CN1761829A - 分流阀 - Google Patents

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Abstract

一种分流阀，用于将输入流分成多股输出流。该阀包括入口(31)和多个出口，一个出口用于一股输出流。外套筒(20)具有多个第一出口孔(32，33)，一个出口孔用于一股流。内部元件(30)可运动地保持在外套筒内，且具有一入口和多个第二出口孔(32，33)，一个出口孔用于一股流。供应给每个出口的输入流的相对比例由所述内部元件与外套筒的相对位置确定。第一和第二出口孔成形为使得经过每一出口的流量随内部元件和外套筒之间的相对位置而基本线性地变化。

Description

分流阀
技术领域
本发明涉及一种用于将输入流分成多股输出流的分流阀。
本发明具体涉及用于采用线性自由活塞式斯特林发动机的家用热电联产(dchp)***的气流。然而，本发明被认为可应用于其中流体流将被分成为两股或更多股流的任何场合。
背景技术
在采用线性自由活塞式斯特林发动机的dchp***中，发动机满足一些家用热电需要。然而，为了补充发动机的热输出，必须提供辅助燃烧器。为了降低设备的成本和占有的空间，也为了减少寄生能耗，斯特林发动机燃烧器和辅助助燃烧器的进气由单个风扇来供应。于是，来自单个风扇的空气被分成为供应给这两个燃烧器的两股流(已经与燃料混合)。
先前已经提出了使用瓣阀来分开流体(如在PCT/GB02/005775中)。对于传统的瓣阀已经发现，当阀瓣运动穿过接合处的中央时每个出口中的流量变化非常小。全部流量变化的大约80％都出现在阀瓣位置末端20％处。当需要使用风扇转速和阀瓣位置的组合而精确地控制每个出口管的流量时，最基本的是可在阀瓣在阀内运动的全范围上进行精确的流量控制。
流量控制问题通过使用如在GB 0305566.2中所述的流动通道之间的接合处的轮廓孔得以解决。这允许在两个燃烧器的最关键的工作区中进行最高精度(resolution)的控制。
然而，瓣阀的存在也有一些固有的问题。由于叶片“面对”入射流，因此驱动叶片的电机在使叶片运动时承受较高的负载，尤其是在高流速时在其行程极限处(即，朝向任一面)。这导致电机吸取相当大的电流，并且另外较高的负载增加了叶片驱动失效的风险。在这些情况下，所有的流量都将被转移到这个或另一燃烧器，在最坏的情况下，这会对设备造成损坏。
因此，需要一种分流阀，它既能提供轮廓孔的优点，同时又能避免瓣阀的缺点。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于将输入流分成多股输出流的分流阀，该阀包括：入口；多个出口，一个出口用于一股输出流；外套筒，其具有多个第一出口孔，一个出口孔用于一股流；内部元件，其可运动地保持在该外套筒内并具有一入口和多个第二出口孔，一个出口孔用于一股流；其中，供应给每个出口的输入流的相对比例由所述内部元件和外套筒的相对位置确定，并且其中，所述第一和第二出口孔成形为使得经过每一出口的流量随着内部元件和外套筒之间的相对位置而基本线性地变化。
所述外套筒和内部元件的结构比瓣阀明显更坚固，并且由于其在极限位置处不正对流动方向进行工作，因此能够以更恒定的需用功率来操作。另外，由于第一和第二出口孔成形为在套筒的相对位置和经过出口的流量之间形成基本线性的关系，因此由瓣阀通过轮廓孔提供的精确控制得以保持。
所述内部元件和套筒可相对于彼此线性地运动，或者可具有螺纹接合部从而使相对运动为转动和线性运动的组合。然而，优选地，内部元件和外套筒可相对于彼此转动，这样的运动可通过简单的电机而无需中间连接来提供。
在一优选结构中，在外套筒内设置有电磁装置用于使内部元件运动。由于这样的结构可设置在阀壳体内部，因此不会引起任何密封问题，并因此其无需昂贵的密封装置就可用于处理燃气流。
所述出口可沿周向围绕套筒的主轴线设置。然而，优选地，使所述出口沿套筒的轴线间隔开。由于出口可并排布置并面向同一方向，因此这提供了更紧凑的结构。
所述内部元件可以是任何能够以所需要的方式选择性地覆盖第一出口孔的元件。例如，它可以是一板或一套筒的弧形部分。然而，优选地，该内部元件为一套筒。
本发明还延及用于向两个或多个燃烧器供应气体的燃气***(gastrain)，该燃气***具有：供应输入流的风扇；根据本发明第一方面的分流阀，用于将输入流分成多股输出流，一股流用于一个燃烧器；用于向每个燃烧器供应燃气的装置；以及控制器，用于根据每个燃烧器的需要控制风扇的转速以及第一和第二套筒的相对位置。
附图说明
下面将参照附图来描述根据本发明的分流阀的示例，在附图中：
图1是燃气***的示意图，将在其中使用所述分流阀；
图2是外套筒的立体图；
