CN109424766A - 一种旋转式换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式换向阀，包括阀芯部件,所述阀芯部件包括带有第一流道和第二流道的阀芯，所述第一流道在所述阀芯的周向外缘部上形成两个第一阀口部，所述第二流道在所述阀芯的周向外缘部上形成两个第二阀口部，在所述第一阀口部与所述第二阀口部相对的所述周向外缘部设置有轴向容纳槽，还包括轴向密封部件，所述轴向密封部件包括弹性构件和密封构件，所述弹性构件置于所述容纳槽内，所述密封构件置于所述容纳槽并部分凸出于所述周向外缘部，本发明公开的旋转式换向阀能够提升产品的杂质兼容性,使阀芯与阀体之间不容易卡死。

Description

一种旋转式换向阀

技术领域

本发明涉及制冷系统控制技术领域，具体涉及一种旋转式换向阀。

背景技术

制冷系统中一般采用换向阀来实现制冷与制热的转换功能。目前随着工业的发展，大型制冷设备也不断被应用于制冷行业中。其对换向阀的制冷量要求也不断提高，就要求换向阀产品的体积需要做大，所以多采用结构较大的旋转式换向阀进行系统的制冷/制热的功能切换。

图1为背景技术中用于制冷系统中的旋转式换向阀的结构示意图。如图1所示。制冷系统包括通过管路连通的压缩机200、第一热交换器300、旋转式换向阀100、节流元件500、第二热交换器400。旋转式换向阀100采用柱状阀芯在阀体的内腔中旋转以切换流路，所以阀芯形成独立的两个流道，而为了确保两个流道相互独立而不发生流体介质的串通，背景技术的产品阀芯与阀体的配合间隙均设计的很小。而系统中不可避免的会有一些杂质，一旦系统中的杂质进入到配合间隙内，就有可能导致杂质嵌入到阀芯部件与阀体部件的配合部位，造成转动不了而卡死的失效后果。

所以改进旋转式换向阀的结构，避免阀芯部件在阀体部件的阀腔孔中卡死，是本领域的技术人员所要考虑的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种旋转式换向阀，包括：阀芯部件,所述阀芯部件包括带有第一流道和第二流道的阀芯，所述第一流道在所述阀芯的周向外缘部形成两个第一阀口部，所述第二流道在所述阀芯的周向外缘部形成两个第二阀口部，在所述第一阀口部与所述第二阀口部相对的所述周向外缘部设置有轴向容纳槽；阀体部件,所述阀体部件包括阀腔孔，所述阀腔孔的内壁与所述阀芯的周向外缘部相匹配，以使所述阀芯能在所述阀腔孔内转动,所述阀腔孔的内壁设有流路端口；驱动部件，所述驱动部件具有与所述阀芯部件传动连接的驱动轴；轴向密封部件，所述轴向密封部件包括弹性构件和密封构件，所述弹性构件置于所述容纳槽内，所述密封构件置于所述容纳槽并部分凸出于所述周向外缘部，所述弹性构件弹压所述密封构件。

本发明给出的旋转式换向阀，通过结构改进设计，在阀芯与阀体之间设置组合式密封部件，具有一定刚性和较高的弹性，可以在不影响流道之间相互密封性能的前提下，增加了阀芯与阀体之间的配合间隙，提升产品的杂质兼容性，避免了阀芯与阀体之间卡死引起的设备故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：背景技术中制冷系统中的旋转式换向阀的结构示意图；

