CN110005841A - 一种旋转式三通阀结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转式三通阀结构，包括阀芯(5)和阀外壳(6)，所述阀外壳(6)为中空腔体结构，在阀外壳(6)上分别形成进液口(61)、上出液口(62)和下出液口(63)，在阀芯(5)上开设过流腔(51)，阀芯(5)安装在阀外壳(6)的中空内腔中、且阀芯(5)与阀外壳(6)之间形成相对转动结构；在阀芯(5)相对于阀外壳(6)转动过程中，进液口(61)通过过流腔(51)与上出液口(62)和/或下出液口(63)相通。本发明可有效地降低流体介质通过三通阀时的流动阻力，使流体介质流过三通阀后的压力损失减小，有效地减轻了流体介质在流过三通阀后的能量损失，具有整体结构更简单、体积更小、装配难度低等突出优点。

Description

一种旋转式三通阀结构
技术领域
本发明涉及三通阀结构设计领域，尤其是涉及应用于新能源车热管理系统的一种旋转式三通阀结构。
背景技术
对于电动、混动等新能源车，电池、电机电控、乘员舱等功能区对环境温度有明确需求，新能源车热管理系统中的换热介质会根据需求实时在不同回路间循环流通，通过换热使各功能区处于目标温度范围内。三通阀作为一种控制换热介质流向和流量的装置，被应用于各模块回路之间。
现有的三通阀结构设计，其在应用过程中存在如下不足之处：
(1)、为达到关闭出液口目的，需要在阀体与阀芯间增加辅助密封件，使零件数量增多、结构更复杂，且辅助密封件易疲劳或磨损而导致失效。
(2)、辅助密封件通常压紧在阀芯或阀体表面，使得阀芯旋转时的摩擦阻力增大，需要较高输出力矩的驱动力机构，不利于节能降耗。
(3)、阀体内部的流道结构复杂，再加上流通截面积小、流道异形、存在节流点等因素，使流体介质的流动阻力偏大，导致流体介质在流过三通阀后的压力下降过多，从而造成能量损失，使热管理系统的负荷增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种旋转式三通阀结构，以减轻流体介质流过三通阀后的能量损失。
本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种旋转式三通阀结构，包括阀芯和阀外壳，所述阀外壳为中空腔体结构，在阀外壳上分别形成进液口、上出液口和下出液口，所述的阀芯上开设过流腔，所述的阀芯安装在阀外壳的中空内腔中、且阀芯与阀外壳之间形成相对转动结构；在阀芯相对于阀外壳转动过程中，所述的进液口通过过流腔与上出液口和/或下出液口相通。
优选地，还包括驱动连杆，所述驱动连杆的一端形成动力输入连接部、另一端形成动力输出连接部，所述的动力输出连接部与阀芯之间形成固定连接结构。
优选地，还包括油封，所述油封上的密封唇与驱动连杆上的动密封部之间形成旋转动密封结构，所述油封上的静密封部与阀外壳内腔孔之间形成静密封结构。
优选地，所述阀外壳的内腔孔的入口端形成阶梯孔，所述油封上的静密封部与阀外壳上的阶梯孔之间通过过盈配合形成静密封结构。
优选地，所述油封上的静密封部为环形波纹结构。
优选地，还包括定心轴，所述的阀芯上设置定心孔，所述定心轴的相对两端分别与阀芯、阀外壳连接，且定心轴与定心孔之间形成间隙配合结构。
优选地，所述的阀芯与阀外壳之间形成间隙配合结构，且阀芯外壁与阀外壳内腔孔之间的配合间隙小于或者等于0.08mm。
优选地，所述阀芯上的过流腔为中空T型腔结构，或者为半封闭式开口腔结构，或者为L型腔结构。
优选地，所述的阀芯为圆柱体结构，或者为片状结构，或者为蝶状结构。
优选地，所述的阀芯上开设泄压孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在阀芯上开设过流腔、且阀芯与阀外壳之间形成相对转动结构，在阀芯相对于阀外壳转动过程中，阀外壳上的进液口通过阀芯上的过流腔与上出液口和/或下出液口相通，从而使得阀外壳与阀芯配合所形成的流道具有通流截面积大、流动行程短、截面变化平缓有序、无明显节流位置等优点，由此可以有效地降低流体介质通过三通阀时的流动阻力，使流体介质流过三通阀后的压力损失得以减小，有效地减轻了流体介质在流过三通阀后的能量损失；同时也使得三通阀的整体结构更简单、体积更小，且零件总数量也得以减少，因而极大地降低了三通阀的装配难度。
