CN218864549U

CN218864549U - 一种直接蒸发冰场制冷系统

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Publication number: CN218864549U
Application number: CN202222684930.6U
Authority: CN
Inventors: 张振迎; 王世琪; 武雨萌; 王庆平; 黄春松; 王昆; 杨美媛; 王洪利
Original assignee: North China University of Science and Technology
Current assignee: North China University of Science and Technology
Priority date: 2022-10-12
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2032-10-12

Abstract

本发明公开了一种直接蒸发冰场及其制冷性能测试方法。所述直接蒸发冰场包括冰室、为所述冰室提供制冷的制冷循环模块和为所述冰室提供热风的空气循环模块；所述制冷循环模块包括蒸发盘管、制冷剂泵、制冷压缩机、节流阀和气液分离器；所述空气循环模块包括与所述冰室连通的通风管道以及安装在所述通风管道内的加热器和风机；所述加热器与所述高温气体管道之间通过第一换热器进行热交换以获取热量；所述风机将加热后的空气通过所述通风管道输送至冰室内。

Description

一种直接蒸发冰场制冷系统

技术领域

本实用新型涉及冰场建设技术领域，特别是涉及一种直接蒸发冰场制冷系统。

背景技术

目前，冰上运动备受人们喜欢，滑冰作为一项娱乐性较强的运动，已经广泛普及，并且己经发展出多种竞赛项目，传统的冰上运动，均是在较低温度的气候条件下形成的然冰面进行，这就使得该项运动被限制而只能在气候寒冷的地域进行；而随着科技的发展，人们采用人工制冰技术，使得冰上竞赛项目及大众娱乐活动可以在更多的地域开展。

在冰场制冷系统性能试验测试过程中，制冷量的测量与控制是一个很重要的环节，但是，对于直接蒸发式冰场制冷系统，由于冰场蒸发盘管内为制冷剂为气液两相，无法直接通过测量制冷剂温度变化来计算冰场制冷量，同时对于冰场蒸发盘管出口侧制冷剂干度也没有很好的测试方法。

直接蒸发冰场，使用的直接制冷系统蒸发盘管直接蒸发换热制冰，无中间换热环节；人工冰场系统能耗除了制冷系统能耗外，还包括生活热水系统、供热通风系统能耗等，这些能量可通过制冷系统热回收获得。但是，采用冰场制冷系统热回收测量本制冷系统性能的方式还没有出现，无法通过测量制冷性能而控制冰场运行参数，实现冰场的低能耗、高效能控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中直接蒸发式冰场制冷系统制冷量测量和蒸发盘管出口干度测量难度大的技术缺陷，而提供一种直接蒸发冰场制冷系统，热能利用率高，冷热综合利用效能比高。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种直接蒸发冰场，包括冰室、为所述冰室提供制冷的制冷循环模块和为所述冰室提供热风的空气循环模块；

所述制冷循环模块包括蒸发盘管、制冷剂泵、制冷压缩机、节流阀和气液分离器；

所述蒸发盘管铺设在所述冰室的地面上；

所述气液分离器的第一输出端、制冷剂泵和蒸发盘管输入端依次通过制冷剂管道相连通；所述蒸发盘管的输出端与所述气液分离器的第二输入端之间通过气液管道相连通；所述制冷压缩机的输入端和所述气液分离器的第二输出端通过低温气体管道相连通；所述制冷压缩机的输出端与所述节流阀之间通过高温气体管道；所述节流阀与所述气液分离器的第一输入端之间通过低温气液管道相连通；

所述空气循环模块包括与所述冰室连通的通风管道以及安装在所述通风管道内的加热器和风机；

所述加热器与所述高温气体管道之间通过第一换热器进行热交换以获取热量；

所述风机将加热后的空气通过所述通风管道输送至冰室内。

在上述技术方案中，所述蒸发盘管埋在混凝土层内；所述混凝土层上方为冰面；

所述混凝土层下方设置有保温层。

在上述技术方案中，所述第一换热器的高温流体管道与所述高温气体管道相串联；所述第一换热器的低温流体管道与所述加热器的工质循环管道相串联。

在上述技术方案中，所述高温气体管道上与所述高温流体管道并联安装有调节阀。

在上述技术方案中，还包括冷却塔；所述冷却塔与所述高温气体管道之间通过第二换热器进行热交换，以释放多余热量。

在上述技术方案中，所述第二换热器的高温流体管道与所述高温气体管道相串联；所述第二换热器的低温流体管道与冷却塔循环管道相串联。

在上述技术方案中，所述冰室送风口外部设置有第一温度计和第一湿度计；所述冰室出风口外部设置有第二温度计和第二湿度计；所述通风管道内设置有第一流量计。

在上述技术方案中，所述蒸发盘管的输入端处设置有第十一温度计、第五压力计和第三流量计。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型提供的直接蒸发冰场，包括冰室、制冷循环模块和空气循环模块。空气循环模块中加热器的能量来源于空气循环模块，通过第一换热器将空气循环模块中产生的热量交换给加热器，实现了热能交换，提高整体热能使用效率。

