蒸器旁通电子膨胀阀泄压至闪蒸器压力设置值P3。
3、制冰工况绝热气冷器的控制逻辑：根据绝热气冷器的出口温度t5进行控制，实现流程可以包括：
(1)预先设置允许的最小绝热气冷器出口温度t3和回差t4。
(2)当绝热气冷器的出口温度t5＝t3时，绝热气冷器风扇以最小频率运行；
(3)当绝热气冷器的出口温度t5≧t3+t4时，绝热气冷器风扇以最大频率运行；
(4)当t3＜绝热气冷器出口温度t5＜t3+t4时，绝热气冷器风扇频率按t5-t3值与绝热气冷器风扇最大与最小频率的线性插值频率进行PI比例积分控制。
(5)绝热气冷器水泵根据环境温度回差进行启停控制，当环境温度t6＜最小允许绝热气冷器水泵环境温度时，停止泵运行；当环境温度t6≧最小允许绝热气冷器水泵环境温度+ 回差时，开启泵运行。
4、制冰工况一次节流电子膨胀阀的控制逻辑：根据绝热气冷器的出口温度t5和绝热气冷器的出口压力P5进行控制，实现流程可以包括：
(1)设置最小允许绝热气冷器出口压力值为40bar，当P5＜40bar时关闭一次节流电子膨胀阀。
(2)设置最大允许绝热气冷器出口压力值为92bar，当P5≧92bar时一次节流电子膨胀阀开启度100％。
(3)当绝热气冷器出口温度t5＜26℃时，按照过冷度设定值进行控制，绝热气冷器出口压力值t5+过冷度设定值tl对应的CO2饱和压力值P5＝4×10^(-5)×(t5+tl)^3+0.0092×(t5 +tl)^2+0.9259×(t5+tl)+33.821进行PI比例积分控制。
(4)当气冷器出口温度26≦t5≦31℃时，按照过渡区线性插值进行控制，对应26℃时压力值为26+过冷度设定值对应的CO2饱和压力值P5＝4×10^(-5)×(26+tl)^3+0.0092× (26+tl)^2+0.9259×(26+tl)+33.821，对应31℃时压力值为74bar，进行PI比例积分控制。
(5)当气冷器出口温度t5＞31℃时，按照最优排气压力进行控制，to为高压级吸气设定值对应的饱和温度，P5＝9.8×(2.778-0.0157×to)×t5+(0.381×to-9.34)-1计算值进行PI比例积分控制P5。
5、二次节流电子膨胀阀的控制逻辑：根据闪蒸器液位传感器液位L1设定值进行PID控制，实现流程包括：
(1)闪蒸器液位传感器液位L1越大，二次节流电子膨胀阀的开度越大，反之二次节流电子膨胀阀开度变小。
(2)闪蒸器液位只需要满足闪蒸器形成液封即可，以最大限度减少CO2充注量。
6、CO2制冷剂泵的控制逻辑：根据低压循环桶液位L2进行控制，实现流程包括：
(1)CO2制冷剂泵与制冰机组同开同停。
(2)设置CO2泵允许开启的最低液位Ld和开泵液位回差L，当CO2泵得到开启信号但L2＜Ld时，CO2泵不开启；当CO2泵得到开启信号但L2≧Ld+L时，CO2泵开启。
(3)采集CO2电流信号，设置CO2允许的最小电流，运行中的CO2泵电流低于CO2允许的最小电流设定值时停止CO2泵，延时允许开启信号。
(4)设置低压循环桶最高允许压力值，当低压循环桶实际压力值≥低压循环桶最高允许压力值时，停止CO2泵运行，当低压循环桶实际压力值＜低压循环桶最高允许压力值-回差值时，延时后再提供CO2开启信号。
(5)CO2制冷剂泵变频运行，可根据时间设置夜间保冰模式低频运行。
(6)当低压循环桶液位L2达到高液位设置值时，发出高液位报警信号。
7、低压循环桶压力维持模式控制逻辑：在CO2跨临界直冷冰场停止运行后，可以控制CO2低压循环桶进入压力维持模式，实现流程包括：
(1)当CO2跨临界直冷冰场长时间不需要制冰时，需将冰场的CO2制冷剂回收至低压循环桶并进行压力维持。
