В ежедневието повечето домакинства неизбежно се сблъскват с натрупване на варовик (воден котлен камък). При кипене на вода в електрическа кана на дъното се образува тежък котлен камък. С течение на времето бойлерите образуват силно образуване на котлен камък върху отоплителните компоненти. Внимателните потребители забелязват, че котленият камък се натрупва предимно върху повърхността на нагревателя на патрона - особено на дъното или самия нагревателен елемент -, докато вътрешните стени на чайника или резервоара показват значително по-малко котлен камък. защо се случва това
Съвременните електрически чайници използват плосък патронен нагревател, вграден в дъното, вместо традиционните потопени пръти. По-стари инстантни дозатори за топла вода (колби за кипене) обикновено се използват патронни нагреватели, потопени директно във вода. Тези патронни нагреватели бяха удобни, но представляваха сериозни рискове за безопасността, включително чести пожари, което доведе до строги правила за общежития в университетите.
Нагарът създава сериозни проблеми за патронния нагревател. С остаряването на чайниците и бойлерите времето за кипене се увеличава значително. Това е един основен недостатък на мащаба: по-високата консумация на енергия. Нагарът покрива повърхността на нагревателя на патрона, създавайки бариера, която прекъсва директния контакт между нагревателя на патрона и водата, намалявайки драстично ефективността на топлопроводимостта.
Скалата се състои главно от калциев карбонат, магнезиев сулфат, калциев сулфат и магнезиев хидроксид. Тези съединения имат много ниска топлопроводимост (само 0,5–3 W/m·K) в сравнение с металите, използвани в обвивките на нагревателите на касетите - мед при 385 W/m·K и неръждаема стомана/желязо при около 79,5 W/m·K. Разликата може да бъде десетки до стотици пъти, така че дебелият котлен камък върху патронния нагревател принуждава елемента да прегрее локално, за да прехвърли същото количество енергия, увеличавайки сметките за електричество и рискувайки повреда на патронния нагревател.
Когато котлен камък изолира патронния нагревател, топлината се улавя вътре, причинявайки бързи локални скокове на температурата. Това може да влоши изолацията от магнезиев оксид вътре в нагревателя на касетата, да съкрати живота му или да предизвика проблеми с безопасността. В региони с твърда вода (като северните райони) котленият камък се натрупва бързо, което изисква редовно почистване на патронния нагревател.
Образуването на котлен камък е тясно свързано с активността на мехурчетата. Котленият камък включва основно утаен калциев карбонат, калциев силикат, калциев сулфат и магнезиев хидроксид от разтворени калциеви и магнезиеви йони в чешмяна вода. По време на нагряване върху повърхността на нагревателя на патрона непрекъснато се образуват мехурчета, тъй като топлината произлиза от нагревателя на патрона.
Първоначалните мехурчета идват от изтичането на разтворен въздух, когато температурата се повишава и разтворимостта намалява. По-нататъшното нагряване произвежда парни мехурчета, когато водата достигне точка на кипене. Тези мехурчета създават три-фазен интерфейс (течна вода, газов мехур, твърда повърхност на нагревателя на патрона). Тъй като мехурчетата се отделят и изпаряват, те причиняват локално пренасищане на калциеви и магнезиеви соли около мястото на нуклеация, което води до утаяване, което полепва по повърхността на нагревателя на касетата.
Изследванията показват, че нагревателите с мащабиран патрон произвеждат повече мехурчета от новите. Грубата, пореста повърхност на патронния нагревател с мащабирани накипи осигурява повече места за образуване на ядра и е по-хидрофилна, ускорявайки образуването на котлен камък. По този начин, колкото по-дълго патронният нагревател работи със съществуващия котлен камък, толкова по-бързо се натрупва нов котлен камък -, създавайки порочен кръг.
Защо патронният нагревател натрупва много повече котлен камък от вътрешните стени на чайника? Прекурсорите на котления камък са калциеви и магнезиеви йони, които се утаяват като соли. Повечето полепват по повърхността на горещия нагревател на патрона, докато някои се появяват като бели суспендирани частици (главно калциев карбонат и магнезиев хидроксид) във водата, което влияе на бистротата.
Патронният нагревател създава локализирани високи температури още от началото на нагряването, осигурявайки идеални места за образуване на ядра за образуване на мехурчета. Мехурчета се образуват незабавно върху нагревателя на патрона, предизвиквайки непрекъснато отлагане на котлен камък. Обратно, насипната вода достига достатъчно високи температури едва по-късно, а утаяването там изисква хомогенна кристализация, която изисква повече енергия.
Според теорията на кристализацията хетерогенната кристализация (на повърхността на нагревателя на касетата) е енергийно благоприятна, тъй като интерфейсът твърдо-течно вещество намалява повърхностната енергия. Хомогенната кристализация (в насипна вода) изисква по-висока енергия за образуване на кристални ядра. Въпреки че бързото нагряване осигурява енергия, хетерогенната кристализация на нагревателя на патрона доминира, което обяснява по-тежкото натрупване там.
Вътрешните стени наистина натрупват известна скала, тъй като те също служат като хетерогенни места за нуклеация, но без локализирана висока топлина или интензивно генериране на мехурчета, количеството остава много по-малко, отколкото при нагревателя на касетата.
За да предпазите патронния нагревател, отстранявайте котления камък редовно с помощта на оцет, лимонена киселина или търговски препарати за отстраняване на котлен камък. За райони с твърда{1}}вода помислете за инсталиране на омекотители за вода. Изберете патронен нагревател с гладки обвивки от висок-клас неръждаема стомана (304 или 316), за да намалите местата на нуклеация. Винаги осигурявайте пълно потапяне и следете времето за кипене като ранно предупреждение за натрупване на котлен камък.
