帶有分流器的換向閥的製作方法
2023-05-16 16:25:26
專利名稱：帶有分流器的換向閥的製作方法
技術領域：
本發明總體上屬於流體控制閥，特別是用在製冷系統中的流體換向閥。
背景技術：
換向閥通常用在各種系統中，其中流體在各種可選環路或迴路中被引導流動。例如，熱泵專用於可選擇地在兩種不同模式之一中進行操作的製冷系統。在稱為冷卻模式的第一模式中，熱量形式的能量從「內部」環境去除並傳遞至「外部」環境。相應地，在稱為加熱模式的第二模式中，熱能傳遞到內部環境。為了傳送熱能，熱泵系統使用壓縮機來使流體製冷劑循環穿過包括位於每種環境中的傳熱螺旋管在內的封閉系統。除了使製冷劑循環之外，壓縮機還用於將熱能傳入系統。
為了在加熱和冷卻模式之間切換熱泵系統，該系統採用能夠選擇性操作以改變製冷劑流動的換向閥。具體而言，可安裝四通換向閥，它使穿過傳熱螺旋管的製冷劑流的方向翻轉。這種換向閥通常包括四個或更多單獨的埠，換向閥經由這些埠連接於熱泵系統的其餘部分。第一埠總是與壓縮機的高壓排放口相連通，而第二埠總是與壓縮機的低壓進入口相連通。剩餘兩個埠或系統埠與傳熱螺旋管相連通。
換向閥還包括能夠選擇性處於兩個可選位置之一中的可動閥部件，在第一位置中，閥部件在與壓縮機進入口(「壓縮機進入埠」)連通的第二埠和一個系統埠之間直接引導製冷劑，而在第二位置中，閥部件在壓縮機進入埠和另一系統埠之間直接引導製冷劑。除了在壓縮機進入埠與任一系統埠之間直接引導製冷劑外，閥部件還用於防止高壓製冷劑從與壓縮機排放口(「壓縮機排放埠」)連通的第一埠直接進入壓縮機進入埠。由於閥部件受到存在於壓縮機排放埠與壓縮機進入埠之間的巨大壓差，現有技術的閥部件常常具有附加的支撐結構。這些支撐結構通常位於接近閥部件與壓縮機進入埠相會合處，並且會妨礙製冷劑流，從而導致穿過換向閥的壓降增大。由於壓縮機必須補償該壓降，所以使得熱泵系統的總效率受損。
通常有意地沿換向閥外部成排設置壓縮機進入埠和兩個系統埠。因此，為了在壓縮機進入埠與兩個系統埠的任意特定配偶對之間引導製冷劑，閥部件必須引導製冷劑穿過相對急轉的彎曲部。已知的是使流體流經彎曲部會導致在流體流中產生湍急的二次流。這些湍流導致產生衝擊和摩擦損失，並且常常需要很長的相對直流來使其消散。該衝擊和摩擦損失繼而疊加於必須由壓縮機進行補償的穿過換向閥的壓降，從而降低熱泵系統的效率。還已知的是，這些損失的大小是彎曲部內外半徑之比的函數。具體而言，內半徑與外半徑之間較大的差異會導致曲線比(curve ratio)(內徑/外徑)的較小值。曲線比的小值導致更顯著的湍流和二次流，因此增加摩擦損失。當然，為了減小換向閥的總體尺寸，現有技術的閥部件通常具有非常小的曲線比，這因此降低了熱泵系統的效率。
發明內容
本發明提供一種換向閥，目的是減少穿過閥部件的壓降。具體而言，該換向閥包括可動閥部件，後者限定出用於在壓縮機進入埠與兩個系統埠中選定的一個埠之間連通製冷劑或其它流體的通道。為了在結合有換向閥的系統中使流動逆轉，換向閥還包括致動器，後者能夠有選擇地定位閥部件以在橫穿任一系統埠的同時橫穿壓縮機進入埠。
該通道大致形成為曲線狀或者用於使流體突然轉彎。為了降低產生在通道內部的摩擦損失，閥部件包括將通道分為多個子通道的分流器。每個子通道具有大於原通道曲線比的曲線比。另外，多個子通道的淨曲線比大於原通道的曲線比。通過增加淨曲線比，由閥部件引起的摩擦損失和衝擊得以減少。因此，穿過換向閥的壓降也得以降低。此外，通道中的分流器為閥部件提供了附加的結構支撐，它消除了現有技術的閥部件中常見的礙流支撐結構。
本發明的優點在於穿過換向閥的閥部件的壓降得以減少，產生較佳的系統效率。另一優點在於閥部件以基本不妨礙流體流動的方式具有附加的結構支撐。另一優點在於本發明能夠僅對閥部件做微小改變而得以實現，並且能夠容易地結合在現有的換向閥設計中。本發明的這些及其它優點和特徵將從詳細的說明和所附附圖中變得顯而易見。
結合其中並形成說明書一部分的所附附圖描述了本發明的多個方面，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。附圖中圖1是採用換向閥的可逆製冷系統在「冷卻」模式下工作時的示意圖。
圖2是圖1的可逆製冷系統在「加熱」模式下工作時的示意圖。
圖3是包括用於在選定相鄰埠組之間選擇性地改變製冷劑方向的可動閥部件在內的換向閥的剖視圖。
圖4是與換向閥一起使用的導閥的示意圖。
圖5是具有分流器的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖6是圖5的閥部件沿由圖5中線6-6所指方向所作的剖視圖。
圖7是由圖6中線7-7所指區域的詳細視圖。
圖8是具有帶雙薄板的分流器的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖9是圖8的閥部件沿由圖8中線9-9所指方向所作的剖視圖。
圖10是由圖9中線10-10所指區域的詳細視圖。
圖11是具有分流器和支撐杆的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖12是圖11的閥部件沿由圖11中線12-12所指方向所作的剖視圖。
