CN110160299A - 一种可独立制冰的模块式人工冰场 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可独立制冰的模块式人工冰场，包括若干个独立组装且可拼接的制冰模块单元；每个所述制冰模块单元包括一个制冷系统，所述制冷系统包括蒸发器和冷却器，所述冷却器和所述蒸发器自下而上叠放且两者之间设有保温隔热层，所述蒸发器上表面四边设有可拆卸围板并围合成密封水槽。本发明可将独立组装且可拼接的制冰模块单元，拼接形成不同形状和面积的制冰区域，尤其满足舞台表演、教室教学等小面积冰场的制冰需求，降低能耗。

Description

一种可独立制冰的模块式人工冰场

技术领域

本发明涉及一种人工冰场，特别涉及一种可独立制冰的模块式人工冰场。

背景技术

目前，冰上运动备受人们喜欢，已经发展出多种多样的竞赛项目，并且滑冰作为一种常见的娱乐方式受到越来越多人的青睐。

有大量的冰雪场馆待建，无论是冰球馆、冰壶馆、速滑馆、花滑馆，还是大道馆，最重要的是要有优秀的冰。制作软硬一致、整齐一致的冰面，对运动员安全又充分的发挥技术起到至关重要的作用。

宏观环境的发展和国家政策的推行使市场对冰场的建设产生了大量的需求。同时对制冰系统和装置本身的技术和质量水平提出了更高的要求,特别是安全环保和能效方面。目前国内采用的冰场制冷剂主要有氨和R134a，氨存在安全隐患，需要有人值守，运维成本极高，现在基本被禁用；R134a需采用乙醇作为载冷剂，制冷效率低。

目前人工冰场采用间接制冷系统较多，但由于多了蒸发器换热，蒸发温度下降，性能系数降低，制冷效率下降，不利于节能减排，同时载冷剂循环增加了泵的能耗，还会腐蚀管路，使维护费用增加。还有一些冰场制冷系统一般由水水制冷机组加冷却塔组成，这样需要有一个100平米左右的制冷设备机房，另外还要建设有冷却塔，冷却塔是开放系统，运营时需要消耗大量的水，到冬季的时候处理不好还容易结冰冻坏设备，存在占地面积较大、系统可靠性不佳的缺陷。

现有冰场采用的人工制冰装置多为针对整个场地制作完整的冰面，在公开号CN201897349U的专利中，公开了一种人工制冷滑冰场用套合式集管制冰装置，通过供液集管与制冰排管将制冷剂输送至冰场各个部位，与冰面进行热交换，制冷剂吸热蒸发变为气体后，再由回气排管与回气集管吸回到制冰机组，进行下一次制冷循环。此制冰装置虽然能够快速制成所需冰面，且冰面质量均匀，但是其只能一次冻结整块冰面，不能够有针对性的对场地内需要制冰的表面进行制冰。在公开号CN206176829U的专利中，公开了一种模块化机组及包括该模块化机组的冰场制冷系统，其利用分集水器和集分水器连通冷水机组的出水口与冰场换热盘管组件的冰场供水口，解决了不同冰场之间不同规格的冷水机组与换热盘管的匹配连接问题，但所述机组本身不能制冰而只起到连接和除渣作用。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种针对不同形状和大小的制冰区域能够可独立制冷的水冷模块式人工冰场。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种可独立制冰的模块式人工冰场，包括若干个独立组装且可拼接的制冰模块单元；每个所述制冰模块单元包括一个制冷系统，所述制冷系统包括蒸发器和冷却器，所述冷却器和所述蒸发器自下而上叠放且两者之间设有保温隔热层，所述蒸发器上表面四边设有可拆卸围板并围合成密封水槽。

