四通换向阀及包括该四通换向阀的热交换系统的制作方法

本实用新型涉及制冷设备技术领域，具体涉及一种四通换向阀及包括该四通换向阀的热交换系统。

背景技术：

目前，市场上使用大容量的四通换向阀主要分为两种：交叉式流道活塞式结构四通换向阀和内部滑块式U型流道设计的四通换向阀，这两种四通换向阀均是通过制冷系统内部的高低压差来实现阀芯的直线运动，达到制冷和制热循环切换的目的。

两种四通换向阀的结构都是依靠内部压差来推动阀芯的动作，机械结构的设计较为简单，存在以下缺点：由于阀芯重量和体积均大，需要很大的推动力，一旦产生换向不灵，阀芯卡在阀体中间，则维修和复位都非常困难；如果出现阀芯动作不同步，会造成高低压气体串通，会出现换向不灵的情况，推动阀芯运动的气体压力将不存在，四通换向阀将无法正常工作。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种四通换向阀及包括该四通换向阀的热交换系统，解决了现有技术中阀芯较重、推动阀芯较为困难、高压气体串通而产生换向不灵的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：一种四通换向阀，其包括阀体，所述阀体内设置有阀芯，所述阀体上设置有吸气管口、排气管口、第一连接管口和第二连接管口，所述阀芯可沿阀体内腔移动，所述阀体左侧和右侧分别与所述阀芯形成第一腔室和第二腔室，所述阀芯与第一腔室相连的一侧水平设置有连杆，所述连杆端部转动连接有内曲柄，所述内曲柄端部转动连接有控制轴，所述阀体外侧靠近第一连接管口处设置有直线执行器，所述直线执行器的前端伸出轴上转动连接有外曲柄，所述控制轴向外贯穿阀体后与外曲柄进行转动连接。

优选的，所述阀体外侧靠近第一连接管口处设置有带有自润滑轴承的第一带孔支架，所述直线执行器的尾端通过第一轴肩螺栓固定在自润滑轴承内，所述直线执行器可绕第一轴肩螺栓转动。

优选的，所述直线执行器的前端伸出轴上套设有带有自润滑轴承的第二带孔支架，所述外曲柄与直线执行器相连的一端设置有带有自润滑轴承的第一安装孔，所述第二带孔支架和第一安装孔通过第二轴肩螺栓进行固定，所述外曲柄以及直线执行器可绕第二轴肩螺栓进行转动；所述内曲柄上与连杆相连的一端设置有带有自润滑轴承的第二安装孔，所述连杆上与内曲柄相连的一端设置有轴承，所述轴承和第二安装孔通过第三轴肩螺栓进行固定，所述内曲柄以及连杆可绕第三轴肩螺栓进行转动。

优选的，所述控制轴与阀体相接处设置有控制轴盖板，所述控制轴可绕控制轴盖板进行转动。

优选的，所述控制轴盖板与阀体连接处设置有O型圈。

一种带有四通换向阀的热交换系统，包括水冷换热器、风冷换热器、电子膨胀阀、压缩机，还包括上述任意一种四通换向阀，其中，所述四通换向阀的第一连接管口连接风冷换热器，所述四通换向阀的第二连接管口连接水冷换热器，所述四通换向阀的排气管口的入口与压缩机相连，所述四通换向阀的吸气管口的出口与压缩机相连，在所述冷换热器与风冷换热器之间设置有电子膨胀阀，通过四通换向阀的直线执行器来实现热交换系统中制冷和制热工况进行切换。

当处于制冷模式时，所述四通换向阀的排气管口与第一连接管口连通，所述吸气管口与第二连接管口连通；当处于制热模式时，所述四通换向阀的排气管口与第二连接管口连通，所述吸气管口与第一连接管口连通。

本实用新型达到的有益效果是：本实用新型提供了一种四通换向阀，在阀体外侧设置直线执行器，外侧的直线执行器对阀芯进行驱动，使阀芯在阀体的第一腔室和第二腔室内移动，进而实现对四通阀进行换向，避免了由于阀芯过重而导致换向不灵，进而造成高低压气体串通无法正常工作的现象发生，四通换向阀的多个零部件采用自润滑材料，减少了阀芯和阀体之间的摩擦力，使四通换向阀得转向更加快速，且保护了阀芯不受损坏，延长了阀芯的使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明，

