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1、电热水器加热棒抗垢性及耐腐蚀试验研究0引言电热水器加热棒结垢的问题已困扰世界热水行业70余年。现在市面上常见的普通不锈钢电热水器加热棒在硬度高、电导率较大的水质中使用一段时间后，加热棒在含Ca2，Mg2、HCO3等无机盐的水中通电加热很容易在表面结出水垢导致热效率降低，影响加热棒的寿命，甚至使加热棒外管表面受热不均而爆裂。另外，自来水中的无机盐如CI离子很容易对加热棒的外管产生腐蚀严重的话，可能使加热棒腐蚀穿孔，加热丝漏电，导致热水器中的水带电，产生危及人身的安全问题。总之加热棒的结垢和腐蚀问题会使加热棒大大减寿，影响热水器的安全性能和使用性能，增加用户的用电成本。所以电热水器加热棒的抗垢性和
2、耐蚀性对电热水器极为重要，应该引起各热水器厂家的重视。我们公司经过多年的探索和大量试验研究，发现一种新的电热水器加热棒制造工艺，即将普通不锈钢加热棒上涂覆一层特殊配方的搪瓷。通过此工艺制配出的金圭加热棒具有加热效率高，可大批量生产，成品率高等优点。本文通过试验研究了金圭加热棒的抗结水垢能力和金圭加热棒对搪瓷内胆热水器防腐体系的影响规律。1.水垢的形成及金圭加热棒抗垢性的研究1.1水垢的形成电热水器用的生活用水一般取自地下水，湖泊淡水和河床水等经过处理的天然水。因其跟空气，岩石和土壤长期接触溶解许多如Ca2+,Mg2+,CL,SO,HCO3-,No3-的无机盐。为衡量这些溶解在水中的无机盐，我们
3、引入了水的硬度的概念。水的硬度指水中钙，镁离子的总浓度，其中包括暂时硬度(通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙，镁离子)和永久硬度(加热后不能沉淀下来的那部分钙，镁离子)。而暂时硬度就是热水器水垢形成的原因。当热水器加热时，会发生式1，2的分解反应和式3的水解反应，而碳酸钙的溶解度随着温度的升高而大大降低。而加热棒因其温度比热水器其他地方高很多以及不锈钢加热棒表面吸附作用，碳酸钙极易沉积在加热棒上。经过长期反复加热就会在加热棒上形成水垢。Ca(Hco3)2CaCO3+CO2+H2O (1)Mg(HCO3)2MgCo3+CO2+H2O (2)MgCo3+ H2OMg(OH)2+CO2 (3)1.2
4、金圭加热棒抗垢性研究本文通过模拟加速对比试验方法对加热棒的抗垢性进行评价。方法如下：加工改制60L内胆，在顶盖与底盖同时加工成法兰盘式接口，将普通不锈钢加热棒和金圭加热棒同时接入内胆，并保证在同一水平面上，然后在进出水管间串连热交换器循环水泵，使内胆温度稳定在(70+5)，加热棒持续工作；为模拟正常使用中水垢成份，配置CaCl2,MgCl2,NaHCo3混合溶液，根据式4，5，6三种物质的溶解度及相互间反应，模拟并加速水垢形成的环境。配置100L如下溶液:CaCL2为11.1g/L,MgCL2为9.5 g/L，Na HCO3为8.4 g/L。CaCL2+2 Na HCO3CaCO3+CO2+H
