ส่วนประกอบทำความร้อนของเครื่องทำน้ำอุ่นแปลงไฟฟ้าเป็นความร้อนได้อย่างไร

A เครื่องทำน้ำอุ่นทำงานโดยการผลักกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดโลหะ ขดลวดนี้ต้านการไหล จึงทำให้น้ำร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและทำให้น้ำร้อนขึ้น ประมาณ 40% ของบ้านในสหรัฐอเมริกาใช้เครื่องทำน้ำอุ่นไฟฟ้าตารางด้านล่างนี้แสดงปริมาณพลังงานที่ส่วนประกอบทำความร้อนน้ำร้อนสามารถใช้งานได้ภายใน 1 ปี:

ประเด็นสำคัญ

• เครื่องทำน้ำอุ่นใช้กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดโลหะเพื่อสร้างความร้อน ทำให้สามารถอุ่นน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย
• การเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมและการดูแลรักษาองค์ประกอบความร้อนเช่น การป้องกันการสะสมของแร่ธาตุและการตรวจสอบการเชื่อมต่อ ช่วยให้เครื่องทำความร้อนมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและทำงานได้ดีขึ้น
• การบำรุงรักษาตามปกติและการใช้ประเภทองค์ประกอบที่ถูกต้องประหยัดพลังงาน ลดต้นทุน และรักษาระดับน้ำอุ่นของคุณให้คงที่ทุกวัน

ส่วนประกอบของเครื่องทำน้ำอุ่น

ขดลวดหรือแท่งโลหะ

หัวใจสำคัญของเครื่องทำน้ำอุ่นทุกเครื่องคือขดลวดหรือแท่งโลหะชิ้นส่วนนี้มักทำจากโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม ซึ่งช่วยเปลี่ยนไฟฟ้าเป็นความร้อนได้อย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ การออกแบบของคอยล์ ไม่ว่าจะเป็นแบบตรงหรือแบบเกลียว ล้วนส่งผลต่อประสิทธิภาพการให้ความร้อนของน้ำ คอยล์ที่หนากว่าสามารถให้ความร้อนได้มากกว่า แต่อาจเสื่อมสภาพเร็วกว่าหากไม่ได้รับการระบายความร้อนอย่างเหมาะสม การเลือกวัสดุก็มีความสำคัญเช่นกัน นี่คือข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับวัสดุทั่วไปและคุณสมบัติของวัสดุเหล่านั้น:

คอยล์ที่ผลิตจาก Incoloy ทำงานได้ดีที่สุดในน้ำที่ร้อนจัด เพราะทนทานต่อการกัดกร่อน ทองแดงให้ความร้อนน้ำได้เร็ว แต่ใช้งานได้ไม่นานในสภาวะที่ยากลำบาก สแตนเลสให้ความสมดุลที่ดีระหว่างความทนทานและความเร็วในการทำความร้อน

ขั้วไฟฟ้า

ขั้วไฟฟ้าเชื่อมต่ออุปกรณ์ทำความร้อนของเครื่องทำน้ำอุ่นเข้ากับแหล่งจ่ายไฟ ขั้วโลหะขนาดเล็กเหล่านี้จะยื่นออกมาจากถังเก็บน้ำและช่วยให้มั่นใจได้ว่ากระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่ขดลวดอย่างปลอดภัย การเชื่อมต่อที่ดีที่ขั้วไฟฟ้าช่วยให้เครื่องทำน้ำอุ่นทำงานได้ดีและช่วยป้องกันปัญหาไฟฟ้า หากขั้วไฟฟ้าหลวมหรือสึกกร่อน ส่วนประกอบอาจหยุดทำงานหรืออาจเกิดอันตรายได้ ขั้วไฟฟ้ายังทำงานร่วมกับฉนวนเพื่อป้องกันไฟฟ้ารั่วไหลลงในน้ำหรือถังเก็บน้ำอีกด้วย

