Изготовление индукционного котла отопления своими руками

Для отопления помещений в зимний период нередко применяются различные варианты электрических нагревательных приборов. Электрокотел имеет высокий КПД. Дополнительное преимущество его использования в том, что в помещении не нужно выделять место для складирования твердого топлива. Изготовить самодельный электрокотел несложно, потому что в приборе нет механической составляющей. Этот же факт обеспечивает простоту эксплуатации и снижает вероятность его выхода из строя.

Как это работает?

Индукционный котел для отопления помещения – это своеобразный электрический индуктор, который состоит из первичной и вторичной короткозамкнутых обмоток. Таким образом, внутренняя обмотка преобразовывает электроэнергию в вихревые токи, и в дальнейшем созданное внутри электромагнитное поле направляется к вторичному короткозамкнутому витку, который служит и корпусом, и нагревательным элементом одновременно. Функция вторичной обмотки состоит в передаче полученной энергии прямо к теплоносителю. В роли теплоносителя можно использовать масло, антифриз и даже очищенную воду.

Проще говоря, принцип работы индукционного котла отопления заключается в том, что выбранный вами теплоноситель подается в нагревательное устройство.

Следующий пункт – подача электроэнергии на внутреннюю обмотку, и в момент появления напряжения вихревые токи (они же энергия) направятся на вторичную обмотку и начнут нагревать сердечник. Когда вся поверхность нагреется, теплоноситель будет передавать тепло.

Схема индукционного нагревателя

Благодаря открытию М. Фарадеем в 1831 году явления электромагнитной индукции в нашей современной жизни появилось множество устройств, нагревающих воду и другие среды. Мы каждый день пользуемся электрочайником с дисковым нагревателем, мультиваркой, индукционной варочной панелью, поскольку реализовать это открытие для быта удалось только в наше время. Ранее оно использовалось в металлургической и других отраслях металлообрабатывающей промышленности.

Заводской индукционный котел использует в своей работе принцип воздействия вихревых токов на металлический сердечник, помещенный внутрь катушки. Вихревые токи Фуко имеют поверхностную природу, поэтому есть смысл задействовать в качестве сердечника полую металлическую трубу, сквозь которую протекает нагреваемый теплоноситель.

Принцип действия индукционного нагревателя

Возникновение токов обусловлено подачей на обмотку переменного электрического напряжения, вызывающего появление переменного электромагнитного поля, меняющего потенциалы 50 раз в секунду при обычной промышленной частоте 50 Гц. При этом индукционная катушка выполнена таким образом, чтобы ее можно было подключить к сети переменного тока напрямую. В промышленности для такого нагрева используют токи высокой частоты – до 1 МГц, поэтому добиться работы устройства при частоте 50 Гц достаточно непросто.

Толщина медной проволоки и количество витков обмотки, которую используют индукционные нагреватели воды, рассчитано отдельно для каждого агрегата по специальной методике под требуемую тепловую мощность. Изделие должно работать эффективно, быстро нагревать протекающую по трубе воду и при этом не перегреваться. Предприятия вкладывают немалые средства в разработку и внедрение подобных продуктов, поэтому все задачи решены успешно, а показатель КПД нагревателя составляет 98%.

Помимо высокой эффективности особо привлекает скорость, с которой происходит нагрев протекающей через сердечник среды. На рисунке представлена схема работы индукционного нагревателя, сделанного в заводских условиях. Такая схема применена в агрегатах известной торговой марки «ВИН», выпускаемых Ижевским заводом.

Схема работы нагревателя

Долговечность работы теплогенератора зависит только от герметичности корпуса и целостности изоляции витков провода, а это получается достаточно большой период, производители декларируют – до 30 лет. За все эти достоинства, которыми в действительности обладают данные аппараты, надо выложить немалые деньги, индукционный нагреватель воды – самый дорогой из всех видов отопительных электроустановок. По этой причине некоторые умельцы взялись за изготовление самодельного прибора с целью задействовать его в отоплении дома.

