CN106763909B - 三孔单向阀及具有三孔单向阀的无霜热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三孔单向阀，包阀体，阀体顶部开设有出口，底部开设有入口，中部为中空腔体，中空腔体上部设置有可封堵流体从出口进入中空腔体的上单向截止阀片，中空腔体下部设置有可封堵流体从中空腔体向入口外流出的下单向截止阀片，阀体侧壁设置有连通中空腔体的侧开口；本发明还公开了具有三孔单向阀的热泵系统，由于采用三孔单向阀的设计，优化了热泵系统的结构，减少了单向阀的使用数量，使系统的冷媒管路配置更简单；此外，采用三孔单向阀、双蒸发器回路以及多重换热器组成的系统可有效改善热热泵在底温环境下的运行工况，除霜时无需停压缩机，整体提高了热泵系统的性能，使热泵系统对环境的适应能力大大提升。

Description

三孔单向阀及具有三孔单向阀的无霜热泵系统

技术领域

本发明涉及一种热泵领域的装置以及具有该装置的无霜热泵系统。

背景技术

热泵机组主要由压缩机、高温换热器、节流器、低温换热器等装置构成一个循环系统，冷媒在压机缩的作用下在系统内循环流动，实现制热或制冷。对于具有制热水、空调等多功能的热水系统来说，为了实现多功能热功，系统管路设计复杂，往往需要多个阀门控制才能实现，单向阀的使用数量尤其较多。

此外，现有热泵系统对恶劣环境适应性较差，高温环境容易出现高压保护、制热水效果差，在低温环境容易出现回气温度过低、容易结霜或液击等问题。

发明内容

为了优化热泵系统，本发明提供一种结构独特、可有效简化热泵系统的三孔单向阀，同时还提出了改善热泵系统运行工况的无霜热泵系统解决方案。

为了解决上述技术问题，本发明的一种三孔单向阀，包阀体，阀体顶部开设有出口，底部开设有入口，中部为中空腔体，中空腔体上部设置有可封堵流体从出口进入中空腔体的上单向截止阀片，中空腔体下部设置有可封堵流体从中空腔体向入口外流出的下单向截止阀片，所述阀体侧壁设置有连通中空腔体的侧开口。

本发明还公开了一种具有三孔单向阀的无霜热泵系统，包括压缩机、第一四通阀、第二四通阀，第一换热器、第二换热器、第三换热器、单向阀、第一三孔单向阀、第二三孔单向阀、多重换热器、第一节流器、第二节流器；所述多重换热器包括内外三层腔体，内层腔体安装有加热体，中层腔体、外层腔体均为冷媒腔，中层腔体内设有第一冷媒盘管，外层腔体内设有第二冷媒盘管；中层、外层腔体和第一、第二冷媒盘管分别设置有出入口；所述第一四通阀四个接口分别连通压缩机高压侧、第二四通阀第一接口、中层腔体入口、第二换热器；所述第二四通阀第二、第四接口分别连通第三换热器和第一换热器入口，第二四通阀第三接口连通中层腔体入口；所述第一换热器出口连通单向阀入口；所述多重换热器外层腔体的入口分别连通单向阀出口、第一三孔单向阀出口、第二三孔单向阀出口；外层腔体出口通过管道连通第一冷媒盘管入口；第一冷媒盘管出口分别连通第一节流器入口和第二节流器入口；中层腔体出口连通压缩机吸气侧；第二冷媒盘管入口连通第二节流器出口；第二冷媒盘管出口连通压缩机吸气侧；所述第一节流器出口分别连通第一三孔单向阀入口和第二三孔单向阀入口；所述第一三孔单向阀侧开口连通第二换热器另一侧接口；第二三孔单向阀侧开口连通第三换热器另一侧接口。

本发明的进一步改进，第二换热器和第三换热器为左、右布置的整体式结构。

本发明的进一步改进，所述压缩机为喷气增焓压缩机，压缩机补气口通过管路连接有第二单向阀，第二单向阀入口侧连通电磁阀出口，电磁阀的入口侧分别连通中层腔体出口和第二冷媒盘管出口。