图3是内套筒的类似立体图；以及
图4是具有四个出口的分流阀的立体图。
具体实施方式
图1中示出了用于基于线性自由活塞式斯特林发动机的家用热电联产***的燃气***。
该装置包括两个燃烧器，即，斯特林发动机燃烧器1和辅助燃烧器2。斯特林发动机燃烧器1根据家庭用热需求被点燃。这也将产生作为副产品的电能。然而，为了确保具有足够的能力以满足所有家庭热负荷，设置了辅助燃烧器2。因此，这两个燃烧器根据家庭用热需要而被调整。由单个风扇3向这两个燃烧器供应空气。该流在分流阀4中被分流，该分流阀4将在下面更详细的描述。燃气在气体/空气比控制器5的控制下被添加到每股气流中。燃烧器1、2的需求信息沿控制线6反馈给风扇3和分流阀4。风扇3的转速和分流阀4的位置因此得到控制，从而两个燃烧器的需求可独立满足。例如，如果发动机燃烧器1全面运行而辅助燃烧器2关闭，则风扇将以中速操作，并且分流阀将确保所有的空气(经受可能存在的清洗流)都被供应到发动机燃烧器。如果这两个燃烧器都全面运行，则风扇将以最大转速操作，并且分流阀将根据两个燃烧器的需要在它们之间进行分流。
下面将参照图2和图3更详细地描述分流阀。图2表示外套筒20，而图3表示内套筒30，该内套筒30在使用中可转动地容纳在外套筒20内。外套筒20具有螺纹连接部21，该螺纹连接部21提供了与风扇3连通的输入端口。对应于第一出口24和第二出口25的两个相同的螺纹端口22和23为通向两个燃烧器1、2的管道提供了连接部。这两个出口24、25沿套筒在轴向间隔开，并且尽管它们可周向偏移，但是都在套筒的同一侧上。每一出口分别具有第一出口孔26和27，该出口孔为在外套筒20的壁中轴向延伸的细长矩形通孔孔隙。
为清晰起见，这些第一出口孔隙26、27在图3中以虚线示出。
在图3中，示出了内套筒30。该套筒是中空的且在对应于输入端口21的端部处具有入口31，以从风扇3接收空气。第二出口孔隙32、33为在内套筒30的壁中的细长的大致三角形的通孔。气体密封件(未示出)设在环形凹槽34中，该环形凹槽34在内套筒30的外壁中并在两个第二出口孔之间。这防止了在外套筒20和内套筒30之间从一出口流到另一出口。
内套筒30具有从与入口31相对的端部轴向延伸的轴35。该轴与一电机(未示出)连接，从而允许内套筒30可绕轴线36转动。可选地，可通过容纳在外套筒20中的螺线管/电磁铁来实现内套筒的转动。后一方案使得该阀能够整套装在一起，并因此适用于燃料/空气混合物，这将使得分流阀4可用在气体入口点的下游，而不是如图1所示的上游。螺线管/电磁铁装置在图4中用附图标记40表示。
下面将具体参照上出口24来描述所述阀的操作。由于内套筒沿箭头X的方向绕轴线36转动，因此第二孔32与第一孔26程度越来越大地逐渐重叠。将了解到，在内套筒30的转动位置与在第一和第二孔初始相互作用期间的重叠面积之间存在非线性关系，该重叠面积相对较小(与其中第二孔具有与第一孔相似的矩形形状的情况相比较)。就其功能来确定确切的关系，以确保在内套筒30的转动位置和输出流量之间尽可能存在线性关系。图示的出口结构为适用于具体目的的结构。然而，可以设想的是，使轮廓随各具体应用而稍微改变，而这种改变由具体功能需要来决定。
在我们较早的申请GB 0305566.2中对孔的尺寸和两股流的流量分配之间的关系进行了更详细的讨论。
从图3可了解到，由于套筒30沿着X方向转动，因此较大比例的流动被引向第一出口24，而沿着相反的Y方向运动使得更多的流动被转向第二出口25。
应理解，可以互换第一孔和第二孔，从而将矩形孔设置在内套筒上，且将三角形孔设置在外套筒上。可选择地，将两个孔都设置成非矩形的形状。
本发明还提供了将输入流转移到多于两个孔的可能性。图4示意地示出了五个出口40、41、42、43、44。第二孔45设在内套筒46上，而第一孔47设在外套筒48上。阀壳体下端中的螺线管49提供了在内套筒46和外套筒48之间的相对转动运动。该阀的结构和操作与图2和图3的阀大致相同，因此不需要在此详细说明。然而，需要指出的是，做成斜边的第二孔45的每一个都从矩形第一孔不同程度地偏移，从而内套筒46和外套筒48的每一相对角位置为每个出口提供不同的流量。由于第一组和第二组孔之间的关系固定，因此不可能对输出流进行独立控制。然而，所述关系适于例如多级燃烧器。例如，第一出口40可供应发动机燃烧器1，而第二出口41至第五出口44可供应辅助燃烧器2的分开的级(stage)，这些级需要顺次起动以从辅助燃烧器2提供不同水平的热量输出。这在基于GB 0316289.8的共同未决PCT申请中更详细地公开[代理人卷号：62345WOOO]。
如果需要输出流量更大的独立性，则可将内套筒46分成两个或更多个独立活动的内套筒。

