CN1297780C

CN1297780C - 燃具安全保护装置的磁保持电磁阀

Info

Publication number: CN1297780C
Application number: CNB001307789A
Authority: CN
Inventors: 张凡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: CN1341825A

Abstract

燃具安全保护装置的磁保持电磁阀，由一个具有自动复位功能的手动操作机构，一个被密封安装在燃气阀腔体内的磁保持电磁铁[200]和电磁阀机械装置组成。按压手柄使磁保持电磁阀处于零功耗的磁保持开阀位，当所述磁保持电磁阀的反向励磁线圈DZF被脉冲导通时，磁保持电磁阀将燃气源自动关闭。本发明采用低碳钢或电工纯铁或其它铁磁性材抖制作铁心，结构和工艺简单成熟、制造成本低廉、体积小巧、工作高可靠。关阀时仅耗用3伏和0.2安/0.02秒的直流脉冲功率。

Description

燃具安全保护装置的磁保持电磁阀

技术领域

本发明是中国发明专利申请CN98111838.0的分案申请。原申请日：1998.01.23；申请号：98111838.0；发明名称：火焰传感器的制备方法及燃具安全保护装置。

本发明涉及一种燃具安全保护装置的燃气熄火保护电磁阀，特别涉及一种磁保持电磁阀，属于电学的电磁铁及机械工程的电磁阀领域。

背景技术

已有技术中，CN89105949.0提供了一种磁保持式牵引电磁铁的技术方案。其主要不足之处是：这是一种涉及磁保持电磁铁的一般性技术方案，磁路结构不尽合理，缺乏手动操作机构，无法在燃具燃气阀十分狭小的空间内使用。DE-A1-19723653提供了一种可反向激励以快速关闭电磁阀的燃具安全保护装置，其主要不足之处是：必须增加一个由DC5V/1A直流电源、继电器、印刷电路板组成的切断电路对传统热电偶/电磁阀进行反向励磁，借以改良热电偶热惰性造成闭阀时间过长的缺陷。其结构复杂、成本昂贵且闭阀时间仍然长达1～2秒延时。在点火时具有较长的开阀热惰性延时。

发明内容

本发明的目的是克服上述已有技术的不足之处，提供一种燃具安全保护装置使用的磁保持电磁阀，它具有手动开阀、开阀状态下不耗电、关阀时仅耗用3V，0.15～0.2A/20mS左右的脉冲工作电流，其结构和工艺简单成熟、成本低廉、体积小巧、工作高可靠。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

