CN106481840A - 用于调节装置、加热器和冷却器之间的流体流动的阀 - Google Patents

用于调节装置、加热器和冷却器之间的流体流动的阀 Download PDF

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Abstract

一种阀，其引导从一装置接收的流体流动到加热器和冷却器中之一。阀包括阀芯，其在第一、第二和第三位置之间可移动地设置壳体中。致动器与流体连通至所述流体。致动器包括智能材料，其在流体温度不大于第一温度时不启用，在流体温度大于第一温度时部分地启用，且在流体温度至少等于第二温度时完全启用。当不启用时，阀芯移动到第一位置，且流体从空腔流动到加热器。当部分地启用时，阀芯移动到第二位置，以阻止流体流动到加热器和冷却器中的每一个。当完全启用时，阀芯移动到第三位置，且流体从空腔流动到冷却器。

Description

用于调节装置、加热器和冷却器之间的流体流动的阀
技术领域
本发明涉及被构造为用于调节流体在装置与加热器和冷却器之间的流动的阀。
背景技术
为了正确运行，用于车辆变速器或非汽车应用(例如HVAC系统)需要供应流体，例如常规的变速器油。流体可以用于例如冷却和润滑的作用。变速器油系统的润滑和冷却极大地影响变速器的可靠性和耐久性。另外，多速动力变速器需要流体，以便基于期望的方式控制各种扭矩传递机构的接合和分离，所述各种扭矩传递机构操作为建立内部齿轮被构造的速度比。
发明内容
一种流体回路，其被构造为用于调节流体的流动。流体回路包括装置、加热器、冷却器和阀。装置被构造为用于根据流体温度来接收和排出流体。加热器被构造为用于接收流体、加热流体和排出流体到装置。冷却器被构造为用于接收流体、冷却流体和排出流体到装置。阀被构造为用于根据流体的温度引导从装置接收的流体流动到加热器和冷却器中之一。
阀包括壳体、阀芯(spool)和致动器。壳体限定在第一端和第二端之间纵向延伸的空腔。空腔被构造为用于接收和排出流体。阀芯设置在空腔中、且可以在空腔中地、在第一位置、第二位置和第三位置之间纵向移动。
致动器操作性地设置在空腔中，且被构造为与从装置接收的流体持续地流体连通。致动器包括智能材料，其被构造为响应于不大于第一温度的温度而不被启用，以使得智能材料不启用致动器。智能材料被构造为响应于至少等于第二温度的流体温度而被完全启用，以使得智能材料的完全启用致使致动器完全启用。智能材料还被构造为响应于大于第一温度且小于第二温度的温度而被部分启用，以使得智能材料致使致动器部分启用。
致动器被构造为在致动器部分地启用时持续作用在阀芯上，使得阀芯移动到第二位置。致动器被构造为在致动器完全启用时持续作用在阀芯上，使得阀芯移动到第三位置。当阀芯处于第一位置时，流体被允许从空腔流动到加热器，且从加热器流动到装置。当阀芯处于第二位置时，流体被阻止流动到加热器和冷却器。当阀芯处于第三位置时，流体被允许从空腔流动到冷却器，且从冷却器流动到装置。
下文结合附图对实施本发明的较佳模式(一个或多个)和实施例(一个或多个)做出的详尽描述，其中，能够容易地理解本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势。
附图说明
图1是车辆的装置流体回路的示意图，车辆具有装置、冷却器、加热器、和处于第一位置的阀，使得流体从装置流动到阀，从阀流动到加热器，并从加热器流动到装置。
图2是阀处于第二位置的流体回路的示意图，使得流体从装置流动到阀，并且阀限制流体从中流动回到装置。
图3是阀处于第三位置的流体回路的示意图，使得流体从装置流动到阀，从阀流动到冷却器，并从冷却器流动到装置。
图4是流体回路中的阀的第一实施例的示意性截面图，阀被显示为处于第一位置。
图5是流体回路中的图4的阀的示意性截面图，阀被显示为处于第二位置。
图6是流体回路中的图4的阀的示意性截面图，阀被显示为处于第三位置。
图7是流体回路中的阀的第二实施例的示意性截面图，阀被显示为处于第一位置。
图8是流体回路中的图7的阀的示意性截面图，阀被显示为处于第二位置。
图9是在流体回路的图7的阀的示意性截面图，阀被显示为处于第三位置。
图10是流体回路中的阀的第三实施例的示意性截面图，阀被显示为处于第一位置。
图11是流体回路中的图10的阀的示意性截面图，阀被显示为处于第二位置。
图12是在流体回路的图10的阀的示意性截面图，阀被显示为处于第三位置。
图13是流体回路中的阀的第四实施例的示意性截面图，阀被显示为处于第一位置。
图14是流体回路中的图13的阀的示意性截面图，阀被显示为处于第二位置。
图15是在流体回路的图13的阀的示意性截面图，阀被显示为处于第三位置。
具体实施方式
参见附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，在图1-3中流体回路通常用10显示。变速器流体回路10包括装置12、冷却器14、加热器15和阀16。如将在下文详细描述的，阀16被构造用于调节装置12、冷却器14和加热器15之间的流体18的循环流动。装置12可以是变速器，例如用于车辆11的自动变速器，其被构造为用于接收和排出流体18。流体18可以是自动变速器流体(automatic transmission fluid)(ATF)等。进而，装置12可以并入除车辆之外的应用中。例如，装置12可以并入到建筑物、船舶、飞行器、家电等的HVAC系统中。
存在于装置12中的流体18具有根据温度而改变的粘性。在流体18的温度不高于期望工作温度之前，粘性较高，从而导致寄生损失(parasitic losses)和降低的燃料经济性。参考图1，当流体低于期望工作温度时，阀16处于第一位置34，使得阀16引导流体18从装置12流动到加热器15、并从加热器15流动到装置12。加热器15将流体18加热到期望的工作温度、并引导被加热的流体18流向装置12。加热器15可以是换热器、电加热器、油-发动机冷却剂换热器等。
