CN105987202B - 旋转式流路切换阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转式流路切换阀，包括：阀体部件，具有阀腔，阀腔呈锥台状；阀芯，与阀腔形状相适配，阀芯可转动地设置在阀腔内，阀芯和阀体部件的侧壁之间形成相互独立的高压通道和低压通道，阀芯具有沿其轴线方向的第一端和第二端，阀芯的第一端的面积小于阀芯的第二端的面积；驱动装置，位于阀芯的第一端并与阀芯驱动连接以驱动阀芯转动；阀芯的第一端或者第二端与阀体部件之间形成控制腔；旋转式流路切换阀还包括控制机构，控制机构使控制腔与高压通道连通或者使控制腔与低压通道连通，以使阀芯能够沿其轴线方向上下移动。本发明的技术方案解决了现有技术中电机驱动传动机构来控制阀芯升降而导致产品体积较大，传动机构易磨损的问题。

Description

旋转式流路切换阀

技术领域

本发明涉及切换阀技术领域，具体而言，涉及一种旋转式流路切换阀。

背景技术

在现有技术中，旋转式切换阀利用驱动装置来实现阀芯的抬升和转动。具体地，驱动装置包括电机、减速机构以及传动机构。电机通过减速机构作用在传动机构上，传动机构带动阀芯的抬升和转动。驱动装置带动阀芯抬升到位后带动阀芯转动一定角度，再由弹簧力使阀芯贴紧阀体部件，从而实现流路的切换。

在现有技术中，抬升阀芯需要较大的扭矩，这需要减速比大的减速机构来放大电机扭矩。同时，阀芯抬升后四通阀的四个管口全部连通，四个管口连通时间太久就会对系统的压缩机造成破坏性的影响，因此四通阀的换向时间不宜过长，而减速机构输出的转速直接影响该过程的时间长短，故当减速比增大时，为了保证输出转速，电机的转速也相应增大；扭矩和转速的增加会导致电机功率的增大，从而导致电机的外形增大，最终影响成品体积增大。

另外，在现有技术中，阀芯抬升的高低，由传动机构错位时的距离决定，由于阀芯抬升后四管全通的制约，阀芯抬升距离不宜过大，但是随着成品的不断使用，传动机构一直在相对滑动，会导致运动部件滑动面的不断磨损，从而使错位距离越来越小，最终导致阀芯无法抬升，影响该产品的使用寿命。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种旋转式流路切换阀，以解决现有技术中电机驱动传动机构来控制阀芯升降而导致产品体积较大，传动机构易磨损的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种旋转式流路切换阀，包括：阀体部件，具有阀腔，阀腔呈锥台状；阀芯，与阀腔形状相适配，阀芯可转动地设置在阀腔内，阀芯和阀体部件的侧壁之间形成相互独立的高压通道和低压通道，阀芯具有沿其轴线方向的第一端和第二端，阀芯的第一端的面积小于阀芯的第二端的面积；驱动装置，位于阀芯的第一端并与阀芯驱动连接以驱动阀芯转动；阀芯的第一端或者第二端与阀体部件之间形成控制腔；旋转式流路切换阀还包括控制机构，控制机构使控制腔与高压通道连通或者使控制腔与低压通道连通，以使阀芯能够沿其轴线方向上下移动。

进一步地，阀芯的第二端与阀体部件之间形成控制腔；控制机构包括：用于连通控制腔与高压通道以及用于连通控制腔与低压通道的控制管路；控制阀，设置在控制管路上。

进一步地，控制阀为三通阀，三通阀具有第一阀口、第二阀口以及第三阀口，第一阀口可选择地与第二阀口或者第三阀口连通；控制管路包括连通控制腔和第一阀口的第一管路、连通高压通道与第二阀口的第二管路以及连通在高压通道与第三阀口的第三管路。

进一步地，阀芯的第一端与阀体部件之间形成第一腔体，阀芯的第二端和阀体部件之间形成相互独立的第二腔体和第三腔体，第三腔体位于第二腔体的周向外侧，第二腔体形成控制腔。

进一步地，高压通道与第一腔体和第三腔体均连通，或者低压通道与第一腔体和第三腔体均连通，或者高压通道和低压通道中的一个与第一腔体连通且高压通道和低压通道中的另一个与第三腔体连通。

