CN111911661B - 流路切换阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够尽可能地减少由阀芯的内外的差压引起的变形的影响并难以发生阀泄漏、工作不良的流路切换阀。当阀芯(10)取得右端位置(第一连通状态)或左端位置(第二连通状态)时，位于U形转弯连通路(15)的开口缘部(15C)的左右方向两端部的半圆部(16A、16B)配置在比端口的周缘靠内侧的位置，并且在位于与阀座面(82)滑动接触的密封面(12)的内缘部(12C)的左右方向两端部的半圆部(13A、13B)，设置有向与阀座面(82)侧相反的一侧凹陷的避让面(19)。

Description

流路切换阀
技术领域
本发明涉及流路切换阀，该流路切换阀在壳体内配置了形成有由U形转弯形状的连通空间构成的U形转弯连通路的阀芯，尤其涉及适合于在热泵式制冷制热系统等中进行流路切换的流路切换阀。
背景技术
一直以来，作为热泵式制冷制热系统的流路(流动方向)切换构件，已知有四通切换阀、六通切换阀等流路切换阀。作为这种流路切换阀，有滑动阀芯能够滑动地配置于缸型的壳体内的滑动式的流路切换阀、以及旋转阀芯能够转动地配置于圆筒状的壳体内的旋转式的流路切换阀。另外，为了使设置于壳体的端口之间有选择性地连通，在该流路切换阀中使用形成有使相邻的端口连通的U形转弯形状的连通空间(以下称为U形转弯连通路)的阀芯也是已知的(例如，参照下述专利文献1)。
图4示出以往例的流路切换阀。图示以往例的流路切换阀例如是在热泵式制冷制热系统中用作流路切换用的滑动式的四通切换阀1’，具有缸型的壳体80、设置于该壳体80内的阀座部件81、在形成于该阀座部件81的上表面的阀座面82开口的、沿左右方向横向排列设置的端口pC、端口pS(低压端口)及端口pE、以及以能够沿左右方向在阀座面82上滑动的方式配置的截面为倒立碗形状的阀芯(滑动阀芯)10。
阀芯10具有与所述阀座面82对接的密封面12，在阀芯10内，为了选择性地使所述三个端口pC、pS、pE连通，换言之，为了形成使端口pS与端口pE连通的第一连通状态和使端口pS与端口pC连通的第二连通状态，设置有U形转弯连通路15。
在壳体80的两端气密地固定有盖部件87A、87B，壳体80内由左右两个带衬垫的活塞84A、84B气密地分隔，划分出阀室83和两个工作室86A、86B。在阀室83开设有与压缩机的排出侧连接的端口pD(高压端口)。
两个活塞84A、84B通过横长矩形板状的连结体70以能够一体移动的方式连结。在连结体70形成有供阀芯10从下侧滑动自如地嵌合的开口72，阀芯10随着两个活塞84A、84B的往复移动而由连结体70的开口72部分推动，经由形成于其内部的U形转弯连通路15在使端口pE与端口pS连通的右端位置(第一连通状态)、和使端口pC与端口pS连通的左端位置(第二连通状态)间滑动。此外，图4示出第二连通状态。
另外，在连结体70，于所述开口72的左右形成有圆形开口75。
所述两个工作室86A、86B经由四通先导阀(在图4中未图示，在图1中图示)选择性地与压缩机排出侧和压缩机吸入侧连接，利用两个工作室86A、86B的压力差，使活塞84A、84B移动，伴随于此，使阀芯10在阀座面82上滑动而进行流路的切换。
另外，形成有上述那样的U形转弯连通路15的阀芯10(的密封面12)通过在其外侧(阀室83内)流通的高压流体与在其内侧(U形转弯连通路15内)流通的低压流体的压力差而被强力地按压于阀座面82，由此，进行U形转弯连通路15的密封(确保密封性)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-227989号公报
