多端口多平面阀的制作方法

本发明总体上涉及多端口阀，并且更具体地涉及具有多个入口端口和多个出口端口以控制不同平面内的流动的多端口阀。

背景技术：

多端口阀被用于各种工业和各种应用。这种阀包含一个或多个入口端口和一个或多个出口端口。布置在阀的壳体内的阀构件负责控制各种端口之间的流动。阀构件的一部分，例如阀杆，从壳体突出并且通过附接到多端口阀的致动器起作用。结果，致动器控制阀构件在壳体内的位置，其继而控制各种端口之间的流动。

这种多端口阀有利地提供单个流动装置，其可以有效地替换仅采用单个入口和单个出口的多个流动装置。然而，这种多端口阀并非没有其自身的缺点。例如，阀的总体复杂性随着端口数量的增加而增加。这可能导致部件数量相对较高的组件。此外，这种构造的复杂性还导致制造阀的更加复杂的制造工艺。事实上，多个端口与必须被焊接到壳体上的阀的多个入口和多个出口相关联。此外，每个入口和每个出口所需的接头也必须被焊接到其相应的入口或出口上。

这种焊接组件增加了阀的潜在泄漏路径的数量。此外，为了实现这种焊接，在入口和出口以及壳体处经常需要特殊的机械加工步骤，以确保这些部件之间紧密配合以用于随后的焊接。

此外，需要多个单独的密封件来有效地将多端口阀的各种端口彼此封闭。这些多个密封件还会导致多端口阀的总体成本和复杂性的增加。

克服这些问题的多端口阀能够从本申请的受让人处获得，并且在2015年12月15日发布的美国专利第9,212,751号(阿兰r.麦克莱恩(allanr.mclane)等人的“阀系统和方法”(“valvesystemandmethod”))以及2018年4月4日提交并要求2017年4月7日提交的美国临时申请第62/483,167号的优先权的共同待审美国专利申请第15/945,173号(公开号2018/0292016，乔莱德沃拉(joeledvora)等人的“多端口阀”(“multi-portvalve”))中进行了描述，其教导和公开内容在此通过引用整体并入本文。

在利用这种多端口阀的许多应用中，需要多个平面内的流体流动，并且通常经由流体控制系统中的外部管道提供多个平面内的流体流动。不幸的是，这种外部管道的使用大大增加了总体流体控制系统所需的体积或占地面积，并且可能产生需要将其中的其他部件或需要占据该体积的其他系统改变路线和重新安置的问题。

因此，本领域需要一种多端口阀，其在阀本身的体积内提供多平面流体流动和控制。本发明的实施例提供了这种多端口多平面阀。本发明的这些和其他优点以及附加的发明特征将从本文提供的本发明的描述中变得显而易见。

技术实现要素：

在一个方案中，本发明的实施例提供了一种多端口多平面阀，其相对于现有设计具有减少的部件数量和减少的成本，并且提供多平面流体流动和控制。这种多端口多平面阀的实施例包含壳体。壳体限定内腔。壳体还包含多个端口，所述多个端口中的至少一个端口位于与其他端口不同的平面内。优选地，多个端口中的至少一个端口位于与其他端口的平面正交的平面内。多个端口中的每个端口与内腔连通。

优选实施例还包含可旋转地布置在内腔内的壳本体。该壳本体构造成基于其在阀壳体内的角位置在存在于相同平面内的不同端口之间以及在存在于不同平面内的不同端口之间提供流动。

还提供了密封构件，其具有多个开口并且环绕壳本体，使得其在内腔内包围壳本体。在某些实施例中，密封构件的多个开口中的每个开口开口均与位于一个平面内的多个端口中的一个端口相关联，使得该平面内的多个端口中的每个端口均沿着密封构件的外周彼此密封。

在某些实施例中，密封构件抵靠壳体的内表面沿径向方向向外密封。在其他实施例中，密封构件包含抵靠壳本体密封的多个密封肋。密封构件可以是一个弹性材料的连续件，或者包括刚性芯且多个弹性密封件附接至所述刚性芯。

