CN109838583A - 四通换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二氧化碳热泵系统用的四通换向阀，四通换向阀包括先导阀、与先导阀连接的主阀，主阀包括主阀体，主阀体上一侧设有第一连接管、第二连接管及用于与压缩机进口管连接的低压出口管，主阀体另一侧设有设有用于与压缩机出口管连接的高压进口管，高压进口管为三叉管，高压进口管具有一与压缩机出口管连接的第一进口及第一出口、第二出口；主阀体内滑动密封装配有主阀芯，主阀芯上设有贯通的第一通道、第二通道以及一连通凹槽。本发明四通换向阀对主阀结构进行改进设计，使得其可以承受相对更大的压力，减少传热。

Description

四通换向阀

技术领域

本发明涉及四通换向阀领域，具体涉及一种二氧化碳热泵系统用的四通换向阀。

背景技术

空调系统的制冷、制热的切换，是需要一个匹配的四通换向阀的。普通空调系统用的四通换向阀技术已经十分成熟，以浙江三花智能控制股份有限公司生产的型号为SHF-3550的四通换向阀为例，具体结构如图1所示：其主要包括一主阀7和电磁先导阀8，电磁先导阀用于主阀的换向，主阀包括主阀体、主滑阀，电磁先导阀包括先导阀体、先导滑阀、线圈、压缩弹簧，具体地：

当先导阀的线圈11处于断电状态，先导滑阀9在右侧压缩弹簧10驱动下左移，从压缩机1排出的高压气体经进口管D进入毛细管2后进入右端活塞腔3，同时，左端活塞腔的气体排出，由于活塞两端存在压差，活塞及主滑阀4左移，使排气管(此状态下，排气管为管C)与室外机5接管相通，另两根接管(图中的管E、管S)相通，形成制冷循环。

当线圈11处于通电状态，先导滑阀9在线圈产生的磁力作用下克服压缩弹簧10的张力而右移，高压气体经进口管D进入毛细管2后进入左端活塞腔，同时，右端活塞腔的气体排出，由于活塞两端存在压差，活塞及主滑阀4右移，使排气管(此状态下，排气管为管E)与室内机6接管相通，另两根接管(管C、管S)相通，形成制热循环。

关于上述的这种结构的四通换向阀，也可参考申请公布号CN107289151A的中国发明专利公开的一种冷媒循环系统，以及申请公布号CN104344016A公开的一种四通换向阀。

图1中所示的这种四通换向阀，由于体积小、价格便宜、控制简单等优点得到了普遍应用，但是它的最大工作压力只有4.2MPa，跟它的结构有一定关系，作为阀芯的主滑阀4是拱起的片状结构。以二氧化碳(CO₂)做制冷剂的热泵系统在非运行状态下最高压力就达到7.3MPa，运行时压力达12MPa或更高，显然此种四通换向阀已不能满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种四通换向阀，以解决现有四通换向阀不适用以二氧化碳做制冷剂的热泵系统的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：四通换向阀，包括先导阀、与先导阀连接的主阀，主阀包括主阀体，主阀体上一侧设有第一连接管、第二连接管及用于与压缩机进口管连接的低压出口管，主阀体另一侧设有用于与压缩机出口管连接的高压进口管，高压进口管为三叉管，高压进口管具有与压缩机出口管连接的第一进口及第一出口、第二出口；主阀体内滑动密封装配有主阀芯，主阀芯上设有贯通的第一通道、第二通道以及一连通凹槽；

主阀芯处于制冷工位，第一出口、第一通道、第一连接管依次连通，低压出口管与第二连接管经由所述连通凹槽相通；

主阀芯处于制热工位，第二出口、第二通道、第二连接管依次连通，低压出口管与第一连接管经由所述连通凹槽相通。

进一步地，所述主阀芯为圆柱形或矩形。

进一步地，所述第一通道、第二通道为斜通孔或者竖直通孔。

进一步地，定义高压进口管设置在主阀体的下侧，低压出口管设置在主阀体的上侧，所述第一通道、第二通道为斜通孔，第一通道、第二通道呈“八”字形布置，连通凹槽设置在第一通道、第二通道之间。

