本发明涉及地表水热能利用领域，具体涉及一种可吸收冷水凝固热的热泵系统。
背景技术：
地表水源热泵是采用热泵技术从地表水（如江水、河水、湖水等）中获取低品位热量为建筑物供热（采暖、热水）的一种新型供热方式。它不仅节能（效率一般在4左右），而且对环境没有污染，具有很大的市场优势。但众所周知，地表水的温度会随着室外空气温度的下降而下降，有研究表明，当室外空气的温度达到-10℃时，地表水的温度仅为4℃，显然，这样温度的地表水几乎已经没有什么显热可利用，势必会导致热泵机组的制热量急剧衰减。与此同时，供暖热负荷却随着室外空气温度的下降而增加，这一矛盾导致地表水源热泵在我国严寒地区的应用受到了极大限制。
已知水的凝固潜热为335kj/kg，是1kg水降低1℃所放出热量的80倍，若能开发出以冷水凝固热为低温热源的热泵机组，则我国大部分地区（尤其是严寒地区）就有了取之不尽、用之不竭的水源热源，所有天然水体封冻表面以下的水全都可以成为水源热泵的热源。
现有关于提取冷水凝固热的除冰技术主要有两方面：一个是机械刮冰，该方式可实现连续除冰而且除冰功耗小，但其机械工艺复杂（加工精度要求高），在结冰速度过快时难以及时将冰除掉，而且磨损大、设备极易损坏，同时维护检修难度也很大。另一个是热气融冰，该方式和制冰机原理相似，在除冰时四通阀换向，将压缩机的高温排气用于融冰，冰层局部融化后在自身的重力下脱落，该方式除冰速度快，除冰彻底，但在除冰时机组不仅不供热，还要从室内吸热，会导致室内温度的下降，而且机组会频繁的在供热和融冰之间切换，这对于大型的水源热泵机组来说会导致机组的运行极不稳定，极易导致机组发生故障，机组的使用寿命和运行效率（能效比）会大打折扣。
因此，提取冷水凝固热技术的关键在于如何能使得除冰功耗最小，同时保证机组连续供热、长期高效稳定运行。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提出一种可吸收冷水凝固热的热泵系统，可实现连续提取冷水的凝固热为室内供热，而且除冰功耗小，机组运行稳定。
本发明所采取的技术方案如下：
一种可吸收冷水凝固热的热泵系统，它包括：压缩机1、蒸发器2、节流阀3、冷凝器4，其特征在于，还包括除冰换热器5、第一浸没式冷水凝固换热器14、第二浸没式冷水凝固换热器15、第一乙二醇泵24、第二乙二醇泵25、第一电磁阀7、第二电磁阀9、第三电磁阀11、第四电磁阀13、第五电磁阀27、第六电磁阀32、第七电磁阀28、第八电磁阀30、第九电磁阀34、第一管道6、第二管道8、第三管道10、第四管道12、第五管道26、第六管道33、第七管道29、第八管道31、第九管道35，所述第一电磁阀7设置在第二管道8上，所述第二电磁阀9设置在第一管道6上，所述第三电磁阀11设置在第三管道10上，所述第四电磁阀13设置在第四管道12上，所述第五电磁阀27设置在第五管道26上，所述第六电磁阀32设置在第六管道33上，所述第七电磁阀28设置在第七管道29上，所述第八电磁阀30设置在第八管道31上，所述第九电磁阀34设置在第九管道35上；所述压缩机1的排气口与冷凝器4内的制冷剂通道4-1的入口端连通，制冷剂通道4-1的出口端通过节流阀3与蒸发器2内的制冷剂通道2-1的入口端连通，制冷剂通道2-1的出口端与压缩机1的吸气口连通，所述冷凝器4内的水通道4-2的入口端同时与除冰换热器5内的水通道5-2的出口端和第九管道35的出口端连通，水通道4-2的出口端与采暖供水管道连通，采暖回水管道同时与第九管道35的入口端和水通道5-2的入口端与连通，所述蒸发器2内的乙二醇通道2-2的入口端同时与第七管道29的出口端和第八管道31的出口端连通，乙二醇通道2-2的出口端同时与第一管道6的入口端和第二管道8的入口端连通，第一管道6的出口端同时与第四管道12的入口端和第一浸没式冷水凝固换热器14的乙二醇入口端14a连通，乙二醇出口端14b与第一乙二醇泵24的吸入口连通，第一乙二醇泵24的排出口同时与第五管道26的入口端和第八管道31的入口端连通；第二管道8的出口端同时与第三管道10的入口端和第二浸没式