图2：本发明给出的一种旋转式换向阀的结构示意图；

图3：图2中旋转式换向阀的阀芯部件的正面立体示意图；

图4：图2中旋转式换向阀的阀芯部件的侧面立体示意图；

图5：图4中阀芯部件在A-A方向的横向剖面的结构示意图；

图6：图5中阀芯部件在I区域结构的放大示意图；

图7：图2中旋转式换向阀在第一切换位置的流路通道状态的示意图；

图8：图2中旋转式换向阀在第二切换位置的流路通道状态的示意图；

图9：图2中旋转式换向阀在中间位置的流路通道状态的示意图；

图10:本发明给出的另一种旋转式换向阀的结构示意图；

图11：本发明给出的另一种旋转式换向阀在中间位置的流路通道状态的示意图；

图12:本发明给出的一种密封构件的示意图；

图13:本发明给出的一种弹性构件的示意图；

图14：本发明给出的另一种阀芯部件在横向剖面的结构示意图。

图1-14中标号说明：

100-旋转式换向阀、200-压缩机；

300-第一热交换器、400-第一热交换器、500-节流元件；

1-阀芯部件、11-阀芯、111-周向外缘部；

12/12A-第一流道、13/13A-第二流道；

14/14A-第一阀口部、15/15A-第二阀口部；

16-轴向通槽、161-台阶部、162-底壁圆弧形面；

163-容纳部、164-连接部；

2-阀体部件、21-阀本体；

22-阀腔孔；

221-上腔室、222-下腔室、223-阀腔内周壁；

23-流路端口；

231-第一流路端口、232-第二流路端口；

233-第三流路端口、234-第四流路端口；

24-上端盖、25-下端盖；

3-驱动部件；

31-罩体、32-内腔、33-驱动电机、34-摆动气缸；

331/341-驱动轴、35-限制部件；

4/4A-导流通道；

41-第一导流通道、42-第二导流通道；

5-轴向密封部件；

51-密封构件/密封条、52-弹性构件/橡胶件；

511-金属嵌件、512台阶部；

6-周向密封部件；

7-上轴承座、8-下轴承座、9-轴承。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图2为本发明给出的一种旋转式换向阀的结构示意图，图3为图2中旋转式换向阀的阀芯部件的正面立体示意图，图4为图2中旋转式换向阀的阀芯部件的侧面立体示意图，图5为图4中阀芯部件在A-A方向的剖面结构示意图，图6为图5中阀芯部件在I区域结构的放大示意图。

如图2、图3、图4、图5及图6所示。在该实施例中，旋转式换向阀100包括阀芯部件1、阀体部件2及驱动部件3。

阀芯部件1包括阀芯11，阀芯11大致为可围绕中心轴旋转的圆柱状结构，在阀芯的实体上加工有与周向外缘部111接交的两个通槽，作为第一流道12和第二流道13。第一流道12的两个端口与周向外缘部111相交形成两个第一阀口部14；第二流道13的两个端口与周向外缘部111相交形成两个第二阀口部15。在第一阀口部14沿周向外缘部111延伸设置有开槽，形成第一导流通道41；在第二阀口部15沿周向外缘部111延伸设置有开槽，形成第二导流通道42。在本实施例中，第一导流通道41在周向外缘部111上，相对于第一阀口部14的两边对称设置；第二导流通道42在周向外缘部111上相对于第二阀口部15的两边对称设置，这种设计结构可以使流体流通压力均匀。当然也可以采用其他不对称结构，或只在流道的一个阀口部设置导流通道。

为使在第一切换位置及第二切换位置的稳定状态下,第一流道12与第二流道13之间保持密闭性，在阀芯11的周向外缘部111上的第一导流通道与第二导流通道相对位置，设置有轴向密封部件5(这里所称的“相对位置”是指接近的第一导流通道与第二导流通道)。轴向密封部件5包括密封构件51和弹性构件52。

具体在本实施例中,在阀芯11的周向外缘部111上，第一导流通道41与第二导流通道42对应的中间位置，开设有轴向贯通的轴向通槽16。在横截面方向,轴向通槽16大致为在槽口方向渐窄槽底方向渐宽的“T”型结构。内部较宽的区域为容纳部163，和容纳部163向槽口缩口延伸的区域为连接部164。

图12为本发明具体给出的一种密封构件的示意图，图13为本发明具体给出的一种弹性构件的示意图。

如图12和图13所示并参照图6。在本实施例中，密封构件51具体为密封条，密封条51在横截面方向大致为“T”型结构，并与阀芯11的轴向通槽16的横截面相对应。密封条51置于轴向通槽16的容纳部163中，密封条51的“T”型前端通过连接部164凸出轴向通槽16的槽口。为进一步提高刚性，密封条51沿轴向贯穿设置有金属嵌件511，当然也可以采用其他材料的嵌件，其嵌件的刚性大于密封条51。

密封构件也可以采用其他类似结构，如截面为梯形或矩形的密封条等。由于阀芯11的容纳槽为轴向通槽16，所以密封条51很容易从通槽16的上端或下端插入放置，下面提到的弹性构件52也是如此，不再赘述。

