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CN114459179B - 人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统及其使用方法 - Google Patents

人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统及其使用方法 Download PDF

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CN114459179B CN202111617929.5A CN202111617929A CN114459179B CN 114459179 B CN114459179 B CN 114459179B CN 202111617929 A CN202111617929 A CN 202111617929A CN 114459179 B CN114459179 B CN 114459179B
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Abstract

本发明公开了一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统及其使用方法，包括：主系统和至少1个子系统，主系统的第一级压缩机的输出端与第二气体冷却器的输入端管路连通，回热器的第二输入端和第二气体冷却器之间连接有并联设置的第一管路和第二管路，第一管路上安装有冷凝器和第一控制阀，第二管路上安装有第二级压缩机、第一气体冷却器和第二控制阀；第一级压缩机的输入端与回热器的第一输出端管路连通，回热器的第一输入端与气液分离器的气体输出端管路连通，在气液分离器和回热器的第二输出端之间连通有1个子系统或多个并联的子系统；本发明的人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统可以实现多种工况下系统能稳定高效运行。

Description

人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统及其使用方法
技术领域
本发明属于人工冰场制冰技术领域，具体来说涉及一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统及其使用方法。
背景技术
传统人工冰场制冰系统采用卤代烃类制冷剂的液态冷却机组并以乙二醇或盐水作为载冷剂来冷却人工冰场的混凝土地板进而完成制冰过程。但是《蒙特利尔议定书基加利修正案》对高GWP的卤代烃类制冷剂实行了淘汰和限制，因此氨和二氧化碳等自然工质成为了冰场制冷系统工质的必由之路。氨制冷剂易燃有毒，存在安全隐患，人员密集区域一般限制使用。因此二氧化碳制冰系统成为了人工冰场的最佳选择。
二氧化碳为天然制冷剂，无毒，不可燃，消耗臭氧潜能值为0，全球变暖潜能值为1，具有环境友好性。二氧化碳直接蒸发式制冰系统中，二氧化碳在冰场盘管内直接蒸发换热制冰，可以更好的保证冰面温度均匀性。同时无中间换热环节，可以提升制冰系统能效。
二氧化碳的临界温度为31.2℃，外界温度较高时，只能采用跨临界循环，存在较大的节流损失，因此常用引射器回收节流过程的膨胀功以提升能效。
现有二氧化碳制冰系统中多只考虑了跨临界运行情况，而冰场要全年制冷，当外界温度低于临界温度时，制冰系统跨临界运行使得其能耗过高，所以寻找一种在不同外界温度下，能实现跨临界工况和亚临界工况相互转换并使得系统在所有工况下都能高效运行成为必要。同时，虽然很多人提出了采用引射器回收制冷系统膨胀功的方案，但是引射器的变工况适应能力是有限的，如何实现多种工况(特别是跨临界和亚临界工况)下系统能稳定高效运行一直是行业难题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统，该人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统通过6个控制阀的启闭来实现制冰系统的多种工况高效稳定运行，满足全年各时段的冰场制冰需求。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统，包括：主系统和至少1个子系统，其中，
