一种五通转换阀、二氧化碳热泵三联供系统及其工作方法

本发明属于热泵系统，具体涉及一种五通转换阀、二氧化碳热泵三联供系统及其工作方法。

背景技术：

1、在现有的三联供热泵系统中(供热、供冷+供热水、供热水)，为了实现系统不同工作模式的切换，往往需要用到多个三通或四通转换阀门来实现。而对于以二氧化碳为工质的热泵系统，由于系统特殊的高压转换特性和高压差转换特性，现有多个三通或四通转换阀门连接的方式，容易出现控制不灵活、泄露等问题，严重时甚至危及系统的安全稳定运行。

技术实现思路

1、为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种五通转换阀、二氧化碳热泵三联供系统及其工作方法，五通转换阀的集成度高，能够显著降低设备的体积和运行维护成本，进一步提升阀门整体的耐压能力。使用上述五通转换阀的二氧化碳热泵三联供系统，能够实现系统多工作模式的切换，并且能够满足二氧化碳热泵系统高压力、高压差的使用需求，保证系统的安全稳定运行。

2、本发明通过以下技术方案来实现：

3、本发明公开的一种五通转换阀，包括阀体，阀体内设有阀腔，阀腔内设有液压换向阀；阀体上分别开设有e接口、s接口、c接口、d接口和f接口，其中，e接口、s接口、c接口和d接口分别与阀腔连通并能够在液压换向阀位于不同位置时实现两两连通或全部关闭；f接口与d接口连通，且在两者之间设有用于接通、断开及调节流量的电子膨胀阀。

4、优选地，阀体为金属材质的立方体结构。

5、本发明公开的一种二氧化碳热泵三联供系统，包括压缩机、室内换热器、第一过滤器、第一电子膨胀阀、第二过滤器、室外换热器、第三过滤器、第二电子膨胀阀、第四过滤器、水路换热器、第五过滤器、单向阀、储液罐、气液分离器和上述的五通转换阀；

6、压缩机的排气口与五通转换阀的d接口连接；五通转换阀的e接口依次与室内换热器、第一过滤器、第一电子膨胀阀和第二过滤器连接，第一过滤器、第一电子膨胀阀和第二过滤器旁接有第一电磁阀；五通转换阀的c接口依次与室外换热器、第三过滤器、第二电子膨胀阀和第四过滤器连接，第三过滤器、第二电子膨胀阀和第四过滤器旁接有第二电磁阀；五通转换阀的f接口依次与水路换热器、第五过滤器和单向阀连接，水路换热器连接有水循环管路；单向阀与储液罐的进口连接，储液罐的出口分别连接至第二过滤器和第四过滤器；五通转换阀的s接口与气液分离器连接，气液分离器与压缩机的吸气口连接。

7、优选地，压缩机的排气口与五通转换阀的d接口之间的管路上设有温度及压力检测装置。

8、本发明公开的上述二氧化碳热泵三联供系统的工作方法，包括以下工作模式：

9、单独制冷模式：五通转换阀的d接口与f接口不连通，d接口与c接口连通，s接口与e接口连通，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，第一电子膨胀阀处于调节状态，第二电子膨胀阀全开，水循环管路关闭，室内换热器风机启动，室外换热器风机启动，压缩机启动；

10、单独制热模式：五通转换阀的d接口与f接口不连通，d接口与e接口连通，s接口与c接口连通，第一电磁阀打开，第二电磁阀关闭，第二电子膨胀阀处于调节状态，第一电子膨胀阀全开，水循环管路关闭，室内换热器风机启动，室外换热器风机启动，压缩机启动；

11、单独制热水模式：五通转换阀的d接口与f接口连通，d接口与e接口连通，s接口与c接口连通，第一电磁阀关闭，第二电磁阀关闭，第二电子膨胀阀处于调节状态，第一电子膨胀阀全关，水循环管路打开，室内换热器风机停止，室外换热器风机启动，压缩机启动；

12、制冷+制热水模式：五通转换阀的d接口与f接口连通，d接口与c接口连通，s接口与e接口连通，第一电磁阀关闭，第二电磁阀关闭，第一电子膨胀阀处于调节状态，第二电子膨胀阀全关，水循环管路打开，室内换热器风机启动，室外换热器风机停止，压缩机启动。

13、优选地，单独制冷模式具体为：

14、高温高压的co2制冷剂由压缩机排气口排出，先后经过d接口和c接口后进入到室外换热器中进行放热，制冷剂变为中温高压状态，制冷剂分为两路，一路经过第二电磁阀，另一路先后流经第三过滤器、第二电子膨胀阀、第四过滤器，两路制冷剂汇合后，由于单向阀反向逆止，制冷剂先流经第二过滤器过滤，经过第一电子膨胀阀的节流降压后，制冷剂变为低温低压的气液两相气液态，气液两相态制冷剂流经第一过滤器后进入室内换热器散冷，大部分制冷剂变为低温的气态，制冷剂先后经过e接口和s接口后，进入气液分离器，少部分液体留在气液分离器的底部，大部分气体进入压缩机的吸气口完成整个循环。

