一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀

摘要

本发明提供了一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，包括阀体（1）、通过轴承设置在阀体（1）内的阀芯（2），阀体（1）包括：设置在阀体（1）上的低压排气管（S）、高压进气管（D）、冷凝管（C）以及蒸发管（E），由带弹簧的U字密封圈斜向把阀芯（2）分割成不相通的高压腔（4）和低压腔（5），阀芯（2）包括：设置在高压腔（4）与阀体高压进气管（D）对齐的贯穿孔及与冷凝管（C）或蒸发管（E）对齐的开口，设置在低压腔（5）始终与低压排气管（S）对齐的开口及与蒸发管（E）或冷凝管（C）对齐的开口，通过阀芯（2）旋转约180度，使高压腔（4）的高压进气从与冷凝管（C）对齐切换到与蒸发管（E）对齐，低压腔（5）的低压排气从与蒸发管（E）对齐切换到与冷凝管（C）对齐。上述四通换向阀流通压力损失低，内部几乎无泄漏，且换向可靠。

权利要求

1.一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，包括阀体(1)及在阀体(1)内可在第一停留位及第二停留位之间旋转切换的阀芯组件(2)，在阀体(1)上设有与其连通的高压进气管(D)、蒸发管(E)、冷凝管(C)及低压排气管(S)，其特征在于：阀芯组件(2)通过轴承同轴装配在阀体(1)内，阀芯组件(2)的外圆周面与阀体(1)的内壁之间形成有间隙，在阀芯组件(2)的外圆周面上设有一圈密封结构(3)，该密封结构(3)的最外缘与阀体(1)的内壁之间密封配合，由密封结构(3)将阀体(1)与阀芯组件(2)共同形成的空间至少分割为相互独立的高压腔(4)及低压腔(5)；

当阀芯组件(2)旋转至第一停留位时，高压进气管(D)通过高压腔(4)仅与冷凝管(C)相连通，蒸发管(E)通过低压腔(5)仅与低压排气管(S)相连通；

当阀芯组件(2)旋转至第二停留位时，高压进气管(D)通过高压腔(4)仅与蒸发管(E)相连通，冷凝管(C)通过低压腔(5)仅与低压排气管(S)相连通；

所述阀芯组件(2)或包括第一阀芯(2-1)，在第一阀芯(2-1)上有与所述高压进气管(D)对齐的贯穿第一开口、在所述第一停留位与所述冷凝管(C)对齐且在所述第二停留位与所述蒸发管(E)对齐的第二开口、在所述第一停留位与所述蒸发管(E)对齐且在所述第二停留位与所述冷凝管(C)对齐的第三开口、与所述低压排气管(S)对齐的第四开口，贯穿的第一开口仅通过第一阀芯(2-1)内形成的第一通道与第二开口相连通，第三开口仅通过第一阀芯(2-1)内形成的第二通道与第四开口相连通，第一通道与第二通道各自独立，第二通道为呈80-100度折弯的弧形通道；

或包括第二阀芯(2-2)，在第二阀芯(2-2)上设有一斜隔板(2-3)，所述密封结构(3)设于斜隔板(2-3)的外圆周面上。

2.如权利要求1所述的一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，其特征在于：所述阀芯组件(2)通过位于其两端的用于承载径向力的第一轴承(6)及用于承载径向力及轴向力的第二轴承(7)同轴装配在阀体(1)内。

3.如权利要求1所述的一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，其特征在于：所述密封结构(3)包括紧套在所述阀芯组件(2)上的带密封唇的密封圈(3-1)，该密封圈(3-1)的唇部开口朝向所述高压腔(4)，密封圈(3-1)唇部的最外缘与所述阀体(1)的内壁之间密封配合。

4.如权利要求3所述的一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，其特征在于：所述密封圈(3-1)为带密封唇的U字形，内嵌有弹簧(3-2)，该弹簧(3-2)也为与所述密封圈(3-1)内部相配合的U字形齿形弹簧；或者所述密封圈(3-1)为带密封唇的V字形；或者所述密封圈(3-1)为带密封唇的L字形。

5.如权利要求4所述的一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，其特征在于：将所述密封圈(3-1)内嵌的弹簧(3-2)替换为螺旋圆柱弹簧。

6.如权利要求3所述的一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，其特征在于：所述密封圈(3-1)通过定位固定件(8)定位固定在所述阀芯组件(2)上。

