CN101994853B - 多位切换阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多位切换阀，具备利用用于切换流道的电动机等驱动器转动的阀芯和能够保持该阀芯转动的阀主体，在所述阀芯内形成有导入高压流体的高压通道部，所述阀主体设有阀座部和阀壳体，所述阀座部设有能够选择性地连通所述高压通道部的出口侧的第一出入口以及第二出入口，所述阀壳体经由所述第一出入口以及第二出入口选择性地导入低压流体，在流道切换过渡时，所述阀芯中的高压通道部的出口侧端部能够以被推压至所述阀座部中的第一出入口和第二出入口之间的部分的状态进行滑动，在所述阀座部上形成有由槽、切口、通孔等构成的逸出通道部，所述逸出通道部用于在流道切换过渡时使所述高压通道部的高压制冷剂向所述阀壳体侧逸出。

Description

多位切换阀
技术领域
本发明涉及用于冷冻循环等的三位切换阀以及四位切换阀等多位切换阀，尤其涉及通过由转子和定子构成的电动机等驱动器使阀芯转动，进行流道切换的旋转式多位切换阀。
背景技术
通常，空气调节器、冷冻装置等冷冻循环，除了压缩机、气液分离器、冷凝器(室外热交换器)、蒸发器(室内热交换器)以及膨胀阀等，还具有作为流道(流动方向)切换机构的四位切换阀。
参见图5、图6对具有该四位切换阀的冷冻循环的一例进行说明。图示的冷冻循环300为空气调节器的冷冻循环，通过由四位切换阀320进行运转模式(制冷运转和供暖运转)的切换。即，具备压缩机310、气液分离器312、冷凝器(室外热交换器)314、蒸发器(室内热交换器)316以及膨胀阀318，并在所述的压缩机310、气液分离器312、冷凝器314以及蒸发器316四者之间，配置有具备第一到第四四个端口(port)(出入口)a、b、c、d(参见图6)的四位切换阀320。
所述各种机器种类之间通过由导管(管道)等形成的流道连接。具体设有以下流道：将气液分离器312内的制冷剂导入压缩机310的吸入流道321；将从压缩机310喷出的高压制冷剂导入四位切换阀320的第一端口a的喷出流道322；连接四位切换阀320的第二端口b和冷凝器314的第一流通口314a的冷凝器侧送返流道(feed/return flow path)323；连接四位切换阀320的第三端口c和蒸发器316的第一流通口316a的蒸发器侧送返流道324；连接四位切换阀320的第四端口d和气液分离器312的返回口312a的返回流道(return flow path)325；连接冷凝器314的第二流通口314b和膨胀阀318的流道326以及连接膨胀阀318和蒸发器316的第二流通口316b的流道327。
在这样构成的冷冻循环300中，在选择制冷运转模式时，如图6(A)所示，四位切换阀320连通喷出流道322和冷凝器侧送返流道323，同时被切换到使蒸发器侧送返流道324和返回流道325连通的状态。此时，如图5中实线箭头所示，气液分离器312内的低压制冷剂经由吸入流道321被吸入到压缩机310，同时高温高压的制冷剂从压缩机310的喷出口310a经由喷出流道322、四位切换阀320以及冷凝器侧送返流道323被导入冷凝器314，在冷凝器314中与室外空气进行热交换而冷凝，成为高压的两相制冷剂，并经由流道326导入膨胀阀318。通过该膨胀阀318，高压制冷剂被减压，被减压的低压制冷剂经由流道327导入蒸发器316，在这里与室内空气进行热交换(制冷)后蒸发，低温低压的制冷剂从蒸发器316经由蒸发器侧送返流道324、四位切换阀320以及返回流道325回到气液分离器312。
