Давайте кратко рассмотрим компоненты, которые работают вместе в вашем водонагревателе, чтобы сделать ваш утренний душ таким приятным:

• Бак — Внутренняя оболочка водонагревателя представляет собой тяжелый металлический резервуар, содержащий водозащитный вкладыш, который вмещает от 40 до 60 галлонов (от 151 до 227 литров) горячей воды в количестве от 50 до 100 фунтов на квадратный дюйм (PSI) в пределах диапазона давления типичной жилой системы водоснабжения.Внешняя часть бака покрыта изоляционным материалом, таким как пенополиуретан. Кроме того, имеется декоративная внешняя оболочка и, возможно, дополнительное изолирующее одеяло [источник: APEC].
• Погружная трубка — Вода поступает в водонагреватель через погружную трубку в верхней части резервуара и направляется на дно резервуара, где затем нагревается.
• Запорный клапан — Запорный клапан останавливает поток воды в водонагреватель. Это отдельный компонент от нагревателя, расположенного снаружи и над устройством.
• Труба для отвода тепла — Подвешенная к верхней части внутренней части емкости, труба для отвода тепла позволяет горячей воде выходить из водонагревателя.
• Термостат — Это устройство контроля температуры и температуры. Некоторые электрические водонагреватели имеют отдельный термостат для каждого элемента.
• Нагревательный механизм — Электрические водонагреватели имеют нагревательные элементы внутри бака для нагрева воды. Газовые водонагреватели используют систему горелки и дымохода.
• Дренажный клапан — Расположенный в нижней части наружного корпуса, дренажный клапан позволяет легко опорожнять резервуар для замены элементов, удаления осадка или перемещения резервуара в другое место.
• Предохранительный клапан — Это предохранительное устройство поддерживает давление внутри водонагревателя в безопасных пределах.
• Жертвенный анодный стержень — Изготовленный из магния или алюминия со стальным сердечником, жертвенный анодный стержень подвешен в баке водонагревателя для предотвращения коррозии.

Теперь давайте посмотрим, как все эти части работают вместе, чтобы обеспечить вас горячей водой.

водонагревателей — работают ли они?

Примечание. Эта публикация может содержать партнерские ссылки. Это означает, что бесплатно для вас мы можем получить небольшую комиссию за совершенные покупки.

В свое время петля из медных трубок функционировала как тепловая ловушка для вашего водонагревателя. В наши дни многие водонагреватели имеют более сложную тепловую ловушку, и вы можете легко купить и установить ее в свой существующий водонагреватель. Но как они работают, и стоят ли они дополнительных вложений?

Как работает тепловая ловушка?

Традиционные петли с тепловыми ловушками (иногда их называют гусиными шеями) используют тепловую конвекцию.Горячая вода поднимется, а холодная утонет. При добавлении U-образного провала в трубопровод горячая вода застревает в верхней части петли, в то время как холод может проходить через провал и попадать в резервуар.

Несмотря на то, что есть несколько небольших изменений в дизайне для сосков (например, шарики против закрылков), функциональность остается той же. Два небольших фитинга установлены там, где ваши трубы входят и выходят из бака. Тефлоновый шар находится в фитинге для выхода горячей воды, а полипропиленовый шар — в патрубке для входа холодной воды.

Когда ваш водонагреватель находится в режиме ожидания (то есть вы не потребляете воду), шарики упираются в клапаны и предотвращают выход тепла (конвекция). Когда вы включаете кран горячей воды, шарики поднимаются с места, чтобы обеспечить беспрепятственный поток, и падают обратно, когда вы закрываете кран.

Нужна ли тепловая ловушка на моем водонагревателе?

Использование либо петли с тепловыми ловушками, либо ниппеля с тепловыми ловушками может снизить потерю тепла на 60%. Это действительно складывается, когда приходят счета.Кроме того, многие государственные и местные постановления в настоящее время требуют тепловых ловушек.

Еще одним преимуществом использования ниппелей является то, что они диэлектрические, то есть они уменьшают количество коррозии в стальном резервуаре при соединении с другим металлом (например, медью). Учитывая относительно низкую стоимость тепловых ловушек и простоту установки, нет причин, по которым вы НЕ ДОЛЖНЫ. Это может даже продлить срок службы вашего анодного стержня.

