CN117881915A - 多端口阀门、具有该多端口阀门的热管理系统及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明一方面提供一种多端口阀门，包括阀门壳体以及可旋转地收容于所述阀门壳体内的阀芯，所述阀门壳体上设有多个外端口，至少部分外端口设置在所述阀门壳体的轴向端部，所述阀芯上设有多个内端口，至少部分内端口设置在所述阀芯的轴向端部，所述阀芯上设有若干流道，所述流道在所述阀芯内部互不连通，且至少其中两流道在垂直于所述阀芯的中轴线的平面上的投影相交，每一所述流道连通所述多个内端口中的其中两个，且所述阀芯能够围绕一中心轴线相对所述阀门壳体转动至使得至少部分内端口与相应的外端口在轴向上连通。另一方面，本发明还提供一种热管理系统及其应用，所述热管理系统包括前述的多端口阀门及若干冷却支路。

Description

多端口阀门、具有该多端口阀门的热管理系统及其应用 技术领域
本发明涉及阀门技术领域，具体涉及一种多端口阀门、以及具有该多端口阀门的热管理系统。
 背景技术
阀门是流体输送系统中的控制部件，可用于控制流体的通断、流向等。例如，在新能源汽车的热管理系统中，通常需要阀门以控制冷却剂的流动。常见的汽车热管理系统包括多个冷却回路，例如电池冷却回路和电驱系统冷却回路。为简化热管理系统的结构，目前采用的一种解决方案是使用一多端口阀门以切换不同回路。不过，这种多端口阀门尺寸较大、成本高昂、且可靠性较低。
 技术问题
有鉴于此，本发明旨在提供一种可以解决上述问题或至少在一定程度上减轻上述问题的多端口阀门、以及具有该多端口阀门的热管理系统。
 技术解决方案
为此，一种多端口阀门，包括阀门壳体以及可旋转地收容于所述阀门壳体内的阀芯，其特征在于，所述阀门壳体和阀芯均大致为圆柱体状，所述阀门壳体上设有多个外端口，至少部分外端口设置在所述阀门壳体的轴向端部，所述阀芯上设有多个内端口，至少部分内端口设置在所述阀芯的轴向端部，所述阀芯上设有若干流道，所述流道在所述阀芯内部实现流体分离，且至少其中两流道在垂直于所述阀芯的中轴线的平面上的投影相交，每一所述流道连通所述多个内端口中的其中两个，且所述阀芯能够围绕一中心轴线相对所述阀门壳体转动至指定位置而使得至少部分内端口与相应的外端口在轴向上连通。
在一些实施例中，所述流道中的至少两个流道包括与所述阀芯的轴向端面上的内端口连通的轴向延伸段及与所述轴向延伸段连通的横向延伸段。
在一些实施例中，所述若干流道包括第一流道及第二流道，所述第一流道及第二流道还分别包括一横向延伸段，所述第一流道及第二流道的横向延伸段横向延伸且二者在轴向上间隔设置，所述第一流道及第二流道的横向延伸段在垂直于所述阀芯的中轴线的平面上的投影相交。
在一些实施例中，所述第一流道及第二流道还分别包括于各自横向延伸段的两端进一步延伸的轴向延伸段，所述轴向延伸段与设置在所述阀芯的轴向端部对应的内端口相连通。
在一些实施例中，所述阀芯内还设有第三流道，所述第三流道包括一横向延伸段、以及自其横向延伸段的两端分别延伸的轴向延伸段，所述第三流道的轴向延伸段与设置在所述阀芯的轴向端部对应的内端口相连通，所述第三流道的横向延伸段与所述第一、第二流道其中之一或者两者的横向延伸段在垂直于所述阀芯的中轴线的平面上的投影间隔设置。
在一些实施例中，所述第一、第二、第三流道的横向延伸段均位于所述阀芯的中部而与所述阀芯周缘相间隔。
在一些实施例中，所述阀芯包括一圆柱状的基座及分别固定在基座两轴向端部的第一端板及第二端板，所述第一流道及第二流道的横向延伸段分别自所述阀芯的基座两轴向端凹陷形成，所述第一端板及第二端板分别从轴向封闭所述第一流道及第二流道的横向延伸段。
在一些实施例中，所述第一流道及第三流道的横向延伸段在所述阀芯的基座的同一轴向端凹陷形成且一并被所述第一端板轴向封闭。