7.如权利要求6所述的一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，其特征在于：所述定位固定件(8)的靠近密封圈(3-1)端的外缘有一圈突出，该突出部分套住密封圈(3-1)的密封唇，在换向时保护密封圈(3-1)不被高压气流撕裂。

8.如权利要求3所述的一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，其特征在于：所述密封圈(3-1)采用耐氟利昂及耐高低温的弹性材料制得。

9.如权利要求1所述的一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，其特征在于：所述阀芯组件(2)由驱动组件驱动后旋转约180度。

10.如权利要求9所述的一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，其特征在于：所述驱动组件或为电机驱动组件，或包括电磁先导阀(9)，电磁先导阀(9)通过齿轮齿条机构驱动所述阀芯组件(2)旋转。

说明书

一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于热泵式制冷系统控制制冷剂流向的四通换向阀。

背景技术

[0002] 包含有四通换向阀的热泵制冷机组通过改变制冷剂流动方向来转换制冷系统的制冷或制热模式。四通换向阀具有两个相互隔离的高压及低压通道，它们之间的压力差比较大，为了能使热泵式制冷系统具有高的能效比，就必须要减少经过四通换向阀的压力损失、热量损失及高低压通道间的泄漏；其次热泵机组在制造及运行中，系统内难免会有金属屑焊渣等小颗粒，这些小颗粒不能对四通换向阀的换向切换造成影响。总而言之，理想的四通换向阀希望同时具备以下几个优点：

[0003] 第一、高压及低压通道在额定流量时制冷剂流过四通换向阀时有小的压力损失，特别是低压通道。

[0004] 第二、高压部分与低压部分的热量传递要尽量小。

[0005] 第三、高压与低压通道之间必须建立可靠密封使制冷剂泄漏必须尽量小。

[0006] 第四、在缺少润滑油或系统中可能存在的金属屑、焊渣等情形下不会影响四通换向阀的正常换向。

[0007] 第五、在换向过程的中间状态时的中间流量不能过大，以免不能顺利换向。

[0008] 如图1所示，为较为常用的较小容量的热泵空调用的四通换向阀，该阀的低压通道由蒸发管E到低压排气管S经过180度的转弯，一般的低压压力损失在1.7psi(11.7kPa)以上，且内部泄漏较大，例如在60冷吨的额定容量时的内泄漏为15升/分。这种结构的四通换向阀一般只能做到120冷吨，再大的容量只能2个以上的单体阀并联，这样压力损失更高，而低压压力损失对机组的制冷性能影响较大，例如，额定容量5冷吨(18kw)四通换向阀压力降为2Psi(13.8kPa)，若低压压力降减小为0.8psi(5.5kPa)时，在无需增加输入功率的情况下，增加约1.2kw的热量输出。因此，这种四通换向阀对空调系统的低碳节能不利。

[0009] 如图2及图3所示为另一种较为常用的四通换向阀，该四通换向阀一般的容量比较大，通过活塞与阀体之间精密配合来隔离高低压通道，利用活塞移动来进行换向。在实际应用中，热泵空调机组管路会设置过滤器，但只能过滤0.2mm以上的杂质颗粒，在制造装配及压缩机运行过程中难免会产生小于0.2mm直径的金属屑、焊渣等小颗粒杂质。上述结构的四通换向阀是圆柱形活塞与阀体的精密配合，配合间隙在0.005～0.02mm之间，在高压流体的作用下，活塞被挤向低压侧而产生间隙A，这个间隙过大会造成内部泄漏严重，而在低压侧，活塞与阀体又要承受很大的侧壁压力，在活塞移动时造成很大的摩擦力，一旦缺油干摩或小颗粒杂质进入活塞与阀体的间隙中(又是密封面)，活塞就会卡死使换向失败。

[0010] 为了改善上述情况，本领域技术人员想出了不少解决办法，例如申请号为201010536012.8，名称为《大容量四通换向阀》的专利采取在阀体上设置进出油口，在活塞上设置润滑油路，以此在密封面建立油膜，希望避免活塞换向时的缺油干摩而卡死；申请号为201110100691.9，名称为《活塞式四通换向阀》的专利采取在阀体内固定固体润滑隔套的方式，使活塞在缺油时也能滑动换向，不被卡死。以上二个专利并没有解决小颗粒杂质卡死活塞使换向失败的问题，也没有解决硬密封具有的间隙引起内部泄漏大的问题。