圖13是具有帶雙薄板的分流器和支撐杆的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖14是圖13的閥部件沿由圖13中線14-14所指方向所作的剖視圖。
圖15是具有安裝有固定孔的分流器的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖16是圖15的閥部件沿圖15中線16-16所指方向所作的剖視圖。
圖17是由圖16中線17-17所指區域的詳細視圖。
圖18是具有通過壓入配合、粘合或焊接而固定的分流器的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖19是圖18的閥部件沿圖18中線19-19所指方向所作的剖視圖。
圖20A是具有咬合在槽中的分流器的閥部件實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖20B是對應於圖20A的剖面透視圖，顯示了具有咬合在槽中的分流器的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的細節。
圖21是圖20的閥部件沿圖20中線21-21所指方向所作的剖視圖。
圖22是由圖21中線22-22所指區域的詳細視圖。
圖23是具有模製於其中的預先成形的分流器的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖24是圖23的閥部件沿圖23中線24-24所指方向所作的剖視圖。
圖25是由圖24中線25-25所指區域的詳細視圖。
圖26是具有整體模製於其中的分流器的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖27是圖26的閥部件沿圖26中線27-27所指方向所作的剖視圖。
圖28是具有固定於殼體的分流器的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖29是圖28的閥部件沿圖28中線29-29所指方向所作的剖視圖。
圖30是由圖29中線30-30所指區域的詳細視圖。
圖31是具有通過焊接、銅焊或粘合而固定於殼體的分流器的閥部件的實施例沿閥部件長度方向所作的剖視圖。
圖32是圖31的閥部件沿圖31中線32-32所指方向所作的剖視圖。
雖然本發明將結合特定優選實施例進行描述，這不意味著將其限制為這些實施例。相反，其目的是要覆蓋包括在如所附權利要求限定的本發明精神和範圍之中的所有替換方式、修改和等效物。
具體實施例方式
參見附圖，其中相似的附圖標記指相似的元件，圖1和2所示的是典型的「熱泵」式製冷系統100，本發明的換向閥可用在其中。如上所述，熱泵製冷系統能夠有選擇地在加熱或冷卻模式下工作。製冷系統100包括壓縮機102、「內部」螺旋管104和「外部」螺旋管106，所有這些均通過管路或管道互連以用於連通液體或蒸氣製冷劑。術語「內部」和「外部」僅指熱能交換的環境，並不意味著必須指室內和室外環境。為了控制系統100中的熱流，換向閥110在壓縮機與內外螺旋管之間互連。
在圖1所示的冷卻模式下，熱能從圍繞內部螺旋管104的環境中去除並傳遞至圍繞外部螺旋管106的環境。為此，在循環的第一階段，來自壓縮機102的排放端103的高溫加壓製冷劑蒸氣首先通過換向閥110傳向室外螺旋管106。在室外螺旋管處，加壓製冷劑蒸氣通過放熱反應凝結為液體製冷劑，這樣熱能從製冷劑去除並傳遞至外部環境。加壓液體製冷劑接下來被導向內部螺旋管104。在冷卻循環的第二階段，在內部螺旋管104處，液體製冷劑膨脹穿過膨脹裝置並通過吸熱反應變為低壓氣相。在這一反應期間，來自室內環境的熱能被在內部螺旋管104中流動的製冷劑蒸氣去除。低壓蒸氣接下來被導向壓縮機102的進入口101，在那裡它被壓縮回到高溫高壓蒸氣。
在加熱模式下，由壓縮機102產生的熱能傳遞到內部環境。為了在該加熱模式下操作該系統，操作換向閥110以使製冷劑基本相反地流過該系統。具體而言，如圖2所示，來自壓縮機102的排放口103的高溫加壓蒸氣首先通過換向閥110被導向內部螺旋管102。在內部螺旋管102處，加壓製冷劑蒸氣通過放熱反應凝結為液體製冷劑，這樣熱能從製冷劑去除並傳遞至內部環境。加壓液體製冷劑接下來被導向外部螺旋管106。在加熱循環的第二階段，在外部螺旋管106處，液體製冷劑膨脹穿過膨脹裝置並通過吸熱反應變為低壓氣相。低壓蒸氣接下來通過換向閥110被導向壓縮機102的進入口101，在那裡它重新被壓縮回到高溫高壓蒸氣。
因此，可以想見的，熱泵系統100中的熱能流取決於製冷劑流的方向，後者通過換向閥110的選擇性操作進行調節。已經開發出各種類型和構造的換向閥以實現製冷劑流的調節，除了各種類型之外，換向閥也可適用於很寬的尺寸和吞吐量範圍內，以適應大範圍的熱泵系統尺寸以及其它應用場合。
參見圖3，描述了根據本發明的教導而構造的換向閥110的實施例。該換向閥110包括限定出內腔114的縱長管狀閥體112。在所示實施例中，閥體112包括圓筒形側壁116，雖然在其它實施例中閥體可以具有不同形狀。為了密封內腔114，第一和第二端蓋118、119連接於圓筒形側壁116的相對端部。根據熱泵系統的需要，閥體元件可由各種可成形材料製造，例如金屬或塑料。