冷却器14可以是自动装置流体冷却器14等。参考图3，阀16处于第三位置37，使得冷却器14从阀16接收流体18、冷却流体18、并排出经冷却的流体18，所述流体最终流动回到装置12。应理解，出于简洁的目的，附图显示流体18在离开加热器15或冷却器14之后直接流动到装置12。然而，本领域技术人员应理解，流体18可以在返回到装置12之前流动通过其他部件。
图1-3之间参考，阀16、116、216、316可在三个位置(即第一位置34、第二位置36和第三位置37)之间移动。为了在运行期间对装置12的流体18加热，当从装置12排出的流体18不大于第一温度(图1)时，阀16、116、216、316处在第一位置34，并被构造为引导流体18从装置12流动到加热器15、并从加热器15流动到装置12。然而，当从装置12排出的流体18处于大于第一温度但是小于第二温度的中间温度时，阀16、116、216、316处在第二位置36，并可以阻止或限制从阀16、116、216、316排出流体18流到装置(图2)。另外，为了在运行期间冷却装置12的流体18，当从装置12排出的流体18至少等于第二温度时，阀16、116、216、316处于第三位置37，并被构造为引导流体18从装置12流动到冷却器14、并从冷却器14流动到装置12(图3)。因此，加热器15仅在流体18不大于第一温度时运行，冷却器14仅在流体18至少等于第二温度时运行，这致使通过阻止加热器15或冷却器14在大于第一流体温度和小于第二流体温度的温度下的不必要运行而节省车辆能量。作为非限制性示例，第一温度可以是90摄氏度(℃)，第二温度可以是105℃。应理解，阀还可以被构造为响应于其他温度在一些位置之间移动。
大致参见图4-15所示的实施例，相应阀16、116、216、316每一个包括壳体20、阀芯(spool)22、致动器24和偏压装置26。壳体20限定空腔28，所述空腔在第一端30和第二端32之间纵向延伸。空腔28被构造为用于接收和排出流体18。阀芯22设置在空腔28中且在其中在第一位置34(图4、7、10、13)、第二位置36(图5、8、11、14)和第三位置37(图6、9、12、15)之间纵向移动。当阀芯22处于第一位置34时，流体18被允许从装置12流动到空腔28，从空腔28流动到加热器15，并从加热器15流动到装置12。再次参见图5、8、11、14，流体18被允许从装置12流动到空腔28，其中，当阀芯22处于第二位置36时，阀芯22可以被限制或阻挡或以其他方式阻止流体18离开阀16。最后，再次参见图6、9、12、15，当阀芯22处于第三位置37时，流体18被允许从装置12流动到空腔28，从空腔28流动到冷却器14，并从冷却器14流动到装置12。
再次参见图1-3，第一流体通道17设置在阀16、116、216、316的壳体20和装置12之间，且与之流体连通。第二流体通道19设置在阀16、116、216、316的壳体20和装置12之间，且与之流体连通，加热器15设置为与第二流体通道19流体连通。第三流体通道21设置在壳体20和装置12之间，并与之流体连通，冷却器14设置为与第三流体通道21流体连通。壳体20限定第一入口58、第一出口62和第二出口64，其每一个与空腔28流体连通。因此，第一入口58与第一流体通道17流体连通，第一出口62与第二流体通道19流体连通，且第二出口64与第三流体通道21流体连通。
大致参见图4-15，致动器24设置在与流体18流体连通的空腔28中。致动器24包括智能材料40，其可以是形状记忆合金(SMA)材料，其被构造为响应于不大于第一温度的空腔28中的流体18而停用或不启用(deactivated)，即处于第一状态，使得SMA材料40不启用致动器24且阀16、116、216、316处于第一位置34(图4、7、10、13)。进一步地，SMA材料40被构造为响应于具有大于第一温度和小于第二温度的空腔28中流体18而被部分地启用，即处于第二状态，使得SMA材料40部分地启用且阀16、116、216、316处于第二位置36(图5、8、11、14)。另外，SMA材料40被构造为响应于具有至少第二温度的空腔28中流体18而完全启用，即处于第三状态，使得SMA材料40的启用能启用致动器24且阀16、116、216、316处于第三位置(图6、9、12、15)。SMA材料40在其相变过程中呈现温度滞后(temperature hysteresis)。滞后现象的量通常在五摄氏度到四十摄氏度(℃)之间。具体应用中，滞后现象的具体量是若干个参数的函数，包括SMA材料40的材料配方和SMA材料40的应力状态。
SMA材料40具有响应于暴露于至少第一温度的温度和低于第二温度(其通常比第一温度高)的温度而可在奥氏体和马氏体之间转变的结晶相。如在本文使用的，术语SMA是指呈现形状记忆效果的合金。即SMA材料40可以经由原子重构而经历固态相变，以在马氏体相(即“马氏体”)和奥氏体相(即“奥氏体”)之间转变。换句话说，SMA材料40可以经历位移性转变(displacive transformation)而不是扩散性转变(diffusional transformation)，以在马氏体和奥氏体之间转变。位移性转变是通过原子(或原子团)相对于其邻近的原子(或原子团)的协调移动而发生的结构变化。通常，马氏体相是指相对较低温度的相，并且，通常比相对较高温度的奥氏体相更易变形。形状记忆合金材料开始从奥氏体相转变为马氏体相的温度被称为马氏体开始温度，Ms。SMA材料40完成从奥氏体相到马氏体相转变时的温度被称为马氏体完成温度，Mf。类似地，在SMA材料40被加热时，SMA材料40开始从马氏体相变化到奥氏体相的温度被称为奥氏体开始温度，As。SMA材料40完成从马氏体相到奥氏体相变化时的温度被称为奥氏体完成温度，Af。
SMA材料40的特征可以在于冷态，即在SMA材料40的温度低于SMA材料40的马氏体完成温度Mf时。同样，SMA材料40特征还可以在于热态，即在SMA材料40的温度高于SMA材料40的奥氏体完成温度Af时。
