CN107796139A - 四通换向阀及包括该四通换向阀的制冷制热系统 - Google Patents

Abstract

本发涉及用于带有储液器的制冷制热系统的四通换向阀，包括：阀体，其具有位于阀体一侧上的第一端口、第二端口、第四端口以及位于阀体另一侧上的第三端口；在所述阀体内在第一位置和第二位置之间移动的阀块，在第一位置，第一端口和第三端口之间连通且第二端口和第四端口之间连通；在第二位置，第二端口和第三端口之间连通且第一端口和第四端口之间连通；在阀体内与阀块相连以驱动所述阀块在第一位置和第二位置之间移动的活塞，其中，阀体的一端与第一端口连通且阀体的另一端与第二端口连通，从而阀块在第一位置和第二位置之间的移动通过作用在活塞两端的第一端口和第二端口之间的压力差自动执行。本发明还涉及包括该四通换向阀的制冷制热系统。

Description

四通换向阀及包括该四通换向阀的制冷制热系统

技术领域

本发明涉及一种四通换向阀，尤其是用于带有储液器的制冷制热系统中的自力式四通换向阀，其通过单个阀来实现管路的自动换向，还涉及包括该四通换向阀的制冷制热系统。

背景技术

传统的制冷制热回路一般由压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀组成。在制冷和制热模式的转换期间，通过相应的电磁四通阀的操作来改变制冷剂的流向，使冷凝器和蒸发器的角色互换，以实现制冷和制热模式的转换。一些制冷制热系统往往带有储液器，在带有储液器的制冷制热系统中，在膨胀阀和储液器以及蒸发器、冷凝器之间设置有四通换向阀，为确保制冷剂总是遵循从储液器到膨胀阀经四通换向阀再回到储液器的流动方向，该四通换向阀通常由四个单向阀以特定串并联方式组合而成，以确保它们根据制冷和制热模式的转换，基于四个单向阀的预定通断设置而切换到不同的流通方向，即确保储液器到膨胀阀的流向。

在这样的由四个单向阀构成的传统四通换向阀的设置中，因为元件数目众多，使得阀体的结构过于宠大和复杂，并且制造成本也非常高。

也有用单个阀来执行上述复杂的四通换向阀的功能的建议，但是，这样的单个四通换向阀往往是电磁控制的，需要电磁导阀来对主阀的出口和入口进行切换，以对流路的换向进行人为控制，即需要外力或电控进行切换，这降价了制冷制热系统的可操作性和使用效率。

为此，需要提供一种改进的用于带有储液器的制冷制热系统的四通换向阀，其既能用一个阀实现传统四个单向阀的功能，减少元件数量，使结构更加紧凑，又能通过自动换向来实现回路效率的提高，无需外力或电控设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克服现有技术中的传统四通换向阀的上述缺陷的自力式四通换向阀，其将四个单个阀复合成一个阀，既可实现原有的功能，又能使结构更加紧凑，且无需外力或电控。

为实现上述目的，本发明提供一种用于带有储液器的制冷制热系统的四通换向阀，所述四通换向阀包括：阀体，所述阀体具有位于所述阀体一侧上的第一端口、第二端口、第四端口以及位于所述阀体另一侧上的第三端口；容纳于所述阀体内并且在所述阀体内在第一位置和第二位置之间移动的阀块，在第一位置，所述第一端口和第三端口之间连通且第二端口和第四端口之间连通；在第二位置，所述第二端口和第三端口之间连通且第一端口和第四端口之间连通；在所述阀体内与所述阀块相连以驱动所述阀块在第一位置和第二位置之间移动的活塞，其中，所述阀体的一端与第一端口连通且所述阀体的另一端与第二端口连通，从而所述阀块在第一位置和第二位置之间的移动通过作用在活塞两端的第一端口和第二端口之间的压力差自动执行。

优选地，所述第三端口用于与制冷制热系统的储液器相连，所述第四端口用于与制冷制热系统的膨胀阀相连，所述第一端口用于与制冷制热系统中的源侧换热器和用户侧换热器之一相连，所述第二端口用于与源侧换热器和用户侧换热器之另一相连，从而通过制冷剂的压力使阀块在第一和第二位置之间移动。