Преимущества индукционной схемы

В большинстве случаев, цена индукционных котлов заводского изготовления в среднем заметно выше, чем у ТЭНовых аналогов, и начинается от 20-25 тысяч рублей при 4-киловаттной мощности устройства.

Дабы не быть бездоказательными, приведем параметры нескольких устройств, присутствующих на русском рынке.

Модель Электрическая мощность, Вт Цена, рубли Производитель Площадь обогрева
ВИН-5 4250 27000 Россия 60-150
Индикатор 4000 18000 Украина 200
Эдисон-5 5000 35000 Европа 100-120
ИНЭРА SAV 4500 30000 Россия 50-80

В качестве обоснования более большой стоимости продавцы и производители приводят два аргумента:

  1. Индукционный котел более долговечен если сравнивать с ТЭНовым аналогом.
  2. Он снабжает большую (до 40-50%) экономию электричества, что разрешит затратам быстро окупиться.
Читайте также:  Газовый водонагреватель проточный – обзор видов приборов

Давайте попытаемся оценить правдивость обоих утверждений.

Долговечность

Утверждения о том, что индукционная конструкция только отказоустойчива и долговечна — полная правда.

Обстоятельства?

  • В котле нет движущихся частей. Раз так — всецело отсутствует механический износ конструкции.
  • Он избавлен от главной неприятности ТЭНов — известкования нагревательных элементов. Известковая накипь неспешно теплоизолирует трубчатые нагреватели и ведет к их перегреву.

Любопытно: при возбуждении в сердечнике индуктора вихревых токов он чуть заметно вибрирует, что содействует самоочистке поверхности.

Экономичность

Давайте отыщем в памяти базы физики.

  • С позиций сэра Исаака Ньютона, энергия никуда не девается и ниоткуда не берется. Вечный двигатель неосуществим; для нагрева фиксированного объема воздуха на 10 градусов необходимо израсходовать строго определенное количество тепловой энергии независимо от конструкции нагревателя.
  • При любых преобразованиях энергии любого типа она, в конечном итоге, или делает физическую работу (другими словами перемещает владеющий ненулевой массой объект против вектора гравитации), или употребляется для нагрева внешней среды.

Выделим: КПД любого электрического прибора прямого нагрева равен 100%.

Вся израсходованная электричество всецело преобразуется в тепло; на 1 КВт электрической мощности возможно взять 1 КВт тепловой.

Так, единственное, чем возможно было бы в теории растолковать якобы более высокую эффективность индукционного котла — меньшее рассеивание тепла в окружающей среде.

Данный аргумент не выдерживает никакой критики:

  1. При установке котла в отапливаемом помещении тепло, не поглощенное теплоносителем, все равно расходуется на обогрев.
  1. На 50% меньшие потери тепла при сопоставимой либо нехорошей теплоизоляции корпуса котла выглядят, мягко говоря, вызывающе большие сомнения.

Выводы очевидны:

  • Рыночная цена индукционных устройств неправомерно завышена.
  • Их экономичность — как сказал один из героев Булгакова, обычный случай так именуемого лжи. Электрическая мощность прибора подбирается из расчета стандартных 40 ватт на кубометр отапливаемого помещения. Попытка обогреть 4-киловаттным прибором 200-метровый дом приведет только к осознанию недавним клиентом того, что он был через чур наивен.

Простой котел длительного горения чертеж

На рис. 1 представлен чертеж простого котла с нижним расположением топки. Для изготовления прямоугольного корпуса и теплообменника используется листовая низкоуглеродистая сталь. Теплообменник устроен по типу «водяной рубашки». Коэффициент теплоотдачи (КПД) увеличен за счет конструкции выступов внутри котла, отражающих пламя и нагревающийся газ.

Рис. 1 Котел с «водяной рубашкой»

На рис. 2 представлен комбинированный теплообменник типа «водяной рубашки» (2), образующейся вокруг камеры сгорания плюс щелевой регистр (3) из стального листа. Продукты горения выходят через дымовой патрубок (1). Твердое топливо (5) сгорает в нижней части камеры. Под ней находится регулятор подачи воздуха (8).