所述主系统包括：第一级压缩机、第二级压缩机、第一气体冷却器、第二气体冷却器、冷凝器、回热器和气液分离器，所述第一级压缩机的输出端与所述第二气体冷却器的输入端管路连通，所述回热器的第二输入端和第二气体冷却器之间连接有并联设置的第一管路和第二管路，所述第一管路上安装有冷凝器和第一控制阀，所述第二管路上安装有第二级压缩机、第一气体冷却器和第二控制阀；
所述第一级压缩机的输入端与所述回热器的第一输出端管路连通，所述回热器的第一输入端与所述气液分离器的气体输出端管路连通，在所述气液分离器和所述回热器的第二输出端之间连通有1个所述子系统或多个并联的所述子系统；
每个所述子系统包括：引射器、第一膨胀阀、第二膨胀阀、循环罐和冰场蒸发盘管，所述气液分离器的液体输出端与所述循环罐的液体输入端通过管路连通且之间的管路上安装有所述第二膨胀阀，所述气液分离器的气液输入端与所述回热器的第二输出端之间设置有并联的第三管路和第四管路，在所述第三管路上安装有所述第一膨胀阀和第三控制阀，在所述第四管路上安装有所述引射器和第四控制阀，所述引射器的吸入口与所述循环罐的气体输出端连通；所述循环罐的液体输出端与所述冰场蒸发盘管的输入端管路连通且之间的管路上安装有一工质泵，所述冰场蒸发盘管的输出端与所述循环罐的气液输入端之间连通有第五管路，在所述第五管路上安装有第五控制阀，第六管路的一端与所述引射器和气液分离器之间的管路连通，另一端与所述第五控制阀和冰场蒸发盘管之间的第五管路连通，在所述第六管路上安装有第六控制阀。
在上述技术方案中，所述冷凝器的输入端用于与所述第一控制阀连通。
在上述技术方案中，所述第二级压缩机的输入端用于与所述第二控制阀连通。
在上述技术方案中，所述第四控制阀位于所述引射器和回热器之间的第四管路上。
在上述技术方案中，所述第三控制阀位于第一膨胀阀和回热器之间的第三管路上。
在上述技术方案中，从所述回热器的第二输入端进入的气体在所述回热器内进行放热，再从所述回热器的第二输出端排出；从所述回热器的第一输入端进入的气体在所述回热器内进行吸热，再从所述回热器的第一输出端排出。
上述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的使用方法，包括方式一、方式二、方式三和方式四中的一种：
方式一、使所述第一控制阀、第四控制阀和第五控制阀保持通路，使所述第二控制阀、第三控制阀和第六控制阀断路，使所述第二膨胀阀起到节流作用；
方式二、使所述第一控制阀、第三控制阀和第六控制阀保持通路，使所述第二控制阀、第四控制阀和第五控制阀断路，使所述第一膨胀阀起到节流作用且第二膨胀阀为通路不起节流作用；
方式三、使所述第二控制阀、第四控制阀和第五控制阀保持通路，使所述第一控制阀、第三控制阀和第六控制阀断路，使所述第二膨胀阀起到节流作用；
方式四、使所述第二控制阀、第三控制阀和第六控制阀保持通路，使所述第一控制阀、第四控制阀和第五控制阀断路，使所述第一膨胀阀起到节流作用且第二膨胀阀为通路不起节流作用。
在上述技术方案中，当室外温度高于20～25℃时，采用所述方式三或方式四(两种方式同为跨临界循环，方式三为引射器回收膨胀功，膨胀过程前后压差较大，膨胀过程中有大量的能量被浪费，当制冷工况稳定在设计工况时，制冰冷负荷和设计负荷相差不大，方式三的引射器回收膨胀功可以达到提高人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统能效的效果；相反在制冷工况变化剧烈，如人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统启闭时，制冰冷负荷变化大，引射器的工况调节能力较差，工作不稳定，控制起来不方便，采用方式四第一膨胀阀节流，使人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统运行更稳定)；当室外温度低于20～25℃时，采用所述方式一或方式二(两种方式同为亚临界循环，方式一为引射器回收膨胀功，当制冷工况稳定在设计工况时，制冰冷负荷和设计负荷相差不大，方式一的引射器回收膨胀功可以达到提高人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统能效的效果；相反在制冷工况变化剧烈，如人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统启闭时，制冰冷负荷变化大，引射器的工况调节能力较差，工作不稳定，控制起来不方便，采用方式二第一膨胀阀节流，使人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统运行更稳定)。