在某些实施例中，阀还包含多个端口本体，所述多个端口本体分别被接纳在多个端口中，使得多个端口本体中的一个端口本体被接纳在多个端口中的一个端口中。在某些实施例中，密封构件包括多个密封段。

当结合附图时，本发明的其他方案、目的和优点将从以下的详细描述变得更加显而易见。

附图说明

并入说明书中并形成说明书的一部分的附图图示了本发明的几个方案，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明的教导构成的多端口多轴线阀的实施例的俯视截面图，所述多端口多轴线阀在其壳本体位于0°位置的状态下，具有在图示的第一平面内的四个端口以及在垂直于第一平面的第二平面内的第五端口；

图2是图1的多端口多轴线阀的实施例的截面图，所述多端口多轴线阀的壳本体相对于图1所示的壳本体位置定位在逆时针方向24°的位置；

图3是图1的多端口多轴线阀的实施例的截面图，所述多端口多轴线阀的壳本体相对于图1所示的壳本体位置定位在顺时针方向24°的位置；

图4是图1的多端口多轴线阀的实施例的截面图，所述多端口多轴线阀的壳本体相对于图1所示的壳本体位置定位在180°的位置；

图5是图1的多端口多轴线阀的实施例的截面图，所述多端口多轴线阀的壳本体相对于图1所示的壳本体位置定位在逆时针方向156°的位置；

图6是图1的多端口多轴线阀的实施例的截面图，所述多端口多轴线阀的壳本体相对于图1所示的壳本体位置定位在顺时针方向156°的位置；

图7是图1的多端口多轴线阀的实施例的右侧立体图，所述多端口多轴线阀被定位为示出在图1中不可见的第五端口；

图8是图1的多端口多轴线阀的实施例的底侧立体图；

图9是图2的多端口多轴线阀的实施例的底侧立体图；

图10是本发明的多端口多平面阀的实施例的等距立体图；

图11是图10所示的本发明的多端口多平面阀的实施例的等距立体图，所述多端口多平面阀被旋转以示出该实施例的附加特征；

图12是图10的多端口多轴线阀的实施例的等距立体截面图，具有叠加在其上的说明性流动箭头；

图13是图10的多端口多轴线阀的实施例的俯视截面图，具有叠加在其上的说明性流动箭头，所述多端口多轴线阀的壳本体定位在0°位置；

图14是图10的多端口多轴线阀的实施例的截面图，具有叠加在其上的说明性流动箭头和封闭的流道的指示符，所述多端口多轴线阀的壳本体相对于图13所示的壳本体位置定位在逆时针方向24°的位置；

图15是图10的多端口多轴线阀的实施例的截面图，具有叠加在其上的说明性流动箭头和封闭的流道的指示符，所述多端口多轴线阀的壳本体相对于图13所示的壳本体位置定位在顺时针方向24°的位置；

图16是图10的多端口多轴线阀的实施例的截面图，具有叠加在其上的说明性流动箭头，所述多端口多轴线阀的壳本体相对于图13所示的壳本体位置定位在180°的位置；

图17是图10的多端口多轴线阀的实施例的截面图，具有叠加在其上的说明性流动箭头和封闭的流道的指示符，所述多端口多轴线阀的壳本体相对于图13所示的壳本体位置定位在逆时针方向156°的位置；

图18是图10的多端口多轴线阀的实施例的截面图，具有叠加在其上的说明性流动箭头和封闭的流道的指示符，所述多端口多轴线阀的壳本体相对于图13所示的壳本体位置定位在顺时针方向156°的位置；

图19是多端口多轴线阀的实施例的截面图，具有叠加在其上的说明性流动箭头和封闭的流道的指示符，壳本体的替代实施例相对于图13所示的壳本体位置定位在逆时针方向24°的位置；以及

图20是图19的多端口多轴线阀的实施例的截面图，具有叠加在其上的说明性流动箭头和封闭的流道的指示符，所述多端口多轴线阀的壳本体位于相对于图13所示的壳本体位置定位在顺时针方向24°的位置。

