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即热式电热水器结垢问题及解决措施


即热式电热水器主要是指大家广泛使用的沐浴用电器,其中的大部分电热水器都采用储水式加热。所谓储水式加热方式是指在热水器中有一个用于将水加热的固定式器具,它装有控制或限制水温的装置,可长期或临时储存较多的热水[1]。该装置被称为内胆,是即热式电热水器的核心零件。

由于内胆中的电加热器长期处于高温状态,当水质较差时极易产生水垢,如图1所示。水垢的导热系数极低,集聚后会造成电加热器的加热效率下降;此外由于热量不能及时传递给水,造成加热系统表面温度过高,容易产生爆管危险;结垢层导热系数差,容易造成加热效率的大幅度下降,加剧能源消耗,造成浪费。

1 电热水器中的水垢

随着电加热器的热胀冷缩,垢层不断脱落,堆积在内胆的底部,带来细菌的滋生。水垢在这种环境中长时间积累会造成水中有害物质的超标,其中军团菌污染的问题值得关注[2]。据报道,藏匿在水垢中的军团病菌至今仍无疫苗可预防,法国每年有20003000人死于这种病菌[3]。美国环境研究员、营养学家、著名水专家马丁福克斯博士在他的著作中写到:对人体有害物质,成年人大约有60%通过皮肤吸收,通过口腔吸入的27%左右;儿童洗澡过程中皮肤吸收在88%左右,口腔吸入在12%左右[4]。沐浴水质由于水垢导致的恶化,对人体健康的危害不容忽视。

2

电热水器结垢形成机理分析

2.1 水垢的组成

水垢是指通过在水中的无机盐沉积在金属表面上形成的水垢层,如硫酸钙、磷酸钙、硅垢、碳酸钙、氢氧化镁等。其中水垢的主要成分是CaCO3MgCO3。热水器中加热时,水垢产生的主要原因是:

Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O

Mg(HCO3)2→MgCO3↓+CO2↑+H2O

水垢中的钙、镁离子主要自来两个方面:一是来自于自来水中。在我国北方地区水质硬度较高,如表1所示,硬水中的钙镁离子比较多[5],在电加热器中加热容易形成碳酸镁、碳酸钙等。(060mg/L为软水;60120mg/L为中等硬度水120180mg/L为硬水)[7]

二是来自内胆中的镁棒。为保护热水器内胆不发生腐蚀穿孔,现有的储水式电热水器的内胆中的都会添加镁棒进行阳极保护,而镁棒作为牺牲阳极发生腐蚀,生成镁的腐蚀产物,产生沉淀,如图2所示。

2 储水式电热水器中的镁棒

除此之外,水中本身还含有各种杂质,例如装修后的泥沙、金属水管中的生锈,其他无机盐沉淀,水中的细菌和微生物等;镁在特定条件下会转变成表面粘稠的氢氧化镁粘结这些悬浮的物质,吸附在内胆壁表面形成粘胶状的污泥。

2.2 水垢生成的条件

一个电加热器的结垢程度主要与水的硬度有关,水硬度是形成水垢和影响热水器寿命至关重要的因素。水硬度包含碳酸盐硬度(暂时硬度)和非碳酸盐硬度(永久硬度)。其中,碳酸盐硬度表示水中溶解的重碳酸钙Ca(HCO3)2及重碳酸镁Mg(HCO3)2的含量。热水器使用过程中,在碳酸盐硬度较大的水质中,很可能在电加热器和内胆表面上结垢。

同时,值得注意的是:电加热器的表面粗糙度对于水垢的形成也有一定的影响。粗糙表面的凸出部分有利于成核,凹下部分又可以减小水流的冲击效果[8],这两方面都会加速水垢的沉积,并且粗糙表面会增加表面化学活性,同样会加速水垢的生成。

此外,水温越高,电加热器的积垢速率越快,如图3所示。加热温度对水垢的影响,主要体现在随着水温升高,水中具有逆溶解度的盐类会析出结晶,附着在加热管或内胆上。

3 水温对积垢率的影响[9]

参考文献

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[2] 苏亮.健康洗浴净水洗热水器引领中国用水趋势[J].家用电器(绿色家电),20159:62-63.

[3] 陈征.水垢威胁健康无处不在[N].人生与伴侣(月末版) 2009(11):19-19.

[4] (美)Martin Fox.健康的水[J].中国建筑工业出版社.

[5] 张念龙.运城盐湖区域浅层地下水硬度特征及成因初步探讨[J].地下水,2015(6):36-38.

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[7] 刘燕芳.肇庆市水硬度现状的分析[J].肇庆学院学报,2012(02):42-45.

[8] 陈小砖.换热表面水垢形成规律及电磁场抗垢效果的实验[D].北京工业大学,2004.

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[16] 乔九印.饮用水水质TDS检测终端的设计与技术研究[D].西安电子科技大学,2015.

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[18] 杨宇.基于智能变频的超声波除垢系统研究[J].计算机测量与控制,2013(06):1597-1600.

[19] 皇磊落,张明铎,牛勇等.超声波参数对除垢效果的影响[J].陕西师范大学学报(自然科学版),2011(01):38-40.


作者:哈博     发布时间:2019-04-06

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