进一步地，所述蒸发器包括由导热型材拼接成的方形板块；所述方形板块，其内设有若干个相互平行的制冷剂流经的支管路，并设有与若干个所述支管路垂直连通的干管路。

进一步地，所述蒸发器还包括单元冷媒分配器，所述支管路的输入口与所述单元冷媒分配器的分流输出口一一对应连通；所述支管路的输出口与所述干管路连通；所述单元冷媒分配器位于所述方形板块内。

进一步地，所述支管路分为A、B两组，A组的所述支管路的输入口位于左侧，B 组的所述支管路的输入口位于右侧，A组的所述支管路和B组的所述支管路交替设置；所述干管路左右设置，左侧的所述干管路与B组的所述支管路连通，右侧的所述干管路与A组的所述支管路连通；所述单元冷媒分配器左右设置，左侧的所述单元冷媒分配器与A组的所述支管路连通，右侧的所述单元冷媒分配器与B组的所述支管路连通。

进一步地，所述冷却器设有风冷散热系统或水冷散热系统。

进一步地，所述风冷散热系统包括进风口、风机和出风口；所述冷却器包括翅片组，所述进风口位于所述风机下方，所述风机位于所述翅片组下方，所述出风口位于所述翅片组上方。

进一步地，所述水冷散热系统包括进水总管和回水总管，所述进水总管和所述回水总管分别对应垂直连接有多组进水干管和回水干管；每组所述进水干管和所述回水干管间垂直连接有若干个U型的冷却水支管。

进一步地，每个所述制冰模块单元还包括一个控制系统，所述控制系统包括检测单元和控制器；所述检测单元检测制冷系统的压力和温度，并输出信号至所述控制器；所述控制器输出信号控制所述制冷系统的工作。

进一步地，所述制冰模块单元侧面设有方形外框，所述外框四侧面设有对接组装的拼装孔；两个所述制冰模块单元拼接时，通过螺栓插入两个所述制冰模块单元的相对的拼装孔中并与螺母配合锁紧。

进一步地，所述制冰模块单元侧面设有方形外框，所述外框相对两侧面中的一个侧面设有可拆卸定位销，另一个侧面设有与所述可拆卸定位销相配合的定位销孔；两个所述制冰模块单元拼接时，一个所述制冰模块单元的定位销插入另一个所述制冰模块单元的定位销孔中。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、可将独立组装且可拼接的制冰模块单元，拼接形成不同形状和面积的制冰区域，尤其满足舞台表演、教室教学等小面积冰场的制冰需求，降低能耗。

2、采用的直接蒸发式蒸发器换热效率高、冰面厚度和硬度均匀，能耗低。

3、冰场采用若干制冰模块单元的拼接而非多个蒸发器的连接，使系统油路较短，避免了直接蒸发式制冷系统“回油难”的问题。

4、制冰模块单元可以实现冷热两用，蒸发器直接蒸发制冰，循环在冷却器水冷散热管路的冷却水加热后可实现场馆热水供应。

5、制冷系统中的蒸发器采用由工字型以及U型结构的铝型材等导热型材焊接而成的方形板块结构，制冷剂管道设置在方形板块内，结构简单紧凑、易于安装制作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的制冷系统工作原理示意图；

图3是本发明的制冰模块单元的俯视图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是图3的B-B剖视图；

