Как работает капиллярный термостат

Капиллярные термостаты и терморегуляторы

Большинство оборудования функционирует в определенном температурном диапазоне. Контроль над ним осуществляется при помощи термостатов, регуляторов и тепловых реле. Выбор конкретных устройств определяется конструктивными особенностями техники, требованиями к точности контроля нагрева и другими факторами. Капиллярный термостат тут; входит в число наиболее распространенных устройств регулирования температурного режима.

Принцип работы капиллярных термостатов

Работа капиллярного термостата базируется на первом законе термодинамики, который гласит, что при изменении температуры в термодинамической системе она выполняет механическую работу, пока не придет к равновесному состоянию. Конструкция капиллярного термостата позволяет контролировать температуру за счет регулирования величины точки равновесия и включает в себя следующие элементы:

• датчик в виде металлической капсулы, содержащей рабочую жидкость;
• капилляр, соединяющий датчик с регулирующим блоком термостата;
• регулирующий блок или электромеханическое реле, посредством которого задаются нужные параметры (устанавливается точка равновесия).

При нагревании датчика происходит расширение содержимого капсулы, которое через капиллярную трубку оказывает давление на мембрану реле, а при достижении заданной температуры происходит размыкание контактов. Обычная погрешность такого устройства составляет ±3-4°C. Такой вид электротехники https://www.scat-technology.ru/, как капиллярный терморегулятор, очень прост, надежен и энергонезависим, благодаря чему используется в разнообразной технике.

Сфера применения капиллярных термостатов

Теоретически температурный датчик и регулирующий блок могут быть разнесены на любое расстояние. Кроме того, в них можно использовать рабочие жидкости с различными физическими характеристиками (например, фреоны), что позволяет эксплуатировать капиллярный термостат и при отрицательных температурах (в тех же холодильниках).

Чаще всего эти устройства используются в технике, где регулирующий блок необходимо максимально защитить от нагрева. Поэтому терморегуляторы капиллярного типа устанавливают в отопительных котлах, проточных водонагревателях, бойлерах и другом теплотехническом оборудовании, духовых и жарочных шкафах, различных системах автомобилей, кондиционерах и т. д.

Вот наконец, мы подобрались к самому интересному термостату. Он интересен нам, как вентиляционщикам, так как обеспечивает одну из защит от заморозки водяного калорифера. Стоит сразу сказать, что капиллярный термостат – это не только данфосс. Есть и другие производители, их много, просто показать проще один, принцип действия у всех похож, как и внешний вид, и способ монтажа.

Рисунок 9.1 — Danfoss KP61, надпись на упаковке.

С упаковки снимаем информацию – этот датчик контролирует температуру от -30 до 15 градусов. Гистерезис термостата регулируемый. В нашем случае – это, видимо, 1,5 – 7 градусов. Длина чувствительного элемента – 5 метров. Длина элемента важна, так как, в идеале, элемент должен пройти по всей поверхности калорифера. Датчики выпускаются с разными длинами этих элементов, при заказе обязательно уточняйте, обращайте на это внимание! Слишком короткий датчик не охватит весь калорифер, что ухудшит защиту, а слишком длинный – это дороже, смонтировать можно, но тут надо смотреть экономическую целесообразность. Примеры монтажа показаны на рисунках 9.13, 9.15. 9.16, 9.17. Да и в принципе, мы здесь не проектированием занимаемся. Вы уже имеете готовую, спроектированную вентустановку. Если у вас датчик вышел из строя, например, был поврежден в процессе монтажа, ориентируйтесь по ситуации. Нормально датчик к калориферу подходил — берите такой же. Не устраивает длина — берите по ситуации.

Рисунок 9.2 — Danfoss KP61, общий вид.

