B. Tính chọn áp tô mát tự ngắt bằng cuộn dây điện từ (tác động tức thời)
1. Thiết bị cấp nhiệt
1.2 Giới thiệu một số thiết bị thông dụng
1.2.3 Sử dụng các thiết bị cấp nhiệt nói chung
1.2.3.5 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của bình nước nóng
Trong các gia đình, việc sử dụng nước nóng để uống, tắm rửa nhất là ở những vùng khí hậu lạnh thì không thể thiếu được. Trên thực tế có rất nhiều thiết bị đun nước có hình dạng, kích thước, công suất khác nhau không thể giới thiệu hết. Do vậy trong mục này chỉ giới thiệu loại thiết bị đun nước nóng dùng để tắm rửa gọi tắt là máy hoặc bình đun nước nóng.
Các bình đun nước nóng hiện có bán trên thị trường được chia làm 2 loại: loại có bình chứa (bình đun nước nóng loại tích trữ) và loại không có bình chứa (bình đun nước nóng tức thời). Phổ biến nhất là các nhãn Ariston (Ý, EEC), Electrolux (Thụy Điển), Pháp, Nga, Nhật,v. v. .
Các thông số kỹ thuật chủ yếu của bình đun nước nóng là:
V - Dung tích của bình (lít): Lượng nước chứa trong bình, thường có loại 10, 15, 30, 50, 60.v.v... lít
U - Điện áp định mức (V): thường là 220-230V
P - Công suất điện tiêu thụ (W): có các loại 1200, 1500, 2500, 3000W.v.v…
I - Dòng điện định mức (A):thường có các loại 5, 11, và 15A.
A - Điện năng tiêu hao (kWh): là năng lượng điện tiêu thụ để đun nước nóng và duy trì lượng nước ổn định mức của bình ở một nhiệt độ
Hình 3.17. Cấu tạo bình đun nước nóng loại tích trữ
Hình 3.18. Hệ thống cung cấp nước vào và đường nước ra
nhất định (thường là 650C) trong 24h. Khi không xả nước nóng ra dùng, bình có cách nhiệt tốt thì tiêu hao điện năng thấp.
Dưới đây ta nghiên cứu bình đun nước nóng loại tích trữ.
* Cấu tạo của bình đun nước nóng loại tích trữ
1. Ống dẫn nước lạnh vào 1. Đường nước lạnh đến 2. Nắp đậy 2. Van 1 chiều (công tắc áp suất nước) 3. Xốp cách nhiệt 3. Khối an toàn
4. Vỏ nhựa 4. Van an toàn
5. Vỏ bình (bằng nhôm) 5. Đường nước nóng ra 6. Ống dẫn nước nóng ra
7. Thanh gia nhiệt
8. Rơle điều chỉnh nhiệt độ 9. Rơle bảo vệ qúa nhiệt 10. Thanh cation
11. Cụm van một chiều và van an toàn
Hình 3.17 giới thiệu cấu tạo của bình đun nước nóng loại tích trữ gồm các bộ phận:
- Bình chứa nước: thường được chế tạo bằng nhôm dày 1,2mm (tuỳ theo thể tích nhỏ hay lớn) hàn kín, chịu được áp suất đến 8 bar (1bar = 1.02 at) để đảm bảo bền với áp suất do cột nước lạnh vào bình và áp suất hơi nóng trong bình gây ra.