考虑到冰场需要全年制冷，室外温度和负荷相对较低时采用亚临界循环，通过第二气体冷却器和冷凝器进行放热过程；室外温度和负荷较高时通过双级压缩来实现跨临界循环，此时需通过第一、二气体冷却器进行放热，可以很好的实现跨临界与亚临界的相互转换与衔接。同时采用引射器时，把引射器与循环罐相连，引射循环罐中的气体到气液分离器最终回到第一级压缩机，来完成膨胀功的回收；同时与引射器并联有第一膨胀阀，在亚临界循环过程中，如果第一级压缩机出口压力相对较低，可以直接使用第一膨胀阀来完成节流。同时在气液分离器后再设置第二膨胀阀，进行对引射器出口液体的蒸发压力、蒸发温度的微调，系统可以在气液分离器后并联多个子系统实现多组冰场蒸发盘管的制冰，每组冰场蒸发盘管都可通过第二膨胀阀进行微调，增加了制冷系统的机动性,增强了制冷系统可控性。
附图说明
图1为本发明人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的结构示意图(1个子系统)；
图2为本发明人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的结构示意图(2个子系统)；
图3为本发明人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的运行第一压焓图；
图4为本发明人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的运行第二压焓图。
其中，1-1：第一气体冷却器，1-2：第二级压缩机，1-3：第二控制阀，1-4：第二气体冷却器，1-5：第一级压缩机，1-6：回热器，1-7：气液分离器，1-8：第一控制阀，1-9：冷凝器，2-1：第二膨胀阀，2-2：循环罐，2-3：第五控制阀，2-4：工质泵，2-5：第六控制阀，2-6：冰场蒸发盘管，2-7：引射器，2-8：第四控制阀，2-9：第三控制阀，2-10：第一膨胀阀。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
如图所示，一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统，包括：主系统和至少1个子系统，其中，
主系统包括：第一级压缩机1-5(C1)、第二级压缩机1-2(C2)、第一气体冷却器1-1(GC1)、第二气体冷却器1-4(GC2)、冷凝器1-9(Co)、回热器1-6(IHE)和气液分离器1-7(GLS)，第一级压缩机1-5的输出端与第二气体冷却器1-4的输入端管路连通，回热器1-6的第二输入端和第二气体冷却器1-4之间连接有并联设置的第一管路和第二管路，第一管路上安装有冷凝器1-9和第一控制阀1-8(CV1)，第二管路上安装有第二级压缩机1-2、第一气体冷却器1-1和第二控制阀1-3(CV2)；冷凝器1-9的输入端用于与第一控制阀1-8连通，第二级压缩机1-2的输入端用于与第二控制阀1-3连通。
第一级压缩机1-5的输入端与回热器1-6的第一输出端管路连通，回热器1-6的第一输入端与气液分离器1-7的气体输出端管路连通，在气液分离器1-7和回热器1-6的第二输出端之间连通有1个子系统或多个并联的子系统；
每个子系统包括：引射器2-7(Ej)、第一膨胀阀2-10(ExV1)、第二膨胀阀2-1(ExV2)、循环罐2-2(ET)和冰场蒸发盘管2-6(E)，气液分离器1-7的液体输出端与循环罐2-2的液体输入端通过管路连通且之间的管路上安装有第二膨胀阀2-1，气液分离器1-7的气液输入端与回热器1-6的第二输出端之间设置有并联的第三管路和第四管路，在第三管路上安装有第一膨胀阀2-10和第三控制阀2-9(CV3)，在第四管路上安装有引射器2-7和第四控制阀2-8(CV4)，第四控制阀2-8位于引射器2-7和回热器1-6之间的第四管路上，第三控制阀2-9位于第一膨胀阀2-10和回热器1-6之间的第三管路上。