在操作中，被预先施加应变(pre-strained)或经历拉伸应力的SMA材料40可在改变结晶相时改变尺寸，以由此将热能转换成机械能。即SMA材料40的结晶相可以从马氏体改变为奥氏体，并且，如果被预先施加假塑性(pseudoplastical)应变，则由此在尺寸上收缩，以便将热能转换成机械能。相反地，SMA材料40的结晶相可以从奥氏体改变到马氏体，并且，如果处于应力下，则由此在尺寸上膨胀。
“假塑性预应变”是指在处于马氏体相的同时拉伸SMA材料40，使得SMA材料40在该载荷状态下所呈现的应变在不受载荷时不完全恢复，其中纯粹的弹性应变将完全恢复。在SMA材料40的情况下，可以对材料施加载荷，使得弹性应变限制被超越，且在超过SMA材料40的真塑性应变极限之前在材料的马氏体晶体结构中发生变形。这两个极限之间的这类应变是假塑性应变，之所以这样说，是因为在卸除载荷时其表现为已经塑性变形，但是当被加热到SMA材料40转变到其奥氏体相的点时，该应变可恢复，使SMA材料40返回到在经历任何施加载荷之前所处的原始长度。
SMA材料40可以具有任何合适的成分。具体说，SMA材料40可以包括从以下元素组中选择的元素，包括：钴，镍，钛，铟，锰，铁，钯，锌，铜，银，金，镉，锡，硅，铂，镓，和其组合。例如，合适的SMA材料40可以包括镍钛基合金，镍铝基合金，镍镓基合金，铟钛基合金，铟镉基合金，镍钴铝基合金，镍锰镓基合金，铜基合金(例如铜锌合金，铜铝合金，铜金合金，和铜锡合金)，金镉基合金，银镉基合金，锰铜基合金，铁铂基合金，铁钯基合金，和其组合。SMA材料40可是二元、三元或任何更高元的，只要SMA材料40呈现形状记忆效果，例如记忆形状取向的变化、缓冲能力的变化等。
在图4-6和10-15所示的实施例中，SMA材料40在被启用时在纵向上扩张。同样，在图7-9所示的实施例中，SMA材料40在被启用时在纵向上收缩。
致动器24通过大于第一温度的流体18的温度而被启用。当致动器24被启用时，致动器24作用在阀芯22上以使阀芯22从图4、7、10、13所示的第一位置34移动到图5、8、11、14所示的第二位置36。随流体18的温度增加到至少等于第二温度，致动器24继续作用在阀芯22上以使阀芯22从图5、8、11、14所示的第二位置36移动到图6、9、12、15所示的第三位置37。当阀芯22处于第一位置34时，流体18被允许从装置12流动到阀16、116、216、316的空腔28，从空腔28流动到加热器15，并从加热器15流动到装置12。当阀芯22处于第二位置36时，流体18被允许从装置12流动到阀16、116、216、316的空腔28，其中，阀芯22限制或阻止流体18通过第一或第二出口62、64离开阀16、116、216、316。同样，当阀芯22处于第三位置37时，如图6、9、12、15所示，流体18被允许从装置12流动到空腔28，从空腔28流动到冷却器14，并从冷却器14流回装置12。
具体参见图4-6所示的阀16的实施例，致动器24是包括SMA材料40的螺旋弹簧42。阀芯22被设置在空腔28中，并可以在第一位置34(图4)、第二位置36(图5)和第三位置37(图6)之间在其中沿纵向地移动。螺旋弹簧42被操作性地设置在空腔28中，位于壳体20的第二端32和阀芯22之间，并被构造为作用在阀芯22上。阀芯22包括第一段44，第二段46，前段48和尾段56。第一段44与第二段46纵向间隔开。前段48用作将第一段44连接到第二段46的中间段。第一段44和第二段46的径向尺寸被设置以装配在空腔28中，从而阻止流体18在第一段44或第二段46和壳体20之间空腔28内通过。前段48的径向尺寸被设置为小于第一段44和第二段46，以使得流体18被允许绕前段48而在前段48、第一段44、第二段46和壳体20之间径向流动。尾段56从第一段44延伸，与前段48相反，使得第一段44纵向地设置在它们之间。尾段56的径向尺寸被设置为小于第一段44。致动器24的螺旋弹簧42操作性地设置在第一段44(与前段48相反)和壳体20之间的空腔28中。螺旋弹簧42绕尾段56卷绕，螺旋弹簧42作用在第一段44的第一壁45上。螺旋弹簧42被构造为作用在第一段44上并沿第一纵向方向76施加第一力38。
偏压装置26操作性地设置在空腔28中且被构造为沿第二纵向方向78作用在阀芯22上，与沿第一纵向方向76施加的第一力38相反。更具体地，偏压装置26操作性地设置为在阀芯22和壳体20的第一端30之间进行作用。阀芯22可以限定凹部80，该凹部从第二段46敞开且延伸通过第二段46、前段48和第一段44且进入尾段56，其中，凹部80终止于端壁81。偏压装置26可以操作性地设置在凹部80中以，在阀芯22的端壁81和壳体20的第一端30之间进行作用，且沿第二纵向方向78对阀芯22施加第二力52，该第二纵向方向78与通过致动器24施加第一力38的第一纵向方向76相反。偏压装置26可以是压缩弹簧50。将偏压装置26凹入设置在凹部80允许阀16具有紧凑的尺寸，而不牺牲阀芯22在空腔28中的期望行进量。端壁81在纵向上面向与第一壁45相反的方向。
继续参考图4-6，阀芯22将空腔28分为第一部分70和第二部分72。第一部分70限定在第一段44、尾段56和壳体20之间。第二部分72限定在第一段44、第二段46、前段48和壳体20之间。阀芯22的第一段44限定多个排出孔(vent hole)60，其在空腔28的第一部分70和第二部分72之间开口，以提供第一部分70和第二部分72之间的流体连通。因此，排出孔60允许空腔28的第一部分70中的流体18流动通过其中，进入空腔28的第二部分72。
阀16的壳体20的第一入口58提供从装置12通过第一流体通道17进入空腔28的第一部分70的流体连通，无论阀芯22的位置如何。当阀芯22处于第一位置34(图4)时，第一出口62提供从空腔28的第二部分72到第二流体通道19的流体连通，且由此提供到加热器15的流体连通。当阀芯22处于第三位置37(图6)时，第二出口64提供从空腔28的第二部分72到第三流体通道21的流体连通，且由此提供到冷却器14的流体连通。