优选地，所述活塞相对于所述阀块被固定，以使得活塞与阀块作为一个整体一起移动。

优选地，所述阀块为大体长方体形状，具有面对第一、第二和第四端口的底面和面对第三端口的顶面，所述底面具有凹口，所述凹口在阀块处于第一位置时覆盖第二、第四端口以使第二、第四端口连通而在阀块处于第二位置时覆盖所述第一、第四端口以使第一、第四端口连通。

优选地，所述活塞具有分别位于阀块两侧的第一活塞体和第二活塞体以及穿过阀块与两个活塞体相连的活塞杆，所述活塞杆与所述阀块固定地相连，从而活塞与阀块一体地移动。

优选地，所述第一活塞体和第二活塞体与阀块的端面之间具有间隙以供制冷剂流体通过。

优选地，所述阀块的顶面抵靠阀体的内壁，并具有沿纵向在阀块整个 长度上延伸的通槽。

优选地，所述通槽的宽度尺寸设置为大于所述第三端口的宽度。

优选地，所述第一、第二、第四端口被布置为沿阀体的纵向排列，所述凹口的尺寸设置为当阀块处于第一位置和第二位置时，沿纵向和横向均覆盖相邻两个端口。

本发明还提供一种制冷制热系统，其包括：用于存储制冷剂的储液器；与储液器相连的膨胀阀；与膨胀阀一起构成制冷制热回路的压缩机、源侧换热器、用户侧换热器以及控制制冷和制热模式的转换的电磁四通阀；以及如上所述的四通换向阀，其中，所述四通换向阀的第一端口与源侧换热器和用户侧换热器之一相连，第二端口与源侧换热器和用户侧换热器之另一相连，第四端口与膨胀阀相连，并且第三端口与储液器相连，以使得当制冷制热系统在制冷和制热工况下切换时，四通换向阀能通过作用在活塞两端的来自高压制冷剂和低压制冷剂的压力差进行自力式换向。

采用本发明的四通换向阀和制冷制热系统，将四个单向阀复合成一个阀，既能实现自力式换向的功能，又使结构更加紧凑。

附图说明

本申请的各方面，包括其具体特征和优势，都将很容易地从以下详细描述和附图得到理解：

图1示意性示出了具有传统四通换向阀的制冷制热回路。

图2为图1所示回路在制热工况下的制冷剂流路图。

图3为图1所示回路在制冷工况下的制冷剂流路图。

图4示意性示出了具有本发明的四通换向阀的制冷制热回路。

图5为根据本发明的四通换向阀的一种工作模式。

图6为根据本发明的四通换向阀的另一种工作模式。

图7示意性示出了根据本发明的四通换向阀的具体结构。

图8a-8d为图7所示四通换向阀中的阀块的具体结构。

具体实施方式

本申请将参照附图更完整地进行描述，附图中示出了示例性实施例。然而，本申请不应该被认为是限于本文所列的实施例。如本申请所属领域 的普通技术人员容易理解的那样，所公开的示例性实施例的特征可以组合。通篇中类似的参考号指代类似的元件。出于简明和清楚起见，众所周知的功能和结构将不进行详细描述。

图1-3分别示出了具有传统四通换向阀的带储液器的制冷制热回路示意图及其在制冷工况和制热工况下的制冷剂流路图。

如图1所示，该制冷制热回路包括压缩机5、用户侧换热器2、储液器3、膨胀阀4、源侧换热器1，该回路还包括连接在压缩机5和用户侧换热器2之间的可选的热回收换热器2，在用户侧换热器2、源侧换热器1、储液器3和膨胀阀4之间进行换向的四通换向阀7，以及位于源侧换热器1、用户侧换热器2和压缩机5之间的电磁换向阀8。

在图1所示的回路中，四通换向阀7由四个单向阀7a、7b、7c、7d构成，如图1中的虚线框所示。

图2和图3分别示出了图1所示回路在制热工况下和制冷工况下的制冷剂流路图。在图2中，低压制冷剂从储液器3到膨胀阀4，流过单向阀7a，经源侧换热器1(此时作为蒸发器)，经电磁四通阀8再到压缩机5，通过压缩机5的压缩，以高压制冷剂流经热回收换热器6、电磁四通阀8、用户侧换热器2(此时作为冷凝器)、经单向阀7d，回到储液器3。

在图3的制冷工况中，低压制冷剂从储液器3到膨胀阀4，流过单向阀7b，经用户侧换热器2(此时作为蒸发器)，经电磁换向阀8再到压缩机5，通过压缩机5的压缩，以高压制冷剂流经热回收换热器6、电磁换向阀8、用户侧换热器2(此时作为冷凝器)、经单向阀7c，回到储液器3。

