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水壺和熱水器加熱棒長滿水垢內壁上卻很少怎么回事?
錄入日期:2021-10-19 15:55:13              閱讀次數:
生活中難免會與水垢打交道。燒開水的時候,水壺底部積累水垢;家里的熱水器時間久了,加熱部件結垢嚴重。
細心的網友可能會發現,這些水垢多是出現在水壺底部、熱水器加熱棒上(注意:現在的電水壺加熱部件都是鋪在水壺底部),內膽內壁有水垢,但是卻少了很多。這是為什么呢?
現在開水瓶加熱棒越來越少見了,小編在上大學的時候,幾乎每個寢室都會有幾個開水瓶加熱棒,因為非常方便。但是開水瓶加熱棒非常危險,經常出現著火事件,所以大學寢室管得很嚴格。
水垢對加熱棒的危害
隨著水壺和熱水器的使用時間增加,水加熱的時間會越來越長,這是水垢的一個危害:耗電增加。水垢覆蓋在加熱棒表面,隔斷了加熱部件和水的接觸,從而降低了熱傳導的速度。
這是因為水垢由碳酸鈣、硫酸鎂等組成,它們的導熱性能比加熱金屬部件差很多。銅和鐵的導熱率分別為385和79.5W/m K,但水垢的導熱率只有0.5-3 W/m K,相差幾十到數百倍。所以加熱棒或水壺底部附著了大量水垢,會極大的影響加熱效率。
一旦加熱部件被水垢覆蓋,傳熱性能退化,加熱時熱量被水垢阻擋,難以傳導給水,導致加熱部件局部溫度急劇升高,影響安全運行。
尤其是在北方,水硬度較大,水垢量非常大,需要及時對水壺和熱水器進行清洗。
水垢的形成離不開氣泡
水垢主要由碳酸鈣、硅酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鎂等沉淀組成。我們的飲用水中,不可避免地存在鈣離子和鎂離子等礦物質。水壺和熱水器加熱部件結垢就是因為鈣鎂離子就會以結晶沉淀析出,包裹在加熱部件表面。
在燒開水時,我們會發現水壺底部或者是加熱棒上,不斷有氣泡產生,這是因為熱源溫度高,沸騰是由熱源附近開始的。
剛開始燒水的氣泡是由于水中溶解有一定的空氣,水的溫度上升,空氣在水中的溶解度下降,所以從水中逃逸出來。隨后的不斷加熱,水吸收足夠的熱量,能夠從液體變成氣體,形成水蒸氣氣泡。所以,燒開水時產生的氣泡多是由空氣和水蒸氣的混合物組成。
在加熱部件上產生的氣泡處在一個液、氣、固三相結合的界面,也就是水、氣泡、加熱棒。在氣泡蒸發從這三相界面逃逸時,就會導致其周圍水中的鈣鹽和鎂鹽過度飽和,從而以沉淀的形式析出并保留在加熱棒表面。
研究發現,積累有水垢的加熱棒比新的加熱棒能夠產生更多的氣泡,這是因為有水垢的加熱棒的表面有更多的氣孔且更親水,這就為氣泡的形成提供了足夠數量的活性位點。也就是說加熱棒使用越久產生水垢的速度越快。
所以水壺和熱水器有水垢產生后,需要定期清洗,不然產生水垢的速度更快。
為什么加熱棒上水垢多?
有網友會有疑問,燒開水時,水中也會出現水垢,并不只是水壺底部才有。
產生水垢的罪魁禍首是水中鈣離子和鎂離子,表現為鈣鹽和鎂鹽的析出。這些鈣鹽和鎂鹽多數可以附著在加熱棒上;而以白色懸浮物的形式出現在水中的則多是碳酸鈣和氫氧化鎂,非常影響開水的美觀。
由于加熱棒在開始加熱時就產生了局部高溫,為氣泡的形成提供了良好的成核位點,所以加熱棒上在加熱開始后就會不停地積累水垢。而壺里水中,只有在水溫升高到一定程度,水中碳酸鈣和氫氧化鎂的溶解度降低,才會有水垢沉淀析出。
用傳統結晶理論的解釋就是,結垢是一個鈣鹽鎂鹽結晶析出的過程,且非均相結晶析出比均相結晶在能量上來說更有利。直白地說就是,加熱棒和水垢非均相,在加熱棒上析出屬于非均相結晶,結垢所需要的能量低,這可以歸因于在兩者界面接觸時,表面能降低了。
但是在開水中,就只有水垢分子和水垢分子的相互結合才能形成更大的晶體從而析出,屬于均相結晶,結垢所需要的能量高。由于燒開水時,水溫升高太快,給均相結晶提供了能量。盡管非均相結晶所需的能量低,均相結晶所需的能量高,燒開水快速加熱,能量不是一個大問題,所以不僅加熱棒上,而且開水中都會出現大量水垢。
另外,水壺和熱水器的內壁會積累水垢,但會比加熱部件上少很多,這些水垢多是由于內壁也可以作為非均相結晶的成核位點。不過內壁不能加熱產生氣泡,所以積累的水垢會比加熱棒上相對少很多。
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