كيف يعمل السخان الكهربائي؟

السخّان الكهربائي جهاز قديم وتقليدي ومألوف، يستخدم على نطاق واسع في جميع أنحاء الكرة الأرضية. وهو في الواقع جهاز بسيط للغاية ويعمل وفق مبدأ بسيط أيضاً، ومع ذلك يعتبر من أهم التجهيزات المنزلية التي لن يستطيع الإنسان تخيل حياته دونها. فما هو السخّان الكهربائي وكيف يعمل؟ ولماذا يوصف أحياناً بالقنبلة الموقوتة وما الفرق بين السخّان العادي والفوري؟

مكونات السخّان الكهربائي

يبدو السخّان الكهربائي من الخارج عبارة عن خزان أسطواني بسيط الشكل، أمّا من الداخل فهو يحتوي على مجموعة من المكونات هي:

خزّان حافظ للحرارة: خزان معدني ثقيل مغلّف من الداخل ببطانية واقية، في حين أن الجزء الخارجي من الخزان مغطّى بمادة عازلة مثل رغوة البولي يوريثان، وقد يزوّد أيضاّ بغلاف خارجي مزخرف أو طبقة عازلة إضافية.
أنبوب المياه الباردة ويسمى أيضاً الأنبوب الغاطس: وهو عبارة عن ماسورة أو أنبوب موجود في أعلى الخزان ويمتد إلى أسفله.
أنبوب المياه الساخنة: عبارة عن أنبوب يخرج منه الماء الساخن ويكون معلقاً ناحية الجزء العلوي من الخزان.
صمام الإغلاق: يمنع صمام الإغلاق تدفق المياه إلى داخل السخّان، وهو مكوّن منفصل موجود خارج الوحدة وفوقها.
الثرموستات: هو عبارة عن جهاز لقياس درجة الحرارة والتحكم بها.
صمام الصرف الخارجي: يقع في الجزء السفلي من الغلاف الخارجي، ويسهّل هذا الصمّام إفراغ الخزّان واستبدال الأجزاء أو إزالة الرواسب أو نقل الخزان الى مكان اخر.
صمام تنفيس الضغط والحرارة: هو عبارة عن جهاز أمان يحافظ على الضغط ودرجة الحرارة داخل سخان الماء ضمن حدود آمنة.
قضيب أنود ذوّاب: مصنوع من المغنيزيوم أو الألمنيوم بقلب من الفولاذ، يُعلَّق في خزان تسخين المياه للمساعدة في تأخير التآكل، وينبغي استبداله كل عام أو عامين.
وحدة التسخين: يحتوي عنصر التسخين بداخله على ملف أو شريط من الأسلاك مصنوعة من مادة موصلة ذات مقاومة عالية للكهرباء، تعمل هذه المادة على تحويل الكهرباء إلى حرارة نتيجة مقاومتها العالية، ما يؤدي إلى تسخين العنصر الذي يسخن الماء بدوره عبر تيارات الحمل. يُصنَع سلك التسخين عادة من النيكل أو الحديد.

عادة ما يحتوي عنصر التسخين المصنوع من النيكل على مزيجٍ من المعادن، وهو ما يُسمى بسلك النيتشروم، وهي المادة الأكثر شيوعاً في أسلاك عناصر التسخين، لأن درجة انصهارها عالية تصل إلى 1400 درجة مئوية، كما أنه لا يتأكسد في درجات الحرارة العالية، ويتمتع بمقاومة مستقرة.

طريقة عمل السخّان الكهربائي

يدخل الماء البارد إلى الخزّان عبر أنبوب الغطس ثم يُسخَّن بواسطة عناصر التسخين الكهربائية داخل الخزان، وعندما يسخن الماء فإنه يرتفع إلى أعلى الخزان ثم ينتقل في جميع أنابيب التسخين. يعتمد مبدأ فصل المياه الباردة عن الساخنة في السخّان على اختلاف الكثافة فيما بينهما، إذ يرتفع الماء الساخن فوق الماء البارد لأنه أقل كثافة.

يمكن لأصحاب المنازل ضبط درجة حرارة المياه التي يفضّلونها باستخدام منظم الحرارة، وغالباً ما يتم ضبط درجة الحرارة ما بين 49 إلى 82 درجة مئوية، في حين تتراوح درجة حرارة الماء التي توصي بها الشركات المصنّعة للسخانات بين 49 إلى 60 درجة مئوية، فهذه الدرجات هي ساخنة بما يكفي للاستخدام المنزلي، وليست ساخنة بدرجة كبيرة لتشكّل خطراً على الناس أو على السخّان.

بمرور الوقت يمكن أن يمتلئ الخزان بالرواسب الطبيعية والمعادن، ما يقلل من كفاءته ويحتمل أن تقلل من عمر الخزان، لذلك ينبغي تصريف الخزّان كل عام للتخلص من الرواسب المتجمعة، ويوصى أيضاً بإجراء الصيانة الوقائية سنوياً على سخانات المياه وفحص المكّونات مثل صمام الضغط وقضيب الأنود لضمان التشغيل الفعال.

