滑冰场二氧化碳跨临界直冷系统
阅读说明：本技术 滑冰场二氧化碳跨临界直冷系统 (Carbon dioxide transcritical direct cooling system for skating rink ) 是由 陈继辉 于 2021-01-25 设计创作，主要内容包括：本申请涉及冰场制冷技术的一种滑冰场二氧化碳跨临界直冷系统,其包括原楼板层,原楼板层上由下至上依次设置有加热防冻层、支撑层和制冷层；支撑层和制冷层上设置有用于降低制冷层温度使制冷层上的水冻结为冰层的二氧化碳制冷机构,加热防冻层上设置用于对加热防冻层加热避免加热防冻层冻胀破裂的散热机构；二氧化碳制冷机构包括设置在制冷层内的吸热制冷组件,吸热制冷组件一侧设置有用于吸热制冷组件液态二氧化碳供给以及气态二氧化碳回收的二氧化碳跨临界直冷压缩机组。本申请具有提高制冷效率,减少资源浪费的效果。(The application relates to a carbon dioxide transcritical direct cooling system of an ice rink in the refrigeration technology of the ice rink, which comprises an original floor layer, wherein a heating anti-freezing layer, a supporting layer and a refrigerating layer are sequentially arranged on the original floor layer from bottom to top; the support layer and the refrigerating layer are provided with a carbon dioxide refrigerating mechanism for reducing the temperature of the refrigerating layer to freeze water on the refrigerating layer into an ice layer, and the heating anti-freezing layer is provided with a heat dissipation mechanism for heating the heating anti-freezing layer to avoid frost heaving and cracking of the heating anti-freezing layer; the carbon dioxide refrigeration mechanism comprises a heat absorption refrigeration assembly arranged in a refrigeration layer, and a carbon dioxide transcritical direct-cooling compressor unit used for supplying liquid carbon dioxide to the heat absorption refrigeration assembly and recovering gaseous carbon dioxide is arranged on one side of the heat absorption refrigeration assembly. The refrigeration system has the effects of improving refrigeration efficiency and reducing resource waste.)
技术领域
本申请涉及冰场制冷技术领域，尤其是涉及一种滑冰场二氧化碳跨临界直冷系统。
背景技术
随着冰上运动的普及，滑冰运动不再受到季节的限制，室内冰场也应运而生，目前人工制冰技术也发展的越来越成熟。