发明要解决的课题
然而，近来，在制冷制热系统中，通过提高性能效率来调整高压流量与低压流量的平衡。例如，如果是滑动式的流路切换阀的阀芯，则Cv值(相当于流量)对设置于内部的U形转弯连通路的长边方向(轴线方向)尺寸有较大影响。例如，在降低Cv值的情况(即，相对于高压流量缩小低压流量的情况)下，需要减小所述尺寸，如图4所示，作为阀芯的内径部的U形转弯连通路的开口缘部配置在比作为阀座部件的内径部的端口的周缘(内周缘)靠内侧的位置。
但是，若U形转弯连通路的开口缘部相比端口的周缘(内周缘)过于靠内侧，则例如在由合成树脂构成的阀芯，会因长时间的差压所产生的按压力而微小地变形，在比滑动面(与阀座面滑动接触的密封面)靠下方的位置形成变形突起部(参照图4的变形突起部10A)。若在该状态下使阀芯移动，则有可能因所述变形突起部卡挂在端口的周缘上、骑到阀座面上等，而发生阀泄漏、工作不良。另外，在阀芯移动时，所述变形突起部有可能被磨削而使滑动面变形或将磨削后的异物夹入滑动面等，引起阀泄漏、工作不良。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够尽可能地减少由阀芯的内外的差压引起的变形的影响而难以发生阀泄漏、工作不良的流路切换阀。
为了实现所述目的，本发明的流路切换阀的特征基本为，具备：缸型的壳体；阀芯，该阀芯能够沿轴线方向移动地配置于该壳体内；以及阀座面，该阀座面供该阀芯对接且供多个端口在轴线方向上排列并开口，所述阀芯在与所述阀座面滑动接触的密封面的内侧具有使所述多个端口中的相邻的端口连通的大小的U形转弯连通路，能够取得经由该U形转弯连通路使所述端口间选择性地连通的多个连通状态，在所述阀芯取得规定的连通状态时，所述U形转弯连通路的开口缘部的轴线方向端部配置在比所述端口的周缘靠内侧的位置，并且在所述密封面的内缘部的轴线方向端部连接设置有向与所述阀座面侧相反的一侧凹陷的避让面。
在优选的方式中，所述避让面由台阶面或相对于所述密封面倾斜的锥面构成。
在另一优选方式中，在所述阀芯取得规定的连通状态时，所述座面的内缘部位于比所述端口的周缘靠外侧的位置，或者位于与所述端口的周缘一致的位置。
在另一优选方式中，在所述阀芯取得规定的连通状态时，所述U形转弯连通路的开口缘部的轴线方向端部的双方或一方配置在比所述端口的周缘靠内侧的位置。
在另一优选方式中，所述U形转弯连通路的开口缘部由位于轴线方向端部的一对半圆部和位于与轴线方向垂直的方向的端部并沿轴线方向延伸的一对直线部构成。
在另一优选方式中，所述U形转弯连通路的开口缘部的轴线方向端部由与所述密封面垂直的面构成。
另外，本发明的流路切换阀的特征基本为，具备：筒状的壳体；阀芯，该阀芯能够移动地配置于该壳体内；以及阀座面，该阀座面供该阀芯对接且供多个端口排列并开口，所述阀芯在与所述阀座面滑动接触的密封面的内侧具有使所述多个端口中的相邻的端口连通的大小的U形转弯连通路，能够取得经由该U形转弯连通路使所述端口间选择性地连通的多个连通状态，在所述阀芯取得规定的连通状态时，所述U形转弯连通路的开口缘部的所述相邻的端口的并列设置方向端部配置在比所述端口的周缘靠内侧的位置，并且在所述密封面的内缘部的所述相邻的端口的并列设置方向端部连接设置有向与所述阀座面侧相反的一侧凹陷的避让面。
