用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀以及换向方法与流程

用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀以及换向方法
1.本案是中国专利cn201711397157.2、用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀以及换向方法的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种换向阀，具体涉及一种用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀以及换向方法。


背景技术：

3.目前市场充斥着很多品种和规格的阀门，例如，液压阀门、气动阀门、真空阀门和化工阀门等等，但是，上述各类阀门通常只适用于常温环境中使用，无法应用于超低温环境，从而无法满足人们在超低温环境中的使用需求，例如，无法用于冷冻消融微创手术系统中。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀以及换向方法，可有效解决上述问题。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.本发明提供一种用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，所述用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀为电磁铁驱动的单电控杠杆波纹管阀，包括：阀体结构、波纹管密封结构、杠杆铰链增力结构和电磁铁发力结构；
7.所述阀体结构包括阀座、双锥面活动阀杆、上锥面密封座、下锥面密封座和活动阀芯接杆；
8.所述阀座的中心沿轴向设置进液腔室，所述进液腔室的左侧中心与进液口连通；所述进液腔室的右侧上下对称布置上出液端和下出液端；所述上出液端与上出液口连通；所述下出液端与下出液口连通；
9.在所述进液腔室的上部密封固定设置所述上锥面密封座；在所述进液腔室的下部对称设置所述下锥面密封座；所述上锥面密封座和所述下锥面密封座的轴心分别开设有上密封座孔和下密封座孔；
10.所述双锥面活动阀杆包括一体成形的双锥面密封芯头、上阀杆和下阀杆；所述双锥面密封芯头位于所述上锥面密封座和所述下锥面密封座之间的进液腔室中，所述上阀杆穿过所述上锥面密封座的上密封座孔，并且，所述上阀杆的外径小于所述上密封座孔的孔径，使所述上阀杆和所述上密封座孔之间形成第1上间隙流道，所述第1上间隙流道的一端与所述进液口连通，所述第1上间隙流道的另一端与所述上出液口连通；并且，所述双锥面密封芯头具有上密封锥面，该上密封锥面与所述上锥面密封座底部的上密封座锥面相适配，当所述双锥面密封芯头向上运动并紧贴所述上锥面密封座时，切断所述进液口和所述第1上间隙流道的通路，进而切断所述上出液口；当所述双锥面密封芯头向下运动远离所述
上锥面密封座时，所述进液口、所述第1上间隙流道到所述上出液口连通；
11.所述下阀杆与所述上阀杆对称布置；所述下阀杆穿过所述下锥面密封座的下密封座孔，并且，所述下阀杆的外径小于所述下密封座孔的孔径，使所述下阀杆和所述下密封座孔之间形成第1下间隙流道，所述第1下间隙流道的一端与所述进液口连通，所述第1下间隙流道的另一端与所述下出液口连通；并且，所述双锥面密封芯头具有下密封锥面，该下密封锥面与所述下锥面密封座底部的下密封座锥面相适配，当所述双锥面密封芯头向下运动并紧贴所述下锥面密封座时，切断所述进液口和所述第1下间隙流道的通路，进而切断所述下出液口；当所述双锥面密封芯头向上运动远离所述下锥面密封座时，所述进液口、所述第1下间隙流道到所述下出液口连通；
12.所述波纹管密封结构包括波纹管和弹性连接器；所述杠杆铰链增力结构包括第1传导活塞、增力连杆和第2传导活塞；
13.所述双锥面活动阀杆的上阀杆的顶部与所述活动阀芯接杆的一端固定连接；所述活动阀芯接杆的另一端与所述弹性连接器的一端连接；所述弹性连接器的另一端与所述第1传导活塞固定；在所述活动阀芯接杆的外部固定套设安装所述波纹管；
