القرية الإلكترونية : قسم التكييف والتبريد : دروس تعليمية في مجال التبريد والتكييف : سخان المياة الكهربائي Water Heater

water heater


يحتاج الإنسان إلى الماء الساخن في جميع الأوقات صيفاً وشتاءاً كالاستحمام وغسيل الملابس والأواني وغيرها وقد كان في السابق يحصل على حاجته عن طريق التسخين المباشر على النار خصوصاً أيام البرد القارص ، ومع مرور الزمن وتعدد وسائل الرفاهية أخترع الإنسان سخان الماء الذي يغذي المنزل بكاملة أو جزء منه بالماء الساخن ، وما على الشخص إلا أن يدير الصنبور فينساب ماءاً ساخناً يستطيع التحكم بدرجة حرارته حسب حاجته .

تختلف سخانات المياه من مكان إلى أخر حسب نوع السخان نوع الطاقة المستخدمة ، فقد تعمل بالغاز أو بالكهرباء والطاقة الشمسية ًحسب توفر تلك الطاقة ، وكل منها من حيث التكلفة ، كما تختلف في أشكالها ، مثل السخان ذو المقطع الدائري أو البيضاوي أو المستطيل , لكي تتناسب مع محيطها ، وسعاتها التي تتراوح مابين 20 إلى 120 لتر ، وفي هذا الموضوع يسعدنا أن نستعرض السخانات العاملة بالطاقة الكهربائية .


مبدأ عمل السخان
يعتمد عمل السخان الكهربائي على مبدأ التسخين الناتج عن مرور التيار للمقاومة التي تبديها تلك الموصلات ، وكلما زادت مقاومة الموصلات زادت الحرارة الناتجة ، وهذا ما يحدث في عنصر التسخين Heated Element في السخان الكهربائي ، الذي يتميز بمقاومته العالية ، حيث يقوم منظم الحرارة بتوصيل التيار العنصر او عنصري التسخين ، فترتفع حرارته ، فتنتقل هذه الحرارة إلى الماء تعمل تيارات الحمل على توزيع الحرارة على مياه الخزان بالتساوي ، وعندما تصل درجة حرارته على الدرجة المطلوبة يفصل منظم الحرارة التيار عن عنصر التسخين ذاتياً .
يظل الماء محتفظاً بحرارته أطول مدة ممكنة ، وذلك لوجود العازل الحراري ، فإذا انخفضت حرارته فإن المنظم الحراري يستشعر ذلك ويقوم بتوصيل التيار لعنصر التسخين لتعويض ذلك الانخفاض ، ثم يفصل التيار بعد ذلك ، وهكذا يحتفظ السخان بالمياه الساخنة عند درجة حرارة معينة

Heated Element
عنصر التسخين Heated Element



[أنواع السخانات ]

تصنف السخانات من حيث طاقتها وإمكانياتها التسخينية إلى نوعين ، هما :


· السخان الفوري
يركب هذا النوع من السخانات على صنبور الماء أو على خط التغذية الرئيسي لدورة المياه أو على خط التغذية الرئيسي لدورة المياه أو المطبخ ، ويوصل إليه التيار من أحد المقابس الكهربائية الموجودة في نفس المكان أو قريبة منه ، وله وضعيتان فقط للتسخين ضعيفة ومرتفعة ، ويتميز بخفض استهلاك الطاقة لتسخين المياه لأن الطاقة لا تستهلك إلا أثناء استخدام الماء الساخن ، كما يتميز باستمرارية تدفق المياه الساخنة لفترات طويلة جداً ، وسرعة تدفق المياه الساخنة بعد فتح الصنبور مباشرة ، مما يقلل من استهلاك المياه .
يتكون السخان الفوري عادة ، كما في الشكل (1 ) من جزئيين أساسيين هما :عنصر التسخين heated Element : ويتألف من سلك مقاومة (Resistance ) مصنوع من خليط ( سبيكة ) النيكل كروم . يغلف عنصر التسخين بأنبوب محكم التثبيت على عوازل خزفية ، ويجب أن تتراوح قدرة تحمله مابين 1500- 2000 وات للقيام بعملية التسخين الفوري
قاطع التيار Contact : ويتحكم فصل وإيصال التيار الكهربائي عن طريق تأثره بضغط الماء ، حيث يوصل نقطتي التماس عند وجود تيار مائي ، ويقطع التيار الكهربائي عند توقف جريان الماء نتيجة لقفل صنبور الماء أو ضعفه.