图6是本发明的冷却器结构示意图；

图7是本发明的蒸发器工作原理示意图；

图8是本发明的水冷散热系统工作原理示意图；

图9是本发明的制冰模块单元的外框结构示意图。

图中：1、围板；2、制冰模块单元；3、第一温度传感器；4、第二温度传感器；5、第三温度传感器；6、第四温度传感器；7、功率表；8、干燥过滤器；9、冷却器；10、油分离器；11、压缩机；12、气液分离器；13、控制器；14、人机界面；15、蒸发器； 16、第五温度传感器；17、电子膨胀阀；18、压力传感器；19、支管路；20、保温隔热层；21、出风口；22、风机；23、干管路；24、单元冷媒分配器的分流输出管；25、合流三通阀；26、单元冷媒分配器；27、分流三通阀；28、冷却水支管；29、进水总管； 30、回水总管；31、水箱；32、拼装孔；33、外框。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图9，一种可独立制冰的模块式人工冰场，包括若干个独立组装且可拼接的制冰模块单元2；每个所述制冰模块单元2包括一个制冷系统，所述制冷系统包括蒸发器15和冷却器9，所述冷却器9和所述蒸发器15自下而上叠放且两者之间设有保温隔热层20，所述蒸发器15上表面四边设有可拆卸围板1并围合成密封水槽。保温隔热层 20优选聚氨酯发泡层等各种轻质隔热材料层。围板1为可拆卸式，可根据冰面高度要求安装不同高度的围板1。每个所述制冰模块单元2包括一个制冷系统，使得每个制冰模块单元2均可单独制冰；可根据冰面高度要求安装不同高度的围板1，可根据冰面尺寸要求，由多个制冰模块单元2拼接构成一个整体冰面。

所述制冰模块单元2侧面可设有方形外框33，所述外框33四侧面可设有对接组装的拼装孔32；两个所述制冰模块单元2拼接时，可通过螺栓插入两个所述制冰模块单元2 的相对的拼装孔32中并与螺母配合锁紧，使两两所述制冰模块单元2拼接在一起。也可以在方形外框33设置定位销和定位孔来配合拼接，比如，所述外框33相对两侧面中的一个侧面设有可拆卸定位销，另一个侧面设有与所述可拆卸定位销相配合的定位销孔；两个所述制冰模块单元2拼接时，一个所述制冰模块单元2的定位销插入另一个所述制冰模块单元2的定位销孔中。拼接后可通过定位销锁紧机构锁紧，比如定位销本体设有卡槽或防脱孔，采用卡簧卡接在定位销卡槽上，或者销钉插入定位销本体的防脱孔中等固定定位销，防止其脱销。拼接后，对拼接在一起的围板1之间缝隙进行密封处理，围板1的上边缘可处理为圆弧形，围板1上边缘材质优选硬度与冰接近的材质。每个所述制冰模块单元2也可封装在导热型材框架内，采用上述拼接结构和拼接方法拼接在一起。

所述制冷系统还可包括气液分离器12、压缩机11、油分离器10、干燥过滤器8以及电子膨胀阀17等；所述压缩机11、所述油分离器10、所述冷却器9、所述干燥过滤器8、所述电子膨胀阀17、所述蒸发器15、所述气液分离器12依次连接。

所述蒸发器15可包括由导热型材拼接成的方形板块；所述方形板块，其内可设有若干个相互平行的制冷剂流经的支管路19，并可设有与若干个所述支管路19垂直连通的干管路23。所述导热型材可为铝型材、铝合金型材、铜型材、铜合金型材、不锈钢型材等各种导热型材。所述导热型材优选为铝型材。

所述蒸发器15还可包括单元冷媒分配器26，所述支管路19的输入口可与所述单元冷媒分配器26的分流输出口一一对应连通；所述支管路19的输出口可与所述干管路23 连通；所述单元冷媒分配器26可位于所述方形板块内，也可设置在方形板块外。

上述支管路19可分为A、B两组，A组的所述支管路19的输入口可位于左侧，B 组的所述支管路19的输入口可位于右侧，A组的所述支管路19和B组的所述支管路19 可交替设置；所述干管路23可左右设置，左侧的所述干管路23可与B组的所述支管路 19连通，右侧的所述干管路23可与A组的所述支管路19连通；所述单元冷媒分配器26 可左右设置，左侧的所述单元冷媒分配器26可与A组的所述支管路19连通，右侧的所述单元冷媒分配器26可与B组的所述支管路19连通。这种结构，使相邻支管路19的制冷剂逆向流动，使左右两侧的换热同步均匀，避免了制冷剂同向流经支管路19时，形成一侧冰面结冰快而另一侧结冰慢所导致冰面厚度不均的情况。