在一些实施例中，所述内端口为设置在所述第一端板上的穿孔。
在一些实施例中，其中一流道包括一与其横向延伸部联通的径向延伸段，所述阀芯的基座的周壁上还设有一内端口，所述径向延伸段与所述内端口连通，所述阀门壳体上的周壁上还设有一设有外端口，在阀芯转动到指定位置时，所述内端口与所述外端口对正并连通。
在一些实施例中，所述多端口阀门还包括一密封件，所述密封件沿轴向布置于所述阀门壳体的多个外端口和所述阀芯的内端口之间。
在一些实施例中，所述密封件为橡胶制成，所述密封件固定于所述阀门壳体并于朝向阀芯一侧形成聚四氟乙烯层。
在一些实施例中，所述阀芯连接到一电机，并可被所述电机驱动而转动。
另一方面，本发明还提供一种热管理系统，所述热管理系统包括前述的多端口阀门及若干冷却支路，这些冷却支路对应连接至所述阀门壳体的相应外端口，这些冷却支路中的一个或者多个通过所述多端口阀门而形成冷却回路。
另一方面，本发明还提供一种热管理系统的应用，其用于调节车辆冷却回路的温度。
 有益效果
与流体流道完全径向设计的多端口阀门相比，本发明的多端口阀门的连通的至少部分内端口能够转动至与相应的外端口在轴向上连通，使得多端口阀门结构更紧凑，尺寸更小，成本也更低，且可靠性也能进一步提高。
 附图说明
图1是本发明第一实施例的多端口阀门的立体图。
图2是图1所示多端口阀门的剖视图。
图3是图1所示多端口阀门的一分解图。
图4是图1所示多端口阀门的另一分解图。
图5是图1所示多端口阀门的阀芯的第二基座的一立体图。
图6是图1所示多端口阀门的阀芯的第二基座的另一立体图。
图7是图5所示第二基座的添加了带箭头的标示线后的立体示意图，其中带箭头的标示线表示相应流道中的流体流动方向。
图8是图7所示第二基座的俯视图。
图9是图7所示第二基座的仰视图。
图10是图7所示第二基座的轴向的透视图，其中，各流道的流体流动方向通过相应的标示线在轴向同一端面投影示出。
图11是本发明第二实施例的多端口阀门的一分解图。
图12是图11所示多端口阀门的另一分解图。
图13是图11所示多端口阀门的阀芯的第二基座的添加了带箭头的标示线后的立体示意图，其中带箭头的标示线表示相应流道中的流体流动方向。
图14是图11所示多端口阀门的阀芯的第二基座的添加了带箭头的标示线后的另一立体示意图，其中带箭头的标示线表示相应流道中的流体流动方向。
图15是包含本发明第一实施例的多端口阀门的热管理系统的示意图。
 本发明的实施方式
参考图1至图2，本发明第一实施例的多端口阀门包括阀门壳体10、以及可转动地收容于所述阀门壳体10内的阀芯20。所述阀门壳体10和阀芯20均大致呈圆柱体状。所述阀门壳体10上设有多个外端口11，至少部分外端口11设置在所述阀门壳体10的轴向端面上。本实施例中，多个外端口11设置在所述阀门壳体10的轴向端面上且沿周向分布。所述阀芯20上设有多个内端口，至少部分内端口设置在所述阀芯20的轴向端部。本实施例中，所述阀芯20的轴向端面上形成有多个内端口，阀芯20可围绕一中心轴线相对所述阀门壳体10转动使得至少部分内端口与相应的外端口11在轴向上连通。与流体流道完全径向设计的多端口阀门相比，本实施例的多端口阀门的连通的各内端口能够转动至分别与不同的外端口11在轴向上连通，使得多端口阀门结构更紧凑，尺寸更小，成本也更低，且可靠性也能进一步提高。可以理解地，在其他实施例中，也可以在阀芯的其他位置，例如周壁上形成内端口，相应地，也可以在阀门壳体的其他位置，例如周壁上形成相应的外端口，使得部分的内端口与相应的外端口在轴向上连通而部分的内端口与相应的外端口在径向上连通，而不仅限于本实施例中的所有内端口与相应的外端口在轴向上连通。