(2)在压力维持模式下，CO2泵一直停止运行。
(3)压力维持模式设置有最高和最低维持压力，当低压循环桶压力达到最高维持压力时，开启50％台数的主活塞式压缩机，按制冷工况模式自动开启制冷系统；当低压循环桶压力达到最低维持压力时，CO2跨临界直冷冰场制冷系统停止运行。
8、CO2制冷剂存液量控制逻辑：目的在于减少CO2制冷剂充注量。
(1)精确设计低压部分管路系统，包括低压循环桶至冰面供液管路、供液集管、冰面换热盘管、回气集管和回气管路：
a、根据冰场工艺特性，要求冰面温度均匀，即需要冰面换热盘管各支路的制冷剂分配均匀，各支路制冷换热盘管供回相同温度。采用CO2泵供液是较好的解决办法，但是CO2泵供液会带来CO2制冷剂充注量的增加，当然CO2泵供液循环倍率越大，冰面换热盘管各支路制冷剂分配均匀性越好，各支路制冷换热盘管未换热蒸发的CO2液体量越多，各支路制冷换热盘管供回温度越一致，相应的低压部分管路管径越大，CO2制冷剂充注量更多。由于CO2制冷剂换热效率高，按冰场热负荷对冰面盘管进行优化计算，可以得到CO2制冷剂冰场冰面换热盘管的内径在10～14mm即可满足换热要求，CO2制冷剂冰场冰面换热盘管内径的减小减少了CO2充注量。
b、由于冰场冰面为单一蒸发器且供液支路较多，1800m2标准冰场支路数达150多个，因此，如何解决冰面换热盘管各支路制冷剂分配的均匀性非常重要。基于此，通过在每支路设置分液孔板或分液短管可有效达到白天最大运行负荷和晚间最小维持负荷的各支路制冷剂分配的均匀性，并且可减少CO2制冷剂泵的循环倍率，CO2泵循环倍率在1.2～1.5，满足各支路制冷换热盘管无过热和供回温度的一致性。具体设计方法包括：按白天最大运行负荷和CO2泵循环倍率1.5的流量计算分液孔板或分液短管阻力等于冰面换热盘管阻力的孔径，在部分负荷时CO2泵工频运行，夜间最小维持负荷则设定低频运行以达到节能的目的。考虑实际工程制冷系统清洁度等因素，分液孔板最小孔径不小于3mm。
c、由于采用分液孔板或分液短管解决各支路制冷剂分配的均匀性，可取消供液管路的同程设计，以减少CO2制冷剂的充注量。供液集管CO2液体制冷剂流速可按0.8～1.2m/s设计，回气集管CO2气液两相流速可按6～8m/s设计。
d、由于CO2泵循环倍率为1.5，CO2供液管路和回气管路相应管径变小，同时由于CO2制冷剂特性动力粘度小，供液管路和回气管路可按阻力不大于降低1℃蒸发温度对应饱和压差设计供液管路和回气管路管径以减少制冷剂充注量。
(2)具体控制逻辑：高压部分不存液即绝热气冷器不存液，可按一次节流电子膨胀阀控制策略；中压部分不存液即闪蒸器不存液只要满足液封即可，可按二次节流电子膨胀阀控制策略；低压部分波动存液，可按CO2制冷剂泵控制逻辑策略。CO2充注时只要满足冰场在白天高负荷运行和夜间冰场维持负荷时CO2制冷剂泵能连续运行的低压循环桶液位即可。
9、动态回油逻辑：
对于跨临界CO2直冷冰场制冷系统，由于CO2的绝热指数高，压缩后排气温度高，主要靠高效凝聚式油分离器分离压缩机压缩过程中压缩机未分离带给制冷系统的冷冻油，称为跨临界CO2直冷冰场制冷系统主回油。
