Mum termostatik eleman

Mum termostatik eleman 1934 yılında Sergius Vernet (18991968) tarafından icat edildi. Başlıca uygulaması motor soğutma sisteminde kullanılan otomotiv termostatlarıdır. Sıhhi tesisat ve ısıtma endüstrilerindeki ilk uygulamalar İsveçde (1970) ve İsviçrede (1971) yıllarında yapılmıştır.
Mum termostatik elemanlar, eridiğinde mumların ısıl genleşme özelliğini kullanarak ısı enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Bu mum motoru ilkesinin, motor soğutma sistemleri, ısıtma sistemi termostatik radyatör vanaları, sıhhi tesisat, endüstriyel ve tarım dahil olmak üzere çeşitli uygulamaları vardır.
Otomotiv termostatı
İçten yanmalı motorun termostatı, hava soğutmalı radyatör soğutma sıvısının motor sıcaklığını ayarlayarak motorun sıcaklığını optimum çalışma sıcaklığı civarında tutar. Termostat, araca ve motora bağlı olarak 75 C ile 88 C arasında açılır.
Motor çalışma sıcaklığına ulaşmadığı sürece termostat kapalıdır ve soğutucu sıvı sadece motor, devridaim su pompası ve ısıtma elemanı içinde dolaşır.
Termostat açılınca su soğutucu radyatör devreye girer ve asıl soğutma başlar.
Uygun bir şekilde, termostatın hem algılama elemanı hem de kontrol valfi aynı yere yerleştirilebilir, bu da motor sıcaklığının hassas kontrolünde birinci cihaz olarak basit, bağımsız, elektriksiz termostatın kullanılmasına imkan verir.
Artık çoğu araçta sıcaklık kontrollü için elektrikli soğutma fanı olsa da, "desteksiz hava akımı zamanın %95'ine kadar yeterli soğutma sağlayabilir" ve bu fan motor iç sıcaklık kontrolü için birincil cihaz değildir.
1920'lerde yapılan araştırmalar soğuk motorun silindir gömlek iç duvarına temas ettiğinde yağ filmini bozan yakıt yoğunlaşmasının silindir gömleğinin aşınmasını artırdığını gösterdi. 1930'larda otomatik termostatın geliştirilmesi, motorun hızlı ısınmasını sağlayarak bu sorunu çözdü.
İlk termostatlar, kaynama noktası istenen açılma sıcaklığının hemen altında olan, sızdırmaz organik bir sıvı kapsülü kullanırdı. Bu kapsüller silindirik bir körük şeklinde yapılmıştı. Kapsül içindeki sıvı kaynadığında, kapsül körüğü genişleyerek termostat içindeki levha pirinç tapa valfi açardı. Bu termostatlar çalışırken arızalanabileceğinden, genellikle silindir bloğunun üst kısmındaki su çıkış bağlantısının altına takılarak serviste kolayca değiştirilebilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, aynı zamanda soğutma devresinin erişilebilen en sıcak kısmıydı ve ısınmada hızlı tepki veriyordu.
Soğutma devreleri, termostat kapalıyken bile, genellikle termostattaki küçük bir delikle küçük bir baypas yoluna sahiptir. Bu, ısınırken termostatı ısıtmak için yeterli soğutma suyu akışına izin verir. Ayrıca, sistemi ilk doldururken sıkışan hava için bir kaçış yolu sağladı. Yükselen sıcaklık dağılımını eşit tutmak için genellikle silindir bloğu ve su pompası aracılığıyla daha büyük bir baypas sağlanır.
1930'larda yüksek performanslı uçak motorlarının soğutulması üzerine yapılan çalışmalar, savaş sonrası otomobillerde yaygın hale gelen basınçlı soğutma sistemilerin benimsenmesine yol açtı. Artan basınçla suyun kaynama noktası arttığından, bu basınçlı sistemler kaynama olmadan daha yüksek bir sıcaklıkta çalışabilir. Bu, hem motorun çalışma sıcaklığını, dolayısıyla verimliliğini, hem de soğutucu akışkanın hacimce ısı kapasitesini artırarak daha az pompa gücü gerektiren daha küçük soğutma sistemlerine olanak sağladı. Körüklü termostatın bir dezavantajı, basınç değişikliklerine karşı da duyarlı olması ve bu nedenle bazen aşırı ısınmaya yol açan basınçla tekrar kapanmaya zorlanmasıydı. Daha sonraki mum pelet tipinin dış hacminde ihmal edilebilir bir değişiklik vardır, bu nedenle basınç değişikliklerine karşı duyarsızdır. Aksi takdirde, çalışması önceki tiple aynıdır. 1950'lerde veya daha önceki yıllarda, aslında körüklü termostat takılan birçok arabaya, daha sonra herhangi bir değişiklik gerektirmeden yedek mum kapsül termostat takıldı. Bu en yaygın modern termostat biçimi, artık sızdırmaz bir hazne içinde bir mum pelet kullanır. Bunlar sıvı-buhar geçişi yerine katı-sıvı geçişini kullanır, mumlar için hacimde büyük bir artış eşlik eder. Mum düşük sıcaklıklarda katıdır ve motor ısındıkça mum erir ve genişler. Kapalı oda, çalışma sıcaklığı aşıldığında bir valf i açan bir çubuğu çalıştırır. Çalışma sıcaklığı sabittir, ancak mumun özel bileşimi tarafından belirlenir, bu nedenle bu tip termostatlar, genellikle 70 ila 90C (160 ila 200 F) aralığında farklı sıcaklıkları korumak için mevcuttur. Modern motorlar, daha verimli çalışmak ve kirletici emisyonlarını azaltmak için 80 C (180 F) üzerinde sıcaklıklarda çalışır.