本发明还公开了另一种具有三孔单向阀的无霜热泵系统，包括压缩机、第一四通阀、第二四通阀，第一换热器、第二换热器、第三换热器、单向阀、第一三孔单向阀、第二三孔单向阀、节流器；所述第一四通阀四个接口分别连通压缩机高压侧、第二四通阀第一接口、压缩机吸气侧、第二换热器；所述第二四通阀第二、三、四接口分别连通第三换热器、压缩机吸气侧和第一换热器入口；所述第一换热器出口连通单向阀入口；单向阀出口分别连通第一三孔单向阀出口、第二三孔单向阀出口、节流器入口；节流器出口分别连通第一三孔单向阀入口和第二三孔单向阀入口；第一三孔单向阀侧开口连通第二换热器另一侧；第二三孔单向阀侧开口连通第三换热器另一侧。

本发明的进一步改进，第二换热器和第三换热器为左、右布置的整体式结构。

本发明还公开了另一种具有三孔单向阀的无霜热泵系统，包括压缩机、四通阀、冷凝器、节流阀、蒸发器、三孔单向阀A、三孔单向阀B；热泵系统各部件通过冷媒管道作以下连接：四通阀四个接口分别连通压缩机高压侧、蒸发器、压缩机吸气侧、冷凝器；冷凝器另一侧连通三孔单向阀A侧开口；蒸发器另一侧连通三孔单向阀B侧开口；节流阀的一侧分别连通三孔单向阀A和三孔单向阀B的出口；节流阀的另一侧分别连通三孔单向阀A和三孔单向阀B的入口。

本发明的有益效果是：由于采用三孔单向阀的设计，优化了热泵系统的结构，减少了单向阀的使用数量，使系统的冷媒管路配置更简单，保持冷媒节流走向一致，实现系统特殊功能要求，便于热泵管道零部件模块化生产。此外，采用三孔单向阀、双蒸发器回路以及多重换热器组成的无霜热泵系统可有效改善热热泵在底温环境下的运行工况，双蒸发器结构既满足了制热水时对蒸发器的大面积蒸发换热要求，同时在除霜时对第二、第三蒸发器交替进行，除霜过程中无需吸收热水换热器的热量。从而整体提高了热泵系统的工况及能效，使热泵系统对环境的适应能力大大提升；另一方面，由于小部分冷媒经第二节流器、第二冷媒盘管后再与主回路的低压冷媒混合后再回压缩机，该小流量增焓回路解决了超低温环境下主回路冷媒蒸发不充分、回气温度过低、排气压力低、无法制出高温热水等技术问题，有效改善了系统的运行工况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是三孔单向阀的结构示意图；

图2是实施例1无霜热泵系统的结构示意图；

图3是实施例2无霜热泵系统的结构示意图；

图4是实施例3无霜热泵系统的结构示意图；

图5是实施例4无霜热泵系统的结构示意图。

具体实施方式

参照图1所示，三孔单向阀，包阀体，阀体顶部开设有出口71，底部开设有入口73，中部为中空腔体74，中空腔体74上部设置有可封堵流体从出口进入中空腔体的上单向截止阀片75，中空腔体74下部设置有可封堵流体从中空腔体向入口外流出的下单向截止阀片76，阀体侧壁设置有连通中空腔体的侧开口72。由于采用三孔单向阀的设计，在同一阀体上实现单向两通道进、一通道出；或者单通道进、单通道出，另一通道截止等多种功能，优化了热泵系统的结构；类似的，为了实现入口73、出口71的单向通道功能，该两个单向通道阀门的设计也可采用弹簧阀芯的弹簧式结构，或者重力式阀芯结构。

实施例1：具有三孔单向阀的无霜热泵系统，参照图2所示，包括压缩机1、第一四通阀2、第二四通阀3，第一换热器4、第二换热器5A、第三换热器5B、单向阀6、第一三孔单向阀7、第二三孔单向阀8、多重换热器9、第一节流器13、第二节流器14。