在本实施例中，为使密封构件51具有较好的刚性，一般采用非金属工程塑料材料来满足有一定的刚性和一定的强度及耐磨性，当然也可以选择硬度偏软的金属材料如金属铜质或铝质材料。

在轴向通槽16的容纳部163中还设置有弹性构件52，在该实施例中，弹性构件52具体为截面轮廓为圆形的长条型橡胶件。弹性构件52向槽口方向挤压密封构件51。这样可以使阀芯11安装于阀腔孔22后，保持密封构件51抵接于阀腔孔22的内周壁223，使第一流道12与第二流道13之间保持密闭性。

考虑旋转式换向阀的工作环境，系统中不可避免会有一些杂质，虽然系统内会设置一些杂质过滤的部件，但这些部件过滤的一般在120目以上，即直径约0.12mm及以下的颗粒一般是无法被过滤掉的，所以为不使阀芯与阀体之间卡死，阀腔孔的内径尺寸(D1)与阀芯的周向外缘的外径尺寸(D2)之间满足关系：D2-D1≥0.24mm。

当阀芯位于第一切换位置或第一切换位置时，密封构件51抵接阀腔孔的内周壁223，密封构件凸出于周向外缘部的距离(H)≥0.12mm。

这样旋转式换向阀结构可以兼容120目以下的杂质而不会卡死。

在本实施例中，为使弹性构件52具有较好的弹性，作为一种优选方案，使用截面轮廓为圆形的橡胶条，阀芯11的轴向通槽16的底壁在截面方向也具有与弹性构件52相对应的圆弧面162。弹性构件52(橡胶条)受压后，能均匀变形，不会使表面损伤，提高了使用寿命。当然，弹性构件也可以采用其他类似结构，只要截面轮廓至少包括一段圆弧形，如截面为半圆形或椭圆形的密封条等。

上述密封构件51与弹性构件52的配合结构，其有益之处在于：在两个流道之间开设沿轴线方向的轴向通槽16内设置密封构件51与弹性构件52形成了双重密封结构，其中密封构件采用刚性及硬度较好的材料，如PPS、PEEK及金属如紫铜、铝等等；而弹性构件采用弹性较好的软质材料，如橡胶等，利用材料本身的弹性变形，以一定的压缩量来弥补配合间隙，从而保证密封可靠性。又可以使阀体与阀芯之间具有适当的间隙不会造成卡死的后果。

而且，在阀芯部件1旋转过程中到中间位置时(具体说明见后文)，第一流道及第二流道不与流路端口直接连通，此时密封构件51会与其中一个流路端口23相对，密封构件51凸出于周向外缘部111的部分就没有阀腔内周壁223的抵接约束。阀芯11继续旋转过程中，在流体介质的作用下，容易被挤出变形甚至被剪切，破坏密封结构。但由于阀芯11的轴向通槽16包括容纳部163和从容纳部163向槽口缩口延伸的连接部164。容纳部163和连接部164之间形成的台阶部161，可有效防止密封件51在压力作用下脱离轴向通槽16。

可以进一步考虑阀芯部件1与阀腔孔22之间的密封可靠性，在阀芯11周向外缘部111的靠近上端部位置和靠近下端部位置分别设置有周向密封部件6。

阀体部件2包括阀本体21、上端盖24及下端盖25。在大型换向阀中，阀本体21一般通过金属铸造加工而成，其中间加工有圆柱形孔作为阀腔孔22，阀腔孔22的内周壁223与圆柱状阀芯11的周向外缘部111相匹配，使阀芯11能在阀腔孔22内转动。上端盖24和下端盖25固定于阀本体21。

上端盖24上设置有上轴承座7，下端盖25设置有下轴承座8。从阀芯11的上端部向上延伸而且直径变小的台阶轴，在台阶轴上固定有上轴承9；从阀芯11的下端部向下延伸而且直径变小的台阶轴，在台阶轴上固定有下轴承9。通过上轴承座7和下轴承座8分别与上/下轴承9配合，使阀芯部件1支撑在阀腔孔22中并可在阀腔孔22内旋转。

在本实施例中，上轴承座7与上端盖24、下轴承座8与下端盖25为一体结构，也可以将轴承座作为嵌件固定在端盖上。

阀芯11的上端部与上端盖24之间形成上腔室221，阀芯11的下端部与下端盖25之间形成下腔室222。

可以设定第一流路端口为高压进口端口，则作为优选方案，上腔室221及下腔室222与第一流路端口的高压腔连通(具体可通过另外接管连通或直接在阀体上开孔连通)。上腔室221与下腔室222与外部环境密闭。这样一来阀芯11的上下都受到高压作用，换向转动过程中受压力变化的波动性小。