目前的人工制冰装置一般在冰层的承压层下设置制冷管网，在冰场的一侧设置制冷供液主管和回气干管，采用制冷排管连通，通过制冷排管内的制冷介质与承压层进行热交换，降低与冰层直接接触的承压层的温度，进而实现冰层的冻结。
但是目前的大型冰场制冷系统多采用氟利昂等制冷工质，存在效率较低的问题，容易造成能源浪费。
发明内容
为了提高制冷效率，减少资源的浪费，本申请提供一种滑冰场二氧化碳跨临界直冷系统。
本申请提供的一种滑冰场二氧化碳跨临界直冷系统采用如下的技术方案：
一种滑冰场二氧化碳跨临界直冷系统，包括原楼板层，原楼板层上由下至上依次设置有加热防冻层、支撑层和制冷层；支撑层和制冷层上设置有用于降低制冷层温度使制冷层上的水冻结为冰层的二氧化碳制冷机构，加热防冻层上设置用于对加热防冻层加热避免加热防冻层冻胀破裂的散热机构；二氧化碳制冷机构包括设置在制冷层内的吸热制冷组件，吸热制冷组件一侧设置有用于吸热制冷组件液态二氧化碳供给以及气态二氧化碳回收的二氧化碳跨临界直冷压缩机组。
通过采用上述技术方案，开启二氧化碳跨临界直冷压缩机组，使其内的液态二氧化碳制冷剂进入到吸热制冷组件内，并在吸热制冷组件内流通，而后吸热制冷组件内的液态二氧化碳制冷剂将制冷层以及其上的水的热量吸收而使水的温度降低结冰形成冰层，从而减少了使用氟利昂等制冷工质进行制冷造成的资源的浪费，提高了制冷效率。
可选的，所述吸热制冷组件包括埋设在支撑层内的一进液管，进液管的一端与二氧化碳跨临界直冷压缩机组的冷媒出口连接，进液管一侧与进液管平行布置有一平衡管，平衡管沿支撑层的宽度方向布置并经过支撑层的中心处，平衡管与进液管背离二氧化碳跨临界直冷压缩机组的一端通过弯管连接，平衡管背离进液管一侧布置有一出气管，出气管朝向弯管的一端封口设置，出气管的另一端与二氧化碳跨临界直冷压缩机组的二氧化碳回气口连接，制冷层内设置有多个冷冻排管，冷冻排管呈腰型环状铺设在制冷层内，冷冻排管的两端分别向下折弯与平衡管和出气管顶部连接。
通过采用上述技术方案，二氧化碳跨临界直冷压缩机组内的液态二氧化碳制冷剂通过进液管依次流经平衡管、冷冻排管并在出气管汇集重新回到二氧化碳跨临界直冷压缩机组内被循环使用，以形成供液同程的同程式系统，使液态二氧化碳制冷流量分配更加均衡，进而使制冰效率保持一致，提高冰层的使用稳定性。
可选的，所述冷冻排管包括第一连接部、环形部和第二连接部，第一连接部和第二连接部分别与平衡管和出气管顶部连接，第一连接部顶部向第二连接部折弯与环形部一端连接，第二连接部向第一连接部折弯与环形部另一端连接。
通过采用上述技术方案，将冷冻排管的两端交叉布置，从而使冷冻排管形成环状以保证连续没有断点，从而使冰面温度更加均匀，以避免因断点而导致部分支撑层上水结冰效率低下，从而确保整体制冰在时间上的一致性。
可选的，每个所述冷冻排管的第一连接部和第二连接部均位于环形部的同一侧。
通过采用上述技术方案，使冰面相邻冷冻排管内的冷媒流动方向相反，进而使冰面温度更加均匀。
可选的，所述冷冻排管的两端分别向下折弯与平衡管和出气管通过气焊的方式连接，冷冻排管的两端还各设置有一用于与平衡管或出气管锁定的辅助固定组件。
通过采用上述技术方案，将冷冻排管的两端分别与平衡管和出气管气焊连接，然后使用辅助固定组件进一步的加固冷冻排管与平衡管和出气管的连接，从而提高冷冻排管与平衡管和出气管的使用稳定性。
可选的，所述辅助固定组件包括套设并固定在冷冻排管端部的环状的子卡件，冷冻排管端部还套设并滑移有一与子卡件相互卡设的母卡件，母卡件的相背两侧各固定有一与平衡管或出气管相互贴靠的弹性的弧形板，两个弧形板的端部各固定有一耳板，两个耳板上共同穿设有一螺栓，螺栓的端部螺纹连接有一螺母。
通过采用上述技术方案，将母卡件与子卡件相互卡设，然后使两个弧形板的端部相互靠近，并使用螺栓和螺母将两个耳板相互固定，即可实现对冷冻排管与平衡管和出气管连接的加固，整体结构简单操作便捷，提高了工作人员的加固效率。
可选的，所述母卡件与平衡管或出气管的周面之间夹设有一丙烯酸脂橡胶材质的弹性垫。
通过采用上述技术方案，丙烯酸脂橡胶材质的弹性垫具有耐低温耐腐蚀等特性，弹性垫的布置提高了母卡件与平衡管或出气管的贴靠紧密性，同时也避免了母卡件与平衡管或出气管直接接触产生的刚性挤压，提高了对平衡管或出气管的保护。