进一步地，所述主阀芯上设有至少四组密封结构，第一通道的两侧分别设有一所述的密封结构，第二通道的两侧分别设有一所述的密封结构。

进一步地，所述连通凹槽设置在主阀芯的朝向低压出口管的一侧面。

进一步地，所述主阀芯的朝向高压进口管的一侧面设有限位凹槽，主阀体上设有限位件，限位件一端伸入限位凹槽以用于防止主阀芯沿径向圆周转动。

进一步地，所述第一连接管用于与室外换热器连通，第二连接管用于与热泵换热器连通。

进一步地，定义高压进口管设置在主阀体的下侧，低压出口管设置在主阀体的上侧，所述主阀体包括设置在其左右两端的左堵头、右堵头，左堵头上设有连通主阀体左侧腔室的左气孔，右堵头上设有连通主阀体右侧腔室的右气孔，左气孔通过第一毛细管连接先导阀，低压出口管通过第二毛细管连接先导阀，右气孔通过第三毛细管连接先导阀，高压进口管通过第四毛细管连接先导阀；主阀芯处于制冷工位，第一毛细管与第四毛细管连通，第二毛细管与第三毛细管连通；主阀芯处于制热工位，第一毛细管与第二毛细管连通，第三毛细管与第四毛细管连通。

进一步地，所述左堵头、右堵头内侧均设有导气锥槽。

本发明的有益效果：

本发明的四通换向阀，主要在主阀部分进行改进设计，先导阀的结构不变。主阀体内滑动密封装配有主阀芯，主阀芯上设有贯通的第一通道、第二通道以及一连通凹槽；高压进口管为三叉管，高压进口管具有一与压缩机出口管连接的第一进口及第一出口、第二出口。主阀芯的移动由先导阀控制，主阀芯在移动过程中，可切换高压进口管的第一出口与第一通道连通以及第二出口与第二通道连通，从压缩机出口出来的高温高压制冷剂，在制冷制热两种模式下，分别从两个口进入到主阀体内，这是与现有技术的四通换向阀主阀芯最大的不同之处，如此结构设计，使得在大致相同体积空间下，主阀芯的实体部分可以设计的更多，例如设计成实心柱或块，相对于现有技术中的片状阀芯，承压能力更强，以适用于以二氧化碳作为制冷剂的热泵空调系统中，另外还具有减少传热的效果。

附图说明

图1是现有技术中的一种四通换向阀结构、原理示意图；

图2是本发明四通换向阀实施例1的结构示意图；

图3是本发明四通换向阀实施例1制热循环原理示意图；

图4是本发明四通换向阀实施例1制冷循环原理示意图；

图5是本发明四通换向阀由制冷模式向制热模式切换的状态示意图一；

图6是本发明四通换向阀由制冷模式向制热模式切换的状态示意图二；

图7是本发明四通换向阀实施例2的结构示意图；

图8是本发明四通换向阀实施例3中左堵头的结构示意图。

图2至图8中标记对应的名称：

1、先导阀，2、主阀，21、主阀体，22、主阀芯，221、第一通道，222、第二通道，223、连通凹槽，224、限位凹槽，23、左堵头，231、左气孔，232、导气锥槽，233、橡胶圈，24、右堵头，25、密封结构，26、焊接螺纹管接头，27、限位件，28、右侧腔室，29、左侧腔室，3、高压进口管，31、第一出口，32、第二出口，33、第一进口，4、第一连接管，5、低压出口管，6、第二连接管，7、第一毛细管，8、第二毛细管，9、第三毛细管，10、第四毛细管，11、热泵换热器，12、室外换热器，13、压缩机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例1：