Насколько сложно установить ниппель с тепловой ловушкой?

Наборы ниппелей широко доступны в Интернете и в большинстве хозяйственных магазинов, в которых имеются детали для нагревателей воды (например, аноды).Мы предлагаем инвестировать в тепловые ловушки Rheem, хотя другие бренды, такие как AO Smith и Bradford White, также хороши. Установка невероятно проста.

Закройте бак и осушите его примерно на два галлона. Снимите соединительные гайки с существующих ниппелей и нанесите тефлоновую ленту на ниппели-ловушки для дополнительной изоляции и лучшего уплотнения. Тогда вы можете просто вставить ниппели-ловушки и все заново подключить. Весь процесс может занять всего пять минут, исключая время осушения.

Проблемы с тепловыми ловушками

Ни один компонент не будет без проблем, и тепловые ловушки водонагревателей не являются исключением. Многие водопроводчики предпочитают гнуть трубы в гусиные шеи, а не покупать сборные конструкции, чтобы уменьшить риск засорения. Петли тепловых ловушек также могут выходить из строя, если они не имеют минимального диаметра.

Проблемы с сосками более распространены, если у вас установлен рециркуляционный контур. Наиболее распространенным из них является шум от шаров. Модели с закрылками, как правило, тише и с меньшей вероятностью вызывают застревание в потоке воды.

Неправильная установка тепловых ловушек также может привести к протечке в соединении в верхней части бака. Чаще всего проблему решает повторное затягивание и / или добавление немного тефлоновой ленты.

Хорошая новость заключается в том, что удаление ниппелей с тепловыми ловушками так же просто, как и при первоначальной установке, и вы часто можете решить проблемы самостоятельно. Поскольку засорение чаще всего вызвано ростом отложений или водорослей, регулярная промывка резервуара горячей воды и проверка анодного стержня на наличие признаков распада уменьшит вероятность возникновения этих проблем.

Похожие сообщения:

Как работают электрические чайники?

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 22 марта 2020 г.

Машины ездят на бензине … а люди бегают на чае и кофе (по крайней мере, в моем доме)! Если вы пьете кофе или чай у ведра, вы будете рады, что кто-то однажды имел намерение изобрести супер-эффективный способ похолодания вода в горячую, а именно, электрический чайник (также известный как электрический чайник). Наполните его водой, включите его, включите, и через пару минут у вас есть горячая вода, готовая к пить или готовить.Как именно работает чайник? Почему это займет так долго варить? И как он узнает, когда отключиться? Давайте внимательнее посмотрим!

Фото: электрический чайник — это удобный способ получения тепловой энергии из электричества. Это водонагреватель, но это также устройство преобразования энергии, которое иллюстрирует один из самых основных законов физики: сохранение энергии (более подробно обсуждается ниже).

Что такое электрический чайник?

Чайники являются одними из самых простых бытовых приборов.Поднимите крышку и загляните внутрь и вы увидите, на самом дне емкости для воды, катушка толстый металл называется нагревательным элементом. Когда вы подключите чайник к электрической розетке, большой электрический ток течет в нагревательный элемент. Элементы сопротивление (тенденция любого материала, чтобы остановить электричество протекает через него) превращает электрическую энергию в тепло. В других словами, стихия становится горячей. Поскольку он находится в прямом контакте с холодной водой, тепло передается воде и быстро нагревается. это тоже.

Фото: Вверху: нагревательный элемент внутри основания электрочайника показан на нашей верхней фотографии. Внизу: в некоторых чайниках элемент скрыт от глаз под внутренним полом, чтобы предотвратить его «накипь» с известковым налетом. Это аккуратный дизайн, но он делает чайник намного шумнее.

Сколько времени заваривается чайник?

Вы можете вскипятить воду любым способом — даже в простой кастрюле на открытом огне или в печи — хотя закрытый чайник обычно намного быстрее: он прекращает отвод тепла, позволяет быстрее повышать давление (помните, что вода кипит, когда давление насыщенного пара равно атмосферному давлению) и помогает воде кипеть быстрее.Но вы когда-нибудь расстраивались из-за того, сколько времени требуется, чтобы ваш чайник закипел? Не надо! Удивительно, что ваш чайник кипит так же быстро, как и Зачем.

