本发明涉及一种自耦合热泵，属于制冷。
背景技术：
1、由于环保和节能的需要，目前热泵作为供热系统热源在工业、农业和民用领域获得了大规模的应用，但由于技术的局限，单级压缩热泵的供热温度不高，特别是在低温热源温度较低时使用单级压缩热泵很难获得较高的供热温度，而如果希望要获得较高供热温度，目前一般是采用复叠式热泵，或空气源热泵+高温水源热泵通过水系统耦合在一起的两级升温的热泵系统，或者是低温水源热泵+高温水源热泵通过水系统耦合在一起的两级升温的水源热泵系统；这三种热泵都包含两套热泵系统，系统都比较复杂，初投资较高；
2、本发明申请人于2016年03月30日获得的授权、专利号为201110462200.5的发明专利的权利要求5通过增加高温水箱、循环水泵、蓄热水箱、蓄热水泵，可以构成一种自耦合热泵，其系统组成如图5所示，
3、当该种热泵系统以室内排风(或矿井排风)作为低温热源，用于生产高温热水时，其特点是：它只有一套热泵系统，但在蓄热水箱的辅助作用下，却具有空气源热泵和高温水源热泵两种运行模式，即工作时，既可以在空气源热泵运行模式下工作，也可以在高温水源热泵运行模式下工作，在两种运行模式之间可以自由切换；因此，也可以像复叠式热泵、空气源热泵+高温水源热泵耦合系统一样，使用单级压缩就能够获得较高供热温度。
4、当该种热泵系统以温度较低冷却水或废水作为低温热源，用于生产高温热水时，其特点是：它只有一套热泵系统，但在蓄热水箱的辅助作用下，却具有低温水源热泵和高温水源热泵两种运行模式；即工作时，既可以在低温水源热泵运行模式下工作，以温度较低冷却水或废水作为低温热源，生产中温热水；也可以在高温水源热泵运行模式下工作，以低温水源热泵运行模式所生产的中温热水作为热源，生产高温热水；在两种运行模式之间可以自由切换；因此，也可以像复叠式热泵、低温水源热泵+高温水源热泵耦合系统一样，使用单级压缩就能够获得较高供热温度。
5、其具体的工作原理如下：
6、如图5所示，当该热泵系统以室内排风为低温热源，用于生产高温热水且系统初次工作时，先给高温水箱、蓄热水箱充满自来水，该热泵系统先在空气源热泵运行模式下工作，利用第一换热器3从室内排风中吸热，通过第二换热器6、第三换热器8分别加热蓄热水箱30和高温水箱20中的自来水，当蓄热水箱30中的自来水被加热至设定值(例如：35度)时，则系统切换至高温水源热泵运行模式，以蓄热水箱30中的热水作为低温热源，自耦合热泵从蓄热水箱30的热水中吸热，对高温水箱20中的热水继续加热；至到高温水箱20中的热水温度达到要求值为止，在高温水源热泵运行模式下，第一换热器3不工作，与其相配的第一节流机构5关闭。
7、在上述的工作原理下，自耦合热泵利用蓄热水箱30的蓄热、释热，可以将高温水箱20中的热水加热到所需要的较高温度，实现复叠式热泵、空气源热泵+高温水源热泵耦合系统的功能，但该热泵系统更简单，当有峰谷电价可利用时，经济性也很好。特别适应于生活热水系统，以及间歇供暖建筑(例如：学校、办公建筑等)。
8、类似的，当该热泵系统以温度较低冷却水或废水作为低温热源时，也可以实现上述工作过程，将高温水箱20中的热水加热到所需要的较高温度，实现复叠式热泵、低温水源热泵+高温水源热泵耦合系统的功能。
9、但如图5所示的自耦合热泵在运行过程中存在的问题是：在第一次运行时，由于蓄热水箱30和高温水箱20中的水温都为环境温度下的温度，很低；因此在空气源热泵运行模式或低温水源热泵运行模式下工作时，可以同时利用第二换热器6、第三换热器8分别加热蓄热水箱30和高温水箱20中的自来水；但在自耦合热泵后续的连续工作过程中，经过高温水源热泵运行模式下的加热，高温水箱20的水温已经很高，因此在利用空气源热泵运行模式或低温水源热泵运行模式对蓄热水箱30中的水再进行加热时(即：蓄热)，就不可能同时对高温水箱20中的热水进行加热；此时，第三换热器8要停止工作，与其相配的第三节流机构7关闭，循环水泵9停机；即在自耦合热泵的连续工作过程中的空气源热泵运行模式或低温水源热泵运行模式下，第三换热器8会不工作，处于闲置状态，使第三换热器8的换热能力没有得到有效利用，同时与其相配的第三节流机构7关闭，循环水泵9停机，使运行模式切换时控制复杂，也导致循环水泵9频繁启停，易出现故障和影响使用寿命；同时，由于第三换热器8不工作，循环水泵9停机，在冬季室外工作时，也增加了它们的冻坏风险。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种能减少热泵系统节流机构数量，能避免制冷剂-水换热器闲置和水泵频繁启停，使热泵系统及其控制更简单、设备冻坏风险更小的自耦合热泵。