进一步，当阀芯22处于第二位置36(图5)时，阀芯22的第一段44阻挡第一出口62，阀芯22的第二段46阻挡第二出口64。由此，当阀芯22处于第二位置36时，流体18被限制或阻止离开阀16，且流体18不能流动通过加热器15或冷却器14。
继续参考图4-6，致动器24的螺旋弹簧42设置在空腔28的第一部分70中，并且还与设置在空腔28的第一部分70中的流体18流体连通。
具体参见图4，流体18的温度不大于第一温度，且螺旋弹簧42的SMA材料40不启用，使得螺旋弹簧42纵向收缩。如此，收缩的螺旋弹簧42沿第一纵向方向76以第一力38作用在阀芯22的第一段44上，而偏压装置26沿与第一纵向方向76相反的第二纵向方向78以第二力52(其大于螺旋弹簧42的第一力38)作用在阀芯22的尾段56的端壁81上，以将阀芯22维持在第一位置34。在第一位置34中，流体18连续流过第一入口58，并进入空腔28的第一部分70，通过排出孔60并进入空腔28的第二部分72。流体18随后通过流动通过第一出口62离开空腔28的第二部分72，进入第二流体通道19，以进入加热器15。流体18随后流出加热器15且进入装置12。应理解，在第一位置34，流体18被阻止从空腔28流动并进入流体冷却器14。另外，包括SMA材料40的致动器24完全没入到流动的流体18中，使得其温度在整个致动器24上是均匀的，并且总是等于流动来自装置12流体18的温度。
现在参见图5，流体18处于大于第一温度但是小于第二温度的温度，使得螺旋弹簧42被部分地启用。如此，螺旋弹簧42部分地纵向扩张，从而增大施加到阀芯22的第一壁45的第一力38的量，使得第一力38大于偏压装置26的第二力52。螺旋弹簧42沿第一纵向方向76以第一力38作用在阀芯22的第一段44的壁45上，而偏压装置26以第二力52作用在阀芯22的端壁81上，所述第二力52小于螺旋弹簧42的第一力38。由于力不平衡，阀芯22沿第一纵向方向76移动到第二位置36，其中第一出口62被第一段44阻挡且第二出口64被阀芯22的第二段46阻挡。由此，流体18被阻止通过任一出口62、64离开空腔。
现在参见图6，流体18处于至少等于第二温度的温度，使得螺旋弹簧42被完全启用。如此，螺旋弹簧42进一步扩张，以增大沿第一纵向方向76施加到阀芯22的第一壁45的第一力38的量。因此，第一力38大于偏压装置26的第二力52，且由此，让阀芯22进一步沿第一纵向方向76移动到第三位置37。在第三位置37，流体18流出空腔28的第二部分72，通过第二出口64进入第三流体通道21和冷却器14，该冷却器冷却流体18。冷却流体18随后离开冷却器14并最终进入装置12。当阀芯22处于第三位置37时，第一段44阻挡第一出口62，使得流体18被阻止通过第一出口62离开空腔28。
现在参见图7-9，阀116的另一实施例显示为处于第一位置34(图7)、第二位置36(图8)和第三位置37(图9)。
致动器24可以是杆组件142，即端部联动致动器，其包括杆143和一对线材144，所述一对线材从杆143的相反端部操作性地延伸。因此，这些是分开的线材144，其中，线材144中的一个附接到杆143的端部，而另一个线材144附接到杆143的相反端部。线材144包括SMA材料40。阀芯22设置在空腔28中且可在第一位置34(图7)、第二位置36(图8)和第三位置37(图9)之间在其中纵向移动。杆组件142被操作性地设置在空腔28中，位于壳体20的第一端30和阀芯22之间，并被构造为作用在阀芯22上。
继续参考图7-9，阀芯22包括第一段44、前段48和尾段56。前段48和尾段56彼此相反地从第一段44纵向延伸。第一段44的径向尺寸设置为装配在空腔28中，使得阻止流体18在第一段44和壳体20之间的空腔28内通过。前段48和尾段56的径向尺寸设置为小于第一段44，使得流体18被允许绕前段和尾端48、56径向地流动。
阀芯22限定凹部80，该凹部从前段48开口并延伸到端壁81。杆组件142部分地操作性地设置在凹部80中，且线材144中的一个操作性地附接到凹部80中的阀芯22的端壁81，线材144中的另一个在第一端30处操作性地附接到壳体20。当SMA材料40被启用时，例如部分地或完全地启用，杆组件142被构造为作用在阀芯22和壳体20上，并沿第一纵向方向76施加第一力38，即朝向第一端30拉动阀芯22。
偏压装置26操作性地设置在凹部80中，在第一端30和阀芯22之间。偏压装置26可以是压缩弹簧50且围绕杆组件142，使得偏压装置操作性地设置为在阀芯22的端壁81和壳体20的第一端30之间进行作用。偏压装置26被构造为沿与第一纵向方向76相反的第二纵向方向78作用在阀芯22上。
继续参考图7-9，阀芯22将空腔28分为第一部分70和第二部分72。第一部分70限定在第一段44、前段48和壳体20之间。第二部分72限定在第一段44、尾段56和壳体20之间，与第一部分70相反。阀芯22的第一段44限定多个排出孔60，该排出孔在第一部分70和空腔28的第二部分72之间开口，以提供在空腔28中的在第一部分70和第二部分72之间的流体连通。因此，空腔28的第一部分70中的流体18流过排出孔60，进入空腔28的第二部分72。
第一入口58提供从第一流体通道17到空腔28的第一部分70的流体连通，而无论阀芯22的位置如何。当阀芯22处于第一位置34(图7)时，阀芯22被操作性被构造为使得第一出口62提供从空腔28的第一部分70到第二流体通道19的流体连通，且随后，提供到加热器15的流体连通。当阀芯22处于第三位置37(图9)时，阀芯22还被操作性地被构造为使得第二出口64提供从空腔28的第二部分72到第三流体通道21的流体连通，然而，当阀芯22处于第二位置36时，如图8所示，阀芯22的第一段44阻挡第一出口62和第二出口64。由此，当阀芯22处于第二位置36时，流体18被阻止通过这些出口62、64离开阀116。