ฉนวนและปลอกหุ้ม

ฉนวนและปลอกหุ้มด้านนอกช่วยปกป้องแผ่นทำความร้อนและช่วยให้ใช้งานได้ยาวนานขึ้น ผู้ผลิตบรรจุผงแมกนีเซียมออกไซด์ไว้รอบขดลวดอย่างแน่นหนา วัสดุนี้กักเก็บกระแสไฟฟ้าไว้ภายในขดลวดและถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำ ปลอกหุ้มที่ทำจากโลหะ เช่น ทองแดง สเตนเลสสตีล หรืออินคอลอย หุ้มฉนวนและขดลวด ช่วยป้องกันแผ่นทำความร้อนจากน้ำ สารเคมี และการกระแทก วัสดุปลอกหุ้มที่เหมาะสมสามารถสร้างความแตกต่างอย่างมากต่ออายุการใช้งานของแผ่นทำความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในน้ำประเภทต่างๆ

เคล็ดลับ: การเลือกวัสดุปลอกหุ้มที่เหมาะสมกับประเภทน้ำของคุณจะช่วยให้องค์ประกอบความร้อนของเครื่องทำน้ำอุ่นของคุณมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นมาก

เครื่องทำน้ำอุ่นแปลงไฟฟ้าเป็นความร้อนได้อย่างไร

กระแสไฟฟ้าไหล

A เครื่องทำน้ำอุ่นเครื่องทำน้ำอุ่นจะเริ่มทำงานทันทีที่มีคนเปิดเครื่อง บ้านส่วนใหญ่ใช้วงจรไฟฟ้า 240 โวลต์สำหรับเครื่องทำน้ำอุ่น ส่วนประกอบเชื่อมต่อกับวงจรนี้ผ่านขั้วไฟฟ้าที่แข็งแรง เมื่อเทอร์โมสตัทตรวจจับได้ว่าน้ำเย็นเกินไป กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่ส่วนประกอบ กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขดลวดโลหะหรือแกนโลหะภายในถัง

เครื่องทำน้ำอุ่นทั่วไปในบ้านใช้ไฟฟ้า 240 โวลต์ และใช้กระแสไฟฟ้าประมาณ 10 แอมป์ หากกำลังไฟ 2,400 วัตต์ การออกแบบของเครื่องทำน้ำอุ่นสอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าและกำลังวัตต์ของแหล่งจ่าย เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำร้อนได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ เทอร์โมสตัทจะควบคุมการเปิดหรือปิดของเครื่องทำน้ำอุ่น เพื่อรักษาอุณหภูมิของน้ำให้เหมาะสม

หมายเหตุ: ควรเปลี่ยนแผ่นทำความร้อนด้วยแผ่นทำความร้อนที่มีแรงดันไฟฟ้าและกำลังวัตต์เท่ากับแผ่นทำความร้อนเดิมเสมอ การใช้แผ่นทำความร้อนผิดประเภทอาจทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลงหรืออาจทำให้เครื่องทำน้ำอุ่นเสียหายได้

ความต้านทานและการเกิดความร้อน

ความมหัศจรรย์ที่แท้จริงเกิดขึ้นภายในขดลวด โลหะในองค์ประกอบความร้อนของเครื่องทำน้ำอุ่นจะต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้า ความต้านทานนี้ทำให้อิเล็กตรอนชนกับอะตอมในโลหะ การชนกันแต่ละครั้งจะทำให้อะตอมสั่นสะเทือนเร็วขึ้น ซึ่งก่อให้เกิดความร้อน นักวิทยาศาสตร์เรียกกระบวนการนี้ว่า การให้ความร้อนแบบจูล (Joule Heating)

ปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับสามปัจจัย ได้แก่ กระแส แรงดัน และความต้านทาน สูตรคำนวณมีดังนี้:

P = I²R หรือ P = V²/R

ที่ไหน:

• P = กำลัง (ความร้อนที่ผลิตได้ เป็นวัตต์)
• I = กระแสไฟฟ้า (เป็นแอมแปร์)
• V = แรงดันไฟฟ้า (เป็นโวลต์)
• R = ความต้านทาน (เป็นโอห์ม)

ยิ่งความต้านทานขององค์ประกอบสูงขึ้นเท่าใด ความร้อนก็จะยิ่งเพิ่มขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ด้วยเหตุนี้ ขดลวดจึงใช้โลหะผสมชนิดพิเศษ เช่น นิกเกิล-โครเมียม ซึ่งโลหะเหล่านี้มีความต้านทานที่เหมาะสมในการเปลี่ยนไฟฟ้าเป็นความร้อนโดยไม่ละลายหรือสลายตัว

