CN107687723B - 工质变向的套管式热泵 - Google Patents

Abstract

本发明一种工质变向的套管式热泵，属于电气设备及电气工程技术领域，包括压缩机、热泵换向阀、自循环套管式换热器、膨胀阀、蒸发器和蓄水箱；自循环套管式换热器包括N程并列设置的换热套管，换热套管包括管程和壳程；管程通过管程三通管串联，且管程三通管与蓄水箱连通；换热套管的进水口与水源管及蓄水箱连通；壳程通过壳程连接管串联，所述压缩机、热泵换向阀、换热套管的壳程、膨胀阀、蒸发器依次连接形成冷媒循环回路。本发明不需要设置循环水泵就可以让冷媒工质根据水流方向变化而换向做功，达到自循环换热的目的，有效提高换热效率与速率。

Description

工质变向的套管式热泵

技术领域

本发明属于电气设备及电气工程技术领域，涉及一种热水器，尤其是一种通过改变冷媒工质的流向以及水的流向来提高换热效率的热泵热水器。

背景技术

目前，市面上热泵热水器的冷凝器技术一般使用套管、水箱内盘管和水箱外盘管几种方式。

现有技术的套管换热器虽然结构简单体积小，但工作中需要匹配循环水泵和复杂的水路设计，由于水泵会消耗相当于压缩机5%左右电能，效率一般不高，昂贵、复杂的特性使得其一般多用在商用机上；水箱内盘管安装固定在水箱内部，换热率较高，但是长期使用易结水垢影响热效率，虽然大多都设置有内置了镁棒降低结垢和腐蚀，但却没能完全杜绝水垢与腐蚀的发生，水箱寿命略短，需要定期更换镁棒和清除污垢、沉淀；外盘管虽然安全，但热效率低、制热慢，由于热胀冷缩的反复影响，盘管壁容易分离，内胆易爆裂，克服问题要求的工艺高、制作难度大并且成本昂贵。

此外现有技术制成的热泵冷凝换热器与其相匹配水箱的体积过大，使得多数消费者无法接受；且冷凝换热器设置的不合理导致压缩机长期高负荷做功，会加速压缩机润滑油的裂解和老化，缩短压缩机工作寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种结构简单、占空间小、能耗低、换热效率高并且使用寿命长的工质变向的套管式热泵，该套管式热泵不需要设置循环水泵就可以让冷媒工质根据水流方向变化而换向做功，达到自循环换热的目的，有效提高换热效率与速率。

解决上述技术问题的技术方案是：一种工质变向的套管式热泵，包括压缩机、热泵换向阀、自循环套管式换热器、膨胀阀、蒸发器和蓄水箱,所述自循环套管式换热器包括N程并列设置的换热套管，所述换热套管包括管程和包裹在管程外的壳程；所述管程依次通过管程三通管串联，位于高端的管程三通管的第三接口Ⅰ分别通过电磁水阀与蓄水箱的上端接口连通，位于低端的管程三通管的第三接口Ⅱ分别通过单向止回水阀与蓄水箱的下端接口连通；处于第一程的换热套管的管程设有进水口，所述进水口通过单向止回水阀与水源管连通，且所述进水口还与蓄水箱连通；处于最末程的换热套管的管程下端设有低端水接口，低端水接口与蓄水箱下端的高速进水嘴连通；所述壳程依次通过壳程连接管串联，处于第一程的换热套管的壳程设有第一工质接口，处于最末程的换热套管的壳程下端设有第二工质接口，第一工质接口和第二工质接口分别与热泵换向阀连接，所述压缩机、热泵换向阀、换热套管的壳程、膨胀阀、蒸发器依次连接形成冷媒工质循环回路；所述自循环套管式换热器的换热套管为竖立或有一定倾斜角度的非水平结构。

本发明进一步的技术方案是：所述换热套管的程数N取值为1，换热套管的管程上端的进水口通过单向止回水阀与水源管连接，且进水口还通过电磁水阀与蓄水箱的上端接口连接，所述管程的低端水接口与蓄水箱的高速进水嘴连接；换热套管的壳程的第一工质接口和第二工质接口分别与热泵换向阀连接。

所述热泵换向阀包括主阀和通过毛细管与主阀连接的先导阀；所述主阀包括阀体和包裹在阀体内的阀芯，阀体内限定出阀腔，阀体上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯两端与阀体内壁分别限定出第一活塞腔室和第二活塞腔室，所述先导阀分别通过毛细管与第一活塞腔室以及第二活塞腔室连接，且先导阀可控制阀芯在阀体内左右移动；所述阀体的第一侧壁上设有第一冷媒接管，阀体的第二侧壁上分别设有第二冷媒接管、第三冷媒接管和第四冷媒接管，所述第一冷媒接管与压缩机的高压排气管连通，所述第二冷媒接管与第一工质接口连通，所述第三冷媒接管与第二工质接口连通，所述第四冷媒接管与膨胀阀连通；所述阀芯为拱形阀芯，当阀芯移动到第一活塞腔室端时，第一冷媒接管与第三冷媒接管导通，且第四冷媒接管与第二冷媒接管导通；当阀芯移动到第二活塞腔室端时，第一冷媒接管与第二冷媒接管导通，且第四冷媒接管与第三冷媒接管导通。

本发明再进一步的技术方案是：所述换热套管的程数N取值为2，包括首程换热套管和末程换热套管，所述首程换热套管和末程换热套管的管程上端通过管程三通管连通，首程换热套管的管程下端的进水口通过单向止回水阀与水源管连通，且所述进水口还通过单向止回水阀与蓄水箱的下端接口连通，末程换热套管的管程的低端水接口与蓄水箱底部的高速进水嘴连通，管程三通管的第三接口Ⅰ通过电磁水阀与蓄水箱的上端接口连通；所述首程换热套管和末程换热套管的壳程上端通过壳程连接管连通，首程换热套管和末程换热套管的壳程下端分别设有第一工质接口和第二工质接口，壳程连接管还设有第三工质接口，所述第一工质接口、第二工质接口和第三工质接口分别与热泵换向阀连通。

所述热泵换向阀包括主阀和通过毛细管与主阀连接的先导阀；所述主阀包括阀体和包裹在阀体内的阀芯，阀体内限定出阀腔，阀体上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯两端与阀体内壁分别限定出第一活塞腔室和第二活塞腔室，所述先导阀分别通过毛细管与第一活塞腔室以及第二活塞腔室连接，且先导阀可控制阀芯在阀体内左右移动；阀体的第一侧壁分别设有第一冷媒接管和第二冷媒接管，阀体的第二侧壁分别设有第三冷媒接管和第四冷媒接管，所述第一冷媒接管与压缩机的高压排气管连通，所述第二冷媒接管与第三工质接口连通，所述第三冷媒接管与第二工质接口连通，所述第四冷媒接管与第一工质接口以及膨胀阀连通；所述阀芯两侧设有第一通道和第二通道，阀芯靠其中一个端部的位置沿径向开设有贯通阀芯外侧表面的第三通道，当阀芯移动到第一活塞腔室端时，第一冷媒接管和第三冷媒接管通过第三通道导通，且第二冷媒接管和第四冷媒接管不通；当阀芯移动到第二活塞腔室端时，第一冷媒接管和第二冷媒接管通过第一通道导通，且第三冷媒接管和第四冷媒接管通过第二通道导通。