具体参见图7，当阀116处于第一位置34时，流体18处于不大于第一温度的温度，且杆组件142不启用，使得所述的一对线材144纵向延伸。由此，延伸的线材144不沿第一纵向方向76作用在阀芯22和壳体20的第一端30之间，使得杆组件142不沿第一纵向方向76施加第一力38，而偏压装置26沿与第一纵向方向76相反的第二纵向方向78在第一端30和阀芯22之间以第二力52进行作用，以将阀芯22维持在第一位置34。在第一位置34，流体18流动进入空腔28的第一部分70，使得致动器线材144的SMA材料40持续没入在流体18中。第一段44阻挡第二出口64，而流体18随后通过第一出口62离开空腔28的第一部分70，并进入第二流体通道19。流体18随后在流回装置12之前进入加热器15。
现在参见图8，流体18处于大于第一温度但是小于第二温度的温度，使得杆组件142被部分启用。如此，线材144纵向收缩，增打沿第一纵向方向76施加到阀芯22的第一力38的量，使得第一力38大于偏压装置26的第二力52。在被部分地启用时，杆组件142的所述一对线材144在阀芯22的端壁81和壳体20的第一端30之间沿第一纵向方向76以第一力38施加拉力，而偏压装置26也以第二力52(该第二力小于通过杆组件142沿第一纵向方向76施加的第一力38，并与之相反)沿第二方向78作用在阀芯22和壳体20的第一端30之间。力的不平衡使得阀芯22沿第一纵向方向76移动，直到阀芯22达到第二位置36以阻挡第一和第二出口62。
继续参考图8，在第二位置36中，流体18流动进入空腔28的第一部分70，使得致动器线材144的SMA材料40持续没入到流体18中。第一段44阻挡第一和第二出口62、64，使得流体18被阻止通过出口62、64离开空腔28。由此，阻止流体18的不必要循环流动。
参见图9，流体18处于至少等于第二温度的温度，使得杆组件142的所述一对线材144被完全启用以施加拉力，并拉动阀芯22进一步朝向第一端30。如此，杆组件142的线材144进一步纵向收缩以增大沿第一纵向方向76施加到阀芯22的第一力38的量。通过使用在每一个分开的线材144中的SMA材料40的特点，使用两个线材144还提供双倍位移。
继续参考图9，在第三位置37中，流体18流动进入空腔28的第一部分70，使得致动器线材144的SMA材料40持续没入到流体18。第一段44阻挡第一出口62，而流体18从空腔28的第一部分70流动通过排出孔60，且进入空腔28的第二部分72。流体18随后通过第二出口64离开空腔28的第二部分72，且进入第三流体通道21。流体18随后在回到装置12之前进入冷却器14以被冷却到较低温度。
现在参见图10-12，另一实施例的阀216的显示为处于第一位置34(图10)、第二位置36(图11)和第三位置37(图12)。
致动器24是包括SMA材料40的螺旋弹簧42。阀芯22被设置在空腔28中，并可在第一位置34(图7)、第二位置36(图8)和第三位置37(图9)之间在其中纵向移动。致动器24的螺旋弹簧42被操作性地设置在空腔28中，位于壳体20的第二端32和阀芯22之间，且被构造为沿第一纵向方向76作用在阀芯22上。
继续参考图10-12，阀芯22包括第一段44、前段48和尾段56。前段48和尾段56从第一段44沿彼此相反的方向纵向延伸。前段48纵向设置在第一段44和壳体20的第一端30之间。同样，尾段56从第一段44的第一壁45纵向延伸，使得尾段56纵向设置在壳体20的第二端32和第一段44之间。第一段44的径向尺寸被设置以装配在空腔28中，使得阻止流体18在第一段44和壳体20之间的空腔28内通过。前段48和尾段56的每一个的径向尺寸设置为小于第一段44，使得流体18被允许绕前段和尾段48、56径向地在第一段44、壳体20和相应前段和尾段48、56之间流动。致动器24的螺旋弹簧42操作性地设置在空腔28中，以在壳体20的第二端32和阀芯22的第一段44之间进行作用。螺旋弹簧42绕尾段56卷绕，使得螺旋弹簧42作用在第一壁45上。在启用(即部分地或完全地)时，螺旋弹簧42被构造为沿第一纵向方向76对阀芯22施加第一力38。
阀芯22限定凹部80，其从前段48开口并在其中纵向延伸至端壁81。偏压装置26可以操作性地设置在凹部80中，以在阀芯22的端壁81和壳体20的第一端30之间进行作用。偏压装置26可以是压缩弹簧50。偏压装置26被构造为沿与第一纵向方向76相反的第二纵向方向78以第二力52作用在阀芯22上。
继续参考图10-12，阀芯22将空腔28分为第一部分70和第二部分72。在该实施例中，第一部分70在第二端32处限定在第一段44、尾段56和壳体20之间。空腔28的第二部分72在第一端30处限定在第一段44、前段48、壳体20之间，与第一部分70相反。阀芯22的第一段44限定在第一部分70和第二部分72之间开口的多个排出孔60，以提供在空腔28的第一部分70和第二部分72之间的流体连通。因此，进入空腔28的第一部分70的流体18流过排出孔60，进入空腔28的第二部分72。
阀芯22操作性地被构造为使得第一入口58提供从第一流体通道17到空腔28的第一部分70的流体连通，而无论阀芯22的位置如何。当阀芯22处于第一位置34(图10)时，第一出口62提供从空腔28的第二部分72到第二流体通道19且到加热器15的流体连通。当阀芯22处于第三位置37(图12)时，第二出口64提供从空腔28的第一部分70到第三流体通道21的流体连通。然而，当阀芯22处于第二位置36时，如图11所示，阀芯22的第一段44阻挡第一出口62和第二出口64。由此，当阀芯22处于第二位置36时，流体18可以被限制或阻止从阀216离开。
参见图10，流体18处于不大于第一温度的温度，且螺旋弹簧42不启用使得阀芯22保持在第一位置34。在第一位置34，流体18流过第一入口58，且进入空腔28的第一部分70。流体18随后流过排出孔60，并进入空腔28的第二部分72。流体18随后通过第一出口62离开空腔28的第二部分72，并进入第二流体通道19，且随后进入加热器15中，在其中，流体18被加热。流体18随后从加热器15流动到装置12。
