CN111981160A - 一种多通阀及热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通阀及热泵系统，包括阀体、阀芯、弹簧，阀芯具有第一端面部和第二端面部，第一端面部与所述第二端面部位于阀芯的一侧，第一端面部与第一端口相对，以第一端口的中心线为中心方向，第二端面部位于第一端面部的外周侧，阀体具有环形壁，第二端面部与所述环形壁相对设置，多通阀具有第一密封件，多通阀在第一密封件处的密封部位位于第一端面部与第二端面部之间；阀芯具有侧壁，阀芯的侧壁与阀体开设内腔的壁部之间滑动配合，第一端口与第二端口连通或者第二端口与第三端口连通。本发明的多通阀及热泵系统结构简单、成本较低。

Description

一种多通阀及热泵系统

技术领域

本发明涉及流体控制领域。

背景技术

在热泵系统中，一般会有制冷模式和制热模式，所以会需要使用换向阀进行流路切换，热泵系统中一般会有电磁切换阀，电磁切换阀需要使用电磁力进行阀体内阀芯的控制，如此结构相对复杂。

考虑到热泵系统结构简单化，专利公开号为CN202149649U的专利公开了一种自力式三通阀，这种自力式三通阀结构简单，无需使用外部驱动部件。这种自力式三通阀的开启压力与维持压力相同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本相对较低、结构相对较为简单且能满足热泵系统不同工况要求的多通阀及热泵系统。

为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种多通阀，包括阀体、阀芯、弹簧，所述阀芯位于所述阀体的内腔，所述弹簧一端与所述阀芯相抵，所述弹簧另一端与所述阀体相抵；

所述阀芯具有第一端面部和第二端面部，所述第一端面部与所述第二端面部位于所述阀芯的一侧，所述阀体至少具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端面部与所述第一端口相对，以所述第一端口的中心线为中心方向，所述第二端面部位于所述第一端面部的外周侧，所述第二端面部的外径大于所述第一端口的内径，所述多通阀具有第一密封件，所述多通阀在所述第一密封件处的密封部位位于所述第一端面部与所述第二端面部之间；所述阀芯具有侧壁，所述阀芯的侧壁与所述阀体开设的内腔所对应的壁部之间滑动配合，所述多通阀包括所述第一端口与所述第二端口连通的第一工作状态、以及所述第二端口与所述第三端口连通的第二工作状态。

本发明还提供了一种热泵系统，该热泵系统结构简单，成本较低。

一种热泵系统，包括压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、储液器、节流装置、截止阀、第一阀部件和第二阀部件，所述第一阀部件具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第二阀部件具有第一端口、第二端口和第三端口，

所述压缩机连通所述第一换热器，所述第一换热器连通所述第一阀部件的第一端口和所述截止阀，所述截止阀连通所述第二阀部件的第一端口，所述第二阀部件的第三端口连通所述第二换热器和所述储液器；所述储液器连通所述压缩机；所述第二阀部件的第二端口连通所述第三换热器，所述第三换热器连通所述节流装置，所述节流装置连通所述第一阀部件的第三端口，所述第一阀部件的第三端口连通所述第二换热器；所述第二换热器与所述储液器连通，其中所述第一阀部件为上述根据上述技术方案中所述的多通阀。

上述技术方案中的多通阀由于阀芯具有第一端面部和第二端面部，第一端面部与第一端口相对，第二端面部位于第一端面部的外周侧，且多通阀在第一密封件处的密封部位位于所述第一端面部与所述第二端面部之间，在第一工作状态和第二工作状态时，由于阀芯的受力面积不同，如此多通阀的开启压力和维持压力可以不同，满足系统的不同工况要求。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的多通阀的初始状态剖面示意图；