เคล็ดลับ: ความต้านทานและวัสดุขององค์ประกอบความร้อนช่วยให้แน่ใจว่าจะร้อนเพียงพอที่จะทำให้น้ำอุ่นได้ แต่ไม่ร้อนจนไหม้เร็วเกินไป

การถ่ายเทความร้อนสู่น้ำ

เมื่อคอยล์ร้อนขึ้น ขั้นตอนต่อไปคือการนำความร้อนนั้นเข้าสู่น้ำ ขดลวดทำความร้อนของเครื่องทำน้ำอุ่นจะอยู่ภายในถัง ล้อมรอบด้วยน้ำ ความร้อนจะเคลื่อนที่จากพื้นผิวโลหะที่ร้อนไปยังน้ำที่เย็นกว่าโดยการนำความร้อน รูปร่างของขดลวด ซึ่งมักเป็นเกลียวหรือห่วง ช่วยให้มีพื้นที่ผิวสัมผัสน้ำมากขึ้น และถ่ายเทความร้อนได้เร็วขึ้น

เมื่อน้ำใกล้องค์ประกอบความร้อนเพิ่มขึ้น น้ำจะเบาลงและลอยขึ้น น้ำที่เย็นกว่าจะเคลื่อนเข้ามาแทนที่ การเคลื่อนที่ตามธรรมชาตินี้เรียกว่าการพาความร้อน (convection) ซึ่งช่วยกระจายความร้อนให้ทั่วถัง กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าน้ำทั้งหมดจะถึงอุณหภูมิที่ตั้งไว้

ตัวทำความร้อนมีประสิทธิภาพมาก เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าที่ใช้เกือบทั้งหมดให้เป็นความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพเกือบ 100% ความร้อนบางส่วนอาจระบายออกจากถังได้ แต่ตัวทำความร้อนจะไม่สูญเสียพลังงานในระหว่างการแปลง เครื่องทำน้ำอุ่นแบบไฟฟ้าดีกว่ารุ่นที่ใช้แก๊สในด้านนี้ เนื่องจากเครื่องทำน้ำอุ่นแบบใช้แก๊สจะสูญเสียพลังงานบางส่วนผ่านการระบายอากาศและการเผาไหม้

รู้หรือไม่? อัตราการถ่ายเทความร้อนจากองค์ประกอบไปยังน้ำสามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อน้ำร้อนขึ้น ในตอนแรกความร้อนจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แต่หลังจากจุดหนึ่ง กระบวนการจะช้าลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหลของน้ำภายในถัง

ประสิทธิภาพและการแก้ไขปัญหาขององค์ประกอบความร้อนเครื่องทำน้ำอุ่น

การสะสมของแร่ธาตุและการตะกรัน

การสะสมตัวของแร่ธาตุเป็นปัญหาที่พบบ่อยสำหรับเครื่องทำน้ำอุ่น โดยเฉพาะในบริเวณที่มีน้ำกระด้าง เมื่อแร่ธาตุอย่างแคลเซียมและแมกนีเซียมเกาะตัวบนแผ่นทำความร้อน จะเกิดชั้นแข็งที่เป็นฉนวนเรียกว่า ตะกรัน ชั้นนี้ทำให้แผ่นทำความร้อนถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำได้ยากขึ้น ส่งผลให้เครื่องทำน้ำอุ่นใช้พลังงานมากขึ้นและใช้เวลานานขึ้นในการทำความร้อน เมื่อเวลาผ่านไป ตะกรันที่หนาขึ้นอาจทำให้เกิดความร้อนไม่สม่ำเสมอ เกิดความร้อนสูงเกินไป และอาจทำให้แผ่นทำความร้อนเสียหายก่อนเวลาอันควร ปัญหาอื่นๆ ได้แก่ การกัดกร่อน สนิม และค่าซ่อมแซมที่สูงขึ้น
วิธีการป้องกันปัญหาเหล่านี้บางประการ ได้แก่:

• การล้างถังเป็นประจำเพื่อขจัดตะกอน
• การเปลี่ยนแท่งขั้วบวกเพื่อป้องกันการกัดกร่อน
• การใช้เครื่องทำให้น้ำอ่อนหรืออุปกรณ์ป้องกันตะกรัน
• กำหนดการบำรุงรักษาประจำปีเพื่อให้ทุกอย่างทำงานได้อย่างราบรื่น