燃具安全保护装置的磁保持电磁阀，阀的轴心部位设有一个腔体，腔体的中部设有一个控制口，其一侧为燃气进气口，另一侧为出气口，一个手柄、一根可以轴向运动的连杆、一块与连杆刚性连结的档片、一个弹簧构成电磁阀手柄/连杆的自动复位机构，所述连杆穿过阀体并由一个或一个以上的密封装置使所述电磁阀的腔体与阀体外部空间保持必需的气密性，一个磁保持电磁铁，包括上磁轭[1]、固定磁心[2]、永磁铁[3]、旁磁轭[4]、下磁轭[5]、电磁线圈[6]、线圈架[7]、动铁心[8]和复位弹簧[9]，以固定磁心[2]和动铁心[8]的中心轴线为对称轴，形成在几何形状、安装位置、结构性能、磁性能方面左右对称的工作磁路，其中永磁磁路在电磁铁吸合时为封闭式对称磁路，所述磁路中永磁磁力线与电磁磁力线的主磁通穿过动铁心[8]与固定磁心[2]之间的主工作气隙且互为平行，安装在中心轴线两侧的永磁铁[3]的上下两个平面的极性彼此相反，在下磁轭[5]的中央部位设有动铁心[8]插入滑动的导轨轴承，它具有规则化的内侧垂直面，其特征在于：所述磁保持电磁铁[200]被密封安装在所述腔体的下端部阀座[205]上，所述磁保持电磁铁[200]的所述旁磁轭[4]是一个圆筒状导磁体，圆筒底设有一个轴心孔[32]，圆筒底有一个光滑的外极面[23]，圆筒状导磁体的敞口顶端部位设有一个内止口[61]和光滑的止口内缘面[62]及内止口的环形凸缘[63]，所述内止口的环形凸缘[63]上还设有二个以上均布的内翻铆压点[64]；所述磁保持电磁铁[200]的所述上磁轭[1]是一块与所述圆筒状导磁体投影平面积相当的整体圆形轭铁，其中央部位设有所述固定磁心[2]，所述固定磁心[2]外侧的轴心部位还设有一个外凸的圆柱体[38]，一个螺母[16]配合一个空心螺杆[15]将圆柱体[38]及所述磁保持电磁铁[200]安装固定在所述阀座[205]上；所述磁保持电磁铁[200]的所述下磁轭[5]是一块设有中央轴孔的圆形孔板，其中央轴孔的外侧设有一个外凸的圆环状的所述导轨轴承[51]，通过加压过盈配合将所述下磁轭[5]嵌进所述旁磁轭[4]的所述止口内缘面[62]，其最佳过盈量不少于0.02mm；所述磁保持电磁铁[200]的所述动铁心[8]与一根阀杆[10]刚性连结，阀杆[10]的另一端安装一块刚性材料制作的托板[12]，托板[12]的外侧平面上安装一块柔性材料制作的阀塞[11]，按压所述手柄[201]超过所述磁保持电磁铁[200]的工作行程[δ]，所述磁保持电磁阀即磁保持在零功耗的开阀位且在连杆[202]的内侧端面与阀杆[10]的外侧端面之间保持一个适当的轴向空隙[ΔH′]；所述磁保持电磁铁[200]的所述动铁心[8]在紧靠所述导轨轴承[51]的一端还设有一个控制所述动铁心[8]工作行程[δ]的限位面[81]；所述磁保持电磁铁[200]的所述电磁线圈[6]是一个数十毫秒脉宽的反向励磁关阀线圈[DZF]；所述磁保持电磁铁[200]的铁心使用低碳钢或电工纯铁或其它铁磁性材料制成。

所述磁保持电磁铁[200]的所述动铁心[8]与所述线圈架[7]的中央轴孔之间，以及在所述磁保持电磁铁的所述电磁线圈[6]与密封的所述磁保持电磁铁的圆筒状导磁体的内壁空间均预留足够的用以消除所述动铁心[8]轴向运动时产生气囊阻尼现象的空气间隙[33]。

在所述动铁心[8]外侧端部的配合面上设有一个环形凹槽，在所述凹槽内填充密封环或固体密封填料[53]，由此构成所述动铁心[8]与所述导轨轴承[51]之间的密封压力为1-5Kpa的滑动配合密封装置。

在所述导轨轴承[51]的内侧配合面上设有一个环形凹槽，在所述凹槽内填充密封环或固体密封填料[53]，由此构成所述动铁心[8]与所述导轨轴承[51]之间的密封压力为1-5Kpa的滑动配合密封装置。

一个填料函壳体[57]卡固在所述导轨轴承[51]的外侧顶部，在填料函壳体[57]内填充密封环或固体密封填料[53]，由此构成所述动铁心[8]与所述导轨轴承[51]之间的密封压力为1-5Kpa的滑动配合密封装置。

所述旁磁轭[4]的圆筒底、所述上磁轭[1]和空心螺杆[15]上设有穿线孔[37]，所述电磁阀线圈[DZF]的引出导线由此引出并用密封材料[17]将其与所述磁保持电磁阀密封隔离。