為了將換向閥110連接到熱泵系統，提供包括至少一個第一、第二、第三和第四流體管120、122、124、126在內的多個流體管。流體管通過分別穿過側壁116的第一、第二、第三和第四埠130、132、134、136與內腔114連通。優選地，流體管例如通過焊接或膠粘而密封連接於埠。在所示實施例中，流體管是圓筒形的，因此埠也是圓形的，當然也可以採用其它構造。
當連接到熱泵系統時，第一流體管120與壓縮機102的排放口103連通，從而接收高溫高壓製冷劑。第二流體管122與壓縮機102的進入口101連通，從而引導從系統返回的低溫低壓製冷劑。也稱為系統管的第三和第四流體管124、126與內外熱交換器104、106連通。通過設計，沿閥體112的軸向長度成排設置第二、第三和第四流體管122、124、126，而第二流體管位於第三和第四流體管之間。在所示實施例中，第一流體管120和第一埠130穿過側壁116與第二、第三和第四流體管122、124、126及它們各自的埠132、134、136徑向相對設置，但這種特定的布置方式在其它實施例中並非必須相同。
為了引導製冷劑流穿過換向閥110，還包括位於內腔114中並接近第二、第三和第四埠132、134、136的閥部件140。閥部件140限定出通道142，該通道在第二、第三和第四埠中選定的一對之間引導流體。在所示實施例中，閥部件140包括限定出光滑平坦的第一面146的閥組144。通道142穿過第一面146設置並進入閥組144。優選地，通道142具有在第一面146測量並足以完全橫穿一對所選埠的長度。此外優選地，通道142具有在第一面146測量並足以完全橫穿圓形埠132、134、136直徑的寬度。
在圖3所示換向閥呈現的描述中，閥部件140定位成橫穿第二和第四埠132、136，而第一和第三埠130、134與內腔114自由連通。可以想見的是，在操作中，從熱交換器處穿過第四流體管126返回的製冷劑將由限定在閥部件140中的通道142連通至第二或壓縮機進入口流體管122。同時，來自第一或壓縮機排放口流體管120的高壓製冷劑將通過內腔114連通至第三流體管124，在該第三流體管124製冷劑將被導入熱交換器。
為了支撐接近第二、第三和第四埠132、134、136的閥部件140，閥體112包括閥座150，後者形成為從圓筒形側壁116向內突出的凸起。閥座150限定了光滑平面的第二面152，第二、第三和第四埠穿過其中設置。當閥部件140鄰接閥座150設置時，第一和第二面146、152的相互作用使得由通道142和第二及第四流體管122、126限定的流體路徑大致與內腔114中的製冷劑密封隔離。因此，避免低壓和高壓製冷劑的混合。
為了逆轉穿過換向閥110的流體從而重新設置熱泵系統，閥部件140能夠在內腔114中在第一和第二位置之間移動。具體而言，閥部件140能夠相對於閥座150從圖3所示的通道橫穿第二和第四埠132、136的第一位置滑動到通道橫穿第二和第三埠132、134的第二位置。可以想見的，在第二位置中，通道142將連通第二和第三埠132、134之間的製冷劑，同時內腔114將連通第一和第四埠130、136之間的製冷劑。閥部件140和閥座150之間的滑動得益於用作支承面的第一和第二平面表面146、152而進行。
參見圖3，為了在第一和第二位置之間操作閥部件140，換向閥110包括位於內腔114內部的致動器156。致動器包括沿管狀閥體112的軸線懸掛在相對的第一和第二活塞160、162之間的託架158。這些活塞位於閥座150的相對側上接近相應第一和第二端蓋118、119處。活塞160、162能夠在內腔114內部滑動，同時與圓筒形側壁116的內表面密封隔離。為了促進活塞160、162的滑動和密封，這些活塞可安裝有裙邊狀活塞環或圈。
為了將閥部件140連接至致動器156，閥部件可包括適當形狀的聯接結構148，該聯接結構能夠收容在形成在支架158中的對應形狀的開口內。為了保證製冷劑在內腔114中的自由連通，支架158還可包括多個附加開口159。
致動器156沿閥體112的縱向軸線往復可動。為了控制致動器156的運動，在當前實施例中，換向閥110包括能夠附接於圖3和4所示的閥體112外部的導閥166。導閥166是與來自高壓壓縮機排放口和低壓壓縮機進入口的製冷劑連通的電氣操作裝置。選擇時，導閥166能夠將高壓和低壓製冷劑導向閥體112的相對端部中的任一個。這產生作用在第一和第二活塞160、162上的壓差，使得致動器156在第一和第二位置之間切換閥部件140。
重新參見圖3，由於第二、第三和第四埠132、134、136沿圓筒形側壁116成排對齊，閥部件140改變製冷劑的方向使其流經大約180度的急轉彎。為此，在所示實施例中，通道142通常形成為半球形曲線，它由沿閥組144延伸的相應流面149限定。由於通道142的半球形狀，施加在製冷劑上的彎部外半徑等於閥座150的第二面152與流面149之間的最大距離。而內半徑是可以忽略的。因此，曲線比(內半徑/外半徑)非常小，如上所述，導致二次流、湍流和衝擊的產生，從而降低換向閥和熱泵系統的效率。
