一种可拼接的直接蒸发式人工冰场的制作方法

本发明涉及一种人工冰场，特别涉及一种可拼接的直接蒸发式人工冰场。

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r22，氨存在安全隐患，需要有人值守，运维成本极高；r22在低温出水环境下，效率低下，而且因为环保问题面临被淘汰，在美国和欧洲已经被全面禁止，中国将于2020年全面禁止销售r22的设备。

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。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可组成不同形状和大小的制冰区域的可拼接的直接蒸发式人工冰场。

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：一种可拼接的直接蒸发式人工冰场，包括制冷系统；所述制冷系统包括若干个可拼接的蒸发器单元；若干个所述蒸发器单元上表面拼接成一整体平面；所述整体平面，其边缘设有围板，其与所述围板形成密封水槽。

进一步地，每个所述蒸发器单元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，所述导热型材为铝型材。

进一步地，每个所述蒸发器单元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，每个所述蒸发器单元还包括分流三通阀和合流三通阀，左右两侧的所述单元冷媒分配器的输入口对应与所述分流三通阀的两个输出口连通；左右两侧的所述干管路的输出口对应与所述合流三通阀的两个输入口连通。

进一步地，所述制冷系统还包括气液分离器、压缩机、油分离器、冷却器、干燥过滤器以及电子膨胀阀；所述气液分离器、所述压缩机、所述油分离器、所述冷却器、所述干燥过滤器、所述电子膨胀阀依次连接；所述气液分离器和所述电子膨胀阀间并接若干个所述蒸发器单元。

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，所述蒸发器单元侧面设有方形外框；所述外框的相对两侧面中，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；两个所述蒸发器单元拼接时，一个所述蒸发器单元的定位销插入另一个所述蒸发器单元的定位销孔中。

本发明具有的优点和积极效果是：若干个可拼接蒸发器单元拼接在一起，使上表面拼接成一整体平面；在整体平面的边缘设有围板，形成制冰的密封水槽，可制成方形、t字形、品字形等各种形状的冰面。可拼接蒸发器单元可采用由工字型以及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，构简单紧凑、易于安装组合。每个蒸发器单元的各制冷剂管路通过单元冷媒分配器均匀流量，可以形成软硬一致、整齐一致的冰面。本发明可制造各种面积的冰面，提高了制冷效率，有效节约能源。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2为本发明的一种蒸发器单元的俯视图；

图3为图2的a-a剖视图；

图4为图2的b-b剖视图；

图5为本发明的蒸发器单元中的工字型型材与支管路的第一种结构示意图；

图6为本发明的蒸发器单元中的工字型型材与支管路的第二种结构示意图；

图7为本发明的蒸发器单元中的u型型材与干管路的第一种结构示意图；

图8为本发明的蒸发器单元中的u型型材与干管路的第二种结构示意图；

图9为本发明的蒸发器单元中的制冷剂流动方向示意图；

图10为本发明的多个蒸发器单元并联的制冷剂管路示意图；

图11是本发明的制冷系统工作原理示意图。

图中：1、蒸发器单元；2、围板；3、拼装孔；4、边框；5、支管路；6、工字型型材；7、聚氨酯发泡层；8、干管路；9、u型型材；10、连通孔；11、单元冷媒分配器；12、合流三通阀；13、分流三通阀；14、单元冷媒分配器的分流输出管；15、上一级冷媒分配器；16、第一温度传感器；17、第二温度传感器；18、第三温度传感器；19、第四温度传感器；20、功率表；21、干燥过滤器；22、冷却器；23、油分离器；11、压缩机；25、电子膨胀阀；26、压力传感器；27、气液分离器；28、控制器；29、人机界面；30、第五温度传感器；31、第六温度传感器；

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11，一种可拼接的直接蒸发式人工冰场，包括制冷系统；所述制冷系统包括若干个可拼接的蒸发器单元1；若干个所述蒸发器单元1上表面拼接成一整体平面；所述整体平面，其边缘设有围板2，其与所述围板2形成密封水槽。

围板2为可拆卸式，可根据冰面高度要求安装不同高度的围板2。所述整体平面可为方形、t字形、品字形等各种形状。拼接后，对拼接在一起的蒸发器单元1之间缝隙进行密封处理，围板2的上边缘可处理为圆弧形，围板2上边缘材质优选硬度与冰接近的材质。每个所述蒸发器单元1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。