本发明又进一步的技术方案是：所述换热套管的程数N取值为大于2的奇数，包括首程换热套管、中间程换热套管和末程换热套管，各换热套管的管程依次通过管程三通管串联，首程换热套管的管程上端的进水口通过单向止回水阀与水源管连通，且进水口还通过电磁水阀与蓄水箱的上端接口连通；末程换热套管的管程的低端水接口与蓄水箱的高速进水嘴连通；位于高端的管程三通管的第三接口Ⅰ分别通过电磁水阀与蓄水箱的上端接口连通，位于低端的管程三通管的第三接口Ⅱ分别通过单向止回水阀与蓄水箱的下端接口连通；所述各换热套管的壳程依次通过壳程连接管串联，首程换热套管的壳程上端设有第一工质接口，末程换热套管的壳程下端设有第二工质接口，位于高端的壳程连接管设有第三工质接口，位于低端的壳程连接管设有第四工质接口，第一工质接口、第二工质接口、第三工质接口和第四工质接口分别与热泵换向阀连接。

所述热泵换向阀包括主阀和通过毛细管与主阀连接的先导阀；所述主阀包括阀体和包裹在阀体内的阀芯，阀体内限定出阀腔，阀体上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯两端与阀体内壁分别限定出第一活塞腔室和第二活塞腔室，所述先导阀分别通过毛细管与第一活塞腔室以及第二活塞腔室连接，且先导阀可控制阀芯在阀体内左右移动；阀体的第一侧壁上分别设有第一冷媒接管、第二冷媒接管和与第三工质接口数量对应的冷媒接管Ⅰ，阀体的第二侧壁上分别设有第三冷媒接管、第四冷媒接管和与第四工质接口数量对应的冷媒接管Ⅱ；所述第一冷媒接管与压缩机的高压排气管连通，第二冷媒接管与第一工质接口连通，第三冷媒接管与第二工质接口连通，第四冷媒接管与膨胀阀连接，第三工质接口分别与冷媒接管Ⅰ一对一连通，第四工质接口分别与冷媒接管Ⅱ一对一连通；所述阀芯两侧沿轴向分别开设有第一通道和第二通道，阀芯靠其中一个端部的位置沿径向开设有贯通阀芯外侧表面的第三通道，阀芯圆周外侧表面设有凹陷的第四通道；当阀芯移动到第一活塞腔室端时，第一冷媒接管与第三冷媒接管通过第三通道导通，第二冷媒接管与第四冷媒接管通过第四通道导通，且冷媒接管Ⅰ相互不导通，冷媒接管Ⅱ相互不导通；当阀芯移动到第二活塞腔室端时，第一冷媒接管、第二冷媒接管和冷媒接管Ⅰ通过第一通道导通，且第三冷媒接管、第四冷媒接管和冷媒接管Ⅱ通过第二通道导通。

本发明又进一步的技术方案是：所述换热套管的程数N取值为大于2的偶数，包括首程换热套管、中间程换热套管和末程换热套管，各换热套管的管程依次通过管程三通管串联，首程换热套管的管程下端的进水口通过单向止回水阀与水源管连通，且进水口还通过单向止回水阀与蓄水箱的下端接口连通；末程换热套管的管程的低端水接口与蓄水箱的高速进水嘴连通；位于高端的管程三通管的第三接口Ⅰ分别通过电磁水阀与蓄水箱的上端接口连通，位于低端的管程三通管的第三接口Ⅱ分别通过单向止回水阀与蓄水箱的下端接口连通；所述各换热套管的壳程依次通过壳程连接管串联，首程换热套管的壳程下端设有第一工质接口，末程换热套管的壳程下端设有第二工质接口，位于高端的壳程连接管设有第三工质接口，位于低端的壳程连接管设有第四工质接口，第一工质接口、第二工质接口、第三工质接口和第四工质接口分别与热泵换向阀连接。

所述热泵换向阀包括主阀和通过毛细管与主阀连接的先导阀；所述主阀包括阀体和包裹在阀体内的阀芯，阀体内限定出阀腔，阀体上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯两端与阀体内壁分别限定出第一活塞腔室和第二活塞腔室，所述先导阀分别通过毛细管与第一活塞腔室以及第二活塞腔室连接，且先导阀可控制阀芯在阀体内左右移动；阀体的第一侧壁上分别设有第一冷媒接管和与第三工质接口数量对应的冷媒接管Ⅰ，阀体的第二侧壁上分别设有第三冷媒接管、第四冷媒接管和与第四工质接口数量对应的冷媒接管Ⅱ，所述第一冷媒接管与压缩机的高压排气管连通，第三冷媒接管与第二工质接口连通，第三工质接口分别与冷媒接管Ⅰ一对一连通，第一工质接口与第四冷媒接管连通，且第一工质接口还与膨胀阀连通；第四工质接口分别与冷媒接管Ⅱ一对一连通；所述阀芯两侧沿轴向分别开设有第一通道和第二通道，阀芯靠其中一个端部的位置沿径向开设有贯通阀芯外侧表面的第三通道，当阀芯移动到第一活塞腔室端时，第一冷媒接管与第三冷媒接管通过第三通道导通，且冷媒接管Ⅰ相互不导通，第四冷媒接管和冷媒接管Ⅱ相互不导通；当阀芯移动到第二活塞腔室端时，第一冷媒接管和冷媒接管Ⅰ通过第一通道导通，第三冷媒接管、冷媒接管Ⅱ以及第四冷媒接管通过第二通道导通。

本发明更进一步的技术方案是：所述高速进水嘴为漏斗V形，且高速进水嘴与蓄水箱的内壁呈一夹角α，α为20~45°。

本发明工质变向的套管式热泵由于采用上述结构，具有如下有益效果：

1.本发明工质变向的套管式热泵的冷凝换热器与现有传统的冷凝换热器不同，本发明通过合理的设计热泵换向阀和自循环套管换热器的结构，并巧妙的将其两者与热泵其它部件连接，使得热泵换向阀可以根据被加热水流方向的变化而改变冷媒的流向，根据“热力学第一、第二定律”、“卡诺原理”、“热水上浮冷水下沉”的原理以及冷媒流向始终遵循与水流向相逆的特性，不需要设置耗能的循环水泵辅助，就可实现水的自循环换热，简化了冷凝换热器的结构，提高热泵的工作速率和效率，速率和效率提高使所需水箱体积会相应缩小，且水箱可以采用更为廉价、持久的材质制成，工艺简单、形状随意、维护方便、经济实用。

2.本发明的冷媒在更为高效的自循环套管换热器中与水进行换热，进水和加热的方式决定了加热套管内冷媒和水温度频繁的冷热交替，有益于减轻压缩机疲劳度，有效降低压缩机润滑油的分解和压缩机的老化，由于水垢的热膨胀系数与管程的铜材明显不同，伴随着加热过程套管的冷热交替，水垢会松动脱落，并随进水冲出提升自洁；且本发明的高速进水嘴为漏斗V形，并与蓄水箱内壁有着一定夹角，注水时会在蓄水箱内形成逐渐上升的涡旋水流，由于进入蓄水箱的水在经过换热套管时被加热过，能有效克服低温水与高温水混合而导致出水忽冷忽热问题,从而提高舒适性，并且涡旋高速喷水有利于蓄水箱自洁，减少蓄水箱内水垢沉淀和随之产生的维护。

下面结合附图和实施例对本发明工质变向的套管式热泵作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明实施例一的连接原理图（有冷水进入时的工况）；