14.所述第2传导活塞和所述第1传导活塞左右相对设置；所述增力连杆的两端分别与所述第2传导活塞和所述第1传导活塞固定，形成杠杆结构；当所述第2传导活塞向上运动时，通过所述增力连杆驱动所述第1传导活塞向下运动；而当所述第1传导活塞向下运动时，通过所述弹性连接器和所述活动阀芯接杆，进而带动所述双锥面活动阀杆向下运动，从而关闭下出液口，打开上出液口；当所述第2传导活塞向下运动时，通过所述增力连杆驱动所述第1传导活塞向上运动；而当所述第1传导活塞向上运动时，通过所述弹性连接器和所述活动阀芯接杆，进而带动所述双锥面活动阀杆向上运动，从而打开下出液口，关闭上出液口；
15.所述电磁铁发力结构用于产生驱动所述第2传导活塞向上运动或向下运动的驱动力。
16.优选的，所述波纹管密封结构还包括支撑套筒；所述支撑套筒套设于所述波纹管、所述弹性连接器和所述活动阀芯接杆的外部；所述支撑套筒的底端与所述阀座固定连接；所述支撑套筒的顶部与用于安装所述第1传导活塞的支撑结构固定连接。
17.优选的，所述电磁铁发力结构包括活动电磁磁化铁芯、电磁线圈、固定电磁磁化铁芯、连接杆、压缩弹簧和安装结构件；
18.所述安装结构件的内部具有安装腔室；所述第2传导活塞可滑动安装于所述安装腔室中；所述压缩弹簧布置于所述安装腔室且位于所述第2传导活塞的上方；当电磁线圈断电时，通过所述压缩弹簧的压力推动所述第2传导活塞向下运动；
19.所述连接杆布置于所述安装腔室中，且位于所述第2传导活塞的下方；所述连接杆的顶部与所述第2传导活塞连接；所述连接杆的底部与所述活动电磁磁化铁芯连接；在所述活动电磁磁化铁芯的下方固定设置所述固定电磁磁化铁芯；所述活动电磁磁化铁芯和所述固定电磁磁化铁芯均位于所述电磁线圈的内部；当所述电磁线圈通电时，由于所述活动电磁磁化铁芯和所述固定电磁磁化铁芯极性相同，因此，排斥力推动所述活动电磁磁化铁芯向上运动，从而通过所述连接杆而推动所述第2传导活塞向上运动。
20.优选的，所述阀体结构还包括上阀杆导向活塞环和下阀杆导向活塞环；
21.所述上阀杆导向活塞环布置于所述进液腔室且位于所述上锥面密封座的上方；所述下阀杆导向活塞环布置于所述进液腔室且位于所述下锥面密封座的下方；所述双锥面活动阀杆的顶部穿过所述上密封座孔后，延伸到所述上阀杆导向活塞环的环孔中；所述双锥面活动阀杆的底部穿过所述下密封座孔后，延伸到所述下阀杆导向活塞环的环孔中。
22.优选的，所述阀体结构采用导热性低于阈值的不锈钢材料。
23.优选的，所述波纹管采用不锈钢金属波纹管结构。
24.本发明还提供一种基于用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀的换向方法，包括以下步骤：
25.步骤1，当电磁线圈通电时，由于活动电磁磁化铁芯和固定电磁磁化铁芯极性相同，同极相斥，因此，排斥力推动活动电磁磁化铁芯向上运动，从而通过连接杆而推动第2传导活塞向上运动；
26.当第2传导活塞向上运动时，通过增力连杆的作用，扩大了电磁力作用，从而产生更大的作用于第1传导活塞的向下作用下；该扩大的向下作用力迅速有力的推动第1传导活塞向下运动；当第1传导活塞向下运动时，通过用于缓减径向力的弹性连接器后，推动活动阀芯接杆向下运动，进而推动双锥面活动阀杆向下运动；而当双锥面活动阀杆向下运动时，双锥面活动阀杆有力的紧贴下锥面密封座，切断进液口和下出液口的通路，导通进液口和上出液口的通路；
27.步骤2，当电磁线圈断电时，活动电磁磁化铁芯和固定电磁磁化铁芯的排斥力消失，压缩弹簧的压力推动第2传导活塞向下运动；
28.当第2传导活塞向下运动时，通过增力连杆的作用，扩大了压缩弹簧的压力作用，从而产生更大的作用于第1传导活塞的向上作用下；该扩大的向上作用力迅速有力的带动第1传导活塞向上运动；当第1传导活塞向上运动时，通过用于缓减径向力的弹性连接器后，带动活动阀芯接杆向上运动，进而带动双锥面活动阀杆向上运动；而当双锥面活动阀杆向上运动时，双锥面活动阀杆有力的紧贴上锥面密封座，切断进液口和上出液口的通路，导通进液口和下出液口的通路，由此实现换向阀换向功能。