图2为图1所示多通阀的立体结构分解示意图；

图3为图1所示多通阀工作状态的剖面示意图；

图4为图1中部分阀芯结构的放大示意图；

图5为本发明另一种实施方式的多通阀的剖面示意图；

图6为本发明又一种实施防护的多通阀的剖面示意图；

图7为本发明热泵系统的一种结构示意图；

图8为图7所示系统的制冷状态下的流体流动路线图；

图9为图7所示系统的制热状态下的流体流动路线图。

具体实施方式

参照图1-图4，图1为一种多通阀100的初始状态剖面示意图；多通阀100包括阀体11、阀芯12、弹簧13，阀芯12位于阀体11的内腔110，弹簧13一端与阀芯12相抵，弹簧13另一端与阀体11相抵，其中术语“相抵”包括直接相抵和间接相抵，即两者直接接触或者通过设置中间件实现相抵。

阀芯12具有第一端面部121和第二端面部122，第一端面部121与第二端面部122位于阀芯12的同一侧，阀体11至少具有第一端口111、第二端口112和第三端口113，第一端面部121与第一端口111相对，以第一端口111的中心线OO’为中心方向，第二端面部122位于第一端面部121的外周侧，第二端面部122的外径大于第一端口111的内径，阀体11具有环形壁114，第二端面部122与环形壁114相对设置，多通阀100具有第一密封件14，第一密封件14以密封圈、密封垫等形式，多通阀100在第一密封件14处的密封部位141位于第一端面部121与第二端面部122之间，也可以说在沿着第一端口111的中心线及中心线平行方向位于第一端面部121与第二端面部122之间；第一密封件14与阀体11的密封部位141在沿着第一端口111的中心线或其平行方向位于第一端面部121与第二端面部122之间；阀芯12具有侧壁123，阀芯12的侧壁123与阀体11开设的内腔110所对应的壁部115之间滑动配合，多通阀100包括第一工作状态和第二工作状态，第一工作状态为第一端口111与第二端口112连通，第二工作状态为第二端口112与第三端口113连通。当然，第二端面部位于第一端面部外周并不局限于第二端面部必须紧挨在第一端面部外周，第二端面部可以在第一端面部周部的外侧。术语“第一端面部”、“第二端面部”是指阀芯12的局部外表面，在表面凹凸不平或凹弧形等情况下，此时所述多通阀在所述第一密封件处的密封部位在沿着所述第一端口的中心线及中心线平行方向位于和第一密封件相邻的第一端面部的一部分与所述第二端面部的一部分之间。

第二端面部122位于第一端面部121外周侧，定义第一端面部最大直径为d1，定义第二端面部最大直径为d2，d1小于d2，第一端面部121与第一端口111相对，当需要流体从第一端口111进入时，由于第一密封件14与阀体11的密封部位141在沿着第一端口111的中心线或其平行方向位于第一端面部121与第二端面部122之间，因此，进入的流体需要作用的部分为第一端面部，而第一端面部121的最大直径较小，即第一端面部的面积较小，因此需要第一端口111进入的流体的压力较大，足以在第一端面部的较小面积下能推动阀芯12运动。一旦阀芯12运动后，从第一端口111进入的流体作用的面积不小于第二端面部和第一端面部的面积之和，此时可适度降低第一端口111进入的流体的压力即可维持阀芯12处于开阀状态，此处开阀状态是指第一端口与第二端口连通的状态。

为更进一步地示意，在图1所示状态下，定义为第二工作状态，在弹簧力作用下，阀芯12密封第一端口111，第二端口112与第三端口113连通，第一端口处压力为P1，第三端口处压力为P2，弹簧初始力为F1，当P1*A1＝F1+P2*A2，阀将打开，此时P1为最低阀开启压力，其中A1为第一端面部121面积，A2不小于第一端面部111与第二端面部122面积之和。

在图3所示状态下，定义为第一工作状态，阀开启后，第一端口111与第二端口112连通，弹簧力为F2，将第一端口111处压力由P1降至P3，当P3*A2＝F2+P2*A2时，P3是维持阀开启的最低压力。如此，多通阀可以通过控制使其在特定工况下开启，在特定工况下无法开启，且开启压力需要通过加压实现，如此，提高了多通阀在系统应用中的精确度，有助于系统的稳定。且在开阀后，压力只需要降至P3即可实现系统稳定，而背景技术中提到的阀的开阀压力和维持压力相同，在达到开阀压力P1后，若将压力P1降至P3，阀无法稳定地维持在开阀状态，阀芯容易在压力变化后来回运动，影响系统的稳定性。另外，在热泵系统中，由于热泵系统在制冷状态下和制热状态下压力不同，在制冷状态下会处于较大的一个压力范围，例如在制冷状态压力为0.7-2.0MPa，而在制热状态例如为1.1-1.3Mpa，如此，需要使多通阀在制冷状态下关阀，在制热状态下开阀就很难实现，背景技术中提到的阀在这样的工况下便无法实现。

