一种旋转式换向阀及其制冷系统的制作方法

本发明涉及制冷系统控制技术领域，具体涉及一种旋转式换向阀及使用该换向阀的制冷系统。

背景技术：

制冷系统中一般采用换向阀来实现制冷与制热的转换功能。目前随着工业的发展，大型制冷设备也不断被应用于制冷行业中。其对换向阀的制冷量要求也不断提高，就要求换向阀产品的体积需要做大，所以多采用结构较大的旋转式换向阀进行系统的制冷/制热的功能切换。

在大型换向阀的结构中，在阀芯上设计布置口径较大的切换通道的位置往往受到其本身结构的限制，其流道设计不能根据制冷系统的特性进行节能优化设计，使旋转式换向阀在制冷阶段和制热阶段，同时达到或接近理想的控制参数要求。系统冷媒流经换向阀的内部流道时，会产生因流道变化而带来的压力损失，从而产生了热能损失，降低了系统能效。

所以，如何通过结构设计，减少换向阀在制冷和制热模式下流通性能的差异性，优化制冷系统的参数控制，减低能耗，是本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种旋转式换向阀，包括罩体和设置在所述罩体的内腔中的阀芯部件，所述罩体包括本体部和上/下端盖部、分别设置在所述上/下端盖部上的第一轴向流路端口和第二轴向流路端口、设置在所述本体部上的第一径向流路端口和第二径向流路端口，所述阀芯部件可相对于所述罩体的本体部旋转,所述阀芯部件包括第一流道和第二流道，当所述阀芯部件在第一切换位置时，所述第一流道连通所述第一轴向流路端口与所述第一径向流路端口，所述第二流道连通所述第二轴向流路端口与所述第二径向流路端口；当所述阀芯部件旋转至第二切换位置时，所述第一流道连通所述第一轴向流路端口与所述第二径向流路端口，所述第二流道连通所述第二轴向流路端口与所述第一径向流路端口。

同时本发明还提供了一种制冷系统，包括压缩机、第一热交换器、第二热交换器，还包括如上所述的旋转式换向阀，所述第一轴向流路端口与所述压缩机的进口端连通，所述第二轴向流路端口与所述压缩机的出口端连通；或，所述第一径向流路端口与所述压缩机的进口端连通，所述第二径向流路端口与所述压缩机的出口端连通。

本发明给出的旋转式换向阀及使用该换向阀的制冷系统，将换向阀的四个接管分两组，分别在圆筒状罩体的轴向和径向设置，可以将与压缩机的进/出端连接的两个接管设置在轴向位置，将两个切换通道的接管设置在径向位置；或，将与压缩机的进/出端连接的两个接管设置在径向位置，将切换通道的两个接管设置在轴向位置。与现有技术相比，设置罩体内腔室中的阀芯部件，可以利用较大的内部空间余量来布置各切换通道。可以将第一切换位置和第二切换位置的各流路通道做到对称布置，即无论在第一切换位置或第二切换位置,各换向通道都能经过“轴向段-径向段”设置,各通道的流通性能和结构设置在换向前后都保持一致性。便于制冷系统对相关的控制元件进行优化设计或参数优选，使制冷系统无论在制冷模式或制热模式下，能耗都能得到均衡控制，降低了介质的压力损失，提高了系统能效。

在前述方案基础上作为进一步的技术延伸，所述阀芯部件的第一流道包括相互贯通的第一轴向阀孔、第一径向阀孔、第二径向阀孔，所述第一轴向阀孔与所述第一轴向流路端口常通；所述阀芯部件的第二流道包括相互贯通的第二轴向阀孔、第三径向阀孔、第四径向阀孔，所述第二轴向阀孔与所述第二轴向流路端口常通；

进一步，如设定所述阀芯部件从所述第一切换位置旋转至所述第二切换位置的旋转角为q，所述第一径向阀孔的轴线与所述第二径向阀孔的轴线所确定的平面为垂直于所述阀芯部件轴线方向的第一横截面(z1)，则所述第一径向阀孔与所述第二径向阀孔的轴线的夹角为q；所述第三径向阀孔的轴线与所述第四径向阀孔的轴线所确定的平面为垂直于所述阀芯部件轴线方向的第二横截面(z2)，则所述第三径向阀孔与所述第四径向阀孔的轴线的夹角为q；

进一步，所述第一横截面(z1)与所述第二横截面(z2)重合成一个截面(z)，并所述第一径向阀孔、第二径向阀孔、第三径向阀孔及第四径向阀孔在所述重合的截面(z)上对称设置；

进一步，所述阀芯部件包括筒状切换部、和从所述切换部两端轴向延伸并外径缩小的连接管部，所述第一径向阀孔、第二径向阀孔、第三径向阀孔及第四径向阀孔设置在所述切换部，所述第一轴向阀孔和第二轴向阀孔分别设置在所述连接管部；