根據本發明的教導，為了減小使穿過通道142的流體重新定向帶來的負面影響，閥部件140包括分流器170，它將通道142分為多個子通道172、174。每個子通道172、174具有比由閥部件140限定的原通道142更大的曲線比。此外，所有子通道的淨曲線比大於原通道的曲線比。由於淨曲線比較大，因此，與閥部件相關的損失、以及由此產生的穿過換向閥的壓降得以減小。繼而這樣會提高熱泵系統的效率。
參見圖5、6和7，描述了固定於閥組144從而位於通道142中的分流器170的實施例。為了將通道分為第一和第二子通道172、174，分流器170包括細薄材料的薄板178，後者大致穿過通道的寬度延伸並或多或少從流面149偏置。此外，薄板178的形狀通常對應於通道142和流面149，並且最好位於通道中對稱的位置。因此，第一和第二子通道彼此平行，在所示實施例中通道形為半球形曲線，子通道172、174類似於同心圓弧。
重要的是，分流器170需要以這種方式插入通道142中當閥部件140在第一和第二位置之間移動時，分流器將不會干擾閥座150的第二面152。這能夠例如通過將分流器170的所有部分納入通道142中並遠離第一面146來獲得。
除了將通道142分為子通道172、174，分流器170使閥部件140帶有附加結構支撐，以防止閥部件在存在於閥體內的壓差作用下變形或倒塌。例如，由於薄板178大致延伸穿過通道142的寬度，該薄板加固閥組144的第一和第二側部184、186以防止它們一起倒塌。此外，由於薄板178由成形為關聯於所橫穿埠的細材料形成，該薄板基本不妨礙流體製冷劑的流動。在一些實施例中，這可用於去除常常包括在現有技術的換向閥中的支撐杆。
在圖5、6和7中所示的實施例中，分流器170可單獨從閥組144分離形成並被插入通道142中以組裝出閥部件140。所示分流器170包括第一支腿180和第二支腿182，該薄板178在二者之間延伸。這些支腿彼此大致平行並且大致垂直於該薄板。當插入通道142中時，第一和第二支腿180、182鄰接於閥組144的相對側部184、186。
為了以分流器準確定位在通道142中的方式將分流器170固定於閥組144，分流器和閥組能夠以咬合的接合方式裝配。具體而言，如圖6和7所示，閥組144可包括伸入通道並接近第一面146的肩部188。該肩部188可從閥組144的任一側部或兩側部184、186伸出。當分流器插入通道中時，支腿180、182首先被一起壓縮，然後咬合在肩部188上。因而肩部188與支腿180、182之間的接合部分決定著薄板178與流面149之間的偏移量。
根據製冷劑流體的壓力、溫度和性質，閥組和分流器可由任何適當材料製成。例如在所示實施例中，閥組144可由鑄造金屬或模壓塑料製成以獲得剛性。為了提供分流器170用作結構支撐所需的強度和實現咬合接合的撓性，該分流器可由成形片材金屬或模製薄壁塑料製成。
參見圖8、9和10，描述了用在換向閥中的閥部件200的另一實施例，用於提高熱泵的效率。閥部件200包括限定出第一面204的閥組202，通道210設置在其中。還包括分流器220，它將通道210分為三個子通道212、214、216。通道210大致形為半球形曲線，它由沿閥組202延伸的對應流面206限定。為了將通道210分為第一、第二和第三子通道212、214、216，分流器220包括由細薄材料製成的第一和第二薄板222、224。兩個薄板220、222大致延伸穿過通道的寬度並且或多或少從流面並從彼此偏置。此外，薄板220、222的形狀大致對應於通道210和流面206，並且定位在通道長度的大約一半處。每個子通道212、214、216具有比原通道210更大的曲線比，從而如上所述減小穿過換向閥的壓降並提高熱泵效率。
除了將通道分為三個子通道外，分流器220還提供附加的結構支撐以防止閥部件200由於存在於換向閥中的壓差而變形或倒塌。例如，由於第一和第二薄板222、224大致延伸穿過通道210的寬度，該薄板加固閥組202的第一和第二側部240、242以防止它們一起倒塌。在一些實施例中，這可以消除常常會在現有技術的閥部件中發現的附加支撐杆。
在圖8、9和10中所示的實施例中，分流器220可單獨從閥組202分離形成並被插入通道210中以組裝出閥部件200。為了將分流器220固定於閥組202，分流器和閥組能夠以咬合方式組裝在一起。具體而言，如圖9和10所示，閥組202可包括伸入通道210中並接近第一面204的肩部248。該分流器220可包括第一和平行的第二支腿226、228，第一和第二薄板222和224在它們之間延伸。當分流器220插入通道210中時，支腿226、228首先被一起壓縮，然後咬合在肩部248上。
參見圖11和12，顯示了用在換向閥中的閥部件300的實施例，該閥部件包括分流器320和支撐杆330。根據本申請，分流器和支撐杆能夠由包括例如塑料在內的任何適當材料製成。閥部件300包括閥組302，該閥組限定出第一面304、流面306和設置在閥組中的曲線通道310。分流器320和支撐杆330位於通道310中並且位於通道長度的大致一半處。為了將通道310分為第一和第二子通道312、314，分流器320包括大致延伸穿過通道的薄板322。該薄板322大致形成為對應於流面306和通道310的形狀，從而第一和第二子通道312、314形成為同心圓弧。
