技术领域
[0001] 本
发明通常涉及一种四通换向阀，该换向阀包括设有两个
流体通道的可转动阀芯。
背景技术
[0002] 制冷系统或加
热泵回路可包括用于转变通过该制冷系统的制冷剂流动方向的四通换向阀。例如，当制冷剂沿一个方向流动时，制冷系统在冷却模式下运转。接着，当制冷剂沿相反方向流动时，制冷系统在加热模式下运转。
[0003] 一种
现有技术的换向阀限定了两个流体通道。一个通道被限定在阀元件内部，另一个通道被限定在阀元件外部。当阀元件处于第一
位置时，流体沿第一方向流过与该换向阀关联的系统。当阀元件处于第二位置时，流体沿第二方向流过该系统。
[0004] 另一种现有技术的换向阀包括设有四个U型槽的阀元件。在第一位置上，第一套U型槽限定了第一流动通道，在第二位置上，第二套U型槽限定了第二流动通道。每套槽之间的间隙小于槽的宽度。每一套U型槽相对于另一套U型槽转过90度。阀元件在第一位置和第二位置之间线性移动，从而导引流体流过系统。当阀元件处在第一位置时，第一套U型槽与
阀体的四个短管对齐，使得该系统在冷却模式下运转。当阀芯线性移动到第二位置时，第二套U型槽与阀体的四个短管对齐，使得该系统在加热模式下运转。
[0005] 另一种现有技术的换向阀包括阀元件，该元件包括两个将制冷剂导引流过制冷系统的通道。该阀元件可在第一位置和第二位置之间转动。当阀元件处在第一位置时，第一通道的第一端与
压缩机排放口对齐，第一通道的第二端与第一换热器口对齐。第二通道的第一端与压缩机抽吸口持续对齐，第二通道的第二端与第二换热器口对齐。当阀元件转动到第二位置时，第一通道的第二端与压缩机排放口对齐，第一通道的第一端与第二换热器口对齐。第二通道的第二端与第一换热器对齐。在转动过程中，仅有压缩抽吸口保持与通道的连续流体连通。另一端口在转动过程中暂时切断与通道的流体连通，增大转动过程中的摩擦。
[0006] 现有技术中采用R22制冷剂的制冷系统的换向阀具有通常小于130RT的有限容量。如果压缩机的总体积大于这个值的话，沿该换向阀的压降增大。当系统容量增大时，换向阀的管道直径需要增大，以便与该系统的管道直径匹配。如果换向阀的管道直径不够大，则需要采用适配器。然而，采用适配器将进一步增大总体压降。
[0007] 为了克服这个问题，该系统可平行采用两个或更多换向阀。然而，这增大了管道的复杂度，很昂贵并且增大了由于换向阀数量增大而发生内部泄露的可能性。例如，如果一个换向阀在1.0Mpa的压差下具有90l/min的泄露速度的话，则如果采用多个换向阀，内部泄露速度将增大2或3倍。另外，还存在换向阀在不同时间下运转的可能。如果发生这种情况，则同一时间换向阀将处在不同位置上。例如，第一换向阀会将压差降低到零。如果第二换向阀开始运转的话，由于压差的降低，它将会停止在支路位置上。如果发生这种情况，换向阀需要修理或者替换。
发明内容
[0008] 换向阀包括设有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的阀体。阀芯包括与第一端口连续流体相通的第一开口、与第二端口连续流体相通的第二开口、与第三端口和第四端口中的一个连续流体相通的第三开口、与第三端口和第四端口中的另一个连续流体相通的第四开口。第一通道限定在第二开口和第三开口之间，用于提供第二端口、第三端口与第四端口两者中的一个之间的流体相通，第二通道限定在第一开口和第四开口之间，用于提供第一端口、第三端口与第四端口两者中的另一个之间的流体相通。所述阀芯可围绕转动轴线相对于阀体在第一位置和第二位置之间转动。当阀芯处在第一位置时，第三开口与第三端口流体相通，第四开口与第四端口流体相通；当阀芯处在第二位置时，第三开口与第四端口流体相通，第四开口与第三端口流体相通。
[0009] 另一个示例性
实施例包括制冷系统，该系统包括：将制冷剂压缩到高压的压缩机、交换制冷剂和一种流体之间热量的第一