而在选择供暖运转模式时，如图6(B)所示，四位切换阀320连通喷出流道322和蒸发器侧送返流道324，同时被切换到使冷凝器侧送返流道323和返回流道325连通的状态。此时，如图5中虚线箭头所示，气液分离器312内的制冷剂经由吸入流道321被吸入压缩机310，同时高温高压的制冷剂从压缩机310的喷出口310a经由喷出流道322、四位切换阀320以及蒸发器侧送返流道324被导入蒸发器316，在蒸发器316中与室内空气进行热交换(供暖)后蒸发，成为高压的两相制冷剂，并经由流道327被导入膨胀阀318。通过该膨胀阀318，高压制冷剂被减压，被减压后的低压制冷剂经由流道326被导入冷凝器314，在这里与室外空气进行热交换后冷凝，低温低压的制冷剂从冷凝器314经由冷凝器侧送返流道323、四位切换阀320以及返回流道325回到气液分离器312。
被组装到如上所述的冷冻循环中的旋转式四位切换阀，如下述专利文献1中所示那样，基本上具备通过电动机等驱动器而转动的阀芯和能够保持该阀芯转动，并设有阀座部以及阀壳体的阀主体，在该阀主体的阀座部设有第一出入口(冷凝器连通口)以及第二出入口(蒸发器连通口)以及用于将来自压缩机喷出侧的高压制冷剂导入所述阀壳体的高压入口以及用于将低压制冷剂向压缩机吸入侧导出的低压出口，通过使所述阀芯转动，利用设在所述阀芯内的通道部，有选择地使所述第一出入口以及第二出入口中的任意一个与所述高压入口(阀壳体)以及低压出口中的任意一个连通，由此进行流道的切换。
但是，如上所述的以往的旋转式四位切换阀，由于向阀壳体内导入高压制冷剂的同时，使低压制冷剂在阀芯内的通道部中流动，所以阀芯内外的压差变得极大，该压差(高压制冷剂)导致阀芯被阀座部强烈推压，因此，流道切换时阀芯不能顺畅地转动，可能导致流道切换动作迟缓，另外，还存在阀芯和阀座部易磨损的问题。
为了解决这样的问题，本发明的发明人等先前提出了如下结构的四位切换阀(下述专利文献2)。
即，如图3、图4所示，该方案的四位切换阀1’具备通过用于切换流道的电动机等驱动器15转动的阀芯50和能够保持该阀芯50转动的阀主体60，在所述阀芯50内形成有导入高压制冷剂的高压通道部55，所述阀主体60设有阀座部65和阀壳体61，其中，阀座部65设有选择性地连通所述高压通道部55的出口侧的第一出入口13以及第二出入口14，所述阀壳体61经由所述第一出入口13以及第二出入口14选择性地导入低压制冷剂，流道切换时，所述阀芯50中的所述高压通道部55的出口侧端部在所述阀座部65中的所述第一出入口13和第二出入口14之间滑动，设置所述阀芯50等的尺寸形状(具体为倒L形轴部53的下端部54的外径以及方形环(square ring)75的有效内径)，使得由所述高压制冷剂产生的将所述阀芯50向所述阀座部65推压的方向的力被大致抵消。
更详细地说，所述阀芯50具有倒L形轴部53，在该倒L形轴部53内形成用于将高压制冷剂选择性地导入所述第一出入口13以及第二出入口14的倒L形或弯曲状的所述高压通道部55。另外，在所述阀壳体61中的与所述阀座部65相反侧的底部设有用于向所述阀芯50的高压通道部55导入高压流体的高压入口11，而且，设有向所述阀壳体61开口的低压出口12，从而能够作为用于所述冷冻循环的四位切换阀发挥作用。
在所述方案的四位切换阀1’中，在阀芯50内形成导入高压制冷剂的高压通道部55的同时，向阀壳体61内导入低压制冷剂，设定阀芯50等的尺寸形状，使得由高压制冷剂产生的将阀芯50向阀座部65推压的方向的力被大致抵消，因此，能够容易且轻松地进行流道切换动作，同时阀芯50和阀座部65不易磨损，其结果为，提高了耐久性、可靠性。
专利文献1：特开2001-295951号公报
专利文献2：日本专利申请2009-098188号
发明内容