阀芯12具有凸出部124和本体部125，凸出部124凸出于本体部125，凸出部124具有第一端面部121，本体部125具有第二端面部122，凸出部124具有第一环形槽1241，第一密封件14位于第一环形槽1241。通过凸出部124的结构设置，阀芯12与阀体11之间在第一密封件14处的密封部分可以较好地实现，相对在第二端面部实现密封的结构而言，成本较低，同时在第二端面部实现密封，较容易因密封不当引起阀芯12波动。

阀体11具有锥环壁部117，锥环壁部117与环形壁114相邻，第一密封件14与阀体11的密封部位141位于锥环壁部117；阀体11包括第一分部11a和第二分部11b，第一分部11a与第二分部11b焊接固定或者第一分部11a与第二分部11b组装固定，包括铆压，螺纹连接等方式；多通阀100包括第三密封件16，第一分部11a和第二分部11b通过组装固定时，两者之间通过设置第三密封件16进行密封。本文中，术语“相邻”包括直接紧挨相邻，也包括中间设置其他结构的间接相邻。

第一分部11a设置第一端口111，阀芯12位于第二分部11b的内腔，第一分部11a具有环状体116，环状体116插入第二分部11b的内腔，且环状体116与第二分部11b开设内腔的壁部密封设置，环状体116具有环形壁114和锥环壁部117，凸出部124伸入环状体116内腔，第一密封件14与阀体11接触时位于环状体116内腔。

第二端口112与第三端口113位于第二分部11b，在第一端口111的中心线或其平行方向，第二端口112位于阀体11的侧部，第三端口113位于第一端口111的中心线或其平行方向。

阀芯12具有第二环形槽126，多通阀100具有第二密封件15，第二密封件15位于第二环形槽126；第二分部11b具有壁部115，壁部115与阀芯12侧壁123滑动配合，第二分部11b具有锥壁部118，锥壁部118与壁部115相邻，且锥壁部118在第一端口111的中心线方向相对远离第一端口111，第二密封件15与锥壁部118密封部分位于锥壁部118。多通阀100在第二密封件15处的密封是用于密封第三端口113，当有流体从第一端口111进入时，流体推动阀芯12运动，阀芯12在运动至第二密封件15与锥壁部118紧密接触配合时，阀芯12关闭第三端口113，使得流体从第一端口111进入，从第二端口112离开。

参照图5，作为另一种实施方式，图5示意出另一种多通阀200的剖面结构示意图，为便于简明，其中相同或相似的附图标记表示和多通阀100相似的结构。

阀芯12具有凸出部124和本体部125，凸出部124凸出于本体部125，凸出部124具有第一端面部121，本体部125具有第二端面部122，凸出部124具有第一环形槽1241，第一密封件14位于第一环形槽1241。

阀体11具有锥环壁部117，锥环壁部117与环形壁114相邻，第一密封件14与阀体11的密封部位141位于锥环壁部117；阀体11包括第一分部11a和第二分部11b，第一分部11a与第二分部11b焊接固定或者第一分部11a与第二分部11b组装固定，包括铆压或螺纹连接或其他；第一分部11a具有环状体116，环状体116插入第二分部11b的内腔，且环状体116与第二分部11b开设内腔的壁部115密封设置；第二分部11b设置第一端口111，第二分部11b具有小径壁118、环形壁114、大径壁119和锥环壁部117，环形壁114连接小径壁118与大径壁119，第一端面部121与第一端口111相对应且第一端面部121位于小径壁118形成的内腔，大径壁119与环形壁114以台阶形式，在平行于第一端口111的中心线方向，第二端面部122与环形壁114相对设置，且第二端面部122位于小径壁118形成的内腔的外周；锥环壁部117连接小径壁118与环形壁114。