如图2-图6所示，四通换向阀包括先导阀1、与先导阀1连接的主阀2。先导阀1是电磁先导阀，在本发明中起改变气流流向的作用，其结构、原理属于现有技术。本发明中，对先导阀做的改变只是增加产品壁厚，以承受更大压力，更适用于以二氧化碳为制冷剂的热泵系统中。

主阀2包括主阀体21，主阀体21上一侧设有第一连接管4、第二连接管6及用于与压缩机13的进口管连接的低压出口管5，主阀体另一侧设有用于与压缩机出口管连接的高压进口管3。定义高压进口管3设置在主阀体21的下侧，低压出口管5设置在主阀体的上侧。第一连接管4用于与室外换热器12连通，第二连接管6用于与热泵换热器11连通。第一连接管、第二连接管及低压出口管分别通过一焊接螺纹管接头连接在主阀体上，焊接螺纹管接头同图2中的高压进口管处的焊接螺纹管接头26。

主阀体包括设置在其左右两端的左堵头23、右堵头24，主阀体内形成主阀腔，供安装主阀芯，主阀芯两侧的空间记为左侧腔室、右侧腔室。主阀体的主阀腔内滑动密封装配有主阀芯22。

左堵头23上设有连通主阀体左侧腔室的左气孔231，右堵头24上设有连通主阀体右侧腔室的右气孔，左气孔通过第一毛细管7连接先导阀1，低压出口管5通过第二毛细管8连接先导阀1，右气孔通过第三毛细管9连接先导阀1，高压进口管3通过第四毛细管10连接先导阀1。左堵头、右堵头内侧均设有导气锥槽232，导气锥槽设置在对应的气孔的内端口处。

高压进口管3为三叉管，高压进口管3具有与压缩机出口管连接的第一进口31及第一出口32、第二出口33。第一出口、第二出口分别通过一焊接螺纹管接头26连接在主阀体21上。

主阀芯22为圆柱形阀芯，其轴向也即沿左右方向。主阀芯22上设有贯通的第一通道221、第二通道222以及一连通凹槽223。第一通道221、第二通道222均为斜通孔。第一通道221、第二通道222呈“八”字形左右对称布置，连通凹槽设置在第一通道221、第二通道222之间。连通凹槽223为一环形槽，设置在主阀芯的朝向低压出口管的一侧面。连通凹槽223的结构不限，能够起到连通相邻两管的作用即可。主阀芯的朝向高压进口管的一侧面设有限位凹槽224，主阀体上设有限位件27，限位件27一端伸入限位凹槽以用于防止主阀芯沿径向圆周转动。本实施例中，限位件27采用限位螺钉。

如图2所示，主阀芯22上设有四组密封结构，第一通道221的两侧分别设有一所述的密封结构25，第二通道222的两侧也分别设有一所述的密封结构。也即两组密封结构之间形成气流通道。具体地，四组密封结构左右依次间隔设置，其中中间的两组密封结构位于限位凹槽224、连通凹槽223的左右两侧，保证限位凹槽224、连通凹槽223不与第一通道或第二通道串气。其他实施例中，可以再增加一组或两组密封结构。

上述的每组密封结构包括一氟橡胶O型圈和聚四氟乙烯弧形挡圈，O型圈与弧形挡圈配合起到轴向密封作用。主阀芯外壁上设有相应的用于安装密封结构的环形密封槽。

主阀芯和主阀体之间是间隙配合，主阀芯在气流作用下可在主阀体内左右滑动，定义其中两个工作位置为制冷工位、制热工位。主阀芯处于制冷工位，第一出口、第一通道221、第一连接管4依次连通，低压出口管5与第二连接管6经由所述连通凹槽223相通；主阀芯处于制冷工位，第一毛细管7与第四毛细管10连通，第二毛细管8与第三毛细管9连通。

主阀芯处于制热工位，第二出口32、第二通道222、第二连接管6依次连通，低压出口管5与第一连接管4经由所述连通凹槽223相通。主阀芯处于制热工位，第一毛细管7与第二毛细管8连通，第三毛细管9与第四毛细管10连通。