[0011] 申请号为200810125554.9，名称为《四通换向阀》的专利提出了一种活塞旋转的四通换向阀，除了活塞的旋转代替移动来换向外，别无新意，存在的缺陷与图2的四通换向阀类似。

[0012] 申请号为201110022586.8，名称为《一种硬密封旋塞阀》的专利提出了一种浮动圆锥旋塞阀，该发明利用圆锥密封技术及在圆锥旋塞浮空时进行换向，有效解决了内部密封及可靠换向的问题，但该发明用于热泵空调换向时采用电动机作为驱动力，这样结构相应复杂，制造成本偏高，一般的应用在80冷吨容量以上比较有优势，80冷吨容量以下无成本优势。

发明内容

[0013] 本发明的目的是提供一种能够保证有效换向的低压力降低泄漏四通换向阀。

[0014] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀，包括阀体及在阀体内可在第一停留位及第二停留位之间旋转切换的阀芯组件，在阀体上设有与其连通的高压进气管、蒸发管、冷凝管及低压排气管，其特征在于：阀芯组件通过轴承同轴装配在阀体内，阀芯组件的外圆周面与阀体的内壁之间形成有间隙，在阀芯组件的外圆周面上设有一圈密封结构，该密封结构的最外缘与阀体的内壁之间密封配合，由密封结构将阀体与阀芯组件共同形成的空间至少分割为相互独立的高压腔及低压腔；

[0015] 当阀芯组件旋转至第一停留位时，高压进气管通过高压腔仅与冷凝管相连通，蒸发管通过低压腔仅与低压排气管相连通；

[0016] 当阀芯组件旋转至第二停留位时，高压进气管通过高压腔仅与蒸发管相连通，冷凝管通过低压腔仅与低压排气管相连通。

[0017] 优选地，所述阀芯组件或包括第一阀芯，在第一阀芯上有与所述高压进气管对齐的贯穿第一开口、在所述第一停留位与所述冷凝管对齐且在所述第二停留位与所述蒸发管对齐的第二开口、在所述第一停留位与所述蒸发管对齐且在所述第二停留位与所述冷凝管对齐的第三开口、与所述低压排气管对齐的第四开口，贯穿的第一开口仅通过第一阀芯内形成的第一通道与第二开口相连通，第三开口仅通过第一阀芯内形成的第二通道与第四开口相连通，第一通道与第二通道各自独立，第二通道为呈80-100度折弯的弧形通道；

[0018] 或包括第二阀芯，在第二阀芯上设有一斜隔板，所述密封结构设于斜隔板的外圆周面上。

[0019] 优选地，所述阀芯组件通过位于其两端的用于承载径向力的第一轴承及用于承载径向力及轴向力的第二轴承同轴装配在阀体内。

[0020] 优选地，所述密封结构包括紧套在所述阀芯组件上的带密封唇的密封圈，该密封圈的唇部开口朝向所述高压腔，密封圈唇部的最外缘与所述阀体的内壁之间密封配合。

[0021] 优选地，所述密封圈为带密封唇的U字形，内嵌有弹簧，该弹簧也为与所述密封圈内部相配合的U字形齿形弹簧；或者所述密封圈为带密封唇的V字形；或者所述密封圈为带密封唇的L字形；或者所述密封圈内嵌的弹簧为螺旋圆柱弹簧。

[0022] 优选地，所述密封圈通过定位固定件定位固定在所述阀芯组件上。

[0023] 优选地，所述定位固定件的靠近密封圈端的外缘有一圈突出，该突出部分套住密封圈的密封唇，在换向时保护密封圈不被高压气流撕裂。

[0024] 优选地，所述密封圈采用耐氟利昂及耐高低温的弹性材料制得。

[0025] 优选地，所述阀芯组件由驱动组件驱动后旋转约180度。

[0026] 优选地，所述驱动组件或为电机驱动组件，或包括电磁先导阀，电磁先导阀通过齿轮齿条机构驱动所述阀芯组件旋转。

[0027] 本发明提供的四通换向阀具有以下几个方面的特点：

[0028] 第一、低压流道可视为一个等径的90度弯头，高压流道近似为一个90度弯头。与现有四通换向阀相比可减少70％以上低压压力损失，因此压力损失特别小。

[0029] 第二、高压部分与低压部分之间的密封为耐氟利昂及耐高低温的带弹簧的聚四氟乙烯类的U字形密封圈，密封圈本身的弹力及弹簧提供初始密封比压，在高低压压差比较小时起到密封作用，当高低压压差大时U字形密封圈内部在高压气体的作用下对阀体的密封压力亦成比例增大，因此在高温及高压力差时都能自动补偿可靠密封，内部泄漏可减少98％以上，因此内泄漏几乎为零。