5、2O+2 NaCL （4）MgCL2+2 Na HCO3Mg Co3+ CO2+H2O+2 NaCL (5)2 Na HCO3CO2+H2O+ Na2 Co3 (6)将热水器内胆灌满配置好额溶液，加热持续工作，通过调节热交换器，使胆内水温保持在(70±5)，加热一定时间后，取出加热棒称重，对比结垢情况。表1 普通不锈钢加热棒跟金圭加热棒结垢情况对比类别试验前平均称重/g试验前平均称重/g平均称重/g平均增重百分比/%普通加热棒677.8969724.205146.30826.83金圭加热棒683.5931706.784223.19113.391.3金圭加热棒抗垢性试验结果分析表1是经
6、过240h后，市面上普通的不锈钢跟金圭加热棒的结构情况对比。普通加热棒的水垢增重百分比6.83%，而金圭加热棒的水垢增重仅为3.39%，可以清楚看到，金圭加热棒比普通加热棒在抗垢阻垢性能方面高2倍以上。水垢的减少能使加热棒的加热效果率保持高校，并使加热棒的寿命大大增长。这是因为加热棒的表面材料和状态对水垢吸附形成具有重要影响。搪瓷属于无机盐类，它对碳酸钙等水垢形成盐的吸附远小于金属，如不锈钢。并且当搪瓷质量优异时，加热棒表面会非常光滑，表面粗糙程度低，更不容易吸附水垢。2金圭加热棒对搪瓷内胆防腐体系的影响研究为防止热水器核心部件内胆的腐蚀，延长搪瓷内胆的使用寿命，需对内胆进行保护，目前最为有效
7、保护内胆的方法之一就是搪瓷内胆与牺牲阳极法的阴极保护相结合的方法。而此方法的研究重点之一就是对阳极棒的保护电流的研究。国标QB/T 2590-2003 贮水式热水器搪瓷制件的附录B4规定了标准保护电流值是由搪瓷容器中缺陷与隐藏的缺陷所引起的保护电流消耗量的积分值。本文通过标准防护电流测试方法装置的基础上加入加热棒，考察不同加热棒材料与装配方式(绝缘或不绝缘)的保护电流，来评价加热棒对内胆防腐体系的影响。表2 普通不锈钢加热棒跟金圭加热棒对保护电流的影响规律类别保护电流/（Ma/m2）普通加热棒（不绝缘）21.76普通加热棒（绝缘）12.10金圭加热棒（不绝缘）15.09金圭加热棒（绝缘）12.
8、08通过表2可以看出不绝缘的加热棒的保护电流高于绝缘后的加热棒，而未绝缘的金圭加热棒比未绝缘的普通加热棒保护电流要小很多。这是因为搪瓷的作用就是将钢制内胆与水隔绝开，从而起到保护内胆的作用，因此搪瓷的质量对内胆保护十分重要。而搪瓷在制造的过程中会出现鳞爆，剥瓷，铜头，针孔等缺陷，会造成漏铁现象。这时在内胆上就会出现电位不相等的情况。进而形成一个个微小的腐蚀电池。漏铁处成为了阳极。而阳极棒就作为牺牲阳极减小了搪瓷缺陷漏铁处的腐蚀。而这时如果内胆环境中再出现阴极构件如未绝缘的不锈钢加热棒，也与漏铁处形成电池。搪瓷的缺陷腐蚀驱动力更大。这就需要消耗更多的保护电流，所以绝缘后的加热棒的保护电流比绝缘前
9、小。而金圭加热棒因为表面大部分为具有绝缘效果的金圭涂层。所以未绝缘的金圭加热棒保护电流虽有增加但增加不大。但如果热水器中采用完全绝缘的加热棒设计，会有很大的安全隐患，因为如果完全绝缘加热棒就不能接地。而要消除安全隐患又需要增加很大的成本。而金圭加热棒即不需要改变热水器内胆现有装配结构，又能最大限度地降低未绝缘所带来的额外保护电流。再配合金圭内胆，可以发挥优异的耐蚀性能，延长内胆寿命。3结语金圭加热棒作为一种新的加热棒制造工艺产品，具有不易吸附任何杂质，保证加热棒有效防腐，抗垢，保持加热运行的长久高效；能够有效阻止阳极棒的消耗，从而给内胆更加长久的保护，延长内胆使用寿命。美式防干烧设计，发热面积更大，加热效率高。美式螺纹安装，与内胆接触面小，密封性能优越，确保内胆整体的承压能力。美式结构配合独特的低位侵入式安装，使得水箱底部冷水迅速加热，大大提高使用过程中热水的恢复率。