ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ИЛИ УМЕНЬШЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ НАКИПИ НА НАГРЕВАТЕЛЬНОМ ЭЛЕМЕНТЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК F24D19/00 C02F1/46 F24H9/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу использования водонагревателя и водонагревательной системе, которая может быть использована для такого способа. Настоящее изобретение также относится к электронному устройству, содержащему такую водонагревательную систему.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Водонагревательные устройства применяются во всех областях, таких как паровые утюги, электрические чайники, автоматы для продажи горячих напитков и т.д. Недостатком таких устройств является то, что на нагревательных элементах, которые находятся в контакте с водой, может образовываться накипь.

Во время работы, например, устройства для генерации водяного пара, вода подается в часть системы снабжения водой, где она нагревается, например, во (внешний) парогенератор гладильной системы, вследствие чего может образовываться накипь. Если накипь не удалять (периодически), может произойти засорение, в результате чего может уменьшиться производительность устройства для генерации водяного пара, и, в конечном счете, устройство для генерации водяного пара может стать непригодным для дальнейшего использования.

Например, в WO2007007241 описана паровая гладильная система, содержащая паровой утюг и парогенераторную систему, имеющую парогенератор для генерации водяного пара, в которой паровой утюг и парогенератор подсоединены друг к другу через шланг подачи пара. Во время работы парогенераторной системы в парогенераторе образуется накипь. С целью удаления накипи из парогенератора в парогенераторной системе через регулярные промежутки времени выполняют процесс промывания. Во время процесса промывания открывают промывочный клапан, соединенный с выпуском воды, расположенным на дне парогенератора, и вода выпускается из парогенератора в промывочную емкость. В этом процессе частицы накипи переносятся вместе с потоком воды. Предпочтительно, чтобы перед открытием промывочного клапана давление внутри парогенератора нарастало с тем, чтобы вода принудительно выбрасывалась из парогенератора, и, таким образом, увеличивалась эффективность процесса промывания. Во время процесса промывания или в конце процесса промывания в парогенератор можно вводить растворитель накипи.

В US 2003192436 описан способ генерации водяного пара, в частности, для устройства приготовления пищи, при котором текучую среду внутри емкости парогенератора доводят до кипения путем нагревания по меньшей мере одной нагреваемой поверхности стенки емкости парогенератора. Упомянутую текучую среду приводят во вращение при нагревании и, таким образом, прижимают к нагреваемой поверхности стенки благодаря центробежным силам, возникающим при вращении. Водяной пар, вырабатываемый в результате испарения по меньшей мере части текучей среды, выходит из емкости парогенератора через выпуск пара, и переносимые паром капельки текучей среды отделяют с помощью по меньшей мере одного первого ротора, установленного с возможностью вращения в емкости парогенератора, посредством чего текучую среду приводят во вращение с помощью упомянутого ротора. Это изобретение дополнительно относится к устройству, использующему вышеупомянутый способ.

В US 2001018866 описано устройство для индикации состояния кальцификации проточных нагревателей, в частности, в машинах для кофе-эспрессо, причем проточный нагреватель имеет магистраль впуска холодной воды и магистраль выпуска горячей воды, и которое предназначено для точной индикации состояния кальцификации, все еще имея несложную конструкцию. С этой целью предусмотрен манометр для измерения перепада давления жидкости, имеющий две камеры давления, разделенные диафрагмой, причем одна из камер давления гидравлически связана с магистралью впуска холодной воды, а другая камера давления гидравлически связана с выпуском горячей воды. Диафрагма, на которую действует разность давлений между двумя камерами, связана с индикаторными элементами.

Жесткая вода, содержащая значительное количество Ca²⁺ и HCO₃ ^- (бикарбонат), при повышении температуры может образовывать накипь (CaCO₃) в результате следующей химической реакции:

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃+H₂O+CO₂.

Накипь будет особенно выделяться в кипящей воде, причем эта накипь будет образовываться в воде, а также на самом нагревательном элементе, так как он имеет самую высокую температуру. С течением времени накипь на нагревательном элементе будет нарастать, и при увеличении внутренних механических напряжений она будет отставать от элемента. В литературе предложено несколько способов обработки воды для предотвращения образования накипи. Хорошо известным способом является использование ионообменников, где Ca²⁺ замещается на Na⁺ или H⁺. Вторым хорошо известным способом является использование фосфоната, который в небольшом количестве добавляется в воду и препятствует образованию зародышевых кристаллов в жесткой воде, эффективно предотвращая рост кристаллов и, таким образом, образование накипи (см. также упомянутые выше документы уровня техники).

В первом случае необходимо использовать картридж с находящейся внутри ионообменной смолой. После выработки картридж необходимо регенерировать или заменить на новый. В последнем случае, необходимо непрерывно добавлять фосфонат, так как фосфонаты имеют ограниченную стабильность при pH 7-8,5, т.е. pH жесткой воды. Непрерывное добавление можно реализовать, например, с использованием плотно спрессованной таблетки, которая очень медленно выделяет фосфонаты в воду. Этот принцип работы использовался в паровых утюгах уровня техники. Однако при этом в воду добавляют химикаты, что может быть недостатком, например, в случае, когда вода (также) предназначена для питья.

Для предотвращения образования накипи были также предложены физические способы, но они могут иметь менее ясный принцип работы, и в некоторых случаях их эффективность может иногда даже быть сомнительной. Например, использование (электро)магнитов, размещаемых на водопроводной трубе для предотвращения накипи, является примером плохо понимаемого и невоспроизводимого способа предотвращения накипи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следовательно, аспект изобретения состоит в том, чтобы предложить альтернативный способ предотвращения или уменьшения образования накипи в водонагревателе и/или альтернативную водонагревательную систему, который(ая) предпочтительно предотвращает или по меньшей мере частично устраняет один или более из вышеописанных недостатков и/или относительно более сложные конструкции или решения уровня техники. В частности, задачей изобретения является предотвращение или уменьшение образования накипи на нагревательных элементах (таких как нагреваемая стенка или погружной нагреватель) в нагревательных приборах и/или декальцинирование обызвествленных поверхностей таких нагревательных элементов.

В данном случае предложен электрохимический метод предотвращения и/или удаления накипи из водной жидкости, такой как вода. В основе него может лежать принцип наличия в воде двух электродов, подсоединенных к источнику питания постоянного тока. На аноде (положительном электроде) происходит окисление. На катоде (отрицательном электроде) происходит восстановление; на практике это означает, что на катоде вода восстанавливается:

2H₂O+O₂+4e⁻→4OH⁻.

Образование OH⁻ будет локально увеличивать pH и превращать HCO₃ ⁻ в CO₃ ⁻. CO₃ ⁻ будет реагировать с Ca²⁺, и на катоде будет осаждаться известь.

На аноде происходит окисление. Если материал анода устойчив к окислению, то окисляется вода с образованием кислорода и кислоты. Кислота будет растворять известь, которая была осаждена на электроде, и электрод будет оставаться чистым при использовании в нагретой (жесткой) воде:

2H₂O→O₂+4H⁺+4e⁻.

Если анод является реакционноспособным, он может окисляться. Например, металлические аноды будут растворяться, если только не будут использоваться аноды из очень устойчивого металла (Pt), некоторых оксидов переходных металлов или углерода. Обызвествленную сталь можно декальцинировать путем приложения положительного напряжения, но этот эффект ограничивается коррозионной стойкостью металла, делая допустимыми только небольшие напряжения/токи.

В итоге, такая простая установка может удалять накипь из воды путем ее осаждения на катоде и поддержания (стойкого к окислению) анода чистым. Недостаток этой установки, помимо потребности в коррозионно-стойком материале анода, может состоять в том, что катод необходимо очищать через регулярные промежутки времени. Поэтому изобретение, в частности, обеспечивает решения, которые позволяют также решить эту проблему. Ниже приводится более подробное описание некоторых предпочтительных вариантов реализации.

Неожиданно было обнаружено, что способ, в котором подают сигнал переменного тока (AC) и сигнал постоянного тока (DC), позволяет уменьшить, предотвратить или устранить образование накипи. Следовательно, изобретение, в частности, предусматривает способ использования водонагревателя, выполненного с возможностью нагревания водной жидкости, причем водонагреватель содержит нагревательный элемент для нагревания водной жидкости в водонагревателе, причем способ содержит:

а. нагревание водной жидкости в водонагревателе нагревательным элементом, при этом нагревательный элемент находится в контакте с водной жидкостью; и

b. приложение первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом и приложение напряжения постоянного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, причем постоянное напряжение составляет по меньшей мере 0,5 В, в частности, по меньшей мере 1,0 В, и при этом нагревательный элемент выбирают в качестве положительного электрода.

Необязательно, можно добавить одну или более дополнительных переменнотоковых компонент. Ниже приводится более подробно обсуждение этих одной или более переменнотоковых компонент и постояннотоковой компоненты соответственно.

