Доработка электрочайников

Рассмотрим основные типы электрочайников, в зависи­мости от используемого в них нагревательного элемента.

Дисковый нагреватель

Широко популярны электрочайники с нагревательным эле­ментом в форме диска (установлен на дне). Плоский метал­лический нагревательный диск имеет более высокий КПД по сравнению со спиральным нагревателем. Вода, нагреваясь от электронагревателя, расположенного в нижней части корпуса и подключенного в сеть 220 В/50 Гц, закипает, так как в результате конвекции нижние прогретые слои воды подни­маются вверх. Вода после кипячения долго сохраняет тепло, чему способствует жаропрочный, теплосберегающий корпус из пластмассы.

Спиральный нагреватель

Спираль, устанавливаемая в электрочайниках, как пра­вило, сбоку, в свою очередь, воздействует лишь на воду, ко­торая с ней соприкасается, и процесс нагревания длится доль­ше. При этом спираль должна быть вся покрыта водой. По­этому в чайниках со спиралью нельзя вскипятить стакан во­ды – нужно значительно больше воды, что часто отнимает больше времени.

Такой чайник, как и предыдущий, с дисковым нагревате­лем, потребляет мощность 1,5…2,5 кВт и нагревает 1…2 л во­ды за 5…7 мин.

Две пластины

De Figure 1 показан электрический чайник, работающий очень просто. Его нагревательным элементом являются две круглые металлические пластины диаметром 50 мм каждая, расположенные друг над другом и разделенные диэлектри­ком на расстоянии 6 мм одна от другой, при этом электри­ческий переменный ток проходит прямо через воду (когда она имеется в чайнике).

Поэтому для такой простейшей конструкции не критично, если в чайнике воды не будет вообще, поскольку ток через воздушный диэлектрик между пластинами течь не может. Вид на нагревательный элемент такого чайника показан на рис.2.

Особенность такого чайника – во время его работы нель­зя соприкасаться с водой и с нагревательным элементом открытой формы, поскольку можно получить удар электри­ческим током (в том числе нельзя размешивать жидкость ме­таллической, токопроводящей ложкой – в комплекте прила­гается пластиковая).

Из недостатков надо отметить:

• очень шумная работа;
• неудобная форма корпуса;
• пластины нагревательного элемента со временем незна­чительно «крошатся», но это не портит вкус чая, но не­большие крошки остаются на дне;
• корпус-пластик;
• нет индикатора закипания и автоматического отключения: пока поступает питание – вода нагревается, при этом нельзя провести аналогию с пожароопасностью устрой­ства, ведь, при выкипании большей части воды нагрева­тельный элемента просто перестает нагревать воду и потреблять электроэнергию.

Мощность рассмотренного чайника 600 Вт. Вид на дни­ще чайника в месте подключения проводников электропита­ния показан на рис.3.

Особенности нагревательных элементов

Отмечу, что чайники с «дисковым нагревательным элемен­том» много эффективнее, а главное, долговечнее, чем обыч­ные со спиральным нагревателем, но и цена у них выше.

На спирали со временем накапливается накипь, удалять ее сложно в ограниченном пространстве корпуса чайника. Накипь намного легче удаляется с чайника, имеющего нагре­вательный элемент дисковой формы, который, кстати, разо­гревает жидкость заметно тише.

Некоторые производители чайников «на спиралях» ут­верждают, что покрывают спирали золотым напылением, что спасает чайник от накипи. Обработав пару таких спира­лей кислотой, я утверждаю, что никакого намека на драгме­таллы в спиралях нет (иначе спираль стоила бы как не­сколько чайников). В связи с жесткостью воды действенно­го, а главное, удобного и простого для потребителя средст­ва для чистки чайника от накипи пока не нашли. Поэтому, на самом деле, покрывают спирали титановым сплавом. Та­кое решение действительно замедляет скорость появления накипи, но никогда не избавляет от нее полностью.

Автомобильный электрочайник

Автомобильные чайники и кофеварки, работающие от бор­товой сети автомобиля (12 В – легковой транспорт и 24 В – грузовой), снабжены шнуром питания с разъемом для вклю­чения в гнездо автомобильного прикуривателя.

На первый взгляд, устройство действительно выглядит по­лезным. Однако мощность автомобильного электрочайника в пределах 100…300 Вт. При этом важно помнить, что в боль­шинстве легковых автомобилей максимальная нагрузка на при­куриватель ограничена 300 Вт, путем установки в его электрической цепи предохранителя на ток 25 А (а в некоторых моделях автомобилей и того менее).