图1是本实用新型在制冷状态下的结构示意图；

图2是本实用新型阀体在制冷状态下的左视图；

图3是本实用新型在制热状态下的结构示意图；

图4是本实用新型阀体在制热状态下的左视图；

图5是本实用新型外部结构在制冷状态下结构示意图；

图6是本实用新型的左视图；

图7是本实用新型热交换系统的结构示意图；

其中，1、阀体，2、阀芯，21、第一腔室，22、第二腔室，3、吸气管口，4、排气管口， 5、第一连接管口，6、第二连接管口，7、连杆，8、内曲柄，9、控制轴，10、直线执行器，11、外曲柄，12、第一带孔支架，13、第一轴肩螺栓，14、第二带孔支架，15、第一安装孔，16、第二轴肩螺栓，17、第二安装孔，18、轴承，19、第三轴肩螺栓，20、控制轴盖板，21、O型圈，101、四通换向阀，102、水冷换热器，103、风冷换热器，104、电子膨胀阀，105、压缩机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

如图1至图6所示，一种四通换向阀，其包括阀体1，所述阀体1内设置有阀芯2，所述阀体1上设置有吸气管口3、排气管口4、第一连接管口5和第二连接管口6，所述阀芯2可沿阀体1内腔移动，所述阀体1左侧和右侧分别与所述阀芯2形成第一腔室21和第二腔室22，所述阀芯2与第一腔室21相连的一侧水平设置有连杆7，所述连杆7端部转动连接有内曲柄8，所述内曲柄8端部转动连接有控制轴9，所述阀体1外侧靠近第一连接管口5处设置有直线执行器10，所述直线执行器10的前端伸出轴上转动连接有外曲柄11，所述控制轴9向外贯穿阀体1后与外曲柄11进行转动连接。

本申请采用直线执行器10来作为四通换向阀101的阀芯驱动机构，利用直线执行器 10的直线运动输出推力转换成四通换向阀10的阀芯2的直线运动位移，通过外曲柄11、内曲柄8和连杆7将直线执行器10的推力转化为扭矩，再转化为阀芯2的位移运动。

本申请采用直线执行器10来驱动控制阀芯切换动作，动作速度快，可以实现快速换向，提前换向，且无卡死的风险。

优选的方案是，所述阀体1外侧靠近第一连接管口5处设置有带有自润滑轴承的第一带孔支架12，所述直线执行器10的尾端通过第一轴肩螺栓13固定在自润滑轴承内，所述直线执行器10可绕第一轴肩螺栓13转动。

优选的方案是，所述直线执行器10的前端伸出轴上套设有带有自润滑轴承的第二带孔支架14，所述外曲柄11与直线执行器10相连的一端设置有带有自润滑轴承的第一安装孔15，所述第二带孔支架14和第一安装孔15通过第二轴肩螺栓16进行固定，所述外曲柄 11以及直线执行器10可绕第二轴肩螺栓16进行转动；所述内曲柄8上与连杆7相连的一端设置有带有自润滑轴承的第二安装孔17，所述连杆7上与内曲柄8相连的一端设置有轴承18，所述轴承18和第二安装孔17通过第三轴肩螺栓19进行固定，所述内曲柄8以及连杆7可绕第三轴肩螺栓19进行转动。

优选的方案是，所述控制轴9与阀体1相接处设置有控制轴盖板20，所述控制轴9 可绕控制轴盖板20进行转动，通过控制轴盖板20实现对控制轴9进行限位。

优选的方案是，所述控制轴盖板20与阀体1连接处设置有O型圈21，通过O型圈 21实现了压力密封。

直线执行器10的推力通过外曲柄11转换为外曲柄11转动扭矩，外曲柄11和内曲柄 8的连接是通过一根穿过四通换向阀101的阀体1的控制轴9来实现的，控制轴16在阀体1 外部连接外曲柄5，在阀体1内部连接内曲柄4，控制轴16采用控制轴盖板17进行限位和固定并采用O型圈21实现压力密封；内曲柄8在阀体1内部与连杆7连接，外曲柄11的扭矩传递为内曲柄8的扭矩，内曲柄8的扭矩转换成连杆7的推力，从而推动四通换向阀 101的阀芯2在阀体1内部水平位移。