2.本实用新型提供的直接蒸发冰场的制冷性能测试方法，提供了制冷量的测量方法以及制冷剂干度的测量方法。基于该方法，可以进一步的探究冰场控制参数与制冷性能之间的关系，为后续解决实际冰场制冷系统性能测量与控制问题提供参考。

附图说明

图1所示为直接蒸发冰场制冷系统的结构示意图；

图2所示为图1的局部放大图；

图3所示为直接蒸发冰场制冷系统中各测量元件的安装位置示意图。

图中：1-冰室，2-蒸发盘管，3-制冷压缩机，4-制冷剂泵，5-气液分离器，5-1-第一输入端，5-2-第一输出端，5-3-第二输入端，5-4-第二输出端，6-加热器，7-风机，8-通风管道，9-制冷剂循环管道，10-低温气体管道，11-高温气体管道，12-第一换热器，12-1-高温流体管道，12-2-低温流体管道，13-工质循环管道，14-第二换热器，14-1-高温管道，14-2-低温管道，15-冷却塔，16-冷却塔循环管道，17-调节阀，18-节流阀，19-混凝土层，20-保温层，21-气液管道，22-低温气液管道。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

所述制冷循环模块为冰面提供制冷；所述制冷循环模块包括铺设在冰室1地面上的蒸发盘管2、制冷压缩机3、制冷剂泵4、节流阀18和气液分离器5；所述蒸发盘管2埋在混凝土层19内，其下方设置有保温层20，混凝土层19上方为冰面。

所述气液分离器5的第一输出端5-2、制冷剂泵4和蒸发盘管2的输入端依次通过制冷剂管道9相连通；所述蒸发盘管2的输出端与所述气液分离器5的第二输入端5-3之间通过气液管道21相连通；所述制冷压缩机3的输入端和所述气液分离器5的第二输出端5-4通过低温气体管道10相连通；所述制冷压缩机3的输出端与所述节流阀18之间通过高温气体管道11连通；所述节流阀18与所述气液分离器5的第一输入端5-1之间通过低温气液管道22相连通；

循环过程为：

所述气液分离器5的第一输出端5-2为液相输出端，通过所述制冷剂泵4为蒸发盘管2输送低温液相制冷剂。低温液相制冷剂在冰室1内吸收热量，部分转化为气相制冷剂；气液两相制冷剂通过气液管道19，经第二输入端5-3进入气液分离器5进行分离；其中的液相制冷剂重新经制冷剂泵4输送至蒸发盘管2；而其中的气相制冷剂经第二输出端5-4(气相输出端)进入制冷压缩机3；压缩后的高温高压气体经高温气体管道11，通过节流阀18膨胀减压后形成低温低压气液两相，然后经第一输入端5-1进入气液分离器5；分离所得低温液相经第一输出端5-2，在制冷剂泵4的驱动下进入蒸发盘管2。

所述空气循环模块为所述冰室1提供循环热风；所述空气循环模块包括加热器6和风机7以及通风管道8；所述冰室1的送风口开设在上部墙面上；所述冰室1的出风口开设在下部的墙面上。从所述冰室1的出风口排出的冷空气通过加热器6加热，并在所述风机7的作用下沿通风管道8输送至送风口，重新回到冰室1，实现了冰室1内的空气循环。

所述高温气体管道11上设置有第一换热器12，所述第一换热器12的高温流体管道12-1与所述高温气体管道11相串联；所述第一换热器12的低温流体管道12-2与所述加热器6的工质循环管道13相串联。通过第一换热器12，可以将制冷压缩机3输出的高温高压气体中的热量传递给工质循环管道13内的加热工质，进而通过加热器6为冰室1提供热风，提高系统的能源利用率。所述高温气体管道11上与所述高温流体管道12-1并联安装有调节阀17，以调节高温流体管道12-1内的流量，进而调节换热量，控制加热器6的加热温度。

所述高温气体管道11上还设置有第二换热器14。所述第二换热器14的高温管道14-1与所述高温气体管道11相串联；所述第二换热器14的低温管道14-2与冷却塔循环管道16相串联。通过第二换热器14，可以将制冷压缩机3输出的高温高压气体中的热量通过冷却塔15散发至室外大气中。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上介绍直接蒸发冰场制冷系统的制冷量的测试方法。