Если вы продолжаете накачивать тепловую энергию на дно чайника (быстрее, чем уходит тепло через верх и бока), рано или поздно вода внутри него будет кипеть. Основной закон физики называется сохранение энергии говорит нам, что если вам нужно кипятить литр воды, начиная с одной и той же температуры, вы всегда должны добавлять одинаковое количество энергии для этого.Используете ли вы костер или чайник, микроволновую печь или какой-то удивительный В устройстве для перемешивания, как у Джеймса Прескотта Джоуля (см. вставку ниже), количество энергии, которое вы должны вкладывать, чтобы вскипятить воду, точно такое же.

Допустим, вы начинаете с 1 литра (примерно 1 кг, 2,2 фунта) холодной воды примерно при 10 ° C (50 ° F), и вы хотите поднять его на 90 ° C до точки кипения (100 ° C или 212 ° F). Количество необходимой энергии составляет 4,2 × 1000 г × 90. градусы = 378 000 джоулей или 378 кДж.

Таинственный «4.2 «- это постоянная величина, называемая удельной теплоемкостью воды. Каждый материал имеет различную удельную теплоемкость, которая является просто величиной энергию, которую вы должны положить, чтобы поднять температуру одного грамма материал на один градус Цельсия. Вам нужно добавить 4,2 Дж энергии для поднятия температуры на 1 грамм воды на 1 ° С, поэтому Удельная теплоемкость воды составляет 4,2 Дж / г / ° С.

378 кДж, чтобы вскипятить литр воды — это гораздо больше энергии, чем вы думаете. Энергосберегающая лампа мощностью 10 Ватт использует 10 Джоулей энергии каждую секунду (потому что 1 Ватт означает использование одного Джоуля в секунду), так что это займет 37 800 секунд — около 10.5 часов — использовать столько энергии, сколько наш чайник использует в одном кипении!

Artwork: чайники используют много энергии для кипячения воды, но делают работу быстро (примерно 2,5 минуты) потому что они работают на большой мощности. При таком же количестве энергии вы можете включить микроволновую печь в течение примерно 8 минут, ноутбук в течение часа и 20 минут или энергосберегающую лампу в течение примерно 10,5 часов.

Если вы используете электрический чайник мощностью 2400 Вт, это означает, что он потребляет 2400 Вт джоулей электрической энергии в секунду и положить (примерно) то же самое количество энергии в воду, а также тепло каждую секунду.Делить 378 000 на 2400, и вы обнаружите, что чайник занимает около 160 секунд делать работу, которая звучит о правильном электрический чайник, как правило, занимает 2-3 минуты до кипения. Старая пословица говорит, что наблюдаемый горшок (чайник) никогда не кипит, но это датируется временем когда большинство людей варили воду на ужасно неэффективном открытом угольные пожары. Электрический чайник может вскипятить воду всего за пару минут, потому что это может добавить тепло энергия к воде намного быстрее и эффективнее, чем открытая огонь (который позволяет жаре убегать во всех направлениях).

Если ваш чайник был оценен в что-то вроде 2400 Вт (Вт), и вы использовали британскую мощность питание 240 вольт (В), то есть ток, проходящий через Элемент будет 2400/240 или 10 ампер (А). По бытовым стандартам это здоровенный ток: для сравнения, маленькое зарядное устройство для моего iPod потребляет максимальный ток 0,67 А — чайник использует в 15 раз больше! Так что ответ на как электрический чайник работает так быстро, используя относительно большой электрический ток. Количество выделяемого тепла пропорционально току (ток 10 А будет выделять вдвое больше тепла, чем ток 5 А) проходя через один и тот же нагревательный элемент, если напряжение было постоянным), поэтому большие токи производить больше тепла — и нагревать вещи гораздо быстрее — чем мелкие.

Фото: скрытый нагревательный элемент от типичного современного чайника, смотрящий снизу. Элемент запечатан в светло-серую центральную часть, и (если вы посмотрите внимательно), вы можете просто увидеть его два вывода, торчащие внизу справа. Темно-серый ободок (немного касающийся моего большого пальца) представляет собой резиново-пластиковую прокладку, которая герметизирует нагревательный элемент внутри дна чайника и препятствует просачиванию воды. Длинная трубка сверху переносит пар изнутри чайника к термостату, который выключает элемент в нужное время (как объяснено ниже).