Рис. 2 Котел с щелевым регистром

Котел с верхним горением

Теплообменник выполнен по типу «водяной рубашки», обволакивающей камеру сгорания. Прогрев воздуха происходит в верхней части котла.

Рис. 3. Котел с верхним горением

Вин-котел: преимущества и недостатки

Вихревой индукционный котел  или просто вин стоит дороже обычного и достаточно сложен в эксплуатации. Есть и свои плюсы.

При монтаже и эксплуатации агрегата не нужны дымоход, вентиляция, прокладка газовых труб и уход за ними. Для стабильной работы вихревого индукционного котла нужна бесперебойная электросеть. Если таковой нет, понадобится  мощный транзистор.

Индукционные устройства отопления более безопасны, чем газовые.

Преимущества вихревых агрегатов:

  1. Внутренняя температура не может превысить 110оС – безопасно.
  2. Благодаря электропроцессам внутри устройства снижен уровень появления накипи.
  3. Из-за металлических деталей котла снижен до минимума шанс возгорания;
  4. Длительный срок эксплуатации, предусмотренный конструкцией и принципом работы – до 40 лет;
  5. КПД – 99%, так как практически все тепло направляется по назначению.
  6. Электрическое напряжение не проходит по самому теплоносителю.

Существуют и недостатки:

  1. Вес – от 30-50 кг – может выдержать не каждая стена.
  2. Довольно высокая цена.
  3. Монтаж возможен только в закрытые системы отопления дома.
  4. Некоторые модели нуждаются в дополнительной программе обслуживания.

Все котлы делятся на:

  • одноконтурное подключение;
  • двухконтурное подключение.

Одноконтурные предназначены только для одной функции – либо обогрева системы отопления, либо воды для бытовых нужд. Двухконтурные могут выполнять обе функции одновременно.

Правила организации индукционного отопления

Схема установки индукционного котла

Так как электрокотлы индукционные для отопления отличаются от обычных, то и требования к их эксплуатации также другие. Прежде всего, нужно знать, что установка этого типа оборудования возможна только в закрытых системах теплоснабжения. Для улучшения циркуляции теплоносителя можно установить насос.

Читайте также:  Напольный газовый котел: установка своими руками

Для того чтобы отопление из индукционной плиты было безопасным – необходимо адаптировать существующую проводку. Для этого следует посчитать мощность электрических приборов в доме, включая котел, и к полученной цифре прибавить запас 20%. Технические характеристики электрического кабеля должны быть не меньше полученной цифры.

Подключение индукционной печи теплоснабжения к электросети следует делать через отдельный кабель. Он должен соединяться непосредственно с центральным распределительным щитком. Подсоединение к этой силовой линии других приборов запрещено.

Правила организации индукционного отопления

Для повышения эффективности и безопасности индукционного отопления, сделанного своими руками, потребуется установка следующих компонентов:

  • Расширительный бак. Необходим для компенсации давления в случае его превышения из-за перегрева теплоносителя. Температура внутри индукционного котла для отопления дома может достигать +110°С;
  • Датчик давления и температуры. Они подключаются к центральному блоку управления;
  • Циркуляционный насос. Его установка не обязательна, но желательна. Естественного теплового расширения воды может быть недостаточно для создания нормальной скорости движения;
  • Группа безопасности – воздухоотводчик и водной спускной клапан.

Часто в отзывах об индукционном отоплении можно встретить жалобы на деформацию пластиковых труб из-за чрезмерного перегрева воды. Во избежание этого все технические и эксплуатационные характеристики отопительной системы должны соответствовать предварительным расчетным.

Во избежание охлаждения воды при отключении электричества рекомендуется установить аварийный генератор. Это особо актуально для индукционных систем отопления частного дома.

