Индукционные котлы отопления. виды и устройство. работа

Электрическая индукция в промышленности используется давно, в частной жизни встречалась редко, пока не сделали индукционные плиты для кухни. Раз есть плиты, почему не сделать котел? Однако, чтобы производство быстрее окупилось, необходимо быстро реализовать готовую продукцию. Чтобы продать – нужно расхвалить, приукрасить. Чтобы не сожалеть о покупке, необходимо рассмотреть достоинства, недостатки котла.

Принцип работы

В основе всех устройств индукционного типа лежит способность материалов, проводящих электроток, нагреваться под воздействием вихревых токов, которые создаются с помощью электромагнитной индукции. В качестве источника индукции используется переменный электроток большой частоты, проходящий через первую обмотку отопительного устройства.

Вторичная короткозамкнутая обмотка представлена нагревательным элементом, расположенным внутри катушки. Вихревые токи могут появляться и при стандартной частоте электросети в 50 Гц. Однако в такой ситуации отопительный прибор не сможет функционировать с максимальной эффективностью, а во время его работы будут наблюдаться вибрация и шум. Таким образом, частоту необходимо поднять минимум до 10 кГц.

Достоинства и недостатки электрических котлов

Разбираясь с положительными и отрицательными сторонами электрического котла отопления, нужно рассматривать их в зависимости от вида нагревательного элемента.

К плюсам индукционного нагрева относят:

  1. Самая большая эффективность при нагреве (до 99,5 %) при небольших размерах агрегата.
  2. Длительный срок службы (до 30 лет) и надежность устройств, единичная мощность которых до 60 кВт.
  3. Теплоносителем может быть не только вода, но и незамерзающие жидкости или масло.
  4. Безопасная эксплуатация и небольшие затраты на сервис.

Недостатков немного – высокая стоимость, сложности в обвязке трубами и подсоединении электропитания. Преимуществами электрокотла с трубчатыми электронагревателями являются его относительно небольшая цена; он быстро нагревает воду, а обслуживание и подключение к отоплению максимально упрощены.

Минусов же гораздо больше:

  1. Косвенный способ поднятия температуры жидкости уменьшает кпд до 97…98 %.
  2. Нужна водоподготовка, т.к. в противном случае во время нагрева на корпусе нагревательного элемента появляется накипь, ухудшающая теплообмен и разносимая по разводке и радиаторам.
  3. Не компактная конструкция.
  4. Большая нагрузка на электросеть при эксплуатации и броски тока при включении.
  5. Когда ТЭН работает, вольфрамовая проволока внутри него испаряется и выгорает, требуя замены всей детали.
  6. Возможно разрушение корпуса нагревателя и появления опасности удара электричеством.
  7. Агрегаты имеют упрощенную автоматику, требуя дополнительных вложений.

Достоинства электродного котла – он компактнее всех перечисленных выше агрегатов, при большей удельной мощности; отличается низким энергопотреблением, надежностью и простотой конструктивной схемы. Но его установка и подключения не простые.

Работает он только на максимуме мощности, поэтому управление ею идет в режиме «старт — стоп». Электроды подвержены эрозии, покрываются накипью и поэтому периодически заменяются. В качестве теплоносителя используется определенный состав воды. А изменение количества солей в ней влияет на теплоотдачу.

Индукционный водонагреватель

Индукционные водотеплонагреватели имеют корпус и оригинальный электрический индуктор(трансфоматор), внутри него , причем его вторичной обмоткой является сама металлическая труба с водой,в виде короткозамкнутого витка.

В результате протекания значительных по величине электрических токов в ней, от индуктивно наведенного в ней электрического напряжения, эта труба интенсивно разогревается и нагревает своим теплом и воду в ней .

Читайте также:  Виды тепловых пушек: классификация по излучению и энергоносителям

Если выразиться в двух словах как работает индукционный нагреватель-

это понижающий трансформатор, который установили в трубу

Я сначала решил что если в названии присутствует слово “индукционный” то нагрев происходит токами высокой частоты типа как в микроволновке, оказалось что нет.

Никакой высокой частоты нет и в помине, питание от сети 220/380 вольт промышленной частоты 50 Герц.

Технология на самом деле очень проста- в экранированной трубе находится обыкновенная катушка- это как бы первичная обмотка трансформатора, если проводить аналогию с трансформатором.

Роль вторичной обмотки, а заодно и магнитопровода выполняет металлическая труба отопления!

Особенности индукционного способа нагрева

Первые обогревательные приборы индукционного типа появились на рынке отопительного оборудования в конце прошлого столетия. И хотя с тех пор прошло еще не так много времени, популярность индукционных котлов уверенно набирает обороты, заметно потеснив альтернативные способы электрического нагрева.

Такой любовью потребителей индукционные котлы обязаны, прежде всего, особенному эффекту, который дает использование магнитной индукции. И дело не только в почти мгновенном нагреве теплоносителя, но и в высокой экономичности индукционных котлов. Ведь, благодаря дополнительной мощности, вырабатываемой в колебательном контуре, количество потребляемой энергии сокращается в несколько раз, по сравнению с другими современными способами отопления помещений.