本发明与已有技术相比具有如下优点：

1.电路结构和生产工艺简单，体积小巧。

2.制造成本低廉。

3.保护功能合理，手动开启电磁阀实现无功耗磁保持运行，熄火事故快速保护，比现有国家标准(燃气快速热水器)提高速度9倍。

4.一台四火头燃具在正常燃烧时的整机功耗为3V/1.5μA或4.5V/3μA左右，较传统交流感应式火焰传感器的功耗减小4000倍左右。

5.经过二年以上3000次左右的启闭运行，证明本发明提出的CMOS电路和磁保持电磁阀工作均十分可靠。

6.可以在不改变现有燃气具整机产品基本结构的前提下，实施本发明。

附图说明

本发明附图图面说明：

图1.磁保持电磁阀实施例结构示意图。

图2.磁保持电磁阀电磁铁实施例。

图3.磁保持电磁阀动铁心与导轨轴承密封装置结构实施例。

图4.燃具安全保护装置实施例。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的阐述。

图1示出了本发明的磁保持电磁阀实施例结构示意图。

整个阀体被固定安装在燃具的内部空间结构上。(有关燃具部份本图省略未绘)在本实施例中所述电磁阀是一个二位二通的截止型磁保持电磁阀。阀的轴心部位设有一个腔体，其一侧与进气口216相通，腔体的中部设有一个控制口217，它与腔体另一侧的出气口218相通。一个电磁阀的磁保持电磁铁200被密封安装在腔体的下端部阀座205之上，它具有一根轴向运动的阀杆10，一块被弹簧9、托板等附件安装定位的片状阀塞11被装设在阀杆10的另一端，在腔体与控制口形成的上端部，与阀杆10同一轴心，在阀体204的顶部设有一个通孔243，一根轴向运动的连杆202从通孔243中穿过，它们的横截面积应互相匹配并通过安装在通孔内壁的一个或一个以上固定密封装置233使腔体与阀体外部空间保持一定的气密性。一块档片203刚性连结在阀杆上，档片与控制口之间设有一个弹簧231，在弹簧张力作用下，连杆202向外侧运动并被档片和腔体的上端部内侧平面所限位。一个手柄201安装在伸出阀体的连杆的一端，并冒出燃具操作面板602的孔洞637一个足够的操作高度ΔH，连杆202的另一端与片状阀塞11和阀杆10留有一个适当的轴向空隙ΔH′。在自然状态下，片状阀塞11在弹簧9的张力作用下关闭所述控制口217，此时电磁阀的进气口和出气口被严密隔断，如图1a)所示。手动按压手柄201及连杆202，迫使片状阀塞11及阀杆10向内侧轴向移动并撞击所述阀杆10同时带动所述磁保持电磁铁200的动铁心8向内侧运动并与固定磁心2吻合，松手后整个连杆、手柄在弹簧231的张力作用下恢复到原始状态，但此时因所述电磁铁的极化磁路已经闭合，所以进气口经开启后的控制口与出气口连通，所述磁保持电磁阀即处于无功耗的手动开阀位置，如图1b)所示。