但是，还会有10PPM以上的冷冻油会进入绝热冷却器、闪蒸器、低压循环桶、低压部分管路和冰场盘管换热器，由于低压循环桶气液分离流速低，冷冻油主要富集于低压循环桶。CO2跨临界直冷冰场制冷系统建议采用互溶性好的聚酯油，如聚酯油C85E等，聚酯油在压缩排气的高温部分互溶性差，有利于油分离器分油；聚酯油在低温低压冰面换热盘管部分的互溶性好，在冰面换热盘管不易形成堆积油膜换，热影响小；聚酯油在低压循环桶内，当CO2泵运行时，低压循环桶内的CO2液体处于流动状态，聚酯油易互溶于CO2液体中。基于，借助CO2泵动力，在CO2泵后取一路CO2液体和聚酯油的互溶物，经过CO2制冷剂泵加压后进入回油加热器，加热后的CO2液体和冷冻油的互溶物汽化，形成CO2冷冻油雾，再进入回热器B后进入油气液分离器，油气液分离器分离出来的油滴落入油气液分离器底部存贮，由虹吸油管路动态进入低压吸气。通过泵后取一路CO2液体和聚酯油的互溶物的回油称为跨临界CO2直冷冰场制冷系统辅回油。
CO2跨临界直冷冰场制冷系统要实现主回油后进入制冷系统冷冻油与辅回油量的动态平衡。如若主回油后进入制冷系统的冷冻油为系统质量流量的万分之一，则需要在CO2泵后抽取低压循环桶含油率1％和制冷系统质量流量1％的CO2液体和聚酯油的互溶物。
对于跨临界CO2直冷冰场制冷系统，由于CO2的绝热指数高，压缩后排气温度高，主要靠高效凝聚式油分离器分离压缩机压缩过程中压缩机未分离带给制冷系统的冷冻油，并在油分离器下部贮存分离出来的CO2冷冻油。在此基础上，可以在各台主活塞式压缩机和平行活塞式压缩机设置一个油平衡控制器，由油平衡控制器自动监测制冷压缩机的油位，当制冷压缩机油位过低，同时油分离器低油位开关未动作时，油平衡控制器即可通过脉冲电磁阀给制冷压缩机补充冷冻油，从而完成高压部分回油。
对于CO2泵供液直冷冰场制冷系统，为实现较好的冰场冰面均匀性，CO2泵可设定为定频运行，通过泵后取一路CO2液体和聚酯油的互溶物的流量几乎为定值。在夜间最小冰场维持负荷时，如果没有油气液分离器，就很容易导致进入低压机压缩机吸气集管有回油加热器未蒸发完成的CO2液体，造成CO2跨临界活塞式压缩机液击。
借助CO2泵动力，在CO2泵后取一路CO2液体和聚酯油的互溶物，经过CO2制冷剂泵加压后进入回油加热器，加热后的CO2液体和冷冻油的互溶物汽化，形成CO2冷冻油雾，再进入回热器B后进入油气液分离器，油气液分离器分离出来的油滴落入油气液分离器底部存贮，由虹吸油管路动态进入低压吸气。虹吸油管路结构如图3所示放大部分，CO2回气通过渐缩管流速增加，制冷系统满负荷时渐缩管流速CO2回气流速在12～16m/s，制冷系统最小允许负荷时渐缩管流速CO2回气流速在6～8m/s，回油管内径为4～8mm，回油管切口在CO2回气流动方向的背面，切口顶角度为5～15度。当主活塞式压缩机吸气时，在虹吸油管路切口处会形成一个低压区，致使油气液分离器下部的冷冻油由于压差自动动态回油。
10、冷热综合利用逻辑：
(1)中温热回收控制逻辑：
在没有高温热回收要求时，以中温热回收水侧出水温度t11为目标进行控制，可以包括：
a、当中温热回收器需要热回收时，先开启中温热回收器水侧热回收水泵，延时切换中温热回收CO2侧三通阀至热回收侧，并停止绝热气冷器水泵。
b、延时60秒，如若t11未达到目标值，允许t11在目标值±0.5℃波动，则以提高0.5bar 气冷器出口压力P5进行PI比例积分控制一次节流电子膨胀阀以达到气冷器出口压力P5+0.5 压力值，同时以提高0.8℃气冷器出口温度t5进行PI比例积分控制气冷器风扇频率以达到气冷器出口温度P5+0.8温度值；再延时60秒，如若t11还未达到目标值，则再提高0.5bar气冷器出口压力P5进行PI比例积分控制一次节流电子膨胀阀以达到气冷器出口压力P5+0.5压力值，同时再提高0.8℃气冷器出口温度t5进行PI比例积分控制气冷器风扇频率以达到气冷器出口温度P5+0.8温度值；以此类推，直到中温热回收水侧出水温度t11达到目标值。如若气冷器出口压力P5达到92bar，则一次节流电子膨胀阀开度恒定不变；如若气冷器风扇达到最低频率气冷器出口温度还要继续提供，则关闭气冷器风扇。
