CN104094025A - 气控阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制供应到燃气燃烧器的燃气的量的气控阀，它包括一直接压力调节器，其阀体可被电子控制步进电机移动。

Description

气控阀
本发明涉及一种用于控制供应到燃气燃烧器的燃气的量的气控阀，它包括一直接压力调节器，且其阀体可被电子控制步进电机移动。
从现有技术中已知各种气控阀，其中阀体对抗弹簧力而被诸如活塞线圈的磁性线圈所移置，由此控制阀的打开和关闭位置。例如，EP2 048 439A1也描述了步进电机在移动阀体时的用途，其中所述步进电机直接作用于径流式风扇的外壳部分上。
然而，使用活塞线圈作为驱动机构的解决方案的缺点是必然会出现机械和磁滞现象，由此当移动阀体时会导致控制不精确和向前精度不佳，这转而又会使燃气量不准确。当使用电磁线圈来移动气控阀中的阀体时，燃气燃烧器的调制频带也受到了明显的限制，且对所控制的燃气量只能保证较差的再现性。此外，流量取决于燃气网络中的压力，而后者会经受相当大的波动。
鉴于该问题，本发明的目的是提供一种气控阀，该气控阀使得燃气燃烧器相比于现有技术的燃烧器而言能够在更大的调制频带下运行，且以高度的再现性来控制供应到燃气燃烧器的燃气量。
这些目的通过根据权利要求1所述的气控阀而实现。
根据本发明所述的用于燃气燃烧器的气控阀包括：一直接压力调节器，该直接压力调节器具有带有进气口的外壳；一阀体，该阀体保持在外壳中，且其布置方式使得其可沿第一和第二轴向移动，并当气控阀处于关闭位置时，所述阀体抵接阀座；至少一个第一弹簧，该第一弹簧沿第一轴向而永久地作用于阀体上；以及一轴杆，该轴杆沿轴向移动，且通过第二弹簧而与阀体直接或间接啮合；通过使一电子控制和电动操作的步进电机作用于轴杆上，使得所述步进电机来移动轴杆，从而使阀体沿轴向而处于预先限定的纵向部分中，以打开和关闭气控阀。轴杆与阀体直接或间接啮合的特点被理解为是指沿轴向而作用于在气控阀中的阀体上的任何设计，由此移动其位置，而无论所述轴杆是否作为附加构件或其本身是否位于驱动器上。轴杆优选由金属制成。
直接压力调节器与电子控制步进电机在气控阀中的组合使得阀体的运动具有高度的向前精度，由此处于控制之中，这是因为阀体以可预先被精确限定的很小步长而从阀座中释放出来，且移动到可被精确限定的打开位置。即使在控制过程中，也可通过半步和全步电机而沿两轴向来实现对阀体运动的极其精确的控制。此外，与迄今所使用的诸如活塞线圈的驱动装置相比，由气控阀调节的燃气量的再现性得到了改善，这是因为不存在机械和磁滞效应，这些效应在移动阀体时总会导致不准确性，因而对再现性具有负面影响。
在一有利的实施方式中，直接压力调节器的设计方式使得阀体被保持在膜片的中心，且燃气沿轴向而进入到膜片与阀座之间；其结果是，在第一轴向上的燃气压力作用于膜片上，且在相反的第二轴向上的燃气压力作用于阀体上或作用于沿径向而向外延伸的阀体部分上。阀体由此处于受第一弹簧的弹簧力影响的力平衡中，而作用于膜片上的外部压力和燃气压力将阀体保持在第一轴向上，且作用于阀体上的燃气压力和步进电机的力处于第二轴向上。
这保证，只需步进电机的小冲程即可沿第二轴向以预先限定的方式而从阀座上释放阀体，从而通过阀隙来释放预先限定的每单位时间的燃气量。通过使用根据本发明而设计的具有力平衡的直接压力调节器，允许燃气通道的较大通道直径为15-35mm，优选为15-25mm；其结果是，阀体从阀座上的所需整体提升高度大幅下降，且不超过3-8mm，优选为3-5mm。对于现有技术的气控阀，阀需被提升至少10mm。通过减少沿轴向的所需提升高度，产生该轴向运动的步进电机可应用在非常简单而又相对合算的设计中，由此使气控阀的总成本显著降低。也可通过提供力平衡而将外壳直径以及在气控阀中阀隙的大小设计成比现有技术的调节器大许多，且不会对控制精度造成负面影响。根据本发明，外壳的外径“c”可以是30-50mm，而用于确定流过气控阀的燃气量的阀隙的开口宽度“b”优选为2-5mm，特别为3-5mm。直接压力调节器的尺寸使得调制频带比在迄今所使用的气控阀中的调制频带至少大20％。