所述蒸发器单元1侧面可设有方形外框，所述外框四侧面可设有对接组装的拼装孔3；两个所述蒸发器单元1拼接时，可通过螺栓插入两个所述蒸发器单元1的相对的拼装孔3中并与螺母配合锁紧，使两两所述蒸发器单元1拼接在一起。也可以在方形外框设置定位销和定位孔来配合拼接，比如，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；两个所述蒸发器单元1拼接时，一个所述蒸发器单元1的定位销插入另一个所述蒸发器单元1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。

请参见图2至图4，每个所述蒸发器单元1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5，并可设有与若干个所述支管路5垂直连通的干管路8。也可以在所述方形板块的侧面设有与其他所述蒸发器单元1拼接组装的拼装孔3或定位销孔/定位销。可在方形板块的上表面四边缘设置围板2，在围板2上设置拼装孔3，用螺栓穿过两个方形板块对应的拼装孔3后用螺母拧紧，将两两蒸发器单元1组装在一起；也可以在方形板块的相对的两侧面，其中一个侧面设置拼装孔3；另一个侧面在相对应的位置安装可拆卸的定位销等凸起装置，两两蒸发器单元1，其中一个蒸发器单元1的凸起插入另一个蒸发器单元1的拼装孔3，完成拼装，拼装孔3内可设有锁紧凸起装置的锁紧机构，比如卡销等。

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。

请参见图9，每个所述蒸发器单元1还可包括单元冷媒分配器11，所述支管路5的输入口可与所述单元冷媒分配器11的分流输出口一一对应连通；所述支管路5的输出口可与所述干管路8连通；所述单元冷媒分配器11可位于所述方形板块内，也可设置在方形板块外，单元冷媒分配器的分流输出管14优选设置在所述方形板块内。蒸发器单元1的各制冷剂支管路5通过单元冷媒分配器11均匀流量，可以形成软硬一致、整齐一致的冰面。

所述支管路5可分为a、b两组，a组的所述支管路5的输入口可位于左侧，b组的所述支管路5的输入口可位于右侧，a组的所述支管路5和b组的所述支管路5可交替设置；所述干管路8可左右设置，左侧的所述干管路8可与b组的所述支管路5连通，右侧的所述干管路8可与a组的所述支管路5连通；所述单元冷媒分配器11可左右设置，左侧的所述单元冷媒分配器11可与a组的所述支管路5连通，右侧的所述单元冷媒分配器11可与b组的所述支管路5连通。这种结构，使相邻长边管道的制冷剂逆向流动，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5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。

为简化管路，均匀制冷剂流量，每个所述蒸发器单元1还可包括分流三通阀13和合流三通阀12，左右两侧的所述单元冷媒分配器11的输入口可对应与所述分流三通阀13的两个输出口连通；左右两侧的所述干管路8的输出口可对应与所述合流三通阀12的两个输入口连通。

若干蒸发器单元1拼接制冰时，可设置上一级冷媒分配器15，各蒸发器单元1的分流三通阀13的进口与连接在上一级冷媒分配器15上的分流输出管相接通，各蒸发器单元1的合流三通阀12的出口与制冷剂回流总管道相连。

如图10所示，若干蒸发器单元1拼接制冰时，可设置上一级冷媒分配器15，各蒸发器单元1的分流三通阀13的进口与连接在上一级冷媒分配器15上的分流输出管相接通，各蒸发器单元1的合流三通阀12的出口与制冷剂回流总管道相连。

所述方形板块左右两侧可设有外侧面封闭的边框4，左右两侧的所述边框4内可设有若干个并排设置的长条形型材，所述长条形型材可均与左右两侧的边框4导热连接，所述长条形型材可为工字型型材6，所述支管路5可与所述工字型型材6的腹板平行。

用于冰场制冰的蒸发器单元1，型材拼接后上表面做密封处理，各型材之间缝隙尽量小，并对缝隙加设密封条、密封胶等进行密封处理。

支管路5和干管路8可采用铝管或铜管等导热材料管制成，导热材料管制成的支管路5和干管路8可对应焊接在导热型材的内表面上；请参见图5，所述支管路5可由导热材料管制成，其可与所述工字型型材6的腹板和翼板导热连接；请参见图7，所述干管路8，其可由导热材料管制成，其可位于所述边框4的空腔内且与所述边框4导热连接。

