本发明涉及低温制冷、冷冻冷藏及暖通空调领域，更具体的说，涉及一种热泵系统余热利用及蒸发器高效融霜集成系统。
背景技术：
蒸发器作为制冷系统中的必要设备之一，其换热性能的优良关系着整个系统的运行效率。处于冬季低温运行工况下的空调系统或低温冷冻冷藏系统的蒸发器极易结霜，尤其是高湿环境的食品冷冻冷藏环境，蒸发器结霜更为严重，霜层的生成增加了传热热阻，使蒸发器的换热性能显著降低，因此实现蒸发器的无霜环境或换热器的高效除霜对于提高制冷系统效率，降低系统能耗具有重要意义。目前常见的除霜方法有热气旁通除霜、热氟除霜、电加热除霜、机械式除霜及热水除霜等，然而每种方法都有其利弊，热气旁通除霜对系统的稳定运行不利，四通换向式热氟除霜会明显提高冷间温度，电加热及热水除霜需要额外的热源，机械式除霜工艺相对复杂。本专利针对传统热水除霜所需的额外热源之弊端进行了创新型优化，不仅解决了热源问题，降低了系统整体能耗，而且通过有效利用系统余热，使系统的效率大幅度提高。制冷系统常见的余热利用主要集中在对压缩机外壳余热和冷凝热的利用，本专利的创新之处在于融霜水对冷凝器末端管路和油分离器热量的梯级利用，不仅可有效提高过冷度，降低压缩机排气温度，而且实现了融霜水的循环利用，对于降低机组能耗及节约水资源具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有热水融霜技术的不足，解决热水热源问题导致的融霜高能耗难题，提供一种节能型热水喷淋融霜系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种节能节水型热水喷淋除霜系统，由制冷系统、融霜系统和控制系统构成；
所述制冷系统包括压缩机、油分离器、风冷冷凝器、干燥过滤器、热力膨胀阀、翅片管蒸发器和气液分离器；压缩机出口通过管路依次连接绕于油分离器外侧的蛇形盘管、风冷冷凝器、套管换热器、干燥过滤器、热力膨胀阀、翅片管蒸发器和气液分离器，气液分离器连接压缩机入口；
所述融霜系统包括蓄水箱、水泵和喷淋装置；蓄水箱出水口连接依次设置水泵和第一电磁阀的给水管路，给水管路末端安装喷淋装置，所述喷淋装置位于翅片管蒸发器内；
位于翅片管蒸发器内底部的集水盘通过管路依次连接套管换热器、单向阀、绕于油分离器外侧的蛇形盘管和蓄水箱进水口，蓄水箱顶端设有安全阀；蓄水箱内布置温度传感器和液位计；位于水泵与第一电磁阀的给水管路连接设置有第二电磁阀的给水支路一端，给水支路另一端连接绕于油分离器外侧的蛇形盘管；
所述控制系统分别连接压缩机、热力膨胀阀、水泵、第一电磁阀、第二电磁阀、安全阀、温度传感器和液位计。
所述喷淋装置为喷头。所述水箱外侧用聚氨酯保温材料包围。
本发明具有如下有益效果：
1.制冷系统的过冷度增加，制冷系数提高，机组能耗降低。
2.油分离器的回油效率提高，换热器的换热性能提高；此外高温排气的余热利用可减少冷凝器的设计面积，降低成本。
3.无需额外融霜热源及融霜水的循环利用可实现节能节水之目的。
附图说明
图1节能型热水喷淋除霜系统原理图；
图2制冷系统循环压焓图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
如图1所示，一种节能节水型热水喷淋除霜系统以制冷系统为基础，以制冷系统余热高效梯级利用为技术手段，实现制冷系统性能优化、高效节能融霜及节约水资源等有益效果。
一种基于制冷系统的节能节水型热水喷淋除霜系统，包括翅片管蒸发器1、热力膨胀阀2、干燥过滤器3、第一电磁阀4、第二电磁阀5、水泵6、安全阀7、绝热蓄水箱8、风冷冷凝器9、套管换热器10、单向阀11、蛇形盘管12、油分离器13、压缩机14、气液分离器15、集水盘16、喷头17及控制系统等。在常规制冷模式下，制冷系统处于启动状态，此时第一电磁阀4关闭，第二电磁阀5开启。制冷剂(以r134a为例)经压缩后温度可达60℃，经油分离器13时，通过蛇形盘管12散热给融霜水，而后经由风冷冷凝器9再次散热，此时饱和液态制冷剂为常温，通过套管换热器10进一步被低温的融霜水冷却，经过膨胀节流降温后进入翅片蒸发器1吸收冷间热量，吸热后的制冷剂经气液分离器15以饱和蒸汽形式再次进入压缩机压缩，从而完成整个制冷循环。
当冷间控制温度较高时，翅片管蒸发器1一般不会结霜，而是会不断形成冷凝水，通常情况下冷间湿度越高，则形成冷凝水的质量越大。低温冷凝水(0-10℃)由集水盘16收集后在重力或泵作用下进入套管换热器10吸收冷凝余热，而后再进入蛇形盘管12吸收高温的排气余热，在水泵的牵引下进入绝热蓄水箱8存储。基于智能控制系统，当水箱温度低于50℃时，循环水泵6开启，使水箱内的水再次通过蛇形盘管12吸收油分离器13中的高温排气余热，当水箱温度高于55℃时，则水泵6停止运行。由于该工况下蒸发器并未结霜，制冷系统始终处于运行状态，则导致蓄水箱8内水不断增多，多余的热水可通过安全阀7排出，也可用于其他生活用水的供应。
当冷间控制温度较低时，翅片管蒸发器1会逐渐结霜，为了提高制冷性能，当霜层达到一定厚度时进入除霜模式。在除霜模式下，制冷系统停止运转，且第一电磁阀4开启，第二电磁阀5关闭，在水泵6的牵引下，蓄水箱8内的热水通过喷头17喷淋至翅片管蒸发器1，霜层在高温水作用下迅速融化为低温水(0-10℃)并储存在集水盘16中，当除霜结束后，制冷系统重新启动，第一电磁阀4关闭，第二电磁阀5开启。基于智能控制系统，此时打开集水器的排水阀，使低温的融霜水先后进入套管换热器10和蛇形盘管12进行设备余热的梯级利用，而后进入蓄水箱8储存，以便下次除霜时的循环利用，可实现融霜系统节能节水的目的。
对制冷系统循环性能进行分析，如图2所示，1-2为压缩过程，2-3为排气过程的冷却过程，3-4为排气管道中的压降，4-5为冷凝过程，5-6为节流过程，6-1为蒸发过程。系统的单位制冷量为h1-h6，单位功耗为h2-h1，制冷系数ε＝(h1-h6)/(h2-h1)。在原制冷系统基础之上，开发的节能型热水喷淋除霜系统，可进一步优化系统性能，由于蛇形盘管12换热提高了排气冷却能力，温降及压降升高，因此点3’的温度值比点3的温度低，点4’的压力及温度也均低于点4，从而使系统的实际冷凝温度有所降低。由于套管换热器的作用，致使冷凝后的液体出现过冷，因此点5’的温度及压力值要明显低于点5，则优化后的系统单位制冷量为h1-h6’,其要高于h1-h6，在单位功耗不变的情况下，制冷系数会有所提高。