引射器2-7的吸入口与循环罐2-2的气体输出端连通；循环罐2-2的液体输出端与冰场蒸发盘管2-6的输入端管路连通且之间的管路上安装有一工质泵2-4(P)，冰场蒸发盘管2-6的输出端与循环罐2-2的气液输入端之间连通有第五管路，在第五管路上安装有第五控制阀2-3(CV5)，第六管路的一端与引射器2-7和气液分离器1-7之间的管路连通，另一端与第五控制阀2-3和冰场蒸发盘管2-6之间的第五管路连通，在第六管路上安装有第六控制阀2-5(CV6)。
从回热器1-6的第二输入端进入的气体在回热器1-6内进行放热，再从回热器1-6的第二输出端排出；从回热器1-6的第一输入端进入的气体在回热器1-6内进行吸热，再从回热器1-6的第一输出端排出。
引射器和第三管路与气液分离器连接的气液输入端可以为两个不同的气液输入端。
如图1所示为1个子系统，如图2所示为2个子系统。
上述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的使用方法，包括方式一、方式二、方式三和方式四中的一种：
方式一(亚临界循环、引射器回收膨胀功)、使第一控制阀1-8、第四控制阀2-8和第五控制阀2-3保持通路，使第二控制阀1-3、第三控制阀2-9和第六控制阀2-5断路，使第二膨胀阀2-1起到节流作用；
方式二(亚临界循环、未回收膨胀功)、使第一控制阀1-8、第三控制阀2-9和第六控制阀2-5保持通路，使第二控制阀1-3、第四控制阀2-8和第五控制阀2-3断路，使第一膨胀阀2-10起到节流作用且第二膨胀阀2-1为通路不起节流作用；
方式三(跨临界循环、引射器回收膨胀功)、使第二控制阀1-3、第四控制阀2-8和第五控制阀2-3保持通路，使第一控制阀1-8、第三控制阀2-9和第六控制阀2-5断路，使第二膨胀阀2-1起到节流作用；
方式四(跨临界循环、未回收膨胀功)、使第二控制阀1-3、第三控制阀2-9和第六控制阀2-5保持通路，使第一控制阀1-8、第四控制阀2-8和第五控制阀2-3断路，使第一膨胀阀2-10起到节流作用且第二膨胀阀2-1为通路不起节流作用。
当室外温度高于20～25℃时，采用方式三或方式四(两种方式同为跨临界循环，方式三为引射器回收膨胀功，膨胀过程前后压差较大，膨胀过程中有大量的能量被浪费，当制冷工况稳定在设计工况时，制冰冷负荷和设计负荷相差不大，方式三的引射器回收膨胀功可以达到提高人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统能效的效果；相反在制冷工况变化剧烈，如人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统启闭时，制冰冷负荷变化大，引射器的工况调节能力较差，工作不稳定，控制起来不方便，采用方式四第一膨胀阀节流，使人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统运行更稳定)；当室外温度低于20～25℃时，采用方式一或方式二(两种方式同为亚临界循环，方式一为引射器回收膨胀功，当制冷工况稳定在设计工况时，制冰冷负荷和设计负荷相差不大，方式一的引射器回收膨胀功可以达到提高人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统能效的效果；相反在制冷工况变化剧烈，如人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统启闭时，制冰冷负荷变化大，引射器的工况调节能力较差，工作不稳定，控制起来不方便，采用方式二第一膨胀阀节流，使人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统运行更稳定)。
实施例2
一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统，包括：第一级压缩机(C1)、第二级压缩机(C2)、第一气体冷却器(GC1)、第二气体冷却器(GC2)、冷凝器(Co)、回热器(IHE)、第一膨胀阀(ExV1)、第二膨胀阀(ExV2)、引射器(Ej)、气液分离器(GLS)、循环罐(ET)、工质泵(P)、冰场蒸发盘管(E)，第一～第六控制阀(CV1、CV2、CV3、CV4、CV5、CV6)。
第一级压缩机(C1)的输出端和第二气体冷却器(GC2)的输入端相连，第二级压缩机(C2)的输入端和冷凝器(Co)的输入端均与第二气体冷却器(GC2)的输出端相连，第二级压缩机(C2)的输出端与第一气体冷却器(GC1)的输入端相连，第一气体冷却器(GC1)的输出端和冷凝器(Co)的输出端均与回热器(IHE)的第二输入端相连。