进一步地，高压通道与第一腔体和第三腔体均连通，或者低压通道与第一腔体和第三腔体均连通，第二腔体的横截面积S₁满足以下条件：S₃＜S₁，其中，S₃为阀芯的第一端表面积和第二端表面积的差值的一半。

进一步地，第二腔体的横截面积S₁满足以下条件：1.1S₃≤S₁≤1.5S₃，其中，S₃为阀芯的第一端表面积和第二端表面积的差值的一半。

进一步地，阀芯和阀体部件之间设置有用于隔离第二腔体和第三腔体的密封件。

进一步地，阀芯包括第一盘体、第二盘体以及位于第一盘体和第二盘体之间的分隔部，第一盘体形成阀芯的第一端，第二盘体形成阀芯的第二端。

进一步地，第一盘体上形成有连通高压通道和第一腔体的第一连通孔，第二盘体上形成有连通高压通道和第三腔体的第二连通孔。

应用本发明的技术方案，增设了控制腔及与控制腔配合的控制机构。其中，控制腔形成在阀芯的第一端或者第二端与阀体部件之间，控制机构使控制腔与高压通道连通或者与低压通道连通，以使阀芯能够沿其轴线方向上下移动。旋转式流路切换阀正常工作时，阀芯受到的合力向上从而压紧阀体部件。当阀芯需要转动时，可通过改变控制腔内的压力，使得阀芯的合力向下从而脱离阀体部件。这样，阀芯的上下移动可以通过控制腔及控制机构来控制。进而，本发明的技术方案可以通过高压通道或者低压通道内的气压实现阀芯的上下移动，无需再使用电机控制减速机构及运动机构的方式来实现。因此，减速机构及运动机构可以被移除。这样就能够有效地减小产品体积。同时，也大大减小产品由于机械磨损而导致的使用寿命降低的风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的旋转式切换阀的实施例的纵剖示意图，在本图中，控制腔与高压通道连通；

图2示出了图1的旋转式切换阀的控制腔与低压通道连通的示意图；

图3示出了图1的旋转式流路切换阀的A处放大示意图；

图4示出了图1的旋转式流路切换阀的阀芯的结构示意图；

图5示出了图4的阀芯的仰视示意图；以及

图6示出了图4的阀芯的俯视示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、阀体部件；20、阀芯；21、第一盘体；211、第一连通孔；22、第二盘体；221、第二连通孔；23、分隔部；30、三通阀；31、第一阀口；32、第二阀口；33、第三阀口；41、第一腔体；42、第二腔体；43、第三腔体；50、电机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本实施例的旋转式流路切换阀包括：阀体部件10、阀芯20、驱动装置以及控制机构。其中，阀体部件10具有阀腔，阀腔呈锥台状。阀芯20与阀腔形状相适配，阀芯20可转动地设置在阀腔内。阀芯20和阀体部件10的侧壁之间形成相互独立的高压通道和低压通道。阀芯20具有沿其轴线方向的第一端和第二端，阀芯20的第一端的面积小于阀芯20的第二端的面积。驱动装置位于阀芯20的第一端并与阀芯20驱动连接以驱动阀芯20转动。驱动装置包括电机50，阀芯20的第二端与阀体部件10之间形成控制腔。控制机构使控制腔与高压通道连通或者与低压通道连通，以使阀芯20能够沿其轴线方向上下移动。

应用本实施例的技术方案，增设了控制腔及与控制腔配合的控制机构。其中，控制腔形成在阀芯的第一端或者第二端与阀体部件之间，控制机构使控制腔与高压通道连通或者与低压通道连通，以使阀芯能够沿其轴线方向上下移动。旋转式流路切换阀正常工作时，阀芯受到的合力向上从而压紧阀体部件。当阀芯需要转动时，可通过改变控制腔内的压力，使得阀芯的合力向下从而脱离阀体部件。这样，阀芯的上下移动可以通过控制腔及控制机构来控制。进而，本实施例的技术方案可以通过高压通道或者低压通道内的气压实现阀芯的上下移动，无需再使用电机控制减速机构及运动机构的方式来实现。因此，减速机构及运动机构可以被移除。这样就能够有效地减小产品体积。同时，也大大减小产品由于机械磨损而导致的使用寿命降低的风险。