附图说明
图1为本发明一种旋转式三通阀结构的爆炸示意图。
图2为本发明一种旋转式三通阀结构的剖视图。
图3为图1或者图2中的上盖的结构示意图。
图4为图1或者图2中的驱动连杆的结构示意图。
图5为图1或者图2中的油封的结构示意图。
图6为图1或者图2中的阀芯的三维结构示意图(正视图)。
图7为图1或者图2中的阀芯的三维结构示意图(仰视图)。
图8为图1或者图2中的阀芯的三维结构示意图(俯视图)。
图9为图1或者图2中的阀外壳的结构示意图。
图10为本发明一种旋转式三通阀结构的流体流向控制示意图(上出液口打开)。
图11为本发明一种旋转式三通阀结构的流体流向控制示意图(下出液口打开)。
图12为本发明一种旋转式三通阀结构的流体流量调节示意图(上、下出液口同时打开)。
图中部品标记名称：1-连接螺钉，2-上盖，3-驱动连杆，4-油封，5-阀芯，6-阀外壳，7-定心轴，21-轴承孔，31-动力输入连接部，32-滚道部，33-动密封部，34-动力输出连接部，41-密封唇，42-静密封部，51-过流腔，52-连接孔，53-定心孔，54-立柱，55-泄压孔，61-进液口，62-上出液口，63-下出液口，64-阶梯孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2、图10、图11、图12所示的旋转式三通阀结构，主要包括连接螺钉1、上盖2、驱动连杆3以及阀芯5和阀外壳6，所述上盖2的结构如图3所示，在上盖2上形成轴承孔21，所述的上盖2通过若干连接螺钉1与阀外壳6形成固定连接结构。所述驱动连杆3的结构如图4所示，其一端形成动力输入连接部31、另一端形成动力输出连接部34，在动力输入连接部31与动力输出连接部34之间还分别形成滚道部32、动密封部33。所述的输入连接部31优选采用由若干凸起环圆柱体分布而形成的花形结构，用于接收动力机构输入的旋转驱动力矩。所述阀芯5的结构如图6、图7所示，在阀芯5上分别开设过流腔51、连接孔52，所述的阀芯5可以是圆柱体结构，也可以是片状结构，也可以是蝶状结构，所述的过流腔51优选采用中空T型腔结构，或者采用半封闭式开口腔结构，或者采用L型腔结构。所述阀外壳6的结构如图9所示，阀外壳6为中空腔体结构，在阀外壳6上分别形成进液口61、上出液口62和下出液口63。需要说明的是：此处的“上”、“下”仅具有区分意义，而不意味着具有绝对位置关系一一对应。也就是说，所述的进液口61、上出液口62、下出液口63的相对位置是非固定的，例如，可以按圆周均匀排列，也可以将进液口61移到阀外壳6底部等；另外，所述进液口61、上出液口62、下出液口63的使用方法也是非固定的，例如，可以将上出液口62更改为进液口61，等等。
所述的阀芯5安装在阀外壳6的中空内腔中、且阀芯5与阀外壳6之间形成相对转动结构。所述驱动连杆3上的动力输出连接部34与阀芯5上的连接孔52之间形成固定连接结构。通常，如图1、图4、图6所示，所述的连接孔52采用扁方孔，所述的动力输出连接部34采用仿形扁方头，通过将动力输出连接部34插入到连接孔52中，即可通过驱动连杆3将其接收到的旋转驱动力矩传入阀芯5，使阀芯5相对于阀外壳6转动。当驱动连杆3旋转时，所述驱动连杆3上的滚道部32与上盖2上的轴承孔21之间形成类似滑动轴承的配合，从而可以为驱动连杆3的旋转提供支撑和定位。需要说明的是：所述的驱动连杆3可以与阀芯5合为一体而形成一体化结构，即在阀芯5的上端直接形成动密封部33、滚道部32、动力输入连接部31等结构特征。另外，也可以将驱动连杆3与动力机构合成一体而达到同样的力矩传递效果。