Производитель чайника заявляет в аннотации к инструк­ции, что вода будет доведена до кипячения за несколько де­сятков минут, а это значит, что столько же времени борто­вая сеть будет испытывать повышенную нагрузку. В лучшем случае есть риск перегорания предохранителя, а в худшем…

В реалии время, которое будет затрачено на кипячение, достаточно велико. По моим экспериментам, оно составля­ет 35…40 мин и зависит от режима движения (на холостых работает двигатель или на больших оборотах) и от количест­ва воды. Возможно, проще и быстрее воспользоваться тер­мосом, костром или походным примусом, сделав остановку на природе.

Самым простым способом для увеличения скорости по­догрева жидкости в таком автомобильном чайнике, с учетом неразборности и неремонтопригодности «штатного нагрева­тельного элемента» – спирали, является повышение напря­жение питания. Но повышать его бесконечно нельзя, к тому же, с повышением приложенного напряжения пропорциональ­но возрастает ток в электрической цепи и потребляемая ус­тройством мощность.

Приобретя автомобильный электрочайник (рис.4), я все­сторонне испытал его, и предлагаю его простое усовершен­ствование. Конструктивно такой чайник выполнен как аналог «сетевого» электрочайника со спиралью сбоку, с той лишь разницей, что спираль рассчитана на относительно низкое напряжение бортовой сети автомобиля, т.е. на напряжение 12…20 В. На Figure 5 показан вид на спираль автомобильного чайника. Объем чайника 0,6 л, длина шнура с разъемом для прикуривателя – 70 см. Мощность – 170 Вт.

Нагревательный элемент изготовлен из нержавеющей ста­ли. К достоинствам можно также отнести материал корпуса – термостойкая пластмасса, встроенный терморегулятор, све­товой индикатор подачи питания, защиту от перегрева и вы­кипания, автовыключение и блокировку от включения без жидкости в резервуаре.

Усовершенствования автомобильного чайника

В холодном состоянии сопротивление спирали автомо­бильного электрочайника составляет R=1,4…1,5 Ом (замер цифровым тестером М838 с соответствующим допуском ошиб­ки показаний прибора). Чайник рассчитан на напряжение пи­тания 12 В. При номинальном значении приложенного напряжения, ток в цепи 8,6 А. Практика эксплуатации показа­ла, что при напряжении 12 В автомобильный чайник нагре­вает воду (объем 500 мл) до кипения очень долго – более 30 мин. Это обстоятельство побудило на проведение ряда экспериментов с подключением чайника к повышенному (относительно рекомендуемого) напряжению питания для ус­корения нагрева жидкости.

Эксперименты показали, что при работающем двигателе автомобиля Kia Sportage, напряжение в бортовой сети колеб­лется от 12,6 В (холостые обороты) до 13,8 В (вращение ко­ленчатого вала более 2000 об/мин – по тахометру). В послед­нем случае тот же чайник, заправленный холодной водой с начальной температурой +24°С нагревает воду до кипения (+98…100°С) за 36 мин. Хотелось бы, чтобы чайник нагре­вал воду до кипения всего за несколько минут.

И это оказалось возможным при увеличении напряжения питания, приложенного к автомобильному электрочайнику. Сделать это возможно с помощью универсального устройст­ва регулируемого преобразователя напряжения 12…24 В, ко­торое есть в продаже в магазинах автотоваров и товаров для дома (рис.6).

Выставив на регуляторе напряжении +19 В, я добился то­го, что мой чайник обеспечивает закипание воды всего за 6 мин. Оказалось, что при повышенном до 19 В постоянном напряжении питания ток, потребляемый чайником, возрас­тает до 13,5 А.

Увеличивать напряжение питания электрочайника сверх 19 В не рекомендую из-за возможного выхода спирали из строя (напомню, по паспортным данным, взятым из руковод­ства по эксплуатации, она рассчитана на напряжение пита­ния – от бортовой сети автомобиля – 12 В ±10%).

Кроме того, увеличивать напряжение питания больше чем 19 В нельзя и по другой причине: соединительный провод от штекера прикуривателя к чайнику длиной 0,7 м изготовлен из двойного провода ПШШВ сечением всего 0,75 мм², по­этому при токе в цепи более 5 А этот провод нагревался уже в первую минуту после подключения. Этот кабель я перепа­ял и заменил другим с сечением каждой жилы 2,5 мм².