為了提供附加的結構支撐以防止閥部件300扭曲或倒塌，分流器320的薄板322與支撐杆330均在閥組302的第一和第二側部340、342之間延伸穿過通道310的寬度。分流器320可包括薄板322在其間延伸的第一和第二支腿326、328，並如上所述可單獨從閥組302分離形成並插入通道310中。支撐杆330具有成形的大致平坦輪廓，以使製冷劑流的阻塞最小化。在所示實施例中，支撐杆330位於第二子通道314中。參見圖12，為了將支撐杆330固定於閥部件300，切口348可形成在閥組302接近第一面304的任一側部340、342中，該切口能夠收容支撐杆的端部。該支撐杆可進一步通過例如超聲波焊接固定於所述側部。支撐杆330低於第一和第二支腿326、328的定位用於將分流器320固定於閥組304。
參見圖13和14，顯示了用在換向閥中的閥部件400的實施例，該閥部件包括具有兩個薄板和支撐杆的分流器。該閥部件包括閥組402，該閥組限定出第一面404、流面406和設置在閥組中的通道410。分流器420和支撐杆430均位於通道410中。第一和第二薄板422、424延伸穿過通道410的寬度並將通道分為第一、第二和第三子通道412、414、416。薄板422、424大致形成為對應於流面406和通道410的形狀，從而第一、第二和第三子通道412、414、416形成為同心圓弧。
為了提供附加的結構支撐以防止閥部件400扭曲或倒塌，分流器420的薄板422、424與支撐杆430均在閥組402的第一和第二側部440、442之間延伸穿過通道410的寬度。分流器420可包括第一和第二支腿426、428，並如上所述可單獨從閥組402分離形成並插入通道410中。支撐杆430具有成形的大致平坦輪廓，以使製冷劑流的阻塞最小化。在所示實施例中，支撐杆430位於第三子通道416中。參見圖14，為了將支撐杆430固定於閥部件400，切口448可形成在閥組402接近第一面404的任一側部440、442，該切口能夠收容支撐杆的端部。該支撐杆可進一步通過例如超聲波焊接固定於所述側部。支撐杆430低於第一和第二支腿426、428的定位用於將分流器420固定於閥組404。
參見圖15、16和17，描述了包括閥組502的閥部件500的另一實施例，通道510設置在該閥組中並且分流器520固定於其中。該閥組502還限定了面504和流面506。分流器520單獨從閥組504分離形成並可被插入通道510中。根據本申請，分流器能夠由包括例如塑料在內的任何適當材料製成。為了將通道510分為多個子通道512、514，分流器520包括延伸穿過通道寬度的薄板522。此外，薄板522的形狀大致對應於流面506和通道510，並位於通道長度的大約一半處從而該薄板大致從流面偏置。為了將薄板522支撐在通道中，分流器520還包括該薄板在其間延伸的第一和第二支腿526、528。
參見圖16和17，為了將分流器520固定於閥部件500，閥組502包括一個或多個伸入通道的傾斜突起548。該傾斜突起從閥組502的第一、第二側部540、542中任一個或兩個中伸出並從第一面504稍偏置一段距離。傾斜角度也指向離開第一面。此外，至少穿過分流器520的第一支腿526設置的是一個或多個孔529，每個孔都定位成對應一個傾斜突起548。當分流器520被插入通道510時，第一和第二支腿526、528均被傾斜突起548推倒。一旦閥組502和分流器520適當對齊，傾斜突起548收容至孔529中從而固定該分流器。可以想見的，將傾斜突起548收容在孔529中也可將薄板522精確地定位在通道510中並確定薄板和流面506之間的偏置量。還可以想見的是，目前所述用於固定分流器的方式可用於具有任意數量的薄板的分流器。
參見圖18和19，描述了包括閥組602的閥部件600的另一實施例，通道設置在該閥組中並且分流器620固定於其中。該閥組602還限定了面604和流面606。分流器620單獨從閥組604分離形成並可被插入通道610中。根據本申請，分流器能夠由包括例如成形金屬或薄壁塑料在內的任何適當材料製成。為了將通道610分為多個子通道612、614，分流器620包括延伸穿過通道寬度的薄板622。此外，薄板622的形狀大致對應於流面606和通道610，並位於通道長度的大約一半處從而該薄板大致從流面偏置。為了將薄板622支撐在通道中，分流器620還包括該薄板在其間延伸的第一和第二支腿626、628。
分流器620可用許多方法固定於閥部件600。例如，分流器620的第一和第二支腿626、628之間的跨距可確定為稍大於通道610的第一和第二側部640、642之間的跨距。可以想見的，跨距尺寸的差要求當分流器插入通道610時分流器620壓入配合於閥組602。作為將分流器620固定於閥部件600的另一種方式，第一和第二支腿626、628可用粘合劑粘結於閥組602的對應第一和第二側部640、642。在分流器和閥組由類似材料組成的情況下，將二者固定在一起的再一種方法包括將第一和第二支腿626、628焊接於對應的第一和第二側部640、642。可以想見的是，目前所述用於固定分流器的方式可用於具有任意數量的薄板的分流器。