回热器(IHE)的第一输入端与气液分离器(GLS)的气体输出端相连，回热器(IHE)的第一输出端与第一级压缩机(C1)的输入端相连，回热器(IHE)的第二输出端与第一膨胀阀(ExV1)的输入端和引射器(Ej)的喷嘴均相连。
引射器(Ej)的输出端与气液分离器(GLS)的气液输入端相连，第一膨胀阀(ExV1)的输出端与气液分离器(GLS)的气液输入端相连，气液分离器(GLS)的液体输出端与第二膨胀阀(ExV2)的输入端相连。
循环罐(ET)的液体输入端与第二膨胀阀(ExV2)的输出端相连，循环罐(ET)的气体输出端与引射器(Ej)的吸入口相连，循环罐(ET)的液体输出端与工质泵(P)的输入端相连，工质泵(P)与冰场蒸发盘管(E)的输入端相连，冰场蒸发盘管(E)的输出端与循环罐(ET)的气液输入端和气液分离器(GLS)的气液输入端均相连。
第二气体冷却器(GC2)的输出端连接第一控制阀(CV1)一端，且第一控制阀(CV1)另一端与冷凝器(Co)的输入端连接；第二气体冷却器(GC2)的输出端连接第二控制阀(CV2)一端，且第二控制阀(CV2)另一端与第二级压缩机(C2)的输入端连接，同时第二控制阀(CV2)与第一控制阀(CV1)并联；回热器(IHE)的第二输出端连接第三控制阀(CV3)一端，且第三控制阀(CV3)的另一端与第一膨胀阀(ExV1)的输入端相连；回热器(IHE)第二输出端连接第四控制阀(CV4)一端，且第四控制阀(CV4)另一端与引射器(Ej)的喷嘴处相连，同时第四控制阀(CV4)与第三控制阀(CV3)并联；冰场蒸发盘管(E)的输出端连接第五控制阀(CV5)一端，且第五控制阀(CV5)另一端与循环罐(ET)的气液输入端连接；冰场蒸发盘管(E)的输出端连接第六控制阀(CV6)一端，且第六控制阀(CV6)另一端与气液分离器(GLS)的气液输入端连接，同时第六控制阀(CV6)与第五控制阀(CV5)并联。
上述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统以二氧化碳为制冷剂，通过冰场蒸发盘管(E)来实现制冰过程，且此过程与冰面直接接触，没有通过媒介制冰，使得过程中的能源利用效率较高。上述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统可以处于亚临界循环(引射器回收膨胀功)运行状态，参见图1和压焓lgP-h图3所示，其工作过程如下：
第一控制阀(CV1)、第四控制阀(CV4)和第五控制阀(CV5)保持通路，第二控制阀(CV2)、第三控制阀(CV3)和第六控制阀(CV6)断路。第一级压缩机(C1)吸入低温低压的二氧化碳[状态点1’]，压缩为高温高压的制冷剂气体[状态点2]，之后排出高温高压的制冷剂气体，送入第二气体冷却器(GC2)，在第二气体冷却器(GC2)中冷却，冷却到饱和气体状态[状态点3]后排出，送入冷凝器(Co)，在冷凝器(Co)中继续冷却后排出[状态点4]，送入回热器(IHE)，使得制冷剂在此时过冷[状态点4’]，随后送入引射器(Ej)的喷嘴处，并在引射器(Ej)的作用下降压加速[状态点5]，并且与循环罐气体输出端处的CO2工质[状态点9]混合[状态点6]，混合后工质经过扩压段增压[状态点7]，随后送入气液分离器(GLS)中，在引射器(Ej)降压加速的作用下，制冷剂气体有一部分转化成液体，还有一部分未转化，此时气液分离器(GLS)中存在气液两相流。随后气液分离器(GLS)中的液体制冷剂[状态点7L]经过第二膨胀阀(ExV2)的节流作用，成为低温低压的气液两相流体[状态点8]，随后进入循环罐(ET)内，在循环罐(ET)内的流体直接通过工质泵(P)进入冰场蒸发盘管(E)直接蒸发吸热，进行制冰。可能冰场蒸发盘管(E)的出口处的液体不能完全转化成低压气体，气液两相流从冰场蒸发盘管(E)送出后排入循环罐(ET)内，液体继续通过工质泵(P)循环，而低压气体[状态点9]被引射，通过引射器(Ej)吸入口，吸入到引射器(Ej)内部，最终低压气体被引射到气液分离器(GLS)中[状态点7]，而气液分离器(GLS)中的气体[状态点7G或状态点1]通过气体输出端排出，送入回热器(IHE)中，使得低压气体过热后通过回热器(IHE)第一输出端排出[状态点1’]进入第一级压缩机(C1)的输入端，完成循环。