上述的三通阀在工作时，通过动力机构作用于驱动连杆3来使阀芯5相对于阀外壳6转动或者停止，并且，在阀芯5相对于阀外壳6转动过程中，所述的进液口61通过过流腔51与上出液口62和/或下出液口63相通，由此形成流体介质的流通通道。
具体地：
当阀芯5相对于阀外壳6停止在如图10所示位置时，所述的下出液口63被阀芯5关闭，所述的进液口61通过阀芯5上的过流腔51与上出液口62连通而形成流体介质的流通通道。当阀芯5相对于阀外壳6停止在如图11所示位置时，所述的上出液口62被阀芯5关闭，所述的进液口61通过阀芯5上的过流腔51与下出液口63连通而形成流体介质的流通通道。此即为三通阀对于流体介质的流向控制功能。
当动力机构使阀芯5相对于阀外壳6停止在如图12所示位置时，所述的进液口61通过阀芯5上的过流腔51分别与上出液口62、下出液口63连通而形成流体介质的流通通道。此时，根据阀芯5相对于阀外壳6的停止角度的不同，上出液口62、下出液口63的开口面积将相应发生改变(两者之间的开口面积负相关)，因此，处于三通阀内部的流体介质可以按照对应的开口面积比例从上出液口62、下出液口63同时流出。此即为三通阀对于流体介质的流量分配功能。为进一步改善三通阀的流量分配控制效果，提高流量分配精度和线性度，可以将阀芯5停留在中间状态时阻挡进液口61的立柱54减小甚至去除。当立柱54被去除时，即将阀芯5上的过流腔51由中空T型腔结构改为半封闭式开口腔结构，不仅有利于增大三通阀的通流面积，而且也能在一定程度上提高分流精度，从而有利于减小流体介质流过三通阀后的压力损失，避免流量分配比例调节时出现节流现象。另外，还可以在阀芯5上开设泄压孔55，如图8所示，以便可以使阀芯5两侧受到的液压力平衡，避免阀芯5被流体介质推到一边而出现过大的摩擦力及过度磨损。
本发明可应用于新能源车热管理系统，通过阀芯5与阀外壳6之间的相对转动而形成流体流道，该流体流道具有通流截面积大、流动行程短、截面变化平缓有序、无明显节流位置等优点，因此，可以有效地降低流体介质通过三通阀时的流动阻力，使流体介质流过三通阀后的压力损失得以减小，进而有效地减轻了流体介质在流过三通阀后的能量损失，有利于降低热管理系统的功耗。另外，与传统的三通阀结构相比较，由于阀外壳6与阀芯5之间不存在各类密封结构或辅助密封件，因此，阀芯5在旋转时就无需克服各类密封结构或辅助密封件所产生的额外摩擦阻力，使阀芯5的驱动力矩需求降低。通常，所述的阀芯5与阀外壳6之间形成间隙配合结构，且阀芯5外壁与阀外壳6内腔孔之间的配合间隙小于或者等于0.08mm。采用这样的结构设计，由于阀芯5的外壁与阀外壳6的内腔孔之间的配合间隙小，且液压力可将阀芯5推向被关闭的出液口方向，使得介质更难沿着配合间隙从被关闭的出液口流出而形成内泄漏，因此，在满足热管理系统内泄漏量要求的前提下，仍可以防止或只允许可接受范围内的微量介质在配合间隙之间流动，以达到关闭上出液口62、下出液口63的目的，还可以摈除阀外壳6与阀芯5之间的各类密封结构或辅助密封件，从而使三通阀的整体结构更简单、体积更小，且零件总数量也得以减少，极大地降低了装配难度。
在三通阀工作过程中，为了有效地防止其内部的流体介质发生泄漏，如图1、图2所示，可以在上盖2与阀外壳6之间增加设置油封4，所述油封4的结构如图5所示，在油封4上分别形成密封唇41和静密封部42，所述的密封唇41与驱动连杆3上的动密封部33之间形成旋转动密封结构，所述的静密封部42与阀外壳6的内腔孔之间形成静密封结构。通常，在阀外壳6的内腔孔的入口端形成阶梯孔64，如图9所示，以方便上盖2、油封4的装配定位，所述油封4上的静密封部42与阀外壳6上的阶梯孔64之间通过过盈配合形成静密封结构。当然，所述的油封4也可以过盈配合方式固定安装在上盖2内，再在上盖2与阀外壳6之间增加密封件以达到同样密封效果。进一步地，所述油封4上的静密封部42设计为环形波纹结构，如图5所示，一方面，可以使油封4能够更好地适应阀外壳6上的阶梯孔64尺寸公差大或高温后尺寸变化大等实际应用情形，从而提高了油封4的密封可靠性，另一方面，还可以减小油封4骨架的应力集中，从而增强了油封4的使用可靠性。所述的油封4可以采用O型圈，也可以采用星型圈等密封件。