热交换器、使制冷剂膨胀到低压的膨胀装置、交换制冷剂和另一种流体之间热量的第二热交换器。换向阀包括阀芯，所述阀芯包括设有第一换热器口、第二换热器口、压缩机抽吸口和压缩机排放口的阀体。所述阀芯包括阀元件，该元件包括与第一换热器口流体相通的第一开口、与第二换热器口流体相通的第二开口、与压缩机抽吸口和压缩机排放口中的一个流体相通的第三开口、与压缩机抽吸口和压缩机排放口中的另外一个流体相通的第四开口。高压通道被限定在第一开口和第四开口之前，用于提供第一换热器口、压缩机抽吸口和压缩机排放口两者中的一个之间的流体相通，低压通道被限定在第二开口和第三开之间，用于提供第二换热器口、压缩机抽吸口和压缩机排放口两者中的另外一个之间的流体相通。所述阀芯可围绕转动轴线在第一位置和第二位置之间转动。当阀芯处在第一位置时，第三开口与压缩机抽吸口流体相通，第四开口与压缩机排放口流体相通；当阀芯处在第二位置时，第三开口与压缩机排放口流体相通，第四开口与压缩机抽吸口流体相通。当阀芯处在第一位置时制冷系统在冷却模式下运转，当阀芯处在第二位置时制冷系统在加热模式下运转。
[0010] 通过下面的描述和
附图将可以更好的理解本发明的这些特征以及其它特征。
附图说明
[0011] 通过下面对通用优选实施例的详细描述，本发明的各种特征和优点对本领域技术人员而言将变得显而易见。对
说明书附图的简要介绍如下：
[0012] 图1显示了采用四通换向阀的制冷系统；
[0013] 图2显示了处于第一位置的四通换向阀；
[0014] 图3显示了处于第二位置的四通换向阀；
[0015] 图4显示了处于第一位置的四通换向阀的透视图；
[0016] 图5显示了处于中间位置的四通换向阀的透视图；
[0017] 图6显示了处于第二位置的四通换向阀的透视图；
[0018] 图7显示了阀芯的流体通道元件的透视图；
[0019] 图8显示了沿图7中线8-8的阀芯流体通道元件的横剖视图；
[0020] 图9显示了沿图7中线9-9的阀芯流体通道元件的剖视图；
[0021] 图10显示了阀芯驱动机构的前透视图；
[0022] 图11显示了阀芯驱动机构的后透视图；
[0023] 图12显示了单个阀芯的透视图；和
[0024] 图13显示了沿图12中线13-13的单个阀芯的剖视图；
[0025] 图14显示了处在第一位置的四通换向阀的启动系统；和
[0026] 图15显示了处在第二位置的四通换向阀的启动系统。
具体实施方式
[0027] 图1显示了加热泵回路或制冷系统20，包括压缩机22、第一换热器24、膨胀装置26、第二换热器28。制冷剂穿过闭合回路制冷系统20循环。
[0028] 当制冷系统20在冷却模式下运转时，制冷剂传过压缩机排放管线38以高压高
焓离开压缩机22，并流过用作
冷凝器的第一换热器24。在该第一换热器24处，制冷剂将热量传递给流体(例如空气)并冷凝成液体，该液体以低焓高压离开第一换热器24。
风扇30将空气导引通过第一换热器24。经
过冷却的制冷剂接着通过膨胀装置26，使制冷剂膨胀至低压。经过膨胀之后，制冷剂流过用作
蒸发器的第二换热器28。在该第二换热器28处，制冷剂接受来自另一种流体(例如空气)的热量，以高焓低压离开第二换热器28。风扇32将空气导引通过第二换热器28，从而冷却区域120。制冷剂接着流过压缩机抽吸管线36并返回到压缩机22，完成这个循环。
[0029] 四通换向阀34(在下文中描述)可改变制冷剂流的方向，从而实现制冷系统20在加热模式下运转。来自压缩机的制冷剂被导引到用作冷凝器的第二换热器28，来自制冷剂的热量被传递到空气中用于加热区域20。来自第二换热器28的制冷剂在膨胀装置26中膨胀。接着制冷剂流过用作
蒸发器的第一换热器24并接受来自空气的热量。制冷剂接着流到压缩机抽吸管线36内并进入压缩机22，完成这个循环。