冷水凝固换热器15的乙二醇入口端15a连通，乙二醇出口端15b与第二乙二醇泵25的吸入口连通，第二乙二醇泵25的排出口同时与第七管道29的入口端和第六管道33的入口端连通，所述除冰换热器5内的乙二醇通道5-1的入口端同时与第五管道26的出口端和第六管道33的出口端连通，乙二醇通道5-1的出口端同时与第三管道10的出口端和第四管道12的出口端连通；第二管道8的出口端同时与第三管道10的入口端和第二浸没式冷水凝固换热器15的乙二醇入口端15a连通，乙二醇出口端15b与第二乙二醇泵25的吸入口连通，第二乙二醇泵25的排出口同时与第七管道29的入口端和第六管道33的入口端连通，所述除冰换热器5内的乙二醇通道5-1的入口端同时与第五管道26的出口端和第六管道33的出口端连通，乙二醇通道5-1的出口端同时与第三管道10的出口端和第四管道12的出口端连通。
进一步，所述第一浸没式冷水凝固换热器14与所述第二浸没式冷水凝固换热器15的结构相同，其结构是，它包括：冷媒收集箱51、换热体和冷媒分布箱53，其特征在于，冷媒收集箱51设置在所述换热体的正上方并与之紧密接触，冷媒分布箱53设置在所述换热体的正下方并与之紧密接触，所述换热体由若干个冷媒通道和冷水通道相互交替排列组成，所述冷媒通道由相邻的隔板56及左右两端的封条57组成，所述冷媒通道的上下两端分别与冷媒收集箱51和冷媒分布箱53连通，所述冷水通道由相邻的隔板56组成，所述换热器浸没在冷水里，冷水自然流动的方向为水平方向，所述冷水通道的左右两端与所述换热器周围的冷水连通，所述冷媒通道内冷媒的流动方向为竖直向上，与所述冷水通道内的冷水通过隔板56形成交叉流换热。
进一步，所述浸没式冷水凝固换热器的结构还包括第一挡板58和第二挡板59，所述第一挡板58和第二挡板59分别位于所述浸没式冷水凝固换热器的左右两端并与之对齐固连，形成梯形通道，第一挡板58和第二挡板59与冷媒分布箱53的夹角均在100°~130°之间，冷水流动时要先经过所述梯形通道再进到所述浸没式冷水凝固换热器的冷水通道中。
进一步，所述第一电磁阀7和第二电磁阀9可由一个电动三通阀代替。
进一步，所述第三电磁阀11和第四电磁阀13可由一个电动三通阀代替。
进一步，所述第五电磁阀27和第六电磁阀32可由一个电动三通阀代替。
进一步，所述第七电磁阀28和第八电磁阀30可由一个电动三通阀代替。
进一步，所述冷媒为乙二醇。
本发明的一种可吸收冷水凝固热的热泵系统与现有技术相比的有益效果如下：
1.由于在可吸收冷水凝固热的热泵系统中，创造性地设计和使用了浸没式冷水凝固换热器，其换热效果好，结构紧凑，方便除冰，实用性强；
2.由于除冰方式具有除冰功耗小、除冰彻底、除冰速度快的优点，不存在机械除冰的磨损、设备易坏、维护检修难等问题；
3.可实现连续提取冷水的凝固热为室内供热，机组能长期保持高效稳定运行，有利于延长机组的使用寿命；
4.与吸收冷水凝固热的开式热泵系统相比，本发明利用冷水的自然流动将除下的冰块直接带走，不存在开式系统的需要将冰块粉碎，再利用水流带走的麻烦，从而进一步减小了除冰功耗和成本。
附图说明
图1是本发明的一种可吸收冷水凝固热的热泵系统的结构示意图；
图2是图1中，第一浸没式冷水凝固换热器14的结构示意图；
图3是图1中，第二浸没式冷水凝固换热器15的结构示意图。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明的一种可吸收冷水凝固热的热泵系统进行详细说明。