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

Когда на электроды подается переменный ток (АС), на электродах поочередно будут образовываться кислота и основание. Хотя накипь образуется во время кипения, она по существу не будет приставать к стенкам электрода, так как она непрерывно растворяется и повторно осаждается на поверхности электрода. Этот способ можно также использовать для декальцинирования (т.е. удаления извести с) уже обызвествленных поверхностей. Особенно на более низких частотах адгезия накипи уменьшается настолько, что она самопроизвольно отделяется (отстает) от поверхности. Накипь отделяется тем лучше, чем дольше обызвествленная поверхность находится под положительным потенциалом, когда образуется кислота. Вполне возможно, что во время этого периода может также происходить коррозия металла. Чувствительность металлических электродов к коррозии может стать ограничивающим фактором при выборе тока и частоты, которые можно использовать, как и при удалении накипи на постоянном токе. Однако в целом было обнаружено, что при использовании переменного тока вместо постоянного тока отделение накипи происходит легче, чем окисление металла. Кроме того, при переменном токе можно использовать более высокие напряжения и более высокие токи, чем при постоянном токе, что делает эффект декальцинирования в ходе электрохимической обработки при переменном токе гораздо более эффективным, чем при постоянном токе.

Следовательно, изобретение предусматривает способ использования водонагревателя, выполненного с возможностью нагревания водной жидкости (в дальнейшем называемого "нагревателем"), причем нагреватель содержит металлический нагревательный элемент для нагревания водной жидкости в нагревателе, причем способ содержит:

а. нагревание водной жидкости в нагревателе нагревательным элементом, при этом нагревательный элемент находится в контакте с водной жидкостью; и

b. приложение первого напряжения переменного тока (и напряжения постоянного тока) между нагревательным элементом и противоэлектродом.

Этот способ можно преимущественно использовать для (по существу) предотвращения образования накипи на нагревательном элементе (его поверхности) при использовании такого нагревателя, но этот способ можно также использовать для удаления уже образовавшейся накипи на нагревательном элементе (его поверхности). Накипь не может приставать ни к нагревательному элементу (его поверхности), ни к противоэлектроду, и будет по существу оставаться плавающей в воде.

Следовательно, изобретение дополнительно предусматривает способ предотвращения или уменьшения образования накипи на металлическом нагревательном элементе водонагревателя, выполненного с возможностью нагревания водной жидкости ("нагревателя"), причем способ содержит:

а. приведение нагревательного элемента в контакт с водной жидкостью, предпочтительно при нагревании водной жидкости (предпочтительно нагревательным элементом); и

b. приложение первого напряжения переменного тока (и напряжения постоянного тока) между нагревательным элементом и противоэлектродом.

В особенно преимущественном варианте реализации первое напряжение переменного тока имеет первую частоту переменного тока, выбранную из диапазона 0,1 Гц или выше, такую как по меньшей мере 1 Гц, такую как вплоть до 10000 Гц, в частности, в диапазоне 1-10000 Гц (т.е. 1 Гц-10 кГц), особенно 5-5000 Гц, например, 5-1000 Гц. Приложенное первое напряжение переменного тока может зависеть от конфигурации нагревательного элемента и противоэлектрода, но может, например, находиться в диапазоне примерно 1-100 В, таком как, например, 5-50 В.

Особенно преимущественным является использование сигналов переменного тока, которые имеют треугольную форму. В этом случае то время, когда ток находится на своем пике, меньше по сравнению, например, с волнами синусоидальной или прямоугольной формы, что снижает риск коррозии. В конкретном варианте реализации первое напряжение переменного тока имеет треугольную форму волны.

Приложение первого напряжения переменного тока может происходить до, во время или после нагревания водной жидкости. Предпочтительно, первое напряжение переменного тока прикладывают во время нагревания водной жидкости. Фраза "приложение первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом" и подобные фразы относятся к варианту(ам) реализации, когда и нагревательный элемент, и противоэлектрод одновременно находится в контакте с водной жидкостью. Следовательно, фраза "приложение первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом" относится к "приложению первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, когда нагревательный элемент и противоэлектрод находятся в контакте с водной жидкостью". Фраза "в контакте" включает в себя варианты реализации, в которых в контакте находится по меньшей мере часть предмета. Например, по меньшей мере часть нагревательного элемента или по меньшей мере часть противоэлектрода может соответственно находиться в контакте с водной жидкостью.

Изобретение также предусматривает систему, с помощью которой можно применить способ по изобретению. Поэтому изобретением в одном варианте реализации предусматривается водонагревательная система, содержащая водонагреватель, выполненный с возможностью нагревания водной жидкости, причем водонагреватель содержит нагревательный элемент для нагревания водной жидкости в водонагревателе, при этом нагревательный элемент выполнен с возможностью нахождения в контакте с водной жидкостью, и источник электропитания, выполненный с возможностью приложения первого напряжения переменного тока (и напряжения постоянного тока) между нагревательным элементом и противоэлектродом.

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Как упомянуто выше, было неожиданно обнаружено, что дальнейшее повышение эффективности при удалении накипи с помощью переменного тока можно достигнуть за счет приложения дополнительного постояннотокового смещения к переменному току. Это означает, что обызвествленная поверхность (например, стенка проточного нагревателя или погружной спиральный нагревательный элемент) устанавливается под положительным напряжением, при этом противоэлектрод - под отрицательным напряжением. Теперь, при комбинировании с переменным током можно прикладывать гораздо более высокое напряжение (постоянного тока) по сравнению с отдельным постоянным током. Теперь можно использовать напряжения постоянного тока, обычно не применимые для декальцинирования поверхности из-за коррозии. Переменный ток смягчает эффект коррозии от постоянного тока, вместе с тем к декальцинированию переменным током добавляется эффект отделения накипи.

Следовательно, в дополнительном аспекте изобретение предусматривает способ использования водонагревателя ("нагревателя"), выполненного с возможностью нагревания водной жидкости, причем нагреватель, выполненный с возможностью нагревания водной жидкости, содержит металлический нагревательный элемент для нагревания водной жидкости в нагревателе, выполненном с возможностью нагревания водной жидкости, причем способ содержит:

а. нагревание водной жидкости в нагревателе нагревательным элементом, при этом нагревательный элемент находится в контакте с водной жидкостью; и

b. приложение первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом и приложение напряжения постоянного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, при этом напряжение постоянного тока предпочтительно составляет по меньшей мере 0,5 В, более предпочтительно - по меньшей мере 1,0 В, в частности - по меньшей мере 1,2 В, и при этом нагревательный элемент выбран в качестве положительного электрода.

Этот способ можно преимущественно использовать для (по существу) предотвращения образования накипи на нагревательном элементе (его поверхности) при использовании такого нагревателя, но этот способ можно также использовать для удаления уже образовавшейся накипи на нагревательном элементе (его поверхности). Накипь не может приставать ни к нагревательному элементу (его поверхности), ни к противоэлектроду, и она будет по существу оставаться плавающей в воде.

Таким образом, изобретение также предусматривает способ предотвращения или уменьшения образования накипи на металлическом нагревательном элементе водонагревателя ("нагревателя"), выполненного с возможностью нагревания водной жидкости, причем способ содержит:

а. приведение нагревательного элемента в контакт с водной жидкостью, предпочтительно при нагревании водной жидкости (предпочтительно нагревательным элементом); и

b. приложение первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом и приложение напряжения постоянного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, при этом постоянное напряжение предпочтительно составляет по меньшей мере 0,5 В, более предпочтительно - по меньшей мере 1,0 В, в частности - по меньшей мере 1,2 В, и при этом нагревательный элемент выбран в качестве положительного электрода.

В общем, постоянное напряжение будет находиться в диапазоне примерно 1,0-10 В, таком как 1,5-10 В, в частности, 1,5-6 В. Кроме того, как определено выше, первое напряжение переменного тока предпочтительно имеет первую частоту переменного тока, выбранную из диапазона 0,1 Гц или выше, в частности, 1 Гц или выше, таком как вплоть до 10000 Гц, такую как в диапазоне 1-10000 Гц, в частности, 5-1000 Гц.

Другое преимущество постояннотокового смещения в напряжении переменного тока заключается в следующем. Когда переменный ток прикладывают к системе, где электроды имеют различный размер, коррозионная стойкость самого маленького электрода может определять коррозионную стойкость всей установки в целом, так как он имеет самую высокую плотность тока, что делает его наиболее чувствительным к коррозии. Например, когда в проточном нагревателе маленький противоэлектрод вставляется для удаления накипи со стенки (предполагая, что стенка подсоединена к нагревательному элементу), маленький электрод будет определять ток и частоту, которые можно применять. Когда постояннотоковое смещение прикладывают с правильной полярностью, стенка (+) выиграет от дополнительного удаления накипи, а маленький электрод будет защищен от коррозии, так как он подсоединен к отрицательному (-) потенциалу.

Приложение первого напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока может происходить до, во время или после нагревания водной жидкости. Предпочтительно, первое напряжение переменного тока и напряжение постоянного тока прикладывают во время нагревания водной жидкости.

