CN110529952A - 一种计量泵驱动的空调热水器组合系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计量泵驱动的空调热水器组合系统及其工作方法。空调制冷时，压缩机产生的高温液体换热介质中的热量直接在空调外机中散失，造成了能量的浪费。本发明一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，包括双向计量泵、第一单向阀、第二单向阀、第一三通接头、第二三通接头、压缩机、第一换热负载、第二换热负载、第三换热负载和六通阀。六通阀包括主阀座和主阀芯。主阀芯包括端部活塞板和流向调节板。双向计量泵包括泵壳、泵液柱塞、第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀和柱塞驱动组件。本发明中双向计量泵通过三个可变单向阀和泵液柱塞相配合，能够实现了不同换热负载上流量比例的无极调节。

Description

一种计量泵驱动的空调热水器组合系统及其工作方法

技术领域

本发明属于热交换技术领域，具体涉及一种计量泵驱动的空调热水器组合系统及其工作方法。

背景技术

现有的空调机组热交换系统中常使用四通阀来进行制冷模式和制热模式之间的切换。空调制冷时，压缩机产生的高温液体介质中的热量直接在空调外机中散失，造成了能量的浪费。同时，越来越多的家庭开始使用空气能热水器，空气能热水器正是利用压缩机产生的高温液体介质进行水的加热。因此，设计一种利用空调机组中浪费的热量对生活用水进行加热的装置能够节约能源。此外，传统的单柱塞计量泵在运行过程中，泵体内的进液和出液是分开进行的，这使得单柱塞计量泵的两个油口不能直接接入同一被驱动元件的两端，而需要油箱才能进行工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计量泵驱动的空调热水器组合系统及其工作方法。

本发明一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，包括双向计量泵、第一单向阀、第二单向阀、第一三通接头、第二三通接头、压缩机、第一换热装置、第二换热装置、第三换热装置和六通阀。

所述的六通阀包括主阀座和主阀芯。所述的主阀芯设置在主阀座的内腔中。主阀座上设置有液体介质入口、第一主液出口、第二主液出口、第一副液出口、第二副液出口和气体介质出口。依次排列的第二主液出口、第一主液出口、气体介质出口、第一副液出口、第二副液出口位于主阀座的第一介质出入侧面上。液体介质入口位于主阀座内腔的第二介质出入侧面上。

所述的主阀芯包括端部活塞板和流向调节板。两块端部活塞板与主阀座的内腔构成滑动副。流向调节板设置在两块端部活塞板之间。两块端部活塞板将主阀座的内腔分隔为两块端部活塞板之间的流道腔和两块端部活塞板外侧的第一驱动腔、第二驱动腔。所述的流向调节板由一体成型的第一封口板、第二封口板和凹形流道板组成。凹形流道板的两端与第一封口板、第二封口板的相对端分别连接。第一封口板的一侧侧面与第一主液出口、第二主液出口相互平齐。第二封口板的一侧侧面与第一副液出口、第二副液出口相互平齐。第一封口板上开设有第一通流缺口。第二封口板上开设有第二通流缺口。凹形流道板将流道腔分隔为凹形流道板内侧的气体流动腔和凹形流道板外侧的液体流动腔。

所述的双向计量泵包括泵壳、泵液柱塞、第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀和柱塞驱动组件。所述的泵壳内设置有柱塞滑动腔、泵液流道、第一接口腔和第二接口腔。柱塞滑动腔的两端与第一接口腔、第二接口腔分别连通。泵液流道的两端与第一接口腔、第二接口腔分别连通。泵壳内第一接口腔、第二接口腔的外端与主阀座内第一驱动腔、第二驱动腔分别连通。泵壳及主阀座的第一驱动腔、第二驱动腔内均设置有液压介质。

所述的泵液柱塞设置在柱塞滑动腔内，并由柱塞驱动组件驱动。第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀分别安装在第一接口腔、第二接口腔、泵液流道内。

所述压缩机的输入口与主阀座上的气体介质出口连接，输出口与主阀座上的液体介质入口连接。第一单向阀、第二单向阀的输入口与主阀座上的第二主液出口、第二副液出口分别连接，输出口与第一三通接头的第一个开口、第二个开口分别连接。第一三通接头的第三个开口与第一换热装置的第一个介质接口连接。

所述第一换热装置的第二个介质接口与第二三通接头的第一个开口连接。第二三通接头的第二个开口与第二换热装置的第一个介质接口连接。第二换热装置的第二个介质接口与主阀座上的第一主液出口连接。第二三通接头的第三个开口与第三换热装置的第一个介质接口连接。第三换热装置的第二个介质接口与主阀座上的第一副液出口连接。

作为优选，所述的第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀均包括单向阀座、单向阀芯、逆止球、弹簧、阀芯支撑架和换向驱动件。阀芯支撑架固定在单向阀座的流道内。阀芯支撑架内设置有球形安置位。单向阀芯呈球形，支承在球形安置位内。单向阀芯由换向驱动件驱动。所述的单向阀芯上开设单向流道。单向流道的输入端设置有环形凸起，输出端设置有阀芯端盖。阀芯端盖上开设有多个通流孔。逆止球设置在单向流道内。弹簧的两端分别抵住阀芯端盖、逆止球。