اقرأ أيضاً: كيف يعمل الخلاط الكهربائي؟

ما مخاطر سخان الماء الكهربائي؟

يبلغ العمر الافتراضي لسخانات المياه ما بين 10-12 عاماً، ويجب إجراء الصيانة الدورية للسخان بشكل منتظم تجنباً لحدوث مشكلات خطيرة في المنزل، مثل:

انفجار السخّان: قد يتسبب الإهمال المستمر للسخانات القديمة في انسداد الصمامات وارتفاع درجة الحرارة داخلها، ما قد يؤدي إلى زيادة الضغط بشكل كبير إلى الدرجة التي قد ينفجر بها الهيكل المعدني للسخان. قد بسبب هذا الانفجار ضرراً كبيراً في المنزل وأثاثه، وقد يشكل خطراً على حياة الأشخاص في المنزل.
تسرب المياه: قد يسبب تسرب المياه من السخّان ضرراً كبيراً في جدران المنزل والأثاث والأجهزة الإلكترونية.
نمو الكائنات الممرضة: في حال عدم تنظيف الرواسب باستمرار، قد تنمو بعض البكتيريا المقاومة للحرارة في المياه الملوثة، وقد تسبب أمراضاً عديدة لأفراد المنزل.

معايير السلامة العامة في سخانات الماء الكهربائية

يمكن تقسيم متطلبات السلامة العامة الخاصة بسخانات المياه الكهربائية إلى ما يلي:

الحماية ضد الصدمات الكهربائية

تحدث الصدمة الكهربائية أو ما يسمى الماس الكهربائي عندما يتلامس سلكان كهربائيان ضمن السخّان، أو ينتقل التيار الكهربائي إلى الشخص عن طريق اللمس، وهناك العديد من الاستراتيجيات للحماية منها أهمها:

الحماية بواسطة التغليف: وتعني إحاطة الأسلاك الكهربائية بواسطة مواد عازلة، غالباً ما تكون مصنوعة من البلاستيك، ويتم التحقق منها بواسطة مجسات اختبار محددة لهذا الغرض.
الحماية عن طريق التأريض: يجب تزويد الأجهزة الكهربائية بطرف تأريض، وذلك لمنع حدوث أي صدمة كهربائية في حال حدوث فشل في العزل أو لأي سبب آخر.
الحماية من الجهد الكهربائي المتبقي بعد فصل الجهاز من مصدر الطاقة.

الحماية من درجات الحرارة الزائدة وخطر الحريق

يؤدي ارتفاع الحرارة بشكل كبير إلى مشكلات عديدة مثل ذوبان العزل البلاستيكي والأبخرة السامة الناتجة عنها وحدوث الحرائق، وتتم معالجة هذه المشكلة من خلال ما يلي:

الحد من ارتفاع درجات الحرارة في ظل الظروف العادية، وذلك من خلال اختبار الحرارة الذي يضمن أن المنتج ومحيطه لا يصلان إلى درجة حرارة كبيرة أثناء الاستخدام العادي.
الحماية من الحمل الزائد على التيار الكهربائي عن طريق محولات صغيرة.
يجب أن تكون الأجزاء الخارجية من المواد غير المعدنية والمواد العازلة التي تغطي الأجزاء الناقلة للتيار الكهربائي مقاومة بشكل كافٍ للحرارة.
الحماية عن طريق الفصل الآلي للسخان عن مصدر الطاقة في حال حدوث عطل أو في حال ظروف التشغيل غير الطبيعية.

الحماية من المخاطر الميكانيكية

يتم ذلك من خلال تغليف الأجزاء المتحركة بقدر ما تتوافق مع استخدام وتشغيل السخّان، وذلك لتوفير الحماية الكافية ضد إصابة المستخدمين، كما يجب أن يتمتع الجهاز بثبات جيد لتجنب سقوطه أثناء الاستخدام.

ما الفرق بين السخّانين الفوري والعادي؟

على عكس السخّان العادي، فإنّ السخّان الفوري لا يحتوي على أي خزّان لتخزين المياه الساخنة، وإنمّا يسخّن الماء حسب حاجتك إليه فقط. وهو عبارة عن جهازٍ صغيرٍ يُثبَّت إلى جانب الحنفية أو الدوش أو على خط المياه الرئيسي. يحتوي على أنبوب للمياه الباردة، وعلى دورق أو حوجلة صغيرة الحجم تحتوي داخلها على عنصر تسخين، الذي قد يكون سخان كهربائي أنبوبي يُسمى اختصاراً TEN (يحتوي على سلك النيتشروم) أو سلك تسخين بملف حلزوني غير معزول، ويحتوي على مستشعرات للحرارة ومُرحلات مختلفة.

عندما يُفتَح صنبور الماء الساخن، ينتقل الماء البارد عبر أنبوب إلى وحدة التسخين، وهنا يسخن عنصر التسخين الماء الذي يلامسه مباشرة، فيؤمّن بالتالي إمداداً ثابتاً من الماء الساخن. يحتاج هذا الجهاز مدة دقيقة تقريباً ليسخّن الماء إلى درجة حرارة 40 درجة مئوية، ونحو 2 دقيقة ليُسخِّن الماء إلى درجة حرارة 60 درجة مئوية.

تدوم هذه السخّانات عادةً نحو 5 إلى 10 سنوات أكثر من السخّان الكهربائي العادي، وتشغل مساحة أقل وتوفر كمية غير محدودة من الماء الساخن، إلا أنّه صعب الصيانة، كما أنّه يتطلب مدخلات طاقة عالية.