但是，在如上所述的以往的旋转式四位切换阀1’中，通过使阀芯50从图4(A)所示的位置(以下称为第一运转位置)向图4(D)所示的位置(以下称为第二运转位置)转动，以及使其沿反方向转动，来进行流道的切换，换言之，进行使第一出入口13和高压通道部55连通的同时使第二出入口14和低压出口12连通的例如制冷运转状态和使第二出入口14和高压通道部55连通的同时使第一出入口13和低压出口12连通的例如供暖运转状态的切换。
该情况下，在流道切换过渡时(从第一运转位置到第二运转位置以及从第二运转位置到第一运转位置的切换途中)，如图4(B)、(C)所示，由于阀芯50中的高压通道部55的出口侧端部55a(方形环75)以被推压到阀座部65中的第一出入口13和第二出入口14之间的部分的状态滑动，所以高压通道部55的出口侧被阀座部65关闭。
如果在流道切换过渡时如上所述高压通道部55的出口侧被关闭，虽然为极短时间，但是，压缩机喷出侧的高压制冷剂的逸出空间消失，高压制冷剂的压力急剧上升，从而妨碍流道切换动作，有可能发生失效安全(fail-safe)机构误判装置发生异常、故障，从而装置无故停止等问题。
本发明是鉴于上述情况作出的发明，其目的在于提供一种多位切换阀，该多位切换阀在流道切换过渡时，能够抑制高压制冷剂的压力过度上升，不会妨碍流道切换动作，并且不会导致因失效安全机构误判装置中发生异常、故障而使装置无故停止的情况。
为了实现所述目的，本发明的四位切换阀，基本上具有通过用于切换流道的电动机等驱动器转动的阀芯和能够保持该阀芯转动的阀主体，其特征在于，在所述阀芯内形成导入高压流体的高压通道部，所述阀主体设有阀座部和阀壳体，其中，所述阀座部设有能够选择性地连通所述高压通道部的出口侧的第一出入口以及第二出入口，所述阀壳体经由所述第一出入口以及第二出入口选择性地导入低压流体，在流道切换过渡时，所述阀芯中的高压通道部的出口侧端部以被推压到所述阀座部中的第一出入口和第二出入口之间的部分的状态滑动，所述阀座部形成由槽、切口、通孔等构成的逸出通道部，所述逸出通道部用于在流道切换过渡时所述高压通道部的高压制冷剂向所述阀壳体侧逸出。
所述阀芯优选具有倒L形轴部，在该倒L形轴部内形成用于将高压制冷剂选择性地导入所述第一出入口以及第二出入口的倒L形或弯曲状的所述高压通道部。
所述逸出通道部优选形成在所述第一出入口和第二出入口之间，以与所述高压通道部的出口侧端部部分重合的方式，形成俯视时为椭圆形、卵形、勾玉形、饭盒(日式野营饭盒)形等。
在其他优选方式中，在所述阀壳体的所述驱动器侧，设有形成了所述第一出入口以及所述第二出入口的阀座部，在所述阀壳体的与所述驱动器相反侧的底部形成用于向所述阀芯的高压通道部导入高压流体的高压入口。
在其他优选方式中，形成有向所述阀壳体开口的低压出口，从而能够作为四位切换阀发挥作用。
在本发明的多位切换阀中，由于在阀座部中的第一出入口和第二出入口之间形成有由槽、切口、通孔等构成的逸出通道部，所以，在流道切换过渡时，逸出通道部和高压通道部的出口侧端部部分重合，压缩机喷出侧的高压制冷剂从高压通道部通过所述逸出通道部向阀壳体逸出。因此，在流道切换过渡时，能够抑制高压制冷剂的压力过度上升，其结果是，不会妨碍流道切换动作，并且不会导致因失效安全机构误判装置发生异常、故障而使装置无故停止的情况。
附图说明
图1是表示本发明的多位(四位)切换阀的一个实施方式的纵剖视图。
图2是沿图1的X-X箭头线的剖视图。
图3是表示以往的多位(四位)切换阀的一例的纵剖视图。
图4是沿图3的X-X箭头线的剖视图。
图5是表示使用四位切换阀的冷冻循环的一例的图。
图6是用于说明图5所示的四位切换阀的动作的图。
符号说明
1四位切换阀
11高压入口
12低压出口
13第一出入口
14第二出入口
15电动机(驱动器)
16转子
17定子
50阀芯
55高压通道部
60阀主体
61阀壳体
65阀座部
69逸出通道部
具体实施方式