在优选的方式中，作为所述阀芯，具备能够沿所述壳体的轴线方向移动地配置的滑动阀芯或能够绕与所述壳体的轴线平行的旋转轴线转动地配置的旋转阀芯。
在本发明的流路切换阀中，在阀芯取得规定的连通状态时，U形转弯连通路的开口缘部的轴线方向端部(相邻的端口的并列设置方向端部)配置于比端口的周缘靠内侧的位置，并且在与阀座面滑动接触的密封面的内缘部的轴线方向端部(相邻的端口的并列设置方向端部)，设置有由向与阀座面侧相反的一侧凹陷的台阶面、锥面等构成的避让面，因此即使产生由差压产生的按压力，也不会在比阀芯的密封面靠下方的位置形成变形突起部。因此，与例如不具有避让面的以往的结构相比，难以受到由阀芯的内外的差压引起的变形的影响，其结果是，能够尽可能地减少由阀芯的内外的差压引起的变形的影响，难以发生阀泄漏、工作不良。
附图说明
图1是示出本发明的流路切换阀的一实施方式的整体纵剖视图。
图2是图1所示的阀芯的仰视图。
图3(A)、(B)分别是示出本发明的流路切换阀的另一实施方式的主要部分放大纵剖视图。
图4是示出以往的流路切换阀的纵剖视图。
符号说明
1 四通切换阀(流路切换阀)
8 四通先导阀
9 主阀
10 阀芯
12 密封面
12C 密封面的内缘部
13A、13B 半圆部
14A、14B 直线部
15 U形转弯连通路
15C U形转弯连通路的开口缘部
16A、16B 半圆部
17A、17B 直线部
19 避让面
70 连结体
72 开口
75 圆形开口
80 壳体
81 阀座部件
82 阀座面
83 阀室
84A、84B 活塞
86A、86B 工作室
87A、87B 盖部件
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示出本发明的流路切换阀的一实施方式的整体纵剖视图。图2是图1所示的阀芯的仰视图。此外，在图2中，以假想线图示了设置于座部件的端口pC、pS、pE的位置。
此外，在本说明书中，表示上下、左右、前后等位置、方向的记述是为了避免说明的繁琐而按照附图来附加的，并不限定于实际组装于制冷制热系统等的状态下的位置、方向。
另外，在各图中，为了容易理解发明，另外，为了便于作图，有时将形成于部件间的间隙、部件间的分隔距离等描绘得比各构成部件的尺寸大或小。
图示实施方式的流路切换阀是例如在热泵式制冷制热系统中用作流路切换用的滑动式的四通切换阀1，具备内置阀芯(滑动阀芯)10的主阀9和四通先导阀8。
主阀9具有缸型(圆筒状)的壳体80、设置于该壳体80内的阀座部件81、在形成于该阀座部件81的上表面的平坦且平滑的阀座面82开口的、沿左右方向(壳体80的长度或轴线O方向)横向排列设置的端口pC、端口pS(低压端口)及端口pE、以及以能够在阀座面82上沿左右方向滑动的方式配置的截面为倒立碗形状的阀芯10。
阀芯10例如为合成树脂制，具有与所述阀座面82对接(面对)的密封面12，为了使所述三个端口pC、pS、pE选择性地连通，换言之，为了形成使端口pS与端口pE连通的第一连通状态和使端口pS与端口pC连通的第二连通状态，在阀芯10内，即在密封面12的内侧设置有U形转弯连通路15。
在壳体80的两端气密地固定有盖部件87A、87B，壳体80内由左右两个(一对)带衬垫的活塞84A、84B气密地分隔，划分出阀室83和两个工作室86A、86B。在阀室83(在图示例中为与中央的端口pS相向的位置)开设有与压缩机的排出侧连接的端口pD(高压端口)。