作为优选，所述环形凸起的内侧面呈圆台形。所述的单向阀芯与阀芯支撑架所成转动副的公共轴线垂直于单向阀座的轴线。

作为优选，所述主阀座内腔的两端均设置有行程开关。

作为优选，所述泵壳的柱塞滑动腔出开设有让位滑槽。让位滑槽的长度方向与柱塞滑动腔的轴线平行。让位滑槽的长度大于泵液柱塞长度的二分之一，能够避免液压介质从让位滑槽中漏出。所述的柱塞驱动组件包括柱塞驱动电机、曲柄盘、连杆和滑动轴。滑动轴的内端与泵液柱塞的中部固定，外端伸出泵壳的让位滑槽外。曲柄盘支承在泵壳的外侧。柱塞驱动电机固定在泵壳上，且输出轴与曲柄盘固定。连杆的一端与曲柄盘偏心铰接，另一端与滑动轴构成转动副。

作为优选，所述的第一换热装置为热水器。所述的第二换热装置为空调内机。所述的第三换热装置为空调外机。

作为优选，所述的主阀芯还包括连接杆。所述连接杆的两端与两块端部活塞板的相对侧面分别固定。所述第一通流缺口的宽度大于第一主液出口与第二主液出口的间距。第二通流缺口的宽度大于第一副液出口与第二副液出口的间距。

作为优选，所述主阀座上的气体介质出口与凹形流道板内侧的气体流动腔连通。第一主液出口或第二主液出口与第一通流缺口连通的状态下，第一副液出口与凹形流道板内侧的气体流动腔连通。第一副液出口或第二副液出口与第二通流缺口连通的状态下，第一主液出口与凹形流道板内侧的气体流动腔连通。

作为优选，主阀芯在主阀座内滑动至第一极限位置的状态下，第一副液出口与第二封口板上的第二通流缺口连通，第二副液出口与第一通流缺口错开。主阀芯在主阀座内滑动至第二极限位置的状态下，第一主液出口与第一封口板上的第一通流缺口连通，第二主液出口与第一通流缺口错开。

该计量泵驱动的空调热水器组合系统的工作方法，包括第二换热装置制冷方法(空调制冷)、第二换热装置制热方法(空调制热)和第一换热装置独立制热方法(热水器单独加热)。

设定第一可变单向阀的输入端与主阀座内的第一驱动腔连通时，为第一可变单向阀的第一工作位；第一可变单向阀的输出端与主阀座内的第一驱动腔连通时，为第一可变单向阀的第二工作位。

设定第二可变单向阀的输出端与主阀座内的第二驱动腔连通时，为第二可变单向阀的第一工作位；第二可变单向阀的输入端与主阀座内的第二驱动腔连通时，为第二可变单向阀的第二工作位。

设定第三可变单向阀的输入端与第一接口腔连通时，为第三可变单向阀的第一工作位；设定第三可变单向阀的输入端与第二接口腔连通时，为第三可变单向阀的第二工作位。

第二换热装置制冷方法具体如下：

步骤一、第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀均切换至第一工作位，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，主阀芯正向移动，使得主阀座上的第二副液出口与第二封口板上的第二通流缺口连通。之后，保持主阀芯静止。

步骤二、压缩机压缩气体介质，得到液体介质；压缩机输出的液体介质经第二副液出口流入第一换热装置。流入第一换热装置的液体介质的热量转移到第一换热装置的负载中。

第一换热装置输出的液体介质流入第二换热装置。液体介质在第二换热装置中汽化，吸收第二换热装置所在环境的热量。第二换热装置输出的气体介质经第一主液出口、气体介质出口重新输入压缩机进行压缩液化。

步骤三、当第一换热装置水箱中的水加热到预设温度后，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，使得主阀芯正向移动，减少流入第一换热装置的液体介质，增加流入第三换热装置中的液体介质。流入第三换热装置的液体介质的热量散发到第三换热装置所在环境中，实现液体介质的降温，第三换热装置输出的液体介质流入第二换热装置中汽化，吸收第二换热装置所在环境中的热量。

第二换热装置制热方法具体如下：

步骤一、第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀均切换至第二工作位，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，主阀芯反向移动，使得主阀座上的第一主液出口及第二主液出口均与第一封口板上的第一通流缺口连通。之后，主阀芯保持静止。

步骤二、压缩机压缩气体介质，得到液体介质；压缩机输出的液体介质经第二主液出口流入第一换热装置，经第一主液出口流入第二换热装置。流入第一换热装置的液体介质的热量转移到第一换热装置所在负载中。流入第二换热装置的液体介质的热量转移到第二换热装置所在环境中，升高第二换热装置所在环境的温度。

第一换热装置及第二换热装置输出的液体介质流入第三换热装置。液体介质在第三换热装置中汽化，吸收第三换热装置所在环境的热量。第三换热装置输出的气体介质经第一副液出口、气体介质出口重新输入压缩机进行压缩液化。

步骤三、当第二换热装置需要提升制热能力时，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，主阀芯反向移动，使得流入第一换热装置的液体介质的流量减少，更多的液体介质流入第二换热装置中，提升第二换热装置的制热能力。

当第一换热装置水箱中的水加热到预设温度后，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，主阀芯反向移动，使得流入第一换热装置的液体介质的流量减少，第一换热装置水箱中水的温度保持在预设温度。降低压缩机的运行功率，使得第二换热装置的制热能力不变，降低能耗。

