一种燃料计量供给装置 【技术领域】
本发明属于燃烧控制领域，涉及燃烧的燃料供给，一种通过计量供给燃料精确控制和调节燃烧热负荷的装置。
背景技术
燃烧作为一种热源，在恒温热水锅炉、中餐炒灶、取暖设备和可控燃料掺烧的燃烧应用中，方便、准确、可靠的调节燃料是控制热源输出功率的关键技术，只有保证燃料准确供给才能做到准确配风，传统的手动或机械式调节方式存在着燃料精确供给与配风同步困难的问题，致使出现操作不便、达不到控温要求、燃烧效率低、排放不合格、安全得不到保证等问题。
中国专利ZL200620019634.2公开了一种压力雾化燃烧机配用的节能控制装置，它采用“高频脉冲电磁阀”控制燃油量，通过脉宽调制技术实现燃烧器火力可调，这种装置存在以下缺点：
1、采用脉宽调制技术(PWM)控制电磁阀的方式仅起到开关的作用，要实现燃料供给还需要额外动力(如高压油泵)、稳压装置和其他管路配件，造成供油系统结构复杂、可靠性低、能耗大、成本高等；
2、由于该装置的“脉动压力腔”通过喷嘴孔与大气相连，在电磁阀关闭后的泄压和电磁阀打开瞬间建立压力的过程中都不可避免产生燃料滴漏，滴漏的燃料不能以雾化的方式参与燃烧，而且其滴漏量与温度、压力、特别是脉冲宽度(占空比)和脉冲频率等多种因素有关，供给燃料和调节过程不能做到准确计量从而带来燃烧不充分等问题。
柱塞泵由于其能耗低、寿命长、体积小、使用灵活等特点，受到越来越广泛的应用。但是由于其特殊的脉动输出方式，使得在燃烧控制领域的应用受到限制。为了保证稳定燃烧和热负荷的准确调节，根据不同的燃烧应用，在脉动燃料供应的情况下，柱塞泵应有较宽的频率工作范围，例如1Hz～100Hz。
采用脉冲频率调制技术(PFM)控制电磁柱塞计量供油方式可以很好解决上述问题。通过专利查询，在现有的燃烧器技术中不存在应用脉冲频率调制技术(PFM)控制电磁柱塞计量供给燃料以调节和控制燃烧热负荷的方法。
【发明内容】
本发明正是为了克服上述现有技术存在的不足，为了解决现有的柱塞泵未能应用于燃烧领域的问题，提供一种应用脉冲频率调制技术(PFM)控制电磁柱塞计量供给燃料以调节和控制燃烧热负荷的装置。
本发明装置由燃料箱、电磁柱塞泵和控制器所组成，电磁柱塞泵进口与燃料箱直接相连，电磁柱塞泵出口与燃烧器(预混式、蒸发式、压力雾化式)或燃料(如醇类裂解制氢)处理装置连通，电磁柱塞泵由控制器所发出的脉冲频率调制(PFM)信号或其他类数字电路驱动，且满足脉冲频率在1Hz～100Hz范围内无级调节，脉冲功率满足时，燃料的计量取决于脉冲的频率。
本发明电磁柱塞泵包括一个柱塞和柱塞套，在柱塞套顶部套有磁芯，在磁芯的上方套有上磁极，下方套有下磁极；在柱塞上套有复位弹簧，该复位弹簧位于柱塞套与磁芯之间；在磁芯的周围设有线圈，在线圈外套有外壳；在下磁极上设置有一单向阀，该单向阀包括一个封住压力腔的密封球和顶住密封球的密封弹簧，在单向阀底部为出口；在单向阀与柱塞之间形成一个空间为压力腔；在上磁极开设有燃料进口；在柱塞与压力腔之间开设有单向进液孔。装置由脉冲频率调制电路驱动，脉冲频率在1Hz～100Hz范围内无级调节，脉冲功率满足时，燃料的计量取决于脉冲的频率。
本发明装置进口与燃料箱直接相连，装置出口与燃烧器或燃料处理装置连通，脉冲频率调制信号由燃烧系统控制器提供。
本发明磁芯与柱塞采用刚性连接，用于传递电磁力和复位弹簧的作用力；燃料输出的压力取决于电磁力、复位弹簧弹力和密封弹簧弹力，综合调整电磁力、复位弹簧弹力和密封弹簧弹力可以获得需要的燃料输出压力。而且本发明压力腔的有效体积为燃料的最小计量单位。
本发明它的工作频率范围1～100Hz，燃料供给量为：
L＝λVP
式中：L-单位时间燃料量(毫升/秒)；λ-流量系数(试验获得)；V-压力腔体积(毫升)；P-脉冲频率(赫兹)
本发明通过对燃料计量调节，获得燃烧需要的热负荷。本发明柱塞在电磁力和复位弹簧的作用下在柱塞套内沿轴向做往复运动，运动过程中产生的负压将燃料吸入压力腔内至充满，运动过程中产生的推力将压力腔内的燃料全部从输出口送出，压力腔的有效体积为燃料的最小计量单位。