两个活塞84A、84B通过横长矩形板状的连结体70以能够一体移动的方式连结。在连结体70形成有供阀芯10从下侧滑动自如地嵌合的矩形状的开口72，阀芯10随着两个活塞84A、84B的往复移动而由连结体70的开口72部分推动，经由形成于其内部的U形回转连通路15在使端口pE与端口pS(低压端口)连通的右端位置(第一连通状态)和使端口pC与端口pS(低压端口)连通的左端位置(第二连通状态)间滑动。此外，图1示出第二连通状态。
另外，在连结体70，在位于所述开口72的左右、即阀芯10取得右端位置(第一连通状态)时位于左侧的端口pC的大致正上方的部位形成有圆形开口75，并且在阀芯10取得左端位置(第二连通状态)时位于右侧的端口pE的大致正上方的部位形成有圆形开口75。
在该主阀9中，所述两个工作室86A、86B经由四通先导阀8及细管#1～#4选择性地与压缩机排出侧和压缩机吸入侧连接，利用两个工作室86A、86B的压力差，使活塞84A、84B移动，伴随于此，使阀芯10在阀座面82上滑动而进行流路的切换。
另外，形成有上述那样的U形转弯连通路15的阀芯10(的密封面12)通过在其外侧(阀室83内)流通的高压流体与在其内侧(U形转弯连通路15内)流通的低压流体的压力差而被强力地按压于阀座面82，由此，进行U形转弯连通路15的密封(确保密封性)。
接着，对作为上述实施方式的四通切换阀(流路切换阀)1的主要部分的阀芯10周围进行详细说明。
在本实施方式中，参照图2可知，阀芯10的环状的密封面12的内缘部12C具有俯视大致为跑道的形状，具备位于左右方向(长边方向)两端部的左右一对半圆部13A、13B，和位于前后方向(短边方向)两端部并沿着长边方向延伸并且连接所述左右一对半圆部13A、13B(的端部彼此)的前后一对直线部14A、14B。
所述左右一对半圆部13A、13B的直径及所述前后一对直线部14A、14B彼此的间隔，比在阀座面82开口的端口pC、pS、pE的口径(内径)稍大。
在阀芯10取得右端位置时，左侧的半圆部13A位于成为出口侧的端口pS的周缘的左侧(外侧)，右侧的半圆部13B位于成为入口侧的端口pE的周缘的右侧(外侧)，在阀芯10取得左端位置时，左侧的半圆部13A位于成为入口侧的端口pC的周缘的左侧(外侧)，右侧的半圆部13B位于成为出口侧的端口pS的周缘的右侧(外侧)。另外，前后的直线部14A、14B分别位于三个端口pC、pS、pE的前侧及后侧。
另外，设置在阀芯10的密封面12的内侧的U形转弯连通路15侧视大致为倒U字状或凹状，具有使下侧(即，端口pC、pS、pE开口的阀座面82侧)开口的、相邻的端口(pC-pS，或pS-pE)连通的大小。
该U形转弯连通路15的开口缘部15C与所述密封面12的内缘部12C同样地具有俯视大致为跑道的形状，具备位于左右方向(长边方向)两端部的左右一对半圆部16A、16B，和位于前后方向(短边方向)两端部并沿着长边方向延伸并且连接所述左右一对半圆部16A、16B(的端部彼此)的前后一对直线部17A、17B。
所述左右一对半圆部16A、16B的直径及所述前后一对直线部17A、17B彼此的间隔比在阀座面82开口的端口pC、pS、pE的口径(内径)稍大，而左右一对半圆部16A、16B彼此的(左右方向的)间隔比左右一对半圆部13A、13B的(左右方向的)间隔稍短，U形转弯连通路15的开口缘部15C的左右方向(长边方向)长度比密封面12的内缘部12C稍短(即，半圆部16A、16B配置在比半圆部13A、13B靠内侧的位置)。
另外，在本例中，位于U形转弯连通路15的开口缘部15C的两端部的所述左右一对半圆部16A、16B由与所述密封面12大致垂直的面构成。