Изобретение также предусматривает систему, с помощью которой можно применить способ по изобретению. Таким образом, изобретением в одном варианте реализации предусматривается водонагревательная система, содержащая водонагреватель, выполненный с возможностью нагревания водной жидкости, причем водонагреватель содержит нагревательный элемент для нагревания водной жидкости в водонагревателе, при этом нагревательный элемент выполнен с возможностью нахождения в контакте с водной жидкостью, и источник электропитания, выполненный с возможностью приложения первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, и при этом источник электропитания дополнительно выполнен с возможностью приложения напряжения постоянного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, при этом напряжение постоянного тока составляет по меньшей мере 0,5 В, и при этом нагревательный элемент выполнен в качестве положительного электрода.

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Хотя сама по себе комбинация переменный ток/постоянный ток является эффективной при предотвращении накипи, ее эффективность зависит отчасти от проводимости водной жидкости. Когда проводимость используемой водной жидкости является сравнительно низкой, эффективность переменного тока уменьшается, и коррозия может начинаться из-за постоянного тока. Чтобы противодействовать этому эффекту, можно уменьшить частоту переменного тока, чтобы сделать переменный ток более эффективным и противодействовать коррозии из-за постоянного тока. Однако это может означать, что установочные параметры переменного тока/постоянного тока зависят от проводимости водной жидкости. Таким образом, может быть выгодным предварительное измерение проводимости присутствующей водной жидкости перед соответствующей установкой параметров переменного тока/постоянного тока.

Неожиданно было также обнаружено, что наложение высокочастотного сигнала переменного тока на низкочастотный сигнал переменного тока позволяет использовать низкочастотные сигналы переменного тока (см. также выше). Так как очень низкочастотные сигналы могут быть особенно эффективными при удалении накипи, вспомогательное постояннотоковое смещение можно снизить. В итоге чувствительность к изменению проводимости водной жидкости становится ниже, что делает эту установку более способной к работе с различными типами водных жидкостей, чем сочетания одного переменного тока/постоянного тока. Следовательно, первое напряжение переменного тока и второе напряжение переменного тока имеют различные частоты.

Следовательно, особенно предпочтительным является сочетание первого напряжения переменного тока, второго (медленно изменяющегося) напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока. Таким образом, изобретение также предусматривает способ использования водонагревателя ("нагревателя"), выполненного с возможностью нагревания водной жидкости, при этом нагреватель содержит металлический нагревательный элемент для нагревания водной жидкости в нагревателе, причем способ содержит:

а. нагревание водной жидкости в нагревателе нагревательным элементом; и

b. приложение первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, приложение второго напряжения переменного тока (и, необязательно, одного или более дополнительных напряжений переменного тока) между нагревательным элементом и противоэлектродом, причем второе напряжение переменного тока имеет вторую частоту переменного тока, предпочтительно выбранную из диапазона 0,02 Гц-5 Гц, в частности, 0,1 Гц-2,5 Гц, при этом отношение между первой частотой переменного тока и второй частотой переменного тока предпочтительно составляет 2 или более, такое как в диапазоне от 2-1000, в частности, по меньшей мере 5, такое как в диапазоне 5-1000, и приложение напряжения постоянного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, при этом напряжение постоянного тока предпочтительно составляет по меньшей мере 0,5 В, более предпочтительно - по меньшей мере 1,0 В, в частности - по меньшей мере 1,2 В, и при этом нагревательный элемент выбран в качестве положительного электрода.

Этот способ можно преимущественно использовать для (по существу) предотвращения образования накипи на нагревательном элементе (его поверхности) при использовании такого нагревателя, но этот способ можно также использовать для удаления уже образованной накипи на нагревательном элементе (его поверхности). Накипь не может приставать ни к нагревательному элементу (его поверхности), ни к противоэлектроду, и она будет по существу оставаться плавающей в воде.

Таким образом, изобретение также предусматривает способ предотвращения или уменьшения образования накипи на металлическом нагревательном элементе нагревателя, выполненного с возможностью нагревания водной жидкости, причем способ содержит:

а. приведение нагревательного элемента в контакт с водной жидкостью, предпочтительно при нагревании водной жидкости (предпочтительно нагревательным элементом); и

b. приложение первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, приложение второе напряжения переменного тока (и, необязательно, одного или более дополнительных напряжений переменного тока) между нагревательным элементом и противоэлектродом, причем второе напряжение переменного тока имеет вторую частоту переменного тока, предпочтительно выбранную из диапазона 0,02 Гц-5 Гц, в частности, 0,1 Гц-2 Гц, при этом отношение между первой частотой переменного тока и второй частотой переменного тока предпочтительно составляет 2 или более, таком как в диапазоне 2-1000, в частности, по меньшей мере 5, таком как в диапазоне 5-1000, и приложение напряжения постоянного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, причем напряжение постоянного тока предпочтительно составляет по меньшей мере 0,5 В, более предпочтительно - по меньшей мере 1,0 В, в частности - по меньшей мере 1,2 В, и при этом нагревательный элемент выбран в качестве положительного электрода.

Фраза "приложение второго напряжения переменного тока" и подобные фразы не исключают приложения дополнительного (третьего и т.д.) напряжения переменного тока. Следовательно, в дополнительном варианте реализации можно прикладывать первое напряжение переменного тока и второе напряжение переменного тока, как определено здесь, и необязательно, одно или более дополнительных напряжений переменного тока. Таким образом, в конкретном варианте реализации изобретение также включает в себя определенный выше способ, дополнительно содержащий приложение дополнительного напряжения переменного тока (в дополнение к первому и второму напряжениям переменного тока) между нагревательным элементом и противоэлектродом. Поэтому и использована фраза "приложение второго напряжения переменного тока (и, необязательно, одного или более дополнительных напряжений переменного тока)". С целью лучшего понимания это часто относится здесь ко "второму напряжению переменного тока".

Прикладываемое второе напряжение переменного тока (и, необязательно, дополнительные напряжения переменного тока) могут зависеть от конструкции (конфигурации) нагревательного элемента и противоэлектрода, но может находиться, например, также в диапазоне примерно 1-100 В, таком как, например, 5-50 В. Частоты второго и необязательных дополнительных напряжений переменного тока предпочтительно отличаются друг от друга и необязательно могут (независимо друг от друга) все соответствовать предпочтительному отношению в 2 или более раз больше частоты первого напряжения переменного тока и частоты второго и дополнительных напряжений переменного тока соответственно. Дополнительные напряжения переменного тока могут однако также иметь частоту, выбранную из диапазона 0,1 Гц или выше, в частности, 1 Гц или выше, такую как вплоть до 10000 Гц, такую как в диапазоне 1-10000 Гц, в частности, 5-1000 Гц. Однако, по меньшей мере один набор из двух напряжений переменного тока удовлетворяет указанному диапазону отношения в по меньшей мере 2, такому как в диапазоне 2-1000, в частности, по меньшей мере 5, такому как в диапазоне 5-1000.

В другом конкретном варианте реализации, в котором прикладывают по меньшей мере два напряжения переменного тока, предпочтительно как первое напряжение переменного тока, так и второе напряжение переменного тока имеют треугольную форму волны. Необязательные одно или более дополнительных напряжений переменного тока могут также иметь треугольную форму волны.

Варианты реализации, описанные выше по отношению к переменному току (AC) и переменному току/постоянному току (AC/DC), можно также применить к вариантам реализации AC/AC/DC.

Приложение первого и второго напряжений переменного тока и напряжения постоянного тока может происходить до, во время или после нагревания водной жидкости. Предпочтительно, первое и второе напряжения переменного тока и напряжение постоянного тока прикладывают во время нагревания водной жидкости.

Изобретение также предусматривает систему, с помощью которой можно применить способ по изобретению. Таким образом, в одном варианте реализации изобретением предусматривается водонагревательная система, содержащая водонагреватель, выполненный с возможностью нагревания водной жидкости, причем водонагреватель содержит нагревательный элемент для нагревания водной жидкости в водонагревателе, при этом нагревательный элемент выполнен с возможностью нахождения в контакте с водной жидкостью, и источник электропитания, выполненный с возможностью приложения первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, при этом источник электропитания дополнительно выполнен с возможностью приложения второго напряжения переменного тока (и, необязательно, одного или более дополнительных напряжений переменного тока) между нагревательным элементом и противоэлектродом, при этом второе напряжение переменного тока имеет вторую частоту переменного тока, выбранную из диапазона 0,02 Гц-5 Гц, и при этом отношение между первой частотой переменного тока и второй частотой переменного тока составляет 2 или более, и при этом источник электропитания дополнительно выполнен с возможностью приложения напряжения постоянного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, причем напряжение постоянного тока составляет по меньшей мере 0,5 В, и при этом нагревательный элемент выполнен в качестве положительного электрода.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ

В данном случае водной жидкостью является, в частности, вода. Способ можно использовать для жесткой и мягкой воды, особенно для воды с ее проводимостью, предпочтительно составляющей по меньшей мере 100 мкСм/см.