[0030] 图2示意性显示了处于第一位置的四通换向阀34的一部分。将来自第二构件132的流体提供给第三构件134，将来自第四构件136的流体提供给第一构件130。
[0031] 图3示意性显示了处于第二位置的四通换向阀34的一部分。将来自第四构件136的流体提供给第二构件132，将来自第一构件130的流体提供给第三构件134。
[0032] 图4-6显示了四通换向阀34从第一位置(图4所示)到中间位置(图5所示)到第二位置(图6所示)的运动。该四通换向阀34包括阀体40和容纳在阀体40内的中空阀芯42(阀元件)。阀芯42围绕转动轴线X转动。阀芯42包括流体通道元件80(图7-9所示)和驱动元件82(图10和11所示)。
[0033] 阀体40包括与第一构件130流体相通的端口46、与第二构件132流体相通的端口50、与第三构件134流体相通的端口48、和与第四构件136流体相通的端口44。四通换向阀34的管道直径与端口44、46、48、50的管道直径几乎相等。
[0034] 阀体40还包括第一管道52和第二管道54。管道52和54具有一段基本垂直于转动轴线X的长度。每个管道52和54分别包括端面56和58、以及分别包括相对端面60和62。在一个实例中，管道52和54基本平行。
[0035] 图7-9显示了阀芯42的流体通道元件80。阀芯42包括第一通道66和第二通道68。第一通道66包括与第二构件132流体相通的开口72、与第三构件134或第四构件136流体相通的开口70。第一通道66提供开口70和72之间的流体相通。第二通道68包括与第一构件130流体相通的开口74、与第三构件134或第四构件136流体相通的开口76。第二通道68提供开口74和76之间的流体相通。开口74连续的与第一构件130流体相通，开口72连续的与第二构件132流体相通。在一个实例中，转动轴线X经过开口72和74。
在一个实例中，限定在开口72和74之间的第一轴线基本垂直于限定在开口70和76之间的第二轴线。
[0036] 图2和4显示了处于第一位置的阀芯42。开口72与第二构件132的端口50对齐，开口70与第三构件134的端口48对齐。来自第二构件132的流体被导引到第三构件134。开口74与第一构件130的端口46对齐，开口76与第四构件136的端口44对齐。来自第四构件136的流体被导引到第一构件130。
[0037] 图3和6显示了处于第二位置的阀芯42。开口76与第三构件134的端口48对齐，开口74与第一构件130的端口46对齐。来自第一构件130的流体被导引到第三构件134。开口70与第四构件136的端口44对齐，开口72与第二构件132的端口50对齐。来自第四构件136的流体被导引到第二构件132。
[0038] 图10和11显示了阀芯42的驱动元件82的透视图。驱动元件82包括与流体通道元件80的凹口84接合的
凸块86。在一个实例中，设有两个凸块86，每个都与两个凹口84的其中一个对齐并接合。凸块86容纳在凹口84内，使元件80和82对齐，从而驱动元件
82的转动推动流体通道元件80的转动。在另一个实例中，驱动元件82包括凹口84，流体通道元件80包括凸块86。然而，元件80和82可以以任意方式连接。在图12和13所示的另一个实例中，阀芯42(元件80和82)形成为单个整体构件，就不再需要连接特征。
[0039] 驱动元件82还包括颈部88，颈部88包括围绕颈部88沿周向延伸的多个齿90。在一个实例中，多个齿90中每一个都从转动轴线X起沿径向延伸。驱动元件82还包括与端口50和开口72流体相通的通道122。即，通道122限定在开口72和端口50之间。
[0040] 回到图4-6，
齿条92和94分别容纳在四通换向阀34的每个管道52和54内。每个齿条92和94分别包括多个齿96和98。所述齿条92和94的多个齿96和98与阀芯42的多个齿90