Поэтому, индукционные котлы рекомендуются для применения в жилых помещениях и зданиях, промышленных и административных сооружениях, на территории объектов с повышенными требованиями к экологической безопасности, а также в технологических системах, предусматривающих использование промежуточного жидкого теплоносителя.

Индукционный котел своими руками

Сравнительная таблица цен индукционных котлов и котлов с термоэлектрическим нагревателем (ТЭН) говорит не в пользу первых. Но преимущества, описанные выше, побуждают умельцев к изготовлению индукционных котлов своими руками. Это не только способ проверить свои способности, но и значительно сэкономить на устройстве отопления своего дома.

Индукционный

ТЭН

Мощность

Отапливаемая площадь

Стоимость

Мощность/кол-во ТЭН

Отапливаемая площадь

Стоимость

3 кВт

30-40 м2

220-415$

3 кВт/1 ТЭН

20-35 м2

80-100$

 

 

 

3 кВт/3 ТЭН

30 м2

180$

4 кВт

50-60 м2

230-420$

5 кВт/2+3 ТЭН

50 м2

300$

5 кВт

50-65 м2

240-525$

6 кВт/3 ТЭН

60 м2

150$

7 кВт

70-80 м2

300-695$

7 кВт/1 ТЭН

50-70 м2

150$>

Первый способ изготовления индукционного котла

Для изготовления простейшего котла потребуется:

    1. Пластиковая толстостенная труба d = 50мм.
    2. Стальная сетка с мелкой ячейкой.
    3. Проволока из нержавеющей стали d=6мм.
    4. Медная проволока с эмалевой или лаковой изоляцией d=1,5мм
    5. Текстолит.
    6. Эпоксидный клей.
    7. Две заглушки на трубу.
    8. Шаровые краны, патрубки.
    9. Инвертор или инверторный сварочный аппарат.
    10. Ножницы по металлу (кусачки) и пассатижи.

Порядок работы

Нержавеющая проволока режется на отрезки по 30 — 60 мм. Пластиковая труба с одной стороны закрывается сеткой. На полипропиленовую трубу крепят эпоксидным клеем 4 полосы текстолита шириной 10мм, отступив от концов трубы по 100мм. На этот каркас наматывается медная проволока до 100 витков с зазором 0,5мм. Для определения точного количества витков необходимо учесть диаметр проволоки, ее удельное сопротивление и характеристику инвертора. Внутрь трубы плотно укладывается резаная проволока. Второй конец тоже закрывают сеткой. Оба конца запаиваются заглушками с переходниками диаметром, равным диаметру труб системы отопления. Монтируют шаровые вентили для облегчения монтажа и демонтажа котла, ревизии или замены.

Читайте также:  Использование электрических обогревателей для отопления дома

Для изоляции обмотку обмазывают эпоксидным клеем. Концы проволоки подсоединяются к разъемам инвертора.

Практический совет

При подготовке клея, необходимо уменьшить количество отвердителя на 10 — 15%. Это уменьшит хрупкость изоляции. Провода лучше крепить к выводам обмотки обжимными клеммами или термоусадочными колпачками.

Рассмотренная модель не является вершиной промышленного дизайна и далека от требований пожарной безопасности. Такой котел не предназначен для эксплуатации в отсутствии хозяев.

Более качественный и производительный котел можно изготовить по заводской технологии. И здесь уже потребуется другой инструмент и навыки владения им.

Второй способ изготовления индукционного котла

Данный вариант немного сложнее предыдущего. Для изготовления потребуются:

  • Сварочный инвертор;
  • Трехфазный трансформатор;
  • Две стальные трубы разного диаметра;
  • Медная проволока с эмалевой или лаковой изоляцией d=1,5мм;
  • Две заглушки на трубу большого диаметра;
  • Шаровые краны, патрубки.

Устройство индукционного электрического котла: 1 – металлический корпус; 2 – полость для теплоносителя; 3 – катушка индуктивности; 4 – вход теплоносителя; 5 – выход теплоносителя

Порядок работы

Внутренняя труба приваривается по оси в трубу большего диаметра. На наружную трубу ввариваются два патрубка для подачи и выхода теплоносителя и два донышка, чтобы получился полый бак. Затем выполняется обмотка медной проволокой по вышеописанной технологии. Аппарат помещают в изоляционный корпус.

Практический совет

Необходимо помнить о заземлении металлического котла и предусмотреть надежное крепление клеммы. Оптимальный вариант — приварить к корпусу болт М10.

Данный способ изготовления индукционного котла своими руками более затратный, но этот вариант обеспечивает меньшее гидравлическое сопротивление, следовательно — более высокий КПД.

Подробности эксплуатации можно посмотреть на этом видео:

Третий способ изготовления индукционного котла

Этот способ основан на использовании компонентов индукционной плиты. Практически, он не отличается от первого варианта. Разбирается нагревательный элемент и используется медный провод для намотки на сердечник. Блок управления плитой служит блоком управления мощностью обмотки нового котла.

Но есть существенные недостатки.