Нагревательный элемент может быть погружен непосредственно в воду или же выполнен в качестве (части) стенки нагревателя. В обоих случаях нагревательный элемент (стенка) действует как электрод и электрически подсоединен(а) к противоэлектроду. Таким образом, нагревательный элемент (его поверхность) находится в контакте с водной жидкостью в нагревателе. Это здесь также указано фразой "причем нагревательный элемент находится в контакте с водной жидкостью". Следует отметить, что термин "нагревательный элемент" также относится к той части (элементу), которая(ый) находится в контакте с водной жидкостью и обеспечивает (при использовании нагревателя для нагрева водной жидкости) перенос тепла от нагревателя к водной жидкости. Именно на нагревательном элементе (или, более конкретно, на его (части) поверхности, которая находится в контакте с водной жидкостью) может осаждаться накипь. Таким образом, термин "нагревательный элемент" может необязательно относиться к реальному теплогенерирующему устройству, которое вырабатывает тепло, но относится к той части/элементу, которая(ый) передает тепло водной жидкости. В одном варианте реализации "термин" нагревательный элемент может также относиться к множеству нагревательных элементов.

В данном случае нагревательный элемент для нагревания водной жидкости предпочтительно содержит одну или более металлических частей для нагревания жидкости, таких как стальная стенка или стальной погружной нагреватель, или выполнен по существу из металла. Следовательно, нагревательный элемент в данном случае упоминается здесь также как металлический нагревательный элемент. На этом металле нагревательного элемента, который находится в контакте с водной жидкостью, может осаждаться накипь. В данном случае предпочтительно, чтобы нагревательный элемент для нагревания водной жидкости содержал одну или более стальных частей для нагревания жидкости или был выполнен по существу из стали. Следовательно, нагревательный элемент или часть нагревательного элемента, которая находится в контакте с водой, предпочтительно выполнена из стали. В конкретном варианте реализации нагревательный элемент представляет собой стальной нагревательный элемент.

Термин "противоэлектрод" в одном варианте реализации может также относиться к множеству противоэлектродов. Например, когда прикладывают более чем один сигнал, в принципе можно использовать различные противоэлектроды. В одном варианте реализации прикладываемые сигналы подают отдельные противоэлектроды, при этом, таким образом, противоэлектрод содержит множество противоэлектродов, и при этом первое напряжение переменного тока прикладывают между нагревательным элементом и первым противоэлектродом, и при этом второе напряжение переменного тока прикладывают между нагревательным элементом и другим противоэлектродом, и/или при этом напряжение постоянного тока прикладывают между нагревательным элементом и другим противоэлектродом. К тому же, другой противоэлектрод для одного сигнала может быть еще одним другим противоэлектродом для еще одного сигнала. В частности, когда прикладывают два или более сигнала переменного тока, возможен вариант использования разного противоэлектрода для каждого сигнала переменного тока. Предпочтительно, напряжение постоянного тока прикладывают к каждому набору из нагревательного элемента и противоэлектродов.

Следовательно, изобретение также предусматривает вариант реализации водонагревательной системы, в которой противоэлектрод содержит множество противоэлектродов и в которой источник электропитания и множество противоэлектродов выполнены с возможностью приложения первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и первым противоэлектродом и приложения второго напряжения переменного тока между нагревательным элементом и дополнительным противоэлектродом или приложения напряжения постоянного тока между нагревательным элементом и дополнительным противоэлектродом. Когда прикладывают и второе напряжение переменного тока, и напряжение постоянного тока, можно использовать различные или идентичные дополнительные противоэлектроды. В другом варианте реализации, при использовании двух или более напряжений переменного тока и напряжения постоянного тока, напряжение постоянного тока прикладывают к каждому набору из противоэлектрода и нагревательного элемента, и упомянутые два или более напряжения переменного тока прикладывают к соответствующим комбинациям противоэлектрода и нагревательного элемента.

Противоэлектрод может представлять собой, например, электрод из нержавеющей стали, смешанных оксидов металлов (ММО), платины или электрод на основе углерода. Там, где стенка нагревателя используется в качестве противоэлектрода, противоэлектрод предпочтительно выполнен из металла, а более предпочтительно - из стали.

В данном случае термин "сталь" относится, в частности, к нержавеющей стали. Можно использовать любой сорт нержавеющей стали. Предпочтительно, сталь содержит и Cr, и Ni (например, сорт 304), хотя особенно преимущественным является наличие дополнительных небольших количеств Мо (например, сорт 316 или выше). Альтернативно, можно использовать более стойкий металл (сплавы), такой как инконель (Cr/Ni-ый сплав). Чем выше коррозионная стойкость стали, тем ниже частота переменного тока или тем выше постояннотоковое смещение или напряжение переменного тока, которое можно прикладывать, улучшая удаление накипи.

Термин "водонагреватель" используется для обозначения устройства, которое выполнено с возможностью нагрева водной жидкости, такой как вода. Термин "водонагреватель" (который в дальнейшем сокращенно называется "нагревателем") может относиться, например, к камере генерации водяного пара (которая основана на нагревании водной жидкости). Нагреватель может быть нагревателем проточного типа. Например, в одном варианте реализации нагреватель может нагревать водную жидкость с помощью теплогенерирующего устройства, подсоединенного к стенке нагревателя, при этом стенка (которая находится в контакте с водной жидкостью) представляет собой нагревательный элемент (для нагревания водной жидкости), или, например, в одном варианте реализации, может нагревать посредством элемента в водной жидкости, такой как вода, например, в случае нагревателя погружного типа (в котором нагревательный элемент находится в контакте с водной жидкостью) и т.д. Можно использовать различные типы нагревательных элементов (в одно и то же время).

Термин "водонагреватель" может также относиться к (закрытому) паровому котлу (бойлеру), выполненному с возможностью получения пара, к (закрытому) паровому котлу, выполненному с возможностью получения нагретой (горячей) воды, к проточному нагревателю или к аппарату для обработки водяным паром. В конкретном варианте реализации нагреватель, выполненный с возможностью нагревания водной жидкости, выбран из группы, состоящей из проточного нагревателя, проточного аппарата для обработки водяным паром, нагревателя для нагревания воды и нагревателя для получения водяного пара. В их число также входят нагревательные блоки, где нагревательный элемент и, например, трубка, по которой подается вода, встроены в блок из алюминия.

Нагревание может представлять собой любое нагревание при температурах выше комнатной температуры, но, в частности, относится к нагреванию (водной жидкости) выше 50°C, такому как, в частности, нагревание водной жидкости в нагревателе до температуры по меньшей мере 85°C. Термин "нагревание" (нагрев) может, таким образом, включать в себя доведение до повышенных температур, кипения и/или получение водяного пара.

Нагреватель может представлять собой любой нагреватель, такой как нагреватель устройства генерации водяного пара (например, используемый для генератора водяного пара под давлением (иногда также называемого гладильной системой)) для обеспечения водяного пара, водонагреватель для обеспечения горячей питьевой воды, такой как в автоматах по продаже горячих напитков (например, для приготовления кофе, чая, капуччино или горячего шоколада и т.д.), электрический чайник, кофеварка (с капельным фильтром), машина для кофе-эспрессо, капсульная кофемашина, отопительный котел (для внутреннего обогрева дома (бытовой бойлер) или жилого помещения, офисного здания), промышленный паровой котел и т.д.), водонагреватель, размещенный в стиральной машине или посудомоечной машине, или устройство (или опрыскиватель) для уничтожения сорняков на основе горячей воды (выполненный с возможностью обеспечения горячей воды для уничтожения сорняков).

Следовательно, в другом аспекте изобретение предусматривает электронное устройство, содержащее нагревательную систему, причем электронное устройство выполнено с возможностью получения горячей воды и/или водяного пара. В частности, электронное устройство выбрано из группы, состоящей из утюга, генератора водяного пара под давлением, генератора водяного пара без избыточного давления (который иногда также называется отпаривателем одежды), автомата для продажи горячих напитков, электрического чайника, кофеварки (с капельным фильтром), машины для кофе-эспрессо, капсульной кофе-машины, стиральной машины, посудомоечной машины и устройства (опрыскивателя) для уничтожения сорняков на основе горячей воды.

Как упомянуто выше, определенное(ые) здесь напряжение(я) (первое напряжение переменного тока и одно или более из второго напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока) предпочтительно прикладывают во время нагревания водной жидкости в нагревателе нагревательным элементом. Это может оказать наибольшее влияние на предотвращение и/или уменьшение образования накипи на нагревательном элементе.

Напряжения переменного тока могут (независимо) иметь форму синусоидальной волны или форму треугольной волны. Формы волн могут быть симметричными или ассиметричными. Ассиметричные формы треугольной волны иногда также называются волнами пилообразной формы. Предпочтительно, формы волн являются симметричными. Кроме того, как указано выше, предпочтительно применяются (симметричные) формы треугольных волн.

Первое напряжение переменного тока, напряжение постоянного тока и необязательные дополнительные напряжения переменного тока прикладывают между нагревательным элементом и противоэлектродом, когда нагревательный элемент и противоэлектрод находятся в контакте с водной жидкостью. Водная жидкость может нагреваться (как указано выше) (предпочтительно - нагревательным элементом) в то время, когда прикладываются напряжения.