29.本发明提供的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀以及换向方法具有以下优点：
30.本发明适于超低温环境下使用，特别是在小流量低温环境下使用。利用截止阀原理，通过切换双锥面活动阀杆封堵和打开上锥面密封座、下锥面密封座，实现超低温流体的换向。本发明的小流量液氮低温系统的两位三通换向阀具有体积小，冷损少，泄露量小以及响应快的特点，使用性能优异。本发明为冷冻消融微创手术系统的内管路系统设计，提高冷冻消融微创手术系统的冷热转换效率，为进一步推广冷冻消融技术打下基础。
附图说明
31.图1为本发明提供的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀的剖面结构示意图。
具体实施方式
32.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合
附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”和“上”、“下”是基于该小流量液氮低温两位三通换向阀的具体使用习惯确定，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.本发明提供一种用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀以及换向方法，是一款非常适用于冷冻消融微创手术系统的阀箱的超低温小流量液氮换向阀，能够实现现有换向阀的功能，但本发明所述小流量液氮低温两位三通换向阀的阀体结构体积更小，适于超低温环境下使用，特别是在小流量低温环境下使用。又通过杠杆增力作用，还能够保证实现换向阀可靠迅速的换向效果，使用性能优异。本发明为冷冻消融微创手术系统的内管路系统设计，提高冷冻消融微创手术系统的冷热转换效率，为进一步推广冷冻消融技术打下基础。
35.参考图1，用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，为一种电磁铁驱动的单电控杠杆波纹管阀，包括紧凑的阀体结构、波纹管密封结构、杠杆铰链增力结构和电磁铁发力结构。下面对这四大结构分别详细介绍：
36.(一)阀体结构
37.本发明的阀体结构将不同通路的两出液腔室上下布置，中间为进液腔室，通过上下锥形密封座与两出液腔室相贯通，双锥面活动阀杆置于中间进液腔室，向上或向下运动封堵住一个锥形密封座的座孔，就会打开另外的一个锥形密封座的座孔，实现将进入阀体的低温液氮工质按需求切换到指定的下游通道管路中。
38.具体的，阀体结构包括阀座5、双锥面活动阀杆2、上锥面密封座1、下锥面密封座3和活动阀芯接杆7；
39.阀座5的中心沿轴向设置进液腔室，进液腔室的左侧中心与进液口16连通；进液腔室的右侧上下对称布置上出液端和下出液端；上出液端与上出液口17连通；下出液端与下出液口18连通；因此，两位三通换向阀有3个对外管道连接口，分别是进液口、上出液口和下出液口。
40.在进液腔室的上部密封固定设置上锥面密封座1；在进液腔室的下部对称设置下锥面密封座3；上锥面密封座1和下锥面密封座3的轴心分别开设有上密封座孔和下密封座孔；其中，锥形密封座的材料为ptfe，以锁紧螺母压紧固定在阀座定位圆孔中。
41.双锥面活动阀杆2包括一体成形的双锥面密封芯头2.1、上阀杆2.2和下阀杆2.3；双锥面密封芯头2.1位于上锥面密封座1和下锥面密封座3之间的进液腔室中，上阀杆2.2穿过上锥面密封座1的上密封座孔，并且，上阀杆2.2的外径小于上密封座孔的孔径，使上阀杆2.2和上密封座孔之间形成第1上间隙流道，第1上间隙流道的一端与进液口16连通，第1上间隙流道的另一端与上出液口17连通；并且，双锥面密封芯头2.1具有上密封锥面，该上密封锥面与上锥面密封座1底部的上密封座锥面相适配，当双锥面密封芯头2.1向上运动并紧贴上锥面密封座1时，切断进液口16和第1上间隙流道的通路，进而切断上出液口17；当双锥面密封芯头2.1向下运动远离上锥面密封座1时，进液口16、第1上间隙流道到上出液口17连通；