也可以直接选用内部开孔形成管路的型材，来构成支管路5和干管路8；比如选用图6所示的导热工字型型材6，其横截面靠近上方翼板处的腹板中心开有形成支管路5的孔；比如选用图8所示的导热u型型材9，其上方u型槽壁上开有形成干管路8的孔，该形成干管路8的孔与槽底平行，其上方u型槽壁上对应支管路5的输出口还开有连通支管路5和干管路8的连通孔10，该连通孔10与槽底垂直，可将一端的孔封堵，另一端的孔作为进出口。

左右两侧的所述边框4，其可由u型型材9或方型型材构成；其内可开有形成所述干管路8的孔，并可对应所述支管路5的输出口开有连通所述支管路5和所述干管路8的连通孔10。

左右两侧的所述边框4内可设有空腔；所述干管路8，其可由导热材料管制成，其可位于所述边框4的空腔内且与所述边框4导热连接。

用于冰场制冰的蒸发器单元1，所述支管路5和所述干管路8靠近蒸发器单元1上表面设置，便于直接换热制冰；且在蒸发器单元1下表面设置隔热保温层7；可设有mm厚聚氨酯发泡层，用于隔热保温，防止冷能损失。

请参见图11，所述制冷系统还可包括气液分离器27、压缩机24、油分离器23、冷却器22、干燥过滤器21以及电子膨胀阀25；所述气液分离器27、所述压缩机24、所述油分离器23、所述冷却器22、所述干燥过滤器21、所述电子膨胀阀25依次连接；所述气液分离器27和所述电子膨胀阀25间可并接若干个所述蒸发器单元1。

进一步地，所述冷却器22可设有风冷散热系统或水冷散热系统。

采用风冷散热系统的冷却器22可采用风冷管翅式冷却器22，所述风冷散热系统可包括进风口、风机和出风口；所述冷却器22可包括翅片组，所述进风口可位于所述风机下方，所述风机可位于所述翅片组下方，所述出风口可位于所述翅片组上方。出风口可配有快速接头；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扇送入翅片组，换热后进入上端的热风通道，热风通道两端设有出风口，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。

采用水冷散热系统的冷却器22可采用水冷套管式冷却器22，所述水冷散热系统可包括水箱及与水箱连接的进水总管和回水总管，所述进水总管和所述回水总管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。水冷散热系统的水箱可为场馆提供热水。

进一步地，每个所述制冰模块单元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28；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28；所述控制器28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工作的人机界面29，以及检测压缩机24工作功率的功率表20；人机界面29可位于控制室或操作平台上，与所述控制器28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25的输出端的制冷剂压力的压力传感器26、用于检测从所述冷却器22流出的制冷剂温度的第一温度传感器16、用于检测所述冷却器22表面温度第二温度传感器17、用于检测流入所述冷却器22的制冷剂温度的第三温度传感器18、用于检测从所述压缩机24流出的制冷剂温度的第四温度传感器19、用于对应检测各个所述蒸发器单元1表面温度的第五温度传感器30、第六温度传感器31等。

上述压缩机24采用全封闭转子式或涡旋式压缩机24。

上述制冷剂采用r744环保工质。

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：

如图2所示，本发明的蒸发器单元1采用全铝型材等导热型材焊接成方形板块，基本尺寸可为4000mm×3000mm×100mm。将长条形的工字型铝型材并排拼接在一起，然后在工字型铝型材两端焊接u型铝型材，形成方形板块，在方形板块上表面边缘焊接围板2，围板2高～mm，与方形板块上表面形成封闭的方形槽，围板2上可设置有拼装孔3，若干蒸发器单元1可通过螺栓等穿过拼装孔3定位对接组装，以组合成任意大小的制冰面积，组装后整体最外围可用两至三道钢索拉紧固定。