进一步，所述连接管部的外端部具有外径缩小的台阶部，所述上/下端盖部上分别设置有凹槽,所述台阶部与所述凹槽之间设置有轴承；

进一步，所述第一径向阀孔、第二径向阀孔、第三径向阀孔及第四径向阀孔的孔径大致相等；

进一步，所述第一径向阀孔、第二径向阀孔、第三径向阀孔、第四径向阀孔、第一轴向阀孔及第二轴向阀孔的孔径大致相等；

进一步，所述第一轴向阀孔与所述第一径向阀孔及所述第一轴向阀孔与所述第二径向阀孔通过弧形流道连通；所述第二轴向阀孔与所述第三径向阀孔及所述第二轴向阀孔与所述第四径向阀孔通过弧形流道连通；

进一步，当所述阀芯部件在第一切换位置时，所述第一流道沿流体流动方向的流通面积大致相等，所述第二流道沿流体流动方向的流通面积大致相等；当所述阀芯部件在第二切换位置时，所述第一流道沿流体流动方向的流通面积大致相等，所述第二流道沿流体流动方向的流通面积大致相等；

进一步，所述阀芯部件在第一切换位置时的各流道沿流体流动方向的流通面积，与所述阀芯部件在第二切换位置时的各流道沿流体流动方向的流通面积大致相等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明给出的一种具体结构的旋转式换向阀的外观结构示意图；

图2：本发明给出的旋转式换向阀在第一切换状态下的制冷系统图；

图3：本发明给出的旋转式换向阀在第二切换状态下的制冷系统图；

图4：本发明给出的旋转式换向阀的阀芯部件的结构示意图；

图5：图4中阀芯部件在z横截面上的剖面的左视图；

图6：图4中阀芯部件在z横截面上的剖面的右视图；

图7：图4中阀芯部件在x轴面上的剖面的主视图；

图8：图4中阀芯部件在y轴面上的剖面的主视图；

图9：本发明给出的另一种旋转式换向阀的剖面结构示意图。

图1-9中标号说明：

100-旋转式换向阀；

200-压缩机；

300-第一热交换器；

400-第一热交换器；

500-节流元件；

10-罩体；

11-本体部、12-第一端盖部、13-第二端盖部；

14-轴承；

21-第一轴向流路端口、22-第二轴向流路端口；

31-第一径向流路端口、32-第二径向流路端口；

40-阀芯部件；

41-第一流道；

411-第一轴向阀孔；

412-第一径向阀孔、413-第二径向阀孔；

42-第二流道；

421-第二轴向阀孔；

422-第三径向阀孔、423-第四径向阀孔。

43-切换部、44-连接管部；

441-台阶部、442-凹槽。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明给出的一种具体结构的旋转式换向阀的外观结构示意图。

如图1所示。旋转式换向阀100包括筒状的罩体10，罩体10包括中间使用金属管材加工的本体部11，在本体部11的两端分别有通过螺拴固定安装的上端盖部12和下端盖部13。第一轴向流路端口21沿中心轴线方向焊接在上端盖部12上；第二轴向流路端口22沿中心轴线方向焊接在下端盖部13上。第一径向流路端口31和第二径向流路端口32焊接在本体部11上。第一径向流路端口31和第二径向流路端口32在垂直与罩体10轴线方向的横截面上对称设置。

图2为本发明给出的旋转式换向阀在第一切换状态下的制冷系统图，图3为本发明给出的旋转式换向阀在第二切换状态下的制冷系统图。

如图2和图3所示。在该具体实施例中，制冷系统包括通过管路连通的压缩机200、第一热交换器300、旋转式换向阀100、节流元件500、第二热交换器400。其中，旋转式换向阀100的第一径向流路端口31与压缩机200的进口端连通，第二径向流路端口32与压缩机200的出口端连通。第一轴向流路端口21与第二热交换器400连通；第二轴向流路端口22与第一热交换器300连通。节流元件500设置在第一热交换器300与第二热交换器400之间。

阀芯部件40设置在罩体10的内腔中，通过阀芯部件40围绕罩体10的轴线旋转切换制冷系统的流道。在旋转式换向阀的第一切换状态，第一轴向流路端口21与第一径向流路端口31连通，第二轴向流路端口22与第二径向流路端口32连通；在旋转式换向阀的第二切换状态，第一轴向流路端口21与第二径向流路端口32连通，第二轴向流路端口22与第一径向流路端口31连通。这样可以实现制冷系统的制冷或制热的转换。

图4为本发明给出的旋转式换向阀的阀芯部件40的结构示意图，图5为阀芯部件在垂直于x轴面的z横截面上的剖面的左视图，图6为阀芯部件在垂直于x轴面的横截面z上的剖面的右视图，图7为阀芯部件在x轴面上的剖面的主视图，图8为阀芯部件在垂直于x轴面的y轴面上的剖面的主视图。