上述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统可以处于亚临界循环(未回收膨胀功)运行状态，参见图1和压焓lgP-h图3所示，其工作过程如下：
第一控制阀(CV1)、第三控制阀(CV3)和第六控制阀(CV6)保持通路，第二控制阀(CV2)、第四控制阀(CV4)和第五控制阀(CV5)断路。第一级压缩机(C1)吸入低温低压的二氧化碳[状态点9’]，压缩为高温高压的制冷剂气体[状态点2’]，之后排出高温高压的制冷剂气体，送入第二气体冷却器(GC2)，在第二气体冷却器(GC2)中冷却，冷却到饱和气体状态[状态点3]后排出，送入冷凝器(Co)，在冷凝器(Co)中继续冷却后排出[状态点4]，送入回热器(IHE)，使得制冷剂在此时过冷[状态点4’]，随后送入第一膨胀阀(ExV1)处，并在第一膨胀阀(ExV1)的作用下节流[状态点5’]，并且送入气液分离器(GLS)中，在第一膨胀阀(ExV1)节流的作用下，制冷剂气体有一部分转化成液体，还有一部分未转化，此时气液分离器(GLS)中存在气液两相流。随后气液分离器(GLS)中的液体制冷剂进入循环罐(ET)内(此时第二膨胀阀(ExV2)为通路不起节流作用)，在循环罐(ET)内的流体直接通过工质泵(P)进入冰场蒸发盘管(E)直接蒸发吸热，进行制冰。可能冰场蒸发盘管(E)出口处的液体不能完全转化成低压气体，气液两相流从冰场蒸发盘管(E)送出后排入气液分离器(GLS)内，液体继续经过循环罐(ET)通过工质泵(P)循环，而在气液分离器(GLS)中的低压气体[状态点9]，通过气液分离器(GLS)气体输出端排出，送入回热器(IHE)中，使得低压气体过热[状态点9’]后通过回热器(IHE)第一输出端排出进入第一级压缩机(C1)输入端，完成循环。
上述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统可以处于跨临界循环(引射器回收膨胀功)运行状态，参见图1和压焓lgP-h图4所示，其工作过程如下：
第二控制阀(CV2)、第四控制阀(CV4)和第五控制阀(CV5)保持通路，第一控制阀(CV1)、第三控制阀(CV3)和第六控制阀(CV6)断路。第一级压缩机(C1)吸入低温低压的二氧化碳[状态点1’]，压缩为高温高压的制冷剂气体[状态点2]，之后排出高温高压的制冷剂气体，送入第二气体冷却器(GC2)，在第二气体冷却器(GC2)中冷却，冷却到饱和气体状态[状态点3]后排出，送入第二级压缩机(C2)，再次压缩为超临界流体[状态点4]，超临界流体从第二级压缩机(C2)的输出端排出送入第一气体冷却器(GC1)，经过冷却后的制冷剂流体[状态点5]送入回热器(IHE)，使得制冷剂进一步冷却[状态点5’]，随后送入引射器(Ej)的喷嘴处，并在引射器(Ej)的作用下降压加速[状态点6]，并且与循环罐气体输出端处的CO2工质[状态点10]混合[状态点7]，混合后工质经过扩压段增压[状态点8]，随后送入气液分离器(GLS)中，在引射器(Ej)降压加速的作用下，制冷剂气体有一部分转化成液体，还有一部分未转化，此时气液分离器(GLS)中存在气液两相流。随后气液分离器(GLS)中的液体制冷剂[状态点8L]经过第二膨胀阀(ExV2)的节流作用，成为低温低压的气液两相流体[状态点9]，随后进入循环罐(ET)内，在循环罐(ET)内的流体直接通过工质泵(P)进入冰场蒸发盘管(E)直接蒸发吸热，进行制冰。可能冰场蒸发盘管(E)出口处的液体不能完全转化成低压气体，气液两相流从冰场蒸发盘管(E)送出后排入循环罐(ET)内，液体继续通过工质泵(P)循环，而低压气体[状态点10]被引射，通过引射器(Ej)吸入口，吸入到引射器(Ej)内部，最后低压气体被引射到气液分离器(GLS)中[状态点8]，而气液分离器(GLS)中的气体[状态点8G或状态点1]通过气液分离器(GLS)气体输出端排出，送入回热器(IHE)中，使得低压气体过热后通过回热器(IHE)第一输出端排出[状态点1’]进入第一级压缩机(C1)的输入端，完成循环。
上述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统可以处于跨临界循环(未回收膨胀功)运行状态，参见图1和压焓lgP-h图4所示，其工作过程如下：