Таким же методом можно воспользоваться для улучше­ния нагрева электрокофеварки или «автомобильного» спи­рального кипятильника, также рассчитанных на питания от 12-вольтовой бортовой сети авто.

Автомобильная «кружка-нагревалка»

Я приобрел по акции в магазине автомобильную кружку – всего за 6 USD, производства, разумеется, КНР. Никакой сертификации и обозначения модели кружки с полезным объ­емом 0,5 л нет (рис.7).

Она комплектуется герметичной крышкой (сверху корпу­са) и шнуром питания со штекером на конце. Длина шнура – 65 см. В штекере встроен индикаторный светодиод с ограни­чительным резистором, что позволяет удостовериться в том, что питание на кружку через штекер поступает.

Подключив устройство в своем автомобиле, я обнаружил, что нагревает жидкость оно слабо. В первоначальном, «штат­ном» режиме, за 3 ч непрерывного «кипячения» от напряже­ния 14,3 В не удавалось получить кипение воды (вероятно, «кружка-нагревалка» китайцами предназначалась не для это­го, а лишь для подогрева заранее вскипяченной жидкости).

И тогда я решил усовершенствовать конструкцию. Чтобы разобрать «кружку-нагревапку», надо спить всю воду, развернуть ее дном кверху и, поддев отверткой, снять дно из изолирующей прокладки (рис.8).

За прокладкой с липким внутренним слоем скрывается один саморез, который крепит «все и вся». Открутив его кре­стовой отверткой, мы достигнем самого подстаканника и про­водников, идущих (внутри корпуса) от разъема к нагревате­лю-спирали (рис.9).

«Штатная» спираль представляет собой 5 витков нихромовой проволоки в несгораемой изоляции, намотанной на корпус кружки почти у ее основания (у днища); диаметр проволоки 0,8 мм, ее длина (если развернуть спираль) со­ставила 81 см. С учетом того, что к кружке через разъем под­ключается кабель питания с сечением жилы примерно (не бо­лее) 1 мм², длина которого составляет еще 65 см, то паде­ние напряжение на подводящих проводах еще более сокращает потребляемый устройством ток (проходящий по всей электрической цепи – от разъема прикуривателя до спирали).

Замерив сопротивление «штатной» спирали, я получил зна­чение 5,4 Ом. Кружку мы подключаем через разъем и провод. Таким образом, эквивалентное сопротивление электрической цепи в «штатном» режиме будет примерно 7…8 Ом. Соответ­ственно, ток в цепи чуть менее 2 А. Это подтверждается по­казаниями амперметра, встроенного в зарядное устройство.

Сам стакан, на который намотана спираль, изготовлен из твердой пластмассы.

На основании изложенного я предположил, что «разо­греть» корпус кружки до температуры кипения жидкости впол­не возможно не только повышением приложенного напря­жения, но и уменьшением сопротивления электрическому то­ку самого нагревательного элемента.

Без всяких расчетов я отрезал примерно 25 см от спи­рали и вновь подключил ее к подводящим проводам. Теперь если в усовершенствованную кружку-нагревалку на 2/3 его объема налить жидкость с температурой +22°С, то ее на­грев до кипения произойдет примерно через 30 мин.

Еще более сокращать спираль, конечно, можно, но бес­смысленно. Или надо, сократив еще более спираль, увели­чить сечение проводников со штекером не менее чем в 2,5 раза и максимально (до 30…40 см) сократить их длину. Ду­маю, что для очень быстрого подогрева жидкости – в тече­ние нескольких минут – на такой вариант тоже можно пой­ти (ток в цепи будет 8… 10 А).

В качестве источника питания во всех вариантах эксперимента подключалось зарядное устройство 12 В/6 А (рис.10).

Наличие пластмассовых деталей, пусть и экологичных (как заявляет производитель), не прибавляет репутации рассмот­ренных чайников ничего хорошего: ведь последствия дефор­мации и возможные вредные выделения «дешевого» в про­изводстве пластика под действием температуры полностью не изучены. Такие чайники могут быть изготовлены из нека­чественного пластика, который может выделять, при взаи­модействии с кипятком, токсичные радикалы, опасные для здоровья. Поэтому электрочайник должен иметь корпус или металлический или из специальной пластмассы.

Auteur : André Кашкаров, Saint-Pétersbourg