尽管将结合某些优选实施例来描述本发明，但无意将其限制于那些实施例。相反，其意图是涵盖包含在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有替代、修改和等同方案。

具体实施方式

现在转向附图，如从下文将理解的，本文描述了多端口多平面阀组件及其相关联的多端口多平面阀的实施例。通过呈现具有减少的部件数量、减少的潜在泄漏路径数量、减少的总体组装时间和成本以及减少的提供多个平面内的流体流动和控制的外部管道的总体结构，所述多端口多平面阀有利地克服了现有技术中存在的问题。

如在上文所确定的2018年4月4日提交的共同待审美国专利申请第15/945,173号(公开号2018/0292016，乔莱德沃拉(joeledvora)等人的“多端口阀”(“multi-portvalve”))中所讨论的，其教导和公开内容在此通过引用整体并入本文，当在本文中时，多端口阀组件通常包含安装到多端口阀的致动器(本文未示出)。致动器负责致动阀构件(即，如下文所述的壳本体)，该阀构件继而控制通过阀的流动特性。致动器可以是阀致动中通常使用的任意类型的致动器，例如旋转式、线性式等，并且可以依赖于阀致动中通常使用的任意类型的动力源，例如电动式、液压式和气动式等。阀构件的旋转位置的监测也可以利用任意类型的位置感测，例如，经由霍尔效应传感器、电位计、步进电动机控制等。如此，致动器和位置感测对本文的发明不是限制性的。

现在转向图1，多端口多平面阀32的实施例。阀32包含壳体40。在本发明的一个有利的实施方式中，壳体40形成为单件。“形成为单件”意思是壳体40的主体及其关联的端口不是如下的分开部件的组件：所述分开的部件如在传统的阀壳体中那样随后通过接合过程(例如焊接)而接合在一起。而是，壳体40通过能够实现这种构造的任何工艺(例如，注塑成型、3d打印等)形成为单个整体件。然而，通过本文的教导可以设想，壳体40可以具体体现为随后通过接合工艺接合在一起的分开的部件的组件。

如图所示，壳体40包含多个端口，具体地，第一端口42、第二端口44、第三端口46、第四端口48以及第五端口50(见图7)，所述第五端口50在所示的实施例中位于平面内或者沿着与其他四个端口42、44、46、48的平面正交的轴线。当然，本领域技术人员将认识到可以提供其他角度。端口42、44、46、48、50中的每个端口均与壳体40的内腔56流体连通。此外，端口42、44、46、48、50中的每个端口均可用作阀32的入口或出口或入口和出口两者。

仍然参考图1，内腔56接纳大体圆柱形的壳本体58，壳本体58作为用于控制多个端口42、44、46、48、50之间的流动的阀构件进行操作。密封构件60也被接纳在腔56中并且环绕壳本体58的外周。除了形成在密封构件58中的开口之外，密封构件58是连续的圆筒形元件。如下文将讨论的，密封构件60是单件式密封件，其有利地对多个端口42、44、46、48中的每个端口产生密封，以防止意外的交叉流动(crossflow)或短路。

密封构件60还有利地完全密封内腔56，使得不需要额外的密封件与阀32的端口50或盖62(见图7)相关联。然而，密封构件60也可以形成为如下的分离的密封段：这些分离的密封段在圆周方向上紧挨着彼此，其一起限定了环绕壳本体58的密封构件。本文所使用的术语“密封构件”包含两种构造，即，单个整体式密封构件，或者由多个密封段形成的密封构件。

壳本体58包含多个开口。密封构件60的开口保持与端口42、44、46、48、50静态对准，使得每个开口与一个端口相关联，并且围绕端口的开口进入腔56，抵靠限定腔56的壳体40的内表面密封。然而，壳本体58中的开口20和开口22能够与端口42、44、46、48选择性地对准，并且开口24与端口50对准以控制端口之间的流动。壳本体58包含阀杆64(见图7)，其延伸穿过壳体40中的开口。该阀杆以及继而壳本体58的其余部分能够通过如上文所讨论的致动器围绕轴线旋转。