42.下阀杆2.3与上阀杆2.2对称布置；下阀杆2.3穿过下锥面密封座3的下密封座孔，并且，下阀杆2.3的外径小于下密封座孔的孔径，使下阀杆2.3和下密封座孔之间形成第1下间隙流道，第1下间隙流道的一端与进液口16连通，第1下间隙流道的另一端与下出液口18连通；并且，双锥面密封芯头2.1具有下密封锥面，该下密封锥面与下锥面密封座3底部的下密封座锥面相适配，当双锥面密封芯头2.1向下运动并紧贴下锥面密封座3时，切断进液口16和第1下间隙流道的通路，进而切断下出液口18；当双锥面密封芯头2.1向上运动远离下锥面密封座3时，进液口16、第1下间隙流道到下出液口18连通。也就是说，活动阀杆利用截止阀原理，封堵一个密封座的同时，打开另外一个同轴布置的密封座，实现液路换向的目的。实际应用中，双锥面活动阀杆、上锥面密封座和下锥面密封座的密封材料选择要求软、硬结合，以获得更好的密封性能。
43.此外，双锥面活动阀杆为了获得与上下锥面密封座精确的对中性能，双锥面活动阀杆的两端采用双导向活塞环支撑，保证双锥面活动阀杆与锥面密封座的中心轴一致。即：阀体结构还包括上阀杆导向活塞环4和下阀杆导向活塞环19。
44.上阀杆导向活塞环4布置于进液腔室且位于上锥面密封座1的上方；下阀杆导向活塞环19布置于进液腔室且位于下锥面密封座3的下方；双锥面活动阀杆2的顶部穿过上密封座孔后，延伸到上阀杆导向活塞环4的环孔中；双锥面活动阀杆2的底部穿过下密封座孔后，延伸到下阀杆导向活塞环19的环孔中。
45.其中，阀杆导向活塞环材料为耐磨青铜材料，阀杆导向活塞环用螺母锁紧固定在双锥面活动阀杆的两端。双锥面活动阀杆材料为304不锈钢材料，其外锥面与密封座内孔锥面一致。双锥面活动阀杆与密封座压紧后，依靠软硬变形贴合，达到严格密封，减小换向阀关闭通道的泄漏量。
46.(二)波纹管密封结构和杠杆铰链增力结构
47.波纹管密封结构包括波纹管6和弹性连接器8；弹性连接器材料为65mn弹簧钢，淬火处理，有较高的弹性；为提高其弹性变形能力，弹性连接器沿轴线布置线切割加工横缝。
48.杠杆铰链增力结构包括第1传导活塞9、增力连杆11和第2传导活塞12；
49.双锥面活动阀杆2的上阀杆2.2的顶部与活动阀芯接杆7的一端固定连接；活动阀芯接杆7的另一端与弹性连接器8的一端连接；弹性连接器8的另一端与第1传导活塞9固定；在活动阀芯接杆7的外部固定套设安装波纹管6；波纹管密封结构还包括支撑套筒20；支撑套筒20套设于波纹管6、弹性连接器8和活动阀芯接杆7的外部；支撑套筒20的底端与阀座5固定连接；支撑套筒20的顶部与用于安装第1传导活塞9的支撑结构固定连接。
50.设置弹性连接器的主要作用为：由于活动阀芯接杆由2至3段短轴组成，整体长度较长，如果不设置弹性连接器，在活动阀芯接杆上下运动进行阀门换向的过程中，易产生径向侧力，从而易发生阀开闭不顺畅的情况。而由于短轴间依靠弹性连接器连接，因此，在保持轴向力的同时，卸载不必要的径向力，保证阀开闭顺畅。
51.双锥面活动阀杆外接较长的活动阀芯接杆，作用为：由于本发明的换向阀，是一种尤其适用于超低温液氮环境使用的换向阀，因此，通过设置较长的活动阀芯接杆，可延长冷量传导路径，通过较长路径的环境换热，由低温渐变到常温，不将冷量传导到电磁线圈，从而使其适用于超低温环境。
52.另外，由于本发明的换向阀，是一种尤其适用于超低温液氮环境使用的换向阀，对
于普通的密封垫圈，无法用于此种环境。因此，活动阀杆及其延长杆结构的活动件的动密封为金属波纹管结构密封，该阀的不锈钢金属波纹管为变形能力较好的不锈钢焊接波纹管，金属波纹管为316l不锈钢焊接波纹管，金属波纹管的一端与活动阀芯接杆焊接在一起，金属波纹管的另一端和金属密封垫用锁紧螺母压紧固定在不锈钢阀座的端面，316l不锈钢焊接波纹管内腔与阀座内腔形成密闭腔室，其中金属密封垫为紫铜垫，从而实现了流体介质的密封。
53.杠杆铰链增力结构的主要作用为：活动阀芯接杆通过杠杆与发力的电磁铁芯和弹簧结构相连接。杠杆机构为增力结构，将电磁力和弹簧力放大，满足阀杆和锥面密封座的压紧密封力需求。