在阀芯10取得右端位置时，左侧的半圆部16A位于成为出口侧的端口pS的周缘的右侧(内侧)，右侧的半圆部16B位于成为入口侧的端口pE的周缘的左侧(内侧)，在阀芯10取得左端位置时，左侧的半圆部16A位于成为入口侧的端口pC的周缘的右侧(内侧)，右侧的半圆部16B位于成为出口侧的端口pS的周缘的左侧(内侧)。另外，前后的直线部17A、17B分别位于三个端口pC、pS、pE的前侧及后侧。
此外，在本例中，所述U形转弯连通路15(的内部空间)形成为具有(除了设置有后述的避让面19的两端以外)从一端到另一端遍及全长大致相等的截面积(通路截面积)。
并且，在本实施方式中，为了避免由阀芯10的内外的差压引起的变形的影响，在阀芯10的密封面12的内缘部12C的半圆部13A、13B连接设置有向与阀座面82侧相反的一侧凹陷的形状的避让面19。
在本实施方式中，所述避让面19由台阶状地延伸至U形转弯连通路15的开口缘部15C的半圆部16A、16B的台阶面构成。详细而言，所述避让面19构成为具有从密封面12(的内缘部12C的半圆部13A、13B)大致垂直地立起的立起面19a，和从该立起面19a与密封面12大致平行地延伸至U形转弯连通路15的开口缘部15C的半圆部16A、16B的凹陷面19b。另外，凹陷面19b的左右方向长度在中心线(轴线O)上比立起面19a长，并且随着从中心线(轴线O)(沿前后方向)离开而逐渐变短。
换言之，在本实施方式中，在密封面12的内缘部12C的半圆部13A、13B与U形转弯连通路15的开口缘部15C的半圆部16A、16B之间夹设有由台阶面构成的避让面19。
所述避让面19(台阶面)的深度(高度)、即立起面19a、凹陷面19b的尺寸，是即使阀芯10受到压力也几乎不变形、且不对Cv值造成影响的程度的尺寸。
如以上说明的那样，在本实施方式的四通切换阀(流路切换阀)1中，阀芯10虽然有可能在由阀芯10的内外的差压产生的按压力的作用下稍微变形，但在阀芯10取得右端位置(第一连通状态)或左端位置(第二连通状态)时，位于U形转弯连通路15的开口缘部15C的左右方向两端部的半圆部16A、16B配置在比端口的周缘靠内侧的位置，并且在位于与阀座面82滑动接触的密封面12的内缘部12C的左右方向两端部的半圆部13A、13B设置有由向与阀座面82侧相反的一侧凹陷的台阶面构成的避让面19，因此即使产生由差压产生的按压力，也不会在比阀芯10的密封面12靠下方的位置形成变形突起部。因此，与例如不具有避让面的以往的结构相比，难以受到由阀芯10的内外的差压引起的变形的影响，其结果是，能够尽可能地减少由阀芯10的内外的差压引起的变形的影响，难以发生阀泄漏、工作不良。
此外，在上述实施方式中，作为所述避让面19，使用阶梯状地延伸的台阶面，但作为形成于所述密封面12的内缘部12C(的半圆部13A、13B)的避让面19，如图3(A)、(B)所示，也可以采用相对于密封面12以规定角度(在图3(A)中为大致45°、在图3(B)中为大致20°)倾斜的锥面。此外，在图3(A)、(B)所示的例子中，以密封面12的内缘部12C的半圆部13A、13B成为与端口的周缘大致一致的位置(换言之，与端口的周缘相同的位置)的方式设定各部分的尺寸形状。另外，在图3(A)、(B)所示的例子中，采用由平面构成的锥面，但当然也可以采用例如由向上侧凸出或向下侧凸出的曲面构成的锥面。
如图3(A)、(B)所示，在采用锥面作为所述避让面19的情况下，例如与使用所述台阶面的情况相比，U形转弯连通路15与各端口之间的流动变得顺畅，因此能够减少压力损失而提高流量(Cv值)。