在阀本体21上还焊接有四个接管，接管一端的内腔与阀腔孔22密闭连通形成四个流路端口23，具体包括第一流路端口231、第二流路端口232，第三流路端口233及第四流路端口234。接管的另一端焊接有法兰盘便于与热泵系统连接。(亦可在阀本体上直接铸造出四个接管及法兰，从而提高产品的可靠性及降低成本。)

驱动部件3包括罩体31，罩体31固定在上端盖24上，罩体31内形成与上腔室221相连通的内腔32。在罩体31内设置有驱动电机33，驱动电机33的驱动轴331伸入上腔室221内并可带动阀芯11转动。

参见图7，当驱动电机33的驱动轴331带动阀芯11相对于所述阀体部件2旋转到第一切换位置时，第一流道12两端的第一阀口部14分别与第一流路端口231和第二流路端口232直接连通；第二流道13两端的第二阀口部15分别与第三流路端口233和第四流路端口234直接连通。

参见图8，当驱动电机33的驱动轴331带动阀芯11相对于所述阀体部件2旋转到第二切换位置时，第一流道12两端的第一阀口部14分别与第一流路端口231和第三流路端口233直接连通；第二流道13两端的第二阀口部15分别与第二流路端口232和第四流路端口234直接连通。

参见图9，当驱动电机33的驱动轴331带动阀芯11相对于所述阀体部件2旋转到中间位置(该中间位置定义为：阀芯旋转至第一切换位置与所述第二切换位置的中间，在该位置，第一流道及第二流道都不与流路端口直接连通。具体在图9中体现，阀芯11旋转至第一流道12的第一阀口部14与阀腔内周壁223相对，而不与流路端口23中的任一个端口直接连通；第二流道13的第二阀口部15与阀腔内周壁223相对，而不与流路端口23中的任一个端口直接连通)。此时，第一流路端口231、第二流路端口232、第三流路端口233及第四流路端口234内的流体仍可以通过各导流通道4(第一导流通道41、第二导流通道42)对应地与第一流道12及第二流道13连通，所以确保换向过程中，系统流通通道不闭塞，不会产生瞬间高压。

在上述实施例中，导流通道4在周向外缘部111上，相对于阀口部的两边对称开槽设置。当然，也可以只在周向外缘部111上相对于阀口部的单边设置导流通道。只要在换向过程中，系统流体均有开启流通通道，就可以达到上述实施例的有益效果，在此不再赘述。

图11为本发明给出的另一种旋转式换向阀在中间位置的流路通道状态的示意图。

如图11所示。在本实施例中，导流通道4A设置在阀体部件1的阀腔孔内周壁223上，导流通道4A具体为从流路端口23沿阀腔内周壁223的周向延伸开槽设置。在阀芯部件旋转从第一切换位置到第二切换位置过程中的中间位置时，也可以使第一流路端口231、第二流路端口232、第三流路端口233及第四流路端口234内的流体仍可以通过各导流通道4A与第一流道12及第二流道13连通，在此不再赘述。

图14为本发明给出的另一种阀芯部件在横向剖面的结构示意图。

如图14所示。与前述实施例不同的是，在本实施例中，阀芯11加工有与周向外缘部111接交的两个通槽，作为第一流道12A和第二流道13A。第一流道12A与周向外缘部111的两端相交形成两个第一阀口部14A；第二流道13A的两个端口与周向外缘部111相交形成两个第二阀口部15A。两个第一阀口部14A中间是相互贯通的，所以第一流道12A的两端连通在一起；两个第二阀口部15A之间是相互贯通的，所以第二流道13A的两端连通在一起。

图10为本发明给出的另一种旋转式换向阀的结构示意图。

如图10所示。与前述实施例不同的是，在本实施例中，驱动部件3采用摆动气缸34代替驱动电机33。摆动气缸34固定在上端盖24上，摆动气缸34的驱动轴341伸入上腔室221内并可带动阀芯11转动，同时在上端盖24上还设置有限制部件35(参见图3)，限制部件35具体为固定块。摆动气缸34的驱动轴341在带动阀芯11旋转过程中，抵接固定块后可以限制驱动轴的旋转行程。