本发明装置通过脉冲频率控制计量供给燃料，当脉冲电流作用于装置的低自感系数线圈时产生一个磁场，该磁场通过由低矫顽力软磁合金材料制成的上下磁极、磁芯、磁隙(磁芯与上下磁极的间隙)以及外壳形成一个闭合磁路。由于采用了低自感系数线圈，所以磁路中的磁感强度可以在短时间内上升至最大。由于上下磁极极性相反，因此磁芯受电磁力吸引，克服复位弹簧弹力带动柱塞同时向下磁极运动，这时，由柱塞和柱塞套形成的压力腔内的燃料被施压，当压力超过与压力腔相连的单向阀开启压力时，单向阀被打开，燃料以一定的压力通过出口被输送至燃烧。
当脉冲电流终止后，电磁力迅速消失，磁芯受复位弹簧弹力作用，带动柱塞向上运动。低自感系数线圈、低矫顽力软磁合金材料制成的上下磁极、磁芯以及合适的磁隙，最大限度的降低了剩磁的影响，保证了磁芯在短时间脱离下磁极。此时，单向阀自动关闭，在柱塞下端面未超出单向进液孔时，压力腔内形成负压，一旦柱塞下端面超过单向进液孔，燃料在负压作用下被吸进压力腔。该装置燃料输出压力可以根据需要定制，以满足预混燃烧、蒸发燃烧、压力雾化燃烧和裂解制氢等不同压力的需要，同时在其他需要流量调节或计量的领域同样适用。
本发明地有益效果是，整个装置具有结构简单、能耗低、调节准确、适应面广的显著优点；同时具有操作方便、确保达到控温要求、燃烧效率高、排放合格、安全能够得到保证的显著优点。
下面结合附图进一步阐述本发明内容。
【附图说明】
图1是本发明的原理构成图。
图2是本发明在燃料吸入状态的结构图。
图3是本发明在燃料输出状态的结构图。
具体实施方案
本发明装置由燃料箱、电磁柱塞泵和控制器所组成，电磁柱塞泵进口与燃料箱直接相连，电磁柱塞泵出口与燃烧器(预混式、蒸发式、压力雾化式)或燃料(如醇类裂解制氢)处理装置连通，电磁柱塞泵由控制器所发出的脉冲频率调制(PFM)信号或其他类数字电路驱动，且满足脉冲频率在1Hz～100Hz范围内无级调节，脉冲功率满足时，燃料的计量取决于脉冲的频率。
本发明电磁柱塞泵包括一个柱塞10和柱塞套5，在柱塞套顶部套有磁芯2，在磁芯的上方套有上磁极1，下方套有下磁极6；在柱塞上套有复位弹簧11，该复位弹簧位于柱塞套与磁芯2之间；在磁芯的周围设有线圈3，在线圈外套有外壳4；在下磁极6上设置有一单向阀9，该单向阀包括一个封住压力腔a3的密封球7和顶住密封球的密封弹簧8，在单向阀底部为出口a4；在单向阀9与柱塞之间形成一个空间为压力腔a3；在上磁极开设有燃料进口a1；在柱塞与压力腔之间开设有单向进液孔a2。本发明装置由脉冲频率调制电路驱动，脉冲频率在1Hz～100Hz范围内无级调节，脉冲功率满足时，燃料的计量取决于脉冲的频率。
本发明装置进口与燃料箱12直接相连，装置出口与燃烧器或燃料处理装置13连通，脉冲频率调制信号由燃烧系统控制器提供。
本发明磁芯2与柱塞10采用刚性连接。本发明磁芯与柱塞采用刚性连接，用于传递电磁力和复位弹簧的作用力；燃料输出的压力取决于电磁力、复位弹簧弹力和密封弹簧弹力，综合调整电磁力、复位弹簧弹力和密封弹簧弹力可以获得需要的燃料输出压力。
本发明压力腔a3的有效体积为燃料的最小计量单位。
如图2所示，柱塞10和柱塞套5经过精加工组成一个柱塞偶件。磁隙c1和c2是为确保磁芯快速复位而设计的。
本发明装置具体工作过程如下：
如图1，进口a1与燃料箱12直接相连，出口与燃烧器(预混式、蒸发式、压力雾化式)或燃料处理装置13(如醇类裂解制氢)连通，脉冲频率调制(PFM)信号由燃烧系统控制器14提供。这一型号装置的燃料供给量由脉冲的频率决定。
如图2，当脉冲电流终止后，线圈3的电磁力消失，磁芯2受复位弹簧11作用，带动柱塞10向上运动。此时，单向阀9在密封弹簧8作用下自动关闭。单向阀9是一个由密封弹簧和密封球组成的压力开启单向阀，该阀位于输出端；还包括一个具有单向通断功能的进液孔，燃料吸入时导通，反方向阻断，确保计量准确。在柱塞10的下端面低于进液孔a2时，压力腔a3内形成负压，一旦柱塞10的下端面上升至超过单向进液孔a2，燃料在负压作用下通过进口a1、单向进液孔a2被吸进压力腔a3，为了保证计量准确，单向进液孔a2在燃料吸入时导通，反方向阻断。
图3当脉冲电流作用于本装置的线圈3时，磁芯2受电磁力吸引，带动柱塞10同时向下运动，这时，单向进液孔a2被柱塞10封闭，由柱塞10和柱塞套5形成的压力腔a3内的液体被施压，当压力超过与压缩腔相连的单向阀9的开启压力时，密封球7被顶开，单向阀9导通，燃料通过出口a4被输出。
以上是对本发明的描述，而非限制，基于本发明内容的其他实施方案，亦在本发明的保护范围之内。