В одном варианте реализации способ дополнительно включает в себя измерение проводимости водной жидкости и, необязательно, других параметров, и, необязательно, управление первым напряжением переменного тока и одним или более из второго напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока в зависимости от упомянутого измерения и заданных соотношений между проводимостью (и необязательными другими параметрами) и первым напряжением переменного тока и одним или более из второго напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока. Один или более необязательных других параметров, которые можно измерять, могут быть выбраны из группы, состоящей из температуры водной жидкости, рН водной жидкости, тока, который протекает (между нагревательным элементом и противоэлектродом), падения напряжения при соединении двух электродов (то есть нагревательного элемента и противоэлектрода) и т.д.

Типично, плотность тока (т.е. между нагревательным элементом и противоэлектродом) находится в диапазоне 0,1-10 мА/см², в частности, 0,1-5 мА/см², таком как, в частности, 0,2-0,6 мА/см², при использовании плоского нагревательного элемента или нагревательного элемента спиральной формы в бойлерной системе или, в частности, 0,2-5 мА/см² для проточного нагревателя.

Источник электропитания может представлять собой любую систему, которая способна вырабатывать первое напряжение переменного тока и одно или более из второго напряжения переменного тока и смещения напряжения постоянного тока. Необязательно, изменяемыми и управляемыми являются одна или более из частоты первого переменного тока, размаха напряжения первого переменного тока, частоты второго переменного тока (если он применяется), размаха напряжения второго переменного тока (если он применяется) и напряжения постоянного тока, например, одной или более из них можно управлять во взаимосвязи с таким параметром, как удельная электропроводность жидкости и/или температура жидкости, или протекающий ток. В одном варианте реализации термин "источник электропитания" может также относиться к множеству источников электропитания. В принципе, каждое напряжение может генерироваться различным источником электропитания.

Следовательно, изобретение, в частности, предусматривает применение сочетания первого напряжения переменного тока и одного или более из второго напряжения переменного тока (и, необязательно, одного или более дополнительных напряжений переменного тока) и напряжения постоянного тока к металлическому нагревательному элементу нагревателя, выполненного с возможностью нагревания водной жидкости (и выполненного с возможностью нахождения в контакте с водной жидкостью), для предотвращения или уменьшения образования накипи на металлическом нагревательном элементе, особенно во время нагревания водной жидкости с помощью нагревательного элемента в нагревателе. В конкретном варианте реализации применяют как напряжения переменного тока, так и напряжение постоянного тока.

Приложение напряжения(й) может быть предпочтительно применено постоянно во время нахождения водной жидкости при повышенных температурах, но в одном варианте реализации может быть также применено периодически. Необязательно, напряжение(я) прикладывают до или после нагревания водной жидкости. Однако наилучшие результаты получаются в случае, когда напряжение(я) прикладывают, по меньшей мере, во время нагревания водной жидкости.

Предпочтительные условия по отношению к частотам и напряжению(ям) представлены ниже в таблице.

1-Й ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК + ПОСТОЯННЫЙ ТОК + НЕОБЯЗАТЕЛЬНО 2-Й ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК   1-й переменный ток Постоянный ток 2-й переменный ток Отношение «частота 1-го переменного тока /частота 2-го переменного тока» Прикладываемая частота ≥1 Гц;
в частности, 5-500 Гц не применимо 0,02 Гц-5 Гц;
в частности, 0,1 Гц-2 Гц 2-1000;
в частности, 5-500 Напряжение   1,0-10 В;
в частности, 1,2-6 В    

Другие предпочтительные условия указаны в нижеследующей таблице.

Проводимость воды Температура воды 100-50000 мкСм/см 50°С - температура кипения; в частности, ≥85°С

Термин "по существу", используемый здесь, будет понятен специалисту в данной области техники. Термин "по существу" может также включать в себя варианты "полностью", "целиком", "все" и т.д. Следовательно, в вариантах реализации наречие "по существу" можно также исключить. Там, где это применимо, термин "по существу" может также относиться к "90% или более", например, "95% или более", в частности, "99% или более", даже более предпочтительно "99,5% или более", включая 100%. Термин "содержать" включает в себя также варианты, в которых термин "содержит" означает "состоит из".

Более того, термины "первый", "второй", "третий" и подобные в описании и формуле изобретения применяются для различения подобных элементов, а не обязательно для описания порядка следования или хронологического порядка. Следует понимать, что используемые таким образом термины являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах и что описанные здесь варианты реализации изобретения способны работать в других последовательностях, чем описанные или изображенные здесь.

Указанные здесь устройства (такие как нагревательное устройство) описаны, среди прочего, во время работы или эксплуатации (то есть, в частности, при нагревании водной жидкости). Как будет ясно специалистам в данной области техники, изобретение не ограничено способами работы или находящимися в работе устройствами.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты реализации иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники смогут сконструировать многочисленные альтернативные варианты реализации без отклонения от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, указанные в круглых скобках, не следует истолковывать как ограничивающие пункт формулы изобретения. Использование глагола "содержать" и его спряжений не исключает наличие элементов или этапов, которые отличаются от тех, которые изложены в пункте формулы изобретения. Указание элемента в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение можно реализовать посредством аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов, и посредством подходящим образом запрограммированного компьютера. В касающемся устройства пункте формулы изобретения, в котором перечислено несколько средств, несколько из этих средств могут быть воплощены одним и тем же элементом аппаратных средств. Простой факт, что некоторые признаки изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что нельзя использовать с пользой комбинацию из этих признаков.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже только в качестве примера приводится описание вариантов реализации изобретения со ссылкой на сопроводительные схематичные чертежи, на которых соответствующие ссылочные позиции указывают соответствующие части и на которых:

Фиг. 1а-1f схематично изображают некоторые возможные конфигурации нагревательной системы, где нагревательный элемент погружен в воду или где нагревательный элемент представляет собой стенку водонагревателя;

Фиг. 2а-2g схематично изображают некоторые примеры напряжений постоянного тока и переменного тока, которые можно прикладывать; и

Фиг. 3 схематично изображает вариант реализации электронного устройства, содержащего нагревательную систему.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1а схематично изображена водонагревательная система ("нагревательная система") 1, содержащая водонагреватель ("нагреватель") 100, выполненный с возможностью нагревания водной жидкости 20. Водная жидкость 20, в частности, вода, содержится в нагревателе 100. Нагреватель 100 содержит металлический нагревательный элемент 110 для нагревания водной жидкости 20 в нагревателе 100. Нагревательная система 1 дополнительно содержит источник 200 электропитания, выполненный с возможностью приложения первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом 110 и противоэлектродом 120. В дополнение к первому напряжению переменного тока, можно добавить второе напряжение переменного тока с более низкой частотой и/или напряжение постоянного тока. Когда прикладывают напряжение постоянного тока, нагревательный элемент 110 выбирают в качестве положительного электрода. За счет приложения напряжения(ий) металлический нагревательный элемент 110 защищают от образования накипи, и/или можно удалить образовавшуюся накипь. На фиг. 1а схематично изображен вариант реализации, в котором нагревательный элемент 110 представляет собой погруженный/погружной нагревательный элемент, указанный позицией 111. Стенка (или по меньшей мере часть ее) нагревателя 100 используется в этом варианте реализации в качестве противоэлектрода. Например, стенка может быть выполнена из стали как проводящего материала. Обычно используется нержавеющая сталь с Cr, Ni в качестве легирующих элементов (например, 304) или с дополнительной добавкой Mo (например, 316). Альтернативно, можно использовать более стойкий металл (сплавы), такие как инконель (Cr/Ni-ый сплав).

На фиг. 1b схематично изображена нагревательная система 1, в которой нагревательный элемент 110 представляет собой спиральный (криволинейный) погружной нагревательный элемент и в которой противоэлектрод 120 частично окружен по меньшей мере частью погруженного нагревательного элемента 111. В этом случае противоэлектрод может быть выполнен из нержавеющей стали или инконеля (Inconel), или другого стойкого к окислению электродного материала, такого как титан, платина, покрытый смешанными оксидами металлов титан, покрытый платиной титан или материал на основе углерода.

На фиг. 1с схематично изображен вариант реализации проточного нагревателя (FTH), причем нагреватель 100 представляет собой нагреватель, через который протекает, нагреваясь, водная жидкость 20. В схематичном варианте реализации по фиг. 1с со стенкой нагревателя 100 соединено теплогенерирующее устройство 115, а в качестве противоэлектрода 120 используется стержень внутри нагревателя. Стенка соединена с теплогенерирующим устройством 115 для того, чтобы нагревать стенку, и предпочтительно выполнена из (нержавеющей) стали; стенка находится в контакте с водной жидкостью (не показана) и, таким образом, используется в качестве нагревательного элемента 110. Противоэлектрод 120 может содержать материал, указанный в приведенном выше описании для фиг. 1b.

На фиг. 1d схематично изображен, по существу, тот же самый вариант реализации, что и схематично изображенный на фиг. 1с, но теперь на виде в разрезе. Элементы 115 нагревают стенку нагревателя 100. Поэтому стенка указана в качестве нагревательного элемента 110. К этой стенке, то есть нагревательному элементу 110, и противоэлектроду 120 прикладывают напряжение с помощью источника 200 электропитания. В данном случае стенка используется в качестве нагревательного элемента и предпочтительно выполнена из (нержавеющей) стали. Противоэлектрод 120 может содержать материал, указанный в приведенном выше описании для фиг. 1b.