如图1所示，在本实施例中，控制机构包括：控制管路和控制阀。控制管路用于连通控制腔与高压通道以及用于连通控制腔与低压通道。控制阀设置在控制管路上。当正常工作时，通过控制阀的切换使得控制腔与高压通道连通(如图1所示)，则阀芯20受到的合力向上，阀芯20会贴紧阀体部件10。当需要旋转阀芯20时，通过控制阀切换使得控制腔与低压通道连通(如图2所示)，则阀芯20受到的合力向下，这样阀芯20脱离阀体部件10。因此，阀芯20脱离阀体组件10所需的力由气压提供，无需由电机提供，上述结构使得电机驱动阀芯20的旋转所需的扭矩大大减小，相应地，驱动所用的电机的输出功率也大幅的减小，进而电机整体的体积就会大大减小。阀芯20的升降是通过气体压力改变实现的，进而旋转式流路切换阀不需要传动机构就能实现阀芯的升降，这样可以延长旋转式流路切换阀的使用寿命。上述结构使得控制机构结构简单，容易实现，并且成本较低。

为了进一步简化结构，如图1所示，在本实施例中，控制阀为三通阀30，三通阀30具有第一阀口31、第二阀口32以及第三阀口33，第一阀口31可选择地与第二阀口32或者第三阀口33连通。控制管路包括连通控制腔和第一阀口的第一管路、连通高压通道与第二阀口的第二管路以及连通高压通道与第三阀口的第三管路。上述结构简单，容易实现。

当然，作为本领域技术人员知道，控制机构的结构并不限于此，只要能够实现使控制腔与高压通道连通或者与低压通道连通进而控制阀芯20移动即可。例如，控制腔连接有两条控制管路，分别连接到高压通道和低压通道，并在两条控制管路上分别设有阀门进行控制。正常工作时，控制腔和高压通道相连的控制线上的阀门打开，控制腔和低压通道相连的控制线上的阀门关闭。当需要旋转阀芯20时，控制腔和高压通道相连的控制线上的阀门关闭，控制腔和低压通道相连的控制线上的阀门打开。上述的阀门可以是电动球阀或者电磁阀。

如图1所示，在本实施例中，阀芯20的第一端与阀体部件10之间形成第一腔体41，阀芯20的第二端和阀体部件10之间形成相互独立的第二腔体42和第三腔体43，第三腔体43位于第二腔体42的周向外侧，第二腔体42形成控制腔。

在本实施例中，高压通道与第一腔体41和第三腔体43均连通，这样使得第一腔体41和第三腔体43内的气压与高压通道内的气压相等。高压通道与第一腔体41和第三腔体43均连通，第二腔体42的横截面积S₁满足以下条件：

S₃＜S₁，

其中，S₃为阀芯20的第一端表面积和第二端表面积的差值的一半。进一步优选地，1.1S₃≤S₁≤1.5S₃，

对于本领域的技术人员来说，从上述的技术分析上能够理解到，本专利中定义的第二腔体42的横截面积S₁、阀芯的第一端和第二端表面积S₂/S₃，都是指产生压力变化的有效面积(垂直于轴线方向的投影面的面积)。

在本实施例中，如图3所示，阀芯20和阀体部件10之间设置有用于隔离第二腔体42和第三腔体43的密封件，该密封件优选为密封圈。这样能够保证第二腔体42和第三腔体43之间相互独立。

如图1所示，在本实施例中，阀腔呈上小下大的锥台形，相应的，阀芯20也为上小下大的锥台形，即阀芯20的第一端表面积小于阀芯20的第二端表面积。在本实施例中，阀芯20包括第一盘体21、第二盘体22以及位于第一盘体21和第二盘体22之间的分隔部23，第一盘体21形成阀芯20的第一端，第二盘体22形成阀芯20的第二端。

第一盘体21上形成有连通高压通道和第一腔体41的第一连通孔211，第二盘体22上形成有连通高压通道和第三腔体43的第二连通孔221。上述第一连通孔211和第二连通孔221加工方便，容易实现。