参照图6，图6示意出多通阀300的剖面结构示意图。多通阀300同样包括阀体11、阀芯12、弹簧13等结构。

阀芯12具有第一端面部121和第二端面部122，第一端面部121与第二端面部122位于阀芯12的同一侧，阀体11至少具有第一端口111、第二端口112和第三端口113，第一端面部121与第一端口111相对，以第一端口111的中心线OO’为中心方向，第二端面部122位于第一端面部121的外周侧，阀体11具有环形壁114，第二端面部122与环形壁114相对设置，多通阀100具有第一密封件14，第一密封件14以密封圈、密封垫等形式，多通阀100在第一密封件14处的密封部位141在沿着第一端口111的中心线及中心线平行方向位于第一端面部121与第二端面部122之间；阀芯12具有凸出部124和本体部125，凸出部124凸出于本体部125，凸出部124具有第一端面部121，本体部125具有第二端面部122。

阀体11包括第一分部11a和第二分部11b，第一分部11a与第二分部11b焊接固定或者第一分部11a与第二分部11b组装固定，包括铆压或螺纹连接或其他；第一分部11a具有环状体116，环状体116插入第二分部11b的内腔，且环状体116与第二分部11b开设内腔的壁部115密封设置；第一分部11a设置第一端口111，第二分部11b设置第二端口112和第三端口113。

第一分部11a具有第一环形槽1101，凸出部124具有锥壁部128，锥壁部128连接第一端面部121与第二端面部122，第一密封件14位于第一环形槽1241。阀芯12与第一分部11a的密封部位位于第一密封件14与锥壁部128的接触部位。

当然，阀芯12与第二分部11b的密封部位也可以位于第二密封件15与阀芯的接触部位，阀芯12与第二分部116的密封部位也可以位于第二密封件与第二分部的接触部位。

参照图7，图7示意出一种热泵系统400的结构示意图。一种热泵系统400，包括压缩机401、第一换热器402、第二换热器403、第三换热器404、储液器405、节流装置406、截止阀407、第一阀部件408和第二阀部件409，第一阀部件408具有第一端口111、第二端口112和第三端口113，第二阀部件409具有第一端口111、第二端口112和第三端口113。

压缩机401连通第一换热器402，第一换热器402连通第一阀部件408的第一端口111和截止阀407，截止阀407连通第二阀部件409的第一端口111，第二阀部件409的第三端口113连通第二换热器403和储液器405；储液器405连通压缩机401；第二阀部件409的第二端口112连通第三换热器404，第三换热器404连通节流装置406，节流装置406连通第一阀部件408的第三端口113，第一阀部件408的第三端口113连通第二换热器403；第二换热器403与储液器405连通，其中第一阀部件为上述技术方案中的多通阀100、200、300，第二阀部件也可以为上述技术方案中的多通阀100、200、300。

热泵系统400包括制冷状态，在制冷状态，截止阀407打开，从压缩机404出来的制冷剂经第一换热器402、截止阀407、第二阀部件409的第一端口111、第三端口113进入第三换热器404，从第三换热器404出来的制冷剂经节流装置406、第一阀部件408的第二端口112、第一阀部件408的第三端口113进入第二换热器403，再进入储液器405与压缩机404，在制冷状态下，热泵系统中的压力大约为0.7MPa-2.0MPa，第一阀部件408的第一端口111的开启压力例如可以大于2.0MPa。在制冷状态下，第一换热器为冷凝器、第二换热器为蒸发器，第三换热器为室外换热器。

热泵系统包括制热状态，在制热状态，截止阀407关闭，从压缩机404出来的制冷剂经第一换热器402、进入第一阀部件408的第一端口111、第二端口112连通节流装置406，节流装置406与第三换热器404连通，进入第二阀部件409的第二端口112，经第二阀部件409的第三端口113进入储液器405与压缩机401，在制热状态下，例如热泵系统中第一阀部件408的第一端口111处的压力大概为1.1-1.3MPa左右，此时第一阀部件408的第一端口111的开启压力大于1.3MPa，根据制热状态和制冷状态的要求，可以设计第一阀部件的第一端口111的开启压力大于2.0MPa，如此使其在制热状态下开启，在制冷状态下不开启，满足系统需求。在制热状态下，第一换热器为冷凝器，第二换热器不工作，第三换热器为蒸发器。

