일상생활에서 대부분의 가정에서는 석회질(물때) 축적을 필연적으로 겪게 됩니다. 전기주전자에 물을 끓이면 바닥에 석회질이 많이 쌓입니다. 시간이 지남에 따라 온수기의 가열 부품에 심각한 스케일링이 발생합니다. 조심스러운 사용자는 스케일이 주로 카트리지 히터 표면(-, 특히 바닥이나 가열 요소 자체-)에 쌓이는 반면 주전자나 탱크의 내부 벽에는 스케일이 훨씬 적다는 점을 알아차렸습니다. 왜 이런 일이 발생합니까?
현대의 전기 주전자는 전통적인 침수 막대 대신 바닥에 내장된 평면 카트리지 히터를 사용합니다. 구형 인스턴트 온수 디스펜서(끓는 플라스크)는 일반적으로 물에 직접 담그는 카트리지 히터를 사용합니다. 이러한 카트리지 히터는 편리하지만 잦은 화재 사고 등 심각한 안전상의 위험을 안고 있어 대학 내 기숙사 규제가 엄격해졌습니다.
스케일은 카트리지 히터에 심각한 문제를 야기합니다. 주전자와 온수기는 노후화되면서 끓는 시간이 눈에 띄게 늘어납니다. 이는 규모의 주요 단점 중 하나입니다. 즉, 더 높은 에너지 소비입니다. 스케일은 카트리지 히터 표면을 덮어 카트리지 히터와 물 사이의 직접적인 접촉을 방해하는 장벽을 생성하여 열 전도 효율을 크게 감소시킵니다.
스케일은 주로 탄산칼슘, 황산마그네슘, 황산칼슘, 수산화마그네슘으로 구성됩니다. 이러한 화합물은 카트리지 히터 외장에 사용되는 금속 - 구리(385W/m·K) 및 스테인리스강/철(약 79.5W/m·K)에 비해 열 전도성이 매우 낮습니다(0.5~3W/m·K). 그 차이는 수십 배에서 수백 배에 이를 수 있으므로 카트리지 히터의 두꺼운 스케일로 인해 동일한 양의 에너지를 전달하기 위해 요소가 국부적으로 과열되어 전기 요금이 증가하고 카트리지 히터가 손상될 위험이 있습니다.
스케일이 카트리지 히터를 절연하면 내부에 열이 갇히게 되어 국지적으로 급격한 온도 상승이 발생합니다. 이로 인해 카트리지 히터 내부의 산화마그네슘 절연 성능이 저하되거나 수명이 단축되거나 안전 문제가 발생할 수 있습니다. 경수 지역(예: 북부 지역)에서는 스케일이 빨리 쌓이므로 카트리지 히터를 정기적으로 청소해야 합니다.
스케일 형성은 기포 활동과 밀접하게 연관되어 있습니다. 스케일은 주로 수돗물에 용해된 칼슘 및 마그네슘 이온으로 인한 침강성 탄산칼슘, 규산칼슘, 황산칼슘, 수산화마그네슘으로 구성됩니다. 가열 중에는 카트리지 히터에서 열이 발생하기 때문에 카트리지 히터 표면에 기포가 계속해서 형성됩니다.
초기 기포는 온도가 상승하고 용해도가 감소함에 따라 용해된 공기가 빠져나가면서 발생합니다. 추가로 가열하면 물이 끓는점에 도달하면서 증기 거품이 생성됩니다. 이러한 기포는 3상- 인터페이스(액체 물, 가스 기포, 고체 카트리지 히터 표면)를 생성합니다. 기포가 분리되고 증발함에 따라 핵 생성 부위 주변에 칼슘 및 마그네슘 염이 국부적으로 과포화되어 카트리지 히터 표면에 침전물이 달라붙게 됩니다.
연구에 따르면 확장된 카트리지 히터는 새 것보다 더 많은 거품을 생성합니다. 스케일링된 카트리지 히터의 거칠고 다공성 표면은 더 많은 핵 생성 부위를 제공하고 더 친수성이어서 스케일 형성을 가속화합니다. 따라서 카트리지 히터가 기존 스케일로 작동하는 시간이 길어질수록 새 스케일이 더 빠르게 축적되어 - 악순환이 발생합니다.
카트리지 히터에 주전자 내부 벽보다 더 많은 스케일이 쌓이는 이유는 무엇입니까? 스케일 전구체는 염으로 침전되는 칼슘 및 마그네슘 이온입니다. 대부분은 뜨거운 카트리지 히터 표면에 달라붙는 반면, 일부는 물 속에서 흰색 부유 입자(주로 탄산칼슘과 수산화마그네슘)로 나타나 투명도에 영향을 미칩니다.
카트리지 히터는 가열 시작부터 국지적인 고온을 생성하여 기포 형성을 위한 이상적인 핵 생성 지점을 제공합니다. 카트리지 히터에 기포가 즉시 형성되어 스케일이 지속적으로 쌓이게 됩니다. 대조적으로, 대량의 물은 나중에 충분히 높은 온도에 도달하고 그곳의 강수량은 균질한 결정화가 필요하므로 더 많은 에너지가 필요합니다.
결정화 이론에 따르면, 이종 결정화(카트리지 히터 표면)는 고체-액체 계면이 표면 에너지를 낮추기 때문에 에너지적으로 유리합니다. (대량 물에서) 균질한 결정화는 결정 핵을 형성하기 위해 더 높은 에너지를 필요로 합니다. 급속 가열이 에너지를 제공하더라도 카트리지 히터의 불균일 결정화가 지배적이어서 거기에 더 무거운 축적이 발생하게 됩니다.
내부 벽은 이질적인 핵 생성 장소 역할을 하기 때문에 어느 정도 스케일을 축적하지만 국부적인 고열이나 강렬한 기포 생성이 없으면 그 양은 카트리지 히터보다 훨씬 적게 유지됩니다.
카트리지 히터를 보호하려면 식초, 구연산 또는 시판 석회질 제거제를 사용하여 정기적으로 석회질을 제거하십시오. 경수 지역에는 연수기 설치를 고려하세요.- 핵 생성 부위를 줄이려면 부드러운 고급-등급 스테인리스 스틸 피복(304 또는 316)이 있는 카트리지 히터를 선택하십시오. 스케일 축적에 대한 조기 경고로 항상 완전히 담그고 끓는 시간을 모니터링하십시오.