2、为了克服上述技术存在的问题，本发明解决技术问题的技术方案如下。
3、方案一：一种自耦合热泵，包括压缩机构(1)、四通阀(70)、第一换热器(3)、第二换热器(6)、第三换热器(8)、第一节流机构(5)、第二节流机构(4)、第一单向阀(21)和第二单向阀(22)，其特征是：所述自耦合热泵还包括高温水箱(20)、蓄热水箱(30)、低温循环管(40)和高温循环管(50)；
4、所述四通阀(70)的高压节点(71)通过第六十管道(60)与压缩机构(1)出口端相连，所述四通阀(70)的低压节点(73)通过第六十三管道(63)与压缩机构(1)入口端相连；所述四通阀(70)两个换向节点中的任意一个换向节点(74)依次通过第六十四管道(64)、第二换热器(6)、第二节流机构(4)、第五十七管道(57)、第一节流机构(5)、第一换热器(3)、第六十七管道(67)与第六十三管道(63)相连；所述四通阀(70)的另一个换向节点(72)依次通过第六十一管道(61)、第一单向阀(21)入口端、第一单向阀(21)出口端、第二单向阀(22)出口端、第二单向阀(22)入口端、第六十二管道(62)与第六十四管道(64)相连，所述第三换热器(8)制冷剂侧入口端与第一单向阀(21)出口端和第二单向阀(22)出口端之间的管道相连，所述第三换热器(8)制冷剂侧出口端通过第五十二管道(52)与第五十七管道(57)相连；
5、所述蓄热水箱(30)出口端与第二换热器(6)水侧入口端相连，所述蓄热水箱(30)入口端与第二换热器(6)水侧出口端相连；所述高温水箱(20)出口端与第三换热器(8)水侧入口端相连，所述高温水箱(20)入口端与第三换热器(8)水侧出口端相连；
6、所述高温循环管(50)入口端与高温水箱(20)入口端和第三换热器(8)水侧出口端之间的管道相连，所述高温循环管(50)出口端与第二换热器(6)水侧出口端和蓄热水箱(30)入口端之间的管道相连；所述低温循环管(40)入口端与蓄热水箱(30)出口端和第二换热器(6)水侧入口端之间的管道相连，所述低温循环管(40)出口端与高温水箱(20)出口端和第三换热器(8)水侧入口端之间的管道相连。
7、方案二：一种自耦合热泵，包括压缩机构(1)、四通阀(70)、第一换热器(3)、第二换热器(6)、第三换热器(8)、第一节流机构(5)、第三节流机构(7)、第一单向阀(21)和第二单向阀(22)，其特征是：所述自耦合热泵还包括第三单向阀(26)、第四单向阀(27)、高温水箱(20)、蓄热水箱(30)、低温循环管(40)和高温循环管(50)；
8、所述四通阀(70)的高压节点(71)通过第六十管道(60)与压缩机构(1)出口端相连，所述四通阀(70)的低压节点(73)通过第六十三管道(63)与压缩机构(1)入口端相连；所述四通阀(70)两个换向节点中的任意一个换向节点(74)依次通过第六十四管道(64)、第二换热器(6)、第四单向阀(27)出口端、第四单向阀(27)入口端、第五十七管道(57)、第一节流机构(5)、第一换热器(3)、第六十七管道(67)与第六十三管道(63)相连；所述四通阀(70)的另一个换向节点(72)依次通过第六十一管道(61)、第一单向阀(21)入口端、第一单向阀(21)出口端、第二单向阀(22)出口端、第二单向阀(22)入口端、第六十二管道(62)与第六十四管道(64)相连，所述第三换热器(8)制冷剂侧入口端与第一单向阀(21)出口端和第二单向阀(22)出口端之间的管道相连，所述第三换热器(8)制冷剂侧出口端依次通过第三节流机构(7)、第五十二管道(52)与第五十七管道(57)相连；所述第三单向阀(26)出口端与第三换热器(8)制冷剂侧出口端和第三节流机构(7)之间的管道相连，所述第三单向阀(26)入口端与第四单向阀(27)出口端和第二换热器(6)之间的管道相连；