如图4、图5、图6、图7及图8所示。

阀芯部件40大致为两边直径较小而中间直径较大的旋转体结构。具体包括中间筒状的切换部43，切换部43向两端轴向延伸并外径缩小形成连接管部44。在连接管部44的端部，具有直径缩小的台阶部441，在上端盖部和下端盖部上设置有中心凹槽442,两个轴承14分别设置在阀芯部件40两端的台阶部441与凹槽442之间，使阀芯部件40可以围绕罩体10的轴线旋转。

从z横截面方向看(参见图5及图6)，阀芯部件40的切换部44依次设置有四个径向阀孔：第一径向阀孔412、第二径向阀孔413、第三径向阀孔422、第四径向阀孔423。以上四个阀孔延伸至阀芯部件40的外缘面上形成阀口。

从中心x轴面及y轴面方向看，阀芯部件40的连接管部45轴向设置有第一轴向阀孔411及第二轴向阀孔421。

第一流道41包括第一轴向阀孔411、第一径向阀孔412及第二径向阀孔413。第一轴向阀孔411与第一径向阀孔412通过弧形通道连通；第一轴向阀孔411与第二径向阀孔413通过弧形通道连通。

第二流道42包括第二轴向阀孔421、第三径向阀孔422及第四径向阀孔423。第二轴向阀孔421与第三径向阀孔422通过弧形通道连通；第二轴向阀孔421与第四径向阀孔423通过弧形通道连通。

阀芯部件40从第一切换位置到第二切换位置的转角设为q(阀芯部件40在图4所示的状态为第一切换位置，阀芯部件40以逆时针方向转动q角度后，即将y轴面转到x轴面，为第二切换位置)。在本实施例中，第一径向阀孔412与第二径向阀孔413在z横截面上对称设置；第三径向阀孔422与第四径向阀孔423在z横截面上对称设置，转角q具体为90°。

当在第一切换位置或第二切换位置时，阀芯部件的第一流道41和第二流道42中，各有一个径向阀孔与本体部11上径向接管连通，相对的另一个径向阀孔被本体部11的内圆面封闭。

在上述方案中，可以将第一流道41的第一轴向阀孔411、第一径向阀孔412及第二径向阀孔413的内孔直径都设计成相等，弧形通道与阀孔相切平滑过渡；将第二流道42的第二轴向阀孔421、第三径向阀孔422及第四径向阀孔423的内孔直径都设计成相等，弧形通道与阀孔相切平滑过渡。进一步可以将第一流道41的阀孔与第二流道42的阀孔的结构和孔径都设计成一样。

这样一来，旋转式换向阀100无论处于第一切换位置或第二切换位置时，第一流道41和第二流道42的流道都为等径孔或等径圆弧过渡，流道在垂直于流通方向的截面面积(即流通的流通面积)，随着流路的延伸是大致不变的。所以在不同切换状态下，流道的流通口径大致保持一致，减小了由于流道口径变化而产生的流体压力损失。

另一方面，上述设计使旋转式换向阀在第一切换位置与第二切换位置时，流道对流体的影响都是一致的，所以可以对相应的控制元件进行优化设计和参数优选，使系统在制冷模式或制热模式下都能有效利用能源。

本发明给出的技术方案中，第一流道41和第二流道42的流道设计一样，流体流经切换阀时可直接近似为流经一个直角弯头，所以作为区别与上述图中制冷系统布置的另一种延伸方案，将第一轴向流路端口21与压缩机400的进口端连通，第二轴向流路端口22与压缩机的出口端连通，第一径向流路端口31和第二径向流路端口32与热交换器连通也可以保持系统中介质的流通能力不变，所以在保证制冷系统换向性能的前提下，使产品外部安装灵活多样。

图9为本发明给出的另一种旋转式换向阀的剖面结构示意图。

如图9所示。与前述方案不同的是，在该实施例中，第一径向阀孔的轴线与第二径向阀孔的轴线所确定的第一截面为z1；第三径向阀孔的轴线与第四径向阀孔的轴线所确定的第二截面为z2，截面z1和截面z2都为垂直于阀芯部件轴线方向的横截面，而且截面z1与截面z2不重合。这种结构也可以达到本发明所提出的有益效果，在此不再赘述。

可以理解的是，本发明中提到的流通面积“大致不变”、及阀孔的孔径“大致相等”的定义，是基于其“面积”或“孔径”在一定范围内改变，不会对流道中的流体压力产生实质性的影响考虑，所以变化量一般在7％的范围内都属于本发明定义的“大致相等”。

另外，在上述技术方案中，因结构设计需要，同一流道的两个径向通道需要贯通连接，在贯通交汇处必然导致“流通面积”发生变量，但因为其中一个通道是关闭的，所以不会实质影响流体流动性能，对本发明有益效果产生影响。

可以理解的是，在本文中，"上、下、内、外"等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图所示产品方位的不同，相应的方向和位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定。

以上对本发明所提供的旋转式换向阀及其制冷系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。