上述是对本发明四通换向阀的结构进行的描述，以下对其工作原理做介绍。

制热模式：

热泵接收制热模式运行命令后，先导阀1动作，使其阀芯(对应背景技术部分的先导滑阀)移动至图3所示位置，压缩机13出口高温高压制冷剂按图中实线箭头所示流向主阀体2的右侧腔室28，具体地，依次流向高压进口管3、第四毛细管10、第三毛细管9、右气孔、右侧腔室28。同时，主阀体2的左侧腔室内制冷剂按图中虚线箭头所示流向压缩机进口，具体地，依次流向左气孔231、第一毛细管7、第二毛细管8、低压出口管5。左右腔室压差形成后，推动主阀芯22左移至图示位置，实现压缩机出口与热泵换热器11相通，同时，室外换热器12与压缩机入口相通，形成制热循环。也即高压进口管3的第二出口32连通第二通道222、第二连接管6，第一通道221关闭，第一连接管4与低压出口管5在连通凹槽223处连通。

热泵接收制冷模式运行命令后，先导阀1动作使其阀芯移动至图4所示位置，压缩机13出口的高温高压制冷剂按图中实线箭头所示流向主阀体21的左侧腔室29，具体地，高温高压制冷剂依次流向高压进口管3、第四毛细管10、第一毛细管7、左气孔、左侧腔室29；同时，主阀体的右侧腔室内制冷剂按图中虚线箭头所示流向压缩机进口，具体地，依次流向右气孔、第三毛细管9、第二毛细管8、低压出口管5。左右腔室压差形成后，推动主阀的主阀芯右移至图示位置，实现压缩机13出口与室外换热器12相通，同时热泵换热器11与压缩机入口相通，形成制冷循环。也即，高压进口管3的第一出口31连通第一通道221、第一连接管4，第二通道222关闭，低压出口管5与第二连接管6在连通凹槽223处相连通。

四通换向阀由制冷模式向制热模式切换时，过程如下：

制冷模式时四通换向阀的状态如图4所示，当热泵接收制热模式命令后，先导阀先动作，先导阀动作后四通换向阀状态如图5所示。此时压缩机出口高压制冷剂迅速流向右侧腔室，右侧腔室压力升高，同时左侧腔室高压制冷剂迅速流向压缩机进口，左侧腔室压力降低，左右腔室压差迅速形成，达到某一临界值后推动主阀芯向左侧移动。主阀芯向左移动会阻断原有制冷循环通道，此时状态如图6所示。此时压缩机排气压力增大使得右侧腔室压力更大，同时压缩机不停吸气使得左侧腔室压力更低，左右腔室压差更大，主阀芯左移速度加快，直至形成制热模式回路。

以上是对本发明四通换向阀的结构、工作原理说明，四通换向阀设计最大工作压力为14MPa。作为进一步优化设计的细节内容如下：

为达到使用方便、降低成本、耐高温高压和密封性良好的目的，该四通换向阀的所有对外连接管都是制冷空调用紫铜管，主阀体和主阀芯材质为碳钢和304不锈钢等常见材质，密封结构的材料选择用标准规格的耐高温氟橡胶或硅橡胶O型圈和配套的聚四氟乙烯弧形挡圈。

主阀体是两头带堵头的圆筒，为避免铜管与钢材质阀体焊接产生的高温引起主阀体变形甚至损坏密封部件，设计住阀体接口均为螺纹连接，接头材质与主阀体材质一致，接头先焊接铜管再与主阀体连接，用耐高温密封胶密封。

为了使主阀芯在主阀体内运行顺畅并保护密封件不受损伤，在主阀体和主阀芯加工时，将其所有边角都加工成圆角。

本发明的四通换向阀，主要应用在以二氧化碳做为制冷剂的热泵空调系统中，可以促进以高效环保的二氧化碳为制冷剂的热泵和制冷行业的快速发展。当然本发明的四通换向阀也可应用在其他相关技术领域。