Вот он, этот самый чувствительный элемент, внизу на фото. При монтаже его необходимо АККУРАТНО и ОСТОРОЖНО раскручивать у поверхности калорифера так, как показано на рисунке 9.13. Если перегнете трубочку до излома, датчик выйдет из строя. Это проявится в том, что контакты не будут менять свое положение. Они застынут навечно. Монтажник может скрыть этот грех, если подключит провода так, что контроллер вашей системы будет считать, что все хорошо. Наладчик может проморгать это. Если вы эксплуатируете вентустановку, не верьте никому на слово, проверьте сами его исправность. Как это сделать – есть несколько вариантов. Можете кинуть на капилляр снегом, в процессе работы. Это потребует включения установки со снятой крышкой вентблока. Будьте осторожны, чтобы туда ничего и никого не засосало. Можно перекрыть подачу горячей воды. Либо краном, который должен быть на смесительном узле, либо вручную, управляя положением привода с контроллера, или опять же вручную, некоторые приводы такое допускают. Но при таком способе будьте КРАЙНЕ ОСТОРОЖНЫ, чтобы реально не заморозить калорифер! Лучше всего это делать при температуре на улице чуть выше нуля. Следите при этом за температурой обратной воды и температурой приточного воздуха. Заодно можно проверить и сработку по низкой температуре обратной воды, если у вас система обладает такой защитой. Чтобы узнать, есть ли она – ЧИТАЙТЕ ИНСТРУКЦИЮ производителя!

Рисунок 9.3 — Danfoss KP61, вид со снятой защитной крышкой.

Рисунок 9.4 — Danfoss KP61, вид без крышки, под углом.

Как установить температуру. Вращайте регулировочную ручку и следите за указателем на шкале. Данфосс в этом плане немного заморочен, так как имеет защитную стопорную планку. Для проведения регулировок её необходимо снять. Обратите внимание на рисунок 9.12. на фото ниже эта планка видна сразу под ручкой. Рядом с ручкой находится золотистого цвета шестигранник. Это ручка задания гистерезиса. Надеюсь, вы помните из предыдущих страниц, что это такое? Он задает разницу в температуре, при которой контакты датчика будут возвращаться в исходное состояние после достижения задания. Чтобы задать гистерезис нужно снять ручку и переставить, как показано на рисунке 9.12.

Не рекомендую задавать температуру ниже 5 градусов. Выше – пожалуйста, но смотрите, чтобы ложных срабатываний не было. Обычно выставляют от 5 до 10 градусов.

Рисунок 9.5 — Danfoss KP61, регулировочная ручка и шкала.

Рисунок 9.6 — Danfoss KP61, панель регулировок.

Рисунок 9.7 — Danfoss KP61, шкала задания температуры и гистерезиса.

Рисунок 9.8 — Danfoss KP61, вид с закрытым клеммником.

Рисунок 9.9 — Danfoss KP61, вид с открытым клеммником.

Рисунок 9.10 — Danfoss KP61, клеммник.

Рисунок 9.11 — Danfoss KP61, инструкция.

Рисунок 9.12 — Danfoss KP61, как выставить температуру и гистерезис термостата.

1. капилляр;
2. монтажная скоба;
3. термостат;
4. вход горячей (прямой) воды в калорифер;
5. блок вентсистемы с водяным калорифером;
6. выход охлажденной воды (обратной) из калорифера;
7. неоткрывающаяся панель.

Рисунок 9.13 – Монтаж капиллярного термостата.

При монтаже обратите внимание на то, куда ставить термостат. Постарайтесь поставить его на такую часть вентсистемы, которая скорее всего не будет открываться. Не стоит ставить его на кожух, закрывающий водяной калорифер. Он может извлекаться для каких-то сервисных целей. Лишний раз демонтировать и монтировать этот термостат опасно, можно повредить капиллярную трубку.

Рисунок 9.14 – Капиллярный термостат PolarBear PBFP 6N в комплекте с монтажными скобами.

Посмотрите на еще один капиллярный термостат, производства Polar Bear. Называется PBFP 6N. Циферка 6 в названии термостата характеризует длину капиллярной трубки. Здесь она 6 метров. Еще этот термостат интересен тем, что он идет сразу в комплекте со скобами для монтажа капиллярной трубки, которые показаны на позиции 2 рисунка 9.13. На рисунке 9.14 эти скобы видны в левой части фотографии, они черного цвета и упакованы в полиэтиленовый пакетик. При работе с другими термостатами учитывайте, что скобы могут продаваться отдельно. Уточняйте при покупке – есть ли они в комплекте, или их надо заказывать отдельно.

Рисунок 9.15 – Пример монтажа датчика PBFP со слишком длинным чувствительным элементом.