參見圖20A、20B、21和22，描述了包括閥組702的閥部件700的另一實施例，通道710設置在該閥組中並且分流器720固定其中。該閥組702還限定了面704和流面706。分流器720單獨從閥組704分離形成並可被咬合在通道710中。根據本申請，分流器能夠由包括例如成形金屬或薄壁塑料在內的任何適當材料製成。為了將通道710分為第一和第二子通道712、714，分流器720主要包括大致延伸穿過通道寬度的薄板722。該薄板722具有分別對應於閥組702的第一和第二側部740、742的第一邊緣726和第二邊緣728。此外，薄板722位於通道710長度的大約一半處並大致從流面706偏置。
勾畫第二子通道714中的流面706的一部分以形成分別對應於閥組702的第一和第二側部740、742的第一和第二凹入側壁715、717。如圖20B最佳顯示的，具體描述了第二凹入側壁717，第一和第二凹入側壁715、717中的每一個具有從那裡向外延伸的凸鍵719和一對凸起的圓弧肋721。
圓弧肋721徑向向內從肩部723隔開一段大約等於分流器720的薄板722的厚度的距離，以形成分別對應於閥組702的第一和第二側部740、742的第一和第二槽746、748，所述肩部由凹入側壁715、717與流面706的剩餘部相交形成。第一和第二槽746、748中每一個的最終形狀大致對應於流體通道706的曲率，並且槽746、748從流面偏置的程度等於分流器720的薄板722被偏置的程度。
薄板722的第一和第二邊緣726、728都包括切口725，用於當分流器720的薄板722咬入槽746、748時將鍵719配合在第一和第二凹入側壁715、717中。由於槽746、748形成為對應流面706和通道710的形狀，平面薄板722同樣地彎曲為對應流面706和通道710的形狀。可以想見的是，為了容納多個薄板，閥組可包括多對從流面偏置並彼此偏置的槽。
參見圖23和24，描述了包括閥組802的閥部件800的另一實施例，通道810設置在該閥組中並且分流器820固定其中。該閥組802還限定了面804和流面806。優選地，在所示實施例中，閥組804由模壓塑料製成。為了將通道810分為多個子通道812、814，分流器820主要包括延伸穿過通道寬度的薄板822。此外，薄板822的形狀大致對應於流面806和通道810，並位於通道長度的大約一半處從而該薄板大致從流面806偏置。
為了將分流器820固定於本實施例中的閥部件800，分流器在閥組802進行模製之前形成。優選地，分流器820由金屬片製成，該金屬片預先形成對應於流面806和通道810的形狀。此外，分流器的薄板822包括對應於閥組802的第一和第二側部840、842的第一和第二邊緣826、828。為了生產該閥部件800，預先形成的分流器820在適當的位置插入用於生產閥組802的模具。接著塑性樹脂被導入模具並繞分流器820的第一和第二邊緣826、828固化。因此，在從模具去除閥部件800時，分流器820距流面806呈理想偏置量地懸掛在通道810中。可以想見的是，為了根據目前描述的固定方式生產出具有三個或更多子通道的閥部件，可在適當的位置將多個薄板插入模具。
參見圖26和27，描述了包括閥組902的閥部件900的另一實施例，通道910設置在該閥組中並且分流器920固定其中。該閥組902還限定了面904和流面906。為了將通道910分為多個子通道912、914，分流器920主要包括在閥組902的第一和第二側部940、942之間延伸穿過通道寬度的薄板922。此外，薄板922的形狀大致對應於流面906和通道910，並位於通道長度的大約一半處從而該薄板大致從流面偏置。在所示實施例中，為了將分流器固定於閥組，二者同時被模製在一起。因此，分流器和閥組必須由例如塑料或金屬的相同材料製成。可以想見的是，為了根據目前所述固定方式生產出具有三個或多個子通道的閥部件，可與閥組一起同時模製具有多個薄板的分流器。
參見圖28、29和30，顯示了用在換向閥中的閥部件1000的另一實施例，它用於提高熱泵效率。該閥部件1000包括限定出通道1010的閥組1002，用於重新定向穿過閥體設置的選定埠對之間的製冷劑流。閥組1002包括薄壁殼體1004和從殼體的邊沿正交延伸的凸緣1006。殼體的內表面限定出用於重新定向製冷劑流的流面1008。在所示實施例中，凸緣1006繞殼體1004的外圍延伸並在其下表面上限定第一面1009。通道1010形成在殼體1004中，並最好具有在第一面1009上測量的足以完全穿一對選定埠的長度。此外優選地，通道1010具有在第一面1009測量的足以完全橫穿圓形埠直徑的寬度。
殼體1004和凸緣1006最好由薄壁材料形成並可包括一層或多層材料。例如，根據本申請，殼體和凸緣可由金屬片或模壓塑料製成。此外，殼體和凸緣可由許多不同成型方法形成，例如拉拔、衝壓或真空模製。此外，殼體和凸緣每個都可由整體層、獨立層或整體和獨立層的組合形成。
為了如上所述減小使穿過通道1010的流體重新定向的負面影響，閥部件1000包括將通道分為第一和第二子通道1012、1014的分流器1020。分流器1020包括薄板1022，該網延伸穿過通道1010的寬度並大致對應於流面1008和通道的形狀。此外，薄板1022位於通道1010長度的大約一半處並大致從流面1008偏置。分流器1020單獨從殼體1004和凸緣1006分離制出並可被插入通道1010中。根據本申請，分流器1020能夠由例如金屬或塑料成型片材的任何適當薄壁材料製成。