直线执行器10通常采用12V/24V/48V/64V的DC直流电机驱动直线电缸或者采用 11VAC/220VAC的交流电机驱动直线电缸，现有的风冷热泵机组的电气控制柜具有各种电压的交流和直流供电，可用于驱动此直线执行器，直线执行器用于四通换向阀的换向操作具有以下优点。

(1)采用直线执行器结构可以直接采用现有的机组控制柜的控制电源输出来供电，直接采用现有的机组控制柜的数字量输入输出(DI/DO)仅实现直线电缸的轴完全伸出和轴完全缩回两个动作，可设定速度，最快可达1-2s的全行程动作时间。比传统的通过气压控制换向以及通过油压控制换向的四通换向阀的换向速度更快。四通换向阀在制冷系统中承担着制冷运行模式和制热运行模式进行切换的作用，采用制冷系统的吸排气压力来控制换向时，机组要在制冷模式下运行若干秒，当高低压差建立后，根据检测的吸排气压差值是否高于设计换向压差，决定启动换向，通过阀芯前后的气压压差来实现换向。采用油泵建立的油压差来换向时，需提前启动油泵建立稳定压差之后来实现换向，油泵油压通入换向机构后，油压差随之改变，油泵需要调整运行频率或者旁通阀来稳定其油压差，换向所需的时间和稳定性也较差，通常的油泵建立的油压差是有限的，例如最大45psig(310kPa)，而气体压力的压差可以远高于这个油压差。采用直线执行器来驱动的四通换向阀设计可以在机组启动之前即完成换向，采用电信号直接控制，采用最快的操作，1-2s的时间完成换向，无需提前启动制冷模式运行，也无需提前启动油泵系统建立油压差，方便快捷，稳定性好。

(2)在运行过程中，和气压和油压控制的四通换向阀一样，直线执行器控制的四通换向阀，如果没有控制信号，直线电缸的本身的轴伸出的位置会被机械的锁定在此位置上，因此阀芯的位置不会发生任何变化。对于突然断电等突发情况，如果是采用气压和油压控制的四通换向阀，阀芯有可能处于中间某个位置，采用气压的方式，再次给电启动的时候，由于气体压力差无法正确的实施在阀芯的两端，阀芯将不会动作，机组不能正常运行，通常的操作是手工放弃来实现，或者手工换向来实现。油压控制的方式在下次启动的时候无法判断是否阀芯卡在中间，也需要技术人员进行故障诊断，手动油泵开启控制四通阀到位。而采用直线执行器控制的方式，直线执行器本身的位置反馈可以保证机组断电重启前，首先根据位置反馈值预置到正确的位置，控制逻辑自动执行，无需技术人员故障诊断在手工复位。

(3)采用气压或者油压的方式，一旦四通阀卡死在中间某个位置，故障诊断和复位非常困难。而采用直线执行器控制的四通换向阀，可以根据本发明中的曲柄机械位置和控制系统中的直线执行器的位置反馈信息，直接判断，电动复位，从维修的角度看，更加简单。

(4)采用直线执行器控制的四通换向阀，如在机组的控制柜里面安装一个小容量的 UPS实现约15s左右的延迟供电给到直线执行器，用于紧急断电复位使用。相比较而言，对于油泵系统来说，要驱动油泵实现长时间的不间断供油维持油压差，可能需要配置一个很大容量的更长时间的UPS来实现。

本申请中的连杆机构最终将推力通过内曲柄将力水平施加给阀芯机构，可以看到连杆的轴心和阀芯的轴心在整个运动过程中是几乎平行的，这就保证了阀芯收到的是几乎是水平的推力。

如图7所示，一种带有四通换向阀的热交换系统，包括水冷换热器102、风冷换热器 103、电子膨胀阀104、压缩机105和上述任意一种四通换向阀101，其中，所述四通换向阀 101的第一连接管口5连接风冷换热器103，所述四通换向阀101的第二连接管口6连接水冷换热器102，所述四通换向阀101的排气管口4的入口与压缩机105相连，所述四通换向阀101的吸气管口3的出口与压缩机105相连，在所述水冷换热器102与风冷换热器103之间设置有电子膨胀阀104，通过四通换向阀101的直线执行器10来实现热交换系统中制冷和制热工况进行切换。