图2：图1所示的工况下换向主阀和先导阀的结构示意图；

图3：本发明实施例一的连接原理图（自循环换热时的工况）；

图4：图3所示的工况下换向主阀和先导阀的结构示意图；

图5：本发明实施例二的连接原理图（有冷水进入时的工况）；

图6：图5所示的工况下换向主阀和先导阀的结构示意图；

图7：本发明实施例二的连接原理图（自循环换热时的工况）；

图8：图7所示的工况下换向主阀和先导阀的结构示意图；

图9：本发明实施例三的连接原理图（有冷水进入时的工况）；

图10：本发明实施例三的连接原理图（自循环换热时的工况）；

图11：图9所示的工况下换向主阀和先导阀的结构示意图；

图12：图10所示的工况下换向主阀和先导阀的结构示意图；

图13：图12所示主阀芯在A-A处的剖视图；

图14：本发明实施例四的连接原理图（有冷水进入时的工况）；

图15：图14所示的工况下换向主阀和先导阀的结构示意图；

图16：本发明实施例四的连接原理图（自循环换热时的工况）；

图17：图16所示的工况下换向主阀和先导阀的结构示意图；

附图标号说明：1-压缩机，2-蒸发器，3-膨胀阀，4-主阀，41-第一冷媒接管，42-冷媒接管Ⅰ，43-第二冷媒接管，44-阀体，45-第一活塞腔室，46-阀芯，461-第一通道，462-第二通道，463-第三通道，464-第四通道，47-第四冷媒接管，48-冷媒接管Ⅱ，49-第三冷媒接管，410-第二活塞腔室，5-换热套管，51-首程换热套管，511-第一工质接口，512-进水口，52-末程换热套管，521-第二工质接口，522-低端水接口，53-中间程换热套管，54-壳程，55-管程，56-管程三通管，561-第三接口Ⅰ，562-第三接口Ⅱ，57-壳程连接管，571-第三工质接口，572-第四工质接口，6-蓄水箱，61-上端接口，62-出水口，63-高速进水嘴，64-下端接口，71-水源管，72-单向止回水阀，73-电磁水阀，8-先导阀，81-弹簧，82-电磁线圈，83-先导阀阀体，84-先导阀阀芯，85-第一毛细管，86-第二毛细管，87-第三毛细管，88-第四毛细管。

其中，附图中箭头K1表示冷媒工质的流向，箭头K2表示水的流向。

实施方式

实施例一：

如图1至图4所示，本发明一种工质变向的套管式热泵，包括压缩机1、热泵换向阀、自循环套管式换热器、膨胀阀3、蒸发器2和蓄水箱6,所述自循环套管式换热器包括一程换热套管5，且换热套管5包括管程55和包裹在管程55外的壳程54；所述压缩机1、热泵换向阀、换热套管5的壳程54、膨胀阀3、蒸发器2依次连接形成工质循环回路。

换热套管5的管程55的上端设有进水口512，进水口512通过单向止回水阀72与水源管71连接，且进水口512还通过电磁水阀73与蓄水箱6的上端接口61连接；所述换热套管5的管程55下端设有低端水接口522，低端水接口522与蓄水箱6的高速进水嘴63连接；换热套管5的壳程54上端设有第一工质接口511，换热套管5的壳程54下端设有第二工质接口521，且所述第一工质接口511和第二工质接口521分别与热泵换向阀连接。

如图2和图4所示，热泵换向阀包括主阀4和通过毛细管与主阀4连接的先导阀8。

所述先导阀8包括先导阀阀体83、先导阀阀芯84、弹簧81和电磁线圈82，电磁线圈82与控制器电路连接，先导阀阀体83连接有第一毛细管85、第二毛细管86、第三毛细管87和第四毛细管88，所述第一毛细管85与第一冷媒接管41连通，第三毛细管87与压缩机1进气口前的低压端管道连通，先导阀阀芯84定位在先导阀阀体83中并与电磁线圈82的伸缩杆及弹簧81连接；电磁线圈82通电时，第一毛细管85与第二毛细管86导通，第三毛细管87与第四毛细管88导通，电磁线圈82断电时，第一毛细管85与第四毛细管88导通，第二毛细管86与第三毛细管87导通。

所述主阀4包括阀体44和包裹在阀体44内的阀芯46，阀体44内限定出阀腔，阀体44上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯46两端与阀体44内壁分别限定出第一活塞腔室45和第二活塞腔室410，所述先导阀8的第二毛细管86和第四毛细管88分别与第一活塞腔室45以及第二活塞腔室410连接，且先导阀8可控制阀芯46在阀体44内左右移动；所述阀体44的第一侧壁上设有第一冷媒接管41，阀体44的第二侧壁上分别设有第二冷媒接管43、第三冷媒接管49和第四冷媒接管47，所述第一冷媒接管41与压缩机1的高压排气管连通，所述第二冷媒接管43与第一工质接口511连通，所述第三冷媒接管49与第二工质接口521连通，所述第四冷媒接管47与膨胀阀3连通；所述阀芯46为拱形阀芯，当阀芯46移动到第一活塞腔室45端时，第一冷媒接管41与第三冷媒接管49导通，且第四冷媒接管47与第二冷媒接管43导通；当阀芯46移动到第二活塞腔室410端时，第一冷媒接管41与第二冷媒接管43导通，且第四冷媒接管47与第三冷媒接管49导通。

本实施例的两种工况的工作原理如下：

一、有冷水进入时的工况：如图1、图2所示，当有冷水从水源管71进入换热套管5时，电磁水阀73关闭，冷水由管程55上端流入，同时，压缩机1启动工作，先导阀8的电磁线圈82处于断电状态，先导阀阀芯84在弹簧81的弹力作用下弹出，第一毛细管85与第四毛细管88导通，高压的冷媒将阀芯46推向第一活塞腔室45一端，第一冷媒接管41与第三冷媒接管49导通，第四冷媒接管47与第二冷媒接管43导通，由压缩机1排气口流出的高温高压冷媒经主阀4的第一冷媒接管41、第三冷媒接管49以及壳程54下端的第二工质接口521进入壳程54冷媒通道中，后由壳程54上端的第一工质接口511流出，再依次经过第二冷媒接管43、第四冷媒接管47、膨胀阀3、蒸发器2后回流至压缩机1进气口；高温冷媒与冷水在换热套管中换热，水被加热后由管程55的低端水接口522流出，经过高速进水嘴63流入蓄水箱6内再由出水口62流出热泵。

二、自循环换热时的工况：如图3、图4所示，当水源管71没有水注入换热套管5时，电磁水阀73打开，先导阀8的电磁线圈82处于通电状态，先导阀阀芯84在电磁线圈82的吸力作用下克服弹簧81弹力收缩，第一毛细管85与第二毛细管86导通，高压的冷媒将阀芯46推向第二活塞腔室410一端，第一冷媒接管41与第二冷媒接管43导通，且第四冷媒接管47与第三冷媒接管49导通，由压缩机1排气口流出的高温高压冷媒经主阀4的第一冷媒接管41、第二冷媒接管43以及壳程54上端的第一工质接口511进入壳程54冷媒通道中，再由壳程54下端的第二工质接口521流出，之后依次经过第三冷媒接管49、第四冷媒接管47、膨胀阀3、蒸发器2后回流至压缩机1进气口；同时，高温的冷媒会加热管程里的水，水升温上浮，经过打开的电磁水阀73后由蓄水箱6的上端接口61进入蓄水箱6内，同时蓄水箱6内的低温水下沉，再由高速进水嘴63进入管程55中形成循环换热。

