专利名称：制冷剂流体换向阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及滑阀，尤其涉及一种热泵系统用制冷剂流体换向阀。
在使用制冷剂压缩机、制冷剂冷凝换热器和制冷剂蒸发换热器的制冷系统中广泛利用流体换向阀。在该系统中，压缩机压缩气体制冷剂，并以高温高压气体的形式将其排至制冷剂冷凝换热器。在制冷剂冷凝换热器中，高温高压气体制冷剂将其热量传导给制冷剂冷凝换热器周围的空气而被冷凝，以高压液体的形式从制冷剂冷凝换热器中排出，使制冷剂冷凝其结果是周围气体通过制冷剂换热器被加热。
然后，液体制冷剂经过一个由流体节流形式的膨胀阀并在制冷剂蒸发换热器中进行低压蒸发使液体制冷剂蒸发所需的热是由制冷剂蒸发换热器周围的空气传导给液体制冷剂的，因而，制冷剂换热器周围的空气被冷却。从制冷剂蒸发换热器排出的气体制冷剂流入压缩机入口，开始下一个制冷循环。
在把制冷系统作为所谓的热泵的场合，改变制冷剂的流动方向，这样，一个换热器既可用来蒸发制冷剂，从而在天热时冷却空调空间的空气，又可用来冷凝制冷剂，从而在天冷时加热空调空间的空气。
改变制冷剂的流动方向可通过操纵一个制冷剂流体换向阀来实现。典型的流体换向阀具有与压缩机的出口连通的第一个短管，与压缩机的入口连通的第二个短管及与各自的换热器连通的第三个短管和第四个短管。这种流体换向阀包括一个阀芯。该阀芯使从压缩机排出的制冷剂流至换热器中的一个，同时使另一个换热器的出口与压缩机的入口连通。使该阀芯动作便可改变制冷剂在这些换热器中的流动方向。
制冷剂流体换向阀也可用在制冷系统中，用来在短时间内改变制冷剂的流动方向，使热制冷剂气体流入制冷剂蒸发换热器，给它除霜。
在现有技术中具有多种制冷剂换向阀结构，但许多结构在商业上没有成功，这是因为它们不能满足使用所需的性能指标。制冷剂流体换向阀的阀芯不变地承受着存在于压缩机的入口和出口间的很大的压差的作用，因而要求制冷剂流体换向阀在该压差的作用下必须能够易于操作。而且，制冷剂流体换向阀的阀芯不变地承受着存在于蒸发换热器的高温制冷剂和被输送到冷凝换热器的低温制冷剂间的极大的温度梯度的作用。此外，只允许有极少量的高压制冷剂泄漏到压缩机的入口，以使系统工作效率达到最大限度，而且该阀芯必须能在两个位置之间快速而可靠地动作。
专利文献US4366194公开一种热泵用四通流体换向滑阀。该阀包括一个阀体。阀体具有一个阀腔和一个支承平台。阀腔经第一个短管与制冷剂压缩机出口连通。平台上具有第二个短管、第三个短管和第四个短管。第二个短管与制冷剂压缩机的入口连通。在平台上有一个壳式阀芯，可在平台上移动。当壳式阀芯在第一个位置时，分别使第一个短管与第四个短管及第二个短管与第三个短管连通；当壳式阀芯在第二个位置时，分别使第一个短管与第三个短管及第二个短管与第四个短管连通。在这种阀中，在壳式阀芯和支承平台之间形成平面滑动密封。如上所述，由于壳式阀芯内外有很大的温度差和压力差，可使阀芯和支承平台容易变形，从而使平面滑动密封被破坏。而且，由于在壳式阀芯和支承平台之间形成的平面滑动密封的密封力完全是由如上所述的压力差产生的，在压力差过高、过低或波动的情况下，密封力不稳定，不能形成理想的密封，从而产生如上所述的不允许的泄漏。此外，由于过大的压力差使壳式阀芯难于被拖动，从而导致壳式阀芯在支承平台上滑动不灵活，甚至在滑动中途停止下来，形成永久性“短路”，使热泵无法工作。
