Восковый термостатический элемент - Wax thermostatic element
В воск термостатический элемент был изобретен в 1934 году Сергий Верне (1899–1968).[1] Его основное применение - автомобильная промышленность. термостаты используется в системе охлаждения двигателя. Первые приложения в сантехника и обогрев отрасли были в Швеция (1970) и в Швейцария (1971).
Восковые термостатические элементы преобразуют тепловую энергию в механическую энергию с помощью тепловое расширение из воск когда они тают. Этот воск мотор Принцип также находит применение помимо систем охлаждения двигателя, включая систему отопления термостатические радиаторные клапаны, сантехника, промышленность и сельское хозяйство.
Автомобильные термостаты
В двигатель внутреннего сгорания термостат охлаждения поддерживает температуру двигателя близкую к оптимальной Рабочая Температура регулируя поток охлаждающая жидкость к воздушному охлаждению радиатор. Теперь это регулирование осуществляется внутренним термостатом. Удобно, когда и чувствительный элемент термостата, и его регулирующий клапан могут быть размещены в одном месте, что позволяет использовать простой автономный термостат без источника питания в качестве основного устройства для точного контроля температуры двигателя.[2] Хотя в большинстве автомобилей теперь есть электрический вентилятор с регулируемой температурой, «поток воздуха без посторонней помощи может обеспечить достаточное охлаждение до 95% времени»[3] и поэтому такой вентилятор не является механизмом для первичного регулирования внутренней температуры.
Исследования 1920-х годов показали, что износ цилиндра усугубляется конденсацией топлива при контакте с холодной стенкой цилиндра, которая удаляет масляную пленку. Разработка автоматического термостата в 1930-х годах решила эту проблему, обеспечив быстрый прогрев двигателя.[4]
В первых термостатах использовалась герметичная капсула с органической жидкостью с температурой кипения чуть ниже желаемой температуры открытия. Эти капсулы были выполнены в виде цилиндрического сильфона. Когда жидкость закипела внутри капсулы, сильфон капсулы расширился, открыв пробку из листовой латуни внутри термостата.[5][6] Поскольку эти термостаты могли выйти из строя, они были разработаны для легкой замены во время обслуживания, обычно путем установки под патрубком для выпуска воды в верхней части блока цилиндров. Удобно, что это была самая горячая доступная часть охлаждающего контура, обеспечивающая быструю реакцию при нагревании.
Контуры охлаждения имеют небольшой обходной путь, даже когда термостат закрыт, обычно через небольшое отверстие в термостате. Это обеспечивает достаточный поток охлаждающей воды для нагрева термостата при нагревании. Он также обеспечивал выход для захваченного воздуха при первом заполнении системы. Часто используется байпас большего размера через блок цилиндров и водяной насос, чтобы равномерно распределить повышающуюся температуру.[5]
Работы по охлаждению высокопроизводительных авиационных двигателей в 1930-х годах привели к внедрению герметичных двигателей. системы охлаждения, ставшее обычным явлением на послевоенных автомобилях. Поскольку точка кипения воды увеличивается с увеличением давления, эти системы под давлением могут работать при более высокой температуре без кипения. Это увеличило рабочую температуру двигателя, а значит, и его эффективность, а также теплоемкость охлаждающей жидкости по объему, что позволяет использовать меньшие системы охлаждения, требующие меньшей мощности насоса.[6] Недостатком сильфонного термостата было то, что он также был чувствителен к изменениям давления, поэтому иногда его можно было снова принудительно закрыть под давлением, что приводило к перегреву.[6] Позже воск Пеллетный тип имеет незначительное изменение своего внешнего объема, поэтому нечувствителен к изменениям давления.[6] В остальном он идентичен более раннему типу. Многие автомобили 1950-х годов или ранее, которые изначально были построены с сильфонными термостатами, позже обслуживались заменой восковых капсульных термостатов без каких-либо изменений или приспособлений.
В этой наиболее распространенной современной форме термостата теперь используется восковая гранула внутри герметичной камеры.[6] Вместо перехода жидкость-пар они используют переход твердое тело-жидкость, которое для воск сопровождается большим увеличением объема. Воск остается твердым при низких температурах, а при нагревании двигателя воск плавится и расширяется. Герметичная камера управляет стержнем, который открывает клапан при превышении рабочей температуры. Рабочая температура фиксирована, но определяется конкретным составом парафина, поэтому термостаты этого типа доступны для поддержания различных температур, обычно в диапазоне от 70 до 90 °.C (От 160 до 200 °F ).[7] Современные двигатели работают горячими, то есть выше 80 ° C (180 ° F), чтобы работать более эффективно и уменьшить выбросы загрязняющих веществ.