另外，在上述实施方式中，在阀芯10取得右端位置或左端位置时，位于U形转弯连通路15的开口缘部15C的左右方向两端部的半圆部16A、16B双方配置在比端口的周缘靠内侧的位置，但当然也可以仅将半圆部16A、16B中的一方配置在比端口的周缘靠内侧的位置。
此外，在上述实施方式中，作为流路切换阀，例示了四通切换阀来进行说明，但本发明当然也能够应用于利用阀芯(滑动阀芯)进行流路的切换的二通阀、三通切换阀、五通以上的多通切换阀。
另外，在上述实施方式中，作为流路切换阀，例示了滑动式的流路切换阀来进行说明，但本发明当然也能够应用于以能够(绕与壳体的轴线平行的旋转轴线)转动的方式配置于圆筒状的壳体内并利用在内部设置有(一条或多条)U形转弯连通路的阀芯(旋转阀芯)进行流路的切换的旋转式的流路切换阀。
另外，本实施方式的四通切换阀1不仅能够组装到热泵式制冷制热系统中，当然也能够组装到其他系统、装置、设备类中。

Claims (6)

1.一种流路切换阀，具备：缸型的壳体；阀芯，该阀芯能够沿轴线方向移动地配置于该壳体内；以及阀座面，该阀座面供该阀芯对接且供多个端口在轴线方向上排列并开口，
所述阀芯在与所述阀座面滑动接触的密封面的内侧具有使所述多个端口中的相邻的端口连通的大小的U形转弯连通路，能够取得经由该U形转弯连通路使所述端口间选择性地连通的多个连通状态，所述流路切换阀的特征在于，
在所述阀芯取得规定的连通状态时，所述U形转弯连通路的开口缘部的轴线方向端部配置在比所述端口的周缘靠内侧的位置，并且，
在所述密封面的内缘部的轴线方向端部连接设置有向与所述阀座面侧相反的一侧凹陷的避让面，
所述避让面由相对于所述密封面倾斜的锥面构成，
在所述阀芯取得规定的连通状态时，所述阀座面的内缘部位于与所述端口的周缘一致的位置。
2.根据权利要求1所述的流路切换阀，其特征在于，
在所述阀芯取得规定的连通状态时，所述U形转弯连通路的开口缘部的轴线方向端部的双方或一方配置在比所述端口的周缘靠内侧的位置。
3.根据权利要求1或2所述的流路切换阀，其特征在于，
所述U形转弯连通路的开口缘部由位于轴线方向端部的一对半圆部和位于与轴线方向垂直的方向的端部并沿轴线方向延伸的一对直线部构成。
4.根据权利要求1或2所述的流路切换阀，其特征在于，
所述U形转弯连通路的开口缘部的轴线方向端部由与所述密封面垂直的面构成。
5.一种流路切换阀，具备：筒状的壳体；阀芯，该阀芯能够移动地配置于该壳体内；以及阀座面，该阀座面供该阀芯对接且供多个端口排列并开口，
所述阀芯在与所述阀座面滑动接触的密封面的内侧具有使所述多个端口中的相邻的端口连通的大小的U形转弯连通路，能够取得经由该U形转弯连通路使所述端口间选择性地连通的多个连通状态，所述流路切换阀的特征在于，
在所述阀芯取得规定的连通状态时，所述U形转弯连通路的开口缘部的所述相邻的端口的并列设置方向端部配置在比所述端口的周缘靠内侧的位置，并且，
在所述密封面的内缘部的所述相邻的端口的并列设置方向端部连接设置有向与所述阀座面侧相反的一侧凹陷的避让面，
所述避让面由相对于所述密封面倾斜的锥面构成，
在所述阀芯取得规定的连通状态时，所述阀座面的内缘部位于与所述端口的周缘一致的位置。
6.根据权利要求5所述的流路切换阀，其特征在于，
作为所述阀芯，具备能够沿所述壳体的轴线方向移动地配置的滑动阀芯或能够绕与所述壳体的轴线平行的旋转轴线转动地配置的旋转阀芯。
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