在阀芯5相对于阀外壳6旋转过程中，为避免发生摩擦损耗，并提高三通阀对于流体介质的流向控制精度和流量分配精度，可以在阀芯5与阀外壳6之间增加设置定心轴7，如图2、图9所示。具体地，在阀芯5底部设置定心孔53，所述定心轴7的相对两端分别与阀芯5、阀外壳6连接，且定心轴7与定心孔53之间形成间隙配合结构。所述的定心轴7可以是在阀外壳6注塑时嵌入，也可以是在阀外壳6成型后再进行装配。通过设置定心轴7用于阀芯5的径向定位，可以很好地防止阀芯5因发生偏心而与阀外壳6的内腔孔之间发生摩擦损耗。
采用上述的结构设计后，在阀芯5旋转过程中，除密封唇41与驱动连杆3上的动密封部33之间形成动摩擦外，只存在定心轴7与阀芯5上的定心孔53之间的摩擦，当微量的介质进入到定心轴7与定心孔53之间的间隙后，即可使得定心轴7与定心孔53之间形成液体摩擦或混合摩擦，从而进一步减小了摩擦阻力，并减轻了摩擦面的磨损消耗，有利于提高三通阀的使用寿命。需要说明的是，当不使用定心轴7时，阀芯5的外壁可能会与阀外壳6的内腔孔发生摩擦损耗，但该摩擦特性仍属于液体摩擦或混合摩擦，故仍可保留低摩擦阻力、高使用寿命等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转式三通阀结构，包括阀芯(5)和阀外壳(6)，所述阀外壳(6)为中空腔体结构，在阀外壳(6)上分别形成进液口(61)、上出液口(62)和下出液口(63)，其特征在于：所述的阀芯(5)上开设过流腔(51)，所述的阀芯(5)安装在阀外壳(6)的中空内腔中、且阀芯(5)与阀外壳(6)之间形成相对转动结构；在阀芯(5)相对于阀外壳(6)转动过程中，所述的进液口(61)通过过流腔(51)与上出液口(62)和/或下出液口(63)相通。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式三通阀结构，其特征在于：还包括驱动连杆(3)，所述驱动连杆(3)的一端形成动力输入连接部(31)、另一端形成动力输出连接部(34)，所述的动力输出连接部(34)与阀芯(5)之间形成固定连接结构。
3.根据权利要求2所述的一种旋转式三通阀结构，其特征在于：还包括油封(4)，所述油封(4)上的密封唇(41)与驱动连杆(3)上的动密封部(33)之间形成旋转动密封结构，所述油封(4)上的静密封部(42)与阀外壳(6)内腔孔之间形成静密封结构。
4.根据权利要求3所述的一种旋转式三通阀结构，其特征在于：所述阀外壳(6)的内腔孔的入口端形成阶梯孔(64)，所述油封(4)上的静密封部(42)与阀外壳(6)上的阶梯孔(64)之间通过过盈配合形成静密封结构。
5.根据权利要求4所述的一种旋转式三通阀结构，其特征在于：所述油封(4)上的静密封部(42)为环形波纹结构。
6.根据权利要求1所述的一种旋转式三通阀结构，其特征在于：还包括定心轴(7)，所述的阀芯(5)上设置定心孔(53)，所述定心轴(7)的相对两端分别与阀芯(5)、阀外壳(6)连接，且定心轴(7)与定心孔(53)之间形成间隙配合结构。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种旋转式三通阀结构，其特征在于：所述的阀芯(5)与阀外壳(6)之间形成间隙配合结构，且阀芯(5)外壁与阀外壳(6)内腔孔之间的配合间隙小于或者等于0.08mm。
8.根据权利要求1-6任一项所述的一种旋转式三通阀结构，其特征在于：所述阀芯(5)上的过流腔(51)为中空T型腔结构，或者为半封闭式开口腔结构，或者为L型腔结构。
9.根据权利要求1-6任一项所述的一种旋转式三通阀结构，其特征在于：所述的阀芯(5)为圆柱体结构，或者为片状结构，或者为蝶状结构。
10.根据权利要求1-6任一项所述的一种旋转式三通阀结构，其特征在于：所述的阀芯(5)上开设泄压孔(55)。
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