可选的，两个所述弧形板长度比为一比二，且两个弧形板端部之间留有间隙。
通过采用上述技术方案，两个弧形板长度比为一比二的布置，使两个弧形板上的两个耳板可位于平衡管或出气管的一侧，从而便于工作人员旋拧螺栓和螺母进行固定，进而提高操作便捷性。
可选的，所述散热机构包括设置在加热防冻层一侧的一与二氧化碳跨临界直冷压缩机组连接的热回收机组，热回收机组的出液口上连接有一第一管道，第一管道一侧与第一管道相互平行的设置有第二管道和第三管道，第一管道的另一端和第二管道的对应一端相互连接，第二管道的另一端封口设置，第三管道朝向热回收机组的一端与热回收机组的回液口连接，第三管道的另一端封口设置，第二管道和第三管道顶部共同连接有多个热排管，每个热排管均呈U型的铺设在加热防冻层内。
通过采用上述技术方案，热回收机组能够将二氧化碳跨临界直冷压缩机组制冷产生的热量进行回收并对乙二醇储液箱内的乙二醇水溶液进行加热，提高能源的利用率，加热后的乙二醇水溶液在乙二醇储液箱内置泵的作用下依次通过第一管道、第二管道、热排管和第三管道，形成供液同程的同程式系统，进而使对加热保温层的散热保温更加均匀。
可选的，所述热排管的两端与第二管道或第三管道各设置有一连接组件，所述连接组件包括固定在第二管道或第三管道上的连接管，连接管内开设有一环槽，环槽内卡设有一环板，环板内圈固定有一十字支撑架，热排管内壁靠近端部处涂抹有密封胶并套设在连接管上，热排管上靠近端部处套设并锁紧有一抱箍。
通过采用上述技术方案，将热排管套设在连接管上，并在热排管与连接管之间涂抹一层密封胶，然后将抱箍在对应环板的位置处环抱在热排管上，并将抱箍拧紧，从而将热排管与连接管相互固定，且环板和十字支撑架对连接管、热排管和抱箍起到支撑，使抱箍能够紧紧的将热排管与连接管相互固定。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.提高了制冷效率，通过开启二氧化碳跨临界直冷压缩机组，使其内的液态二氧化碳制冷剂进入到吸热制冷组件内，并在吸热制冷组件内流通，而后吸热制冷组件内的液态二氧化碳制冷剂将制冷层以及其上的水的热量吸收而使水的温度降低结冰形成冰层，从而减少了使用氟利昂等制冷工质进行制冷造成的资源的浪费；
2.提高冰层的使用稳定性，二氧化碳跨临界直冷压缩机组内的液态二氧化碳制冷剂通过进液管依次流经平衡管、冷冻排管并在出气管汇集重新回到二氧化碳跨临界直冷压缩机组内被循环使用，以形成供液同程的同程式系统，使液态二氧化碳制冷流量分配更加均衡，进而使制冰效率保持一致。
附图说明
图1是本申请实施例直冷系统的整体结构示意图；
图2是体现原楼板层上表面各层的结构示意图；
图3是图2中A部分的放大示意图；
图4是体现冷冻排管在制冷层内排布的结构示意图；
图5是体现平衡管的结构示意图；
图6是体现辅助固定组件的结构示意图；
图7是图6中B部分的结构示意图；
图8是体现热排管在加热防冻层内的排布示意图；
图9是体现连接组件的结构示意图。
附图标记说明：1、原楼板层；11、加热防冻层；12、隔冷防冻层；13、滑动层；14、第二保护层；15、防水层；16、第一保护层；17、支撑层；18、制冷层；19、冰层；2、二氧化碳制冷机构；21、二氧化碳跨临界直冷压缩机组；22、冷却水机组；23、热回收机组；24、进液管；25、平衡管；26、出气管；27、冷冻排管；271、第一连接部；272、环形部；273、第二连接部；28、竖板；281、半圆形槽；3、散热机构；31、乙二醇储液箱；32、第一管道；33、第二管道；34、第三管道；35、热排管；4、辅助固定组件；41、子卡件；42、母卡件；43、弹性垫；44、弧形板；45、耳板；46、螺栓；47、螺母；5、连接组件；51、连接管；511、环槽；52、环板；53、十字支撑架；54、抱箍。
具体实施方式
以下结合附图1-9对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种滑冰场二氧化碳跨临界直冷系统。参照图1和图2，直冷系统包括原楼板层1，原楼板层1上由下至上依次设置有加热防冻层11、隔冷防冻层12、滑动层13、第二保护层14、防水层15、第一保护层16、支撑层17和制冷层18；支撑层17和制冷层18上设置有用于降低制冷层18温度使制冷层18上的水冻结为冰层19的二氧化碳制冷机构2，加热防冻层11上设置用于对加热防冻层11加热避免加热防冻层11冻胀破裂的散热机构3。