第二控制阀(CV2)、第三控制阀(CV3)和第六控制阀(CV6)保持通路，第一控制阀(CV1)、第四控制阀(CV4)和第五控制阀(CV5)断路。第一级压缩机(C1)吸入低温低压的二氧化碳[状态点10’]，压缩为高温高压的制冷剂气体[状态点2’]，之后排出高温高压的制冷剂气体，送入第二气体冷却器(GC2)，在第二气体冷却器(GC2)中冷却，冷却到饱和气体状态[状态点3]后排出，送入第二级压缩机(C2)的输入端，再次压缩为超临界流体[状态点4]，超临界流体从第二级压缩机(C2)的输出端排出送入第一气体冷却器(GC1)，经过冷却后的制冷剂流体[状态点5]送入回热器(IHE)，使得制冷剂进一步冷却[状态点5’]，随后送入第一膨胀阀(ExV1)处，并在第一膨胀阀(ExV1)的作用下节流[状态点6’]，并且送入气液分离器(GLS)中，在第一膨胀阀(ExV1)节流的作用下，制冷剂气体有一部分转化成液体，还有一部分未转化，此时气液分离器(GLS)中存在气液两相流。随后气液分离器(GLS)中的液体制冷剂进入循环罐(ET)内(此时第二膨胀阀(ExV2)为通路不起节流作用)，在循环罐(ET)内的流体直接通过工质泵(P)进入冰场蒸发盘管(E)直接蒸发吸热，进行制冰。可能冰场蒸发盘管(E)出口处的液体不能完全转化成低压气体，气液两相流从冰场蒸发盘管(E)送出后排入气液分离器(GLS)内，液体继续经过循环罐(ET)通过工质泵(P)循环，而在气液分离器(GLS)中的低压气体[状态点10]，通过气液分离器(GLS)的气体输出端排出，送入回热器(IHE)中，使得低压气体过热[状态点10’]后通过回热器(IHE)的第一输出端排出进入第一级压缩机(C1)输入端，完成循环。
本发明人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统以二氧化碳为制冷剂，设置了两个串联的压缩机(第一级压缩机和第二级压缩机)，考虑到冰场需要全年制冷，室外温度和负荷相对较低时采用亚临界循环，通过第二气体冷却器和冷凝器进行放热过程；室外温度和负荷较高时通过双级压缩(第一级压缩机和第二级压缩机)来实现跨临界循环，此时需通过第一、二气体冷却器进行放热，可以很好的实现跨临界与亚临界的相互转换与衔接；同时还设置了引射器，把引射器与循环罐相连，减少了节流损失，完成膨胀功的回收，还能够提高第一级压缩机入口的吸气温度，提高第一级压缩机效率；同时与引射器相并联有第一膨胀阀，在亚临界循环过程中，如果第一级压缩机出口压力相对较低，可以直接使用第一膨胀阀来完成节流；同时在气液分离器后再设置第二膨胀阀，进行对引射器出口液体的蒸发压力、蒸发温度的微调，系统可以在气液分离器后并联多个子系统实现多组冰场蒸发盘管的制冰，每组冰场蒸发盘管都可通过第二膨胀阀进行微调，增加了人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的机动性；同时人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统设有回热器，通过降低第一气体冷却器(或冷凝器)出口制冷剂温度，增加第一级压缩机入口温度，来提高压缩机能效。增强了人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统可控性与空调运行能效。
实施例3
一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统，与实施例2相同，不同之处在于本实施例的人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统中子系统的数量为两个。
其工作过程与实施例2一致。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的使用方法，其特征在于，所述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统包括：主系统和至少1个子系统，其中，
所述主系统包括：第一级压缩机(1-5)、第二级压缩机(1-2)、第一气体冷却器(1-1)、第二气体冷却器(1-4)、冷凝器(1-9)、回热器(1-6)和气液分离器(1-7)，所述第一级压缩机(1-5)的输出端与所述第二气体冷却器(1-4)的输入端管路连通，所述回热器(1-6)的第二输入端和第二气体冷却器(1-4)之间连接有并联设置的第一管路和第二管路，所述第一管路上安装有冷凝器(1-9)和第一控制阀(1-8)，所述第二管路上安装有第二级压缩机(1-2)、第一气体冷却器(1-1)和第二控制阀(1-3)；