可以理解的是，在本文中，"上、下、内、外"等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图所示产品方位的不同，相应的方向和位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定。

以上对本发明所提供的旋转式换向阀及其制冷系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (16)

1.一种旋转式换向阀，其特征在于，包括：

阀芯部件,所述阀芯部件包括带有第一流道和第二流道的阀芯，所述第一流道在所述阀芯的周向外缘部形成两个第一阀口部，所述第二流道在所述阀芯的周向外缘部形成两个第二阀口部，在所述第一阀口部与所述第二阀口部相对的所述周向外缘部设置有轴向容纳槽；

阀体部件,所述阀体部件包括阀腔孔，所述阀腔孔的内壁与所述阀芯的周向外缘部相匹配，以使所述阀芯能在所述阀腔孔内转动,所述阀腔孔的内壁设有流路端口；

驱动部件，所述驱动部件具有与所述阀芯部件传动连接的驱动轴；

轴向密封部件，所述轴向密封部件包括弹性构件和密封构件，所述弹性构件置于所述容纳槽内，所述密封构件置于所述容纳槽并部分凸出于所述周向外缘部，所述弹性构件弹压所述密封构件。

2.如权利要求1所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述容纳槽为轴向通槽，所述容纳槽包括容纳部和从所述容纳部向槽口缩口延伸的连接部，所述密封构件从所述连接部向槽口方向部分凸出于所述周向外缘部。

3.如权利要求1所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述密封构件为密封条，所述密封构件包括沿轴向贯穿的金属嵌件。

4.如权利要求1所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述弹性构件为长条状，所述弹性构件的横截面轮廓至少包括一段圆弧形。

5.如权利要求4所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述弹性构件为横截面轮廓为圆形或椭圆形的长条状。

6.如权利要求4所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述容纳槽的底壁具有与所述弹性构件的圆弧形横截面轮廓相对应的圆弧面。

7.如权利要求1-6任一项所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述密封构件的材料硬度大于所述弹性构件的材料硬度。

8.如权利要求7所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述密封构件为非金属工程塑料材料，所述弹性构件为橡胶材料。

9.如权利要求7所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述密封构件为金属铜质或铝质材料，所述弹性构件为橡胶材料。

10.如权利要求1-6任一项所述的旋转式换向阀，其特征在于，还包括导流通道，所述导流通道包括第一导流通道和第二导流通道，所述第一导流通道包括从所述第一阀口部沿所述周向外缘部延伸设置的开槽；所述第二导流通道包括从所述第二阀口部沿所述周向外缘部延伸设置的开槽，所述轴向密封部件设置在所述第一导流通道与所述第二导流通道相对的周向外缘部。

11.如权利要求10所述的旋转式换向阀，其特征在于，在所述周向外缘部的靠近上端部及靠近下端部的位置，分别设置有周向密封部件。

12.如权利要求10所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述阀体部件包括阀本体、上端盖及下端盖，所述上端盖设置有上轴承座，所述下端盖设置有下轴承座，所述阀芯部件通过轴承支撑于所述上轴承座和下轴承座，所述阀芯的上端部与所述上端盖之间形成上腔室，所述阀芯的下端部与所述下端盖之间形成下腔室。

13.如权利要求12所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述驱动部件包括罩体和设置在所述罩体的内腔中的驱动电机，所述罩体与所述上端盖固定连接，所述驱动电机的驱动轴伸入所述上腔室内与所述阀芯部件传动连接，所述罩体的内腔与所述上腔室连通。

14.如权利要求10所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述驱动部件包括摆动气缸，所述摆动气缸与所述上端盖固定连接，所述摆动气缸的驱动轴伸入所述上腔室内与所述阀芯部件传动连接，所述上端盖设置有限制部件，所述限制部件能够限制所述驱动轴的旋转行程。

15.如权利要求1-6任一项所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述阀腔孔的内径尺寸(D1)与所述阀芯的周向外缘的外径尺寸(D2)之间满足关系：D1-D2≥0.24mm。

16.如权利要求1-6任一项所述的旋转式换向阀，其特征在于，所述阀芯位于第一切换位置或第二切换位置时，所述密封构件抵接所述阀腔孔的内壁，所述密封构件凸出于所述周向外缘部的距离(H)≥0.12mm。