若要提升流入第一换热装置液体介质的流量从而提高热水器加热功率，则切换三个可变单向阀的朝向，使主阀芯沿着与本步骤前述方向相反的方向移动即可。

第一换热装置独立制热方法如下：

步骤一、第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀均切换至第二工作位，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，主阀芯反向移动，使得第一主液出口与第一封口板上的第一通流缺口错开，第二主液出口与第一封口板上的第一通流缺口连通，之后主阀芯保持静止。

步骤二、压缩机压缩气体介质，得到液体介质；压缩机输出的液体介质经第二主液出口流入第一换热装置。流入第一换热装置的液体介质的热量转移到第一换热装置所在负载中。

第一换热装置输出的液体介质流入第三换热装置。液体介质在第三换热装置中汽化，吸收第三换热装置所在环境的热量；第三换热装置输出的气体介质经第一副液出口、气体介质出口重新输入压缩机进行压缩液化。

步骤三、当第一换热装置水箱中的水加热到预设温度后，降低压缩机的运行功率，使得流入第一换热装置的液体介质的流量减小，第一换热装置水箱中水的温度保持在预设温度。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明中双向计量泵通过三个可变单向阀和泵液柱塞相配合，能够实现双向泵液。且双向计量泵通过控制泵液柱塞的位移量，能够实现主阀芯位移量的精准控制，进而实现了不同换热装置上流量比例的无级调节。

2、本发明的双向计量泵在泵液过程中，进液和出液同步进行，在驱动主阀芯时对主阀芯的两端一推一拉，使得主阀芯受力均匀。同时，这还使得本发明中的计量泵无需配给油箱即可双向驱动主阀芯。在减小体积和成本的同时，避免了液压介质与空气接触，增长了液压介质的使用寿命，降低了双向计量泵的维护成本。

3、本发明中的六通阀通过主阀芯的运动，能够实现切换压缩机输出的液体介质的流动回路，实现对空调制冷制热之间的切换，且能够调节液体介质流向不同换热装置的比例。

4、本发明利用空调制冷所排放的热量来加热水，利用空调闲置期室外机设备加热水箱中的水，提高设备利用率并节约能量，为大量居民提供一种节能方案。

附图说明

图1是本发明在第二换热装置制冷状态下的整体结构示意图；

图2是本发明在第二换热装置制热状态下的整体结构示意图；

图3是本发明中主阀芯向第一极限位置运动的六通阀、双向计量泵的组合示意图；

图4是本发明中六通阀在第一极限位置的示意图；

图5是本发明中六通阀在第二极限位置的示意图；

图6是本发明中双向计量泵的结构示意图；

图7是本发明中柱塞驱动组件的运动简图；

图8是本发明中可变单向阀的正面剖视图；

图9是本发明中可变单向阀的侧面剖视图；

图10是本发明中主阀芯向第二极限位置运动的六通阀、双向计量泵的组合示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，包括六通阀1、双向计量泵2、第一单向阀3、第二单向阀4、第一三通接头5、第二三通接头6、压缩机7、第一换热装置8、第二换热装置9和第三换热装置10。第一换热装置8仅具有制热能力，具体为热水器。第二换热装置9具有制冷和制热能力，具体为空调内机。第三换热装置10为室外的换热装置，具体为空调外机。

如图3、4和5所示，六通阀1包括主阀座1-1和主阀芯。主阀芯设置在主阀座1-1的内腔中。主阀座1-1上设置有液体介质入口A、第一主液出口B、第二主液出口B'、第一副液出口D、第二副液出口D'和气体介质出口C。依次排列的第二主液出口B'、第一主液出口B、气体介质出口C、第一副液出口D、第二副液出口D'位于主阀座1-1的第一介质出入侧面上。液体介质入口A位于主阀座1-1内腔的第二介质出入侧面上。第一介质出入侧面、第二介质出入侧面分别为主阀座1-1内腔上两个相对的侧面。

主阀芯包括端部活塞板1-2、连接杆1-3和流向调节板(由1-6、1-7和1-8组成)。连接杆1-3的两端与两块端部活塞板1-2的相对侧面分别固定。连接杆1-3仅起到连接作用，不起分隔作用。两块端部活塞板1-2与主阀座1-1的内腔构成滑动副。两块端部活塞板1-2将主阀座1-1的内腔分隔为两块端部活塞板1-2之间的流道腔和两块端部活塞板1-2外侧的第一驱动腔1-4、第二驱动腔1-5。

流向调节板的两端与两块端部活塞板1-2分别固定。流向调节板由一体成型的第一封口板1-6、第二封口板1-7和凹形流道板1-8组成。凹形流道板1-8的两端与第一封口板1-6、第二封口板1-7的相对端分别连接。第一封口板1-6与第一主液出口B、第二主液出口B'位于气体介质出口C的同一侧，相互平齐。第二封口板1-7与第一副液出口D、第二副液出口D'位于气体介质出口C的同一侧，且相互平齐。第一封口板1-6能够封住第一主液出口B或第二主液出口B'。第二封口板1-7能够封住第一副液出口D或第二副液出口D'。凹形流道板1-8将两块端部活塞板1-2之间的流道腔分隔为凹形流道板1-8内侧的气体流动腔1-9和凹形流道板1-8外侧的液体流动腔1-10。