接下来结合图1至图6对阀芯20的受力分析进行详细介绍。

当第一腔体41和第三腔体43内均为高压P₁时，阀芯20两侧一边为高压P₁，一边为低压P₂，第二腔体42内的压力为P(该P为变化值，可以等于P₁或P₂)。所以气压对于阀芯20的作用力可以等效于图3所示的五个力，上述五个力具体如下：

F₁：阀芯20与阀体部件10的底盖之间形成的第二腔体42内的气压P对阀芯20的作用力，方向向上，大小为P·S₁，其中S₁为第二腔体42的横截面积；

F₂：阀芯20与阀体部件10的底盖之间形成的第三腔体43的气压P₁对阀芯20的作用力，方向向上，大小为P₁·S₂，其中S₂为第三腔体43的横截面积；

F₃：阀芯20的低压通道对阀芯20的等效作用力，该等效作用力等于低压通道对第一盘体21的作用力与低压通道对第二盘体22的作用力之间的差值，方向向下，大小P₂·S₃，S₃为阀芯20的第一端表面积和第二端表面积的差值的一半；

F₄：阀芯20与阀体部件10之间形成的第一腔体41的气压P₁对阀芯20的作用力，方向向下，大小为P₁·S₄，其中S₄为阀芯20的第一端表面积；

F₅：阀芯20的高压通道对阀芯20的等效作用力，该等效作用力等于高压通道对第一盘体21的作用力与低压通道对第二盘体22的作用力之间的差值，方向向下，大小P₁·S₃，S₃为阀芯20的第一端表面积和第二端表面积的差值的一半。

假定向上的作用力为正，则阀芯20受到的合力F＝F₁+F₂-F₃-F₄-F₅＝P·S₁+P₁·S₂-P₂·S₃-P₁·S₄-P₁·S₃＝P₁(S₂-S₄-S₃)+P·S₁-P₂·S₃，由图4至图6可知，S₂+S₁＝S₄+2S₃，则当旋转式流路切换阀处于图1所示状态时，P＝P₁，F＝P₁(S₂+S₁-S₄-S₃)-P₂·S₃＝(P₁-P₂)·S₃。由于P₁＞P₂，所以F为正值，气压力方向向上，阀芯20贴紧阀体部件10。

当旋转式流路切换阀处于图2所示状态时，P＝P₂，F＝P₁(S₂-S₄-S₃)+P₂·(S₁-S₃)＝P₁(S₃-S₁)-P₂·(S₁-S₃)＝(P₁-P₂)·(S₃-S₁)，由于P₁＞P₂，要使该状态下F为负值，即气压力方向向下，阀芯20脱离阀体部件10，需使S₃＜S₁；

当旋转式流路切换阀处于图2所示状态时，第一腔体41内为高压，第三腔体43内为低压，即F使阀芯20脱离阀体部件10，同时会对底盖产生一个冲击力，致使底盖与阀体部件本体的连接受到冲击，故S₁不宜过大，本发明优先设计选用在1.5S₃范围内。另一方面，考虑加工误差及推动力，S₁优先设计选用1.1S₃以上，即优选面积1.1S₃≤S₁≤1.5S₃。

当然，作为本领域技术人员知道，控制腔并不限于由第二腔体42形成。第一腔体41或者第三腔体43也可以形成控制腔，当然，重新确定控制腔后需要对阀芯重新进行受力分析，使控制机构控制阀芯20按照要求移动即可。在上述实施方式中，需要根据具体的受力情况来限定S₁和S₃的尺寸，在此不再赘述。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

采用新发明结构的旋转式流路切换阀，一方面，通过设置控制腔及控制机构，使原有四通阀的减速机构、运动机构可以被移除，利用气压力，使阀芯实现迅速地抬升、回复，可大大降低电机的输出功率，减小了电机的体积，降低生产成本；另一方面，可大大减小产品由于机械磨损而使用寿命降低的风险，且因不需要考虑机械磨损对阀芯抬升行程的影响，阀芯抬升的距离可以相对较小，当阀进行动作换向时，阀的高压端管口与低压端口管口内流量较小，降低了对压缩机的破坏效果，提升了产品的使用寿命；再有，阀芯的抬升、回复均是利用气压差，阀芯动作时间明显缩短，进一步减低了对压缩机造成破坏的风险。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种旋转式流路切换阀，包括：