Пока термостат закрыт, в контуре радиатора нет потока охлаждающей жидкости, и охлаждающая вода вместо этого перенаправляется через двигатель, позволяя ему быстро нагреваться, а также избегая горячих точек. Термостат остается закрытым, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет номинальной температуры открытия термостата. Затем термостат постепенно открывается по мере увеличения температуры охлаждающей жидкости до оптимальной рабочей температуры, увеличивая поток охлаждающей жидкости к радиатору. После достижения оптимальной рабочей температуры термостат постепенно увеличивает или уменьшает свое открытие в ответ на изменения температуры, динамически уравновешивая поток рециркуляции охлаждающей жидкости и поток охлаждающей жидкости к радиатору, чтобы поддерживать температуру двигателя в оптимальном диапазоне, как тепловая мощность двигателя, скорость автомобиля. , и снаружи температура окружающей среды изменять. В нормальных рабочих условиях термостат открыт примерно на половину своего хода, так что он может открываться дальше или уменьшать свое открытие, чтобы реагировать на изменения рабочих условий. Правильно спроектированный термостат никогда не будет полностью открыт или полностью закрыт при нормальной работе двигателя, иначе может произойти перегрев или переохлаждение.
Двигатели, которые требуют более жесткого контроля температуры, поскольку они чувствительны к «тепловому удару», вызванному скачками охлаждающей жидкости, могут использовать систему «постоянной температуры на входе». В этой конструкции охлаждение на входе в двигатель регулируется двухклапанным термостатом, который смешивает рециркулирующий поток датчика с потоком охлаждения радиатора. В них используется одна капсула, но есть два диска клапана. Таким образом достигается очень компактная, простая, но эффективная функция управления.
Воск, используемый в термостате, специально изготовлен для этой цели. В отличие от стандартного парафиновая свеча, который имеет относительно широкий диапазон углерод длины цепи, воск, используемый в термостате, имеет очень узкий диапазон углерода молекула цепи. Длина цепей обычно определяется характеристиками плавления, требуемыми для конкретного конечного применения. Для производства продукта таким способом требуются очень точные уровни дистилляция.
Типы элементов
Плоский диафрагменный элемент
Материал, чувствительный к температуре, содержащийся в чашке, передает давление на поршень с помощью диафрагма и заглушку, плотно удерживаемую направляющей. При охлаждении исходное положение поршня достигается с помощью возвратной пружины. Плоские диафрагменные элементы особенно известны своей высокой точностью и поэтому используются в основном в санитарных установках и отоплении.
Элементы сжимать-толкать
Элементы Squeeze-Push содержат синтетическая резина втулочный элемент в форме «пальца перчатки», окружающий поршень. При повышении температуры давление от расширения термостатического материала перемещает поршень с боковым сжатием и вертикальным толчком. Как и в случае плоского диафрагменного элемента, поршень возвращается в исходное положение с помощью возвратной пружины. Эти элементы немного менее точны, но обеспечивают более длинный ход.
Характеристики
Ход - это движение поршня относительно его начальной точки. Идеальный ход соответствует температурному диапазону элементов. По типу элемента он может варьироваться от 1,5 мм до 16 мм.
Диапазон температур находится между минимальным и максимальным Рабочая Температура элемента. Элементы могут работать при температурах от -15 ° C до +120 ° C. Элементы могут перемещаться пропорционально изменению температуры в некоторой части диапазона или могут внезапно открываться при определенной температуре в зависимости от состава восков.[нужна цитата ]
Гистерезис это разница между ходом вверх и вниз при нагревании и охлаждении элемента. Гистерезис вызывается тепловой инерцией элемента и трением между движущимися частями.[8]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Верне, Сергий "Термостат," Патент США № 2115501 (подано: 1 октября 1934 г .; выдано: 26 апреля 1938 г.).
- ^ «Охлаждение двигателя». Автомобильный справочник (3-е изд.). Bosch. 1993. стр. 413. ISBN 0-8376-0330-7.
Рекомендуется установить термочувствительный термостат с расширительным элементом для регулирования температуры.
- ^ Справочник Bosch и автомобильной промышленности, п. 414
- ^ Сэр Гарри Рикардо - Воспоминания и машины: образец моей жизни Констебль, Лондон, 1968 год. P218.
- ^ а б Знай свою машину (5-е изд.). Autocar. 1957. С. 57–58.
- ^ а б c d е Сетрайт, Л. Дж. К. (1976). «Охлаждение». В Яне Уорде (ред.). Анатомия автомобиля. Орбис. С. 61–62. ISBN 0-85613-230-6.
- ^ Дон Ноулз, Джек Эрджавек Базовое автомобильное обслуживание и ремонт Cengage Learning, 2004 г. ISBN 1-4018-5208-4 стр.140
- ^ «Диаграмма кривой гистерезиса». Rostra Vernatherm. 2011 г.
внешняя ссылка
- Vernatherm - Термоприводы - и другие терморегуляторы - Rostra Vernatherm
- ThermalActuators.com - Термоприводы - & Информация о механических функциях и продукты - Термоприводы
- Vernet.fr - Термостатические элементы Картриджи Термостаты Электротермический привод
- Raymot.com - Страница восковых термостатических элементов
- Ysnews.com - Верне основал ведущую компанию Yellow Springs
- Верне - 1946 Верне основал Vernay Laboratories.
- Thermal-actuators.com - Авто | ТУ-ПОЛИ