多重换热器9包括内外三层腔体，内层腔体91安装有加热体94，中层腔体、外层腔体92、93均为冷媒腔，中层腔体92内设有第一冷媒盘管95，外层腔体93内设有第二冷媒盘管96；中层、外层腔体92、93和第一、第二冷媒盘管95、96分别设置有出入口。工作时，第一冷媒盘管95与中层腔体92之间、中层腔体92与外层腔体93之间、第二冷媒盘管96与外层腔体93之间形成综合的多重热交换，大大提升系统的运行工况。

第一四通阀2四个接口分别连通压缩机1高压侧、第二四通阀3第一接口、中层腔体92入口、第二换热器5A；第二四通阀3第二、第四接口分别连通第三换热器5B和第一换热器4入口，第二四通阀3第三接口连通中层腔体92入口。第一换热器4出口连通单向阀6入口。多重换热器外层腔体93的入口分别连通单向阀6出口、第一三孔单向阀7出口71、第二三孔单向阀8出口81；外层腔体93出口通过管道连通第一冷媒盘管95入口；第一冷媒盘管95出口分别连通第一节流器13入口和第二节流器14入口；中层腔体92出口连通压缩机吸气侧；第二冷媒盘管96入口连通第二节流器14出口；第二冷媒盘管96出口连通压缩机吸气侧。第一节流器13出口分别连通第一三孔单向阀7入口73和第二三孔单向阀8入口83。第一三孔单向阀7侧开口72连通第二换热器5A另一侧接口；第二三孔单向阀8侧开口82连通第三换热器5B另一侧接口。

实施例1的系统工作原理如下。

参照图2所示，在制热水时，系统冷媒流动方向为：压缩机1—→第一四通阀2—→第二四通阀3—→第一换热器4（制热水或冷凝放热）—→单向阀6—→多重换热器外层腔体93—→第一冷媒盘管95；从第一冷媒盘管出口流出后分两路：第一路，小部分冷媒经第二节流器14—→第二冷媒盘管96—→回压缩机1。第二路，大部分冷媒经第一节流器13后再分两支路，第一支路：从第一三孔单向阀7入口73进入—→再从侧开口72流出—→第二换热器5A—→从第一四通阀2第四接口进入并从第三接口流出—→多重换热器中层腔体92—→回压缩机1；第二支路：从第二三孔单向阀8入口83进入—→再从侧开口82流出—→第三换热器5B—→第二四通阀3—→多重换热器中层腔体92与来自第一支路的冷媒汇合—→回压缩机1。

在超低环境温度制热水时，为了令压缩机维持在高效工作状态，加热控制器自动开启电加热，加热体94工作，对中层腔体92中流过的冷媒进行加热，以提升压缩机的吸气温度；另一方面，由于小部分冷媒经第二节流器14、第二冷媒盘管96后再与主回路的低压冷媒混合后再回压缩机1，该小流量增焓回路解决了超低温环境下主回路冷媒蒸发不充分、回气温度过低、排气压力低、无法制出高温热水等技术问题，有效改善了系统的运行工况。

本热泵系统可实现压缩机不停机化霜，除霜过程不需吸收热水换热器（即第一换热器4）的能量，优选的，第二换热器5A和第三换热器5B为左、右布置的整体式结构，除霜时对第二换热器5A、第三换热器5B分别进行。

在热泵制热模式工作时，如需要对第二换热器5A进行化霜，将系统冷媒流动方向切换如下：压缩机1—→第一四通阀2—→第二换热器5A（除霜）—→第一三孔单向阀7—→外层腔体93—→第一冷媒盘管95；分两路：第一路，小部分冷媒经第二节流器14—→第二冷媒盘管96—→回压缩机1。第二路，大部分冷媒经第一节流器13—→从第二三孔单向阀8入口83进入—→再从侧开口82流出—→第三换热器5B—→第二四通阀3—→多重换热器中层腔体92—→回压缩机1。

