журнал для самодельщиков. Чертежи, схемы, описания, разработки, ремонт, изготовление, фото





Термоклапан для солнечного или дровяного водонагревателя. Как самому сделать термоклапан.

Раздел: Садово-дачная техника и инструмент


При разработке солнечного водонагревателя с оптимизированным алгоритмом работы (его конструкция будет описана несколько позже в другой статье), я столкнулся с проблемой регулирования количества подаваемый в нагреватель воды таким образом, что бы ее количество автоматически подстраивалось под мощность нагревателя. Вообще говоря, если решать эту задачу с помощью электроники и электроклапанов, то она решается довольно просто. Но солнечный или дровяной водонагреватель - устройства абсолютно энергонезависимые и вешать на них «гирю» в виде электронных блоков, а следовательно и источников питания и разных датчиков и исполнительных механизмов не хотелось. Термоклапан так же должен быть энергонезависимым, механическим и очень надежным.

Собственно задача термоклапана - добавлять в бак водонагревателя немного холодной воды при ее перегреве. Это позволит нагревателю на начальном этапе работы быстро подогреть небольшое количество воды, имеющееся в баке, а затем вода будет добавляться в соответствии с возможностями нагревателя, ровно в таком количестве, какое нагреватель способен нагреть.

В процессе обсуждений на форуме сайта и размышлений родился следующий проект:

В продаже имеются стандартные сантехнические обратные клапаны. Состоят они из корпуса, в котором находится подпружиненная мембрана, которая прижимается мягкой пружинкой к седлу клапана. Задача его – пропускать воду только в одну сторону. К мембране прикреплен шток – направляющая ось, которая перемещается по двум втулкам. Если нажать на этот шток, то клапан принудительно откроется и будет пропускать воду. Нажимать на этот шток необходимо при достижении водой внутри бака определенной температуры.

В качестве термометра и «нажимателя» может выступать стержень из какого либо материала, устойчивого к воде и имеющего очень большой коэффициент линейного температурного расширения. Тогда при нагреве стержень будет удлиняться и упираясь одной стороной в какой то упор, будет давить на шток и приоткрывать клапан, впуская в бак порцию холодной воды. Свежая поступающая вода охлаждает сам стержень, он сжимается и перестает давить на шток. Клапан закрывается. Таким образом минимизируется порция холодной воды, поступающая в бак и он не переохлаждается. Но и не перегревается. При этом количество нагретой воды постоянно увеличивается (если работает солнечный или дровяной нагреватель).

В качестве термоэлемента идеально подходит фторопластовый стержень. У фторопласта очень большое термическое расширение – ок. 0,0003% длины на каждый градус. (для сравнения – у стали – примерно в 300 раз меньше). Это значит, что 1 метр фторопласта при нагреве на 1 градус удлинится на 0,3 мм. А при нагреве на 10 гр. – на целых 3 мм! Такой величины более чем достаточно, что бы клапан начал пропускать воду. И даже нет нужды вставлять такой длинный стержень. Забегая вперед, скажу, что и 20-ти сантиметровый - уже прекрасно работает, поддерживая температуру с точностью до 5-6 градусов, что более чем достаточно. Для испытаний (фото ниже) в использовал стержень в 50 см.

Детали для термоклапана можно купить в любом магазине продающем сантехнические «железки». Потребовались: обратный клапан, трубка (медная или алюминиевая), две футорки на торцы трубки (что бы на них образовалась резьба), пробка, гибкая подводка. Всех деталей рублей на 150-200. Стержень фторопласта у меня был диаметром 10 мм, трубку взял на 15 мм.

Прежде всего, приклеил на торцы трубки футорки с помощью эпоксидной смолы. Пока смола застывала, в пробке просверлил отверстие и нарезал резьбу для регулировочного винта. Его задача - пододвинуть фторопластовый стержень к штоку клапана, но не нажимать его. Нажать его он должен, когда стержень нагреется и увеличится по длине. Этот винт – регулятор температуры. В трубке возле одного из торцов просверлил несколько отверстий для выхода воды. Завинтил пробку и подводку.