参照图2和图3，加热防冻层11为C20 混凝土浇筑而成且加热防冻层11的厚度为55mm；隔冷防冻层12为聚苯乙烯挤塑板上中下三层叠铺而成，每层聚苯乙烯挤塑板的厚度为50mm且每层之间的聚苯乙烯挤塑板错缝敷设；滑动层13为0.2mm厚度的PE膜铺设而成用以起到上层滑动伸缩的作用，同时也隔绝其下方原楼板层1处潮气的上窜；第一保护层16和第二保护层14均为水泥和砂浆混合浇筑而成，第一保护层16和第二保护层14用以对防水层15起到保护和支撑的作用；防水层15为SBS防水卷材搭接固定而成，SBS防水卷材的厚度为4mm以防止冰面的水分向下窜动，提高对防水层15以下各层的保护；支撑层17和制冷层18均为永久性C40 抗冻混凝土浇筑而成，且支撑层17和制冷层18内均设置有单层双向钢筋，用以增强支撑层17和制冷层18的强度，防止支撑层17和制冷层18开裂。
参照图1和图4，二氧化碳制冷机构2包括设置在原楼板层1长度方向一侧靠近中心处的一二氧化碳跨临界直冷压缩机组21，二氧化碳跨临界直冷压缩机组21通过水冷进行冷却，其冷却水出液口和冷却水进液口上连接有一冷却水机组22用以对二氧化碳跨临界直冷压缩机组21的冷却水降温和循环使用；冷却水机组22上还连接有一热回收机组23用以将余热回收利用以对散热机构3供给热量。
参照图4和图5，二氧化碳跨临界直冷压缩机组21的冷媒出口上连接有一进液管24，进液管24向原楼板方向延伸并铺设在支撑层17内，进液管24沿支撑层17的宽度方向布置并位于支撑层17的中心处，支撑层17内位于进液管24的一侧设置有一平衡管25，平衡管25与进液管24远离二氧化碳跨临界直冷压缩机组21的一端通过弯管连接，且平衡管25朝向二氧化碳跨临界直冷压缩机组21的一端封口设置，支撑层17内平衡管25背离进液管24的一侧设置有一出气管26，出气管26的一端与二氧化碳跨临界直冷压缩机组21的二氧化碳回气口连接，出气管26远离二氧化碳跨临界直冷压缩机组21的一端为封口设置。
参照图4和图5，制冷层18内铺设有多个呈腰型环状的冷冻排管27，冷冻排管27的腰型沿制冷层18的长度方向布置，冷冻排管27包括第一连接部271、环形部272和第二连接部273，环形部272整体呈C型，环形部272C型的两端分别位于平衡管25和出气管26顶部，支撑层17上设置有多个相互平行的竖板28，竖板28沿支撑层17的宽度方向布置，竖板28上对应每个环形部272均开设有半圆形槽281，使环形部272能够卡设在半圆形槽281内对环形部272进行支撑和限位，以便于后面在支撑层17上浇筑制冷层18，避免环形部272的自由晃动；第一连接部271和第二连接部273的一端分别与平衡管25和出气管26顶部通过气焊的方式连接，而第一连接部271顶部向第二连接部273折弯与环形部272一端连接，第二连接部273向第一连接部271折弯与环形部272另一端连接，另外每个冷冻排管27的第一连接部271和第二连接部273均位于环形部272的同一侧，从而使冰面相邻冷冻排管27内的冷媒流动方向相反，且冷冻排管27连续没有断点，以保证冰面温度均匀；另外进液管24、平衡管25、出气管26以及冷冻排管27均为16MnDG材质的低温管道用无缝钢管，以保证二氧化碳制冷剂的稳定流动，提高工作稳定性；冷冻排管27的两端还各设置有一用于与平衡管25或出气管26锁定的辅助固定组件4。
当需要将支撑层17上的水制成冰以形成冰层19时，工作人员只需开启二氧化碳跨临界直冷压缩机组21，使其内的液态二氧化碳制冷剂流入进进液管24，并在进液管24端部转入进平衡管25内，并通过平衡管25进入到每个冷冻排管27内，以形成供液同程的同程式系统，使液态二氧化碳制冷流量分配更加均衡，进而使制冰效率保持一致，而后冷冻排管27内的液态二氧化碳制冷剂将制冷层18以及其上的水的热量均匀的吸收，以使冰层19各处的温度保持一致，之后液态二氧化碳制冷剂在冷冻排管27的另一端流入进出气管26中并汇集再次流向二氧化碳跨临界直冷压缩机组21被其循环使用，从而减少了使用氟利昂等制冷工质进行制冷造成的资源的浪费，提高了制冷效率。