这样，在加热工况中，单向阀7a、7d工作，在制冷工况中，单向阀7b、7c工作，且四个单向阀7a-7d的切换模式要基于专门设计的串并联连接。这使得由四个单向阀组合而成的四通换向阀7结构复杂、体积宠大。

本发明正是对现有技术的四通换向阀7进行了改进，将四个单向阀合成为一个单一的四通换向阀，减少了整个四通换向阀的体积，并且该四通换向阀的切换动作能根据流路中的压力自动地进行，以得到一种结构紧凑的自力式四通换向阀。

本发明的制冷制热系统如图4所示，其主要结构与图1-3中类似，不同之处在于本发明的四通换向阀7，对于与图1-3所示相似的结构不再详述。

如图4所示，本发明的四通换向阀7具有四个端口71、72、73、74， 其中第一端口71与源侧换热器1相连，第二端口72与用户侧换热器2相连，第三端口73与储液器3相连，第四端口74与膨胀阀4相连。在制冷工况下，第二端口72和第四端口74相通，第一端口71和第三端口73相通，此时制冷剂的流向如图5所示。在制热工况下，第一端口71和第四端口74相通，第二端口72和第三端口73相通，此时制冷剂的流向如图6和图4所示。当然，图5和6所示的流向只是示意性的，根据各端口与回路中不同器件的连接，尤其是第一和第二端口71、72与源侧换热器1或用户侧换热器2的连接，四通换向阀7可以有不同流向。

图7示出了本发明的四通换向阀7的具体结构，所述四通换向阀7具有壳体70，所述壳体70可以为圆筒状或方筒状的封闭壳体，壳体外周表面设有四个端口71、72、73、74，四个端口分别位于外周表面的相反两侧，例如，如图7所示，第一端口71、第二端口72、第四端口74位于图7中下侧，第三端口73位于图7中上侧，上侧和下侧只是为了便于解释而定的相对位置，根据在回路中的实际连接可以变化。如前所述，第一端口71和第二端口72根据需要可以分别用于与源侧换热器1或用户侧换热器2相连，第三端口73用于与储液器3相连，第四端口74用于与膨胀阀4相连。

所述四通换向阀7还包括位于所述壳体70中的阀块75和用于推动阀块75在第一位置和第二位置之间移动的活塞76，所述活塞76包括分别位于阀块75的两个相反端的活塞体761、763以及穿过阀块75与两个活塞体761、763相连的活塞杆762，所述活塞杆762与所述阀块75固定地相连，从而活塞76的移动导致阀块75被移动到第一位置或第二位置。活塞体761、763与阀块75两端之间的间隙稍大于第一、第四端口71、74的尺寸。阀块75在面对第一、第二、第四端口71、72、74那侧具有凹口751，所述凹口75的沿着阀体70纵向的延伸范围(长度)大于两个相邻端口的相远离的边缘之间的距离以覆盖住两个相邻端口71、74或者两个相邻端口72、74，所述凹口75沿阀体70的横向的延伸范围(宽度)大于第一、第二、第四端口71、72、74的沿阀体横向的宽度(在端口71-74为圆形端口的情况下，该宽度为端口的直径)，以使得阀块75在第一位置或第二位置时，凹口75都能完全覆盖两个相邻的端口，但不能同时覆盖三个端口。阀块75的与第三端口73相对的表面与第三端口73相距一定间隙，以使得无论阀体75在第一位置还是在第二位置，第一端口73都会与第一或第二端口71、72中 的任一个相连通，为此，在阀块75的顶面754上设置有通槽752，如图8b、8c中清楚所示。

为实现本发明的四通换向阀的自力式换向，阀体70的两个纵向端部分别通过流体通道77、78与第一端口71和第二端口72相连，以使得在连接到图4所示制冷制热回路中时，活塞体761的端面上的压力与第一端口71的压力进而与源侧换热器1侧的压力相同，且活塞体763的端面上的压力与第二端口72的压力进而与用户侧换热器2侧的压力相同，如图4所示。也就是说，活塞76的两个活塞体751、763上分别经受来自第一端口71和第二端口72的不同的压力，或者说，来自高压制冷剂或低压制冷剂的不同压力，进而在压力差的作用下进行移动。