- Thanh gia nhiệt: Được chế tạo băng dây điện trở (mayxo) cỡ nhỏ đường kính 0,2mm đặt trong ống inox. Giữa dây mayxo và ống được cách điện bằng cát thạch anh hạt nhỏ mịn. Cát này được lèn chặt để định vị dây mayxo ở giữa ống, ngăn không cho không khí tiếp xúc với dây mayxo làm oxi hoá, gây gỉ hỏng và đảm bảo truyền nhiệt tốt từ dây mayxo qua cát ra ngoài để làm nóng nước. Thanh gia nhiệt được nhúng ngập dưới nước trong bình, truyền nhiệt rất nhanh cho nước, nên không bị cháy hỏng. Trị số điện trở của thanh gia nhiệt được tính toán để đảm bảo công suất đun nước (tức công suất điện tiêu thụ ghi trên nhãn bình)
- Ống dẫn nước lạnh vào và ống dẫn nước nóng ra; được đặt dưới đáy bình, phần bên trong bình miệng ống nước lạnh đặt thấp hơn miệng ống nước nóng ra để đảm bảo bình luôn có nước ngập thanh gia nhiệt và bình không bị cạn nước. ống dẫn nước lạnh vào thường được đánh dấu màu xanh hoặc mũi tên đi ra khỏi bình.
- Lớp cách nhiệt: Ngày nay, phần lớn các bình đun nước nóng được cách nhiệt bằng xốp (polisteron) đúc, nên rất kín và hệ số truyền nhiệt rất nhỏ để giảm
nhiệt lượng thất thoát từ bình ra môi trường xung quanh, giảm năng lượng điện tiêu hao vô ích, giảm nhỏ kích thước và trọng lượng bình.
- Vỏ bình: thường được làm băng nhựa màu trắng. Bình được kết cấu dạng hình trụ hoặc hình hộp để giảm nhỏ phần không gian chiếm chỗ của bình và thuận tiện khi lắp đặt bình.
- Thanh cation (thanh làm mềm nước hoặc thanh lọc nước): Trong bình chứa nước của 1 vài loại bình (như Ariston) có lắp 1 thanh dài khoảng 23 cm, đường kính 2cm dùng để làm mềm nước trong bình, tránh hiện tượng các muối canxi, magnhê, có trong nước kết tủa tạo thành lớp cặn vôi bám trên bề mặt trong của bình và đường ống làm giảm lưu lượng nước thoát ra đường ống dẫn nước vào và ra khỏi bình. Lớp cặn này còn bám trên bề mặt ngoài thanh nhiệt, nếu lớp bám dày sẽ cản trở việc truyền nhiệt từ thanh gia nhiệt vào trong nước, làm nước lâu nóng, tốn điện, nhiệt độ làm việc của thanh gia nhiệt tăng cao, dễ bị cháy hỏng. Thông thường sau khoảng 2 đến 3 năm nên thay thanh làm mềm nước, vì nếu nguồn nước không được xử lý, nước vẫn là nước cứng.
- Cụm van 1 chiều và van an toàn: Cụm van 1 chiều và van an toàn được giới thiệu trên hình 3. 18, thường được chế tạo thành 1 khối và lắp trên đường ống cấp nước lạnh trước khi vào bình. Van 1 chiều có tác dụng ngăn không cho nước nóng trong bình chảy ngược về đường ống dẫn nước lạnh khi áp suất nước nóng trong bình do hơi nước nóng trong bình gây ra lớn hơn áp suất nước trên đường ống lạnh. Van 1 chiều luôn được đóng kín nhờ lực ép của lò xo van. Khi mở van xả nước nóng trong bình ra dùng, áp suất nước trong bình giảm xuống, cột nước bên đường ống nước lạnh có áp suất lớn hơn sẽ đẩy vào nắp van và lò xo làm van mở, nước lạnh được cấp bổ sung vào bình. ở các khu nhà tập thể nhiều tầng, cột nước lạnh cấp cho bình thấp nên van 1 chiều mở ít, nước chảy vào và ra khỏi bình yếu, chậm, không cấp đủ cho nhu cầu sử dụng. Để có nước chảy ra nhiều, mạnh đủ dùng, người ta thường khắc phục bằng cách: giảm lực nén của lò xo van (làm mềm lò xo bằng nhiệt hoặc cắt bớt 1 số vòng của lò xo) hoặc lắp thêm 1 máy bơm nước để bơm nước từ bể chứa nước vào bình, máy bơm nước tự động chạy khi áp suất nước trong bình giảm xuống (khi nước ra dùng) và tự động dừng khi áp suất nước trong bình tăng lên (khi khoá van, không xả nước ra dùng nữa). Có thể lắp loại máy bơm Golstar 125W. Van an toàn dùng để tự động xả nước và hơi nước nóng, giảm áp suất trong bình khi có tình huống áp suất trong bình đột nhiên bị tăng cao qúa (ví dụ khi các rơle điều chỉnh nhiệt độ của bình bị
hỏng, không ngắt được mạch điện đốt nóng nữa, nhiệt độ trong bình tăng cao, có thể sôi, hơi nước được tạo ra qúa nhiều, làm cho áp suất trong bình tăng nhanh) bình có nguy cơ bị nổ vỡ và rất nguy hiển. Cụm van này còn cho phép dùng khi súc bình ra.