Принцип работы и разновидности

Если вы решили сделать электрокотел своими руками для отопления дома, то можно изготовить индукционную и электродную разновидность таких приборов. Все остальные разновидности котлов являются модификациями двух основных видов. Поскольку в электродном приборе электроэнергия преобразуется в тепловую энергию, его еще называют ионным.

Электродный котел

Самодельный котел довольно компактный, поэтому может закрепляться просто на трубе. Для него не нужно выделять отдельное место на полу или стене. Для безопасности его фиксируют на двух саморезах, но и без них можно обойтись.

Внешне нагреватель напоминает отрезок трубы длиной около 40 см. В одном его торце находится металлический стержень, а с другого торца прибор наглухо заварен или имеет отдельный патрубок для перегонки теплоносителя по отопительной системе.

Если вы делали тэновый котел своими руками, то в нем должны быть два патрубка для подключения подачи теплоносителя в систему и присоединения обратного контура.

При этом расположение этих патрубков может быть следующим:

  1. Один патрубок устанавливается в торце нагревательной трубы, а другой приваривается в боковой части перпендикулярно первому.
  2. Оба патрубка крепятся с боковой стороны трубы. При этом оба отвода труб располагаются параллельно относительно друг друга и перпендикулярно в отношении основной нагревательной трубы.

Принцип работы самодельного котла:

  • в теплоносителе находятся катоды и аноды, то есть положительно и отрицательно заряженные электроды;
  • поскольку они пребывают под напряжением, запускается перемещение ионов, полярность которых периодически меняется (частота смены заряда составляет 50 раз/сек);
  • такое движение ионов приводит к трению, из-за чего температура жидкости повышается.

Недостатки самодельного нагревательного оборудования:

Рекомендуем к прочтению:Виды водородных котлов отопления и как сделать своими руками

  1. Теплоноситель постоянно находится под напряжением.
  2. Тепловой носитель перед заливкой в систему необходимо очищать от примесей и солей.
  3. В таких системах строго запрещено использовать в качестве теплоносителя антифриз. Для этого подходит только очищенная вода.

Индукционный котел

Котлы индукционного типа, которые работают на электричестве, нагревают теплоноситель за счет магнитного поля, создаваемого электрическим током.

Такие приборы состоят из следующих частей:

  • корпус агрегата;
  • катушка;
  • утеплитель;
  • сердечник, в котором происходит нагревание теплового носителя.

Важно! Индукционные котлы отличаются от электродной разновидности тем, что в них жидкая среда полностью изолирована от составляющих элементов, которые проводят электрический ток. Именно благодаря этому теплоноситель не находится под напряжением.

Для подключения медной обмотки катушки к сети используется специальная автоматика. За счет этого в катушке создается магнитное поле, разогревающее трубу, которая выполняет функции сердечника. Такой сердечник тут же начинает отдавать тепло циркулирующей жидкости. При этом корпус котла будет оставаться холодным, поскольку в его конструкции предусмотрен слой утепляющего материала.

Отдельно стоит сказать о сердечнике. Он не прямой, а изогнутой спиральной конфигурации. Это обеспечивает медленное продвижение теплоносителя по нему для лучшего прогревания жидкости. Индукционный котел может прослужить более 25 лет. Выход из строя произойдет по причине ржавления трубы, выполняющей функции сердечника.

Читайте также:  Как отремонтировать газовую колонку своими руками

Порядок сборки вихревого устройства

Несмотря на определенные различия в работе, вихревые котлы изготавливаются практически в том же порядке, что и классические индукционные. Важно лишь обладать навыками выполнения сварочных работ, поскольку будут использоваться исключительно металлические детали. Для работы понадобятся:

  • два отрезка толстостенной трубы из металла одинаковой длины, но разного диаметра (для соединения друг с другом).
  • эмалированная обмоточная проволока из меди;
  • трехфазный инвертор (подойдет от сварочного аппарата, но с максимальной мощностью);
  • теплоизоляционный кожух.