第一封口板1-6上开设有第一通流缺口1-6-1。第一通流缺口1-6-1与第一主液出口B、第二主液出口B'对应；且第一通流缺口1-6-1的宽度大于第一主液出口B与第二主液出口B'的间距。第二封口板1-7上开设有第二通流缺口1-7-1。第二通流缺口1-7-1与第一副液出口D、第二副液出口D'对应；且第二通流缺口1-7-1的宽度大于第一副液出口D与第二副液出口D'的间距。

主阀座1-1内腔的两端均设置有行程开关。行程开关用于限定和探测主阀芯的极限位置，实现主阀芯的初始化复位。通过调节主阀芯的位置，能够调节第一主液出口B、第二主液出口B'与第一封口板1-6上的第一通流缺口1-6-1的连通处截面积之比，从而调节液体介质流入第一主液出口B、第二主液出口B'的比例。通过调节主阀芯的位置，能够调节第一副液出口D、第二副液出口D'与第二封口板1-7上的第二通流缺口1-7-1的连通截面积之比，从而调节液体介质流入第一副液出口D、第二副液出口D'的比例。

主阀芯在任意位置下，气体介质出口C均与凹形流道板1-8内侧的气体流动腔1-9连通。第一主液出口B或第二主液出口B'与第一通流缺口1-6-1连通的状态下，第一副液出口D与凹形流道板1-8内侧的气体流动腔1-9连通。第一副液出口D或第二副液出口D'与第二通流缺口1-7-1连通的状态下，第一主液出口B与凹形流道板1-8内侧的气体流动腔1-9连通。

主阀芯在主阀座1-1内滑动至第一极限位置的状态下(图4中的状态)，第一副液出口D与第二封口板1-7上的第二通流缺口1-7-1连通，第二副液出口D'与第一通流缺口1-6-1错开，所有液体介质均从第一副液出口D流出。

主阀芯在主阀座1-1内滑动至第二极限位置的状态下(图5中的状态)，第一主液出口B与第一封口板1-6上的第一通流缺口1-6-1连通，第二主液出口B'与第一通流缺口1-6-1错开，所有液体介质均从第一主液出口B流出。

主阀芯向第一极限位置移动时，第二驱动腔1-5增大，第一驱动腔1-4减小。主阀芯向第二极限位置移动时，第一驱动腔1-4增大，第二驱动腔1-5减小。

如图3、6和7所示，双向计量泵2包括泵壳2-1、泵液柱塞2-2、第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5和柱塞驱动组件。泵壳2-1内设置有柱塞滑动腔2-6、泵液流道2-7、第一接口腔2-8和第二接口腔2-9。柱塞滑动腔2-6的两端与第一接口腔2-8、第二接口腔2-9分别连通。泵液流道2-7的两端与第一接口腔2-8、第二接口腔2-9分别连通。泵壳2-1内第一接口腔2-8、第二接口腔2-9的外端与主阀座内第一驱动腔1-4、第二驱动腔1-5分别连通。泵壳2-1及主阀座内第一驱动腔1-4、第二驱动腔1-5均填充满液压介质。

泵液柱塞2-2设置在柱塞滑动腔2-6内，并构成滑动副，将柱塞滑动腔2-6的两端密封隔开。泵壳2-1的柱塞滑动腔2-6出开设有让位滑槽。让位滑槽的长度方向与柱塞滑动腔2-6的轴线平行。让位滑槽的长度大于泵液柱塞2-2长度的二分之一，能够避免液压介质从让位滑槽中漏出。柱塞驱动组件包括柱塞驱动电机2-10、曲柄盘2-11、连杆2-12和滑动轴2-13。滑动轴2-13的内端与泵液柱塞2-2的中部固定，外端伸出泵壳2-1的让位滑槽外。曲柄盘2-11支承在泵壳2-1的外侧。柱塞驱动电机2-10固定在泵壳2-1上，且输出轴与曲柄盘2-11固定。连杆2-12的一端与曲柄盘2-11偏心铰接，另一端与滑动轴2-13构成转动副。曲柄盘2-11、连杆2-12、泵液柱塞2-2构成曲柄滑块机构。柱塞驱动电机2-10转动能够驱动泵液柱塞2-2往复滑动。泵液柱塞2-2的行程小于让位滑槽的长度。

第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5分别安装在第一接口腔2-8、第二接口腔2-9、泵液流道2-7内。第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5的输入端和输出端能够切换。

如图8和9所示，第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5均包括单向阀座2-3-1、单向阀芯2-3-2、逆止球2-3-3、弹簧2-3-4、阀芯支撑架2-3-5和换向驱动件2-3-8。阀芯支撑架2-3-5固定在单向阀座2-3-1的流道内。阀芯支撑架2-3-5内设置有球形安置位。单向阀芯2-3-2呈球形，支承在球形安置位内，形成密封。单向阀芯2-3-2与阀芯支撑架2-3-5所成转动副的公共轴线垂直于单向阀座2-3-1的轴线。