- Rơle điều chỉnh nhiệt độ: Hiện nay thường sử dụng các kiểu rơle điều chỉnh nhiệt độ như sau:
+ Kiểu kim loại kép (lưỡng kim, bimetal) tấm mỏng như hình 3.19
Hình 3.19. Rơle điều chỉnh nhiệt độ kiểu kim loại kép (tấm mỏng) ở vị trí ngắt (a) và vị trí đóng (b).
1. Núm vặn điều chỉnh nhiệt độ; 2. Vỏ hộp nhựa chịu nhiệt;
3. Thanh dẫn nối điện và tiếp điểm tĩnh;4. Tấm kim loại(nhôm);
5. Tấm kim loại kép có mang tiếp điểm động.
Khi nhiệt độ nước tăng, tấm kim loại kép nóng theo và cong đi, đến vị trí tương ứng với nhiệt độ đặt trước, nó sẽ tác động làm tiếp điểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh ngắt mạch điện cấp cho thanh gia nhiệt. Sau 1 thời gian, do tổn thất nhiệt hoặc do xả nước nóng ra dùng, nhiệt độ giảm xuống, tấm kim loại kép cong trở lại đóng điện cho thanh gia nhiệt. Qúa trình cứ lặp đi lặp lại 1 cách tự động. Bình thường, khi sử dụng nên đặt ở vị trí E (Economy), tại vị trí này nước đủ nóng (khoảng 60-650C) đáp ứng nhu cầu sử dụng và tổn hao năng lượng điện là nhỏ nhất.
+ Kiểu khí nén như hình 3.20 1. Bầu khí nén;
2. Ống dẫn;
3. Vỏ hộp;
4. Buồng xếp dãn nở 5. Tiếp điểm tĩnh;
6. Tiếp điểm động;
7. Lò xo;
8. Núm điều chỉnh nhiệt độ
Hình 3.20. Rơle điều chỉnh nhiệt độ kiểu khí nén
Bầu không khí được đặt trong ống nhôm lắp trong bình nước nóng.
Khi nước nguội, tiếp điểm của công tắc ở vị trí đóng, thanh gia nhiệt được cấp điện để đun nước. Khi nhiệt độ nước tăng lên, áp suất khí nén trong bầu đo nhiệt độ tăng theo, làm buồng bếp dãn nở ra, đến vị trí tương ứng với nhiệt độ dặt trước, buồng bếp mở tiếp điểm và ngắt mạch cung cấp điện. Khi nhiệt độ nước giảm xuống, áp suất khí nén trong bầu khí giảm xuống, buồng xếp co lại, đóng tiếp điểm mạch cấp điện. Qúa trình lặp đi lặp lại như vậy.
Ngoài ra còn có rơle điều chỉnh nhiệt độ kiểu kim loại kép dạng đũa (thanh), về cấu tạo khác dạng tấm mỏng ở chỗ thanh kim loại kép là 1 ống đồng (đường kính 6mm) có hệ số dãn nở dài do nhiệt bé. Nguyên tắc hoạt động tương tự loại kim loại đã nêu, chỉ khác dãn nở theo chiều dài.