由于第二弹簧布置在轴杆与阀体之间，所以阀体沿第二轴向的运动也可被更加精确地控制，且所述弹簧沿第二轴向而作用于阀体上。当使用步进电机时，于是有可能通过电子装置而以单步和半步来控制阀体的预先限定的开口位置。为鼓励紧凑的设计，第二弹簧在优选的实施方式中布置在中空阀体内，且所述弹簧沿步进电机的轴杆而在轴向上延伸。在根据本发明所述的一有利实施方式中，阀座是由气控阀的部分外壳而形成的；其结果是，气控阀内的附加构件可尽可能被省略，由此可将构造设计得尽可能小些，尤其是沿轴向上。
有利的实施方式是，形成阀座的外壳部分是在圆周方向上沿径向而向气控阀的中心线延伸的突起。沿径向而指向内部的突起的边缘区域充当阀体的接触面。
在一实施方式中，直接压力调节器可通过密封板而与步进电机分离，且所述密封板布置在步进电机与膜片之间。在密封板的中央区域中设置一凹部，轴杆延伸通过所述凹部且在步进电机与阀体之间产生间接连接。密封板并不绝对地密封直接压力调节器，而只是达到标准(例如DIN-EN13611)所要求的程度，这些标准指出，特定燃气量(小于每小时70升)可通过密封板中的凹部而逸出。具有密封板的气控阀的实施方式的有利之处在于，所使用的步进电机本身无需被设计成具有气密性，因而至少便宜20％。
优选地，虽然并不局限于以下所述，具有密封板的气控阀的一实施方式可具有布置在直接压力调节器与步进电机之间的附件，且步进电机固定在所述附件上。通过位于步进电机与作用于阀体上的第二弹簧之间的轴杆，可产生连接。附件同样是非气密的，由此可设计得合算些。具有密封板和附件的解决方案比直接置于直接压力调节器上的气密步进电机至少便宜20％。密封板优选由金属制成。
在一有利的实施方式中，气控阀被设计成可互换的模块，其中“可互换的模块”是指气控阀是一种可与其他构件结合的独立构件。将气控阀设计成模块使得所述控制阀可被安装到为此目的而提供的任意数量的构件上，且然后通过适当的接口而被再次移除。
在一优选的实施方式中，至少部分外壳被设计成匣盒插件，这使得有可能将模块形式的气控阀设计得紧凑些，且将其插入或拧入到风扇装置或燃气-空气混合装置的外壳内。在这种情形下，如果在外壳的外面以匣盒插件的形式而设置螺钉、法兰或类似的可拆卸的固定装置，则是有利的。如果用于确定燃气流量或燃气量的构件被容纳在这样的匣盒插件中，且由此在将匣盒拧入到相应的外壳内时位于气流通道内，则也是有利的。“匣盒插件”在这种情形下被限定为一外壳部分，该外壳部分适于插入到另一构件内，且无需在其他构件上设置任何另外的结构措施，而非使其形状适应所述插件。
通过使用模块化的气控阀设计，使开发时间缩短，这是因为模块只需开发一次，即可在日后用于多种成品中，例如用于风扇外壳、燃气阀外壳或燃气-空气歧管中。此外，可单独制造模块，并对其功能进行测试，且用于模块化气控阀的测试装置能够比那些不得不在现有技术中用于完整构件的测试装置小许多，所述完整构件例如是指具有气控阀的风扇外壳以及布置在其上的安全阀。
在匣盒插件的外表面上设置至少一个肩部也是有利的，且至少一个密封装置例如以密封环的形式而布置在所述肩部上。在一优选的解决方案中，设置有两个肩部，其中在第一肩部所在的区域中，步进电机被置于直接压力调节器上，且在操作期间气控阀抵接另一构件(例如风扇外壳、燃气阀外壳)；其结果是，密封装置将气控阀从构件上密封隔开。第二肩部优选位于匣盒插件区域的外部，该区域在构件的内部以适配状态而延伸，且肩部与确定燃气通道的那些构件部分抵接。密封装置布置在位于第二肩部上的匣盒插件的外面，由此将燃气通道密封在构件内。这确保在构件内部的燃气通道穿过气控阀，而非在外部穿过匣盒插件。