啮合。随着齿条92和94的线性移动(如下文所述)，齿条92和94的多个齿96和98分别与阀芯42驱动元件82的多个齿90啮合，从而转动阀芯42。
活塞100和102设置在齿条92的每一端，从而支承齿条92，活塞104和106设置在齿条94的每一端，从而支承齿条94。虽然显示并描述了两个管道52和54和两个齿条92和94，也可仅采用一个齿条92或94来转动阀芯42。
[0041] 图4和14显示了处于第一位置的四通换向阀34。当阀芯42要被移动到第二位置时，阀芯42沿第一方向A转动180°。当阀芯42转动大约90°到达图5所示的位置时，旁通端口78暂时与端口44和48对齐(在下文中描述)。一旦完成180°的转动，四通换向阀34处在第二位置上，如图3、6和15所示。
[0042] 当阀芯42要被移动到第一位置时，阀芯42沿第二方向B转动180°。当阀芯42转动大约90°到达图5所示的位置时，旁通端口78与端口44和48对齐。一旦完成180°的转动，四通换向阀34处在第一位置上，如图2、4和14所示。
[0043] 在图5所示的一个实例中，旁通端口78大体以X形状形成在阀芯42的表面上。如图7-9所示，旁通端口78包括在通道66和68之间延伸穿过阀芯42的整个宽度D的主通道140。即，主通道140在阀芯42的两个表面之间延伸。旁通端口78还包括横穿主通道140延伸的第二通道142。如图9所示，第二通道142仅具有高度H并局部延伸穿过阀芯42的宽度D。在阀芯42的两个表面中每一个上都设有第二通道142，第二通道横穿延伸穿过宽度D的主通道140。如下文所述，当阀芯42处于中间位置时，当排放流体无处可去时，宽度减小的第二通道142有助于将流体导引到主通道140。
[0044] 在一个实例中，四通换向阀34可被用于图1所示的制冷系统20中，从而在制冷模式(当阀芯42处于第一位置时)和加热模式(当阀芯42处于第二位置时)之间转换制冷系统20的操作。在该实例中，第一换热器24是第一构件130，第二换热器28是第二构件132，压缩机抽吸管线36是第三构件134，压缩机排放管线38是第四构件136。
[0045] 在一个实例中，与压缩机抽吸管线36相通的端口48设置在与压缩机排放管线38相通的端口44之上，压缩机排放管线38与压缩机抽吸管线36之间的压差可抵消阀芯42上的任何重
力效果。当流体通道元件80处于中间位置时，旁通端口78与端口44和48对齐，使端口44内的高压制冷剂旁通向端口48，防止高压排放。
[0046] 如图14和15所示，导向阀108控制齿条92和94的运动以及由此
控制阀芯42的转动。导向阀108控制从压缩机排放管线38到管道52和54的压力流动方向，从而移动齿条92和94。导向阀108是设有四个管道D、C、S和E的小型四通换向阀。管道D通过毛细管连接到压缩机排放管线38，管道S通过毛细管连接到压缩机抽吸管线36。
[0047] 在冷却模式中，导向阀108提供了管道D和管道C之间的流体连通，并提供了管道E和管道S之间的流体连通。因此，管道C与高压排放管线38流体连通，管道E与低压抽吸管线36流体连通。沿靠近端面58和60的管线114引导高压，沿靠近端面56和62的管线112引导低压。压差将齿条92和94移动到图14所示位置。
[0048] 在加热模式过程中，导向阀108提供了管道D和管道E之间的流体连通，并提供了管道C和管道S之间的流体连通。因此，管道E与高压排放管线38流体连通，管道C与低压抽吸管线36流体连通。沿靠近端面56和62的管线112引导高压，沿靠近端面58和60的管线114引导低压。压差将齿条92和94移动到图15所示位置。
[0049] 在