图5示出了阀块75的第一位置，在该第一位置中，活塞体761上的压力大于活塞体763上的压力，即第一端口71的压力大于第二端口72的压力，此时，活塞76被向图5中的右侧R推动，使得阀块75移动到第一位置，此时阀块75下侧的凹口751罩住第二和第四端口72、74，使得第二和第四端口72、74相通且制冷剂从膨胀阀4流向用户侧换热器2，同时第一和第三端口71和73相通且制冷剂从源侧换热器1流向储液器3。

当活塞体761上的压力即第一端口71中的压力小于活塞体763上的压力即第二端口72中的压力时，则活塞76被向图6中的左侧L推动，从而阀块75移动到图6所示的第二位置，在该第二位置中，阀块75的凹口751覆盖第一和第四端口71、74，从而第一和第四端口71、74相通且制冷剂从膨胀阀4流向源侧换热器1，而第二和第三端口72和73相通且制冷剂从用户侧换热器2流向储液器3。

从上述可知，阀块75的位置即第一位置或第二位置完全由活塞体761、763处的压力决定，即由第一端口71和第二端口72中的压力决定，从而根据两个端口中的压力差来自动在第一位置和第二位置之间切换，无需对阀块75的位置进行外力干预。

本发明中，活塞体761和763分别通过流体通道77与第一端口71和第二端口72相通，这样的构造使得活塞76在高压制冷剂和低压制冷剂的压差下工作，成为自力式换向阀，与现有的使用电磁导阀来对活塞式四通换向阀进行换向的方式相比，大大提高了效率，在使用电磁导阀的活塞式四通换向阀中，活塞两端与电磁导阀的各端口液体连通，从而通过控制电 磁导阀的开关来控制四通换向阀的换向。

相反，本发明不需要依靠这种外来作用力进行换向，换向仅需要通过制冷制热回路中的与两个换热器相连的管路中的压力进行调节，即通过活塞两侧的压力差来进行自动调节，从而实现自力式换向。

图8a-d中示出了本发明的四通换向阀7的具有独特结构的阀块75的具体结构示意图，图8a为阀块75的主视图，图8b为阀块75的侧视图，图8c为阀块75的透视图，图8d为阀块75的仰视图。如图8a-d所示，阀块75为大体长方体形状，在其顶面754上即面对第三端口73的一侧也即图8b中的上侧具有通槽752，通槽752在纵向上在阀块75的整个长度上延伸，通槽752的深度可以根据需要进行设置，通槽752的宽度大于第三端口73的沿阀体70横向的尺寸，以在横向上覆盖第三端口73。阀块75在底面755上即与通槽752相反的表面上，也即图8b的下表面上设置有凹口751，凹口751的形状为具有半圆端部的细长形，如图8d所示，其长度和宽度设置为在阀块75处于第一位置和和第二位置时分别覆盖住相邻的两个端口71、74或者两个端口72、74，以使被覆盖的两个相邻端口流体连通，凹口751的深度可以根据需要设置，在阀块75的通槽752的底面下方一定距离处例如阀块75的横向方向的中心处设置有沿阀块纵向方向上延伸的通孔753以供活塞杆762接合，从而将阀块75与活塞76固定地连接到一起。

在阀块75安装于壳体70内时，阀块75的顶面754抵靠着壳体70的上内壁，同时阀块75的底面755抵靠着壳体70的下内壁，这样，在第四端口74和第一端口71或第二端口72中的流体作用在凹口751的底面上的压力就会通过阀块75的顶面754与壳体内壁的抵靠而被壳体70吸收，不会使得阀块75连同活塞杆762一起向上抬升从而导致被凹口751覆盖的流体区域与阀块75外面的流体区域的不必要连通，这一方面使流路的换向受阻，另一方面也损坏阀的结构。

通过在顶面754设置通槽752，使得在顶面754抵靠壳体内壁的状态下，第三端口73保持与第一端口71或第二端口72流体连通，以确保正确的流体流向。

可选地，在壳体70和阀块75之间也可以设置导向机构，来引导阀块75在第一位置和第二位置之间的移动，所述导向机构例如可以通过设置在壳体内壁中的导槽与阀块的顶面754的配合来实现，当然也可以为其他结 构。

本发明中，第一至第四端口71-74具有圆形截面，也可以具有矩形或其他形状的截面。

通过本发明中的回路结构和四通换向阀7的设置，无需为四通换向阀设置电磁导阀，使四通换向阀能完全凭借作用于活塞两端的来自回路中高压制冷剂或低压制冷剂自身的压力进行自动调节，成为一个自力式四通换向阀。