对于本发明的其他有利实施方式的特点，参见从属权利要求中的描述、或在下文中通过结合附图而对本发明的优选实施方式所作的更加详细的描述，其中：
图1是一种具有气密驱动器的气控阀的侧剖视图；
图2是一种具有非气密驱动器的气控阀的侧剖视图；以及
图3是一种模块化设计的具有插入式气控阀的风扇的透视图。
附图通过举例的方式显示了所需构件，从而以示意性形式来说明本发明，且在每种情形下使用相同的参考编号来标识同一构件。
图1显示布置在直接压力调节器上的具有步进电机6的气控阀1。气控阀1被整体设计成可互换的模块，且外壳2形成部分模块，该部分模块插入到各个成品(例如燃气阀外壳、风扇外壳、歧管)内且固定在其中。外壳2为此被设计成匣盒7，所述匣盒在操作期间布置在燃气通道区域中，且容纳用于调节每单位时间燃气量的构件。中空阀体3通过膜片9而保持在匣盒型外壳2中，且膜片9固定到外壳2上，形成相对于步进电机6的表面分界。补偿开口17允许在膜片9的上方区域中出现压力平衡。
外壳2具有突起14，该突起14在圆周方向上沿径向而向气控阀的中心线延伸，且所述突起形成阀体3的阀座4。第一弹簧8布置在外壳2与阀体3之间，且所述弹簧沿第一轴向Y1而作用于阀体3上，并将阀体压在阀座4上。燃气沿轴向而流入到在膜片9与阀座4之间的气控阀1中；其结果是，在第一轴向Y1上的燃气压力作用于膜片9上，且在相反的第二轴向Y2上的燃气压力作用于阀体3上或作用于沿径向而向外延伸的阀体3上的部分上。由燃气压力施加在阀体3上的力由此作用于两个轴向Y1、Y2上，且基本上合计等于零。步进电机6具有轴杆5，力可通过该轴杆5沿第二轴向Y2而间接作用于阀体3上，以移动所述阀体。在所示实施方式中，沿轴向延伸的第二弹簧10布置在阀体3内，且步进电机6的轴杆5沿第二轴向Y2而作用于所述弹簧上，以从阀座4上释放阀体3。由步进电机6通过第二弹簧10而施加的力作用于第一弹簧8的力上，且外部压力在气控阀1之外占优势。由于燃气压力和弹簧力的作用，阀体3经历了力平衡；其结果是，轴杆5沿第二轴向Y2所做的任何轴向运动均直接导致阀体3从阀座4上相应提升。该力平衡使得有可能设计外壳2的直径，且阀体3和被阀体3释放的阀隙16的大小至少为5mm；其结果是，阀体3需从阀座上提升的绝对距离在轴向上可限制为3mm。外壳2的外径为40-60mm，阀体的外径为15-20mm，以及为使燃气流经阀座4而释放的周阀隙16(在区段14与阀体3之间的距离)的大小为5mm。
图2显示具有与图1所示相同的直接压力调节器的气控阀1，包括外壳2，且在阀座4上布置有匣盒7、阀体3、阀座4、弹簧8和10以及膜片9。与图1所示的实施方式不同的是，在此使用的是非气密步进电机6，所述步进电机通过附件2’而固定在气控阀1的外壳2上，步进电机6通过金属轴杆5而间接作用于阀体3上，且轴杆5被用作在阀体3与步进电机6之间的延伸杆。金属密封板11布置在步进电机6与膜片3之间，且所述密封板在中央的中区内具有凹部12，轴杆5延伸通过所述凹部。在出现失误的情形下，一定量的燃气可通过凹部12而逸出，但逸出量很小，因而仍遵守适用的国际标准。金属密封板11被插入到外壳2内，且通过用于保持步进电机6的附件2’而固定到外壳2上。在附件2’中设置补偿开口17，以平衡压力。该设计意味着可使用非气密步进电机6，由此比气密步进电机至少便宜30％。在被设计成匣盒插件7的外壳2上设置密封装置13、13’，且所述密封装置避免燃气越过气控阀1而逸出。附件2’在其外侧上具有孔，且未在图中示出的螺钉可通过所述孔而被固定，从而将气控阀1附接到附加构件上。