На рисунке 9.15 видно, что можно было поставить термостат с вдвое меньшим чувствительным элементом. При той же защите калорифера, датчик бы стоил дешевле. Однако сам монтаж выполнен очень хорошо. Обратите внимание на левую сторону рисунка. Видите белую стяжку? Это крепление свободного конца капилляра, чтобы он не дребезжал при работе вентилятора.

Рисунок 9.16 – Пример монтажа датчика PBFP, крепление корпуса.

На рисунке 9.16 видно, как решено закрепить корпус датчика, крепление чувствительного элемента которого показано на рисунке 9.15. Датчик рядом со вводом «прямой воды», в левой верхней части фотографии. Капилляр здесь защищен гибкой трубкой из комплекта датчиков перепада давления. Решение неплохое, но плохо, что получается довольно протяженный участок капилляра вне зоны калорифера. Лучше вводить капилляр в установку как можно раньше, пример такого варианта показан на рисунке 9.17.

Рисунок 9.17 – Пример монтажа датчика PBFP.

На рисунке 9.17 показан вариант с хорошим вводом капилляра в установку, без протяженных участков снаружи.
Из недостатков:

• свободный конец капилляра не закреплен и при работе будет болтаться, вызывая дребезг, а также вероятность повреждения капилляра;
• — «змейка» капилляра неравномерна на поверхности калорифера, сравните её с вариантом на рисунке 9.15. Здесь нижнюю и верхнюю скобы (2 и 3, если считать с любой стороны), можно было бы сдвинуть немного правее.

Терморегулятор для водонагревателя – один из составляющих системы защиты бойлера (вторая – это предохранительный клапан). Он нужен для удобной эксплуатации – благодаря нему вы всегда сможете узнать, какой запас на данный момент в ёмкости.

Термостат также контролирует процесс подогрева и предупреждает перегрев. Если он вышел из строя, требуется его смена. Можно сказать, что это элемент, который прекращает действие нагревающей детали (ТЭНа) тогда, когда температура подошла к установленным ограничениям. В случае поломки, температура начнёт подниматься и в нём образуется огромное давление. Через некоторое время это может привести к взрыву.

Поэтому правильная эксплуатация в целом, а также отдельных частей, сэкономит ваши средства и обезопасит использование. Именно с этой целью данная статья раскроет принцип действия, виды, технические неполадки, способы диагностики и советы по эффективной эксплуатации.

Принцип работы

Внешне они могут очень сильно отличаться, но в основном их принцип функционирования меняется не сильно. Главная деталь – это теплопроводящий стержень. Он расширяется при нагревании, приводит в движение систему контактов, которые в свою очередь отключают от сети ТЭН. При остывании стержня его длина постепенно уменьшается. Тогда термостат передаёт сигнал нагревательному элементу, что вскоре приведёт ТЭН снова в действие. Температуру, которую должен поддерживать регулятор, устанавливает сам пользователь в соответствии со своими потребностями.

Короче это можно описать так:

• Установка нужного уровня температуры при помощи рычага, кнопки или переключателя
• Измерение температуры и включение ТЭНа при надобности
• При достижении нужного значения деления выключается ТЭН
• после охлаждения снова начинает срабатывать терморегулятор, и нагревание начинается заново

На сегодняшний день существуют такие устройства, которые имеют дополнительную функцию – отключение подачи электричества к ТЭНу при поломке. Благодаря этому безопасность использования становится выше и предотвращается вероятность поражения электрическим током.

Основные виды

ТЭНы бывают разной мощности. Чем он мощнее, тем интенсивнее греется жидкость внутри. Более того, терморегулятор – это как раз та деталь, которая является основой. Если вы правильно выбрали все технические характеристики и добросовестно выполняете все правила его эксплуатации, водонагреватель будет служить долгое время без внеплановых чисток. Итак, какими они бывают.

Стержневой

Он состоит из стальной трубки небольшого диаметра (приблизительно до 10 мм) и длины (около от 25 до 45 см), которая зависит от объёма и мощности нагревателя. Этот термостат помещается в трубку ТЭНа и работает он по элементарным законам физики. Когда трубка нагревается, она расширяется линейно, и это позволяет надавить на выключатель. Однако их главный недостаток – неточность и дороговизна использования. Когда горячая вода выходит из бака, поступающая холодная очень быстро охлаждает термостат. По этой причине бойлер по времени греется больше, чем на самом деле надо, а это повышает затраты на электричество и сокращает срок эксплуатации и его деталей.