54.具体的，第2传导活塞12和第1传导活塞9左右相对设置；增力连杆11的两端分别与第2传导活塞12和第1传导活塞9固定，形成杠杆结构；当第2传导活塞12向上运动时，通过增力连杆11驱动第1传导活塞9向下运动；而当第1传导活塞9向下运动时，通过弹性连接器8和活动阀芯接杆7，进而带动双锥面活动阀杆2向下运动，从而关闭下出液口18，打开上出液口17；当第2传导活塞12向下运动时，通过增力连杆11驱动第1传导活塞9向上运动；而当第1传导活塞9向上运动时，通过弹性连接器8和活动阀芯接杆7，进而带动双锥面活动阀杆2向上运动，从而打开下出液口18，关闭上出液口17。
55.(三)电磁铁发力结构
56.电磁铁发力结构用于产生驱动第2传导活塞12向上运动或向下运动的驱动力。电磁铁发力结构包括活动电磁磁化铁芯13、电磁线圈14、固定电磁磁化铁芯15、连接杆21、压缩弹簧10和安装结构件；
57.安装结构件的内部具有安装腔室；第2传导活塞12可滑动安装于安装腔室中；压缩弹簧10布置于安装腔室且位于第2传导活塞12的上方；当电磁线圈14断电时，通过压缩弹簧10的压力推动第2传导活塞12向下运动；
58.连接杆21布置于安装腔室中，且位于第2传导活塞12的下方；连接杆21的顶部与第2传导活塞12连接；连接杆21的底部与活动电磁磁化铁芯13连接；在活动电磁磁化铁芯13的下方固定设置固定电磁磁化铁芯15；活动电磁磁化铁芯13和固定电磁磁化铁芯15均位于电磁线圈14的内部；当电磁线圈14通电时，由于活动电磁磁化铁芯13和固定电磁磁化铁芯15极性相同，因此，排斥力推动活动电磁磁化铁芯13向上运动，从而通过连接杆21而推动第2传导活塞12向上运动。
59.为提高本发明小流量液氮低温两位三通换向阀机构运行的精度和可靠性，结构上加长了本发明所述的第2传导活塞的导向长度，通过在第2传导活塞下方焊接导向环的形式，即加长了第2传导活塞12的导向长度，又不太大增加换向阀的体积和重量。第2传导活塞的焊接导向环为焊接青铜材料。
60.本发明的执行机构和动力机构用杠杆机构连接，其中杠杆为增力结构，将电磁力、弹簧力放大，满足阀杆和锥面密封座的压紧密封力需求。在该结构中，杠杆两端分别套在与传导活塞的缺口内，动力机构的传导活塞上下移动带动杠杆摆动，使杠杆另一端执行机构的传导活塞也上下移动，通过弹性连接器带动活动阀杆上下移动，与上下两不同通道的密封座闭合或打开，实现液路切换。在本发明中，执行机构为活动阀杆运动结构；动力机构为压缩弹簧和电磁铁结构。
61.本发明的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，为降低阀体结构带给液氮工质的冷量损失，减小其阀体结构的体积和质量，结构设计时阀体质量最小化，阀体材料选用导热性较差的304不锈钢材料。
62.本发明还提供一种基于用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀的换向方法，包括以下步骤：
63.步骤1，当电磁线圈14通电时，由于活动电磁磁化铁芯13和固定电磁磁化铁芯15极性相同，同极相斥，因此，排斥力推动活动电磁磁化铁芯13向上运动，从而通过连接杆21而推动第2传导活塞12向上运动；
64.当第2传导活塞12向上运动时，通过增力连杆11的作用，扩大了电磁力作用，从而产生更大的作用于第1传导活塞9的向下作用下；该扩大的向下作用力迅速有力的推动第1传导活塞9向下运动；当第1传导活塞9向下运动时，通过用于缓减径向力的弹性连接器8后，推动活动阀芯接杆7向下运动，进而推动双锥面活动阀杆2向下运动；而当双锥面活动阀杆2向下运动时，双锥面活动阀杆2有力的紧贴下锥面密封座3，切断进液口16和下出液口18的通路，导通进液口16和上出液口17的通路；
65.步骤2，当电磁线圈14断电时，活动电磁磁化铁芯13和固定电磁磁化铁芯15的排斥力消失，压缩弹簧10的压力推动第2传导活塞12向下运动；
66.当第2传导活塞12向下运动时，通过增力连杆11的作用，扩大了压缩弹簧10的压力作用，从而产生更大的作用于第1传导活塞9的向上作用下；该扩大的向上作用力迅速有力的带动第1传导活塞9向上运动；当第1传导活塞9向上运动时，通过用于缓减径向力的弹性连接器8后，带动活动阀芯接杆7向上运动，进而带动双锥面活动阀杆2向上运动；而当双锥面活动阀杆2向上运动时，双锥面活动阀杆2有力的紧贴上锥面密封座1，切断进液口16和上出液口17的通路，导通进液口16和下出液口18的通路，由此实现换向阀换向功能。