阀体部件(10)，具有阀腔，所述阀腔呈锥台状；

阀芯(20)，与所述阀腔形状相适配，所述阀芯(20)可转动地设置在所述阀腔内，所述阀芯(20)和所述阀体部件(10)的侧壁之间形成相互独立的高压通道和低压通道，所述阀芯(20)具有沿其轴线方向的第一端和第二端，所述阀芯(20)的第一端的面积小于所述阀芯(20)的第二端的面积；

驱动装置，位于所述阀芯(20)的第一端并与所述阀芯(20)驱动连接以驱动所述阀芯(20)转动；

其特征在于，

所述阀芯(20)的第一端或者第二端与所述阀体部件(10)之间形成控制腔；

所述旋转式流路切换阀还包括控制机构，所述控制机构使所述控制腔与所述高压通道连通或者使所述控制腔与所述低压通道连通，以使阀芯(20)能够沿其轴线方向上下移动；

所述阀芯(20)的第二端与所述阀体部件(10)之间形成所述控制腔；

所述控制机构包括：

用于连通所述控制腔与所述高压通道以及用于连通所述控制腔与所述低压通道的控制管路；

控制阀，设置在所述控制管路上。

2.根据权利要求1所述的旋转式流路切换阀，其特征在于，

所述控制阀为三通阀(30)，所述三通阀(30)具有第一阀口(31)、第二阀口(32)以及第三阀口(33)，所述第一阀口(31)可选择地与所述第二阀口(32)或者第三阀口(33)连通；

所述控制管路包括连通所述控制腔和所述第一阀口(31)的第一管路、连通所述高压通道与所述第二阀口(32)的第二管路以及连通在所述高压通道与所述第三阀口(33)的第三管路。

3.根据权利要求1或2所述的旋转式流路切换阀，其特征在于，所述阀芯(20)的第一端与所述阀体部件(10)之间形成第一腔体(41)，所述阀芯(20)的第二端和所述阀体部件(10)之间形成相互独立的第二腔体(42)和第三腔体(43)，所述第三腔体(43)位于所述第二腔体(42)的周向外侧，所述第二腔体(42)形成所述控制腔。

4.根据权利要求3所述的旋转式流路切换阀，其特征在于，

所述高压通道与所述第一腔体(41)和所述第三腔体(43)均连通，或者

所述低压通道与所述第一腔体(41)和所述第三腔体(43)均连通，或者

所述高压通道和所述低压通道中的一个与所述第一腔体(41)连通且所述高压通道和所述低压通道中的另一个与所述第三腔体(43)连通。

5.根据权利要求4所述的旋转式流路切换阀，其特征在于，所述高压通道与所述第一腔体(41)和所述第三腔体(43)均连通，或者所述低压通道与所述第一腔体(41)和所述第三腔体(43)均连通，所述第二腔体(42)的横截面积S₁满足以下条件：

S₃＜S₁，

其中，所述S₃为阀芯(20)的第一端表面积和第二端表面积的差值的一半。

6.根据权利要求5所述的旋转式流路切换阀，其特征在于，所述第二腔体(42)的横截面积S₁满足以下条件：

1.1S₃≤S₁≤1.5S₃，

其中，所述S₃为阀芯(20)的第一端表面积和第二端表面积的差值的一半。

7.根据权利要求3所述的旋转式流路切换阀，其特征在于，所述阀芯(20)和所述阀体部件(10)之间设置有用于隔离所述第二腔体(42)和所述第三腔体(43)的密封件。

8.根据权利要求3所述的旋转式流路切换阀，其特征在于，所述阀芯(20)包括第一盘体(21)、第二盘体(22)以及位于所述第一盘体(21)和所述第二盘体(22)之间的分隔部(23)，所述第一盘体(21)形成所述阀芯(20)的第一端，所述第二盘体(22)形成所述阀芯(20)的第二端。

9.根据权利要求8所述的旋转式流路切换阀，其特征在于，所述第一盘体(21)上形成有连通所述高压通道和所述第一腔体(41)的第一连通孔(211)，所述第二盘体(22)上形成有连通所述高压通道和所述第三腔体(43)的第二连通孔(221)。