Как работают мгновенные водогрейные котлы?

Если вы устали ждать и хотите, чтобы ваш чайник кипел быстрее, вы можете сделать только две вещи. Один использовать больше электрического тока — другими словами, купить более мощный чайник; Другое использование состоит в том, чтобы использовать меньше воды.

Быстрорастворимые водогрейные котлы / диспенсеры (такие как Breville Hot Cup и Morphy Ричардс Мено), который может вскипятить всего лишь чашку воды на самом деле быстро, объедините эти методы. Они используют более мощный нагрев элемент, чем обычный чайник (как правило, 3000 Вт или более) и они разработаны таким образом, чтобы элемент мог безопасно работать в контакте с только небольшое количество воды.Если вы кипите только (скажем) четверть литра воды, вам нужно всего четверть энергии — скажем, 100 000 джоулей. И если вы снабжаете эту энергию элементом на 3000 ватт, сделайте математику, и вы обнаружите, что можете сделать это за 30 секунд вместо 2,5 минуты Можете ли вы увидеть еще одно большое преимущество здесь? Если ты вскипятив весь чайник, чтобы приготовить хоть один горячий напиток, вы эффективно тратить три четверти энергии, которую вы потребляете. Кипячение столько воды, сколько вам нужно, экономит вам значительное количество денег — и помогает окружающей среде тоже.

Как чайник знает, когда выключить?

Работа: Как выключается электрический чайник. Есть пароотвод и труба (желтая, 43 и 44), ведущая вниз от верхней части водяной камеры (серая, 38) к биметаллическому термостату и переключателю (оранжевая и красная, 1 и 2). Когда чайник закипает, пар обдувает эту трубку, нагревает термостат и открывает его, отключая нагревательный элемент (зеленый, 39) и не давая воде кипеть.Произведение из патента США 4 357 520: электрический кипящий водяной контейнер с включенными сухими и чувствительными к потоку термочувствительными блоками управления. Автор — John C. Taylor, любезно предоставленный Управлением по патентам и товарным знакам США.

Ранние электрические чайники имели встроенную опасность: их было относительно легко включить, иди и сделай рутинную работу или две, а потом забудь о них. Если бы ты был повезло, когда вы вернулись через несколько минут, вы найдете свой кухня заполнена облаками пара. Если вам не повезло, ваш чайник элемент может сгореть, перегореть или даже зажечь огонь.

К счастью, практически все современные чайники выключаются автоматически с помощью термостатов (механических, электрических или электронные устройства, которые реагируют на изменения температуры). Многие из них основанный на проектах, разработанных английским изобретателем Джон Тейлор, чей Компании Otter Controls и Strix Ltd разработали более миллиард термостатов такого рода по всему миру.

Как они работают? Самые простые механические и используют биметаллический термостат (описанный в нашей основной статье о термостатах), встроенный в элемент блока в нижней части чайника.Он состоит из диска два разных металла тесно связаны между собой, один из которых расширяется быстрее, чем другие, когда температура поднимается. Обычно термостат изогнут в одном направлении, но когда горячая вода достигает точки кипения, произведенный пар поражает биметаллический термостат и делает его внезапно щелкнуть и согнуть в противоположном направлении, немного как зонт разворачивается на ветру. Когда термостат открывается, он нажимает на рычаг, который срабатывает цепь, отключает электрический ток и безопасно отключает чайник.Более сложные чайные термостаты (используются в системах такие как модный кофейный котел Marco Über) полностью электронные и позволяют нагревать воду до точных температур и поддерживать ее в течение неопределенного времени путем многократного включения тока и выкл.

Фото: Вот как в действительности выглядит типичный термостат-переключатель Strix. Я использовал точки того же цвета, что и на иллюстрации выше, чтобы показать ключевые детали этого старого разобранного чайника. Паровая труба (желтая) подает пар к биметаллическому термостату.Термостат (оранжевый) выключает чайник. Блок переключения (красный) и несколько проводов соединяют термостат, выключатель питания (розовый) и беспроводной разъем (темно-синий) с двумя клеммами нагревательного элемента (зеленый). Термостат и переключатель привинчены к нижней части светло-серого скрытого нагревательного элемента (как показано на фото выше на этой странице).

Фотография: крупный план биметаллического термостата (показан оранжевой точкой на другой фотографии).

