왜 주전자와 온수기의 카트리지 히터에는 스케일이 많이 쌓이고 내벽에는 스케일이 훨씬 적습니까?

대부분의 주택은 일상 생활의 어느 시점에서 석회질(수질) 건물을 처리해야 합니다. 전기주전자에 물을 끓이면 바닥에 물때가 많이 쌓이게 됩니다. 시간이 지남에 따라 온수기의 가열 부품에 많은 스케일이 생깁니다. 스케일이 카트리지 히터 표면, 특히 바닥이나 가열 요소 자체에 쌓이는 것을 주의 깊게 알아차리는 사람들. 반면에 주전자나 탱크의 내부 벽에는 스케일이 훨씬 적습니다. 왜 이런 일이 발생합니까?

기존의 물속에 잠긴 막대 대신 최신 전기 주전자에는 바닥에 평면 카트리지 히터가 내장되어 있습니다. 물에 직접 담그는 카트리지 히터는 구형 순간 온수기(끓는 플라스크)에서 일반적이었습니다. 이 카트리지 히터는 유용했지만 화재가 많이 발생해 매우 위험하기도 했습니다. 그래서 대학에서는 기숙사에 대해 엄격한 규칙을 적용했습니다.


카트리지 히터에서는 스케일이 큰 문제입니다. 주전자와 온수기는 오래된 제품이므로 물이 끓는 데 시간이 더 걸립니다. 크기와 관련된 한 가지 큰 문제는 더 많은 에너지를 사용한다는 것입니다. 스케일은 카트리지 히터 표면을 덮어 카트리지 히터와 물 사이의 직접적인 접촉을 차단합니다. 이는 열전도 효율을 크게 저하시킵니다.

탄산칼슘, 황산마그네슘, 황산칼슘, 수산화마그네슘이 스케일의 대부분을 차지합니다. 카트리지 히터 외장에 사용되는 금속과 비교하여 이러한 화합물은 열전도율이 매우 약합니다(약 0.5~3W/m·K). 구리의 열전도율은 385W/m·K이고, 스테인리스강/철의 열전도율은 약 79.5W/m·K입니다. 수십 배에서 수백 배까지 다를 수 있으므로 카트리지 히터의 두꺼운 스케일로 인해 요소가 한 지점에서 과열되어 동일한 양의 에너지를 이동하게 됩니다. 이로 인해 전력 비용이 증가하고 카트리지 히터가 손상될 수 있습니다.

스케일이 카트리지 히터를 덮으면 내부의 열이 유지되어 일부 장소에서는 온도가 빠르게 상승합니다. 이로 인해 카트리지 히터 내부의 산화마그네슘 절연체가 파괴되어 수명이 단축되거나 안전 문제가 발생할 수 있습니다. 경수가 있는 곳(북부 등)에서는 스케일이 빨리 쌓이므로 카트리지 히터를 자주 청소해야 합니다.

거품의 활동은 규모의 확립과 밀접한 관련이 있습니다. 스케일의 주요 성분은 수돗물에 침전된 탄산칼슘, 규산칼슘, 황산칼슘, 수산화마그네슘입니다. 카트리지 히터는 열을 발생시키기 때문에 가열됨에 따라 표면에 거품이 계속 형성됩니다.

온도가 올라가고 용해도가 떨어지면서 용해된 공기가 빠져나갈 때 첫 번째 기포가 형성됩니다. 물이 뜨거워지면 끓기 시작하고 증기 거품이 생깁니다. 이러한 기포는 액체 물, 기체 기포, 고체 카트리지 히터 표면의 3상 인터페이스를 만듭니다.- 기포가 부서지고 증발하면 핵 생성 부위 근처의 칼슘 및 마그네슘 염이 너무 포화됩니다. 이로 인해 카트리지 히터 표면에 침전물이 달라붙게 됩니다.

연구에 따르면 확장된 카트리지 히터는 새 제품에 비해 더 많은 양의 기포를 생성합니다. 스케일링된 카트리지 히터의 거칠고 다공성 표면은 핵 생성 부위가 더 많고 물을 더 좋아하기 때문에 스케일이 쉽게 형성됩니다.- 따라서 이미 스케일이 있는 상태에서 카트리지 히터를 오래 작동할수록 새로운 스케일이 더 빠르게 축적되어 문제가 더욱 악화됩니다.

카트리지 히터에 주전자 벽보다 스케일이 더 많이 생기는 이유는 무엇입니까? 염을 형성하는 칼슘 및 마그네슘 이온은 규모의 구성 요소입니다. 대부분은 뜨거운 카트리지 히터 표면에 달라붙는 반면 일부는 물에 떠 있는 흰색 입자(주로 탄산칼슘과 수산화마그네슘)처럼 보이기 때문에 물의 투명도가 떨어집니다.

가열 초기부터 카트리지 히터는 기포가 형성되기에 완벽한 장소인 국지적인 고온을 생성합니다. 카트리지 히터에 기포가 즉시 형성되어 스케일이 항상 쌓이게 됩니다. 대조적으로, 대량의 물은 나중에 충분히 뜨거워지고, 강수량은 균일한 결정화가 필요하므로 더 많은 에너지가 필요합니다.

결정화 이론에서는 고체-액체 계면이 표면 에너지를 낮추기 때문에 이종 결정화(카트리지 히터 표면)가 에너지적으로 좋다고 말합니다. 균질한 결정화(대량 물에서)는 결정핵을 만들기 위해 더 많은 에너지가 필요합니다. 빠른 가열이 에너지를 제공하더라도 카트리지 히터의 이질적인 결정화가 주요 과정이므로 거기에 더 많은 축적이 발생합니다.

내벽도 이종 핵생성이 일어나는 곳이기 때문에 어느 정도 스케일이 쌓이기는 하지만, 국부적인 고열이나 심한 기포 발생이 없기 때문에 카트리지 히터에 비해 그 양이 상당히 적습니다.

식초, 구연산 또는 산업용 석회질 제거제를 사용하여 정기적으로 카트리지 히터를 청소하십시오. 경수 지역에 살고 있다면 연수기 구입을 고려해 볼 수도 있습니다. 핵 생성 부위를 줄이려면 부드럽고 고품질의-스테인리스강 덮개(304 또는 316)가 있는 카트리지 히터를 선택하세요. 항상 모든 것이 완전히 물에 잠겨 있는지 확인하고 물때 축적의 징후로 끓는 시간을 주시하십시오.