Termostat kapalıyken, radyatör döngüsünde soğutma sıvısı akmaz ve soğutma suyu bunun yerine motora yeniden yönlendirilerek sıcak noktalardan kaçınılırken motorun hızlı şekilde ısınmasına neden olur. Soğutucu sıvı sıcaklığı nominal termostat açma sıcaklığına ulaşana kadar termostat kapalı kalır. Ardından termostat, soğutma sıvısı sıcaklığı optimum çalışma sıcaklığına yükseldikçe kademeli olarak açılır ve radyatöre giden soğutma sıvısının debisini artırır.
Optimum çalışma sıcaklığına ulaşıldığında termostat, sıcaklık değişikliklerine tepki olarak açıklığını kademeli olarak artırır veya azaltır böylece motor sıcaklığını optimum aralıkta tutmak için motor ısısı çıkışı, araç hızı ve dış ortam sıcaklığı değişikliğinde gerekli olan devridaim su pompasından gelen soğutma sıvısı debisini ve radyatöre giden soğutma sıvısı debisini değişken koşullarda dengeler.
Normal çalışma koşullarında termostat, çalışma koşullarındaki değişikliklere tepki vermek için daha çok açılabilmesi veya açılmasını azaltabilmesi için strok hareketinin yaklaşık yarısına kadar açıktır. Doğru tasarlanmış bir termostat, motor normal çalışırken asla tam olarak açılmaz veya tamamen kapanmaz öbür türlü aşırı ısınma veya aşırı soğutma oluşur.
Soğutma sıvısı dalgalanmalarının neden olduğu "Termal şoka" duyarlı oldukları için daha sıkı bir sıcaklık kontrolü gerektiren motorlar, "sabit giriş sıcaklık" sistemini kullanabilir. Bu düzenlemede, motora giden giriş soğutması, radyatör soğutma debisiyle yeniden-dolaşanı algılayan debiyi karıştıran çift -valfli termostatla kontrol edilir. Bunlar tek bir kapsül kullanır, ancak iki valf diskine sahiptir. Böylece çok küçük ve basit ama etkili bir kontrol işlevi elde edilir.
Termostat içindeki genleşen madde
Termostat içerisinde kullanılan mum bu amaç için özel olarak üretilir. Nispeten geniş bir karbon zincir uzunluğu aralıklı standart parafin mumu'nun aksine, termostatta kullanılan mumun çok dar karbon molekül zincir aralığı vardır. Zincirlerin kapsamı genellikle belirli son uygulamanın gerektirdiği erime özellikleriyle belirlenir. Bir ürünü bu şekilde imal etmek için çok kesin damıtma seviyeleri gerekir.
Lüks segmentte artık birkaç devreli ve harita kontrollü elektrikli termostatlı motorlar da vardır.
Eleman türleri
Düz diyafram elemanı
Kapta bulunan sıcaklık algılayıcı malzeme, diyafram ve kılavuz tarafından sıkıca yerinde tutulan tapa vasıtasıyla basıncı piston'a aktarır. Soğutmada, pistonun ilk konumu bir geri dönüş yayı vasıtasıyla sağlanır.
Düz diyafram elemanları özellikle yüksek doğruluk seviyeleri ile dikkat çeker ve bu nedenle esas olarak sıhhi tesisatlarda ve ısıtmada kullanılır.
Sıkma-itme elemanları
Sıkma-itme elemanları, pistonu çevreleyen 'eldiven parmağı' şeklinde sentetik kauçuk manşon benzeri bir bileşen içerir. Sıcaklık arttıkça, termostatik malzemenin genleşmesinden kaynaklanan basınç, pistonu yanal bir sıkıştırma ve dikey bir itme ile hareket ettirir. Düz diyafram elemanında olduğu gibi, piston bir geri dönüş yayı vasıtasıyla başlangıç konumuna geri döner. Bu öğeler biraz daha az doğrudur ancak daha uzun hareket miktarı sağlar.
Özellikler
Strok, pistonun başlangıç noktasına göre hareketidir. İdeal strok, elemanların sıcaklık aralığına karşılık gelir. Eleman tipine göre 1.5 mm ile 16 mm arasında değişebilir.
Sıcaklık aralığı, elemanın minimum ve maksimum çalışma sıcaklığı arasındadır. Öğeler, -15 C ila +120 C arasındaki sıcaklıkları kapsayabilir. Elementler, aralığın bir kısmındaki sıcaklık değişimiyle orantılı olarak hareket edebilir veya mumların bileşimine bağlı olarak belirli bir sıcaklık civarında aniden açılabilir.
Histerezis, elemanın ısıtılması ve soğutulması üzerine yukarı ve aşağı strok eğrisi arasında not edilen farktır. Histerez, elemanın termal ataleti ve hareket halindeki parçalar arasındaki sürtünmeden kaynaklanır.