专利文献CN2135087Y公开一种热泵式空调用四通换向阀。该阀包括一个阀体，阀体具有一阀腔。在阀体的上侧有第一个短管，第一个短管与制冷剂压缩机的出口连通。在阀体的下侧有第二个短管、第三个短管和第四个短管，第二个短管与制冷剂压缩机的入口连通。在阀腔内有一个圆柱形阀芯。在圆柱形阀芯的上侧有一纵向直槽，它对着阀体上侧的第一个短管。在纵向直槽的两端各自有一个与纵向直槽连通的横向通道，它们可分别对着阀体的下侧的第三个短管和第四个短管。在圆柱形阀芯的下侧有一半球形凹槽，它不直接与纵向直槽和横向通道连通，并可对着阀体下侧的第二个短管和第三个短管或第二个短管和第四个短管。在这种阀中，在圆柱形阀芯和阀体之间形成圆弧面滑动密封。由于圆柱形阀芯除它的纵向直槽和半球形凹槽的圆弧面外，其它圆弧面完全与阀体密封接触，接触面的面积大，圆柱形阀芯的换向动作阻力大，换向不迅速，甚至中途停止换向，使热泵系统不能工作。而且，由于圆柱形阀芯的上侧具有纵向直槽，下侧具有半球形凹槽，其结构不对称，在如上所述的温度差和压力差的作用下易发生变形，从而使密封和换向性能遭到破坏。此外，由于圆柱形阀芯的上侧具有纵向直槽，它通过在阀体上侧的第一个短管与制冷剂压缩机出口连通，高压高温制冷剂气体作用在圆柱形阀芯上，由于纵向直槽的存在，使圆柱形阀芯所受压力的合力向下，从而使其紧压在阀体的下半侧上，这会使圆柱形阀芯和阀体的上半侧之间出现间隙，破坏密封性，影响阀的正常工作。
本发明的目的是提供一种能够彻底消除上述的高压力差和高温度差所导致的阀芯受力不对称、易发生变形、换向不灵活可靠的制冷剂流体换向阀。
本发明的目的是通过具有如下结构的制冷剂流体换向阀实现的。
本发明的制冷剂流体换向阀包括a)一个两端封闭的圆筒形阀体，它限定了一个阀腔；b)一个在圆筒形阀体壁上的第一个短管，它与制冷剂压缩机的出口连通；c)一个在圆筒形阀体壁上的第二个短管，它与制冷剂压缩机的入口连通；d)一个在圆筒形阀体壁上的第三个短管和一个在圆筒形阀体壁上的第四个短管，它们分别与各自的换热器连通；e)一个位于阀腔内的基本上为圆柱形的阀芯，它可在阀腔内沿圆筒形阀体的内壁密封地滑动，使从制冷剂压缩机排出的制冷剂流至一个换热器，同时使另一个换热器的出口与制冷剂压缩机的入口连通，使该阀芯动作可改变制冷剂在这两个换热器中的流动方向；f)多个毛细管，它们使该阀与该阀的致动电磁阀连通；其改进之处在于
g)所说的阀芯的外圆柱面具有一个中间圆环形凹槽，所说的阀芯的中心具有一个与中间圆环形凹槽两侧的阀腔连通的纵向空腔。
优选的是，所说的阀芯的纵向空腔的左右两端是封闭的，在中间圆环形凹槽的两侧有左、右两个圆环形凹槽，在左、右圆环形凹槽的槽底壁上各开有几个通孔，纵向空腔通过这些通孔与中间圆环形凹槽两侧的阀腔连通。
优选的是，所说的阀芯的纵向空腔的左端是封闭的，右端是开口的，阀芯位于中间圆环形凹槽的左侧的部分形成封闭的左圆筒形部分，在左圆筒形部分的壁上开有几个通孔，纵向空腔通过它右端的开口和这些通孔与中间圆环形凹槽两侧的阀腔连通。
本发明的制冷剂流体换向阀与上述已有的热泵式空调用四通换向阀相比，具有如下优点由于换向阀阀芯的圆柱表面具有环行凹槽，使阀芯与阀体间的密封面面积大大减少，从而降低了阀芯的滑动阻力，提高了换向的灵活性；由于换向阀阀芯具有纵向空腔，尤其具有轴对称结构，从而使其即使在很高的温度差和很大的压力差的作用下，受力均匀，不产生变形，提高了换向的可靠性。
图1是本发明第一个实施例的制冷剂流体换向阀的纵剖视图；图2是本发明第二个实施例的制冷剂流体换向阀的纵剖视图；图3是表示将本发明的第二个实施例制冷剂流体换向阀的第一个短管上的毛细管设置在阀体上的纵剖视图；图4是表示将本发明的第二个实施例制冷剂流体换向阀的第一和第二个短管上的毛细管设置在阀体上的纵剖视图；图5是表示作为本发明的制冷剂流体换向阀的致动装置的电磁阀的纵剖视图；图6是本发明的第一个实施例的流体换向阀及其电磁阀的纵剖视图；图7是本发明的第二个实施例的流体换向阀及其电磁阀的纵剖视图；图8是表示本发明的第一个实施例的流体换向阀在换向过程中处于某一瞬时位置的纵剖视下面，通过结合附图对本发明的实施例所进行的描述，本发明的上述的和其它的目的、特征和优点将变得更加明显。