如图所示，多个端口本体，即，第一端口本体224、第二端口本体226、第三端口本体228、第四端口本体230和第五端口本体232(见图7)分别被接纳在第一端口至第五端口42、44、46、48、50中。端口本体224、226、228、230彼此大致相同，但端口本体232在所示实施例中不同。端口本体224、226、228、230包含通孔238、240、242、244，所述通孔238、240、242、244分别通过壳体40的端口42、44、46、48与内腔56连通，内腔56包含可旋转地布置在其中的壳本体58。端口本体232提供了穿过壳体40的端口50的通道，如图7所示。

现在已经描述了本发明的实施例的结构，现在将注意力指向图1至图6中的每个图中的壳本体58的方位，来讨论由其旋转所提供的流体控制。

如图1所示，壳本体58位于本文中称为0°的第一位置。在这样的位置，开口20和开口24提供了端口48和端口50(见图7)之间的流体连通并且提供了端口48和端口50所在的两个不同平面之间的流动轴线的变化。在该位置，开口22提供了端口42、端口44和端口46之间的流体连通。这种连通在端口42和端口44之间是相等的，并且在某些实施方式中可以提供从端口42、端口44到端口46中的流体流动的50％-50％的混合，或者反之亦然。事实上，通过旋转壳本体58以提供与开口22的或多或少的连通，可以改变端口42、端口44之间的百分比混合或流动。

在如图2所示的说明性实施例中，一旦壳本体58已经旋转了约24°，则端口44被隔离，使得其与任何其他端口没有流体连通。然而，在端口42和端口46之间(以及端口48和端口50之间)仍然提供流体连通。如图3所示，壳本体58从图1的方位沿着另一方向旋转约24°将端口42隔离，使得其与任何其他端口没有流体连通。然而，在端口44和端口46之间(以及端口48和端口50之间)仍然提供了流体连通。一旦开口的边缘移动超过密封件60的边缘，则随着旋转角度的变化，开口20和开口22的暴露于特定端口的面积也发生变化。

图4至图6图示了类似于与图1至图3所示的旋转对准，但是是从与图1所示的方位成180°的壳本体58的方位开始。这种方位提供了端口46和端口50之间的流体连通，和端口42、端口44和端口48之间的流动的可变混合(或分流)，以及关于图2和图3所讨论的端口42和端口44的隔离。

通过四个端口42、44、46、48和开口20、开口22的对称布局，当壳本体58初始以90°和270°从图1所示的方位确定方位时，类似的操作对于本领域技术人员来说将从上述内容变得显而易见，并且为了简洁起见，将放弃对其的讨论。

图7、图8提供了当分别观察到端口本体224和端口本体228中时在壳本体58如图1所示地定位的状态下多端口多平面阀32的实施例的等距侧视图。图9提供了当观察到端口本体228中时在壳本体58如图2所示地定位的状态下多端口多平面阀32的实施例的等距侧视图。

现在转向图10和图11，示出有类似于上文所讨论的多端口多平面阀的实施例的等距视图。然而，附图标记已被移除并被替换为五个端口标记1-5以针对以下描述简化对其操作的理解。为了有助于该描述，图12的等距截面图也是说明性的，因为其图示了内部通道具有相同的五个端口名称1-5的壳本体。此外，图12及后文所包含的附图引入了流动箭头和阻挡流动符号以帮助理解阀的操作。然而，应该注意的是，图12至图20中所示的流动箭头的方向头对穿过阀的流动方向不是限制性的，而是仅图示出基于壳本体的定位能够实现的连通的可能的穿过阀的流动。事实上，基于外部管道和流动系统，其他方向的流动也是可能的，并且基于这些外部因素，在不同时间沿着两个方向穿过相同端口的流动也是可能的。

现在转向图13，壳本体位于本文中称为0°的第一位置。在这种位置，壳本体提供了端口3和端口5之间的流体连通，以及端口1、端口2和端口4之间的流体连通。随着壳本体旋转，端口2和端口4之间的百分比流动可以变化，以提供来自端口1的或多或少的流动。