单向阀芯2-3-2上开设单向流道。单向流道的输入端设置有环形凸起2-3-6，输出端设置有阀芯端盖2-3-7。阀芯端盖2-3-7上开设有多个通流孔。环形凸起2-3-6的内侧面呈圆台形。逆止球2-3-3设置在单向流道内。弹簧2-3-4的两端分别抵住阀芯端盖2-3-7、逆止球2-3-3；使得逆止球2-3-3抵住环形凸起；当单向流道的输入端外侧的压力小于输出端外侧的压力时，单向流道的输入端外侧的流体推开逆止球2-3-3，实现流通。当单向流道的输入端外侧的压力大于输出端外侧的压力时，单向流道内的流体使得逆止球2-3-3压紧环形凸起，使得流体无法通过单向流道。

换向驱动件2-3-8采用电机，固定在泵壳2-1的外侧，且输出轴与单向阀芯2-3-2固定；换向驱动件2-3-8能够驱动单向阀芯2-3-2转动，从而使得单向流道的输入端、输出端朝向发生变化，实现可变单向阀逆止方向的变换。单向流道的输入端即为可变单向阀的输入端；单向流道的输出端即为可变单向阀的输出端。

如图1和2所示，压缩机7的输入口与主阀座1-1上的气体介质出口C连接，输出口与主阀座1-1上的液体介质入口A连接。第一单向阀3、第二单向阀4的输入口与主阀座1-1上的第二主液出口B'、第二副液出口D'分别连接，输出口与第一三通接头5的第一个开口、第二个开口分别连接。第一三通接头5的第三个开口与第一换热装置8的第一个介质接口连接。当经压缩机7输出的高温液体介质进入第一换热装置8中时，高温液体介质的热量传递到热水箱内的水中。第一换热装置8的第二个介质接口与第二三通接头6的第一个开口连接。第二三通接头6的第二个开口与第二换热装置9的第一个介质接口通过节流阀连接。第二换热装置9的第二个介质接口与主阀座1-1上的第一主液出口B连接。第二三通接头6的第三个开口与第三换热装置10的第一个介质接口通过节流阀连接。第三换热装置10的第二个介质接口与主阀座1-1上的第一副液出口D连接。

作为一种优选的技术方案，该计量泵驱动的空调热水器组合系统还包括控制器。柱塞驱动电机2-10和各换向电机均与控制器通过电机驱动器连接。行程开关的信号输出接口与控制器连接。

该计量泵驱动的空调热水器组合系统的工作方法，包括第二换热装置制冷(空调制冷)方法、第二换热装置制热(空调制热)方法和第一换热装置独立制热(热水器单独加热)方法。

如图1所示，第二换热装置制冷方法具体如下：

步骤一、主阀芯复位至第一极限位置。

如图4所示，第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5内的换向电机均转动，使得第一可变单向阀2-3的输入端与主阀座内的第一驱动腔1-4连接，第二可变单向阀2-4的输出端与主阀座内的第二驱动腔1-5连接，第三可变单向阀2-5的输入端与第一可变单向阀2-3的输出端连接，输出端与第二可变单向阀2-4的输入端连接。

柱塞驱动电机2-10转动，驱动泵液柱塞2-2往复滑动，当泵液柱塞2-2向第一可变单向阀2-3运动时，第二可变单向阀2-4的输入端压力减小，第一可变单向阀2-3的输出端压力增大，故第一可变单向阀2-3，第二可变单向阀2-4均保持锁止，第三可变单向阀2-5的输入端压力大于输出端压力，泵液柱塞2-2靠近第一接口腔2-8一侧的液压介质经第三可变单向阀2-5流入泵液柱塞2-2靠近第二接口腔2-9一侧。

当泵液柱塞2-2向第二可变单向阀2-4运动时，第三可变单向阀2-5的输入端压力小于输出端压力，保持锁止，第二可变单向阀2-4的输入端压力增大，第一可变单向阀2-3的输出端压力减小，故泵液柱塞2-2靠近第二接口腔2-9一侧的液压介质经第二可变单向阀2-4流入主阀座内的第二驱动腔1-5，主阀座的第一驱动腔1-4内的液压介质经第一可变单向阀2-3流入泵液柱塞2-2靠近第一接口腔2-8一侧，推动主阀芯移动到第一极限位置。

泵液活塞每往复滑动一个行程，主阀芯的滑动距离l为泵液活塞的形成，A₁为泵壳2-1内泵液流道2-7的截面积；A₂为主阀座内第一驱动腔1-4、第二驱动腔1-5的截面积。

步骤二、主阀芯到达第一极限位置后，控制器控制第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5均切换一次朝向，柱塞驱动电机2-10转动，驱动主阀芯从第一极限位置向第二极限位置移动(原理与步骤一相同，只是可变单向阀的切换使得泵液方向相反)，使得第二副液出口D'与第二封口板1-7上的第二通流缺口1-7-1连通。之后，柱塞驱动电机2-10停转，主阀芯保持静止。此时，主阀座1-1的第一主液出口B及气体介质出口C均与气体流动腔1-9连通。

步骤三、压缩机7压缩气体介质放热，得到液体介质，且介质温度升高；压缩机7输出的液体介质经第二副液出口D'流入第一换热装置8。流入第一换热装置8的液体介质的热量转移到第一换热装置8的水箱内，实现对水的加热和液体介质的降温。

第一换热装置8输出的液体介质流入第二换热装置9。液体介质在第二换热装置9的蒸发器中汽化，吸收第二换热装置9所在环境的热量。第二换热装置9输出的气体介质经第一主液出口B、气体介质出口C重新输入压缩机7进行压缩液化。