以下，参见附图对本发明的四位切换阀的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的多位(四位)切换阀的一个实施方式的纵剖视图。在本实施方式的四位切换阀1中，对与所述的图3所示的以往的四位切换阀1’的各部分对应的部分标注相同的符号。
图示的四位切换阀1也是用于汽车空调等冷冻循环的部件，具有：阀芯50，该阀芯通过作为驱动器的由转子16以及定子17构成的电动机15转动；能够保持该阀芯50转动的阀主体60。
在本实施方式的四位切换阀1中，在电动机15的转子16和阀芯50之间安装有行星齿轮式减速机构40，转子16的旋转速度被大幅减慢后向阀芯50传递。此外，如果需要行星齿轮式减速机构40的详细结构，请参见例如本发明的申请人申请的特开2008-101765号公报等。
在位于所述阀主体60的电动机15侧的上侧分离体60A上配合固定阀座部65，同时形成阀壳体61，所述阀座部65是使第一出入口13以及第二出入口14隔开适当的角度间隔而形成的。在位于所述阀主体60的所述上侧分离体60A的下侧的下侧分离体60B的底部中央(旋转轴线O上)，设有高压入口11。所述上侧分离体60A形成有与所述第一出入口13相连并具有向圆周侧部开口的第一连接口(接头)63a的倒L形通道部63以及与所述第二出入口14相连并具有向圆周侧部开口的第二连接口(接头)64a的倒L形通道部64。
所述阀芯50从上依次由被连结在所述电动机15内的行星齿轮式减速机构40上的小径轴部51、中央轴部52以及倒L形轴部53构成，在倒L形轴部53内形成有用于将来自高压入口11的高压制冷剂有选择地导入所述第一出入口13以及第二出入口14的倒L形或弯曲状的高压通道部55。高压通道部55由高压入口11侧的下侧通道部55A和阀座部65侧(第一出入口13以及第二出入口14侧)的上侧通道部55B构成，在上侧通道部55B的出口侧端部55a安装有作为密封件的O形环74以及方形环75(后述)。
所述阀芯50的小径轴部51自由转动地嵌插在设置在电动机15侧的厚壁圆筒状导向部49中，所述中央轴部52自由转动地插入形成于所述上侧分离体60A以及阀座部65的中央(旋转轴线O上)的贯通孔66、67中，所述倒L形轴部53的下端部自由转动地插入连续设置在底部中央的高压入口11上的贯通孔68中。
另外，在所述高压通道部55的阀座部65侧的端部55a(出口侧的端部)的内周槽(凹部)上，安装有作为密封部件的O形环74和方形环75。这里，结构为：通过高压通道部55的高压制冷剂，O形环74沿半径方向向外被推压，从而截面从圆形变化到椭圆状，利用该O形环74的形状变化，使方形环75的一端面推压到阀座部65，从而得到密封效果。而且，在阀座部65和所述上侧分离体60A之间也装有作为密封部件的O形环。
而且，在本实施方式的四位切换阀1中，在阀主体60的上下两个位置，配设有自由滑动旋转地支承阀芯50的套筒状的轴承部件81、82，并且，在阀芯50的长边部53A和阀主体60的贯通孔68之间装有密封件83。
在这样构成的四位切换阀1中，通过使阀芯50从图2(A)所示的位置(第一运转位置)向图2(D)所示的位置(第二运转位置)转动，以及通过使其向反方向转动，来进行流道的切换，换言之，进行使第一出入口13和高压通道部55连通的同时使第二出入口14和低压出口12连通的例如制冷运转状态和使第二出入口14和高压通道部55连通的同时使第一出入口13和低压出口12连通的例如供暖运转状态之间的切换。
该情况下，在流道切换过渡时(从第一运转位置向第二运转位置以及从第二运转位置向第一运转位置的切换途中)，如图2(B)、(C)所示，阀芯50中的高压通道部55的出口侧端部55a(方形环75)以被推压至阀座部65中的第一出入口13和第二出入口14之间的部分的状态滑动。