在如图14所示的说明性实施例中，一旦壳本体已经旋转了约24°，则端口4如阻挡流动符号所示地被隔离，使得其与任何其他端口没有流体连通。然而，在端口1和端口2之间(以及端口3和端口5之间)仍然提供了流体连通。如图15所示，壳本体从图13的方位沿着另一方向旋转约24°将端口2如阻挡流动符号所示地隔离，使得其与任何其他端口都没有流体连通。然而，在端口1和端口4之间(以及端口3和端口5之间)仍然提供了流体连通。

图16至图18图示了类似于如图13至图15所示的旋转对准，但是是从与图13所示的方位成180°的壳本体的方位开始。这种方位提供了端口1和端口5之间的流体连通，和端口3、端口2和端口4之间的可变流动，以及关于图14和图15所讨论的端口4和端口2的隔离。

通过四个端口1-4和壳本体中的开口的对称布局，当壳本体初始以90°和270°从图13所示的方位确定方位时，类似的操作对于本领域技术人员来说将从上述内容变得显而易见，并且为了简洁起见，将放弃对其的讨论。

现在参照图19和图20，示出有包含壳本体的多端口多平面阀的实施例，壳本体具有设置在开口20的任一侧的第一流动增强通道20a和第二流动增强通道20b。这些流动增强通道20a、20b还提供了与通向端口5的开口24的流体连通，并且当壳本体已经旋转到阻挡穿过阀的另一侧的端口之一(图19中的端口4和图20中的端口2)的流动的位置时，流动增强通道20a、20b操作以增加通过直角开口的流动。这种增强的流动在控制阀的另一侧的流动路径时，减小了在阀的一侧发生的压降。在实施例中，开口20比第一流动增强通道20a宽并且比第二流动增强通道20b宽。此外，在实施例中，第一流动增强通道20a具有与第二流动增强通道20b相同的宽度。

如本文所述，通过呈现具有减少的部件数量、减少的潜在泄漏路径数量以及减少的总体组装时间和成本的总体结构，本发明的实施例的多端口多平面阀有利地克服了现有技术存在的问题。在实施例中，多端口多平面阀特别适于在热系统(例如车辆的发动机或马达)中为冷却剂规定路线。例如，多端口多平面阀可用于在第一热回路和至少一个其他热回路中为冷却剂规定路线。在实施例中，第一热回路可以为冷却剂规定通向需要冷却或升温的发动机/马达部件或电池的路线，并且第二热回路可以被设置成冷却或升温冷却剂(例如，被设置到散热器、冷却器，或加热器)。取决于冷却剂的特定需要和冷却剂所被规定路线至的部件，壳本体58能够被旋转为引导冷却剂流动穿过期望的热回路。

本文引用的所有参考文献(包含公开、专利申请和专利)通过如下程度的引用并入本文：如同每个参考文献单独地且具体地通过引用并入并在此全部阐述。

在描述本发明的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)，术语“一”和“一个”和“所述”以及类似的指代将被解释为涵盖单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”被解释为开放式术语(即，意为“包含但不限于”)。除非在此另有说明，否则本文中的数值范围的叙述仅意在用作单独指代落入范围内的每个单独数值的简写方法，并且每个单独的数值包括在说明书中，如同其在此单独列举一样。在此描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非在此另有指示或者与上下文明显矛盾。除非另外声明，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，并且不会限制本发明的范围。说明书中的任何语言都不应解释为将任何未要求保护的元素指示为实施本发明所必需的。

这里描述了本发明的优选实施例，包含发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。在阅读前面的描述之后，那些优选实施例的变化对于本领域的普通技术人员来说可以变得显而易见。发明人期望熟练的技术人员适当地采用这样的变化，并且发明人希望以不同于本文具体描述的方式来实施本发明。因此，本发明包含适用法律所允许的所附权利要求书中记载的主题的所有修改和等同方案。此外，除非本文另有说明或者与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能变型中的任何组合。