步骤四、当第一换热装置8水箱中的水加热到预设温度后，控制器控制第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5均切换一次朝向，柱塞驱动电机2-10转动，驱动主阀芯向第一极限位置移动，使得第一副液出口D与第二封口板1-7上的第二通流缺口1-7-1连通；之后，柱塞驱动电机2-10停转。

此时，流入第一换热装置8的液体介质减少，使得第一换热装置8水箱中水的温度保持在预设温度。压缩机7输出的液体介质经第一副液出口D流入第三换热装置10，流入第三换热装置10的液体介质的热量散发到空气中，实现液体介质的降温；第三换热装置10输出的液体介质流入第二换热装置9。液体介质在第二换热装置9的蒸发器中汽化，吸收第二换热装置9所在环境的热量。

当第一换热装置8水箱中水需要进一步加热时，柱塞驱动电机2-10转动，使得主阀芯向第二极限位置移动。此时，流入第一换热装置8中的液体介质增多，则第一换热装置8中的水温继续升高。

如图1所示，第二换热装置制热方法具体如下：

如图10所示，步骤一、主阀芯复位至第二极限位置。

第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5内的换向电机均转动，使得第一可变单向阀2-3的输出端与主阀座内的第一驱动腔1-4连接，第二可变单向阀2-4的输入端与主阀座内的第二驱动腔1-5连接，第三可变单向阀2-5的输出端与第一可变单向阀2-3的输入端连接，输入端与第二可变单向阀2-4的输出端连接。柱塞驱动电机2-10转动，使得主阀芯移动到第二极限位置。

步骤二、主阀芯到达第二极限位置后，控制器控制第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5均切换一次朝向，柱塞驱动电机2-10转动，驱动主阀芯从第二极限位置向第一极限位置移动，使得第一主液出口B及第二主液出口B'均与第一封口板1-6上的第一通流缺口1-6-1连通后。之后，柱塞驱动电机2-10停转，主阀芯保持静止。此时，主阀座1-1的第一副液出口D及气体介质出口C均与气体流动腔1-9连通。

步骤三、压缩机7压缩气体介质，得到液体介质，且介质温度升高；压缩机7输出的液体介质经第二主液出口B'流入第一换热装置8，经第一主液出口B流入第二换热装置9。流入第一换热装置8的液体介质的热量转移到第一换热装置8的水箱内，实现对水的加热和液体介质的降温。流入第二换热装置9的液体介质的热量转移到第二换热装置9所在环境中，升高第二换热装置9所在环境的温度。

第一换热装置8及第二换热装置9输出的液体介质经第二三通接头6流入第三换热装置10。液体介质在第三换热装置10的蒸发器中汽化。第三换热装置10输出的气体介质经第一副液出口D、气体介质出口C重新输入压缩机7进行压缩液化。

步骤四、当第二换热装置9需要提升制热能力时，控制器控制第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5均切换一次朝向，柱塞驱动电机2-10转动，主阀芯向第二极限位置移动，经第二主液出口B'流入第一换热装置8的液体介质的流量减小，使得更多的液体介质流入第二换热装置9中，提升第二换热装置9的制热能力。第二换热装置9的制热能力达到要求后，柱塞驱动电机2-10停转。当第一换热装置需要更多的热量时，控制器应使主阀芯的移动方向与本步骤上述过程相反。

当第一换热装置8水箱中的水加热到预设温度后，控制器控制第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5均切换一次朝向，柱塞驱动电机2-10转动，主阀芯向第二极限位置移动，经第二主液出口B'流入第一换热装置8的液体介质的流量减小，第一换热装置8水箱中水的温度保持在预设温度。降低压缩机7的运行功率，使得第二换热装置9的制热能力不变，降低能耗。

第一换热装置独立制热方法如下：

步骤一、主阀芯复位至第二极限位置。

第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5内的换向电机均转动，使得第一可变单向阀2-3的输出端与主阀座内的第一驱动腔1-4连接，第二可变单向阀2-4的输入端与主阀座内的第二驱动腔1-5连接，第三可变单向阀2-5的输出端与第一可变单向阀2-3的输入端连接，输入端与第二可变单向阀2-4的输出端连接。柱塞驱动电机2-10转动，使得主阀芯移动到第二极限位置。

步骤二、主阀芯到达第二极限位置后，控制器控制第一可变单向阀2-3、第二可变单向阀2-4、第三可变单向阀2-5均切换一次朝向，柱塞驱动电机2-10转动，驱动主阀芯从第二极限位置向第一极限位置移动，使得第一主液出口B与第一封口板1-6上的第一通流缺口1-6-1错开，第二主液出口B'与第一封口板1-6上的第一通流缺口1-6-1连通。之后，柱塞驱动电机2-10停转，主阀芯保持静止。此时，主阀座1-1的第一副液出口D及气体介质出口C均与气体流动腔1-9连通。

步骤三、压缩机7压缩气体介质放热，得到液体介质，且介质温度升高；压缩机7输出的液体介质经第二主液出口B'流入第一换热装置8。流入第一换热装置8的液体介质的热量转移到第一换热装置8的水箱内，实现对水的加热和液体介质的降温。

第一换热装置8输出的液体介质流入第三换热装置10。液体介质在第三换热装置10的蒸发器中汽化。第三换热装置10输出的气体介质经第一副液出口D、气体介质出口C重新输入压缩机7进行压缩液化。