為了將分流器1020固定於閥部件1000，分流器包括第一支腿1026和平行的第二支腿1028，這些支腿從薄板1022正交延伸並被該薄板間隔開。沿遠離第二支腿1028的方向從至少第一支腿1026伸出的是一個或多個棘刺1029。此外，閥組1002包括一個或多個切口1040，其設置為從通道1010進入殼體1004並定位接近於第一面1009。每個切口1040定位成對應一個棘刺1029。當分流器1020插入通道1010時，棘刺1029被收容在切口1040中。可以想見的，將棘刺收容在切口中還將該薄板精確地定位在通道中並確定該薄板和流面之間的偏置量。為了避免當閥部件切換位置時妨礙閥部件1000相對於閥體的滑動，包括第一和第二支腿1026、1028在內的分流器1020遠離面1009完全進入通道1010。可以想見的是，為了生產出具有三個或多個子通道的閥部件，分流器可包括多個薄板。
參見圖31和32，描述了具有閥組1102的閥部件1100的另一實施例，其形為限定出通道1110和固定在通道中的流體分離器1120的殼體1104。該閥組1102還包括從殼體1104的邊沿正交延伸的凸緣1106，其下表面限定了第一面1109。殼體1104的內表面限定出用於重新定向製冷劑流的流面1108。為了將通道1110分為多個子通道1112、1114，分流器1120包括延伸穿過通道寬度的薄板1122。此外，薄板1122的形狀大致對應於流面1108和通道1110，並位於通道長度的大約一半處從而該薄板大致從流面偏置。為了將薄板1122支撐在通道1110中，分流器1120還包括該薄板在其間延伸的、大致平行的第一和第二支腿1126、1128。
為了將分流器1120固定於閥部件1100，該分流器插入通道1110而使得第一和第二支腿1126、1128與殼體1104的第一和第二側部1140、1142對齊，從而薄板1122相對於通道精確定位。之後通過許多適當方法連結支腿1126、1128和對應側部1140、1142。例如，在分流器1120和殼體1104由金屬製成的情況下，支腿1126、1128和側部1140、1142能夠點焊或銅焊在一起。作為另一個例子，支腿1126、1128和側部1140、1142可通過粘合劑粘結在一起。可以想見的是，為了生產出具有三個或多個子通道的閥部件，分流器可包括多個薄板。
因此，本發明提供換向閥，用於減小穿過閥的壓降並從而提高製冷系統的效率。換向閥包括可在第一和第二位置之間選擇性運動的閥部件，從而橫穿不同的埠對。該閥部件限定了用於重新定向從第一橫穿埠向第二橫穿埠流動的流體的通道。為了降低由通道施加的衝擊和摩擦損失，閥部件包括將通道分為多個子通道的分流器。除了製成多個子通道之外，分流器還提供帶附加結構支撐的閥部件，以抵抗由於存在於換向閥內的壓差而產生的閥部件變形或倒塌。
這裡引用的包括出版物、專利申請和專利在內的所有參考文獻通過參考其相同內容在此結合，就像每個參考文獻逐一、明確地被指定結合作為參考並且其全部內容已在此闡明了一樣。
在描述本發明的上下文中(特別是下列權利要求的上下文中)，除非另有解釋或與上下文有所牴觸，術語「一」、「一個」、「該」及類似對象應解釋為覆蓋單個或多個對象。除非另作說明，術語「由......組成」、「具有」、「包括」及「包含」應解釋為開放性術語(即意思是「包括，但不僅限於」)。這裡對數值範圍的描述僅意欲用作落入該範圍的每個離散值的簡寫方法，除非另有陳述，每個離散值結合在說明書中，就像它已被進行了具體描述一樣。這裡所述的所有方法能夠以任何適當的次序執行，除非另有陳述或者明顯地與上下文相牴觸。任何例子的使用或這裡提供的示例性術語(例如「例如」)都僅僅是為了更好地描述本發明而不意欲限制本發明的範圍，除非另有聲明。說明書的術語不應當解釋為指代了任何本發明的應用所需的未聲明的部件。
本發明的優選實施例在此進行了描述，它包括發明家們已知的用於實現本發明的最佳方式。在閱讀前述描述的基礎上這些優選實施例的變型對本領域普通技術人員而言是顯而易見的。發明家能預料到熟練工人可以酌情運用這些變化，並且發明家們希望本發明用除這裡具體描述的方式之外的方式來實現。因此，如適用法律所允許的，本發明包括所附權利要求中所述主題的所有修改和等效物。此外，除非另有陳述或者明顯地與上下文相牴觸，上述元件在其全部可能的變化形式下的任何組合都被本發明所包括。
權利要求
1.一種換向閥，包括限定出內腔的管狀閥體，該閥體包括設置於其中的第一、第二、第三和第四埠；閥部件，其限定出用於在第二、第三或第四埠中的可選對之間提供流路的通道，該閥部件包括將通道分為多個子通道的分流器，該閥部件接近於該第二、第三和第四埠並相對於它們可動；在閥體內部往復可動並接合於閥部件的致動器；由此，當致動器移向第一位置時，通道橫穿第二和第三埠從而建立第二和第三埠之間的流體連通，同時藉助於內腔形成第一和第四埠之間的流體連通；並且由此，當致動器移向第二位置時，通道橫穿第二和第四埠從而建立第二和第四埠之間的流體連通，同時藉助於內腔形成第一和第三埠之間的流體連通。
2.如權利要求1所述的換向閥，其中通道具有長度和寬度並在閥部件內限定流面，該分流器包括大致位於通道中並大致延伸穿過通道寬度的薄板，該薄板大致從流面偏置並將通道分為第一和第二子通道。
3.如權利要求2所述的換向閥，其中流面彎過通道長度，並且該薄板的形狀大致對應於該流面。