- Rơle bảo vệ:
Để bảo đảm an toàn cho bình nước nóng, phần lớn các bình được lắp thêm rơle bảo vệ nhiệt hoặc van áp suất an toàn. Nếu vì lí do nào đó, khi nước trong bình bị cạn qúa thấp, nhiệt độ trong bình sẽ tăng cao nhanh chóng, hơi nước bay hơi nhiều làm áp suất trong bình tăng cao rất nhanh chóng, hơi nước bay hơi nhiều làm áp suất trong bình tăng cao rất nguy hiểm. Khi đó cần có rơle qúa nhiệt cắt mạch điện cung cấp cho bình. Rơle này không tự trở về vị trí ban đầu, có như vậy mới bảo vệ được bình. Khi áp suất trong bình tăng cao qúa mức cho phép, van an toàn tự động xả hơi (hoặc nước) trong bình để bình được an toàn, không bị nổ.
Hình 3.21. Rơle bảo vệ qúa nhiệt kiểu cầu chảy (ở vị trí đóng và ngắt) 1. Vỏ; 2. Thanh dẫn đàn hồi; 3. Mối hàn
Rơle này có nhiều kiểu: kiểu kim loại kép như rơle điều chỉnh nhiệt độ nhưng chế tạo để có nhiệt độ tác động cỡ 90 ÷950C sao cho không tự phục hồi được (đã giới thiệu); kiểu cầu chảy (như hình 3.21). Với kiểu
này, khi nhiệt độ tăng cao, mối hàn giữa 2 thanh dẫn đàn hồi bị nóng chảy ra, chúng bị tách ra xa nhau và ngắt mạch điện cung cấp cho bình. Muốn bình hoạt động trở lại, phải thay rơle khác hoặc hàn lại cầu chảy bằng vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp (dưới 1000C). Trong các bình Italia, Pháp sản xuất, rơle điều chỉnh nhiệt độ và rơle bảo vệ được chế tạo, lắp ráp cùng 1 hộp rơle.
- Nguyên lý làm việc
Để cung cấp cho máy đun nước nóng, người ta phải mắc dây điện trở của máy nối tiếp điểm với áptômát có dòng điện định mức phù hợp (hình 3. 22):
Hình 3. 22. Sơ đồ điện của bình đun nước nóng 1. Aptômát; 2. Đèn hiệu; 3.Thanh gia nhiệt (dây điện trở);
4. Dây tiếp đất; 5. Rơle bảo vệ qúa nhiệt;
6. Rơle điều chỉnh nhiệt độ; 7. Bình nước nóng
Để cấp nước lạnh cho máy phải có hệ thống bể nước treo nối với bình qua công tắc áp suất. Đường nước chảy ra của máy phải kết hợp với đường nước lạnh thông qua van nóng lạnh ở các bồn rửa tay hay chậu rửa lavabô, ở các chậu rửa lavabô và vòi tắm v. v…
Khi đóng áptômát cấp điện cho thanh gia nhiệt của bình đun nước nóng, dây điện trở nóng lên đun nước nóng theo. Khi nước nóng đến 1 nhiệt độ nào đó (ví dụ 600C hay 650C do nhà máy đã đặt chương trình nhiệt độ định trước), rơle điều chỉnh nhiệt độ sẽ tác động ngắt nguồn điện vào dây điện trở (được báo bằng đèn báo) giữ cho nước trong bình không
vượt qúa nhiệt độ quy định. Khi nhiệt độ thấp xuống dưới mức quy định, rơle nhiệt độ tự động đóng mạch điện cung cấp cho dây điện trở, qúa trình cứ tiếp diễn như vậy. Trong trường hợp có sự tăng cao áp suất vượt qúa giới hạn an toàn (trường hợp nước nóng qúa mức), van an toàn sẽ tự động tháo nước qua van. Van 1 chiều (công tắc áp suất nước) có tác dụng đóng mở đường nước vào khi bình đầy nước hoặc mực nước giảm xuống thấp qúa mức quy định. Việc sử dụng nước nóng - lạnh có nhiệt độ bao nhiêu do người sử dụng điều chỉnh van nóng, lạnh ở các lavabô hoặc vòi sen.