步骤四、当第一换热装置8水箱中的水加热到预设温度后，降低压缩机7的运行功率，使得流入第一换热装置8的液体介质的流量减小，第一换热装置8水箱中水的温度保持在预设温度。

Claims (10)

1.一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，包括第一单向阀、第二单向阀、第一三通接头、第二三通接头、压缩机、第一换热装置、第二换热装置、第三换热装置；其特征在于：还包括六通阀和双向计量泵；所述的六通阀包括主阀座和主阀芯；所述的主阀芯设置在主阀座的内腔中；主阀座上设置有液体介质入口、第一主液出口、第二主液出口、第一副液出口、第二副液出口和气体介质出口；依次排列的第二主液出口、第一主液出口、气体介质出口、第一副液出口、第二副液出口位于主阀座的第一介质出入侧面上；液体介质入口位于主阀座内腔的第二介质出入侧面上；

所述的主阀芯包括端部活塞板和流向调节板；两块端部活塞板与主阀座的内腔构成滑动副；流向调节板设置在两块端部活塞板之间；两块端部活塞板将主阀座的内腔分隔为两块端部活塞板之间的流道腔和两块端部活塞板外侧的第一驱动腔、第二驱动腔；所述的流向调节板由一体成型的第一封口板、第二封口板和凹形流道板组成；凹形流道板的两端与第一封口板、第二封口板的相对端分别连接；第一封口板的一侧侧面与第一主液出口、第二主液出口相互平齐；第二封口板的一侧侧面与第一副液出口、第二副液出口相互平齐；第一封口板上开设有第一通流缺口；第二封口板上开设有第二通流缺口；凹形流道板将流道腔分隔为凹形流道板内侧的气体流动腔和凹形流道板外侧的液体流动腔；

所述的双向计量泵包括泵壳、泵液柱塞、第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀和柱塞驱动组件；所述的泵壳内设置有柱塞滑动腔、泵液流道、第一接口腔和第二接口腔；柱塞滑动腔的两端与第一接口腔、第二接口腔分别连通；泵液流道的两端与第一接口腔、第二接口腔分别连通；泵壳内第一接口腔、第二接口腔的外端与主阀座内第一驱动腔、第二驱动腔分别连通；泵壳及主阀座的第一驱动腔、第二驱动腔内均设置有液压介质；

所述的泵液柱塞设置在柱塞滑动腔内，并由柱塞驱动组件驱动；第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀分别安装在第一接口腔、第二接口腔、泵液流道内；

所述压缩机的输入口与主阀座上的气体介质出口连接，输出口与主阀座上的液体介质入口连接；第一单向阀、第二单向阀的输入口与主阀座上的第二主液出口、第二副液出口分别连接，输出口与第一三通接头的第一个开口、第二个开口分别连接；第一三通接头的第三个开口与第一换热装置的第一个介质接口连接；

所述第一换热装置的第二个介质接口与第二三通接头的第一个开口连接；第二三通接头的第二个开口与第二换热装置的第一个介质接口连接；第二换热装置的第二个介质接口与主阀座上的第一主液出口连接；第二三通接头的第三个开口与第三换热装置的第一个介质接口连接；第三换热装置的第二个介质接口与主阀座上的第一副液出口连接。

2.根据权利要求1所述的一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，其特征在于：所述的第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀均包括单向阀座、单向阀芯、逆止球、弹簧、阀芯支撑架和换向驱动件；阀芯支撑架固定在单向阀座的流道内；阀芯支撑架内设置有球形安置位；单向阀芯呈球形，支承在球形安置位内；单向阀芯由换向驱动件驱动；所述的单向阀芯上开设单向流道；单向流道的输入端设置有环形凸起，输出端设置有阀芯端盖；阀芯端盖上开设有多个通流孔；逆止球设置在单向流道内；弹簧的两端分别抵住阀芯端盖、逆止球。

3.根据权利要求2所述的一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，其特征在于：所述环形凸起的内侧面呈圆台形。所述的单向阀芯与阀芯支撑架所成转动副的公共轴线垂直于单向阀座的轴线。

4.根据权利要求1所述的一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，其特征在于：所述主阀座内腔的两端均设置有行程开关。

5.根据权利要求1所述的一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，其特征在于：所述泵壳的柱塞滑动腔出开设有让位滑槽；让位滑槽的长度方向与柱塞滑动腔的轴线平行；让位滑槽的长度大于泵液柱塞长度的二分之一，能够避免液压介质从让位滑槽中漏出；所述的柱塞驱动组件包括柱塞驱动电机、曲柄盘、连杆和滑动轴；滑动轴的内端与泵液柱塞的中部固定，外端伸出泵壳的让位滑槽外；曲柄盘支承在泵壳的外侧；柱塞驱动电机固定在泵壳上，且输出轴与曲柄盘固定；连杆的一端与曲柄盘偏心铰接，另一端与滑动轴构成转动副。

6.根据权利要求1所述的一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，其特征在于：所述的第一换热装置为热水器；所述的第二换热装置为空调内机；所述的第三换热装置为空调外机。

7.根据权利要求1所述的一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，其特征在于：所述的主阀芯还包括连接杆；所述连接杆的两端与两块端部活塞板的相对侧面分别固定；所述第一通流缺口的宽度大于第一主液出口与第二主液出口的间距；第二通流缺口的宽度大于第一副液出口与第二副液出口的间距。