现在参见图11，流体18处于大于第一温度但是小于第二温度的温度，使得螺旋弹簧42被部分启用。如此，螺旋弹簧42纵向延伸，从而增大第一力38的量，其中，第一力38大于偏压装置26的第二力52。螺旋弹簧42在阀芯22的第一壁45和壳体20的第二端32之间沿第一纵向方向76以第一力38作用。同时，偏压装置26还在阀芯22的端壁81和壳体20的第一端30之间沿第二纵向方向78以第二力52作用，所述第二力52小于通过螺旋弹簧42施加的第一力38，并与之相反。如此，阀芯22沿第一纵向方向76移动直到力38、52平衡，即第二位置36。在第二位置，第一和第二出口62、64被阀芯22的第一段44阻挡。由此，阀芯22限制或阻止流体18通过任一出口62、64离开空腔28。
参见图12，流体18处于至少等于第二温度的温度，使得螺旋弹簧42被完全启用。如此，致动器24的螺旋弹簧42进一步纵向扩张，以进一步增大在阀芯22的第一壁45和壳体20的第二端32之间施加的第一力38的量。因此，第一力38大于偏压装置26的第二力52以使得阀芯22沿第一纵向方向76进一步移动，直到达到第三位置37。在第三位置37，第一段44阻挡第一出口62，且流体18通过第二出口64流出空腔28的第一部分70，并进入第三流体通道18。流体18进入冷却器14，其冷却流体18。冷却流体18离开冷却器14并返回到装置12。
现在参见图13-15，显示了另一实施例的阀316。阀芯22被设置在空腔28中，并可在第一位置34(图13)、第二位置36(图14)和第三位置37(图15)之间在其中纵向移动。
致动器24可以是包括SMA材料40的螺旋弹簧42。致动器24的螺旋弹簧42被操作性地设置在空腔28中，位于壳体20的第二端32和阀芯22之间，且被构造为沿第一纵向方向76作用在阀芯22上。阀芯22包括第一段44、第二段46和前段48。第一段44与第二段46纵向间隔开，使得前段48纵向设置在第一段44和第二段46之间。前段48用作将第一段44连接到第二段46的中间段。第一段44和第二段46的径向尺寸被设置为装配在空腔28中，从而阻止流体18在第一段44或第二段46和壳体20之间的空腔28内通过。前段48的径向尺寸被设置为小于第一段44和第二段46，使得流体18被允许绕前段48在前段48、第一段44、第二段46和壳体20之间径向地流动。
阀芯22可以限定第一凹部80，其从第二段46开口并延伸进入前段48，且终止于端壁81。第一段44限定第二凹部90，其纵向延伸到基部壁95。阀芯限定在端壁81和基部壁95之间延伸的孔洞92。如此，孔洞92提供第一凹部80和第二凹部90之间的流体连通。
螺旋弹簧42操作性地设置在第一段44和壳体20的空腔28中，与前段48相反。螺旋弹簧42被构造为作用在第一段44上，并沿第一纵向方向76施加第一力38。
偏压装置26操作性地设置在空腔28中，并被构造为沿第二纵向方向78以第二力52作用在阀芯22上，该第二力与沿第一纵向方向76施加的第一力38相反。更具体地，偏压装置26部分地操作性地设置在第一凹部80中，以在端壁81和壳体20的第一端30之间进行作用，且沿与第一纵向方向76相反的第二纵向方向78对阀芯22施加第二力52。
致动器24的螺旋弹簧42可以类似地设置在第二凹部90中，以在阀芯22的基部壁95和壳体20的第二端32之间进行作用，以沿第一纵向方向76施加第一力38。将偏压装置26的一部分设置到第一凹部80中，以及将螺旋弹簧42的一部分设置在第二凹部90中可以提供这样的阀316：尺寸紧凑，且不牺牲阀芯22在空腔28中的期望的行进量。
阀芯22操作性地设置在空腔中，以将空腔划分为第一部分70和第二部分72。空腔28的第一部分70限定在第一段44、第二段46、前段48和壳体20之间。阀芯22的前段48限定多个排出孔60，其开口以提供第一部分70和第一凹部80之间的流体连通。因此，流体18进入空腔28的第一部分70且流过排出孔60，且进入第一凹部80。流体18从第一凹部80流动通过孔洞92进入第二凹部90，并进入空腔28的第二部分72，如图13-15所示。这允许致动器24(包括SMA材料40)完全没入流动的流体18中，使得跨经整个致动器24的温度是均匀的，并且总是等于流体18的温度。如此，致动器24的螺旋弹簧42的SMA材料40保持与从装置12接收的流体18持续地流体连通。
阀芯22操作性地被构造为使得第一入口58提供从第一流体通道17到空腔28的第一部分70的流体连通，而无论阀芯22的位置如何。参考图13，当阀芯22在第一位置34时，阀芯22的第二段46阻挡第二出口64，且流体18从空腔28的第一部分70流动通过第一出口62，并进入第二流体通道19。参考图15，当阀芯22在第三位置37时，阀芯22的第一段44阻挡第一出口62，且流体18从空腔28的第一部分70流动通过第二出口64，并进入第三流体通道21。进一步地，当阀芯22处于第二位置36(如图14所示)时，阀芯22的第一段44阻挡第一出口62，且阀芯22的第二段46阻挡第二出口64。由此，当阀芯22处于第二位置36时，流体18被限制或阻止离开阀316。
再次参见图13，流体18的温度不大于第一温度，且螺旋弹簧42致动器24不启用，使得螺旋弹簧42纵向收缩。收缩的螺旋弹簧42沿第一纵向方向76以第一力38作用在阀芯22的第一段44中的端壁81上，而偏压装置26沿与第一纵向方向76相反的第二纵向方向78以第二力52(其不小于螺旋弹簧42的第一力38)作用在前段48中的端壁81上。由此，阀芯22保持在第一位置34。
再次参见图14，流体18的温度大于第一温度，但是小于第二温度，使得螺旋弹簧42被部分地启用。如此，螺旋弹簧42纵向扩张，从而增大第一力38的量，使得第一力38大于偏压装置26的第二力52。螺旋弹簧42沿第一纵向方向76以第一力38作用在阀芯22的第一段44的基部壁95，而偏压装置26以第二力52作用在第二段46的基部壁95上，所述第二力52小于螺旋弹簧42的第一力38，以使阀芯22沿第一纵向方向76移动直到第一和第二力38、52彼此抵消(offset)，以将阀芯22维持在第二位置36。在第二位置36，第一和第二出口62、64被阀芯22阻挡。由此，流体18被限制或阻止通过任一出口62、64离开空腔28。