在本申请的热交换系统中，当处于制冷模式时，所述四通换向阀101的排气管口4 与第一连接管口5连通，所述吸气管口3与第二连接管口6连通；当处于制热模式时，所述四通换向阀101的排气管口4与第二连接管口6连通，所述吸气管口3与第一连接管口5连通。

本申请的四通换向阀能够用于空调、压缩机、冷冻机和热水器等系统中。

当系统需要制冷时，如图2所示，所述排气管口4和第一连接管口5连通，所述吸气管口3和第二连接管口6连通，所述第一连接管口5连接风冷换热器103，所述第二连接管口6连接水冷换热器102，压缩机105的高温高压制冷剂排气气流通过四通换向阀101的排气管口4流经第一连接管口5，进入到风冷换热器103中，经过风冷换热器103中的高速风机扰动，气流将制冷剂的热量带走散发到环境中，风冷换热器103冷凝管内流动的高温高压制冷剂气体散热并凝结为高温高压制冷剂液体，经电子膨胀阀104节流降压后，制冷剂液体变成低温低压的两相制冷剂进入到水冷换热器102中，在水冷换热器102中，冷冻水吸收制冷剂的热量后水温降低，制冷剂液体变成制冷剂气体的气化过程需要从冷冻水系统中吸收大量的潜热热量，这部分吸热量就是制冷量，气化后的低温低压制冷剂气体流到四通换向阀 101的第二连接管口6，并流经吸气管口3后被压缩机105吸入，从而完成一个制冷循环。

当在制冷模式时，风冷换热器103的工作模式为冷凝器模式；水冷换热器102的工作模式为蒸发器模式。

当系统需要制热时，通过四通换向阀101的切换来实现从制冷模式向制热模式的切换，如图4所示，所述排气管口4和第二连接管口6连通，所述吸气管口3和第一连接管口5连通，所述第一连接管口5连接风冷换热器103，所述第二连接管口6连接水冷换热器 102，四通换向阀101的每一个管口和制冷系统中的压缩机和换热器的连接是不变的，改变的仅仅是四通换向阀101内部流通通道的切换通。此时压缩机105的高温高压制冷剂排气气流通过四通换向阀101的排气管口4流经第二连接管口6，进入到水冷换热器102中，此时水冷换热器102为冷凝器，高温高压的制冷剂气体凝结为高温高压制冷剂液体，制冷剂的液化过程需要散发出大量的潜热热量，此热量即制热量，供热热水吸收此制热量后，温度升高以提供高温热水需求，经电子膨胀阀104节流降压后，制冷剂液体变成低温低压的两相制冷剂进入到风冷换热器103中，在风冷换热器103中，制冷剂液体吸收环境空气中的热量，实现制冷剂的气化，气化后的低温低压制冷剂气体流到四通换向阀101的第一连接管口5，并流经吸气管口3后被压缩机105吸入，从而完成一个制热循环。

当在制热模式时，风冷换热器103的工作模式为蒸发器模式；水冷换热器102的工作模式为冷凝器模式。

本实用新型的工作原理是，直线执行器的推力通过外曲柄转换为外曲柄转动扭矩，外曲柄和内曲柄的连接是通过一根穿过四通换向阀的阀体的控制轴来实现的，控制轴在阀体外部连接外曲柄，在阀体内部连接内曲柄，控制轴采用控制轴盖板进行限位和固定并采用O 型圈实现压力密封；内曲柄在阀体内部与连杆连接，外曲柄的扭矩传递为内曲柄的扭矩，内曲柄的扭矩转换成连杆的推力，从而推动四通换向阀的阀芯在阀体内部水平位移。

通过直线执行器的推力来实现系统中制冷模式和制热模式之间的切换，当系统制冷时，排气管口和第一连接管口连通，吸气管口和第二连接管口连通，当系统制热时，排气管口和第二连接管口连通，所述吸气管口和第一连接管口连通。

以上是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于实用新型技术方案的范围内。