67.由此可见，本发明提供的一种可用于冷冻消融微创手术系统中的小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，在结构上，阀体体积小于现有的超低温阀体积，降低阀体结构带给液氮公质的冷量损失，提高冷冻消融微创手术系统冷量使用效率；由于采用截止阀结构做换向阀，大大降低了换向阀的泄漏量，提高冷冻消融微创手术系统的冷热转换效率，为推广冷冻消融微创手术创造了条件。
68.以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，包括阀体结构，所述阀体结构包括：阀座(5)，所述阀座(5)的中心沿轴向设置有进液腔室，所述进液腔室的左侧与进液口(16)连通；所述进液腔室的右侧分别设置有上出液端和下出液端；所述上出液端与上出液口(17)连通，所述下出液端与下出液口(18)连通；上锥面密封座(1)，其设置在所述进液腔室的上部；下锥面密封座(3)，其设置在所述进液腔室的下部；以及双锥面活动阀杆(2)，所述双锥面活动阀杆(2)贯穿所述进液腔室，所述双锥面活动阀杆(2)向上运动并贴紧所述上锥面密封座(1)时，使得所述进液口(16)与所述上出液口(17)之间连通；所述双锥面活动阀杆(2)向下运动并贴紧所述下锥面密封座(3)时，使得所述进液口(16)与所述下出液口(18)之间连通。2.根据权利要求1所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，所述双锥面活动阀杆(2)包括一体成形的双锥面密封芯头(2.1)、上阀杆(2.2)和下阀杆(2.3)，所述双锥面密封芯头(2.1)位于所述上锥面密封座(1)和所述下锥面密封座(3)之间的进液腔室中；所述上阀杆(2.2)穿过所述上锥面密封座(1)的轴心开设的上密封座孔并与所述上密封座孔之间形成第1上间隙流道，所述第1上间隙流道分别与所述进液口(16)和所述上出液口(17)相连；所述下阀杆(2.3)穿过所述下锥面密封座(3)的轴心开设的下密封座孔并与所述下密封座孔之间形成第1下间隙流道，所述第1下间隙流道分别与所述进液口(16)和所述下出液口(18)相连；其中，所述双锥面密封芯头(2.1)向下运动以远离所述上锥面密封座(1)时，所述进液口(16)、所述第1上间隙流道和所述上出液口(17)之间连通，当所述双锥面密封芯头(2.1)向下运动至紧贴所述下锥面密封座(3)时，所述进液口(16)、所述第1下间隙流道和所述下出液口(18)之间的连通被切断；所述双锥面密封芯头(2.1)向上运动以远离所述下锥面密封座(3)时，所述进液口(16)、所述第1下间隙流道和所述下出液口(18)之间连通，当所述双锥面密封芯头(2.1)向上运动至紧贴所述上锥面密封座(1)时，所述进液口(16)、所述第1上间隙流道和所述上出液口(17)之间的连通被切断。3.根据权利要求2所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，所述双锥面密封芯头(2.1)具有上密封锥面和下密封锥面，其中，所述上密封锥面用于与所述上锥面密封座(1)底部的上密封座锥面相适配，以使所述双锥面密封芯头(2.1)能够紧贴所述上锥面密封座(1)；所述下密封锥面用于与所述下锥面密封座(3)底部的下密封座锥面相适配，以使所述双锥面密封芯头(2.1)能够紧贴所述下锥面密封座(3)。4.根据权利要求2或3所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，所述上阀杆(2.2)的外径小于所述上密封座孔的孔径，使所述上阀杆(2.2)和所述上密封座孔之间形成所述第1上间隙流道；所述下阀杆(2.3)的外径小于所述下密封座孔的孔径，使所述下阀杆(2.3)和所述下密