c、如若中温热回收水侧出水温度t11超过目标值，允许t11在目标值±0.5℃波动，则延时60秒，如t11仍然超过目标值，则以降低0.5bar气冷器出口压力P5进行PI比例积分控制一次节流电子膨胀阀以达到气冷器出口压力P5-0.5压力值，同时以降低0.8℃气冷器出口温度t5 进行PI比例积分控制气冷器风扇频率以达到气冷器出口温度P5-0.8温度值；再延时60秒，如若t11仍然超过目标值，则再降低0.5bar气冷器出口压力P5进行PI比例积分控制一次节流电子膨胀阀以达到气冷器出口压力P5-0.5压力值，同时再降低0.8℃气冷器出口温度t5进行PI比例积分控制气冷器风扇频率以达到气冷器出口温度P5-0.8温度值；以此类推，直到中温热回收水侧出水温度t11达到目标值。
d、当停止中温热回收时，先将CO2热回收三通阀切换至旁通侧，再停止中温度热回收侧水泵，恢复制冰工况绝热气冷器控制逻辑和制冰工况一次节流电子膨胀阀控制逻辑。当再次转入中温热回收控制模式时需间隔5分钟，以利于CO2跨临界直冷冰场制冷系统稳定运行。
(2)高温热回收控制逻辑：
在高温热回收和中温热回收同时要求时，以高温热回收水侧出水温度t12为目标进行控制，可以包括：
a、当高温热回收器需要热回收时，先开启高温热回收器水侧热回收水泵，延时切换中温热回收CO2侧三通阀至热回收侧，并停止绝热气冷器水泵。如若需要同时开启中温热回收，则开启中温热回收器水侧热回收水泵，延时切换中温热回收CO2侧三通阀至热回收侧。以气冷器出口压力P5＝74bar进行PI比例积分控制一次节流电子膨胀阀以达到气冷器出口压力 P5＝74bar压力值。
b、延时90秒，如若t12未达到目标值，允许t12在目标值±0.5℃波动，则以提高0.5bar 气冷器出口压力P5进行PI比例积分控制一次节流电子膨胀阀以达到气冷器出口压力P5+0.5 压力值，同时以提高0.8℃气冷器出口温度t5进行PI比例积分控制气冷器风扇频率以达到气冷器出口温度P5+0.8温度值；再延时90秒，如若t12仍未达到目标值，则再提高0.5bar气冷器出口压力P5进行PI比例积分控制一次节流电子膨胀阀以达到气冷器出口压力P5+0.5压力值，同时再提高0.8℃气冷器出口温度t5进行PI比例积分控制气冷器风扇频率以达到气冷器出口温度P5+0.8温度值；以此类推，直到高温热回收水侧出水温度t12达到目标值。如若气冷器出口压力P5达到92bar，则一次节流电子膨胀阀开度恒定不变；如若气冷器风扇达到最低频率气冷器出口温度还要继续提供，则关闭气冷器风扇。
c、如若高温热回收水侧出水温度t12超过目标值，允许t12在目标值±0.5℃波动，则延时90秒，如若t12仍然超过目标值，则以降低0.5bar气冷器出口压力P5进行PI比例积分控制一次节流电子膨胀阀以达到气冷器出口压力P5-0.5压力值，同时以降低0.8℃气冷器出口温度 t5进行PI比例积分控制气冷器风扇频率以达到气冷器出口温度P5-0.8温度值；再延时60秒，如若t12仍然超过目标值，则再降低0.5bar气冷器出口压力P5进行PI比例积分控制一次节流电子膨胀阀以达到气冷器出口压力P5-0.5压力值，同时再降低0.8℃气冷器出口温度t5进行PI 比例积分控制气冷器风扇频率以达到气冷器出口温度P5-0.8温度值；以此类推，直到高温热回收水侧出水温度t12达到目标值。
d、当停止高温热回收和中温热回收时，先将CO2高温热回收和中温热回收三通阀切换至旁通侧，再停止高温度热回收侧水泵和中温度热回收侧水泵，恢复制冰工况绝热气冷器控制逻辑和制冰工况一次节流电子膨胀阀控制逻辑。当再次转入高温热回收和中温热回收控制模式时需间隔5分钟，以利于CO2跨临界直冷冰场制冷系统稳定运行。如若只停止高温热回收，则按中温热回收模式进行控制。