图3是气控阀1的示意透视图，其中气控阀1固定在另一构件中，使得其可被释放，且所述其他构件显示为风扇外壳40的形式。插件15’为此而被设置在风扇外壳40上，且有可能将控制阀1和燃气安全阀20插入到这些插件内，并通过螺钉固定。燃气-空气混合物直接在风扇外壳40中产生，然后供应给燃烧器。

Claims (15)

1.一种用于控制供应到燃气燃烧器的燃气的量的气控阀，包括：
-直接压力调节器，包括：
i.具有进气口的外壳(2)；
ii.保持在所述外壳(2)中的阀体(3)，所述阀体的布置方式使得其能够沿第一轴向(Y1)和第二轴向(Y2)移动，且当所述气控阀(1)处于关闭位置时与阀座(4)抵接；
iii.至少一个第一弹簧(8)，其沿所述第一轴向(Y1)而永久地作用于所述阀体(3)上；以及
iv.一轴杆(5)，该轴杆(5)可沿所述轴向(Y1,Y2)移动，且通过第二弹簧(10)而与所述阀体(3)直接或间接啮合；以及
-一电子控制步进电机(6)，其作用于所述轴杆(5)且移动所述轴杆(5)，由此使处于预先限定的纵向部分上的所述阀体(3)位于所述轴向(Y1,Y2)上，以打开和关闭所述气控阀(1)。
2.根据权利要求1所述的气控阀，其特征在于，所述步进电机(6)是非气密步进电机。
3.根据前述权利要求中的至少一个所述的气控阀，其特征在于，所述阀体(3)由膜片(9)保持，且燃气沿轴向而流入到所述膜片(9)与所述阀座(4)之间；其结果是，在所述第一轴向(Y1)上的燃气压力作用于所述膜片(9)上，且在所述相反的第二轴向(Y2)上的燃气压力作用于所述阀体(3)上。
4.根据前述权利要求中的至少一个所述的气控阀，其特征在于，所述第二弹簧(10)布置在所述轴杆(5)与所述阀体(3)之间，且沿所述第二轴向(Y2)而作用于所述阀体(3)上。
5.根据前述权利要求中的至少一个所述的气控阀，其特征在于，所述第二弹簧(10)布置在所述中空阀体(3)内。
6.根据前述权利要求中的至少一个所述的气控阀，其特征在于，所述阀座(4)是由部分所述外壳(2)形成的。
7.根据前述权利要求所述的气控阀，其特征在于，形成所述阀座(4)的所述外壳(2)部分是在圆周方向上沿径向而向所述气控阀(1)的中心线延伸的突起。
8.根据前述权利要求中的至少一个所述的气控阀，其特征在于，当所述气控阀(1)处于打开的位置时，在所述阀座(3)上形成的阀隙(16)的大小至少为5mm。
9.根据前述权利要求所述的气控阀，其特征在于，当所述阀体(3)沿所述第二轴向(Y2)而从所述关闭位置最大移动3mm时，所述阀隙(16)被完全打开。
10.根据前述权利要求中的至少一个所述的气控阀，其特征在于，具有凹部(12)的密封板(11)设置在所述步进电机(6)与所述膜片(3)之间，且所述轴杆(5)延伸通过所述凹部(12)。
11.根据前述权利要求中的至少一个所述的气控阀，其特征在于，附件(19)布置在所述直接压力调节器与所述步进电机(6)之间，且所述步进电机(6)固定在所述附件上。
12.根据前述权利要求中的至少一个所述的气控阀，其特征在于，它整体被设计成可互换的模块。
13.根据前述权利要求中的至少一个所述的气控阀，其特征在于，至少部分所述外壳(2)被设计成匣盒插件(7)。
14.根据前述权利要求所述的气控阀，其特征在于，至少一个肩部(15)被设置在所述匣盒插件(7)的外表面上，且至少一个密封装置(13,13’)布置在所述肩部上。
15.根据前述权利要求中的至少一个所述的气控阀，其特征在于，在所述匣盒插件(7)或所述附件(19)上设置有用于将所述气控阀(1)固定到另一构件上的装置。
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