实施例二：

如图5至图8所示，一种工质变向的套管式热泵，包括压缩机1、热泵换向阀、自循环套管式换热器、膨胀阀3、蒸发器2和蓄水箱6；所述压缩机1、热泵换向阀、自循环套管式换热器、膨胀阀3、蒸发器2依次连接形成工质循环回路；所述蓄水箱6上端设有上端接口61，蓄水箱6的底部分别设有高速进水嘴63和下端接口64。

本实施例的自循环套管式换热器包括2程并列设置的换热套管5，分别为首程换热套管51和末程换热套管52，首程换热套管51和末程换热套管52结构相同，均包括管程55和包裹在管程55外的壳程54。

所述首程换热套管51和末程换热套管52的管程55上端通过管程三通管56连通，形成密封的水通道，且管程三通管56的第三接口Ⅰ561还通过电磁水阀73与蓄水箱6的上端接口61连通；首程换热套管51的管程55下端设有进水口512，所述进水口512通过单向止回水阀72与水源管71连通，且所述进水口512还通过单向止回水阀72与蓄水箱6的下端接口64连通；末程换热套管52的管程55下端设有低端水接口522，低端水接口522与蓄水箱6底部的高速进水嘴63连通。

所述首程换热套管51和末程换热套管52的壳程54上端通过壳程连接管57连通，形成密封的冷媒通道，首程换热套管51和末程换热套管52的壳程54下端分别设有第一工质接口511和第二工质接口521，壳程连接管57还设有第三工质接口571，所述第一工质接口511、第二工质接口521和第三工质接口571分别与热泵换向阀连通。

如图6和图8所示，热泵换向阀包括主阀4和通过毛细管与主阀4连接的先导阀8。

所述先导阀8包括先导阀阀体83、先导阀阀芯84、弹簧81和电磁线圈82，电磁线圈82与控制器电路连接，先导阀阀体83连接有第一毛细管85、第二毛细管86、第三毛细管87和第四毛细管88，所述第一毛细管85与第一冷媒接管41连通，第三毛细管87与压缩机1进气口前的低压端管道连通，先导阀阀芯84定位在先导阀阀体83中并与电磁线圈82的伸缩杆及弹簧81连接；电磁线圈82通电时，第一毛细管85与第二毛细管86导通，第三毛细管87与第四毛细管88导通，电磁线圈82断电时，第一毛细管85与第四毛细管88导通，第二毛细管86与第三毛细管87导通。

所述主阀4包括阀体44和包裹在阀体44内的阀芯46，阀体44内限定出阀腔，阀体44上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯46两端与阀体44内壁分别限定出第一活塞腔室45和第二活塞腔室410，所述先导阀8的第二毛细管86和第四毛细管88分别与第一活塞腔室45以及第二活塞腔室410连接，且先导阀8可控制阀芯46在阀体44内左右移动；阀体44的第一侧壁分别设有第一冷媒接管41和第二冷媒接管43，阀体44的第二侧壁分别设有第三冷媒接管49和第四冷媒接管47，所述第一冷媒接管41与压缩机1的高压排气管连通，所述第二冷媒接管43与第三工质接口571连通，所述第三冷媒接管49与第二工质接口521连通，所述第四冷媒接管47与第一工质接口511以及膨胀阀3连通；所述阀芯46两侧设有第一通道461和第二通道462，阀芯46靠其中一个端部的位置沿径向开设有贯通阀芯46外侧表面的第三通道463，当阀芯46移动到第一活塞腔室45端时，第一冷媒接管41和第三冷媒接管49通过第三通道463导通，且第二冷媒接管43和第四冷媒接管47不通；当阀芯46移动到第二活塞腔室410端时，第一冷媒接管41和第二冷媒接管43通过第一通道461导通，且第三冷媒接管49和第四冷媒接管47通过第二通道462导通。

本实施例的两种工况的工作原理如下：

一、有冷水进入时的工况：如图5、图6所示，当冷水从水源管71进入换热套管5时，电磁水阀73关闭，冷水由首程换热套管51的管程55下端的进水口512进入水通道中，同时，压缩机1启动工作，先导阀8的电磁线圈82处于断电状态，先导阀阀芯84在弹簧81的弹力作用下弹出，第一毛细管85与第四毛细管88导通，高压的冷媒将阀芯46推向第一活塞腔室45一端，第一冷媒接管41和第三冷媒接管49导通，由压缩机1排气口流出的高温高压冷媒经主阀4的第一冷媒接管41、第三冷媒接管49以及末程换热套管52的壳程54下端的第二工质接口521进入壳程54冷媒通道中，后由首程换热套管51的壳程54下端的第一工质接口511流出，再依次经过膨胀阀3、蒸发器2后回流至压 缩机1进气口；高温冷媒与冷水在换热套管中进行热量交换，水被加热后由末程换热套管52的管程55的低端水接口522流出，经过高速进水嘴63流入蓄水箱6内再由出水口62流出热泵。

二、自循环换热时的工况：如图7、图8所示，当水源管71没有水注入换热套管5时，电磁水阀73打开，先导阀8的电磁线圈82处于通电状态，先导阀阀芯84在电磁线圈82的吸力作用下克服弹簧81弹力收缩，第一毛细管85与第二毛细管86导通，高压的冷媒将阀芯46推向第二活塞腔室410一端，此时第一冷媒接管41和第二冷媒接管43导通，第四冷媒接管47和第三冷媒接管49导通；由压缩机1排气口流出的高温高压冷媒依次经主阀4的第一冷媒接管41、第二冷媒接管43后从第三工质接口571流入壳程54中，之后第一支流通过首程换热套管51的第一工质接口511，第二支流通过末程换热套管52的第二工质接口521再依次经过第三冷媒接管49、第四冷媒接管47， 然后两支流合并流经膨胀阀3、蒸发器2回流至压缩机1进气口；同时，高温的冷媒会加热首程换热套管51和末程换热套管52管程里的水，水升温上浮，经过打开的电磁水阀73后由蓄水箱6的上端接口61进入蓄水箱6内，同时蓄水箱6内的低温水下沉， 再分别由高速进水嘴63或下端接口64进入管程55中形成循环换热。

实施例三：

如图9至图13所示，一种工质变向的套管式热泵，包括压缩机1、热泵换向阀、自循环套管式换热器、膨胀阀3、蒸发器2和蓄水箱6；所述压缩机1、热泵换向阀、自循环套管式换热器、膨胀阀3、蒸发器2依次连接形成工质循环回路；所述蓄水箱6上端设有上端接口61，蓄水箱6的底部分别设有高速进水嘴63和下端接口64。

所述自循环套管式换热器包括N程并列设置的换热套管5，N取值为大于2的奇数，包括首程换热套管51、末程换热套管52和若干中间程换热套管53，且首程换热套管51、末程换热套管52和中间程换热套管53结构相同，均包括管程55和包裹在管程55外的壳程54。