heater


السخان البطيء
يطلق على هذا النوع اسم السخانات البطيئة أو التراكمية ، لأن عملية التسخين فيها تتم ببطء ، ويتراكم الماء الساخن ويخزن بداخلها ،وهي واسعة الانتشار ، ويمكن تصنيفها أيضا إلى نوعين .. سخانات عمومية ( تستخدم في أغراض متعددة ) وتخدم فئة كبيرة من الناس كالمحلات التجارية ، والنوادي ، والمدارس والمستشفيات والورش الصناعية وغيرها . أما النوع الثاني فيطلق عليه السخان التجاري ، وهو شائع الاستخدام في المنازل تتكون السخانات البطيئة ( التراكمية ) الكهربائية .. شكل (2) من عدد الأجزاء من أهمها ما يلي :
  • خزان الماء : ويصنع بشكل أسطواني من فلز يتم اختباره حسب نوع المياه ومصادرها ، فإذا كانت المياه حمضية صنع الخزان من سبائك فلزية خاصة أساسها النيكل ، أما إذا كان الماء عسراً فيفضل صناعته من سبائك الصب الثقيل ، وقد يصنع من الفلز المجلفن أو المغلف بمادة البورسلان تحت الحرارة لمقاومة الصدأ والتآكل والاهتراء ، ويحاط من الخارج بغلاف فلزي يفصل بينهما مادة عازلة ، مثل الصوف الزجاجي أو الألياف أو اللباد أو مواد أخرى لتقليل الفقد الحراري ، وللمحافظة على حرارة الماء أطول مدة ممكنة ، قد يكون السطح العلوي من الخزان مقوساً لكي يتحمل الضغط إضافة إلى ذلك فإنه يجب ترك حيزاً إضافياً ليسمح بتمدد الماء عند التسخين كما يجب أن تكون حواف الوصل للخزان ملحومة بطريقة جيدة ، والتأكد من ذلك باختبارها تحت ضغوط عالية .
  • عنصر التسخين : ويعد مع المنظم الحراري أهم أجزاء السخان ، وهو عبارة عن سلك مقاوم ملفوف بشكل لولبي داخل أنبوب من الحديد أو النحاس ويحاط بعازل من الخرز الخزفي أو مسحوق عازل حراري ، ويتم إقفال أطراف العازل تماما لمنع تسرب الماء . تتراوح قدرة تحمل عنصر التسخين مابين 1000 إلى 2000 وات وقد يزاد السخان بعنصر تسخين إضافي عند أعلاه إذا كان كبيراً لزيادة كفاءته . يأتي عنصر التسخين على أشكال مختلفة شكل (3) طبقاً للطاقة المستهلكة إلا أنها جميعاً تعمل بنفس النظرية ، ويثبت عنصر التسخين في السخان إما على أحد جوانب السخان ، كما في السخانات العمومية ، أو على سطحه السفلي ، كما في السخانات التجارية ويكون تثبيته بطريقة يمكن معها إخراجه بسهولة عند الحاجة لفحصه أو تبديله .
  • منظم الحرارة ( Thermostat ) : وهو ضروري لجميع سخانات المياه ، والغرض منه التحكم في فتح وغلق الدائرة الكهربائية لعنصر التسخين ( تم استعراضها بالتفصيل في العدد السابق ) ، وذلك لإبقاء درجة حرارة الماء عند الحدود المطلوبة .