На фиг. 1е схематично изображен, по существу, тот же самый вариант реализации, что и схематично изображенный на фиг. 1а, с тем различием, что используются два противоэлектрода, указанные позициями 120а и 120b. В данном случае, стенка используется в качестве противоэлектрода 120 и, таким образом, содержит две (или более) изолированные части, которые используются в качестве противоэлектродов. Например, если на противоэлектрод(ы) и нагревательный элемент 110 совместно подают первый переменный ток и второй переменный ток, то первый переменный ток может прикладываться к нагревательному элементу 110 и первому противоэлектроду, указанному позицией 120а, а второй переменный ток может прикладываться к нагревательному элементу 110 и второму или дополнительному противоэлектроду, указанному позицией 120b.

На фиг. 1f схематично изображен, по существу, тот же самый вариант, что и схематично изображенный на фиг. 1b. В данном случае также используются два противоэлектрода (120) (как и на схематичной фиг. 1е), указанные позициями 120а и 120b. Как указано выше, если, например, на противоэлектрод(ы) и нагревательный элемент 110 совместно подают первый переменный ток и второй переменный ток, то первый переменный ток может прикладываться к нагревательному элементу 110 и первому противоэлектроду, указанному позицией 120а, а второй переменный ток может прикладываться к нагревательному элементу 110 и второму или дополнительному противоэлектроду, указанному позицией 120b.

Напряжения, приложенные с помощью источника электропитания (или источников питания), могут быть компонентами переменного тока/постоянного тока и необязательными дополнительными компонентами переменного тока, а также компонентами переменного тока/переменного тока/постоянного тока и необязательными дополнительными компонентами переменного тока.

На фиг. 2а схематично изображен сигнал напряжения переменного тока, при этом время отложено по оси х, а напряжение отложено по оси у. Размах напряжения составляет 10 единиц на этой схематичной фигуре. На фиг. 2b схематично изображен тот же самый сигнал напряжения переменного тока, но теперь с наложенным на напряжение переменного тока напряжением постоянного тока (т.е. переменный ток/постоянный ток). Напряжение постоянного тока является отрицательным, и весь сигнал сдвинут в отрицательную область. Предпочтительно, нагревательный элемент выбран в качестве положительного элемента, а противоэлектрод выбран в качестве отрицательного электрода (по отношению к приложению напряжения постоянного тока). На фиг. 2с схематично изображен сигнал переменного тока/переменного тока (АС/АС) с быстро изменяющейся компонентой и медленно изменяющейся компонентой. На фиг. 2d схематично изображен тот же самый сигнал АС/АС, как и на фиг. 2с, но теперь с наложенным на напряжение переменного тока напряжением постоянного тока (то есть переменный ток/переменный ток/постоянный ток, AC/AC/DC). Напряжение постоянного тока является отрицательным, и весь сигнал сдвинут в отрицательную область. В данном случае в качестве примера прикладываются синусоидальные напряжения переменного тока. Предпочтительно, напряжения переменного тока имеют форму треугольной волны, а значит, с по существу плоскими фронтом и спадом. На фиг. 2е схематично изображен такой сигнал. На фиг. 2е сигнал является симметричным. Однако это не мешает использованию ассиметричных сигналов (с неидентичными наклонами). На него можно накладывать (более медленно изменяющееся) напряжение переменного тока и/или напряжение постоянного тока. Второе напряжение переменного тока может также иметь форму треугольной волны. На фиг. 2f схематично изображены напряжения переменного тока/переменного тока (АС/АС), оба из которых имеют форму треугольной волны, а на фиг. 2g схематично изображено то же самое, но теперь включая постояннотоковое смещение.

На фиг. 3 схематично изображено электронное устройство 2. На фиг. 3 в качестве примера электронного устройства 2 схематично изображен электрический чайник. Электронное устройство 2 содержит нагревательную систему 1. В данном случае может быть установлена электроника 300, выполненная с возможностью управления нагреванием нагревательного элемента 120 и подачи питания на источник 200 электропитания для приложения первого напряжения переменного тока и необязательного второго напряжения переменного тока и/или необязательного напряжения постоянного тока к нагревательному элементу 120 и противоэлектроду 110.

Нагревательная система 1 может дополнительно содержать датчик (не показан) для измерения таких параметров, как проводимость водной жидкости, температура водной жидкости и т.д. Кроме того, нагревательная система 1 может дополнительно содержать контроллер для управления одной или более особенностями первого переменного тока и одной или более особенностями одного или более из второго переменного тока и постоянного тока. Контроллер может управлять этими одной или более особенностями в зависимости от упомянутых одного или более параметров и одного или более заданных соотношений между упомянутыми одним или более параметрами и упомянутыми одной или более особенностями.

ПРИМЕРЫ

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОДЫ

Были получены исходные растворы CaCl₂·2H₂O (65,6 г/л), MgSO₄·7H₂O (38 г/л) и NaHCO₃ (76,2 г/л). Стандартная жесткая вода была получена путем примешивания 50 грамм каждого исходного раствора к 9 литрам деионизированной воды и добавления вплоть до 10 литров. Полученная в результате вода имела общую жесткость (около) 16,8 °DH (немецкая степень жесткости) и временную жесткость (около) 11,2 °DH.

Общая жесткость определяется как 2,8×2×[ммоль/л Ca + ммоль Mg/л]. Временная жесткость определяется как 2,8×[ммоль HCO₃ ^-/л].

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБЫЗВЕСТВЛЕННОГО ЭЛЕКТРОДА

В типичном эксперименте жесткую воду добавляли в стеклянный лабораторный стакан вместимостью 250 мл. В воду погружали спиральный нагревательный элемент (из нержавеющей стали). Воду доводили до кипения и поддерживали при 95°С в течение 30 минут. Во время нагревания в воду на глубину 5 см погружали трубку из нержавеющей стали диаметром 12 мм и покрытый оксидами металлов (ММО) титановый электрод толщиной 1 мм. Расстояние между электродами составляло 1 см. Оба электрода были электрически подсоединены к напряжению постоянного тока 4,5 В с нержавеющей сталью, установленной в качестве отрицательного электрода. Накипь осаждалась на трубке и плотно приставала к ней.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО УДАЛЕНИЮ НАКИПИ

Для каждого эксперимента использовали свежеобызвествленный электрод (трубка из нержавеющей стали). Для экспериментов использовали одну и ту же установку, что и для обызвествления тестового электрода. После кипячения в течение 30 минут электрод (трубку из нержавеющей стали) исследовали на самопроизвольное удаление накипи и на коррозию. После этого электрод (трубку из нержавеющей стали) промывали под проточной водопроводной водой с аккуратным протиранием для дальнейшего испытания на отделение накипи.

ЭКСПЕРИМЕНТ 1 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК) (КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и маленькая полоска из покрытого ММО титана шириной 6 мм (противоэлектрод) были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение с размахом 6,8 В и с частотой 100 Гц, в результате чего получался ток 40 мА. (В качестве источника питания использовали генератор колебаний специальной формы с импедансом 50 Ом). После нагревания в течение 30 минут при 95°C проверяли внешнюю поверхность трубки (электрода). Самопроизвольного удаления накипи не наблюдалось. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало плохое удаление накипи. Коррозии не наблюдалось.

ЭКСПЕРИМЕНТ 2 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК) (КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и маленькая полоска из покрытого ММО титана шириной 6 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение с размахом 6,8 В и с частотой 10 Гц, что приводило к току 40 мА. После нагревания в течение 30 минут при 95°C электрод проверяли. Самопроизвольного удаления накипи не наблюдалось. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало хорошее удаление накипи. Коррозии не наблюдалось.

ЭКСПЕРИМЕНТ 3 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК) (КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и маленькая полоска из покрытого ММО титана шириной 6 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение с размахом 6,8 В и с частотой 5 Гц, что приводило к току 40 мА. После нагревания в течение 30 минут при 95°C электрод проверяли. Накипь самопроизвольно отделилась от металлической трубки. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало очень хорошее удаление накипи за пределами самопроизвольно очистившейся зоны. Коррозии не наблюдалось.

ЭКСПЕРИМЕНТ 4 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК) (КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и маленькая полоска из покрытого ММО титана шириной 6 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение с размахом 6,8 В и с частотой 2,5 Гц, что приводило к току 40 мА. После нагревания в течение 30 минут при 95°C электрод проверяли. Накипь самопроизвольно отделилась от металлической трубки. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало очень хорошее удаление накипи за пределами самопроизвольно очистившейся зоны. На трубке наблюдалась легкая желтизна, указывающая на начало коррозии.

При слишком сильном уменьшении частоты может происходить коррозия стального электрода, предполагая, что может быть выгодным более низкий ток.

ЭКСПЕРИМЕНТ 5 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК) (КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и маленькая полоска из покрытого ММО титана шириной 6 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение с размахом 4,8 В и с частотой 2,5 Гц, что приводило к току 20 мА. После нагревания в течение 30 минут при 95°C электрод проверяли. Накипь самопроизвольно отделилась от металлической трубки. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показывало хорошее удаление накипи за пределами самопроизвольно очистившейся зоны. Коррозии не наблюдалось.