进一步地，所述冷却器9可设有风冷散热系统或水冷散热系统。

进一步地，所述风冷散热系统可包括进风口、风机22和出风口21；所述冷却器9 可包括翅片组，所述进风口可位于所述风机22下方，所述风机22可位于所述翅片组下方，所述出风口21可位于所述翅片组上方。

进一步地，所述水冷散热系统可包括进水总管29和回水总管30，所述进水总管29和所述回水总管30可分别对应垂直连接有多组进水干管和回水干管；每组所述进水干管和所述回水干管间可垂直连接有若干个U型的冷却水支管28。

进一步地，每个所述制冰模块单元2还可包括一个控制系统，所述控制系统可包括检测单元和控制器13；所述检测单元可检测制冷系统的压力和温度，并输出信号至所述控制器13；所述控制器13可输出信号控制所述制冷系统的工作。所述控制系统还可包括可操作及显示制冰模块单元2工作的人机界面14，以及检测压缩机11工作功率的功率表7；人机界面14可位于控制室或操作平台上，与所述控制器13可无线或有线连接。

所述检测单元可包括：用于检测所述电子膨胀阀17的输出端的制冷剂压力的压力传感器18、用于检测从所述冷却器9流出的制冷剂温度的第一温度传感器3、用于检测所述冷却器9表面温度第二温度传感器4、用于检测流入所述冷却器9的制冷剂温度的第三温度传感器5、用于检测从所述压缩机11流出的制冷剂温度的第四温度传感器6、用于检测所述蒸发器15表面温度的第五温度传感器16等。

下面以一个优选实施例为例对本发明的结构和工作原理做进一步说明：

请参见图1和图2，一种可独立制冰的模块式人工冰场，由若干个独立组装且可拼接的制冰模块单元2拼接而成，每个制冰模块单元2均可单独制冰；每个制冰模块单元2 可包括方形的铝型材外框33、制冷系统和控制系统，所述制冷系统由矩形的蒸发器15、气液分离器12、压缩机11、油分离器10、冷却器9、干燥过滤器8、电子膨胀阀17依次连接组成；所述控制系统包括控制器13、人机界面14、压力传感器18、多个温度传感器和功率表7等。全部系统安装在所述铝型材外框33内并封装为一个整体。

如图9所示，制冰模块单元2的铝型材外框33四边设有拼装孔32，各制冰模块单元2可通过拼装孔32对接定位，用螺栓穿过拼装孔32与螺母锁紧等方式，以组合成任意大小的制冰面积，组合好后整体最外围用两至三道钢索拉紧固定。铝型材外框33可设有四层托架，自上而下分别用以支撑蒸发器15、聚氨酯发泡层、各系统部件、冷却器9。上表面四边设有高60～80mm的围板1用于挡水制冰。围板1为可拆卸式，可根据冰面高度要求安装不同高度的围板1。

制冰模块单元2的压缩机11选用小型卧式全封闭转子式或涡旋式压缩机11，制冷量以30分钟快速制冰装置上表面60-80mm厚的冰冷量计算(kW)。制冷工质选用R744。

请参见图3、图4、图5、图7，制冰模块单元2的蒸发器15可采用铝型材拼接制成，可将铝型材焊接成方形板块，基本尺寸可为4000mm×3000mm×100mm或其他尺寸。蒸发器15长边为若干条工字型铝型材并行设置，工字型铝型材的两端分别与U字型铝型材垂直连接，沿工字型铝型材腹板焊接制冷剂流经的支管路19，管道内径和厚度按制冷剂流量和强度计算要求。蒸发器15配有两个左右设置的单元冷媒分配器26，左侧的单元冷媒分配器26的分流输出管24分别与排序为单数的工字型铝型材的支管路19连通；右侧的单元冷媒分配器26的分流输出管24分别与排序为双数的工字型铝型材的支管路19连通；这些支管路19的输出口对应与两侧的干管路23连通；工字型铝型材和U字型铝型材焊接后，焊接处采用密封胶条或注胶做密封处理，防止泄漏。