再次参见图15，流体18的温度至少等于第二温度，使得螺旋弹簧42被完全启用。如此，螺旋弹簧42进一步纵向扩张，以进一步增大第一力38的量。因此，第一力38再一次大于偏压装置26的第二力52，并且使阀芯22沿第一纵向方向76进一步移动到第三位置37。在第三位置37，流体18通过第二出口64流出空腔28的第一部分70，并进入第三流体通道21和冷却器14。流体18离开冷却器14并最后进入装置12。
另外，对于图13-15所示的实施例，致动器24的螺旋弹簧42的类型可以替代为致动器24的管组件142的类型更换，所述管组件具有协作地连接的两个或更多SMA线材，以增加在给定总长度下的行程(stroke)，如参考图7-9所示的实施例所述的。
还应该应理解，阀16、116、216、316的每一个的第二位置36可以被构造为不完全阻挡所有流体18通过第一和/或第二出口62、64离开空腔27。替代地，在第二位置，阀芯22可以定位为允许减小量的流体18通过第一和/或第二出口62、64离开。作为另一替代例，在第二位置36，阀16、116、216、316的壳体20可以限定额外出口，其旁通加热器15和冷却器14、并使流体18直接返回至装置12。
附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年8月27日递交的美国临时专利申请No.62/210,784的权益，其通过引用全部合并于此。

Claims (20)

1.一种阀，被构造为用于根据流体的温度而引导从装置接收的流体流动到流体回路中的加热器和冷却器中的一个，所述阀包括：
壳体，其限定在第一端和第二端之间纵向延伸的空腔，其中，所述空腔被构造为用于接收和排出流体；
阀芯，其设置在空腔中，并且在该空腔中可以在第一位置、第二位置和第三位置之间纵向移动；
致动器，其操作性地设置在空腔中，并且被构造为与从装置接收的流体持续地流体连通；
其中，致动器包括智能材料，该智能材料被构造为响应于不大于第一温度的温度而不启用，使得智能材料不启用致动器；
其中，智能材料被构造为响应于至少等于第二温度的流体的温度而完全启用，使得智能材料的完全启用致使致动器完全启用；
其中，智能材料被构造为响应于大于第一温度且小于第二温度的流体的温度而部分地启用，使得智能材料致使致动器部分地启用；
其中，致动器被构造为在致动器部分地启用时持续作用在阀芯上，使得阀芯移动到第二位置；
其中，致动器被构造为在致动器完全启用时持续作用在阀芯上，使得阀芯移动到第三位置；
其中，当阀芯处于第一位置时，流体被允许从空腔流动到加热器，并从加热器流动到装置；
其中，当阀芯处于第二位置时，流体被阻止流动到加热器和冷却器；并且
其中，当阀芯处于第三位置时，流体被允许从空腔流动到冷却器，并从冷却器流动到装置。
2.如权利要求1所述的阀，其中，阀进一步包括偏压装置；
其中，当致动器被部分地启用时，致动器沿第一纵向方向作用在阀芯上，偏压装置沿与第一纵向方向相反的第二纵向方向作用在阀芯上，使得致动器作用在阀芯上以克服偏压装置，以移动阀芯至第二位置；
其中，当致动器被完全启用时，致动器沿第一纵向方向作用在阀芯上，使得致动器作用在阀芯上以克服偏压装置，以移动阀芯到第三位置；并且
其中，当致动器不启用时，偏压装置沿第二纵向方向作用在阀芯上，使得偏压装置作用在阀芯上以克服致动器，以移动阀芯到第三位置。
3.如权利要求2所述的阀，其中，阀芯限定延伸到端壁的第一凹部，以使得第一凹部与壳体的第一端成面对关系；并且
其中，偏压装置的一部分设置在第一凹部中，以使得偏压装置操作性地设置为在阀芯的端壁和壳体的第一端之间进行作用。
4.如权利要求3所述的阀，其中，壳体限定入口、第一出口和第二出口；
其中，所述入口被构造为提供装置和空腔之间的流体连通；
其中，所述第一出口被构造为提供空腔和加热器之间的流体连通；
其中，所述第二出口被构造为提供空腔和冷却器之间的流体连通；
其中，阀芯将空腔分为第一部分和第二部分，以使得第一部分被构造为用于直接从装置接收流体；并且
其中，第二部分被构造为用于根据流体的温度从第一部分接收流体。
5.如权利要求4所述的阀，其中，阀芯包括第一段和从第一段纵向延伸的前段，以使得前段操作性地设置在空腔中第一段和壳体的第一端之间；
其中，第一段的径向尺寸被设置为装配在空腔中，以使得流体被阻止在空腔内第一段和壳体之间通过；并且
其中，前段的径向尺寸被设置为小于第一段，以使得流体被允许围绕前段径向地流动。
6.如权利要求5所述的阀，其中，阀芯进一步包括从第一段纵向延伸的与前段相反的尾段，以使得尾段操作性地设置在空腔中第一段和壳体的第二端之间；并且
其中，尾段的径向尺寸被设置为装配在空腔中，以使得流体被允许围绕尾段径向地流动。
7.如权利要求5所述的阀，其中，致动器操作性地设置在空腔中，并且被构造为在阀芯的第一段和壳体的第二端之间进行作用。
8.如权利要求6所述的阀，其中，致动器是螺旋弹簧；并且
其中，螺旋弹簧的一部分径向地围绕阀芯的尾段。
9.如权利要求5所述的阀，其中，阀芯进一步包括从前段纵向延伸的第二段，以使得第二段操作性地设置在空腔中前段和壳体的第一端之间；
其中，第二段的径向尺寸被设置为装配在空腔中，以使得流体被阻止在空腔内第二部分和壳体之间通过；并且
其中，前段的径向尺寸被设置为小于第一段和第二段，使得流体被允许在第一段、第二段和壳体之间绕前段径向地流动。
10.如权利要求9所述的阀，其中，第一出口被限定为在纵向上靠近壳体的第二端；
其中，第二入口被限定为在纵向上靠近壳体的第一端；
其中，入口被限定为在纵向上位于第一出口和第二出口之间；
其中，阀芯限定至少一个排放孔，该排放孔被构造为提供从空腔的第一部分到空腔的第二部分的流体连通；
其中，空腔的第一部分限定在第一段、第二段、和壳体之间；