4.如權利要求3所述的換向閥，其中該分流器包括大致位於第二子通道中並將該第二子通道分為第二和第三子通道的第二薄板，該第二薄板的形狀大致對應於該第一薄板並大致從該第一薄板偏置。
5.如權利要求2所述的換向閥，其中閥部件包括限定出一個面的剛性閥組，該通道設置到該面中，並且該流面沿著閥組的長度延伸。
6.如權利要求5所述的換向閥，其中分流器單獨從閥組分離形成並被插入通道中，該分流器還包括第一支腿和第二支腿，該薄板在第一和第二支腿之間延伸。
7.如權利要求6所述的換向閥，其中該閥組包括伸入通道中的肩部並且該分流器通過第一支腿與肩部之間的咬合接合固定於該閥組。
8.如權利要求6所述的換向閥，其中該閥部件還包括延伸穿過通道的寬度並接近於所述面的支撐杆，並且該分流器通過該支撐杆固定於該閥組。
9.如權利要求6所述的換向閥，其中分流器通過由焊接、釺焊、壓入配合或粘結組成的方法固定於閥組。
10.如權利要求6所述的換向閥，其中該閥組包括伸入通道中的傾斜突起，該分流器包括穿過第一支腿設置的孔，該分流器通過將傾斜突起收容在孔中而固定於該閥組。
13.如權利要求5所述的換向閥，其中該閥組包括第一槽和第二槽，每個槽都設置在流面中與通道相對的側部上，分流器的薄板包括第一邊緣和相對的第二邊緣，該第一和第二邊緣分別收容在第一和第二槽中。
14.如權利要求5所述的換向閥，其中閥組和分流器整體模製在一起。
15.如權利要求2所述的換向閥，其中第二、第三和第四埠成排對齊，且第二埠位於第三和第四埠之間。
16.如權利要求15所述的換向閥，其中通道的長度定為，當致動器處於第一位置時足以完全橫穿第二埠和第三埠，而當致動器處於第二位置時足以完全橫穿第二和第四埠。
17.如權利要求2所述的換向閥，其中閥部件包括帶殼體的閥組，該通道形成在該殼體中。
18.如權利要求17所述的換向閥，其中分流器單獨從閥組分離形成並被插入通道中，該分流器還包括第一支腿和第二支腿，該薄板在第一和第二支腿之間延伸。
19.如權利要求18所述的換向閥，其中分流器通過基本由釺焊、焊接、釺焊或粘結組成的方法固定於閥組。
20.如權利要求18所述的換向閥，其中閥組包括從通道設置進入殼體的切口。
21.如權利要求20所述的換向閥，其中分流器的第一支腿包括在遠離第二支腿的方向伸出的棘刺，該分流器插入該通道從而該棘刺收容在該切口中。
22.如權利要求5所述的換向閥，其中閥組包括金屬材料。
23.如權利要求5所述的換向閥，其中閥組包括模壓塑料。
24.如權利要求1所述的換向閥，其中分流器包括成型金屬。
25.如權利要求1所述的換向閥，其中分流器包括模壓塑料。
26.如權利要求1所述的換向閥，其中管狀閥體包括圓筒形側壁，第一、第二、第三和第四埠穿過側壁設置，且第一埠定位成與第二、第三和第四埠相對。
27.如權利要求26所述的換向閥，其中第二、第三和第四埠沿側壁的軸向長度對齊，且第二埠位於第三和第四埠之間。
28.如權利要求27所述的換向閥，還包括第一、第二、第三和第四流體管，它們分別與第一、第二、第三和第四埠連通並大致遠離閥體延伸。
29.如權利要求28所述的換向閥，還包括用於使致動器在第一位置和第二位置之間致動的導閥。
30.一種閥部件，用於在閥體中第一位置和第二位置之間往復運動以在穿過閥體設置並成排布置的第一、第二和第三埠之間建立流體連通，該閥部件包括限定出面的閥組；設置在所述面中並限定出內部流面的通道，該通道具有長度和寬度，其長度在閥部件處於第一位置時足以完全橫穿第一和第二埠並且在閥部件處於第二位置時足以完全橫穿第二和第三埠；以及分流器，大致位於通道中並將該通道分為第一和第二子通道。
31.如權利要求32所述的閥部件，其中該分流器包括大致位於位於通道中並大致延伸穿過該通道的寬度的薄板，該薄板大致從流面偏置以將通道分為第一和第二子通道。
32.如權利要求33所述的閥部件，其中流面彎過通道長度，並且該薄板的形狀大致對應於該流面。
33.如權利要求34所述的閥部件，其中該分流器包括大致位於該通道中並大致從所述第一薄板偏置的第二薄板，該第二薄板將所述第二子通道進一步分為第二和第三子通道。
34.一種降低用於將流動逆轉180度方向的換向閥中的衝擊的方法，該方法包括(i)在換向閥中提供閥部件，該閥部件包括具有長度和寬度的通道；該通道大致沿其長度彎曲；以及(ii)用大致延伸穿過該通道寬度的分流器將該通道分為第一和第二子通道。
全文摘要
提供一種用於使製冷系統中的流體換向的換向閥。該換向閥包括閥體，該閥體具有設置在其中的第一、第二、第三和第四埠。閥體內部的閥部件可在橫穿第二和第三埠的第一位置與橫穿第二和第四埠的第二位置之間有選擇地移動。該閥部件限定出在所選各對埠之間引導流體的通道。該通道通常形為曲線，使所選埠之間的流體彎曲。為了減小穿過換向閥的壓降，包括將該通道分為多個子通道的分流器。將該通道分為多個子通道增加了通道的曲線比，這將減少通道中湍急的二次流的產生。分流器還為閥部件提供附加的結構支撐。
文檔編號F25B30/00GK101014791SQ200580029586
公開日2007年8月8日 申請日期2005年8月17日 優先權日2004年9月3日
發明者J·A·莫雷諾, L·B·霍爾, S·R·施內勒, R·E·巴拉德 申請人:德拉瓦蘭科有限公司