在制热状态下，通过控制压缩机401可以增大第一阀部件408第一端口111的开阀压力，等第一阀部件408的第一端口111与第一阀部件408的第三端口113连通后，控制压缩机401的压力，降低第一阀部件408第一端口111的维持压力。对系统中压力的控制只需要对压缩机进行控制即可，控制策略简单易行。

该系统结构简单，系统中包括一个截止阀(例如电磁阀)，一个节流装置(例如为电子膨胀阀)，系统使用的多通阀没有线圈或马达驱动机构，结构简单，成本较低。同时系统使用上面所提到的多通阀还能实现在不同压力要求下开启的功能，且阀的维持开启状态的压力可以小于开启压力，降低了系统输入能量，节能环保。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的界定，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行相互组合、修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种多通阀，包括阀体、阀芯、弹簧，所述阀芯位于所述阀体的内腔，所述弹簧一端与所述阀芯相抵，所述弹簧另一端与所述阀体相抵；

其特征在于：所述阀芯具有第一端面部和第二端面部，所述第一端面部与所述第二端面部位于所述阀芯的同一侧，所述阀体至少具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端面部与所述第一端口相对，以所述第一端口的中心线为中心方向，所述第二端面部位于所述第一端面部的外周侧，所述第二端面部的外径大于所述第一端口的内径，所述多通阀具有第一密封件，所述多通阀在所述第一密封件处的密封部位位于所述第一端面部与所述第二端面部之间；所述阀芯具有侧壁，所述阀芯的侧壁与所述阀体开设的内腔所对应的壁部之间滑动配合，所述多通阀包括所述第一端口与所述第二端口连通的第一工作状态、以及所述第二端口与所述第三端口连通的第二工作状态。

2.根据权利要求1所述的多通阀，其特征在于：所述阀体具有环形壁，所述第二端面部与所述环形壁相对设置，所述阀芯具有凸出部和本体部，所述凸出部凸出于所述本体部，所述凸出部具有所述第一端面部，所述本体部具有所述第二端面部，所述凸出部具有第一环形槽，所述第一密封件的至少一部分位于所述第一环形槽。

3.根据权利要求2所述的多通阀，其特征在于：所述阀体具有锥环壁部，所述锥环壁部与所述环形壁相邻，所述第一密封件与所述阀体的密封部位位于所述锥环壁部；所述阀体包括第一分部和第二分部，所述第一分部与所述第二分部焊接固定或者所述第一分部与所述第二分部组装固定；所述第一分部设置所述第一端口，所述阀芯位于所述第二分部的内腔，所述第一分部具有环状体，所述环状体插入所述第二分部的内腔，且所述环状体与所述第二分部开设内腔的壁部密封设置，所述环状体具有所述环形壁和所述锥环壁部，所述凸出部伸入所述环状体内腔，所述第一密封件与所述阀体接触时位于所述环状体内腔。

4.根据权利要求2所述的多通阀，其特征在于：所述阀体具有锥环壁部，所述锥环壁部与所述环形壁相邻，所述第一密封件与所述阀体的密封部位位于所述锥环壁部；所述阀体包括第一分部和第二分部，所述第一分部与所述第二分部焊接固定或者所述第一分部与所述第二分部组装固定；所述第一分部具有环状体，所述环状体插入所述第二分部的内腔，且所述环状体与所述第二分部开设内腔的壁部密封设置；所述第二分部设置所述第一端口，所述第二分部具有小径壁、所述环形壁、大径壁和所述锥环壁部，所述环形壁连接所述小径壁与所述大径壁，所述第一端面部与所述第一端口相对应且所述第一端面部位于所述小径壁形成的内腔，所述大径壁与所述环形壁以台阶形式，在平行于所述第一端口的中心线方向，所述第二端面部与所述环形壁相对设置，且所述第二端面部位于所述小径壁形成的内腔的外周；所述锥环壁部连接所述小径壁与所述环形壁。