首程换热套管51、中间程换热套管53和末程换热套管52的管程55依次通过管程三通管56串联，形成密封的水通道；位于高端的管程三通管56的第三接口Ⅰ561分别通过电磁水阀73与蓄水箱6的上端接口61连通，位于低端的管程三通管56的第三接口Ⅱ562分别通过单向止回水阀72与蓄水箱6的下端接口64连通；首程换热套管51的管程55上端设有进水口512，所述进水口512通过单向止回水阀72与水源管71连通，且所述进水口512还通过电磁水阀73与蓄水箱6的上端接口61连通；末程换热套管52的管程55下端设有低端水接口522，低端水接口522与蓄水箱6的高速进水嘴63连通。

首程换热套管51、中间程换热套管53和末程换热套管52的壳程54依次通过壳程连接管57串联，形成密封的冷媒通道，首程换热套管51的壳程54上端设有第一工质接口511，末程换热套管52的壳程54下端设有第二工质接口521，位于高端的壳程连接管57设有第三工质接口571，位于低端的壳程连接管57设有第四工质接口572，且所述第一工质接口511、第二工质接口521、第三工质接口571和第四工质接口572分别与热泵换向阀连接。

如图11至图13所示，热泵换向阀包括主阀4和通过毛细管与主阀4连接的先导阀8。

所述先导阀8包括先导阀阀体83、先导阀阀芯84、弹簧81和电磁线圈82，电磁线圈82与控制器电路连接，先导阀阀体83连接有第一毛细管85、第二毛细管86、第三毛细管87和第四毛细管88，所述第一毛细管85与第一冷媒接管41连通，第三毛细管87与压缩机1进气口前的低压端管道连通，先导阀阀芯84定位在先导阀阀体83中并与电磁线圈82的伸缩杆及弹簧81连接；电磁线圈82通电时，第一毛细管85与第二毛细管86导通，第三毛细管87与第四毛细管88导通，电磁线圈82断电时，第一毛细管85与第四毛细管88导通，第二毛细管86与第三毛细管87导通。

所述主阀4包括阀体44和包裹在阀体44内的阀芯46，阀体44内限定出阀腔，阀体44上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯46两端与阀体44内壁分别限定出第一活塞腔室45和第二活塞腔室410，所述先导阀8的第二毛细管86和第四毛细管88分别与第一活塞腔室45以及第二活塞腔室410连接，且先导阀8可控制阀芯46在阀体44内左右移动；阀体44的第一侧壁上分别设有第一冷媒接管41、第二冷媒接管43和与第三工质接口571数量对应的冷媒接管Ⅰ42，阀体44的第二侧壁上分别设有第三冷媒接管49、第四冷媒接管47和与第四工质接口572数量对应的冷媒接管Ⅱ48；所述第一冷媒接管41与压缩机1的高压排气管连通，第二冷媒接管43与第一工质接口511连通，第三冷媒接管49与第二工质接口521连通，第四冷媒接管47与膨胀阀3连接，第三工质接口571分别与冷媒接管Ⅰ42一对一连通，第四工质接口572分别与冷媒接管Ⅱ48一对一连通；所述阀芯46两侧沿轴向分别开设有第一通道461和第二通道462，阀芯46靠其中一个端部的位置沿径向开设有贯通阀芯46外侧表面的第三通道463，阀芯46圆周外侧表面设有凹陷的第四通道464；当阀芯46移动到第一活塞腔室45端时，第一冷媒接管41与第三冷媒接管49通过第三通道463导通，第二冷媒接管43与第四冷媒接管47通过第四通道464导通，且冷媒接管Ⅰ42相互不导通，冷媒接管Ⅱ48相互不导通；当阀芯46移动到第二活塞腔室410端时，第一冷媒接管41、第二冷媒接管43和冷媒接管Ⅰ42通过第一通道461导通，且第三冷媒接管49、第四冷媒接管47和冷媒接管Ⅱ48通过第二通道462导通。

本实施例的两种工况的工作原理如下：

一、有冷水注入时的工况：如图9、图11所示，当冷水从水源管71进入换热套管5时，电磁水阀73关闭，冷水由首程换热套管51的管程55上端的进水口512进入水通道中，同时，压缩机1启动工作，先导阀8的电磁线圈82处于断电状态，先导阀阀芯84在弹簧81的弹力作用下弹出，第一毛细管85与第四毛细管88导通，高压的冷媒将阀芯46推向第一活塞腔室45一端，此时第一冷媒接管41与第三冷媒接管49导通，第二冷媒接管43与第四冷媒接管47导通，由压缩机1排气口流出的高温高压冷媒经主阀4的第一冷媒接管41、第三冷媒接管49以及末程换热套管52的壳程54下端的第二工质接口521进入冷媒通道中，后由首程换热套管51的壳程54上端的第一工质接口511流出，再依次经过主阀4的第二冷媒接管43、第四冷媒接管47、膨胀阀3、蒸发器2后回流至压缩机1进气口；高温冷媒与冷水在换热套管中换热，水被加热后由末程换热套管52的管程55的低端水接口522流出，经过高速进水嘴63流入蓄水箱6内再由出水口62流出热泵。

二、自循环换热时的工况：如图10、图12所示，当水源管71没有水注入换热套管5时，电磁水阀73打开，先导阀8的电磁线圈82处于通电状态，先导阀阀芯84在电磁线圈82的吸力作用下克服弹簧81弹力收缩，第一毛细管85与第二毛细管86导通，高压的冷媒将阀芯46推向第二活塞腔室410一端，此时第一冷媒接管41、冷媒接管Ⅰ42和第二冷媒接管43导通，第三冷媒接管49、冷媒接管Ⅱ48和第四冷媒接管47导通；由压缩机1排气口流出的高温高压冷媒由主阀4的第一冷媒接管41流入主阀4，后分别由冷媒接管Ⅰ42经第三工质接口571流入壳程54冷媒通道中、同时还从第二冷媒接管43经第一工质接口511流入首程换热套管51的壳程54中，然后壳程54中的冷媒分别由第四工质接口572经冷媒接管Ⅱ48流入主阀4、同时还从第二工质接口521经第三冷媒接管49流入主阀4中， 再从主阀4的第四冷媒接管47流出经膨胀阀3、蒸发器2回流至压缩机1进气口；同时，高温的冷媒会加热首程换热套管51、中间程换热套管53和末程换热套管52管程里的水，水升温上浮，经过打开的电磁水阀73后由蓄水箱6的上端接口61进入蓄水箱6内，同时蓄水箱6内的低温水下沉， 再分别由高速进水嘴63或下端接口64进入管程55中形成循环换热。

实施例四：

如图14至图17所示，一种工质变向的套管式热泵，包括压缩机1、热泵换向阀、自循环套管式换热器、膨胀阀3、蒸发器2和蓄水箱6；所述压缩机1、热泵换向阀、自循环套管式换热器、膨胀阀3、蒸发器2依次连接形成工质循环回路；所述蓄水箱6上端设有上端接口61，蓄水箱6的底部分别设有高速进水嘴63和下端接口64。

所述自循环套管式换热器包括N程并列设置的换热套管5，N取值为大于2的偶数，包括首程换热套管51、末程换热套管52和若干中间程换热套管53，且首程换热套管51、末程换热套管52和中间程换热套管53结构相同，均包括管程55和包裹在管程55外的壳程54。