如图2所示，所述空气循环模块中，所述冰室1送风口外部设置有第一温度计T1和第一湿度计H1；所述第一温度计T1和所述第一湿度计H1分别用于测量进入冰室1的空气的温度和湿度。所述冰室1出风口外部设置有第二温度计T2和第二湿度计H2；所述第二温度计T2和所述第二湿度计H2分别用于测量冰室1排出的空气的温度和湿度。所述风机7与所述冰室1之间的通风管道8内设置有第一流量计M1，用于测量进入冰室1的空气流量。

通过稳定后冰室送风口和出风口处的空气能量变化间接测量冰场蒸发盘管的制冷量；

Q_air＝M_air(h₁-h₂) (1)

式中：Q_air—空气能量变化，单位W；

M_air—进入冰室的空气总质量流量，即第一流量计M1的测量值，单位kg/s；

h₁—冰室送风口空气焓值，即，通过T1与H1查焓湿图获得，单位kJ/kg；

h₂—冰室出风口空气焓值，即，通过T2和H2查焓湿图获得，单位kJ/kg。

此外，所述冰室1的冰面上设置有三个第五温度计T5，用于测量冰面温度。冰室1的墙面上设置有三个第六温度计T6，用于测量冰室内壁面的温度。所述制冷压缩机3连接有功率计W1，用于测量制冷压缩机3的功率。所述制冷剂泵4装有第二功率计W2，用于测量制冷剂泵4的功率。

基于上述制冷量的测试方法，测量不同制冷剂流量条件下的制冷量，探究冰场蒸发盘管内部制冷剂流量变化导致的制冷量变化。进一步的，结合第二功率计W2与制冷剂流量之间的关系，还可以探究制冷剂泵4功率引起的冰面温度或冰室内壁面温度变化，为后续解决实际冰场制冷系统性能测量与控制问题提供参考。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上介绍直接蒸发冰场制冷系统的蒸发盘管出口制冷剂干度测量方法。

所述蒸发盘管2的输入端处设置有第十一温度计T11、第五压力计P5和第三流量计M3，分别用于测量蒸发盘管2的输入端制冷剂的温度、压力和流量。

蒸发盘管出口侧的制冷剂干度：

式中：

—蒸发排管内部制冷剂的质量流量，即第三流量计M3的测量值，单位kg/s；

h_in—蒸发盘管输入端制冷剂焓值，通过第十一温度计T11、第五压力计P5测量，结合压焓图得到；单位kJ/kg；

h_out—蒸发盘管输出端制冷剂焓值，公式(2)计算得到；单位kJ/kg；

h_g—蒸发压力下饱和气体制冷剂焓值，根据第五压力计P5的测量值、饱和蒸汽线，结合压焓图得到；单位kJ/kg。

h_l—蒸发压力下液体制冷剂焓值，根据第五压力计P5的测量值、饱和液体线，结合压焓图得到；单位kJ/kg。

基于上述测量方法，测量不同制冷剂流量条件下的蒸发盘管出口干度变化，探究冰场蒸发盘管内部制冷剂流量变化导致的蒸发盘管出口干度变化、制冷系统性能变化的内部规律。为解决实际冰场制冷系统蒸发盘管出口干度测量与控制问题提供参考。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种直接蒸发冰场，其特征在于：包括冰室、为所述冰室提供制冷的制冷循环模块和为所述冰室提供热风的空气循环模块；

所述蒸发盘管铺设在所述冰室的地面上；

所述风机将加热后的空气通过所述通风管道输送至冰室内。

2.如权利要求1所述的直接蒸发冰场，其特征在于：所述蒸发盘管埋在混凝土层内；所述混凝土层上方为冰面。

3.如权利要求2所述的直接蒸发冰场，其特征在于：所述混凝土层下方设置有保温层。

4.如权利要求1所述的直接蒸发冰场，其特征在于：所述第一换热器的高温流体管道与所述高温气体管道相串联；所述第一换热器的低温流体管道与所述加热器的工质循环管道相串联。

5.如权利要求4所述的直接蒸发冰场，其特征在于：所述高温气体管道上与所述高温流体管道并联安装有调节阀。

6.如权利要求1所述的直接蒸发冰场，其特征在于：还包括冷却塔；所述冷却塔与所述高温气体管道之间通过第二换热器进行热交换。

7.如权利要求6所述的直接蒸发冰场，其特征在于：所述第二换热器的高温管道与所述高温气体管道相串联；所述第二换热器的低温管道与冷却塔循环管道相串联。

8.如权利要求1所述的直接蒸发冰场，其特征在于：所述冰室送风口外部设置有第一温度计和第一湿度计；所述冰室出风口外部设置有第二温度计和第二湿度计。

9.如权利要求8所述的直接蒸发冰场，其特征在于：所述通风管道内设置有第一流量计。

10.如权利要求9所述的直接蒸发冰场，其特征在于：所述蒸发盘管的输入端处设置有第十一温度计、第五压力计和第三流量计。