5.根据权利要求3所述的多通阀，其特征在于：所述第二端口与所述第三端口位于所述第二分部，在所述第一端口的中心线方向，所述第二端口位于所述阀体的侧部，所述第三端口位于所述第一端口的中心线或其平行方向。

6.根据权利要求3或5所述的多通阀，其特征在于：所述阀芯具有第二环形槽，所述阀具有第二密封件，所述第二密封件位于所述第二环形槽；

所述第二分部具有壁部，所述壁部与所述阀芯侧壁滑动配合，所述第二分部具有锥壁部，所述锥壁部与所述壁部相邻，且所述锥壁部在所述第一端口的中心线或其平行方向相对远离所述第一端口，所述第二密封件与所述锥壁部密封部分位于所述锥壁部，定义在第二工作状态时所述第一端口处压力为P1，所述第三端口处压力为P2，所述多通阀的弹簧初始力为F1，当F1＝P1*A1-P2*A2时，此时P1为最低阀开启压力，其中A1为所述多通阀的第一端面部面积，A2不小于所述第一端面部与第二端面部面积之和，在所述第一端口与所述第二端口连通后，所述多通阀的弹簧力为F2，所述第一端口处压力降至P3，当P3*A2＝F2+P2*A2时，P3是维持阀开启的最低压力，P2大于P3。

7.一种热泵系统，包括压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、储液器、节流装置、截止阀、第一阀部件和第二阀部件，所述第一阀部件具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第二阀部件具有第一端口、第二端口和第三端口，

所述压缩机连通所述第一换热器，所述第一换热器连通所述第一阀部件的第一端口和所述截止阀，所述截止阀连通所述第二阀部件的第一端口，所述第二阀部件的第三端口连通所述第二换热器和所述储液器；所述储液器连通所述压缩机；所述第二阀部件的第二端口连通所述第三换热器，所述第三换热器连通所述节流装置，所述节流装置连通所述第一阀部件的第三端口，所述第一阀部件的第三端口连通所述第二换热器；所述第二换热器与所述储液器连通，其中所述第一阀部件为上述根据权利要求1-6中任一项所述的多通阀。

8.根据权利要求7所述的热泵系统，其特征在于：所述热泵系统包括制冷状态，在所述制冷状态，所述截止阀打开，从所述压缩机出来的制冷剂经第一换热器、截止阀、所述第二阀部件的第一端口、第三端口进入第三换热器，从所述第三换热器出来的制冷剂经所述节流装置、所述第一阀部件的第二端口、所述第一阀部件的第三端口进入所述第二换热器，再进入所述储液器与所述压缩机。

9.根据权利要求7所述的热泵系统，其特征在于：所述热泵系统包括制热状态，在所述制热状态，所述截止阀关闭，从所述压缩机出来的制冷剂经第一换热器、进入所述第一阀部件的第一端口、第二端口连通节流装置，所述节流装置与所述第三换热器连通，进入所述第二阀部件的第二端口，经所述第二阀部件的第三端口进入所述储液器与所述压缩机。

10.根据权利要求9所述的热泵系统，其特征在于：在所述制热状态下，通过控制制冷剂的压力增大所述第一阀部件第一端口的开阀压力至所述第一阀部件的第一端口与所述第一阀部件的第三端口连通，定义所述第一阀部件的第一端口处压力为P1，所述第一阀部件的第三端口处压力为P2，所述第一阀部件的弹簧初始力为F1，当P1*A1＝F1+P2*A2时，此时P1为最低阀开启压力，其中A1为所述第一阀部件的第一端面部面积，A2不小于所述第一阀部件的第一端面部与第二端面部面积之和，在所述第一阀部件的第一端口与所述第一阀部件的第二端口连通后，所述第一阀部件的弹簧力为F2，所述第一阀部件的第一端口处压力降至P3，当P3*A2＝F2+P2*A2时，P3是维持阀开启的最低压力，P2大于P3。

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