同时参考图3及图4，本实施例中，所述阀门壳体10包括具有一开口端的第一基座12、以及盖置于所述第一基座12的开口端的圆形的盖板13。第一基座12与盖板13（例如，通过多个螺钉）固定连接，并共同围合形成一收容腔15（图2可见），用于收容所述阀芯20。本实施例中，第一基座12包括环形的周壁120、以及位于其周壁120的其中一轴向端的端壁，其中周壁120的远离端壁的一端形成所述开口端。所述端壁包括位于中心的毂部122、与第一基座12的周壁120连接的辋部123以及连接毂部122和辋部123的多个肋部124，其中所述外端口11形成于相邻肋部124之间。优选地，第一基座12一体成型。
同时参阅图3至图6，本实施例中，所述阀芯20呈圆柱体状并采用分体式结构，包括第二基座23、以及分别密封固定于所述第二基座23相对的轴向两端的第一端板24a和第二端板24b。其中装配完成时，所述第一端板24a、第二端板24b与所述第二基座23固定连接并容置于收容腔15且使得所述第二端板24b靠近所述第一基座12的开口端。本实施例中，所述第二基座23的中心朝向第二端板24b的一端突出形成有一驱动轴231，所述驱动轴231沿轴向延伸至贯穿所述第二端板24b并突出于所述阀门壳体10的盖板13。优选地，驱动轴231与所述盖板13之间布置有一密封圈25。外部的驱动源，例如电机800，经由所述驱动轴231驱动所述阀芯20在所述阀门壳体10内转动。在本实施方式中，电机800进一步通过传动齿轮组连接驱动轴231。所述第二基座23的中心背离第二端板24b的一端突出形成并进一步贯穿所述第一端板24a的凸柱232，所述第一基座12的毂部122的中心形成有一凹槽125（图2可见），凸柱232可转动地收容于凹槽125内。所述第一端板24a上还设有若干穿孔以作为所述内端口26。
分体式结构的阀芯20加工方便。可以理解地，在其他实施例中，阀芯20也可以不采用分体式结构，而采用一体式结构。
同时参阅图5至图10，所述阀芯20的第二基座23内设m个流道，其中m≥2。每一所述流道用于连接所述内端口中的其中两个。所述m个流道中的至少两个流道包括与所述阀芯20的轴向端面上的内端口连通的轴向延伸段及与所述轴向延伸段连通的横向延伸段。所述流道在所述阀芯20内部互不连通，且所述至少其中两流道在垂直于所述阀芯20的中轴线的平面上的投影相交。所述m个流道中的至少两个流道的横向延伸段处于不同轴向高度。采用此种流道构造的阀芯在空间上形成了3D交错的效果，即阀芯上既有轴向延伸段，也有横向延伸段。这使得多端口阀门结构更紧凑，尺寸更小，成本也更低，且可靠性也能进一步提高。
具体地，本实施例中，所述第二基座23内设有第一流道21及第二流道22，其中，图7中添加的带箭头的标示线表示相应流道中的流体流动方向。所述第一流道21包括第一横向延伸段213、以及分别位于第一横向延伸段213的两端并与第一横向延伸段213连通的第一轴向延伸段211。所述第二流道22包括第二横向延伸段223、以及分别位于第二横向延伸段223的两端并与第二横向延伸段223连通的第二轴向延伸段221。优选地，所述第一横向延伸段213及第二横向延伸段223分别在所述阀芯20的第二基座23上横向延伸，且二者在轴向上间隔设置。更优地，所述第一横向延伸段213及第二横向延伸段223的轴向（即在垂直于阀芯20的中轴线的平面上的）投影交叉设置。
本文中，轴向表示重合于或者平行于多端口阀门的驱动轴231的中轴线的方向，周向表示沿着阀芯20的转动方向，径向表示在垂直于多端口阀门的驱动轴231的中轴线的平面内且经过驱动轴231的中轴线的方向，横向表示在垂直于多端口阀门的驱动轴231的中轴线的平面内且与径向相交的方向。