参见图1，本发明第一个实施例的制冷剂流体换向阀包括一个阀体1和一个装在阀体1内的阀芯2。
阀体1具有圆筒壁15，其两端具有左端板16和右端板17，通过使圆筒壁15的两端产生永久性变形或焊接，从而与左端板16和右端板17形成密封固定连接。
阀体1的圆筒壁15限定了阀腔18。在圆筒壁15上有四个与阀腔18相通的短管第一个短管11，它与制冷剂压缩机(未示出)的出口连通；第二个短管12，它与制冷剂压缩机的入口连通；第三个短管13和第四个短管14，它们分别与各自的换热器(未示出)连通。这四个短管11、12、13和14的中心线可在圆筒壁18的同一条母线上，也可不在同一条母线上。这四个短管11、12、13和14在圆筒体18上的位置是有一定顺序的，即从左到右为第一个短管11、第三个短管13、第二个短管12和第四个短管14，且任何两个相邻的短管与圆筒壁15的接口在圆筒壁15的同一个横截面上不能有一点儿重合，四个短管11、12、13和14与圆筒壁15的接口部位应形成小圆弧r。此外，在阀体1的两端部的圆筒壁15上有毛细管151和毛细管152，在第一个短管11上有毛细管111，在第二个短管12上有毛细管121。
如图1所示，阀芯2基本上为圆柱形，由聚四氟乙烯塑料等塑料材料制成。阀芯2的中心为一两端封闭的纵向空腔22。在阀芯2的圆柱表面形成一预定宽度的中间圆环形凹槽25。在中间圆环形凹槽的两侧的圆柱表面形成一预定宽度的左圆环形凹槽23和一预定宽度的右圆环形凹槽27。在左、石圆环形凹槽23、27的槽底部的圆筒壁上各开有几个通孔231、271，从而使纵向空腔22与中间圆环凹槽25两侧的阀腔18即左、右圆环形凹槽23、27所限定的空间连通。阀芯2可在阀体1内滑动，阀芯2的各圆柱表面与阀体1的圆筒壁15的内表面流体密封地接触。阀芯2的两端分别有左凸台28和右凸台29，以确定阀芯2在阀体1中的位置。
参见图2，本发明第二个实施例的制冷剂流体换向阀包括一个阀体3和一个装在阀体3内的阀芯4。
阀体3的结构与第一个实施例的阀体1的结构基本相同，因此，相同的部分用同样的附图标记表示，且不作重复描述。
阀体3与阀体1的区别在于，在阀体3的左端部分内设置一个具有一中心孔31的隔板32，隔板32和左端板16隔开一预定距离，从而在它们之间限定一个活塞室33。此外，在活塞室33两端部分的圆筒壁15上有左毛细管331和右毛细管332。
如图2所示，阀芯4具有一金属管41，金属管41限定一纵向空腔42。在金属管41上固定两个圆柱形的聚四氟乙烯塑料或其它塑料材料块43、44。圆柱块43和圆柱块44隔开一预定距离，它们与金属管41共同限定一中间圆环形凹槽45。在金属管41的左端固定连接一个左端盖26，例如可通过螺纹连接或焊接，从而在中间圆环形凹槽45的左侧形成一封闭的左圆筒部分47。在左圆筒部分47的圆筒壁上开有几个通孔471，通孔471和纵向空腔42右端的开口421使纵向空腔42与中间圆环形凹槽45两侧的阀腔18连通。阀芯4可在阀体3内滑动，阀芯4的圆柱表面即圆柱块43、44的圆柱表面与阀体3的圆筒壁15的内表面流体密封地接触。
在阀体3的活塞室33内有一个活塞34，活塞34可在阀体3内滑动，与阀体3的圆筒壁15的内表面流体密封地接触。一活塞杆35穿过阀体3内的隔板32的中心孔31，它的左端与活塞34固定连接，它的右端与阀芯4的左端盖46固定连接。也可在隔板32的中心孔31内固定安装一个法兰套筒321，活塞杆35可在隔板32的中心孔31内或在法兰套筒321中心孔流体密封地滑动。
如图1和2所示，在阀体1和3的第一个短管11上有毛细管111，在第二个短管12上有毛细管121。然而，也可不将毛细管111、121设置在短管11、12上，而直接设置在阀体1上，如图3所示的毛细管111和图4所示的毛细管111、121。在此种情况下，设置在阀体3上的毛细管111、121的轴线分别与短管11、12的轴线在同一横截面内或与该横截面相邻很近的横截面内。