本申请实施例提供了一种冰场制冷系统。
请参考图4，图4为本申请实施例提供的一种冰场制冷系统的结构示意图，该冰场制冷系统可包括：
如上所述的任意一种冰场制冷设备100；
主控设备200，与冰场制冷设备100相连，用于控制冰场制冷设备100的运行状态。
对于本申请实施例提供的系统的介绍请参照上述设备实施例，本申请实施例在此不做赘述。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种冰场制冷设备，其特征在于，包括：
二氧化碳制冷剂泵，用于将低压循环桶中的液态二氧化碳输送至冰场换热盘管；
所述冰场换热盘管，与所述二氧化碳制冷剂泵相连，用于利用所述液态二氧化碳进行冰场制冷，生成气液混合二氧化碳；
所述低压循环桶，与所述冰场换热盘管和所述二氧化碳制冷剂泵相连，用于对所述气液混合二氧化碳进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；
平行压缩机组，与所述低压循环桶相连，用于对所述气态二氧化碳进行平行压缩得到液态二氧化碳，并输送至所述低压循环桶；
所述平行压缩机组包括：主活塞式压缩机，平行活塞式压缩机，第一回热器，第二回热器，闪蒸器，绝热气冷器；
所述主活塞式压缩机通过所述第一回热器连接于所述低压循环桶；
所述闪蒸器通过所述第一回热器连接于所述低压循环桶；
所述平行活塞式压缩机通过所述第二回热器连接于所述闪蒸器；
所述绝热气冷器通过所述第二回热器连接于所述闪蒸器；
所述主活塞式压缩机和所述平行活塞式压缩机均连接于所述绝热气冷器；
所述主活塞式压缩机和所述第一回热器之间设置有油气液分离器，所述油气液分离器与所述主活塞式压缩机之间设置有动态热虹吸吸油管。
2.根据权利要求1所述的冰场制冷设备，其特征在于，所述第一回热器和所述低压循环桶之间的连接管路上设置有二次节流电子膨胀阀；所述第二回热器和所述闪蒸器之间的连接管路上设置有一次节流电子膨胀阀。
3.根据权利要求1所述的冰场制冷设备，其特征在于，所述平行压缩机组还包括回油加热器，所述回油加热器连接所述二氧化碳制冷剂泵和所述第一回热器。
4.根据权利要求1所述的冰场制冷设备，其特征在于，所述平行压缩机组还包括油分离器，所述油分离器设置于所述主活塞式压缩机和所述绝热气冷器之间，以及所述平行活塞式压缩机与所述绝热气冷器之间。
5.根据权利要求4所述的冰场制冷设备，其特征在于，所述主活塞式压缩机和所述平行活塞式压缩机中均设置有油平衡控制器；
所述主活塞式压缩机通过所述油平衡控制器与所述油分离器相连；
所述平行活塞式压缩机通过所述油平衡控制器与所述油分离器相连。
6.根据权利要求4所述的冰场制冷设备，其特征在于，所述油分离器和所述绝热气冷器之间设置有热回收机组。
7.根据权利要求6所述的冰场制冷设备，其特征在于，所述热回收机组包括高温热回收器和低温热回收器；
所述高温热回收器与所述低温热回收器相连；
所述热回收机组通过所述高温热回收器与所述油分离器连接，通过所述低温热回收器与所述绝热气冷器连接。
8.一种冰场制冷系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至7任意一项所述的冰场制冷设备；
主控设备，与所述冰场制冷设备相连，用于控制所述冰场制冷设备的运行状态。
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