在本实施例中，所述第一横向延伸段213及所述第二横向延伸段223分别自所述阀芯20的第二基座23的轴向的相对两端向内凹陷形成，轴向空间上相互间隔。在本实施例中，优选地，第一横向延伸段213及第二横向延伸段223分别围绕第二基座23的中心呈弧形地延伸。安装时，所述第一端板24a及第二端板24b封闭所述第二基座23端部的凹陷，即从轴向上封闭了所述第一横向延伸段213及所述第二横向延伸段223，且设置在所述第一端板24a上的内端口26对应对正并连通所述第一流道21的第一轴向延伸段211及第二流道22上的第二轴向延伸段221，进而可选择地与阀门壳体10的外端口11连通。
本实施例中，所述的多端口阀门还包括第三流道27，所述第三流道27包括第三横向延伸段273、以及分别位于所述第三横向延伸段273的两端并与第三横向延伸段273连通的第三轴向延伸段271。在本实施方式中，所述第三横向延伸段273与所述第一横向延伸段213自所述第二基座23的同一轴向端凹陷形成并在安装时一并被所述第一端板24a封闭。因此，所述第三横向延伸段273与所述第一横向延伸段213在轴向上至少部分重叠，而在垂直于所述阀芯20的中轴线的平面上的投影间隔设置。具体的，所述第三横向延伸段273呈弧形设置且位于所述阀芯20的中部而与所述阀芯20周缘相间隔。所述第三轴向延伸段271沿阀芯20的第二基座23的轴向延伸并与阀芯20的轴向端部对应的内端口26连通，进而与阀门壳体10的外端口11连通。
所述第一横向延伸段213、第二延伸段221及第三横向延伸段273分别位于阀芯20的中部区域而与所述阀芯20的周缘相间隔。本实施例中，所述第一横向延伸段213及第三横向延伸段273大致位于所述阀芯20的第二基座23的同一轴向高度。可以理解的，在其它实施例中，所述第一横向延伸段213及第三横向延伸段273可位于不同的轴向位置。
再次参考图3及图4，本实施例中，多端口阀门还优选地包括一密封件30，所述密封件30沿轴向布置于所述第一基座12的端壁和所述第二基座23之间。具体地，密封件30上对应所述阀门端部的外端口11及内端口26设有若干开口31。还优选地，所述密封件30为一橡胶板，并于朝向所述阀芯20的一面形成聚四氟乙烯层36。特别地，所述聚四氟乙烯层36具有润滑作用，降低所述阀芯20转动时与密封件30之间的摩擦力，提高密封件30的使用寿命，以进一步提高流体密封性。
请参阅图11至图14，在第二实施例中，所述多端口阀门与前一实施例的多端口阀门结构相似，其区别在于：所述第二流道22a包括一第二横向延伸段223a、以及分别位于第二横向延伸段223a的两端并与第二横向延伸段223a连通的一个第二轴向延伸段221及一个径向221a。第二横向延伸段223a位于所述阀芯20的中部。第二轴向延伸段221与所述阀芯20的第二基座23的轴向端部对应的内端口26连通，径向延伸段221a与所述阀芯20的第二基座23周壁上的内端口28连通。同时，所述第一基座12的周壁120上设置有外端口29用于与所述内端口28对应。第二横向延伸段223a自第二基座23的背离第一基座12的外端口11的一轴向端面凹陷而成。相应地，密封件30a及第一端板24c的结构相应调整。
如图15所示，本发明还提供了一种热管理系统，其包括多个冷却支路，例如电池冷却支路、电驱系统冷却支路及冷却器支路，以及前述第一实施例的多端口阀门。热管理系统的各冷却支路连接至阀门壳体10的相应外端口。使用时，转动阀芯20使得阀芯20的内端口与相应的外端口连通，从而使得这些冷却支路中的一个或者多个通过所述多端口阀门而形成冷却回路。所述热管理系统可用于调节车辆冷却回路的温度。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于以上列举的实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (15)