Индуктивность вновь собранной обмотки будет отличаться от характеристик плиты, в результате чего блок может выйти из строя. Блоки индукционных бытовых плит настроены на отключение конфорок через 3 — 4 часа после начала работ. Соответственно и котел будет отключаться с таким интервалом. Да и мощности в 2 — 3 кВт будет явно мало для обеспечения комфортной температуры.

Этот вариант не популярен среди домашних мастеров.

Для тех, кто не боится трудностей и хорошо владеет инструментом, предлагаем видео более сложной конструкции индукционного котла своими руками:

Виды индукционных котлов

Принцип работы водонагревателей одинаковый, однако, существуют отличия в конструкциях:

  • с инверторами;
  • с трубчатым теплообменником;
  • кожуховые;
  • с объемным теплообменником.

Подключенные последовательно котлы увеличивают мощность установки

По частоте тока:

  • низкочастотные SAV;
  • высокочастотные ВИН.

Индукционные обогреватели, если не оговаривается в паспорте, требуют заземления.

Индукционные обогреватели SAV

Обогреватель работает на частоте 50 Гц. Катушка наматывается на металлическую трубу, по ней проходит теплоноситель. В других конструкциях труба огибает наружные витки катушки, поверхность нагрева увеличивается. Оборудование простое. Чтобы увеличить производительность, подключают несколько нагревателей последовательно. Питание котел получает от сети 220, 380 В.

Вода обтекает катушку

Виды индукционных котлов

ВИН агрегаты отопления

Обогреватель ВИН (вихревой индукционный нагреватель) отличается от предыдущего вида наличием генератора частот. Электрическая схема может получать питание от аккумулятора. Производят из ферромагнитного материала. Стоит ВИН обогреватель значительно больше, чем SAV.

Чертежи

Рисунок 1. Электрическая схема индукционного нагревателя

Чертежи

Рисунок 2. Устройство.

Рисунок 3. Схема простого индукционного нагревателя

Чертежи

Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:

  • паяльник;
  • припой;
  • текстолитовая плата.
  • мини-дрель.
  • радиоэлементы.
  • термопаста.
  • химические реагенты для травления платы.
Читайте также:  Двухтрубная разводка системы отопления: классификация, типы и виды

Дополнительные материалы и их особенности:

  1. Для изготовления катушки, которая будет излучать необходимое для нагрева переменное магнитное поле, необходимо приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
  2. Мощные силовые транзисторы являются самой дорогой частью самодельной индукционной установки. Для монтажа схемы частотного генератора необходимо приготовить 2 таких элемента. Для этих целей подойдут транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изготовлении схемы используются 2 одинаковых из перечисленных полевых транзисторов.
  3. Для изготовления колебательно контура понадобятся керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов.
  4. При работе такого индукционного прибора, полевые транзисторы будут сильно разогреваться и если к ним не будут присоединены радиаторы из алюминиевого сплава, то уже через несколько секунд работы на максимальной мощности, данные элементы выйдут из строя. Ставить транзисторы на теплоотводы следует через тонкий слой термопасты, иначе эффективность такого охлаждения будет минимальна.
  5. Диоды, которые используются в индукционном нагревателе, обязательно должны быть ультрабыстрого действия. Наиболее подходящими для данной схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
  6. Резисторы, которые используются в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не менее 2 Вт. Дроссель для подсоединения к силовым выводам катушки используется с индукцией.
  7. Для питания всего устройства понадобится блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать данное устройство можно от автомобильного аккумулятора, но получить наивысшие показания мощности при таком напряжении не получится.
Чертежи

Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:

  1. Из медной трубы делается спираль диаметром 4 см. Для изготовления спирали следует медную трубку накрутить на стержень с ровной поверхностью диаметром 4 см. Спираль должна иметь 7 витков, которые не должны соприкасаться. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подключения к радиаторам транзистора.
  2. Печатная плата изготавливается по схеме. Если есть возможность поставить полипропиленовые конденсаторы, то благодаря тому, что такие элементы обладают минимальными потерями и устойчивой работой при больших амплитудах колебания напряжений, устройство будет работать намного стабильнее. Конденсаторы в схеме устанавливаются параллельно образуя с медной катушкой колебательный контур.
  3. Нагрев металла происходит внутри катушки, после того как схема будет подключена к блоку питания или аккумулятору. При нагреве металла необходимо следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если коснуться нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы выходят из строя моментально.

Вихревой индукционный котел

Схема вихревого котла в разрезе

Существует и более «продвинутый» вариант индукционного котла, который также можно сделать своими руками. Для этого потребуется больше инструмента и исходных материалов.

Также необходимо обладать, по крайней мере, минимальными навыками работы со сварочным аппаратом и трансформатором с тремя фазами.

Вихревой индукционный котел

Обмотку проводят поверх пластикового корпуса. Это позволяет сделать устройство более эффективным и производительным.

Кстати: Рекомендуется поместить готовый аппарат в какой-нибудь надежный изоляционный кожух, дабы исключить потери тепла во время работы устройства и обезопаситься от возможной утечки тока.

Нагревается теплоноситель при этой схеме при непосредственном контакте теплоносителя и обмотки, которая выполняется по обычной схеме, используемой для индукционного оборудования.