当需要对第三换热器5B进行化霜时，系统冷媒流动方向为：压缩机1—→第一四通阀2—→第二四通阀3—→第三换热器5B（除霜）—→第二三孔单向阀8—→外层腔体93—→第一冷媒盘管95；分两路：第一路，小部分冷媒经第二节流器14—→第二冷媒盘管96—→回压缩机1。第二路，大部分冷媒经第一节流器13—→从第一三孔单向阀7入口73进入—→再从侧开口72流出—→第二换热器5A—→第一四通阀2—→多重换热器中层腔体92—→回压缩机1。

类似的，第二换热器5A和第三换热器5B也可以是上、下布置的整体式结构。

实施例2：参照图3所示，热泵系统的压缩机可采用增焓压缩机，压缩机补气口1B通过管路连接有第二单向阀17，第二单向阀17入口侧连通电磁阀16出口，电磁阀16的入口侧分别连通中层腔体92出口和第二冷媒盘管96出口。在超低环境温度制热水时，开启电磁阀16让部分冷媒从补气口1B进入压缩机。

实施例3：参照图4所示，具有三孔单向阀的无霜热泵系统，包括压缩机1’、第一四通阀2’、第二四通阀3’，第一换热器4’、第二换热器5A’、第三换热器5B’、单向阀6’、第一三孔单向阀7’、第二三孔单向阀8’、节流器13’。所述第一四通阀2’四个接口分别连通压缩机1’高压侧、第二四通阀3’第一接口、压缩机1’吸气侧、第二换热器5A’；所述第二四通阀3’第二、三、四接口分别连通第三换热器5B’、压缩机1’吸气侧和第一换热器4’入口。所述第一换热器4’出口连通单向阀6’入口；单向阀6’出口分别连通第一三孔单向阀7’出口71’、第二三孔单向阀8’出口81’、节流器13’入口；节流器13’出口分别连通第一三孔单向阀7’入口73’和第二三孔单向阀8’入口83’；第一三孔单向阀7’侧开口72’连通第二换热器5A’另一侧；第二三孔单向阀8’侧开口82’连通第三换热器5B’另一侧。

实施例3的系统工作原理如下：在制热水时，系统冷媒流动方向为：压缩机1’—→第一四通阀2’—→第二四通阀3’—→第一换热器4’（制热水）—→单向阀6’—→节流器13’，分两路：第一路，第一三孔单向阀7’—→第二换热器5A’（蒸发）—→第一四通阀2’—→回压缩机1’；第二路，第二三孔单向阀8’—→第三换热器5B’（蒸发）—→ 第二四通阀3’—→回压缩机1’。

本热泵系统可实现压缩机不停机化霜，除霜过程不需吸收热水换热器（即第一换热器4’）的能量，优选的，第二换热器5A’和第三换热器5B’为左、右布置的整体式结构，除霜时对第二换热器5A’、第三换热器5B’分别进行。

在热泵制热模式工作时，如需要对第二换热器5A’进行化霜，将系统冷媒流动方向切换如下：压缩机1’—→第一四通阀2’—→第二换热器5A’（除霜）—→第一三孔单向阀7’—→从第一三孔单向阀7’出口71’流出—→节流器13’—→第二三孔单向阀8’—→第三换热器5B’（蒸发）—→第二四通阀3’—→回压缩机1’。

切换至对第三换热器5B’化霜，系统冷媒流动方向如下：压缩机1’—→第一四通阀2’—→ 第二四通阀3’—→ 第三换热器5B’（除霜）—→第二三孔单向阀8’—→节流器13’—→第一三孔单向阀7’—→第二换热器5A’（蒸发）—→第一四通阀2’—→回压缩机1’。