如图1和2所示，设阀体1和3的短管11、12、13、14的内径为φ，它们与圆筒壁15的接口部位形成的小圆弧的半径为r，阀芯2、4的中间圆环形凹槽25、45的每个圆环形侧壁251、252、451、452的轴向宽度为δ，则δ、φ和r之间应满足关系式0.9φ＜δ≤φ+2r。
图5表示一个电磁阀7，它可用作本发明的制冷剂流体换向阀的先导制动装置，也可直接作为小容量制冷装置的流体电磁换向阀。
电磁阀7包括一个用于产生磁场的电磁线圈71，一个阀体72，一个可在阀体72内可密封地滑动的阀芯73和一个当磁场消失时，使阀芯73回到初始位置的复位弹簧74。
阀体72的构造与图1和2所示的本发明的制冷剂流体换向阀的阀体1、3的构造类似，它具有由圆筒壁725限定的阀腔726和在圆筒壁725上的第一毛细管721、第二毛细管722、第三毛细管723和第四毛细管724。电磁阀7的这四个毛细管721、722、723、724分别和本发明的制冷剂流体换向阀的四个毛细管相连。
阀芯73的构造与图2所示的本发明的制冷剂流体换向阀的阀芯4的构造类似，它具有中间圆环形凹槽731和与中间圆环形凹槽731两侧的阀腔726相通的纵向空腔732。
图6是本发明第一个实施例的制冷剂流体换向阀及作为其致动装置的电磁阀7的纵剖视图。下面参照图6说明该换向阀的工作过程。图6所示状态，电磁阀7的电磁线圈中没有电流通过，磁场消失，复位弹簧74将在阀体72中的阀芯73推到最左边的位置。此时，来自制冷剂压缩机的高温高压气体制冷剂经制冷剂流体换向阀的第一个短管11进入电磁阀7的第一毛细管721，在电磁阀7的控制下，从电磁阀7的第四毛细管724进入制冷剂流体换向阀右端的阀腔18内，将阀芯2推到左端，在此状态下，制冷剂的流动路线是制冷剂压缩机出口(未示出)→第一个短管11→左圆环形凹槽23→通孔231→纵向空腔22→通孔271→右圆环形凹槽271→第四个短管14→制冷剂冷凝换热器(未示出)→制冷剂蒸发换热器(未示出)→第三个短管13→中间圆环形凹槽25→第二个短管12→制冷剂压缩机入口(未示出)。
当电磁阀7的电磁线圈有电流通过时，产生磁场，阀芯73在磁场力的作用下，抵挡复位弹簧74的弹力，到达最右边的位置。此时，来自制冷剂压缩机的高温高压气体制冷剂经制冷剂流体换向阀的第一个短管11进入电磁阀的第一毛细管721，在电磁阀7的控制下，从电磁阀7的第二毛细管722进入制冷剂流体换向阀左端的阀腔18内，将阀芯2推到右端。在此状态下，制冷剂的流动路线是制冷剂压缩机出口→第一个短管11→左圆环形凹槽23→第三个短管13→制冷剂蒸发换热器→制冷剂冷凝换热器→第四个短管14→中间圆环形凹槽25→第二个短管12→制冷剂压缩机入口。
图7是本发明第二个实施例的制冷剂流体换向阀及作为其致动装置的电磁阀7的纵剖视图。从图中可以看到，在电磁阀7的控制下，来自制冷剂压缩机的高温高压气体制冷剂经制冷剂流体换向阀的第一个短管11进入活塞室33，或从左毛细管331进入，或从右毛细管332进入，相应地推动活塞34向右或向左，活塞34通过活塞杆35带动阀芯4向右或向左移动，实现换向，从而如上所述，改变制冷剂在制冷剂冷凝换热器和制冷剂蒸发换热器中的流动方向。
图8表示本发明的制冷剂流体换向阀在换向过程中处于某一瞬时位置的纵剖视图。在图示位置，在上述的δ＝φ+2r条件下，阀芯2的中间圆环形凹槽25的两圆环形侧壁251、252分别堵住第三个短管13和第四个短管14与圆筒壁15的接口，导致热泵系统瞬间完全断路。此时，第一个短管11内的高温高压气体制冷剂的压力升高，随之阀芯2左端的阀腔18内的制冷剂流体压力升高，右端的阀腔18内的制冷剂流体压力降低，因而，在左右两端压差的作用下阀芯2迅速向右滑动，实现彻底换向。