其中，当阀芯处于第一位置时，阀芯的第二段被构造为阻挡第二出口，并允许流体从空腔的第一部分流动通过第一出口；
其中，当阀芯处于第二位置时，阀芯的第一段被构造为阻挡第二出口，并且第二段被构造为阻挡第一出口，使得流体被限制通过第一出口和第二出口中的每一个离开空腔；并且
其中，当阀芯处于第一位置时，阀芯的第一段被构造为阻挡第一出口，并允许流体从空腔的第一部分流动通过所述至少一个排出孔而到达空腔的第二部分，并从空腔的第二部分流动通过第二出口。
11.如权利要求10所述的阀，其中，第一段限定纵向延伸到基部壁的第二凹部；并且，
其中，致动器的一部分设置在第二凹部中，使得偏压装置操作性地设置为在阀芯的基部壁和壳体的第二端之间进行作用。
12.如权利要求11所述的阀，其中，阀芯限定在端壁和基部壁之间延伸的至少一个开口，使得所述至少一个开口被构造为提供空腔的第一部分和空腔的第二部分之间的流体连通。
13.如权利要求5所述的阀，其中，入口被限定为在纵向上靠近壳体的第二端，使得入口提供到空腔的第一部分的持续的流体连通；
其中，第一出口被限定为在纵向上靠近壳体的第一端；
其中，第二出口被限定为在纵向上位于入口和第一出口之间；
其中，阀芯限定至少一个排出孔，其被构造为提供从空腔的第一部分到空腔的第二部分的流体连通；
其中，当阀芯处于第一位置时，阀芯的第一段被构造为阻挡第二出口且允许流体从空腔的第一部分流动通过所述至少一个排出孔达到空腔的第二部分，并从空腔的第二部分流动通过第一出口；
其中，当阀芯处于第二位置时，阀芯的第一段被构造为阻挡第一出口和第二出口中的每一个，使得流体被限制通过第一出口和第二出口中的每一个离开空腔；和
其中，当阀芯处于第三位置时，阀芯的第一段被构造为阻挡第一出口且允许流体从空腔的第一部分流动通过第二出口。
14.如权利要求5所述的阀，其中，入口被限定为在纵向上靠近壳体的第二端，使得入口提供到空腔的第一部分的持续流体连通；
其中，第二出口被限定为在纵向上靠近壳体的第一端；
其中，第一出口被限定为在纵向上在入口和第一出口之间；
其中，阀芯限定至少一个排放孔，其被构造为提供从空腔的第一部分到空腔的第二部分的流体连通；
其中，当阀芯处于第一位置时，阀芯的第二段被构造为阻挡流体流动通过第二出口、并允许流体从空腔的第一部分流动通过至少一个排出孔而达到空腔的第二部分，并从空腔的第二部分流动通过第一出口；
其中，当阀芯处于第二位置时，阀芯的第一段被构造为阻挡第一出口，并且阀芯的第二段被构造为阻挡第二出口，使得流体被限制通过第一出口和第二出口中的每一个而离开空腔；和
其中，当阀芯处于第三位置时，阀芯的第一段被构造为阻挡第一出口、并允许流体从空腔的第一部分流动通过第二出口。
15.如权利要求5所述的阀，其中，入口被限定为在纵向上靠近壳体的第一端，使得入口提供到空腔的第一部分的持续流体连通；
其中，第二出口被限定为在纵向上靠近壳体的第二端；
其中，第一出口被限定为在纵向上位于入口和第二出口之间；
其中，阀芯限定至少一个排出孔，该排出孔被构造为提供从空腔的第一部分到空腔的第二部分的流体连通；
其中，当阀芯处于第一位置时，阀芯的第一段被构造为阻挡第二出口、并允许流体从空腔的第一部分流动通过第一出口；
其中，当阀芯处于第二位置时，阀芯的第一段被构造为阻挡第一出口和第二出口中的每一个，使得流体被限制通过第一出口和第二出口中的每一个而离开空腔；和
其中，当在阀芯处于第三位置时，阀芯被构造为阻挡第一出口、并允许流体从空腔的第一部分流动通过所述至少一个排出孔以达到空腔的第二部分，并从空腔的第二部分流动通过第二出口。
16.如权利要求15所述的阀，其中，致动器操作性地设置在阀芯和壳体的第一端之间。
17.如权利要求16所述的阀，其中，致动器操作性地固定到壳体的第一端和阀芯的端壁中的每一个，使得致动器操作性地设置在空腔的第一部分中；
其中，致动器包括由SMA材料构成的至少一个线材；并且
其中，所述至少一个线材被构造为在致动器部分地启用和致动器完全启用时纵向收缩。
18.如权利要求17所述的阀，其中，偏压装置是螺旋弹簧；并且
其中，螺旋弹簧径向地围绕偏压装置。
19.如权利要求17所述的阀，其中，致动器是杆组件，该杆组件包括杆，并且所述至少一个线材是一对线材，所述一对线材从杆的相反端操作性地延伸；并且
其中，所述一对线材中的一个操作性地固定至壳体的第一端，并且所述一对线材中的另一个操作性地固定至阀芯的端壁。
20.一种流体回路，被构造为用于调节流体的流动，该流体回路包括：
装置，其被构造为用于接收和排出流体；
加热器，其被构造为用于接收流体、加热流体和排出流体到装置；
冷却器，其被构造为用于接收流体、冷却流体和排出流体到装置；和
阀，其被构造为用于根据流体的温度而引导从装置接收的流体流动到加热器和冷却器中之一，所述阀包括：
壳体，其限定在第一端和第二端之间纵向延伸的空腔，其中，所述空腔被构造为用于接收和排出流体；
阀芯，其设置在空腔中，并且可以在空腔中在第一位置、第二位置和第三位置之间纵向移动；
致动器，其操作性地设置在空腔中，并且被构造为与从装置接收的流体持续流体连通；
其中，致动器包括智能材料，该智能材料被构造为响应于不大于第一温度的流体的温度而不启用，以使得智能材料不启用致动器；
其中，智能材料被构造为响应于至少等于第二温度的流体的温度而完全启用，以使得智能材料的完全启用致使致动器完全启用；
其中，智能材料被构造为响应于大于第一温度且小于第二温度的温度而部分地启用，以使得智能材料致使致动器部分地启用；
其中，致动器被构造为在致动器部分地启用时持续作用在阀芯上，以使得阀芯移动到第二位置；
其中，致动器被构造为在致动器完全启用时持续作用在阀芯上，以使得阀芯移动到第三位置；
其中，当阀芯处于第一位置时，流体被允许从空腔流动到加热器，并从加热器流动到装置；
其中，当阀芯处于第二位置时，流体被阻止流动到加热器和冷却器；和
其中，当阀芯处于第三位置时，流体被允许从空腔流动到冷却器，并从冷却器流动到装置。
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