这里，在如上述图3、图4所示的以往的四位切换阀1’中，在所述流道切换过渡时，高压通道部55的出口侧被阀座部65关闭，压缩机喷出侧的高压制冷剂逸出空间消失，高压制冷剂的压力急剧上升，从而妨碍流道切换动作，有可能发生通过失效安全机构误判装置中发生异常、故障，从而装置无故停止等问题，但在本例的四位切换阀1中，能够以如下方式解决所述问题。
即，在所述阀座部65中的所述第一出入口13和第二出入口14之间，形成有由槽孔构成的逸出通道部69，该逸出通道部用于在流道切换过渡时使所述高压通道部55的高压制冷剂向所述阀壳体61侧逸出。该逸出通道部69以与所述高压通道部55的出口侧端部55a部分重合的方式，形成俯视时为饭盒形，即内周侧和外周侧为同心的圆弧，两端为半圆。
这样，通过在阀座部65中的第一出入口13和第二出入口14之间形成由槽孔构成的逸出通道部69，如图2(B)、(C)所示，在流道切换过渡时，逸出通道部69和高压通道部55的出口侧端部55a部分重合，压缩机喷出侧的高压制冷剂从高压通道部55通过所述逸出通道部69向阀壳体61逸出，所以，在流道切换过渡时，能够抑制高压制冷剂的压力过度上升。因此，能够不妨碍流道切换动作，并且，不会导致因失效安全机构误判装置中发生异常、故障而使装置无故停止的情况。
需要说明的是，由于从高压通道部55向阀壳体61逸出的制冷剂通过低压出口12等返回到压缩机吸入侧，所以，不会对空调装置(汽车空调)的运转产生任何不好的影响。另外，在阀芯50位于图2(A)所示的第一运转位置时，以及位于图2(D)所示的第二运转位置时，由于逸出通道部69和高压通道部55的出口侧端部55a完全没有重合，所以，高压制冷剂不会向阀壳体61漏出。
在上述实施方式中，对本发明适用于作为多位切换阀的一种的四位切换阀的情况进行了说明，但是，本发明同样能够适用于除四位切换阀以外的、例如没有所述低压出口12的三位切换阀等。

Claims (6)

1.一种多位切换阀，具备利用用于切换流道的电动机等驱动器转动的阀芯和能够保持该阀芯转动的阀主体，其特征在于，
在所述阀芯内形成有导入高压流体的高压通道部，所述阀主体设有阀座部和阀壳体，所述阀座部设有能够选择性地连通所述高压通道部的出口侧的第一出入口以及第二出入口，所述阀壳体经由所述第一出入口以及第二出入口选择性地导入低压流体，在流道切换过渡时，所述阀芯中的高压通道部的出口侧端部能够以被推压至所述阀座部中的第一出入口和第二出入口之间的部分的状态进行滑动，
在所述阀座部上形成有用于在流道切换过渡时使所述高压通道部的高压制冷剂向所述阀壳体侧逸出的逸出通道部，所述逸出通道部形成在所述第一出入口和第二出入口之间，并且所述逸出通道部在流道切换过渡时与所述高压通道部的出口侧端部部分重合。
2.如权利要求1所述的多位切换阀，其特征在于，所述阀芯具备倒L形轴部，在该倒L形轴部内形成有用于将高压制冷剂选择性地导入所述第一出入口以及第二出入口的倒L形或弯曲状的所述高压通道部。
3.如权利要求1或2所述的多位切换阀，其特征在于，在所述阀壳体的所述驱动器侧，设有形成了所述第一出入口以及所述第二出入口的阀座部，在所述阀壳体的与所述驱动器相反侧的底部形成有用于向所述阀芯的高压通道部导入高压流体的高压入口。
4.如权利要求1所述的多位切换阀，其特征在于，形成有向所述阀壳体开口的低压出口，从而使多位切换阀作为四位切换阀发挥作用。
5.如权利要求2所述的多位切换阀，其特征在于，形成有向所述阀壳体开口的低压出口，从而使多位切换阀作为四位切换阀发挥作用。
6.如权利要求3所述的多位切换阀，其特征在于，形成有向所述阀壳体开口的低压出口，从而使多位切换阀作为四位切换阀发挥作用。
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