Claims (7)

1、一种分流阀，用于将输入流分成多股输出流，该阀包括：入口；多个出口，一个出口用于一股输出流；外套筒，其具有多个第一出口孔，一个出口孔用于一股流；内部元件，其可运动地保持在该外套筒内，且具有一入口和多个第二出口孔，一个出口孔用于一股流；其中，供应给每个出口的输入流的相对比例由所述内部元件与外套筒的相对位置确定，并且其中所述第一和第二出口孔成形为使得经过每一出口的流量随内部元件和外套筒之间的相对位置而基本线性地变化。
2、根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述内部元件和外套筒可相对于彼此转动。
3、根据权利要求1或2所述的阀，其特征在于，所述出口沿套筒的轴线间隔开。
4、根据权利要求1或2所述的阀，其特征在于，所述出口绕套筒的轴线间隔开。
5、根据前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，所述内部元件为一套筒。
6、根据前述权利要求中任一项所述的阀，其特征在于，还包括在外套筒内的电磁装置，用于使所述内部元件运动。
7、一种燃气***，用于向两个或更多个燃烧器供应气体，该燃气***具有：风扇，用于供应输入流；根据前述权利要求中任一项所述的分流阀，其用于将输入流分成多股输出流，一股流用于一个燃烧器；用于向每个燃烧器供应燃气的装置；以及控制器，用于根据每个燃烧器的需要控制风扇的转速以及第一和第二套筒的相对位置。
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