[0030] 第三、阀芯与阀体除密封圈接触外，其余部分有0.3～2mm的间隙，阀芯与阀体通过滚动轴承联接，系统的高低压压差对阀芯的轴向及较小的侧向压力都由滚动轴承承担，阀芯旋转只需要克服密封圈对阀体的滑动摩擦力及极小的轴承滚动摩擦力，本发明的U字形密封圈材料优选是含有大部分的聚四氟乙烯成分即使在无油时也具有极小的摩擦系数，而滚动轴承的摩擦力可以忽略，因此本发明的U字形密封圈对阀体的摩擦力远小于现有四通换向阀活塞与阀体直接接触的摩擦力，例如120冷吨(420kW)冷量的四通换向阀在1MPa压差时，现有的四通换向阀大概需要2700N～4000N的活塞推力，而本发明同容量的四通换向阀活塞只需要提供700N的活塞推力就可以换向，因此换向所需力矩小，换向可靠。

[0031] 第四、固定在阀芯上的U字形密封圈除起到密封作用外，在换向时对阀体内壁的密封面有擦拭作用，因此系统内的微小金属屑、焊渣等杂质不会影响本阀的密封及换向。

[0032] 第五、换向过程中，当阀芯旋转约90度的中间位置时，阀芯高压腔部分的第一开口及第二开口、低压腔部分的第三开口被阀体完全盖住，只有阀芯外圆与阀体内圆的少量间隙供高低压气流旁通，以避免空调系统在换向时的憋气造成空调系统异常高压故障，但旁通流量(又称中间流量)很小，这就可以使用电磁导阀直接驱动，也可以先启动电磁导阀待压缩机运行后建立高低压差时自动完成换向，因此该阀的换向可靠性特别高；而现有的四通换向阀在40冷吨以上容量时，必须先由电磁导阀驱动小四通换向阀，再由小四通换向阀驱动主阀，而且一般要在50％额定流量以上时，才可以进行换向操作。

[0033] 第六、本发明可以适用与5冷吨以上的四通换向阀，与现有的同容量四通换向阀相比外形尺寸要小，结构也要简单，例如：120冷吨(420kW)冷量现有的四通换向阀，主阀的直径约130mm以上，本发明的主阀的长度略短，但直径约100mm，这样除性能上有明显突破外成本上也有优势。

附图说明

[0034] 图1为已有的四通换向阀的结构示意图；

[0035] 图2为已有的另一种结构的四通换向阀的剖视图；

[0036] 图3为已有的另一种结构的四通换向阀的另一方向的剖视图；

[0037] 图4为实施例1中的低压降低泄漏旋转式四通换向阀处于第一停留位的示意图；

[0038] 图5为实施例1中的低压降低泄漏旋转式四通换向阀处于第二停留位的示意图；

[0039] 图6为实施例1中的阀芯组件与密封结构示意图；

[0040] 图7为实施例1中的密封结构示意图；

[0041] 图8为实施例1中的密封结构立体图；

[0042] 图9为齿轮齿条组成的驱动组件结构示意图；

[0043] 图10为实施例1中的低压降低泄漏旋转式四通换向阀的外观示意图；

[0044] 图11为实施例2中的低压降低泄漏旋转式四通换向阀示意图；

[0045] 图12为实施例3中的低压降低泄漏旋转式四通换向阀示意图。

具体实施方式

[0046] 为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

[0047] 实施例1

[0048] 如图4及图5所示，本实施例公开的一种低压降低泄漏旋转式四通换向阀包括阀体1，在阀体1上设有与其连通的高压进气管D、蒸发管E、冷凝管C及低压排气管S。在本实施例中，结合图10，冷凝管C及蒸发管E位于阀体1的中部且对称布置。低压排气管S位于阀体1的右端，阀体1轴线与冷凝管C、蒸发管E、低压排气管S的轴线为同一个平面，位于阀体1左端的高压进气管D的轴线垂直于该平面。