此外，除采用图5所示的电磁阀7作为本发明的制冷剂流体换向阀的致动装置外，还可采用上述已有技术的电磁阀或其它已有技术的电磁阀作为本发明的制冷剂流体换向阀的致动装置，也可用电磁铁、齿轮—齿条或其它产生移动的机构直接拖动本发明的制冷剂流体换向阀的阀芯，使其可往复移动，实现换向。
权利要求
1.本发明的制冷剂流体换向阀包括a)一个两端封闭的圆筒形阀体，它限定了一个阀腔；b)一个在圆筒形阀体壁上的第一个短管，它与制冷剂压缩机的出口连通；c)一个在圆筒形阀体壁上的第二个短管，它与制冷剂压缩机的入口连通；d)一个在圆筒形阀体壁上的第三个短管和一个在圆筒形阀体壁上的第四个短管，它们分别与各自的换热器连通；e)一个位于阀腔内的基本上为圆柱形的阀芯，它可在阀腔内沿圆筒形阀体的内壁密封地滑动，使从制冷剂压缩机排出的制冷剂流至一个换热器，同时使另一个换热器的出口与制冷剂压缩机的入口连通，使该阀芯动作可改变制冷剂在这两个换热器中的流动方向；f)多个毛细管，它们使该阀与该阀的致动电磁阀连通；其特征在于g)所说的阀芯的外圆柱面具有一个中间圆环形凹槽，所说的阀芯的中心具有与中间圆环形凹槽两侧的阀腔连通的纵向空腔。
2.按照权利要求1所述的制冷剂流体换向阀，其特征在于，所说的阀芯的纵向空腔的左右两端是封闭的，在中间圆环形凹槽的两侧有左、右两个圆环形凹槽，在左、右圆环形凹槽的槽底壁上各开有几个通孔，纵向空腔通过这些通孔与中间圆环形凹槽两侧的阀腔连通。
3.按照权利要求1所述的制冷剂流体换向阀，其特征在于，所说的阀芯的纵向空腔的左端是封闭的，右端是开口的，阀芯位于中间圆环形凹槽的左侧的部分形成封闭的左圆筒形部分，在左圆筒形部分的壁上开有几个通孔，纵向空腔通过它右端的开口和这些通孔与中间圆环形凹槽两侧的阀腔连通。
4.按照权利要求2所述的制冷剂流体换向阀，其特征在于，所说的毛细管有四个，其中有两个分别设置在第一、二个短管上或设置在与第一、二个短管的轴线在同一横截面或与该横截面相邻很近的横截面的阀体的圆筒壁上，另外两个毛细管设置在阀体的两端部分的圆筒壁上。
5.按照权利要求3所述的制冷剂流体换向阀，其特征在于，在所说的阀体的左端部分内设置一个具有一中心孔的隔板，该隔板与所说的左端板限定一活塞室，在该活塞室内有一个活塞，一活塞杆穿过隔板的中心孔，它的左端与活塞固定连接，右端与所说的阀芯的左端盖固定连接，该活塞杆可在隔板的中心孔内流体密封地滑动。
6.按照权利要求5所述的制冷剂流体换向阀，其特征在于，所说的毛细管有四个，其中有两个分别设置在第一、二个短管上或设置在与第一、二个短管的轴线在同一横截面或与该横截面相邻很近的横截面的阀体的圆筒壁上，另外两个毛细管设置在所说的阀室两端部分的圆筒壁上。
7.按照权利要求5或6所述的制冷剂流体换向阀，其特征在于，所说的短管的内径φ、它们与圆筒壁的接口部位形成的小圆弧的半径r、所说的阀芯的中间圆环形凹槽的每个圆环形侧壁的轴向宽度δ满足关系式0.9φ＜δ≤φ+2r。
全文摘要
本发明的制冷剂流体换向阀包括一个两端封闭的圆筒形阀体和位于圆筒形阀体的阀腔内的一个基本上为圆柱形的阀芯。阀芯的外圆柱面具有一个中间圆环形凹槽，阀芯的中心具有一个与中间圆环形凹槽两侧的阀腔连通的纵向空腔。该换向阀与已有的四通换向阀相比，由于换向阀阀芯的圆柱表面具有环行凹槽，使阀芯与阀体间的密封面面积大大减少，从而降低了阀芯的滑动阻力，提高了换向的灵活性；由于换向阀阀芯具有纵向空腔，尤其具有轴对称结构，从而使其即使在很高的温度差和很大的压力差的作用下，受力均匀，不产生变形，提高了换向的可靠性。
文档编号F16K11/065GK1161420SQ97100270
公开日1997年10月8日 申请日期1997年1月20日 优先权日1997年1月20日
发明者张云龙 申请人:张云龙