图2示出了本发明磁保持电磁阀的磁保持电磁铁的实施例。

它是在本发明人取得的授权专利CN89105949.0基础上经过进一步改进而形成的一个新发明。

由图1可见，图2示出的仅仅是燃具安全保护装置电磁阀的核心部份：即一个所述磁保持电磁铁200及所述阀杆10、片状阀塞11、复位弹簧9等截止式磁保持电磁阀的部件纵剖面图。作为一个完整的所述安全保护阀，图2已经省略了传统的阀体、阀座、连杆、连杆密封装置和操作手柄。其中，上磁轭1、永磁铁3、旁磁轭4、下磁轭5、导轨轴承51、固定磁心2、动铁心8构成磁保持电磁铁200的极化磁路；而旁磁轭4、下磁轭5、导轨轴承51、动铁心8、固定磁心2、电磁线圈6及穿心绝磁套管21构成磁保持电磁铁200的电磁磁路，更详细的说明可参阅CN89105949.0文献内容。所述的旁磁轭4是一个圆筒状的导磁体，圆筒底有一个光滑的外极面23，圆筒底设有一个轴心孔32，孔的直径比所述固定磁心2的直径略大一些。圆筒体敞口部位的顶端设有一个内止口61和光滑的止口内缘面62，止口的轴向高度超出下磁轭5的厚度约1至2毫米。一个线圈架7被轴向安装在所述的圆筒体内，电磁线圈6是一个平绕的反向励磁线圈DZF。线圈架7的端部是一个穿心绝磁套管21(当然也可以制作成一个独立零件)，它套装在固定磁心2上并穿过轴心孔32。在厚度方向被极化的永磁铁3并联安装在旁磁轭外极面23与上磁轭1之间，由上述可见，由于穿心绝磁套管21的存在，永磁铁3才不致形成磁短路。动铁心8是一个光滑的圆柱体，它的极面与固定磁心2的极面构成电磁铁的工作极面80。动铁心8在轴向高度上呈现两个不同直径的圆柱面，其中靠近固定磁心2一侧的圆柱面具有主要的轴向高度和稍大的直径；二个不同直径的圆柱面相交处形成控制动铁心8工作行程不超过δ值的限位面81。所述下磁轭5是一块圆形的整体孔板，其轴心部位设有一个外凸的导轨轴承51，它具有光滑的内表面，与动铁心8形成良好的滑动配合，滑配间隙52一般为数十微米，通过重压配合使所述圆形的整体孔板即下磁轭5嵌进旁磁轭4的止口内缘面62内，其最佳过盈量不小于0.02毫米。这时，由于内止口的环形凸缘63尚高出下磁轭5的外缘面约1至2毫米，为定位起见，在所述环形凸缘63上还设有均布的、不少于二个以上的内翻铆压点64。为了消除动铁心8在线圈架7的轴孔内往复运动时形成不适当的空气气囊阻尼现象，本发明规定，在线圈架7与动铁心8以及线圈架7和电磁线圈6与封闭的旁磁轭4的圆筒体内壁空间，必须预留有足够的空气隙33。一根阀杆10与动铁心8刚性连接，复位弹簧9套装在阀杆与导轨轴承51之外，阀杆11上设有必须的环形槽，分别安装复位弹簧定位凸缘35、刚性托板12、柔性的片状阀塞11、垫片13、键销14和金属杆顶34。为了改善所述磁保持电磁铁的导磁性能和加工工艺，所述的固定磁心2与上磁轭1可以是一个完整的导磁体，也可以分别制作后焊接成一个整体。在所述固定磁心2外侧的轴心部位处，还设有一个外凸的圆柱体38，依靠胀铆或螺纹连接，通过圆柱体38将装配成一体的磁保持电磁铁200与空心螺杆15及螺母16联结成一体并安装固定在阀座205上。电磁线圈6的引出电线19在穿过旁磁轭4与上磁轭1的穿线孔37后，用密封材料17将空心螺杆15的内部空间及永磁铁3与上磁轭1和固定磁心2之间形成的多余空间全部填满从而确保磁保持电磁阀具有足够的气密性。最后，为了防止燃气中的焦油、小水滴、铁盐等杂质通过动铁心8与导轨轴承51形成的滑配间隙侵入到电磁铁的内部，本发明还在所述滑配间隙的外侧端部处设有嵌固在导轨轴承或动铁心表面环形凹槽内或封固在填料函壳体内的密封环或固体密封填料53，具体实施方案可参见节点A及图3所示。

图3示出了本发明磁保持电磁阀动铁心与导轨轴承滑配面之间设置密封环或密封填料的各种实施例方案。

由于燃具燃气压力一般都很低，其值约在1-5kpa左右，而本发明所述的密封装置又比一般机械工程中所述的密封装置要求更低，其主要目的是防止燃气中的焦油、水珠、铁盐类灰垢等固体形状的杂质从所述滑配间隙侵入电磁铁内部，使电磁铁的极面不能很好吻合。图3显示了图2节点A的构造：由1a)可见，在导轨轴承51的端部内侧面设有一条水平的环形凹槽，槽内设有固体材料制作的密封圈53甚至还添注一定的固体润滑材料54，推入动铁心8以后，密封圈53受到轻微的压缩变形从而把滑配间隙52封严。图3c)、图3e)所示的方案把所述环形槽设置在动铁心8的外表面，并且，为了装配方便起见，图3所有的密封装置均设有使安装便捷的装配间隙55。图3b)、图3D)、图3F)、图3H)则示出了另一种密封方案的实施例：在导轨轴承51的顶部设有密封环或固体密封填料53，它被封固在填料函壳体57之内。元件57可以卡固在导轨轴承的外侧凹槽56内，如图3b)所示。也可以用螺钉58紧固在上磁轭5上，如图3D)所示。还可以利用复位弹簧9和定位凸缘59予以固定，如图3F)所示。当然还可以用传统的紧固螺纹60使填料53受到挤压而密封滑配间隙，如图3H)所示。