9、所述蓄热水箱(30)出口端与第二换热器(6)水侧入口端相连，所述蓄热水箱(30)入口端与第二换热器(6)水侧出口端相连；所述高温水箱(20)出口端与第三换热器(8)水侧入口端相连，所述高温水箱(20)入口端与第三换热器(8)水侧出口端相连；
10、所述高温循环管(50)入口端与高温水箱(20)入口端和第三换热器(8)水侧出口端之间的管道相连，所述高温循环管(50)出口端与第二换热器(6)水侧出口端和蓄热水箱(30)入口端之间的管道相连；所述低温循环管(40)入口端与蓄热水箱(30)出口端和第二换热器(6)水侧入口端之间的管道相连，所述低温循环管(40)出口端与高温水箱(20)出口端和第三换热器(8)水侧入口端之间的管道相连。
11、方案三：可以用一个常开电磁阀替代方案2中的第一节流机构(5)。
12、上述三个方案通过分别在其系统中增加循环水泵(9)和蓄热水泵(10)，可以有以下两个改进方案。
13、改进方案一：一循环水泵(9)出口端与第三换热器(8)水侧入口端相连，所述循环水泵(9)入口端同时与所述低温循环管(40)出口端和高温水箱(20)出口端相连；一蓄热水泵(10)设置于低温循环管(40)入口端与第二换热器(6)水侧入口端之间的管道上，或高温循环管(50)出口端与第二换热器(6)水侧出口端之间的管道上。
14、改进方案二：一循环水泵(9)入口端与第三换热器(8)水侧出口端相连，所述循环水泵(9)出口端同时与所述高温循环管(50)入口端和高温水箱(20)入口端相连；一蓄热水泵(10)设置于低温循环管(40)入口端与第二换热器(6)水侧入口端之间的管道上，或高温循环管(50)出口端与第二换热器(6)水侧出口端之间的管道上。
15、对于上述的改进方案一有以下四个进一步改进方案：
16、1)、其特征在于：一分流三通流向控制阀(25)入口端与所述第三换热器(8)水侧出口端相连，所述分流三通流向控制阀(25)的直流出口端(31)与高温水箱(20)入口端相连，所述分流三通流向控制阀(25)的旁流出口端(32)与高温循环管(50)入口端相连。
17、2)、其特征在于：一合流三通流向控制阀(26)出口端与所述循环水泵(9)入口端相连，所述合流三通流向控制阀(26)的直流入口端(34)与高温水箱(20)出口端相连，所述合流三通流向控制阀(26)的旁流入口端(33)与低温循环管(40)出口端相连。
18、3)、其特征在于：一第二流向控制阀(24)设置于高温水箱(20)入口端与高温循环管(50)入口端之间的管道上，一第一流向控制阀(23)设置于高温循环管(50)或低温循环管(40)上。
19、4)、其特征在于：一第二流向控制阀(24)设置于高温水箱(20)出口端与低温循环管(40)出口端之间的管道上，一第一流向控制阀(23)设置于高温循环管(50)或低温循环管(40)上。
20、对于上述的改进方案二也有以下四个进一步改进方案：
21、1)、其特征在于：一分流三通流向控制阀(25)入口端与所述循环水泵(9)出口端相连，所述分流三通流向控制阀(25)的直流出口端(31)与高温水箱(20)入口端相连，所述分流三通流向控制阀(25)的旁流出口端(32)与高温循环管(50)入口端相连。
22、2)、其特征在于：一合流三通流向控制阀(26)出口端与所述第三换热器(8)水侧入口端相连，所述合流三通流向控制阀(26)的直流入口端(34)与高温水箱(20)出口端相连，所述合流三通流向控制阀(26)的旁流入口端(33)与低温循环管(40)出口端相连。
23、3)、其特征在于：一第二流向控制阀(24)设置于高温水箱(20)入口端与高温循环管(50)入口端之间的管道上，一第一流向控制阀(23)设置于高温循环管(50)或低温循环管(40)上。
24、4)、其特征在于：一第二流向控制阀(24)设置于高温水箱(20)出口端与低温循环管(40)出口端之间的管道上，一第一流向控制阀(23)设置于高温循环管(50)或低温循环管(40)上。
25、本发明与现有技术相比，其有益效果是：
26、1.能减少热泵的节流机构数量；
27、2.能避免制冷剂-水换热器闲置和循环水泵频繁启停；
28、3.使热泵系统及其控制更简单、设备冻坏风险更小；
29、4.本发明适用于工业和民用以热泵为热源的生活热水系统、间歇供暖系统、相变蓄热系统及工艺高温水系统，尤其适用于有峰谷电价的场所。