После этого все собрал, винтом отрегулировал положение стержня и приступил к испытаниям. Сунув термоклапан в большое ведро с холодной водой, отметив ее уровень, поместил туда же датчик электронного термометра и кипятильник на 500 Вт. Свободный конец подводки подключил к водопроводу. Включил кипятильник в сеть.

Пока вода не нагрелась до 47 гр (это уже горячая на ощупь), клапан был закрыт и уровень в ведре не менялся. Затем началось периодическое открывание клапана и уровень воды начал увеличиваться. Температура при этом продолжала расти, но все медленнее и медленнее. При 65 гр она расти перестала вовсе, а уровень рос довольно быстро. При прекращении нагрева уровень продолжал расти, температура падать (за счет поступления холодной воды). Но при снижении ее ниже 50 градусов перестала падать и перестал расти уровень воды.

Таким образом испытания термоклапана прошли очень успешно. Я еще немного порезвился с термоклапаном, выявляя нюансы и особенности его работы. Поэтому расскажу о некоторых из них и доработках, не отраженных на фото.

Если трубку расположить так, что бы выходные отверстия для воды были на конце противоположном клапану (у пробки), то входящая холодная вода охлаждает фторопластовый стержень, и клапан работает в импульсном режиме, доливая воду порциями. При этом есть тенденция к перегреву воды в баке. А если отверстия будут непосредственно у обратного клапана, то стержень при его открывании не охлаждается, и термоклапан регулирует просто интенсивность потока. Перегрев воды при этом меньше, но и инерционность при закрытии больше, и холодной воды поступает больше. Первый вариант хорош для очень системы с очень маломощным нагревателем, второй – наоборот, для системы с мощным водонагревателем.

Изменил немного конструкцию винта – регулятора. Просверлил глухое отверстие и нарезал резьбу в торце фторопластового стержня. Винт сначала ввинчивается в пробку, а затем на него навинчивается стержень. Тем самым устранил его «болтание» в трубке и теперь при охлаждении стержень гарантированно прижимается к пробке. Это позволило работать термоклапану в любом положении, а до этого могла возникнуть ситуация, когда бы стержень давил на шток собственным весом. На винт регулятор навинчивается стопорная гайка, после регулировки фиксируется лаком.

Трубку для рабочих вариантов использую алюминиевую (16 мм), она в 5-6 раз дешевле медной. Правда футорки для торцов подобрать к ней сложнее. Использую переходник с 3/8 на ½ дюйма, причем приходится немного стачивать внутреннюю резьбу переходника, что бы в него вставлялась трубка 16 мм.

Длина рабочего варианта термоклапана в сборе – ок. 30 см всего, что более чем приемлемо. Поместится в практически любой бак-накопитель водонагревателя. Регулировка простая - нагреваю воду до 50 градусов, подводку подключаю к накаченной надувной игрушке. Когда термоклапан прогреется (минут несколько), медленно вращаю винт, пододвигая стержень к клапану, пока не пойдут пузырьки воздуха. Фиксирую винт гайкой (лучше применить гайку с самофиксацией), капаю краску. После этого термоклапан держит воду в районе +50 градусов не позволяя ей перегреваться выше 55-60 градусов.

Термоклапан надежный, ломаться там нечему, в ближайший сезон начнется реальная эксплуатация.

Вопросы и обсуждение термоклапана на форуме…

Константин Тимошенко © 11.12.2010






 

Разделы сайта:

  
  • САМ-издат.  
  • Авто - Мото - Вело  
  • Кулинарные рецепты  
  • Здоровье и медицина  
  • Дом и Квартира  
  • Дачное строительство  
  • Садово-дачная техника и инструмент  
  • Сад и огород  
  • САД и ОГОРОД (NEW!)  
  • Ремонт бытовой техники  
  • Интернет и Компьютеры  
  • Фото и Видео  
  • Разное  
  • Телевидение  
  • Рыбалка, Охота, Грибы  
  • Туризм и Отдых  
  • Полезные советы  
  • Плохие вещи  

  • БАРАХОЛКА (NEW!) товары для самодельщиков  

  • Все страны мира
        Отзывы туристов.