Приступите к работе, начав процесс с изготовления корпуса будущего устройства. Возьмите трубу большего диаметра и вставьте вовнутрь второй детали. Выполните их сварку таким образом, чтобы между стенками деталей оставалось некоторое пространство. В результате полученное изделие будет походить в разрезе на баранку. Для изготовления крышки и основания корпуса воспользуйтесь стальным листом толщиной от 5 мм. Так вы получите полый бак котла цилиндрической формы.

Выполните врезку в стенки корпуса двух патрубков для подачи холодной и отвода горячей жидкости. При конфигурировании патрубков и их диаметров ориентируйтесь по размерам отопительных труб (возможно, понадобятся переходники). Далее приступите к намотке проволоки. Ее следует аккуратно и соблюдением достаточного натяжения намотать на корпус котла.

Как и в первом случае, в качестве нагревательного элемента можно использовать намотанную проволоку, а корпус прибора — укрыть теплоизоляционным кожухом. За счет этого будет обеспечиваться лучшая теплоотдача. Также увеличится КПД устройства, а его эксплуатация будет более безопасной. Теперь выполните врезку котла в отопительную систему, предварительно слив теплоноситель. Вырежьте подходящий по длине участок трубы и приварите к этому месту сам прибор.

Остается лишь подвести питание к отопительному прибору и подключить инвертор. Перед началом эксплуатации устройства и проведения первых испытаний необходимо заполнить теплоносителем магистраль. После этого можно сделать пробный пуск. Запустите устройство на небольшой мощности и убедитесь в надежности всех сварных швов. При отсутствии протечек можно постепенно повышать мощность до максимума.

Промышленный или самодельный?

Модель Spec SAV-50 Рынок отопительного оборудования позволяет подобрать любую подходящую модель. Промышленные агрегаты могут существенно различаться между собой и по техническим параметрам, и по цене. Поскольку собрать такой котел своими руками очень просто, неизбежно возникает вопрос — стоит ли тратить средства на покупной прибор?

Обратите внимание! Покупать готовый котел стоит в том случае, если нет навыков, необходимых для работы. Несмотря на то, что собрать агрегат очень просто, ошибка может обойтись дополнительными затратами.

Еще одна ситуация, когда лучше отдать предпочтение покупным моделям — это необходимость обогрева большого помещения. Мощность котла рассчитывается исходя из соотношения 60 Вт на 1 кв. метр. А сделать самодельный агрегат высокомощным довольно сложно.

Рекомендации по технике безопасности

Самостоятельное изготовление индуктора влечет за собой повышенный риск возникновения аварий, поэтому при монтаже необходимо соблюдать следующие правила:

  1. Нельзя включать нагревательный элемент, не подключенный к системе водоснабжения. При отсутствии теплоносителя в системе, не происходит должного охлаждения элементов, что способно привести к расплавлению полимерных деталей.
  2. Необходимо подключать котел к отдельной линии энергопотребления. Для ее изготовления используется кабель сечением 4-6 мм2.
  3. Установка циркуляционного насоса обязательна, он позволит предотвращение разрыва труб при высокой температуре теплоносителя.
  4. Для предотвращения детонации системы на выходе устанавливают клапан избыточного давления. При необходимости он снизит давление в системе и предотвратить поломку.
  5. Размещать индуктор стоит на расстоянии не менее 80 см от поверхности пола и не менее 30 см от стен.
  6. Открытые металлические участки должны быть изолированы.
  7. Заземление установки является обязательным мероприятием.

Для уверенности в надежности системы эти рекомендации необходимо учесть. Проверка оборудования в частном доме в большинстве случаев не производится, поэтому при решении изготавливать индукционный котел своими руками, владелец дома возлагает на себя всю ответственность за его безопасность.

Необходимо помнить, что данный прибор обладает очень серьезной мощностью и создает высокие температуры в трубах. Важно не пренебрегать установкой дополнительных датчиков и элементов, обеспечивающих безопасность. Только в этом случае индукционный котел не создаст проблем, и его эксплуатация не приведет к плачевным последствиям.