本发明实施例2：

如图7所示，本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例中，第一通道、第二通道222设置成上下的直通孔，也即沿主阀芯径向开设的通孔。实施例1中的高压进口管的第一出口、第二出口的间距大于本实施中高压进口管的第一出口、第二出口的间距。

本发明实施例3：

相对于实施例1，本实施例对主阀体的堵头结构局部优化设计，其他结构不变。如图8所示，是左堵头的结构示意图，左堵头的内端面嵌装有一个橡胶圈，在主阀芯向左移动至左极限位置时，橡胶圈能够起到减震作用。橡胶圈采用氟橡胶或其他具有减震效果的材质。右堵头与左堵头结构一致，也是增设了一个减震的橡胶圈，具体不再描述。

上述各实施例中，主阀芯优选采用圆柱形的，有便于轴向密封，运动平稳等优点。当然，其他实施例也可采用其他可行的形状的主阀芯，如断面呈矩形的，对应的主阀体设置成方筒。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.四通换向阀，包括先导阀、与先导阀连接的主阀，主阀包括主阀体，主阀体上一侧设有第一连接管、第二连接管及用于与压缩机进口管连接的低压出口管，其特征在于：主阀体另一侧设有用于与压缩机出口管连接的高压进口管，高压进口管为三叉管，高压进口管具有与压缩机出口管连接的第一进口及第一出口、第二出口；主阀体内滑动密封装配有主阀芯，主阀芯上设有贯通的第一通道、第二通道以及一连通凹槽；

主阀芯处于制冷工位，第一出口、第一通道、第一连接管依次连通，低压出口管与第二连接管经由所述连通凹槽相通；

主阀芯处于制热工位，第二出口、第二通道、第二连接管依次连通，低压出口管与第一连接管经由所述连通凹槽相通。

2.根据权利要求1所述的四通换向阀，其特征在于：所述主阀芯为圆柱形或矩形。

3.根据权利要求1或2所述的四通换向阀，其特征在于：所述第一通道、第二通道为斜通孔或者竖直通孔。

4.根据权利要求3所述的四通换向阀，其特征在于：定义高压进口管设置在主阀体的下侧，低压出口管设置在主阀体的上侧，所述第一通道、第二通道为斜通孔，第一通道、第二通道呈“八”字形布置，连通凹槽设置在第一通道、第二通道之间。

5.根据权利要求4所述的四通换向阀，其特征在于：所述主阀芯上设有至少四组密封结构，第一通道的两侧分别设有一所述的密封结构，第二通道的两侧分别设有一所述的密封结构。

6.根据权利要求1所述的四通换向阀，其特征在于：所述连通凹槽设置在主阀芯的朝向低压出口管的一侧面。

7.根据权利要求5所述的四通换向阀，其特征在于：所述主阀芯的朝向高压进口管的一侧面设有限位凹槽，主阀体上设有限位件，限位件一端伸入限位凹槽以用于防止主阀芯沿径向圆周转动。

8.根据权利要求1所述的四通换向阀，其特征在于：所述第一连接管用于与室外换热器连通，第二连接管用于与热泵换热器连通。

9.根据权利要求1所述的四通换向阀，其特征在于：定义高压进口管设置在主阀体的下侧，低压出口管设置在主阀体的上侧，所述主阀体包括设置在其左右两端的左堵头、右堵头，左堵头上设有连通主阀体左侧腔室的左气孔，右堵头上设有连通主阀体右侧腔室的右气孔，左气孔通过第一毛细管连接先导阀，低压出口管通过第二毛细管连接先导阀，右气孔通过第三毛细管连接先导阀，高压进口管通过第四毛细管连接先导阀；

主阀芯处于制冷工位，第一毛细管与第四毛细管连通，第二毛细管与第三毛细管连通；

主阀芯处于制热工位，第一毛细管与第二毛细管连通，第三毛细管与第四毛细管连通。

10.根据权利要求9所述的四通换向阀，其特征在于：所述左堵头、右堵头内侧均设有导气锥槽。