参照图6和图7，辅助固定组件4包括套设并固定在冷冻排管27端部的环状的子卡件41，子卡件41的截面整体呈三角形，子卡件41截面三角形的一条边与冷冻排管27的外周面固定，子卡件41截面三角形的还一条边与平衡管25或出气管26外周面贴设，冷冻排管27端部还套设并滑移有一与子卡件41相互卡设的母卡件42，母卡件42朝向平衡管25或出气管26的一侧贴设有一环状的丙烯酸脂橡胶材质的弹性垫43，弹性垫43背离母卡件42的一侧与平衡管25或出气管26对应的外侧壁紧贴；母卡件42的相背两侧各固定有一与平衡管25或出气管26相互贴靠的弹性的弧形板44，两个弧形板44长度比为一比二，且两个弧形板44端部之间留有间隙；两个弧形板44的端部各固定有一矩形的耳板45，两个耳板45上共同穿设有一螺栓46，螺栓46的端部螺纹连接有一螺母47；使两个弧形板44相互固定以将母卡件42和弹性垫43紧紧的固定在平衡管25或出气管26上，进而使母卡件42对子卡件41进行卡设限位，将部分冷冻排管27与平衡管25或出气管26的焊接点所受到的力作用分担到子卡件41和母卡件42上，提高冷冻排管27与平衡管25或出气管26的固定稳定性。
参照图1和图8，散热机构3包括设置在加热防冻层11一侧的一与热回收机组23连接的乙二醇储液箱31，乙二醇储液箱31的出液口上连接有一第一管道32，乙二醇储液箱31内置有泵向第一管道32泵出热的乙二醇水溶液，第一管道32位于加热防冻层11长度方向的一侧并沿加热防冻层11的长度方向布置，第一管道32背离加热防冻层11的一侧依次与第一管道32相互平行的设置有第二管道33和第三管道34，第一管道32背离乙二醇储液箱31的一端与第二管道33的对应一端连接，第二管道33的另一端封口设置，第三管道34朝向乙二醇储液箱31的一端与乙二醇储液箱31的回液口连接，第三管道34的另一端封口设置，第二管道33和第三管道34顶部共同设置有多个热排管35，热排管35的两端分别设置有一连接组件5用于将热排管35两端分别与第二管道33和第三管道34顶部连接，每个热排管35均呈U型的铺设在加热防冻层11内。
参照图9，连接组件5包括固定在第二管道33或第三管道34上的与散热管适配的连接管51，每个连接管51内各开设有一环槽511，环槽511内卡设固定有一环板52，环板52内壁固定有一十字支撑架53，热排管35内壁靠近端部处涂抹有密封胶并套设在连接管51上，热排管35上靠近端部处套设并锁紧有一抱箍54，并且抱箍54对应环板52布置，使环板52和十字支撑架53对抱箍54起到支撑的作用，避免连接管51因抱箍54挤压而变形，进而提高热排管35与连接管51之间的连接密封性。
热回收机组23将二氧化碳跨临界直冷压缩机组21制冷产生的热量进行回收并对乙二醇储液箱31内的乙二醇水溶液进行加热，加热后的乙二醇水溶液在乙二醇储液箱31内置泵的作用下依次通过第一管道32、第二管道33、热排管35和第三管道34，在热排管35的散热吸冷作用下，保持加热防冻层11内的温度与外界大气温度一致，进而对原楼板层1进行保护。
本申请实施例一种滑冰场二氧化碳跨临界直冷系统的实施原理为：当需要将支撑层17上的水制成冰以形成冰层19时，工作人员只需开启二氧化碳跨临界直冷压缩机组21，使其内的液态二氧化碳制冷剂流入进进液管24，并在进液管24端部转入进平衡管25内，并通过平衡管25进入到每个冷冻排管27内，以形成供液同程的同程式系统，使液态二氧化碳制冷流量分配更加均衡，进而使制冰效率保持一致，而后冷冻排管27内的液态二氧化碳制冷剂将制冷层18以及其上的水的热量均匀的吸收，以使冰层19各处的温度保持一致，之后液态二氧化碳制冷剂在冷冻排管27的另一端流入进出气管26中并汇集再次流向二氧化碳跨临界直冷压缩机组21被其循环使用。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
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