所述第一级压缩机(1-5)的输入端与所述回热器(1-6)的第一输出端管路连通，所述回热器(1-6)的第一输入端与所述气液分离器(1-7)的气体输出端管路连通，在所述气液分离器(1-7)和所述回热器(1-6)的第二输出端之间连通有1个所述子系统或多个并联的所述子系统；
每个所述子系统包括：引射器(2-7)、第一膨胀阀(2-10)、第二膨胀阀(2-1)、循环罐(2-2)和冰场蒸发盘管(2-6)，所述气液分离器(1-7)的液体输出端与所述循环罐(2-2)的液体输入端通过管路连通且之间的管路上安装有所述第二膨胀阀(2-1)，所述气液分离器(1-7)的气液输入端与所述回热器(1-6)的第二输出端之间设置有并联的第三管路和第四管路，在所述第三管路上安装有所述第一膨胀阀(2-10)和第三控制阀(2-9)，在所述第四管路上安装有所述引射器(2-7)和第四控制阀(2-8)，所述引射器(2-7)的吸入口与所述循环罐(2-2)的气体输出端连通；所述循环罐(2-2)的液体输出端与所述冰场蒸发盘管(2-6)的输入端管路连通且之间的管路上安装有一工质泵(2-4)，所述冰场蒸发盘管(2-6)的输出端与所述循环罐(2-2)的气液输入端之间连通有第五管路，在所述第五管路上安装有第五控制阀(2-3)，第六管路的一端与所述引射器(2-7)和气液分离器(1-7)之间的管路连通，另一端与所述第五控制阀(2-3)和冰场蒸发盘管(2-6)之间的第五管路连通，在所述第六管路上安装有第六控制阀(2-5)；
所述人工冰场二氧化碳直接蒸发式制冰系统的使用方法包括方式一、方式二、方式三和方式四中的一种：
方式一、使所述第一控制阀(1-8)、第四控制阀(2-8)和第五控制阀(2-3)保持通路，使所述第二控制阀(1-3)、第三控制阀(2-9)和第六控制阀(2-5)断路，使所述第二膨胀阀(2-1)起到节流作用；
方式二、使所述第一控制阀(1-8)、第三控制阀(2-9)和第六控制阀(2-5)保持通路，使所述第二控制阀(1-3)、第四控制阀(2-8)和第五控制阀(2-3)断路，使所述第一膨胀阀(2-10)起到节流作用且第二膨胀阀(2-1)为通路不起节流作用；
方式三、使所述第二控制阀(1-3)、第四控制阀(2-8)和第五控制阀(2-3)保持通路，使所述第一控制阀(1-8)、第三控制阀(2-9)和第六控制阀(2-5)断路，使所述第二膨胀阀(2-1)起到节流作用；
方式四、使所述第二控制阀(1-3)、第三控制阀(2-9)和第六控制阀(2-5)保持通路，使所述第一控制阀(1-8)、第四控制阀(2-8)和第五控制阀(2-3)断路，使所述第一膨胀阀(2-10)起到节流作用且第二膨胀阀(2-1)为通路不起节流作用。
2.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述冷凝器(1-9)的输入端用于与所述第一控制阀(1-8)连通。
3.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述第二级压缩机(1-2)的输入端用于与所述第二控制阀(1-3)连通。
4.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述第四控制阀(2-8)位于所述引射器(2-7)和回热器(1-6)之间的第四管路上。
5.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述第三控制阀(2-9)位于第一膨胀阀(2-10)和回热器(1-6)之间的第三管路上。
6.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，从所述回热器(1-6)的第二输入端进入的气体在所述回热器(1-6)内进行放热，再从所述回热器(1-6)的第二输出端排出；从所述回热器(1-6)的第一输入端进入的气体在所述回热器(1-6)内进行吸热，再从所述回热器(1-6)的第一输出端排出。
7.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，当室外温度高于20～25℃时，采用所述方式三或方式四；当室外温度低于20～25℃时，采用所述方式一或方式二。
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