实施例4：本设计的三孔单向阀除了适用于实施例1的无霜热泵系统外，也可广泛适用于其它热泵系统，参照图5所示，具有三孔单向阀的热泵系统，包括压缩机101、四通阀102、冷凝器103、节流阀104、蒸发器105、三孔单向阀A106、三孔单向阀B107；热泵系统各部件通过冷媒管道作以下连接：四通阀四个接口分别连通压缩机高压侧、蒸发器、压缩机吸气侧、冷凝器；冷凝器另一侧连通三孔单向阀A侧开口；蒸发器另一侧连通三孔单向阀B侧开口；节流阀的一侧分别连通三孔单向阀A和三孔单向阀B的出口；节流阀的另一侧分别连通三孔单向阀A和三孔单向阀B的入口。系统工作原理：在制热水或者空调制冷时，系统冷媒流动方向为：压缩机101—→四通阀102—→冷凝器103—→三孔单向阀A106—→节流阀104—→三孔单向阀B107—→蒸发器105—→四通阀102—→回压缩机101。

在热泵系统的实际生产中，根据系统常规的配置需求，热泵系统低压侧可设置气液分离器，高压侧可设置油分离器、储液器；也可根据需要在系统中设置常规的压力开关、压力表、温控装置、干燥过滤器等。

以上所述只是发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现发明的目的都应属于发明的保护范围。

Claims (3)

1.具有三孔单向阀的无霜热泵系统，其特征在于：包括压缩机(1)、第一四通阀(2)、第二四通阀(3)，第一换热器(4)、第二换热器(5A)、第三换热器(5B)、单向阀(6)、第一三孔单向阀(7)、第二三孔单向阀(8)、多重换热器(9)、第一节流器(13)、第二节流器(14)；

第一三孔单向阀(7)包括阀体，阀体顶部开设有出口，底部开设有入口，中部为中空腔体，中空腔体上部设置有可封堵流体从出口进入中空腔体的上单向截止阀片，中空腔体下部设置有可封堵流体从中空腔体向入口外流出的下单向截止阀片，所述阀体侧壁设置有连通中空腔体的侧开口；所述第二三孔单向阀(8)与第一三孔单向阀(7)结构相同；

所述多重换热器(9)包括内外三层腔体，内层腔体(91)安装有加热体(94)，中层腔体、外层腔体(92、93)均为冷媒腔，中层腔体(92)内设有第一冷媒盘管(95)，外层腔体(93)内设有第二冷媒盘管(96)；中层、外层腔体(92、93)和第一、第二冷媒盘管(95、96)分别设置有出入口；

所述第一四通阀(2)四个接口分别连通压缩机(1)高压侧、第二四通阀(3)第一接口、中层腔体(92)入口、第二换热器(5A)；所述第二四通阀(3)第二、第四接口分别连通第三换热器(5B)和第一换热器(4)入口，第二四通阀(3)第三接口连通中层腔体(92)入口；

所述第一换热器(4)出口连通单向阀(6)入口；

所述多重换热器外层腔体(93)的入口分别连通单向阀(6)出口、第一三孔单向阀(7)出口(71)、第二三孔单向阀(8)出口(81)；外层腔体(93)出口通过管道连通第一冷媒盘管(95)入口；第一冷媒盘管(95)出口分别连通第一节流器(13)入口和第二节流器(14)入口；中层腔体(92)出口连通压缩机吸气侧；第二冷媒盘管(96)入口连通第二节流器(14)出口；第二冷媒盘管(96)出口连通压缩机吸气侧；

所述第一节流器(13)出口分别连通第一三孔单向阀(7)入口(73)和第二三孔单向阀(8)入口(83)；

所述第一三孔单向阀(7)侧开口(72)连通第二换热器(5A)另一侧接口；第二三孔单向阀(8)侧开口(82)连通第三换热器(5B)另一侧接口。

2.根据权利要求1所述的具有三孔单向阀的无霜热泵系统，其特征在于：第二换热器(5A)和第三换热器(5B)为左、右布置的整体式结构。

3.根据权利要求1所述的具有三孔单向阀的无霜热泵系统，其特征在于：所述压缩机(1)为喷气增焓压缩机，压缩机补气口(1B)通过管路连接有第二单向阀(17)，第二单向阀(17)入口侧连通电磁阀(16)出口，电磁阀(16)的入口侧分别连通中层腔体(92)出口和第二冷媒盘管(96)出口。

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