封座孔之间形成所述第1下间隙流道。5.根据权利要求2或3所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，还包括杠杆铰链增力结构，所述杠杆铰链增力结构包括增力连杆(11)、第1传导活塞(9)和第2传导活塞(12)，所述第1传导活塞(9)和所述第2传导活塞(12)在所述增力连杆(11)的左右两侧相对设置，且所述第1传导活塞(9)和所述第2传导活塞(12)分别与所述增力连杆(11)的两端固定以形成杠杆结构；所述双锥面活动阀杆(2)的上阀杆(2.2)的顶部与所述第1传导活塞(9)相连；当所述第2传导活塞(12)向上运动时，通过所述增力连杆(11)驱动所述第1传导活塞(9)向下运动，进而带动所述双锥面活动阀杆(2)向下运动，从而使得所述进液口(16)与所述上出液口(17)之间连通；当所述第2传导活塞(12)向下运动时，通过所述增力连杆(11)驱动所述第1传导活塞(9)向上运动，进而带动所述双锥面活动阀杆(2)向上运动，从而使得所述进液口(16)与所述下出液口(18)之间连通。6.根据权利要求5所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，还包括波纹管密封结构，所述波纹管密封结构包括波纹管(6)和弹性连接器(8)；所述阀体结构还包括活动阀芯接杆(7)，所述波纹管(6)固定套设在所述活动阀芯接杆(7)的外部，所述弹性连接器(8)的下端与所述阀芯接杆(7)的上端同轴地相连；所述双锥面活动阀杆(2)的上阀杆(2.2)的顶部通过所述活动阀芯接杆(7)和所述弹性连接器(8)与所述第1传导活塞(9)相连，所述弹性连接器(8)用于缓减径向力。7.根据权利要求6所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，所述波纹管密封结构还包括支撑套筒(20)；所述支撑套筒(20)套设于所述波纹管(6)、所述弹性连接器(8)和所述活动阀芯接杆(7)的外部；所述支撑套筒(20)的底端与所述阀座(5)固定连接；所述支撑套筒(20)的顶部与用于安装所述第1传导活塞(9)的支撑结构固定连接。8.根据权利要求5所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，所述用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀为电磁铁驱动的单电控杠杆波纹管阀；所述用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀还包括电磁铁发力结构，所述电磁铁发力结构用于产生驱动所述第2传导活塞(12)向上运动或向下运动的驱动力；所述电磁铁发力结构包括活动电磁磁化铁芯(13)、电磁线圈(14)、固定电磁磁化铁芯(15)和压缩弹簧(10)；所述固定电磁磁化铁芯(15)固定设置在所述活动电磁磁化铁芯(13)的下方，且所述活动电磁磁化铁芯(13)和所述固定电磁磁化铁芯(15)均位于所述电磁线圈(14)的内部；所述压缩弹簧(10)和所述活动电磁磁化铁芯(13)分别设置在所述第2传导活塞(12)的上方和下方，并分别与所述第2传导活塞(12)相连；当所述电磁线圈(14)通电时，所述活动电磁磁化铁芯(13)和所述固定电磁磁化铁芯(15)之间的排斥力推动所述活动电磁磁化铁芯(13)向上运动，从而推动所述第2传导活塞(12)向上运动；当所述电磁线圈(14)断电时，所述压缩弹簧(10)的压力作用在所述第2传导活塞(12)上并推动所述第2传导活塞(12)向下运动。9.根据权利要求8所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，所
述电磁铁发力结构还包括连接杆(21)和安装结构件，所述安装结构件的内部具有安装腔室；所述第2传导活塞(12)可滑动安装于所述安装腔室中，且压缩弹簧(10)和所述连接杆(21)均布置于所述安装腔室中；所述连接杆(21)位于所述第2传导活塞(12)的下方；所述活动电磁磁化铁芯(13)通过所述连接杆(21)与所述第2传导活塞(12)相连。10.根据权利要求2或3所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，所述阀体结构还包括上阀杆导向活塞环(4)，所述上阀杆导向活塞环(4)布置于所述进液腔室中且位于所述上锥面密封座(1)的上方；所述双锥面活动阀杆(2)的顶部穿过所述上密封座孔后，延伸到所述上阀杆导向活塞环(4)的环孔中。