另外，与图1-3所示的传统回路中由四个单向阀构成的四通换向阀相比，只用一个阀就实现了现有技术中的四通阀的换向效果。使得阀结构更加紧凑，不需要大的管路，节约了大量的安装空间，而且，由于元件数目的减少，节约了整个回路的制造成本，提高了整个回路的可操作性。

所述四通阀的各个部件可由耐蚀材料制成。

虽然本发明示出上述四通换向阀用于带有储液器的制冷制热回路，但是，本发明的四通换向阀也可以用于其他需要改变流通路径的场所。

尽管本申请参照实施例进行了详细描述，但要理解的是，前述仅是示例性实施例的例示，本申请并不限于所公开的具体实施例，对所公开的实施例的修改、所公开实施例的特征的组合以及其他实施例都包括于所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于带有储液器的制冷制热系统的四通换向阀，所述四通换向阀包括：

阀体，所述阀体具有位于所述阀体一侧上的第一端口、第二端口、第四端口以及位于所述阀体另一侧上的第三端口，

容纳于所述阀体内并且在所述阀体内在第一位置和第二位置之间移动的阀块，在第一位置，所述第一端口和第三端口之间连通且第二端口和第四端口之间连通；在第二位置，所述第二端口和第三端口之间连通且第一端口和第四端口之间连通，

在所述阀体内与所述阀块相连以驱动所述阀块在第一位置和第二位置之间移动的活塞，

其中，所述阀体的一端与第一端口连通且所述阀体的另一端与第二端口连通，从而所述阀块在第一位置和第二位置之间的移动通过作用在活塞两端的第一端口和第二端口之间的压力差自动执行。

2.如权利要求1所述的四通换向阀，其中，所述第三端口用于与制冷制热系统的储液器相连，所述第四端口用于与制冷制热系统的膨胀阀相连，所述第一端口用于与制冷制热系统中的源侧换热器和用户侧换热器之一相连，所述第二端口用于与源侧换热器和用户侧换热器之另一相连，从而通过制冷剂的压力使阀块在第一和第二位置之间移动。

3.如权利要求1或2所述的四通换向阀，其中，所述活塞相对于所述阀块被固定，以使得活塞与阀块作为一个整体一起移动。

4.如权利要求1-3中任一项所述的四通换向阀，其中所述阀块为大体长方体形状，具有面对第一、第二和第四端口的底面和面对第三端口的顶面，所述底面具有凹口，所述凹口在阀块处于第一位置时覆盖第二、第四端口以使第一、第四端口连通而在阀块处于第二位置时覆盖所述第一、第四端口以使第一、第四端口连通。

5.如权利要求1-4中任一项所述的四通换向阀，其中，所述活塞具有分别位于阀块两侧的第一活塞体和第二活塞体以及穿过阀块与两个活塞体相连的活塞杆，所述活塞杆与所述阀块固定地相连，从而活塞与阀块一体地移动。

6.如权利要求5所述的四通换向阀，其中，所述第一活塞体和第二活塞体与阀块的端面之间具有间隙以供制冷剂流体通过。

7.如权利要求4所述的四通换向阀，其中，所述阀块的顶面抵靠阀体的内壁，并具有沿纵向在阀块整个长度上延伸的通槽。

8.如权利要求4所述的四通换向阀，其中，所述通槽的宽度尺寸设置为大于所述第三端口的宽度。

9.如权利要求4所述的四通换向阀，其中，所述第一、第二、第四端口被布置为沿阀体的纵向排列，所述凹口的尺寸设置为当阀块处于第一位置和第二位置时，沿纵向和横向均覆盖相邻两个端口。

10.一种制冷制热系统，其包括：

用于存储制冷剂的储液器；

与储液器相连的膨胀阀；

与膨胀阀一起构成制冷制热回路的压缩机、源侧换热器、用户侧换热器以及控制制冷和制热模式的转换的电磁四通阀；以及

如权利要求1-9中任一项所述的四通换向阀，其中，所述四通换向阀的第一端口与源侧换热器和用户侧换热器之一相连，第二端口与源侧换热器和用户侧换热器之另一相连，第四端口与膨胀阀相连，并且第三端口与储液器相连，以使得当制冷制热系统在制冷和制热工况下切换时，四通换向阀能通过作用在活塞两端的来自高压制冷剂和低压制冷剂的压力差进行自力式换向。