控制器110中选择操作模式(冷却或加热)。基于该操作模式，导向阀108将来自制冷系统20的压力分别导引到齿条92和94的端面56、58、60和62，从而移动四通换向阀34的构件，以便在冷却模式和加热模式之间(在图14所示位置与图15所示位置之间)改变制冷系统20的操作。压差作用在各个活塞100、102、104和106上以线性移动齿条92和94，从而沿预期方向转动阀芯42。
[0050] 图2、4和14显示了当制冷系统20在冷却模式下操作时的四通换向阀34。开口76与端口44对齐，以便将制冷剂从压缩机排放管线38引导到第一换热器24(用作冷气器)，开口70与端口48对齐，以便将制冷剂第二换热器28(用作蒸发器)引导到压缩机抽吸管线36。
[0051] 如果制冷系统20要在加热模式下操作，控制器110向导向阀108发送将来自压缩机排放管线38的高压穿过管线112引导到活塞100和106的
信号。相对于图14，促使齿条92移动到右侧，齿条94移动到左侧。随着齿条92和94的移动，齿条92和94的多个齿96和98分别与阀芯42驱动元件82的多个齿90啮合，沿方向A转动驱动元件82，由此转动附设的流体通道元件80。一旦阀芯42转动90°，旁通端口78与端口44和48对齐(如图5所示)，使得高压制冷剂在端口44和48之间迂回。
[0052] 齿条92和94持续移动，直到活塞102和104分别
接触管道52和54的端面60和58，提供止动。阀芯42转动180°到达图3、6和15所示的位置。在该位置上，制冷系统20在加热模式下操作。开口76与端口48对齐，使得来自第一换热器24(用作蒸发器)的制冷剂被提供到压缩机抽吸管线36。开口70与端口44对齐，使得来自压缩机排放管线38的制冷剂被提供到第二换热器28(用作冷凝器)。
[0053] 如果制冷系统20在冷却模式下操作的话，控制器110向导向阀108发送将来自压缩机排放管线38的高压穿过管线114引导到活塞102和104的信号。相对于图15，促使齿条92移动到左侧，齿条94移动到右侧。随着齿条92和94的移动，齿条92和94的多个齿96和98分别与阀芯42驱动元件82的多个齿90啮合，沿方向B转动驱动元件82，由此转动附设的流体通道元件80。一旦阀芯42转动90°，旁通端口78与端口44和48对齐(如图5所示)，使得高压制冷剂在端口44和48之间迂回。
[0054] 齿条92和94持续转动，直到活塞100和106分别接触管道52和54的端面56和62，提供止动。阀芯42转动180°到达图2、4和14所示的位置。在该位置上，制冷系统20在冷却模式下操作。开口70与端口48对齐，使得来自第二换热器28(用作蒸发器)的制冷剂被提供到压缩机抽吸管线36。开口76与端口44对齐，使得来自压缩机排放管线38的制冷剂被提供到第一换热器24(用作冷凝器)。
[0055] 虽然四通换向阀34已经被公开和展示为用于制冷系统20上，但是应当理解的是该四通换向阀34可以用于任何类型的系统中。
[0056] 这种四通换向阀34相对于现有技术中的换向阀提供了很多优点。其一，当仅采用一个阀时，管道不复杂，减少内部泄露。该四通换向阀34还提供了高压气体的简单迂回。另外，由于四通换向阀34的管道基本上具有与制冷系统20的管道相同的直径，因此不再需要适配器，减少了不必要的压降。也增大了四通换向阀34的容积。
[0057] 虽然上述描述中采用了方向“左”、“右”、“逆
时针”等，但是这些术语仅用于所公开的实施例，对于运动方向而言是非限定性的。
[0058] 上述描述仅仅是本发明原理的实例。在上述启示下，本发明的多种
修改和
变形是可能的。本发明的优选实施例已经公开，但是本领域普通技术人员可意识到特定变形落入本发明的范围内。因此，应当理解的是在所附
权利要求的范围内，本发明可以以不同于所详细描述的方式实施。基于上述理由，下面的权利要求应当用于确定本发明的实际范围和内容。