[0049] 阀芯组件2通过位于两端的第一轴承6及第二轴承7同轴装配在阀体1内。第一轴承6用于承载阀芯的径向力，第二轴承7用于承载阀芯的径向力与轴向力。由驱动组件驱动阀芯组件2旋转，使得阀芯组件2可在第一停留位及第二停留位之间旋转切换。在阀芯组件2的外圆周面上设有一圈密封结构3，该密封结构3的最外缘与阀体1的内壁之间密封配合，由密封结构3将阀体1与阀芯组件2共同形成的空间分割为相互独立的高压腔4及低压腔5。阀芯组件2除第一轴承6及第二轴承7及通过密封结构3与阀体1接触外，其余部分留有0.3～2mm的间隙。

[0050] 阀芯组件2可以采用各种结构，在本实施例中，结合图6，该阀芯组件2包括第一阀芯2-1，在第一阀芯2-1上有与高压进气管D对齐(“对齐”意指第一开口对准高压进气管D的相应端口且由高压进气管D的该端口将第一开口完全覆盖，下同)并贯穿的第一开口、在第一停留位与冷凝管C对齐且在第二停留位与蒸发管E对齐的第二开口、在第一停留位与蒸发管E对齐且在第二停留位与冷凝管C对齐的第三开口、与低压排气管S对齐的第四开口，第一开口仅通过第一阀芯2-1内形成的第一通道与第二开口相连通，第三开口仅通过第一阀芯2-1内形成的第二通道与第四开口相连通，第一通道与第二通道各自独立，第一通道为一倾斜通道，第二通道为呈90度折弯的弧形通道。

[0051] 如图4所示，当阀芯组件2旋转至第一停留位时，高压进气管D通过高压腔4仅与冷凝管C相连通，蒸发管E通过低压腔5仅与低压排气管S相连通。如图5所示，当阀芯组件2旋转至第二停留位时，高压进气管D通过高压腔4仅与蒸发管E相连通，冷凝管C通过低压腔5仅与低压排气管S相连通。

[0052] 结合图7及图8，在本实施例中，密封结构3包括通过定位固定件8定位固定在第一阀芯2-1上的密封圈3-1，该密封圈3-1采用耐氟利昂及耐高低温的材料制得，其开口朝向高压腔4。在密封圈3-1内嵌有弹簧3-2，在所述密封圈3-1的外圆周面形成有一圈突起(该突起可以是但不限于顶部为钝角的钝角突起)，仅该突起的最外缘与阀体1的内壁精密接触构成高低压的密封。该密封圈3-1只要有外缘就能达到本发明的要求，在实际实施时可以有各种变化，例如可以是V形、L形。

[0053] 在本实施例中，用于驱动阀芯组件2旋转的驱动组件包括先导阀9，先导阀9通过齿轮齿条机构驱动阀芯组件2旋转。结合图10，本实施例的工作过程为：

[0054] 结合图4，此时，先导阀9失电，即在活塞套10上部通上高压，下部通上低压，活塞11及活塞12带动齿条13向下移动并带动齿轮及阀芯组件2旋转至第一停留位时，高压进气管D通过高压腔4仅与冷凝管C相连通，蒸发管E通过低压腔5仅与低压排气管S相连通。高压气体由高压进气管D进入第一通道，然后从冷凝管C出；低压气体由蒸发管E进入第二通道，然后从低压排气管S出。

[0055] 结合图5，此时先导阀9得电，即在活塞套10下部通上高压，上部通上低压时，活塞11及活塞12带动齿条13向上移动并带动齿轮及阀芯组件2旋转至第二停留位时，高压进气管D通过高压腔4仅与蒸发管E相连通，冷凝管C通过低压腔5仅与低压排气管S相连通。高压气体由高压进气管D进入第一通道，然后从蒸发管E出；低压气体由冷凝管C进入第二通道，然后从低压排气管S出。

[0056] 实施例2

[0057] 如图11所示，本实施例与实施例1的区别在于：第一、阀芯组件2包括第二阀芯2-2，在第二阀芯2-2上设有一斜隔板2-3，密封圈3-1直接装在斜隔板2-3的外圆周面上；第二、阀芯组件2由电机驱动组件驱动旋转。其他结构及工作方式同实施例1。

[0058] 实施例3

[0059] 如图12所示，本实施例与实施例1的区别在于：阀芯组件2由电机驱动组件驱动旋转。其他结构及工作方式同实施例1。