参照图1和图2，本发明的一种可吸收冷水凝固热的热泵系统，包括压缩机1、蒸发器2、节流阀3、冷凝器4，还包括除冰换热器5、第一浸没式冷水凝固换热器14、第二浸没式冷水凝固换热器15、第一乙二醇泵24、第二乙二醇泵25、第一电磁阀7、第二电磁阀9、第三电磁阀11、第四电磁阀13、第五电磁阀27、第六电磁阀32、第七电磁阀28、第八电磁阀30、第九电磁阀34、第一管道6、第二管道8、第三管道10、第四管道12、第五管道26、第六管道33、第七管道29、第八管道31、第九管道35。第一电磁阀7设置在第二管道8上，第二电磁阀9设置在第一管道6上，第三电磁阀11设置在第三管道10上，第四电磁阀13设置在第四管道12上，第五电磁阀27设置在第五管道26上，第六电磁阀32设置在第六管道33上，第七电磁阀28设置在第七管道29上，第八电磁阀30设置在第八管道31上，第九电磁阀34设置在第九管道35上。压缩机1的排气口与冷凝器4内的制冷剂通道4-1的入口端连通，制冷剂通道4-1的出口端通过节流阀3与蒸发器2内的制冷剂通道2-1的入口端连通，制冷剂通道2-1的出口端与压缩机1的吸气口连通。冷凝器4内的水通道4-2的入口端同时与除冰换热器5内的水通道5-2的出口端和第九管道35的出口端连通，水通道4-2的出口端与采暖供水管道连通，采暖回水管道同时与第九管道35的入口端和水通道5-2的入口端与连通。蒸发器2内的乙二醇通道2-2的入口端同时与第七管道29的出口端和第八管道31的出口端连通，乙二醇通道2-2的出口端同时与第一管道6的入口端和第二管道8的入口端连通，第一管道6的出口端同时与第四管道12的入口端和第一冷水凝固换热器14的乙二醇入口端14a连通，乙二醇出口端14b与第一乙二醇泵24的吸入口连通，第一乙二醇泵24的排出口同时与第五管道26的入口端和第八管道31的入口端连通。第二管道8的出口端同时与第三管道10的入口端和第二冷水凝固换热器15的乙二醇入口端15a连通，乙二醇出口端15b与第二乙二醇泵25的吸入口连通，第二乙二醇泵25的排出口同时与第七管道29的入口端和第六管道33的入口端连通，除冰换热器5内的乙二醇通道5-1的入口端同时与第五管道26的出口端和第六管道33的出口端连通，乙二醇通道5-1的出口端同时与第三管道10的出口端和第四管道12的出口端连通。
参照图1和图2，第一浸没式冷水凝固换热器14和第二浸没式冷水凝固换热器15结构相同，其结构是，包括：冷媒收集箱51、换热体和冷媒分布箱53，所述冷媒收集箱51设置在所述换热体的正上方并与之紧密接触，冷媒分布箱53设置在所述换热体的正下方并与之紧密接触，所述换热体由若干个冷媒通道和冷水通道相互交替排列组成，所述冷媒通道由相邻的隔板56及左右两端的封条57组成，所述冷媒通道的上下两端分别与冷媒收集箱51和冷媒分布箱53连通，所述冷水通道由相邻的隔板56组成，所述换热器浸没在冷水里，冷水自然流动的方向为水平方向，所述冷水通道的左右两端与所述换热器周围的冷水连通。所述冷媒通道内冷媒的流动方向为竖直向上，与所述冷水通道内的冷水通过隔板56形成交叉流换热。所采用的冷媒为乙二醇。
浸没式冷水凝固换热器的工作原理由结冰过程和除冰过程组成，具体如下：
结冰过程：所述换热器周围的冷水自然流入到所述冷水通道内，通过隔板56将自身的显热和凝固热传递给所述冷媒通道内的冷媒，冷水温度下降凝固成冰；温度低于0℃冷媒通过冷媒分布箱53进到所述冷媒通道中自下而上流动，吸收冷水的显热和凝固热后温度升高，进到冷媒收集箱51中汇集后离开换热器；
除冰过程：当所述换热器需要除冰时，温度较高（约为30℃）的冷媒通过冷媒分布箱53进到所述冷媒通道中自下而上流动，通过隔板56将热量传递到所述冷水通道中用于融冰，当与所述冷水通道壁面相接触的冰全部融化后，在所述换热器周围冷水自然流动的冲击力作用下，冰会脱离所述冷水通道被冷水带走，从而完成了除冰过程。
还可以在所述冷水通道和冷媒通道内设置相应的翅片用于强化传热。
参照图3，所述浸没式冷水凝固换热器的结构还包括第一挡板58和第二挡板59，所述第一挡板58和第二挡板59分别位于所述浸没式冷水凝固换热器的左右两端并与之对齐固定在一起，形成梯形通道，第一挡板58和第二挡板59与冷媒分布箱53的夹角均在100°~130°之间。
所述浸没式冷水凝固换热器的工作原理为：冷水流动时要先经过所述梯形通道再进到所述浸没式冷水凝固换热器的冷水通道中，其余与图2所述的浸没式冷水凝固换热器的工作原理相同。
所述浸没式冷水凝固换热器的结构带来的益处是：冷水在所述梯形通道里流动时，随着通道截面面积的逐渐减小，冷水流速会越来越大，这样会增加冷水对冰块的冲击力，更容易将冰块冲出冷水通道并带走，同时也能起到增强水侧换热的作用。