首程换热套管51、中间程换热套管53和末程换热套管52的管程55依次通过管程三通管56串联，形成密封的水通道；位于高端的管程三通管56的第三接口Ⅰ561分别通过电磁水阀73与蓄水箱6的上端接口61连通，位于低端的管程三通管56的第三接口Ⅱ562分别通过单向止回水阀72与蓄水箱6的下端接口64连通；首程换热套管51的管程55下端设有进水口512，所述进水口512通过单向止回水阀72与水源管71连通，且所述进水口512还通过单向止回水阀72与蓄水箱6的下端接口64连通；末程换热套管52的管程55下端设有低端水接口522，所述低端水接口522与蓄水箱6的高速进水嘴63连通。

首程换热套管51、中间程换热套管53和末程换热套管52的壳程54依次通过壳程连接管57串联，形成密封的冷媒通道；首程换热套管51的壳程54下端设有第一工质接口511，末程换热套管52的壳程54下端设有第二工质接口521，位于高端的壳程连接管57设有第三工质接口571，位于低端的壳程连接管57设有第四工质接口572，且所述第一工质接口511、第二工质接口521、第三工质接口571和第四工质接口572分别与热泵换向阀连接。

如图14至图17所示，热泵换向阀包括主阀4和通过毛细管与主阀4连接的先导阀8。

所述先导阀8包括先导阀阀体83、先导阀阀芯84、弹簧81和电磁线圈82，电磁线圈82与控制器电路连接，先导阀阀体83连接有第一毛细管85、第二毛细管86、第三毛细管87和第四毛细管88，所述第一毛细管85与第一冷媒接管41连通，第三毛细管87与压缩机1进气口前的低压端管道连通，先导阀阀芯84定位在先导阀阀体83中并与电磁线圈82的伸缩杆及弹簧81连接；电磁线圈82通电时，第一毛细管85与第二毛细管86导通，第三毛细管87与第四毛细管88导通，电磁线圈82断电时，第一毛细管85与第四毛细管88导通，第二毛细管86与第三毛细管87导通。

所述主阀4包括阀体44和包裹在阀体44内的阀芯46，阀体44内限定出阀腔，阀体44上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯46两端与阀体44内壁分别限定出第一活塞腔室45和第二活塞腔室410，所述先导阀8的第二毛细管86和第四毛细管88分别与第一活塞腔室45以及第二活塞腔室410连接，且先导阀8可控制阀芯46在阀体44内左右移动；阀体44的第一侧壁上分别设有第一冷媒接管41和与第三工质接口571数量对应的冷媒接管Ⅰ42，阀体44的第二侧壁上分别设有第三冷媒接管49、第四冷媒接管47和与第四工质接口572数量对应的冷媒接管Ⅱ48，所述第一冷媒接管41与压缩机1的高压排气管连通，第三冷媒接管49与第二工质接口521连通，第三工质接口571分别与冷媒接管Ⅰ42一对一连通，第一工质接口511与第四冷媒接管47连通，且第一工质接口511还与膨胀阀3连通；第四工质接口572分别与冷媒接管Ⅱ48一对一连通；所述阀芯46两侧沿轴向分别开设有第一通道461和第二通道462，阀芯46靠其中一个端部的位置沿径向开设有贯通阀芯46外侧表面的第三通道463，当阀芯46移动到第一活塞腔室45端时，第一冷媒接管41与第三冷媒接管49通过第三通道463导通，且冷媒接管Ⅰ42相互不导通，第四冷媒接管47和冷媒接管Ⅱ48相互不导通；当阀芯46移动到第二活塞腔室410端时，第一冷媒接管41和冷媒接管Ⅰ42通过第一通道461导通，第三冷媒接管49、冷媒接管Ⅱ48以及第四冷媒接管47通过第二通道462导通。

本实施例的两种工况的工作原理如下：

一、有冷水进入时的工况：如图14、图15所示，当有冷水从水源管71进入换热套管5时，电磁水阀73关闭，冷水由首程换热套管51的管程55下端的进水口512进入水循环通道中，同时，压缩机1启动工作，先导阀8的电磁线圈82处于断电状态，先导阀阀芯84在弹簧81的弹力作用下弹出，第一毛细管85与第四毛细管88导通，高压的冷媒将阀芯46推向第一活塞腔室45一端，第一冷媒接管41与第三冷媒接管49导通，由压缩机1排气口流出的高温高压冷媒经主阀4的第一冷媒接管41、第三冷媒接管49以及末程换热套管52的壳程54下端的第二工质接口521进入壳程54冷媒通道中，后由首程换热套管51的壳程54下端的第一工质接口511流出，再依次经过膨胀阀3、蒸发器2后回流至压缩机1进气口；高温冷媒与冷水在换热套管中换热，水被加热后由末程换热套管52的管程55的低端水接口522流出，经过高速进水嘴63流入蓄水箱6内再由出水口62流出热泵。

二、自循环换热时的工况：如图16、图17所示，当水源管71没有水注入换热套管5时，电磁水阀73打开，同时，先导阀8的电磁线圈82处于通电状态，先导阀阀芯84在电磁线圈82的吸力作用下克服弹簧81弹力收缩，第一毛细管85与第二毛细管86导通，高压的冷媒将阀芯46推向第二活塞腔室410一端，第一冷媒接管41和冷媒接管Ⅰ42导通，第三冷媒接管49、冷媒接管Ⅱ48、第四冷媒接管47相互导通；由压缩机1排气口流出的高温高压冷媒由主阀4的第一冷媒接管41流入主阀4，后分别由冷媒接管Ⅰ42经第三工质接口571流入壳程54冷媒通道中，然后壳程54中的冷媒主要分为三个流向，第一支流分别由第四工质接口572经冷媒接管Ⅱ48流入主阀4、第二支流由第二工质接口521经第三冷媒接管49流入主阀4中，然后第一和第二支流合并从主阀4的第四冷媒接管47流出与由第一工质接口511流出的第三支流合并，再依次经膨胀阀3、蒸发器2回流至压缩机1进气口；同时，高温的冷媒会加热首程换热套管51、中间程换热套管53和末程换热套管52管程里的水，水升温上浮，经过打开的电磁水阀73后由蓄水箱6的上端接口61进入蓄水箱6内，同时蓄水箱6内的低温水下沉，再分别由高速进水嘴63或下端接口64进入管程55中形成循环换热。

本发明工质变向的套管式热泵，在实施例一至实施例四中的自循环换热时的工况，其水循环原理与太阳能热水器相同，利用热水上浮冷水下沉原理和产生的热虹吸效应，达到循环加热水的目的，不需要设置耗能的循环水泵辅助，简化了热泵热水器的结构，减少能耗。

本发明工质变向的套管式热泵，在实施例一至实施例四中的有冷水进入时的工况，依据“卡诺原理”其换热速率和效率也得到了显著的提高。

本发明工质变向的套管式热泵，不论在实施例一至实施例四中的任何一种工况下，水与冷媒工质的流向始终相逆，这样可有效提高换热速率和效率。

另外，本发明所述的高速进水嘴63为漏斗V形，且高速进水嘴63与蓄水箱6内壁呈一20~45°的夹角α，在本实施例中，夹角α的取值为30°；由于高速进水嘴63设计为漏斗V形，并且其与蓄水箱6内壁有着一定夹角，在注水时会在蓄水箱6内形成逐渐上升的涡旋水流；由于注入热泵的水经换热套管时被加热过再与蓄水箱6内的高温水充分混合，可以有效避免出水口62处的出水忽冷忽热问题；此外，高速涡旋水流还可以冲刷、搅动蓄水箱6内部的沉淀水垢，让其随水流出热泵，有利于蓄水箱6内部的自洁，减少随之产生的维护。