11.根据权利要求2或3所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，所述阀体结构还包括下阀杆导向活塞环(19)，所述下阀杆导向活塞环(19)布置于所述进液腔室中且位于所述下锥面密封座(3)的下方；所述双锥面活动阀杆(2)的底部穿过所述下密封座孔后，延伸到所述下阀杆导向活塞环(19)的环孔中。12.根据权利要求1-3中任一项所述的用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀，其特征在于，所述上锥面密封座(1)和所述下锥面密封座(3)的材料为ptfe，所述上锥面密封座(1)和所述下锥面密封座(3)分别被锁紧螺母压紧固定在所述阀座(5)的定位圆孔中；所述双锥面活动阀杆(2)分别与所述上锥面密封座(1)和所述下锥面密封座(3)贴紧后，依靠软硬变形贴合而密封。13.一种用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀的换向方法，其特征在于，包括以下步骤：动力机构推动阀体结构的双锥面活动阀杆(2)向上运动并贴紧上锥面密封座(1)，使得进液口(16)与上出液口(17)之间连通，从而进入阀体结构的液体可从上出液口(17)流出；或者动力机构推动阀体结构的双锥面活动阀杆(2)向下运动并贴紧下锥面密封座(3)，使得进液口(16)与下出液口(18)之间连通，从而进入阀体结构的液体可从下出液口(18)流出。14.根据权利要求13所述的换向方法，其特征在于，动力机构为电磁铁发力结构，所述电磁铁发力结构包括活动电磁磁化铁芯(13)、电磁线圈(14)、固定电磁磁化铁芯(15)和压缩弹簧(10)；其中，动力机构推动阀体结构的双锥面活动阀杆(2)向上运动并贴紧上锥面密封座(1)时，通过增力连杆(11)扩大电磁力作用；动力机构推动阀体结构的双锥面活动阀杆(2)向下运动并贴紧下锥面密封座(3)时，通过增力连杆(11)扩大压缩弹簧(10)的压力作用。15.根据权利要求13或14所述的换向方法，其特征在于，动力机构推动阀体结构的双锥面活动阀杆(2)向上运动并贴紧上锥面密封座(1)包括以下子步骤：电磁线圈(14)断电；压缩弹簧(10)的压力推动第2传导活塞(12)向下运动；通过与第2传导活塞(12)相连的增力连杆(11)扩大压缩弹簧(10)的压力作用以带动第
1传导活塞(9)向上运动；第1传导活塞(9)通过用于缓减径向力的弹性连接器(8)带动活动阀芯接杆(7)向上运动；活动阀芯接杆(7)带动双锥面活动阀杆(2)向上运动。16.根据权利要求13或14所述的换向方法，其特征在于，动力机构推动阀体结构的双锥面活动阀杆(2)向下运动并贴紧下锥面密封座(3)包括以下子步骤：电磁线圈(14)通电；活动电磁磁化铁芯(13)和固定电磁磁化铁芯(15)之间产生排斥力，排斥力推动活动电磁磁化铁芯(13)向上运动；活动电磁磁化铁芯(13)通过连接杆(21)推动第2传导活塞(12)向上运动；通过与第2传导活塞(12)相连的增力连杆(11)扩大电磁力作用以推动第1传导活塞(9)向下运动；第1传导活塞(9)通过用于缓减径向力的弹性连接器(8)推动活动阀芯接杆(7)向下运动；活动阀芯接杆(7)推动双锥面活动阀杆(2)向下运动。

技术总结
本发明提供一种用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀以及换向方法。用于小流量液氮低温系统的两位三通换向阀包括阀体结构，阀体结构包括阀座、上锥面密封座、下锥面密封座和双锥面活动阀杆。利用截止阀原理，通过切换双锥面活动阀杆封堵和打开上锥面密封座、下锥面密封座，实现超低温流体的换向。本发明的小流量液氮低温系统的两位三通换向阀具有体积小，冷损少、泄露量小以及响应快的特点。泄露量小以及响应快的特点。泄露量小以及响应快的特点。


技术研发人员：黄乾富
受保护的技术使用者：海杰亚(北京)医疗器械有限公司
技术研发日：2017.12.21
技术公布日：2023/7/28