如图7所示，进入蒸发器15的制冷剂经分流三通阀27均分两组，一组进入左侧的单元冷媒分配器26，经左侧的单元冷媒分配器26的分流输出管24，流入排序为单数的工字型铝型材的支管路19；自左向右流动后进入右侧干管路23，然后经由右侧干管路23 流出蒸发器15，然后流入合流三通阀25；另一组进入右侧的单元冷媒分配器26，经右侧的单元冷媒分配器26的分流输出管24，流入排序为双数的工字型铝型材的支管路19；自右向左流动后进入左侧干管路23，然后经由左侧干管路23流出蒸发器15，然后流入合流三通阀25；两组制冷剂流出蒸发器15后通过合流三通阀25重新合为一组流进压缩机11。

为保证良好的制冰效果，蒸发温度设为-10℃，过热温度设为-7℃，以保证冰面的温度为-5℃或其它需要的温度。

制冰模块单元2的蒸发器15下面是设置有100mm厚聚氨脂发泡层作为保温隔热层20，防止冷能损失，所述发泡层下可设置有200mm高的系统部件安装空间，在系统部件安装空间下方水平布置有冷却器9。系统部件和冷却器9之间可设有保温隔热层20。

冷却器9采用风冷散热系统的制冰模块单元2的横纵截面如图6所示。制冰模块单元2的冷却器9可采用风冷管翅式冷却器或水冷套管式冷却器。

采用风冷散热系统的冷却器9可采用风冷管翅式冷却器，如图6所示，冷却器9可包括风机22、管束和翅片组，出风口21可配有快速接头；制冷剂从左上端进入管束并通过翅片放热后从右下端流出。从下端进入的冷空气被风机22送入翅片组，换热后进入上端的热风通道，热风通道两端设有出风口21，热风经快速接头排出至热风总管，然后输入需要热风的场所。

采用水冷散热系统制冰模块单元2，其水冷散热系统工作原理如图8所示。水冷散热系统可包括水箱31及与水箱31连接的进水总管29和回水总管30，所述进水总管29和所述回水总管30可分别对应垂直连接有多组进水干管和回水干管；每组所述进水干管和所述回水干管间可垂直连接有若干个U型的冷却水支管。各管可通过快速接头连接。水冷散热系统可为场馆提供热水。

制冰模块单元2可设有独立的控制系统，控制器13接收功率表7、压力传感器18 和第一至第五温度传感器16的信号，并根据用户通过人机界面输入设定的冰层温度，自动控制制冷系统的启停，以及调节电子膨胀阀17开度，人机界面14与控制器13连接；通过人机交互信息，来控制制冷速率、维持和显示冰面温度。在人机界面14屏幕上显示各制冰模块单元2的冰面温度，蒸发温度、冷凝温度、排气温度、进出口水温、制冷量和制热量、电机输入功率、单机耗电量和总耗电量等参数和历史回溯，并进行自动运行和调整。

通过使用现有技术中的控制器13、功率表7、压力传感器18、人机界面14和温度传感器，以及常规控制电路实现上述控制。控制器13可采用现有技术中PLC控制器13、单片机等，比如西门子S7-200系列PLC控制器13等，温度传感器可采用华巨电子公司制造的NTC系列温度传感器,PTC系列温度传感器以及PT100系列温度传感器，压力传感器 18可选用霍尼韦尔PX系列压力传感器18，人机界面选用西门子的TP700等。

制冰模块单元2制冷系统中的气液分离器12、压缩机11、油分离器10、冷却器9、干燥过滤器8、电子膨胀阀17等部件及连接管路；以及控制系统的部件等均置于发泡层下的系统部件安装空间内。