  1. 一种多端口阀门，包括阀门壳体以及可旋转地收容于所述阀门壳体内的阀芯，其特征在于，所述阀门壳体和阀芯均大致为圆柱体状，所述阀门壳体上设有多个外端口，至少部分外端口设置在所述阀门壳体的轴向端部，所述阀芯上设有多个内端口，至少部分内端口设置在所述阀芯的轴向端部，所述阀芯上设有若干流道，所述流道在所述阀芯内部实现流体分离，且至少其中两流道在垂直于所述阀芯的中轴线的平面上的投影相交，每一所述流道连通所述多个内端口中的其中两个，且所述阀芯能够围绕一中心轴线相对所述阀门壳体转动至指定位置而使得至少部分内端口与相应的外端口在轴向上连通。
  2. 根据权利要求1所述的多端口阀门，其特征在于，所述流道中的至少两个流道包括与所述阀芯的轴向端面上的内端口连通的轴向延伸段及与所述轴向延伸段连通的横向延伸段。
  3. 根据权利要求2所述的多端口阀门，其特征在于，所述若干流道包括第一流道及第二流道，所述第一流道及第二流道还分别包括一横向延伸段，所述第一流道及第二流道的横向延伸段横向延伸且二者在轴向上间隔设置，所述第一流道及第二流道的横向延伸段在垂直于所述阀芯的中轴线的平面上的投影相交。
  4. 根据权利要求3所述的多端口阀门，其特征在于，所述第一流道及第二流道还分别包括于各自横向延伸段的两端进一步延伸的轴向延伸段，所述轴向延伸段与设置在所述阀芯的轴向端部对应的内端口相连通。
  5. 根据权利要求4所述的多端口阀门，其特征在于，所述阀芯内还设有第三流道，所述第三流道包括一横向延伸段、以及自其横向延伸段的两端分别延伸的轴向延伸段，所述第三流道的轴向延伸段与设置在所述阀芯的轴向端部对应的内端口相连通，所述第三流道的横向延伸段与所述第一、第二流道其中之一或者两者的横向延伸段在垂直于所述阀芯的中轴线的平面上的投影间隔设置。
  6. 根据权利要求5所述的多端口阀门，其特征在于，所述第一、第二、第三流道的横向延伸段均位于所述阀芯的中部而与所述阀芯周缘相间隔。
  7. 根据权利要求６所述的多端口阀门，其特征在于，所述阀芯包括一圆柱状的基座及分别固定在基座两轴向端部的第一端板及第二端板，所述第一流道及第二流道的横向延伸段分别自所述阀芯的基座两轴向端凹陷形成，所述第一端板及第二端板分别从轴向封闭所述第一流道及第二流道的横向延伸段。
  8. 根据权利要求７所述的多端口阀门，其特征在于，所述第一流道及第三流道的横向延伸段在所述阀芯的基座的同一轴向端凹陷形成且一并被所述第一端板轴向封闭。
  9. 根据权利要求７或者８所述的多端口阀门，其特征在于，所述内端口为设置在所述第一端板上的穿孔。
  10. 根据权利要求2所述的多端口阀门，其特征在于，其中一流道包括一与其横向延伸部联通的径向延伸段，所述阀芯的基座的周壁上还设有一内端口，所述径向延伸段与所述内端口连通，所述阀门壳体上的周壁上还设有一设有外端口，在阀芯转动到指定位置时，所述内端口与所述外端口对正并连通。
  11. 根据权利要求1所述的多端口阀门，其特征在于，所述多端口阀门还包括一密封件，所述密封件沿轴向布置于所述阀门壳体的多个外端口和所述阀芯的内端口之间。
  12. 根据权利要求11所述的多端口阀门，其特征在于，所述密封件为橡胶制成，所述密封件固定于所述阀门壳体并于朝向阀芯一侧形成聚四氟乙烯层。
  13. 根据权利要求1-11所述的多端口阀门，其特征在于所述,所述阀芯连接到一电机，并可被所述电机驱动而转动。
  14. 一种热管理系统，其特征在于，所述热管理系统包括根据权利要求1至13中任一项所述的多端口阀门及若干冷却支路，这些冷却支路对应连接至所述阀门壳体的相应外端口，这些冷却支路中的一个或者多个通过所述多端口阀门而形成冷却回路。
  15. 根据权利要求14所述的热管理系统的应用，其用于调节车辆冷却回路的温度。
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