本发明的一种可吸收冷水凝固热的热泵系统的工作原理由冷水流程、结冰过程乙二醇的流程、制冷剂流程、采暖水流程和除冰过程乙二醇的流程组成，具体执行步骤如下：
第一步：当第一浸没式冷水凝固换热器14需要除冰时，第一电磁阀7、第三电磁阀11、第五电磁阀27、第七电磁阀28、第一乙二醇泵24和第二乙二醇泵25打开，第二电磁阀9、第四电磁阀13、第六电磁阀32、第八电磁阀30和第九电磁阀34关闭。冷水流程：第二浸没式冷水凝固换热器15周围的冷水自动流入到冷水通道内，将自身的显热和凝固热传递给乙二醇；结冰过程乙二醇的流程为：从蒸发器2出来的低温（温度低于0℃）乙二醇经第一电磁阀7进到第二浸没式冷水凝固换热器15中，吸收冷水的显热和凝固热温度升高并被第二乙二醇泵25加压后，经第七电磁阀28进到蒸发器2中与制冷剂换热后温度降低（低于0℃），然后继续下一个循环；制冷剂流程：从压缩机1出来的高温制冷剂蒸汽进到冷凝器4中加热采暖回水，出来的制冷剂液体经电子膨胀阀3节流后进到蒸发器2中，吸收乙二醇的热量蒸发变成气体后回到压缩机1的吸气口；采暖水流程：从采暖房间中出来的采暖回水（温度约40℃）进到除冰换热器5中与乙二醇进行换热，出来的采暖回水（温度降低）进到冷凝器4中与制冷剂换热，换热后的采暖回水（即采暖供水）温度升高，被送到采暖房间中用于加热空气。除冰过程乙二醇的流程为：从除冰换热器5出来的温度较高（约30℃）的乙二醇经第三电磁阀11进到第一浸没式冷水凝固换热器14中融冰，出来后的乙二醇（温度降低）被第一乙二醇泵24加压后经第五电磁阀27进到除冰换热器5中与采暖回水换热（换热后乙二醇的温度又升高至约30℃），然后继续下一个循环。
第二步：当第一浸没式冷水凝固换热器14的除冰过程结束时，第九电磁阀34打开，第一乙二醇泵24关闭，采暖回水经第九管道35及第九电磁阀34进到冷凝器4中与制冷剂换热。
第三步：当第二浸没式冷水凝固换热器15需要除冰时，第二电磁阀9、第四电磁阀13、第六电磁阀32、第八电磁阀30、第一乙二醇泵24和第二乙二醇泵25打开，第一电磁阀7、第三电磁阀11、第五电磁阀27、第七电磁阀28和第九电磁阀34关闭。冷水流程：第一浸没式冷水凝固换热器14周围的冷水自动流入到冷水通道内，将自身的显热和凝固热传递给乙二醇；结冰过程乙二醇的流程为：从蒸发器2出来的低温（温度低于0℃）乙二醇经第二电磁阀9进到第一浸没式冷水凝固换热器14中，吸收冷水的显热和凝固热温度升高并被第一乙二醇泵24加压后，经第八电磁阀30进到蒸发器2中与制冷剂换热后温度降低（低于0℃），然后继续下一个循环；制冷剂流程：从压缩机1出来的高温制冷剂蒸汽进到冷凝器4中加热采暖回水，出来的制冷剂液体经电子膨胀阀3节流后进到蒸发器2中，吸收乙二醇的热量蒸发变成气体后回到压缩机1的吸气口；采暖水流程：从采暖房间中出来的采暖回水（温度约40℃）进到除冰换热器5中与乙二醇进行换热，出来的采暖回水（温度降低）进到冷凝器4中与制冷剂换热，换热后的采暖回水（即采暖供水）温度升高，被送到采暖房间中用于加热空气。除冰过程乙二醇的流程为：从除冰换热器5出来的温度较高（约30℃）的乙二醇经第四电磁阀13进到第二冷水凝固换热器15中融冰，出来后的乙二醇（温度降低）被第二乙二醇泵25加压后经第六电磁阀32进到除冰换热器5中与采暖回水换热（换热后乙二醇的温度又升高至约30℃），然后继续下一个循环。
第四步：当第二浸没式冷水凝固换热器15的除冰过程结束时，第九电磁阀34打开，第二乙二醇泵25关闭，采暖回水经第九管道35及第九电磁阀34进到冷凝器4中与制冷剂换热。
第五步：执行完第四步后返回第一步，如此反复循环。
所述第一电磁阀7和第二电磁阀9可由一个电动三通阀代替；所述第三电磁阀11和第四电磁阀13可由一个电动三通阀代替；所述第五电磁阀27和第六电磁阀32可由一个电动三通阀代替；所述第七电磁阀28和第八电磁阀30可由一个电动三通阀代替。
本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。