Для того чтобы оценить эффект постоянного тока, были проведены следующие эксперименты 6-8.

ЭКСПЕРИМЕНТ 6 (ПОСТОЯННЫЙ ТОК) (КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и маленькая полоска из покрытого ММО титана шириной 6 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение постоянного тока 0,3 В, что приводило к току 0,1 мА. После нагревания в течение 30 минут при 95°C электрод проверяли. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало плохое удаление накипи. Самопроизвольное удаление накипи отсутствовало. Коррозии не наблюдалось.

В экспериментах по удалению накипи с постоянным током трубка из нержавеющей стали использовалась в качестве положительного электрода, а противоэлектрод, покрытый МОх титан, - в качестве отрицательного электрода.

ЭКСПЕРИМЕНТ 7 (ПОСТОЯННЫЙ ТОК) (КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и маленькая полоска из покрытого ММО титана шириной 6 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение постоянного тока 0,6 В, что приводило к току 0,3 мА. После нагревания в течение 30 минут при 95°C электрод проверяли. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало ограниченное удаление накипи. Самопроизвольное удаление накипи отсутствовало. Коррозии не наблюдалось.

ЭКСПЕРИМЕНТ 8 (ПОСТОЯННЫЙ ТОК) (КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и маленькая полоска из покрытого ММО титана шириной 6 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение постоянного тока 1,0 В, при этом трубка из нержавеющей стали использовалась в качестве положительного электрода. На трубке из нержавеющей стали сразу же наблюдалась точечная коррозия. После 2 минут эксперимент прекращался. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало плохое удаление накипи. Самопроизвольное удаление накипи отсутствовало.

Более высокие напряжения не рассматривались. В экспериментах 6-8 четко продемонстрированы плохая эффективность удаления извести и чувствительность к коррозии только при постоянном токе.

ЭКСПЕРИМЕНТ 9 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и маленькая полоска из покрытого ММО титана шириной 6 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение переменного тока с размахом 4,8 В и с частотой 5 Гц, что приводило к току 20 мА. В качестве смещения прикладывали напряжение постоянного тока 1,0 В с трубкой, служащей положительным электродом. После нагревания в течение 30 минут при 95°C электрод проверяли. Накипь самопроизвольно отделилась от металлической трубки. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало очень хорошее удаление накипи за пределами самопроизвольно очистившейся зоны. Коррозии не наблюдалось.

ЭКСПЕРИМЕНТ 10 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и маленькая полоска из покрытого ММО титана шириной 6 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение переменного тока с размахом 4,8 В и с частотой 5 Гц, что приводило к току 20 мА. В качестве смещения прикладывали напряжение постоянного тока 1,5 В с трубкой, служащей положительным электродом. После нагревания в течение 30 минут при 95°C электрод проверяли. Накипь самопроизвольно отделилась от металлической трубки. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало очень хорошее удаление накипи за пределами самопроизвольно очистившейся зоны. Коррозии не наблюдалось.

Из экспериментов 9 и 10 является очевидным эффект сдерживания коррозии при переменном токе на относительно высоком постоянном токе.

Эксперименты 11 и 12 показывают преимущество постояннотокового смещения при защите маленьких противоэлектродов и отделении накипи.

ЭКСПЕРИМЕНТ 11 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК) (КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и пруток из нержавеющей стали шириной 1 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение переменного тока с размахом 4,8 В и с частотой 5 Гц, что приводило к току 20 мА. После нагревания в течение 30 минут при 95°C электрод проверяли. Накипь самопроизвольно не отделялась от металлической трубки. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало хорошее удаление накипи. Однако противоэлектрод диаметром 1 мм показал признаки коррозии.

ЭКСПЕРИМЕНТ 12 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и пруток из нержавеющей стали шириной 1 мм были подключены к источнику питания. Прикладывали напряжение переменного тока с размахом 4,8 В и с частотой 5 Гц, что приводило к току 20 мА. В качестве смещения прикладывали напряжение постоянного тока 1,5 В. После нагревания в течение 30 минут при 95°C электрод проверяли. Накипь самопроизвольно отделилась от металлической трубки. Промывание под водопроводной водой с аккуратным протиранием показало очень хорошее удаление накипи за пределами самопроизвольно очистившейся зоны. Коррозии не наблюдалось как на предварительно обызвествленной трубке, так и на маленьком противоэлектроде.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБЫЗВЕСТВЛЕННОГО ЭЛЕКТРОДА

В типичном эксперименте жесткую воду добавляли в стеклянный лабораторный стакан вместимостью 600 мл. В воду погружали спиральный нагревательный элемент. Воду доводили до кипения и поддерживали при 95°C в течение 30 минут. Во время нагревания в воду погружали трубку из нержавеющей стали внешним диаметром 12 мм и внутренним диаметром 10 мм. В центре трубки располагался покрытый оксидом металла (MOx) титановый электрод толщиной 1 мм. Оба электрода были электрически подключены к напряжению постоянного тока 3,5 В с нержавеющей сталью, установленной в качестве отрицательного электрода. Накипь осаждалась на внутреннюю поверхность трубки и плотно приставала.

Эксперименты 13 и 14 показывают влияние проводимости воды на удаление накипи и характер коррозии при очень низкой частоте в сочетании со смещением. Эксперименты 15 и 16 показывают преимущество дополнительного сигнала переменного тока на предотвращение коррозии.

ЭКСПЕРИМЕНТ 13 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК)

Обызвествленная (внутри) 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и расположенный внутри по центру стержень диаметром 6 мм из нержавеющей стали были подключены к источнику питания после погружения в стандартную жесткую воду с проводимостью 900 мкСм/см. При 95°C прикладывали ток 40 мА при измеренном размахе напряжения 2,6 В с частотой 0,5 Гц и постояннотоковым смещением -1,5 В (с трубкой из нержавеющей стали в качестве положительного электрода и стержнем в качестве отрицательного противоэлектрода). После нагревания в течение 30 минут трубку и стержень проверяли. Вся накипь была удалена, хотя наблюдались некоторые признаки коррозии.

ЭКСПЕРИМЕНТ 14 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК)

Тот же самый эксперимент, как и эксперимент 12, повторяли в воде с проводимостью 300 мкСм/см (вода с относительно низкой жесткостью). Прикладывали напряжение 3,8 В для получения того же самого тока. После нагревания в течение 30 минут при 95°C трубку и стержень проверяли. Вся накипь была удалена, и коррозии не наблюдалось.

ЭКСПЕРИМЕНТ 15 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и расположенный внутри по центру стержень диаметром 6 мм из нержавеющей стали были подключены к источнику питания после погружения в воду с проводимостью 900 мкСм. Подавали ток 40 мА с частотой 0,5 Гц и постояннотоковым смещением -1,5 В. Дополнительно на этот сигнал накладывали сигнал с той же самой амплитудой, но с нулевым смещением и частотой 2,5 Гц. После нагревания в течение 30 минут при 95°С трубку и стержень проверяли. Вся накипь была удалена, и коррозия не была обнаружена, что показывает преимущество дополнительного переменного тока.

ЭКСПЕРИМЕНТ 16 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК)

Обызвествленная 12-миллиметровая трубка из нержавеющей стали и расположенный внутри по центру стержень диаметром 6 мм из нержавеющей стали были подключены к источнику питания после погружения в воду с проводимостью 900 мкСм. При 95°C прикладывали ток 40 мА с частотой 0,5 Гц и постояннотоковым смещением -1,5 В. Дополнительно на этот сигнал накладывали сигнал с той же самой амплитудой, но с нулевым смещением и частотой 1000 Гц. После нагревания в течение 30 минут при 95°C трубку и стержень проверяли. Вся накипь была удалена, и коррозия не была обнаружена, что показывает преимущество дополнительного переменного тока.

В приведенных ниже экспериментах в качестве электрода использовали спиральный нагревательный элемент.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБЫЗВЕСТВЛЕННОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

В типичном эксперименте жесткую воду добавляли в стеклянный лабораторный стакан вместимостью 600 мл. В воду погружали спиральный нагревательный элемент (из нержавеющей стали) для нагревания воды. Воду поддерживали при 95°С в течение 30 минут. Во время нагревания внутри нагревательного элемента позиционировали L-образный покрытый МОХ Ti электрод. Нагревательный элемент и противоэлектрод были подключены к источнику питания с напряжением постоянного тока 3,5 В с элементом, подсоединенным в качестве отрицательного электрода. Накипь осаждалась на нагревательный элемент и плотно приставала.

ЭКСПЕРИМЕНТ 17 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК)

Обызвествленный нагревательный элемент погружали в воду со стандартной жесткостью 900 мкСм. L-образный электрод из нержавеющей стали диаметром 6 мм позиционировали внутри элемента. К этой системе прикладывали ток 40 мА с использованием 2 сигналов переменного тока с линейной формой, соответственно 0,25 и 2,5 Гц, и постояннотоковым смещением -2,5 В (со спиральным нагревательным элементом в качестве положительного электрода и L-образным электродом из нержавеющей стали в качестве отрицательного противоэлектрода). После нагревания в течение 30 минут элемент и электрод проверяли. Накипь была удалена, и коррозия не обнаружена. Те же самые результаты были получены при увеличении постояннотокового смещения вплоть до -4,0 В.