上述控制器13、功率表7、压力传感器18、温度传感器、人机界面14、气液分离器12、压缩机11、油分离器10、冷却器9、干燥过滤器8、电子膨胀阀17等部件均可采用市售的产品，并采用常规控制电路，常规控制方法，自动控制压缩机11的启停，以及调节电子膨胀阀17开度，实现控制制冷速率、维持冰面温度。具体的电路连接和控制方法可根据产品说明书、教科书等公知常识及现有技术，采用常规技术手段的电路连接及常规控制方法即可。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种可独立制冰的模块式人工冰场，其特征在于，包括若干个独立组装且可拼接的制冰模块单元；每个所述制冰模块单元包括一个制冷系统，所述制冷系统包括蒸发器和冷却器，所述冷却器和所述蒸发器自下而上叠放且两者之间设有保温隔热层，所述蒸发器上表面四边设有可拆卸围板并围合成密封水槽。

2.根据权利要求1所述的可独立制冰的模块式人工冰场，其特征在于，所述蒸发器包括由导热型材拼接成的方形板块；所述方形板块，其内设有若干个相互平行的制冷剂流经的支管路，并设有与若干个所述支管路垂直连通的干管路。

3.根据权利要求2所述的可独立制冰的模块式人工冰场，其特征在于，所述蒸发器还包括单元冷媒分配器，所述支管路的输入口与所述单元冷媒分配器的分流输出口一一对应连通；所述支管路的输出口与所述干管路连通；所述单元冷媒分配器位于所述方形板块内。

4.根据权利要求3所述的可独立制冰的模块式人工冰场，其特征在于，所述支管路分为A、B两组，A组的所述支管路的输入口位于左侧，B组的所述支管路的输入口位于右侧，A组的所述支管路和B组的所述支管路交替设置；所述干管路左右设置，左侧的所述干管路与B组的所述支管路连通，右侧的所述干管路与A组的所述支管路连通；所述单元冷媒分配器左右设置，左侧的所述单元冷媒分配器与A组的所述支管路连通，右侧的所述单元冷媒分配器与B组的所述支管路连通。

5.根据权利要求1所述的可独立制冰的模块式人工冰场，其特征在于，所述冷却器设有风冷散热系统或水冷散热系统。

6.根据权利要求5所述的可独立制冰的模块式人工冰场，其特征在于，所述风冷散热系统包括进风口、风机和出风口；所述冷却器包括翅片组，所述进风口位于所述风机下方，所述风机位于所述翅片组下方，所述出风口位于所述翅片组上方。

7.根据权利要求5所述的可独立制冰的模块式人工冰场，其特征在于，所述水冷散热系统包括进水总管和回水总管，所述进水总管和所述回水总管分别对应垂直连接有多组进水干管和回水干管；每组所述进水干管和所述回水干管间垂直连接有若干个U型的冷却水支管。

8.根据权利要求1所述的可独立制冰的模块式人工冰场，其特征在于，每个所述制冰模块单元还包括一个控制系统，所述控制系统包括检测单元和控制器；所述检测单元检测制冷系统的压力和温度，并输出信号至所述控制器；所述控制器输出信号控制所述制冷系统的工作。

9.根据权利要求1所述的可独立制冰的模块式人工冰场，其特征在于，所述制冰模块单元侧面设有方形外框，所述外框四侧面设有对接组装的拼装孔；两个所述制冰模块单元拼接时，通过螺栓插入两个所述制冰模块单元的相对的拼装孔中并与螺母配合锁紧。

10.根据权利要求1所述的可独立制冰的模块式人工冰场，其特征在于，所述制冰模块单元侧面设有方形外框，所述外框相对两侧面中的一个侧面设有可拆卸定位销，另一个侧面设有与所述可拆卸定位销相配合的定位销孔；两个所述制冰模块单元拼接时，一个所述制冰模块单元的定位销插入另一个所述制冰模块单元的定位销孔中。