«Механический эквивалент тепла»

Artwork: Эксперимент Джоуля, проведенный, чтобы найти механический эквивалент тепла.

Электрические чайники могут показаться ужасно обыденными, но их стоит читать и писать о, потому что они блестяще иллюстрируют один из самых фундаментальные физические законы нашей вселенной: вы можете преобразовать один вид энергии в другой, но вы не можете создавать энергию из воздуха или превращать ее в ничто. Эта чрезвычайно важная идея называется сохранением энергии, и английский физик Джеймс Прескотт Джоул (1818–1889) был одним из первых, кто проник в ее суть.

Джоуль разработал блестящий эксперимент.Он прикрепил тяжелый груз (1) к веревке, обмотанной петлей над шкивом (2), и, когда груз упал, веревка повернула ось (3) и перемешала гребное колесо внутри контейнера, заполненного водой (4). Он рассуждал, что «механическая» энергия, которую он таким образом добавил к воде, превратится в тепловую энергию, очень незначительно нагревая воду. После неоднократных экспериментов он успешно доказал, что энергия (или, как он назвал это, vis viva), потерянная падающим грузом, была точно равна энергии, получаемой согревающей водой.Таким образом, Джоул подтвердил, что механическая энергия (или работа) и тепловая энергия были взаимозаменяемыми, опубликовав результат в известной статье под названием «Механический эквивалент тепла», которая до сих пор считается одним из наиболее важных подтверждений теория сохранения энергии.

Джоул верил, что сможет найти доказательства, подтверждающие его идеи в реальном мире. Все, что ему нужно было сделать, это найти водопад и измерить температуру сверху и снизу; падающая вода преобразует потенциал энергия в тепло, создавая разницу температур, которая, по его мнению, подтверждает его теория.По его расчетам, могучий Ниагарский водопад будет на одну пятую градуса теплее внизу, чем сверху, хотя измерить это было бы довольно сложно! В попытке решить вопрос Джоуль взял несколько термометров в свой медовый месяц. в Шамони, Франция в 1847 году и пытался измерить водопад там, хотя он не мог сделать это достаточно точно чтобы доказать свою точку зрения.

Узнать больше

Узнать больше

На этом сайте

Вам могут понравиться эти другие статьи на нашем сайте, посвященные сходным темам:

статей

• Горящее желание эффективности, Том Мерфи.Как я объяснил выше, для нагрева определенного количества воды при той же температуре требуется одинаковое количество энергии, однако вы решите это сделать. Но некоторые методы более эффективны, чем другие. Как объясняет Том Мерфи в этом замечательном сообщении в блоге, электрические чайники значительно более эффективны, чем чайники и микроволновые печи.
• Что является более энергоэффективным — кипяток с использованием электрического чайника, чайника на газовой плите или микроволновой печи ?: The Guardian, Notes & Queries, 2011.Читатели Guardian предлагают различные мнения об эффективности различных методов кипения воды.
• Суетливые, Суетливые или Просто Гадкие Чайники от Алисы Роастхорн The New York Times, 9 августа 2009 года. Почему котлы выглядят так плохо? Эта писательница задается вопросом об эстетике, но, может быть, ей лучше подумать о том, как наука и техника ограничивают конструкцию машины, способной быстро и эффективно кипятить воду?

Патенты

Если вы заинтересованы в реальных технических мелочах, почему бы не взглянуть на некоторые из многих патенты, охватывающие, как работают приборы, похожие на чайники? Вот четыре я выбрал, но вы найти больше в записях.

Предохранитель
• от Maurice Lee Warner: модифицированный предохранитель для предотвращения вскипания электрических перколяторов. Патент США 1794045, 24 февраля 1931 г.,
• Электрический кофейник от Ambrose Olds. Электрический кофеварка, которая поддерживает ваш напиток при заданной температуре. Патент США 1998732. 23 апреля 1935 г.
• Электрический водогрейный контейнер с включенными сухими и чувствительными к потоку термочувствительными блоками управления от John C. Taylor. Патент США 4 357 520, 2 ноября 1982 г.
• Термочувствительное устройство управления для контейнеров с электрическими погружными нагревателями от Джона С.Тейлор и соавт. Патент США 4621186. 4 ноября 1986 года.

видео