图4.燃具安全保护装置实施例。

这是本发明人提出的WO98/33019及中国发明专利申请CN98111838.0的一个燃具安全保护装置实施例。

它具有CN98111838.0权利要求5规定的火焰传感器801，在本实施例中，也采用二个级联的CMOS反相器及反馈网络组成自激式电子振荡器101，有关所述火焰传感器01及所述电子振荡器101的元件编号、电路结构和工作原理可参阅CN98111838.0的图5、图1实施例说明，本实施例不再予以重复。与CN98111838.0图8实施例不同的是：本实施例的燃烧器燃气控制阀联锁开关LK只是一组单极的动合开关，它在开阀位时接通，关阀位时分断，开关LK串入电源E₁的正极或负极主电路中。事故模拟测试电路808由一个数千欧的低值电阻器R_c与一个动合按钮LAC串联组成且并接在结点108与G点之上。模拟事故状态时，只需按下LAC超过设定延时，电平鉴幅器106即CMOS反相器IC₄的输出端立即输出1电平事故逻辑信号，控制单元电路8001及事故执行单元电路8002将按时启动工作。有关所述控制单元电路8001的构成和事故“熄火”及事故“短接”的工作原理可以参阅CN98111838.0的图5和图8等相关说明，本实施例予以省略而不再重复。在本实施例中，只需要一块CD4069的CMOS六反相器芯片即可满足火焰传感器801及控制单元电路8001对IC电路的全部要求，由此可见其结构是十分巧妙、简单和低廉的。

由CN98111838.0权利要求书和说明书可见，本发明提供的磁保持电磁阀被安装在所述燃具或燃具燃烧器的进气侧管路上，还可以将本发明提供的磁保持电磁阀安装到燃具以外的燃气源进气支管上。

当燃具发生熄火事故、火焰探针被火焰以外的导电体短接等燃气事故时，火焰传感器801发送一个事故电平1信号，控制电路8001经4至7秒延时后发送一个数十毫秒脉宽的单稳态触发信号，功率驱动电路804导通，磁保持电磁阀的反向励磁关阀线圈DZF导通，磁保持电磁阀自动释放并关闭所述燃具的燃气源。

显而易见，本实施例主要提供了事故“熄火”和事故“短接”两种基本保护，但只要将其它传感器，例如地震、燃液或燃气压力超压、烟雾等传感器的输出信号调整为1电平信号(本发明均按正逻辑设计)并连接到所述结点109′或结点e上，便可以对本发明的燃具安全保护装置的保护功能进行简单而有效的扩充。详情请参阅本发明人提出的CN98111838.0公开文本中有关图8实施例的说明。

此外，本发明的基础专利之一ZL89105949.0公开文本和授权文本均表明：本发明可以采用低碳钢制作磁保持电磁铁的铁心。

Claims

1.燃具安全保护装置的磁保持电磁阀，阀的轴心部位设有一个腔体，腔体的中部设有一个控制口，其一侧为燃气进气口，另一侧为出气口，一个手柄、一根可以轴向运动的连杆、一块与连杆刚性连结的档片、一个弹簧构成电磁阀手柄/连杆的自动复位机构，所述连杆穿过阀体并由一个或一个以上的密封装置使所述电磁阀的腔体与阀体外部空间保持必需的气密性，一个磁保持电磁铁，包括上磁轭[1]、固定磁心[2]、永磁铁[3]、旁磁轭[4]、下磁轭[5]、电磁线圈[6]、线圈架[7]、动铁心[8]和复位弹簧[9]，以固定磁心[2]和动铁心[8]的中心轴线为对称轴，形成在几何形状、安装位置、结构性能、磁性能方面左右对称的工作磁路，其中永磁磁路在电磁铁吸合时为封闭式对称磁路，所述磁路中永磁磁力线与电磁磁力线的主磁通穿过动铁心[8]与固定磁心[2]之间的主工作气隙且互为平行，安装在中心轴线两侧的永磁铁[3]的上下两个平面的极性彼此相反，在下磁轭[5]的中央部位设有动铁心[8]插入滑动的导轨轴承，它具有规则化的内侧垂直面，其特征在于：