Капиллярный

Этот тип считается более прогрессивным. Он состоит из полиэстерового корпуса, который не поддаётся окислению достаточно длинный срок. В него встроено переключающее устройство (термический регулятор). Его работа происходит по принципу объёма расширительной жидкости в капиллярной трубке (тот же физический закон, что и в предыдущем) Расширительная жидкость внутри баллона, которая по плотности отличается, при нагревании меняет свою плотность, после чего действует на установленную мембрану и отключает подачу электропитания. По сравнению со стержневыми, такие приборы точнее в своих показаниях и, как результат, экономнее.

Электронный

Электронный – наиболее современный тип, а значит самый точный и безопасный.

В свою очередь они бывают двух видов: термостат безопасности и регулировочный. Если он будет пуст в тот момент, когда напряжение поступает к нагревательному элементу, тогда включится защита, которая отключит питание.

Другие виды

1. Электронные и электромеханические.Первый работает благодаря специальным электронным датчикам. Второй – благодаря биметаллическим элементам.
2. Простые (нужные градусы устанавливаются вручную) и программируемые (отличается более высокой точностью).
3. Накладные (при электронном управлении используются наиболее часто) и врезные (больше предназначены для механического управления).
4. Предназначенные для бойлеров с косвенным (непрямым) нагревом. Они значительно сэкономят ваши средства, потому что нагревают воду, при этом используя только питание для отопительного прибора. Но жидкость, которая циркулирует в отопительной системе не может нагреваться выше отметки, которая задана изначально.

Самые распространённые поломки

Каким образом обнаружить и устранить:

• Вода слишком горячая (это может возникнуть из-за выхода из строя конструкции, которая выполняет регулирующую функцию)
• Авария в медной капиллярной трубке. Сама по себе эта деталь очень чувствительна к разного рода механическим повреждениям. К сожалению, её невозможно отремонтировать, а только установить новую.
• Сцепление ТЭНа и электрических разъёмов недостаточное.
• Термостат очень часто включается и выключается (причина в чрезмерном образовании накипи, которое превышает допустимую норму).
• Вода недостаточно нагрета, хотя мощность ТЭНа очень высокая (это возникает при неправильной регулировке)
• Неисправность электрических составляющих (чаще всего это из-за перепадов напряжения в электросети; нужно установить средство, которое обеспечит бесперебойное электропитание или же стабилизатор напряжения)

Диагностика поломки и выбор нового прибора

Обнаружить повреждение своевременно, чтобы избежать лишних трат и сохранить своё здоровье довольно просто. То, что можно обнаружить даже невооруженным глазом, – вода перестала нагреваться. Для проверки дееспособности и исправности снимите его с самого теплообменника, после чего поставьте на измерение сопротивления (Ом). Для этого используется специальный тестер. Если тестер не покажет никакой реакции (на экране прибора при проверке не произошло изменений), то можно заключить, что прибор неисправен и его нужно заменить на новый. Термостаты ремонту не подлежат.

Хотелось бы обратить внимание, что какие-либо самостоятельные действия с целью проверки или ремонта без соответствующих знаний, навыков и соблюдения правил безопасности могут стать причиной травм. Лучше обратиться за помощью к специалисту.

Лучше всего выбирать новый, такой же фирмы. Таким образом, все их параметры будут совпадать и слаженно функционировать. Форма и принцип должны быть аналогичны предыдущему. Она определяется температурами, которые нужно регулировать, качеством материалов, из которых изготовлено устройство, маркой, производителем и т.д.

На первый взгляд может сложиться впечатление, что ключевую роль играет ТЭН. Кто-то думает, что самым важным является объём устройства. Но специалисты говорят, что про качество и правила обслуживания не стоит забывать. Устанавливайте адекватные градусы нагрева, мощность ТЭНа, проводите регулярную проверку, а также будьте внимательны к основным «симптомам». Таким образом, вы защитите полноценное функционирование, сделаете его более безопасным для вас и вашей семьи. Более того, срок службы бытовой техники будет продлён, а финансы сэкономлены.