15、优选地，单独制热模式具体为：

16、高温高压的co2制冷剂由压缩机排气口排出，先后经过d接口和e接口后进入到室内换热器中进行放热，制冷剂变为中温高压状态，制冷剂分为两路，一路经过第一电磁阀，另一路先后流经第一过滤器、第一电子膨胀阀、第二过滤器，两路制冷剂汇合后，由于单向阀反向逆止，制冷剂先流经第四过滤器过滤，经过第二电子膨胀阀的节流降压后，制冷剂变为低温低压的气液两相气液态，气液两相态制冷剂流经第三过滤器后进入室外换热器散冷，大部分制冷剂变为低温的气态，制冷剂先后经过c接口和s接口后，进入气液分离器，少部分液体留在气液分离器的底部，大部分气体进入压缩机的吸气口完成整个循环。

17、优选地，单独制热水模式具体为：

18、高温高压的co2制冷剂由压缩机排气口排出，先后经过d接口和f接口后进入到水路换热器中进行放热，制冷剂变为中温高压状态，制冷剂分先后流经第五过滤器、单向阀、储液罐、第四过滤器，经过第二电子膨胀阀的节流降压后，制冷剂变为低温低压的气液两相气液态，气液两相态制冷剂流经第三过滤器后进入室外换热器散冷，大部分制冷剂变为低温的气态，制冷剂先后经过c接口和s接口后，进入到气液分离器，少部分液体留在气液分离器的底部，大部分气体进入压缩机的吸气口完成整个循环。

19、优选地，制冷+制热水模式具体为：

20、高温高压的co2制冷剂由压缩机排气口排出，先后经过d接口和f接口后进入到水路换热器中进行放热，制冷剂变为中温高压状态，制冷剂分先后流经第五过滤器、单向阀、储液罐、第二过滤器，经过第一电子膨胀阀的节流降压后，制冷剂变为低温低压的气液两相气液态，气液两相态制冷剂流经第一过滤器后进入室内换热器散冷，大部分制冷剂变为低温的气态，制冷剂先后经过e接口和s接口后，进入到气液分离器中，少部分液体留在气液分离器的底部，大部分气体进入压缩机的吸气口完成整个循环。

21、优选地，各工作模式的切换流程设定为：

22、当只启动单独制冷模式、单独制热模式或者单独制热水模式时，系统只运行这三种工作模式中的一种，且当制冷设定温度低于实际室内温度时候，单独制冷模式循环运行，当室内实际温度低于制冷设定温度1℃时，单独制冷模式停止；当制热设定温度高于实际室内温度时候，单独制热模式循环运行，当室内实际温度高于制热设定温度1℃时，单独制热模式停止；当制热水设定温度高于实际水温时候，单独制热水模式循环运行，当制热水室内实际温度高于设定温度1℃时，单独制热水模式停止；

23、当启动制冷+制热水模式时，如果设定水温高于实际水温且设定室温低于实际室温时，制冷+制热水模式循环运行；当运行过程中实际水温高于设定水温1℃且设定室温低于实际室温时，转向单独制冷模式循环；当实际室温低于设定室温1℃且设定水温高于实际水温时，转向单独制热水模式循环；在室温和水温同时满足后，系统停止运行；若不满足，则继续制冷+制热水模式、单独制冷模式和单独制热水模式之间互相切换。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

25、本发明公开的一种五通转换阀，在阀体内集成了液压换向阀和电子膨胀阀，其中，液压换向阀的流道内置于阀体内，阀芯可以进行轴向移动，通过阀两端的电磁线圈的通电断电来控制阀芯的位置，来实现流道的切换，阀芯与内部流道的配合紧密，可以实现对高低压流体的密封，防止高低压串流，耐压性能优异。电子膨胀阀属于内部全封闭部件，耐压能力好，其步进电机转子和阀芯固定在同一个轴上，转子转动就会带动阀芯的上下移动，通过对阀顶外部的步进电机线圈的按序通电(脉冲方式)，实现步进电机的转动；由于步距角都很小，而且步进驱动器上可以对步距角进行细分，所以转动角度控制十分精确，能够实现开度的精确调节。液压换向阀和电子膨胀阀的流道结合，共用一个阀体，集成度高，能够显著降低设备的体积和运行维护成本，进一步提升阀门整体的耐压能力。通过液压换向阀和电子膨胀阀的状态切换，能够实现5个接口之间的连通，满足不同系统的需要。

26、进一步地，阀体为金属材质的立方体结构，耐压性能好。

27、本发明公开的二氧化碳热泵三联供系统，在系统中嵌入上述五通转换阀，能够实现系统多工作模式的切换，并且能够满足二氧化碳热泵系统高压力、高压差的使用需求，保证系统的安全稳定运行。

28、进一步地，压缩机的排气口与五通转换阀的d接口之间的管路上设有温度及压力检测装置，能够对压缩机出来的制冷剂的温度和压力进行实时监测，从而调节整个系统的运行状态。

29、本发明公开的上述二氧化碳热泵三联供系统的工作方法，调节灵活、自动化程度高，具有良好的应用前景。