在上述实施例一至实施例四中，先导阀8的结构及工作原理与现有技术相同，在此不作详细的描述。

当本发明被用于特殊工业中时，被加热工质（即上述实施例中的水）为高要求、高精度和一些混合浑浊液时，单向止回水阀72可以用电磁水阀代替，其作用、效果和被加热工质的流向与单向止回水阀相同。

以上实施例仅为本发明的较佳实施例，本发明的结构并不限于上述实施例列举的形式，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种工质变向的套管式热泵，其特征在于，包括压缩机（1）、热泵换向阀、自循环套管式换热器、膨胀阀（3）、蒸发器（2）和蓄水箱（6）,所述自循环套管式换热器包括N程并列设置的换热套管（5），所述换热套管（5）包括管程（55）和包裹在管程（55）外的壳程（54）；所述管程（55）依次通过管程三通管（56）串联，位于高端的管程三通管（56）的第三接口Ⅰ（561）分别通过电磁水阀（73）与蓄水箱（6）的上端接口（61）连通，位于低端的管程三通管（56）的第三接口Ⅱ（562）分别通过单向止回水阀（72）与蓄水箱（6）的下端接口（64）连通；处于第一程的换热套管（5）的管程（55）设有进水口（512），所述进水口（512）通过单向止回水阀（72）与水源管（71）连通，且所述进水口（512）还与蓄水箱（6）连通；处于最末程的换热套管（5）的管程（55）下端设有低端水接口（522），低端水接口（522）与蓄水箱（6）下端的高速进水嘴（63）连通；所述壳程（54）依次通过壳程连接管（57）串联，处于第一程的换热套管（5）的壳程（54）设有第一工质接口（511），处于最末程的换热套管（5）的壳程（54）下端设有第二工质接口（521），第一工质接口（511）和第二工质接口（521）分别与热泵换向阀连接，所述压缩机（1）、热泵换向阀、换热套管（5）的壳程（54）、膨胀阀（3）、蒸发器（2）依次连接形成冷媒工质循环回路。

2.如权利要求1所述的工质变向的套管式热泵，其特征在于，所述自循环套管式换热器的换热套管（5）为竖立或有一定倾斜角度的非水平结构。

3. 如权利要求1或2所述的工质变向的套管式热泵，其特征在于，所述换热套管（5）的程数N取值为1，换热套管（5）的管程（55）上端的进水口（512）通过单向止回水阀（72）与水源管（71）连接，且进水口（512）还通过电磁水阀（73）与蓄水箱（6）的上端接口（61）连接，所述管程（55）的低端水接口（522）与蓄水箱（6）的高速进水嘴（63）连接；换热套管（5）的壳程（54）的第一工质接口（511）和第二工质接口（521）分别与热泵换向阀连 接。

4.如权利要求3所述的工质变向的套管式热泵，其特征在于，所述热泵换向阀包括主阀（4）和通过毛细管与主阀（4）连接的先导阀（8）；所述主阀（4）包括阀体（44）和包裹在阀体（44）内的阀芯（46），阀体（44）内限定出阀腔，阀体（44）上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯（46）两端与阀体（44）内壁分别限定出第一活塞腔室（45）和第二活塞腔室（410），所述先导阀（8）分别通过毛细管与第一活塞腔室（45）以及第二活塞腔室（410）连接，且先导阀（8）可控制阀芯（46）在阀体（44）内左右移动；所述阀体（44）的第一侧壁上设有第一冷媒接管（41），阀体（44）的第二侧壁上分别设有第二冷媒接管（43）、第三冷媒接管（49）和第四冷媒接管（47），所述第一冷媒接管（41）与压缩机（1）的高压排气管连通，所述第二冷媒接管（43）与第一工质接口（511）连通，所述第三冷媒接管（49）与第二工质接口（521）连通，所述第四冷媒接管（47）与膨胀阀（3）连通；所述阀芯（46）为拱形阀芯，当阀芯（46）移动到第一活塞腔室（45）端时，第一冷媒接管（41）与第三冷媒接管（49）导通，且第四冷媒接管（47）与第二冷媒接管（43）导通；当阀芯（46）移动到第二活塞腔室（410）端时，第一冷媒接管（41）与第二冷媒接管（43）导通，且第四冷媒接管（47）与第三冷媒接管（49）导通。

5. 如权利要求1或2所述的工质变向的套管式热泵，其特征在于，所述换热套管（5）的程数N取值为2，包括首程换热套管（51）和末程换热套管（52），所述首程换热套管（51）和末程换热套管（52）的管程（55）上端通过管程三通管（56）连通，首程换热套管（51）的管程（55）下端的进水口（512）通过单向止回水阀（72）与水源管（71）连通，且所述进水口（512）还通过单向止回水阀（72）与蓄水箱（6）的下端接口（64）连通，末程换热套管（52）的管程（55）的低端水接口（522）与蓄水箱（6）底部的高速进水嘴（63）连通，管程三通管（56）的第三接口Ⅰ（561）通过电磁水阀（73）与蓄水箱（6）的上端接口（61）连通；所述首程换热套管（51）和末程换热套管（52）的壳程（54）上端通过壳程连接管（57）连通，首程换热套管（51）和末程换热套管（52）的壳程（54）下端分别设有第一工质接口（511）和第二工质接口（521），壳程连接管（57）还设有第三工质接口（571），接口（511）、第二工质接口（521）和第三工质接口（571）分别与热泵换向阀连通。

6.如权利要求5所述的工质变向的套管式热泵，其特征在于，所述热泵换向阀包括主阀（4）和通过毛细管与主阀（4）连接的先导阀（8）；所述主阀（4）包括阀体（44）和包裹在阀体（44）内的阀芯（46），阀体（44）内限定出阀腔，阀体（44）上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯（46）两端与阀体（44）内壁分别限定出第一活塞腔室（45）和第二活塞腔室（410），所述先导阀（8）分别通过毛细管与第一活塞腔室（45）以及第二活塞腔室（410）连接，且先导阀（8）可控制阀芯（46）在阀体（44）内左右移动；阀体（44）的第一侧壁分别设有第一冷媒接管（41）和第二冷媒接管（43），阀体（44）的第二侧壁分别设有第三冷媒接管（49）和第四冷媒接管（47），所述第一冷媒接管（41）与压缩机（1）的高压排气管连通，所述第二冷媒接管（43）与第三工质接口（571）连通，所述第三冷媒接管（49）与第二工质接口（521）连通，所述第四冷媒接管（47）与第一工质接口（511）以及膨胀阀（3）连通；所述阀芯（46）两侧设有第一通道（461）和第二通道（462），阀芯（46）靠其中一个端部的位置沿径向开设有贯通阀芯（46）外侧表面的第三通道（463），当阀芯（46）移动到第一活塞腔室（45）端时，第一冷媒接管（41）和第三冷媒接管（49）通过第三通道（463）导通，且第二冷媒接管（43）和第四冷媒接管（47）不通；当阀芯（46）移动到第二活塞腔室（410）端时，第一冷媒接管（41）和第二冷媒接管（43）通过第一通道（461）导通，且第三冷媒接管（49）和第四冷媒接管（47）通过第二通道（462）导通。