ЭКСПЕРИМЕНТ 18 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК)

В середине трубки проточного нагревателя длиной 18 см и внутренним диаметром 12 мм позиционировали покрытый смешанными оксидами металлов (ММО) титановый стержень диаметром 2 мм. В течение 30 минут через нагреватель прокачивали жесткую воду с расходом 140 мл/мин. Вода выходила из трубки при температуре 95°C. Во время нагревания прикладывали напряжение постоянного тока 3,5 В с нагревателем в качестве отрицательного электрода и противоэлектродом в качестве положительного электрода. Накипь осаждалась на стенке нагревателя.

После обызвествления прикладывали две наложенные частоты 0,1 и 1 Гц. Смещение составляло 2,5 В с нагревателем в качестве положительного электрода. Был измерен ток в 130 мА, дающий плотность тока 2 мА/см² на стенке нагревателя. После прокачки и нагревания жесткой воды снова в течение 30 минут было обнаружено, что трубка оказалась с удаленной накипью. При 190 мА (2,8 мА/см²) наблюдались похожие результаты.

ЭКСПЕРИМЕНТ 19 (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК/ПОСТОЯННЫЙ ТОК)

Чашка цилиндрической формы из нержавеющей стали с нагревательным элементом, подсоединенным снаружи плоского дна, была заполнена жесткой водой. Радиус дна составлял 5,25 см. На расстоянии 3 мм от дна устанавливали спиральный электрод из нержавеющей стали с толщиной проволоки 2 мм. Воду нагревали при приложении двух наложенных сигналов переменного тока (треугольной формы) с частотой 1 и 1000 Гц. Использовали смещение 1,5 В с чашкой в качестве положительного электрода. Был измерен ток 78 мА, дающий плотность тока, принимая в расчет только дно, 0,9 мА/см². Принимая во внимание всю чашку с уровнем воды 3 см, плотность тока на стенке чашки составляла 0,4 мА/см². После нагревания в течение 20 минут чашку опустошили. Накипь не приставала к стенке. При 56 мА (0,3 мА/см²) были получены похожие результаты.

Изобретение относится к способу использования водонагревателя, выполненного с возможностью нагревания водной жидкости, причем водонагреватель содержит нагревательный элемент для нагревания водной жидкости. Способ предусматривает: нагревание водной жидкости в водонагревателе нагревательным элементом, при этом нагревательный элемент находится в контакте с водной жидкостью; и приложение первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом и приложение напряжения постоянного тока между нагревательным элементом и противоэлектродом, при этом напряжение постоянного тока составляет по меньшей мере 0,5 В, и при этом нагревательный элемент выбран в качестве положительного электрода. Это позволяет предотвратить или уменьшить образование накипи в водонагревателе. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Способ использования водонагревателя (100), выполненного с возможностью нагревания водной жидкости (20), причем водонагреватель (100) содержит нагревательный элемент (110) для нагревания водной жидкости (20) в водонагревателе (100), причем способ содержит:
а. нагревание водной жидкости (20) в водонагревателе (100) нагревательным элементом (110), при этом нагревательный элемент (110) находится в контакте с водной жидкостью (20); и
b. приложение первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом (110) и противоэлектродом (120) и приложение напряжения постоянного тока между нагревательным элементом (110) и противоэлектродом (120), при этом напряжение постоянного тока составляет по меньшей мере 0,5 В, и при этом нагревательный элемент выбран в качестве положительного электрода.

2. Способ по п. 1, при этом первое напряжение переменного тока имеет первую частоту переменного тока, составляющую по меньшей мере 0,1 Гц.

3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий приложение второго напряжения переменного тока и, необязательно, одного или более дополнительных напряжений переменного тока между нагревательным элементом (110) и противоэлектродом (120), при этом второе напряжение переменного тока имеет вторую частоту переменного тока, выбранную из диапазона 0,02 Гц-5 Гц, и при этом отношение между первой частотой переменного тока и второй частотой переменного тока составляет 2 или более.

4. Способ по п. 3, при этом противоэлектрод (120) содержит множество противоэлектродов, и при этом первое напряжение переменного тока прикладывают между нагревательным элементом (110) и первым противоэлектродом (120а), и при этом напряжение постоянного тока прикладывают между нагревательным элементом (110) и дополнительным противоэлектродом (120b), или при этом второе напряжение переменного тока прикладывают между нагревательным элементом (110) и этим дополнительным противоэлектродом (120b).

5. Способ по любому из пп. 1-4, при этом вышеопределенное(ые) напряжение(я) прикладывают во время нагревания водной жидкости в водонагревателе (100) нагревательным элементом (110).

6. Способ по любому из пп. 1-4, содержащий нагревание водной жидкости (20) в водонагревателе (100) до температуры по меньшей мере 85°C.

7. Способ по любому из пп. 1-4, при этом первое напряжение переменного тока имеет форму треугольной волны, и при этом форма треугольной волны является симметричной.

8. Способ по любому из пп. 1-4, при этом первое напряжение переменного тока имеет форму треугольной волны, и при этом второе напряжение переменного тока по любому из пп. 2-4 также имеет форму треугольной волны, и при этом формы треугольных волн являются симметричными.

9. Способ по любому из пп. 1-4, при этом способ дополнительно включает в себя измерение проводимости водной жидкости (20) и управление первым напряжением переменного тока и одним или более из второго напряжения переменного тока по любому из пп. 2-4 и напряжения постоянного тока в зависимости от упомянутого измерения и заданных соотношений между проводимостью и первым напряжением переменного тока и одним или более из второго напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока.

10. Способ по любому из пп. 1-4, при этом способ дополнительно включает в себя измерение проводимости водной жидкости (20) и других параметров, выбранных из группы, состоящей из температуры водной жидкости, рН водной жидкости, тока, который протекает между нагревательным элементом и противоэлектродом, падения напряжения при соединении нагревательного элемента и противоэлектрода, и управление первым напряжением переменного тока и одним или более из второго напряжения переменного тока по любому из пп. 2-4 и напряжения постоянного тока в зависимости от упомянутого измерения и заданных соотношений между проводимостью и другими параметрами и первым напряжением переменного тока и одним или более из второго напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока.

11. Водонагревательная система (1), содержащая водонагреватель (100), выполненный с возможностью нагревания водной жидкости (20), содержащий нагревательный элемент (110) для нагревания водной жидкости (20) в водонагревателе (100), причем нагревательный элемент (110) выполнен с возможностью нахождения в контакте с водной жидкостью (20), и источник (200) электропитания, выполненный с возможностью приложения первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом (110) и противоэлектродом (120), и при этом источник (200) электропитания дополнительно выполнен с возможностью приложения напряжения постоянного тока между нагревательным элементом (110) и противоэлектродом (120), причем напряжение постоянного тока составляет по меньшей мере 0,5 В, и при этом нагревательный элемент (110) выполнен в качестве положительного электрода.

12. Водонагревательная система (1) по п. 11, при этом первое напряжение переменного тока имеет первую частоту переменного тока, составляющую по меньшей мере 1 Гц.

13. Водонагревательная система (1) по любому из пп. 11-12, при этом источник (200) электропитания дополнительно выполнен с возможностью приложения второго напряжения переменного тока и, необязательно, одного или более дополнительных напряжений переменного тока между нагревательным элементом (110) и противоэлектродом (120), причем второе напряжение переменного тока имеет вторую частоту переменного тока, выбранную из диапазона 0,02 Гц-5 Гц, и при этом отношение между первой частотой переменного тока и второй частотой переменного тока составляет 2 или более.

14. Водонагревательная система (1) по п. 13, при этом противоэлектрод (120) содержит множество противоэлектродов, и при этом источник (200) электропитания и множество противоэлектродов выполнены с возможностью приложения первого напряжения переменного тока между нагревательным элементом (110) и первым противоэлектродом (120а) и приложения напряжения постоянного тока между нагревательным элементом (110) и дополнительным противоэлектродом (120b) или приложения второго напряжения переменного тока между нагревательным элементом (110) и дополнительным противоэлектродом (120b).

15. Применение сочетания первого напряжения переменного тока и одного или более из второго напряжения переменного тока и напряжения постоянного тока к нагревательному элементу (110) водонагревателя (100), выполненного с возможностью нагревания водной жидкости, для предотвращения или уменьшения образования накипи в водонагревателе (110).

16. Электронное устройство (2), содержащее водонагревательную систему по любому из пп. 11-14, при этом электронное устройство (2) выполнено с возможностью получения горячей воды и/или водяного пара.

17. Электронное устройство (2) по п. 16, при этом электронное устройство (2) выбрано из группы, состоящей из утюга, генератора водяного пара под давлением, генератора водяного пара без избыточного давления, автомата для продажи горячих напитков, электрического чайника, кофеварки, машины для кофе-эспрессо, стиральной машины, посудомоечной машины и устройства для уничтожения сорняков на основе горячей воды.