8.根据权利要求1所述的一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，其特征在于：所述主阀座上的气体介质出口与凹形流道板内侧的气体流动腔连通；第一主液出口或第二主液出口与第一通流缺口连通的状态下，第一副液出口与凹形流道板内侧的气体流动腔连通；第一副液出口或第二副液出口与第二通流缺口连通的状态下，第一主液出口与凹形流道板内侧的气体流动腔连通。

9.根据权利要求1所述的一种计量泵驱动的空调热水器组合系统，其特征在于：主阀芯在主阀座内滑动至第一极限位置的状态下，第一副液出口与第二封口板上的第二通流缺口连通，第二副液出口与第一通流缺口错开；主阀芯在主阀座内滑动至第二极限位置的状态下，第一主液出口与第一封口板上的第一通流缺口连通，第二主液出口与第一通流缺口错开。

10.如权利要求1所述的一种计量泵驱动的空调热水器组合系统的工作方法，其特征在于：包括第二换热装置制冷方法、第二换热装置制热方法和第一换热装置独立制热方法；

设定第一可变单向阀的输入端与主阀座内的第一驱动腔连通时，为第一可变单向阀的第一工作位；第一可变单向阀的输出端与主阀座内的第一驱动腔连通时，为第一可变单向阀的第二工作位；

设定第二可变单向阀的输出端与主阀座内的第二驱动腔连通时，为第二可变单向阀的第一工作位；第二可变单向阀的输入端与主阀座内的第二驱动腔连通时，为第二可变单向阀的第二工作位；

设定第三可变单向阀的输入端与第一接口腔连通时，为第三可变单向阀的第一工作位；设定第三可变单向阀的输入端与第二接口腔连通时，为第三可变单向阀的第二工作位；

第二换热装置制冷方法具体如下：

步骤一、第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀均切换至第一工作位，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，主阀芯正向移动，使得主阀座上的第二副液出口与第二封口板上的第二通流缺口连通；之后，保持主阀芯静止；

步骤二、压缩机压缩气体介质，得到液体介质；压缩机输出的液体介质经第二副液出口流入第一换热装置；流入第一换热装置的液体介质的热量转移到第一换热装置的负载中；

第一换热装置输出的液体介质流入第二换热装置；液体介质在第二换热装置中汽化，吸收第二换热装置所在环境的热量；第二换热装置输出的气体介质经第一主液出口、气体介质出口重新输入压缩机进行压缩液化；

步骤三、当第一换热装置水箱中的水加热到预设温度后，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，使得主阀芯正向移动，减少流入第一换热装置的液体介质，增加流入第三换热装置中的液体介质；流入第三换热装置的液体介质的热量散发到第三换热装置所在环境中，实现液体介质的降温，第三换热装置输出的液体介质流入第二换热装置中汽化，吸收第二换热装置所在环境中的热量；

第二换热装置制热方法具体如下：

步骤一、第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀均切换至第二工作位，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，主阀芯反向移动，使得主阀座上的第一主液出口及第二主液出口均与第一封口板上的第一通流缺口连通；之后，主阀芯保持静止；

步骤二、压缩机压缩气体介质，得到液体介质；压缩机输出的液体介质经第二主液出口流入第一换热装置，经第一主液出口流入第二换热装置；流入第一换热装置的液体介质的热量转移到第一换热装置所在负载中；流入第二换热装置的液体介质的热量转移到第二换热装置所在环境中，升高第二换热装置所在环境的温度；

第一换热装置及第二换热装置输出的液体介质流入第三换热装置；液体介质在第三换热装置中汽化，吸收第三换热装置所在环境的热量；第三换热装置输出的气体介质经第一副液出口、气体介质出口重新输入压缩机进行压缩液化；

步骤三、当第二换热装置需要提升制热能力时，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，主阀芯反向移动，使得流入第一换热装置的液体介质的流量减少，更多的液体介质流入第二换热装置中，提升第二换热装置的制热能力；

当第一换热装置水箱中的水加热到预设温度后，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，主阀芯反向移动，使得流入第一换热装置的液体介质的流量减少，第一换热装置水箱中水的温度保持在预设温度；降低压缩机的运行功率，使得第二换热装置的制热能力不变，降低能耗；

第一换热装置独立制热方法如下：

步骤一、第一可变单向阀、第二可变单向阀、第三可变单向阀均切换至第二工作位，柱塞驱动组件驱动泵液柱塞往复滑动，主阀芯反向移动，使得第一主液出口与第一封口板上的第一通流缺口错开，第二主液出口与第一封口板上的第一通流缺口连通，之后主阀芯保持静止；

步骤二、压缩机压缩气体介质，得到液体介质；压缩机输出的液体介质经第二主液出口流入第一换热装置；流入第一换热装置的液体介质的热量转移到第一换热装置所在负载中；

第一换热装置输出的液体介质流入第三换热装置；液体介质在第三换热装置中汽化，吸收第三换热装置所在环境的热量；第三换热装置输出的气体介质经第一副液出口、气体介质出口重新输入压缩机进行压缩液化；

步骤三、当第一换热装置水箱中的水加热到预设温度后，降低压缩机的运行功率，使得流入第一换热装置的液体介质的流量减小，第一换热装置水箱中水的温度保持在预设温度。