如图3至图4所示，在工字型铝型材沿腹板方向焊接制冷剂流经的支管路5，在两端u型铝型材的u型槽内设有与支管路5垂直连通的干管路8；支管路5和干管路8均靠近方形板块上表面。请参见图5和图7，支管路5和干管路8可采用铝管或铜管等导热材料管制成，导热材料管制成的支管路5和干管路8可对应焊接在工字型铝型材以及u型铝型材内；也可以直接选用内部开孔形成管路的工字型铝型材以及u型铝型材；比如选用图6所示的工字型铝型材，其横截面靠近上方翼板处的腹板中心开有形成支管路5的孔，比如选用图8所示的u型铝型材，其上方u型槽壁上开有形成干管路8的孔，该形成干管路8的孔与槽底平行，其上方u型槽壁上对应支管路5的输出口还开有连通支管路5和干管路8的连通孔10，连通孔10与槽底垂直。

支管路5和干管路8的管道内径和厚度按制冷剂流量和强度要求配置。

工字型铝型材和u型铝型材拼接后上表面密封处理，各型材之间缝隙尽量小，并对缝隙加设密封条、密封胶等进行密封处理。

如图9所示，每个蒸发器单元1还配置两个单元冷媒分配器11，以及配有一个一进两出的分流三通阀13、一个两进一出的合流三通阀12，单元冷媒分配器的分流输出管14为若干毛细管。

可将支管路5分为a、b两组，a组的所述支管路5的输入口可位于左侧，b组的所述支管路5的输入口可位于右侧，a组的所述支管路5和b组的所述支管路5可交替设置；所述干管路8可左右设置，左侧的所述干管路8可与b组的所述支管路5连通，右侧的所述干管路8可与a组的所述支管路5连通；所述单元冷媒分配器11可左右设置，左侧的所述单元冷媒分配器的分流输出管14可与a组的所述支管路5左端输入口焊接，右侧的所述单元冷媒分配器的分流输出管14可与b组的所述支管路5右端输入口焊接。

分流三通阀13进口连接制冷剂进液端口，分流三通阀13的两出口分别对应连接左右两侧的单元冷媒分配器11的输入口。合流三通阀12的两个进口与左右两侧的干管路8连通，合流三通阀12的出口与制冷剂回液端口连接。

蒸发器单元1拼接后制冷剂的流动是从系统管道中经上一级冷媒分配器15均分流量，再沿上一级冷媒分配器15上的分流输出管流入各蒸发器单元1的分流三通阀13。通过各蒸发器单元1的分流三通阀13，制冷剂又均分两组进入各蒸发器单元1的两个单元冷媒分配器11，制冷剂被左右两侧的单元冷媒分配器11均分流量后，沿单元冷媒分配器的分流输出管14进入a、b两组支管路5的输入口，然后自左向右流经a组支管路5，自右向左流经b组支管路5，与位于蒸发器单元1的上表面的水完成换热，使水结冰。换热后的制冷剂进入各蒸发器单元1左右两侧的干管路8，又通过各自两进一出的合流三通阀12汇总流入回流总管道，经回流总管道总出口流入系统管道继续制冷循环。

请参见图3和图4，在蒸发器单元1下表面设置有100mm厚聚氨酯发泡层，用于隔热保温，防止冷能损失。

请参见图11，制冰模块单元有独立的控制系统，控制器28接收功率表20、压力传感器26和第一至第五温度传感器30的信号，并根据用户通过人机界面29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25开度，并可通过外接人机界面29操控制冷系统，人机界面29与控制器28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。各模块组合后，也可采用上位机联网各制冰模块单元的控制系统并整体控制，在计算机屏幕上显示各制冰模块单元的冰面温度，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28、功率表20、压力传感器26、人机界面29和温度传感器，以及常规控制电路实现上述控制。控制器28可采用现有技术中plc控制器28、单片机等，比如西门子s-系列plc控制器28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pt系列温度传感器，压力传感器26可选用霍尼韦尔px系列压力传感器26，人机界面29选用西门子的tp等。

为保证良好的制冰效果，蒸发器单元1的蒸发温度可设为-10℃，过热温度可设为-7℃，以保证冰面的温度为-5℃或其它需要的温度。

上述控制器28、功率表20、压力传感器26、温度传感器、人机界面29、气液分离器27、压缩机24、油分离器23、冷却器22、干燥过滤器21、电子膨胀阀25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24的启停，以及调节电子膨胀阀25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。