所述磁保持电磁铁[200]被密封安装在所述腔体的下端部阀座[205]上，所述磁保持电磁铁[200]的所述旁磁轭[4]是一个圆筒状导磁体，圆筒底设有一个轴心孔[32]，圆筒底有一个光滑的外极面[23]，圆筒状导磁体的敞口顶端部位设有一个内止口[61]和光滑的止口内缘面[62]及内止口的环形凸缘[63]，所述内止口的环形凸缘[63]上还设有二个以上均布的内翻铆压点[64]；

所述磁保持电磁铁[200]的所述上磁轭[1]是一块与所述圆筒状导磁体投影平面积相当的整体圆形轭铁，其中央部位设有所述固定磁心[2]，所述固定磁心[2]外侧的轴心部位还设有一个外凸的圆柱体[38]，一个螺母[16]配合一个空心螺杆[15]将圆柱体[38]及所述磁保持电磁铁[200]安装固定在所述阀座[205]上；

所述磁保持电磁铁[200]的所述下磁轭[5]是一块设有中央轴孔的圆形孔板，其中央轴孔的外侧设有一个外凸的圆环状的所述导轨轴承[51]，通过加压过盈配合将所述下磁轭[5]嵌进所述旁磁轭[4]的所述止口内缘面[62]，其最佳过盈量不少于0.02mm；

所述磁保持电磁铁[200]的所述动铁心[8]与一根阀杆[10]刚性连结，阀杆[10]的另一端安装一块刚性材料制作的托板[12]，托板[12]的外侧平面上安装一块柔性材料制作的阀塞[11]，按压所述手柄[201]超过所述磁保持电磁铁[200]的工作行程[δ]，所述磁保持电磁阀即磁保持在零功耗的开阀位且在连杆[202]的内侧端面与阀杆[10]的外侧端面之间保持一个适当的轴向空隙[ΔH′]；

所述磁保持电磁铁[200]的所述动铁心[8]在紧靠所述导轨轴承[51]的一端还设有一个控制所述动铁心[8]工作行程[δ]的限位面[81]；

所述磁保持电磁铁[200]的所述电磁线圈[6]是一个数十毫秒脉宽的反向励磁关阀线圈[DZF]；

所述磁保持电磁铁[200]的铁心使用低碳钢或电工纯铁或其它铁磁性材料制成。

2.按照权利要求1规定的磁保持电磁阀，其特征在于：所述磁保持电磁铁[200]的所述动铁心[8]与所述线圈架[7]的中央轴孔之间，以及在所述磁保持电磁铁的所述电磁线圈[6]与密封的所述磁保持电磁铁的圆筒状导磁体的内壁空间均预留足够的用以消除所述动铁心[8]轴向运动时产生气囊阻尼现象的空气间隙[33]。

3.按照权利要求1规定的磁保持电磁阀，其特征在于：在所述动铁心[8]外侧端部的配合面上设有一个环形凹槽，在所述凹槽内填充密封环或固体密封填料[53]，由此构成所述动铁心[8]与所述导轨轴承[51]之间的密封压力为1-5Kpa的滑动配合密封装置。

4.按照权利要求1规定的磁保持电磁阀，其特征在于：在所述导轨轴承[51]的内侧配合面上设有一个环形凹槽，在所述凹槽内填充密封环或固体密封填料[53]，由此构成所述动铁心[8]与所述导轨轴承[51]之间的密封压力为1-5Kpa的滑动配合密封装置。

5.按照权利要求1规定的磁保持电磁阀，其特征在于：一个填料函壳体[57]卡固在所述导轨轴承[51]的外侧顶部，在填料函壳体[57]内填充密封环或固体密封填料[53]，由此构成所述动铁心[8]与所述导轨轴承[51]之间的密封压力为1-5Kpa的滑动配合密封装置。

6.按照权利要求1规定的磁保持电磁阀，其特征在于：所述旁磁轭[4]的圆筒底、所述上磁轭[1]和空心螺杆[15]上设有穿线孔[37]，所述电磁阀线圈[DZF]的引出导线由此引出并用密封材料[17]将其与所述磁保持电磁阀密封隔离。