منظم الحرارة ( Thermostat )


water heater

يوجد بسخانات المياه نوعان من منظمات الحرارة ، هما المنظمات الأحادية ، وتتحكم في عنصر تسخين واحد ، والمنظمات الثنائية ( مزدوجة ) ، وتوجد غالباً في السخانات العمومية التي تحتوي على عنصري تسخين ، شكل (4) .
يتحكم منظم الحرارة الثنائي في مرور التيار لكل من عنصري التسخين العلوي والسفلي ، حيث يقفل دائرة عنصر التسخين العلوي عندما تنخفض درجة حرارة الماء في الجزء العلوي من السخان عند حد معين ويفتح دائرة عنصر التسخين في الجزء السفلي فإن المنظم يغلق دائرة عنصر التسخين في هذا الجزء ويفتح دائرة عنصر التسخين في الجزء العلوي .
عمود الحماية : وهو عبارة عن عمود من المغنيسيوم يتدلى داخل خزان السخان العمومي . يقوم هذا العمود بحماية جدار الخزان من الداخل خصوصاً في مناطق المياه الحمضية ، حيث يتفاعل معها مباشرة قبل أن يتفاعل مع مادة الخزان ، ولذا فإن هذا العمود يتآكل خلال سنوات قليلة ، ويجب فحصة من آن لآخر ، وذلك بإخراجه وقياس سمكه الذي يجب أن يتراوح ما بين 01.25 إلى 2 سم تقريباً ، فإذا كان أقل من ذلك ، يجب تغييره مباشرة ، أما بالنسبة للسخانات التجارية فلا تحتوي على مثل هذا العمود نظراً لأن مياه المنازل تكون في الغالب عذبة .

  • صمام الأمان : وهو عبارة عن صمام تنفيس يسمح – من خلال   أنبوبة التفريغ – بتسرب الماء وبخاره عندما يزيد الضغط داخل السخان عن حد معين ( 1كجم لكل سنتيمتر مربع ) حتى لا ينفجر يثبت صمام الأمان – عادة – على السطح العلوي للسخانات العمومية ، ويمكن التأكد من أن الصمام يعمل بصورة جيدة بالضغط على الرافعة الموجودة أعلى الصمام ، فإذا أنساب منها الماء دل على أنها سليمة . ويجب فتح صمام الأمان عند تفريغه من الماء لتنظيفه ، ليعمل على دفع الماء إلى الخارج .


element water heater

  • الصمام وحيد الاتجاه Check Valve : ويعمل على الحيلولة دون رجوع الماء الساخن باتجاه أنبوب التغذية بالماء البارد ، حتى لا يؤدي إلى هدر جزء كبير من الطاقة ، ويوجد بهذا الصمام شبك معدني يمنع مرور المواد الغربية مثل الرمل والتراب إلى داخل السخان . يدمج أحيانا في السخانات المنزلية الصغيرة ( التجارية ) صمام الأمان مع الصمام وحيد الاتجاه في صمام واحد ، شكل (5) بحيث يؤدي مهمتي التنفيس عند ارتفاع الضغط ، ومنع رجوع الماء من خلال   أنبوبة الدخول .

  • مقياس درجة الحرارة : ويوجد عادة على غلاف السخان ، وله مؤشر يتحرك على تدريج يحمل أرقام أو معلم بسهم تزداد المسافة بين خطيه كلما ارتفعت درجة الحرارة أو على تدريج معلم بأرقام تدل على درجة الحرارة شكل ( 6 ) .
    تختلف السخانات في طريقة قياس درجة حرارة الماء ، فبعض السخانات تزود بمقياس يعتمد على التمدد الحراري ، وفي هذه الحالة يجب أن يلامس المؤشر من الخلف مادة الغلاف الداخلي للسخان لكي يتحسس التغير في درجة الحرارة ، وفي بعضها يتم تحديد درجة حرارة الماء بتوصيل مصباح مع دائرة عنصر التسخين يضيء عندما تكون دائرة عنصر التسخين مقفلة وينطفئ عندما تفتح .


element heater
للحصول على تفاصيل كاملة مع استقبال أي استفسار أو أضافه تعليق .. تفضل هنا

أضف هذا الموضوع إلى