การบำรุงรักษาและการบำบัดน้ำตามปกติจะช่วยยืดอายุการใช้งานและประสิทธิภาพของเครื่องทำน้ำอุ่นของคุณ

ประเภทองค์ประกอบและประสิทธิภาพ

เครื่องทำน้ำอุ่นแต่ละประเภทใช้อุปกรณ์ทำความร้อนที่แตกต่างกัน และประสิทธิภาพอาจแตกต่างกันไป เครื่องทำน้ำอุ่นแบบไม่มีถังเก็บน้ำจะทำน้ำร้อนเฉพาะเมื่อจำเป็นเท่านั้น จึงสิ้นเปลืองพลังงานน้อยกว่า เครื่องทำน้ำอุ่นแบบถังเก็บน้ำจะทำให้น้ำร้อนตลอดเวลา ซึ่งอาจทำให้เกิดการสูญเสียความร้อนได้ เครื่องทำน้ำอุ่นแบบปั๊มความร้อนและพลังงานแสงอาทิตย์ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยกว่าและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า
นี่คือการเปรียบเทียบอย่างรวดเร็ว:

สัญญาณของความล้มเหลวขององค์ประกอบ

ส่วนประกอบทำความร้อนของเครื่องทำน้ำอุ่นอาจเสียหายได้จากหลายสาเหตุ สัญญาณที่ควรสังเกตมีดังนี้:

1. น้ำที่ไม่เคยร้อนเต็มที่
2. น้ำร้อนไหลออกอย่างรวดเร็วขณะอาบน้ำ
3. เสียงฟู่หรือเสียงป๊อปแปลกๆ จากถัง
4. บิลค่าไฟฟ้าที่สูงขึ้นโดยไม่ต้องใช้พลังงานเพิ่มเติม
5. น้ำขุ่นหรือเป็นสนิม
6. เซอร์กิตเบรกเกอร์สะดุดบ่อยครั้ง

ส่วนประกอบทำความร้อนส่วนใหญ่มีอายุการใช้งาน 6 ถึง 10 ปี แต่น้ำกระด้างและการขาดการบำรุงรักษาอาจทำให้อายุการใช้งานสั้นลง การตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอและการซ่อมแซมอย่างรวดเร็วจะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาใหญ่ในภายหลัง

การบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอช่วยให้เครื่องทำน้ำอุ่นทำงานได้อย่างราบรื่นและประหยัดเงินในระยะยาว เจ้าของบ้านที่เข้าใจระบบการทำงานของตนเองจะตรวจพบปัญหาได้ตั้งแต่เนิ่นๆ ลดค่าไฟฟ้า และหลีกเลี่ยงการซ่อมแซมที่มีราคาแพง การเลือกรุ่นที่มีประสิทธิภาพและการปรับเทอร์โมสตัทช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและรับประกันคุณภาพน้ำร้อนที่คงที่ทุกวัน

คำถามที่พบบ่อย

ควรเปลี่ยนขดลวดทำความร้อนของเครื่องทำน้ำอุ่นบ่อยเพียงใด?

คนส่วนใหญ่เปลี่ยนตัวทำความร้อนทุก 6 ถึง 10 ปี น้ำกระด้างอาจทำให้อายุการใช้งานสั้นลง การตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอจะช่วยให้ตรวจพบปัญหาได้ตั้งแต่เนิ่นๆ

เจ้าของบ้านสามารถทำความสะอาดคราบแร่ธาตุที่สะสมจากองค์ประกอบความร้อนได้หรือไม่?

ใช่แล้ว พวกเขาทำได้ทำความสะอาดองค์ประกอบโดยการนำออกมาแช่ในน้ำส้มสายชู วิธีนี้จะช่วยละลายตะกรัน ควรปิดเครื่องก่อนเสมอ

จะเกิดอะไรขึ้นหากมีคนติดตั้งวัตต์ที่ไม่ถูกต้อง?

เครื่องทำน้ำอุ่นอาจทำงานไม่ถูกต้อง อาจทำให้เบรกเกอร์ทำงานหรือถังเก็บน้ำเสียหายได้ ควรตรวจสอบกำลังวัตต์ของขดลวดให้ตรงกับคำแนะนำของผู้ผลิตเสมอ