7.如权利要求1或2所述的工质变向的套管式热泵，其特征在于，所述换热套管（5）的程数N取值为大于2的奇数，包括首程换热套管（51）、中间程换热套管（53）和末程换热套管（52），各换热套管（5）的管程（55）依次通过管程三通管（56）串联，首程换热套管（51）的管程（55）上端的进水口（512）通过单向止回水阀（72）与水源管（71）连通，且进水口（512）还通过电磁水阀（73）与蓄水箱（6）的上端接口（61）连通；末程换热套管（52）的管程（55）的低端水接口（522）与蓄水箱（6）的高速进水嘴（63）连通；位于高端的管程三通管（56）的第三接口Ⅰ（561）分别通过电磁水阀（73）与蓄水箱（6）的上端接口（61）连通，位于低端的管程三通管（56）的第三接口Ⅱ（562）分别通过单向止回水阀（72）与蓄水箱（6）的下端接口（64）连通；所述各换热套管（5）的壳程（54）依次通过壳程连接管（57）串联，首程换热套管（51）的壳程（54）上端设有第一工质接口（511），末程换热套管（52）的壳程（54）下端设有第二工质接口（521），位于高端的壳程连接管（57）设有第三工质接口（571），位于低端的壳程连接管（57）设有第四工质接口（572），第一工质接口（511）、第二工质接口（521）、第三工质接口（571）和第四工质接口（572）分别与热泵换向阀连接。

8.如权利要求7所述的工质变向的套管式热泵，其特征在于，所述热泵换向阀包括主阀（4）和通过毛细管与主阀（4）连接的先导阀（8）；所述主阀（4）包括阀体（44）和包裹在阀体（44）内的阀芯（46），阀体（44）内限定出阀腔，阀体（44）上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯（46）两端与阀体（44）内壁分别限定出第一活塞腔室（45）和第二活塞腔室（410），所述先导阀（8）分别通过毛细管与第一活塞腔室（45）以及第二活塞腔室（410）连接，且先导阀（8）可控制阀芯（46）在阀体（44）内左右移动；阀体（44）的第一侧壁上分别设有第一冷媒接管（41）、第二冷媒接管（43）和与第三工质接口（571）数量对应的冷媒接管Ⅰ（42），阀体（44）的第二侧壁上分别设有第三冷媒接管（49）、第四冷媒接管（47）和与第四工质接口（572）数量对应的冷媒接管Ⅱ（48）；所述第一冷媒接管（41）与压缩机（1）的高压排气管连通，第二冷媒接管（43）与第一工质接口（511）连通，第三冷媒接管（49）与第二工质接口（521）连通，第四冷媒接管（47）与膨胀阀（3）连接，第三工质接口（571）分别与冷媒接管Ⅰ（42）一对一连通，第四工质接口（572）分别与冷媒接管Ⅱ（48）一对一连通；所述阀芯（46）两侧沿轴向分别开设有第一通道（461）和第二通道（462），阀芯（46）靠其中一个端部的位置沿径向开设有贯通阀芯（46）外侧表面的第三通道（463），阀芯（46）圆周外侧表面设有凹陷的第四通道（464）；当阀芯（46）移动到第一活塞腔室（45）端时，第一冷媒接管（41）与第三冷媒接管（49）通过第三通道（463）导通，第二冷媒接管（43）与第四冷媒接管（47）通过第四通道（464）导通，且冷媒接管Ⅰ（42）相互不导通，冷媒接管Ⅱ（48）相互不导通；当阀芯（46）移动到第二活塞腔室（410）端时，第一冷媒接管（41）、第二冷媒接管（43）和冷媒接管Ⅰ（42）通过第一通道（461）导通，且第三冷媒接管（49）、第四冷媒接管（47）和冷媒接管Ⅱ（48）通过第二通道（462）导通。

9.如权利要求1或2所述的工质变向的套管式热泵，其特征在于，所述换热套管（5）的程数N取值为大于2的偶数，包括首程换热套管（51）、中间程换热套管（53）和末程换热套管（52），各换热套管（5）的管程（55）依次通过管程三通管（56）串联，首程换热套管（51）的管程（55）下端的进水口（512）通过单向止回水阀（72）与水源管（71）连通，且进水口（512）还通过单向止回水阀（72）与蓄水箱（6）的下端接口（64）连通；末程换热套管（52）的管程（55）的低端水接口（522）与蓄水箱（6）的高速进水嘴（63）连通；位于高端的管程三通管（56）的第三接口Ⅰ（561）分别通过电磁水阀（73）与蓄水箱（6）的上端接口（61）连通，位于低端的管程三通管（56）的第三接口Ⅱ（562）分别通过单向止回水阀（72）与蓄水箱（6）的下端接口（64）连通；所述各换热套管（5）的壳程（54）依次通过壳程连接管（57）串联，首程换热套管（51）的壳程（54）下端设有第一工质接口（511），末程换热套管（52）的壳程（54）下端设有第二工质接口（521），位于高端的壳程连接管（57）设有第三工质接口（571），位于低端的壳程连接管（57）设有第四工质接口（572），第一工质接口（511）、第二工质接口（521）、第三工质接口（571）和第四工质接口（572）分别与热泵换向阀连接。

10.如权利要求9所述的工质变向的套管式热泵，其特征在于，所述热泵换向阀包括主阀（4）和通过毛细管与主阀（4）连接的先导阀（8）；所述主阀（4）包括阀体（44）和包裹在阀体（44）内的阀芯（46），阀体（44）内限定出阀腔，阀体（44）上具有相对阀腔设置的第一侧壁和第二侧壁，阀芯（46）两端与阀体（44）内壁分别限定出第一活塞腔室（45）和第二活塞腔室（410），所述先导阀（8）分别通过毛细管与第一活塞腔室（45）以及第二活塞腔室（410）连接，且先导阀（8）可控制阀芯（46）在阀体（44）内左右移动；阀体（44）的第一侧壁上分别设有第一冷媒接管（41）和与第三工质接口（571）数量对应的冷媒接管Ⅰ（42），阀体（44）的第二侧壁上分别设有第三冷媒接管（49）、第四冷媒接管（47）和与第四工质接口（572）数量对应的冷媒接管Ⅱ（48），所述第一冷媒接管（41）与压缩机（1）的高压排气管连通，第三冷媒接管（49）与第二工质接口（521）连通，第三工质接口（571）分别与冷媒接管Ⅰ（42）一对一连通，第一工质接口（511）与第四冷媒接管（47）连通，且第一工质接口（511）还与膨胀阀（3）连通；第四工质接口（572）分别与冷媒接管Ⅱ（48）一对一连通；所述阀芯（46）两侧沿轴向分别开设有第一通道（461）和第二通道（462），阀芯（46）靠其中一个端部的位置沿径向开设有贯通阀芯（46）外侧表面的第三通道（463），当阀芯（46）移动到第一活塞腔室（45）端时，第一冷媒接管（41）与第三冷媒接管（49）通过第三通道（463）导通，且冷媒接管Ⅰ（42）相互不导通，第四冷媒接管（47）和冷媒接管Ⅱ（48）相互不导通；当阀芯（46）移动到第二活塞腔室（410）端时，第一冷媒接管（41）和冷媒接管Ⅰ（42）通过第一通道（461）导通，第三冷媒接管（49）、冷媒接管Ⅱ（48）以及第四冷媒接管（47）通过第二通道（462）导通。

11.如权利要求1所述的工质变向的套管式热泵，其特征在于，所述高速进水嘴（63）为漏斗V形，且高速进水嘴（63）与蓄水箱（6）的内壁呈一夹角α，α为20~45°。