Індукційні котли опалення: пристрій, принцип роботи та способи виготовлення своїми руками

Індукційні котли опалення: пристрій, принцип роботи та способи виготовлення своїми руками

Міцно утвердившись в промисловості, зокрема у металургійному виробництві та ювелірній справі, технологія індукційного нагріву стала проникати і в побутову сферу.

Спочатку з’явилися індукційні плити, варильні поверхні, що здивували світ своєю економічністю, тепер же нам пропонують працюють на цьому ж принципі опалювальні прилади.

Як працюють індукційні котли для опалення будинку, і яким чином подібний пристрій можна виготовити самостійно?

Зміст

  • 1 Пристрій і принцип роботи котла
  • 2 індукційний Електричний котел опалення своїми руками
  • 3 Приклади конструкцій саморобних варіантів
  • 4 Особливості установки і експлуатації
  • 5 Відгуки
  • 6 Відео на тему

Пристрій і принцип роботи котла

При пропусканні електричного струму через струмопровідний матеріал в останньому відбувається виділення тепла, потужність якого прямо пропорційна силі струму і його напрузі (закон Джоуля — Ленца). Викликати протікання струму в провіднику можна двома способами. Перший полягає в його безпосередньому підключенні до джерела електрики. Цей спосіб будемо називати контактним.

Другий – безконтактний – був відкритий Майклом Фарадеєм у начале19-го століття. Учений з’ясував, що при зміні параметрів магнітного поля, що перетинає провідник, в останньому з’являється електрорушійна сила (ЕРС). Це явище отримало назву електромагнітної індукції. Де є ЕРС – там буде і електрострум, а значить і нагрів, причому в даному випадку — безконтактний. Такі струми називають наведеними або вихровими або струмами Фуко.

Індукційні котли опалення: пристрій, принцип роботи та способи виготовлення своїми руками

Індукційний котел опалення — принцип роботи

Викликати електромагнітну індукцію можна по-різному. Провідник можна переміщати або обертати в постійному магнітному полі, як це робиться в сучасних електрогенераторах. А можна змінювати параметри самого магнітного поля (інтенсивність і напрям силових ліній), залишаючи при цьому провідник нерухомим.

Подібні маніпуляції з магнітним полем стали можливими завдяки ще одному відкриття. Як з’ясував Ханс-Крістіан Ерстед в 1820-му році, намотаний у вигляді котушки провід при підключенні до джерела струму перетворюється в електромагніт. Змінюючи параметри струму (силу й напрямок), ми доб’ємося зміни параметрів генерується пристроєм магнітного поля. При цьому в провіднику, що знаходиться у полі, буде виникати електричний струм, що супроводжується нагріванням.

Ознайомившись з цим нескладним теоретичним матеріалом, читач напевно вже уявив собі в загальних рисах пристрій індукційного котла опалення. Дійсно, він має досить просту конструкцію: усередині екранованого і теплоізольованого корпусу є труба з особливого сплаву (можна використовувати і сталь, але характеристики при цьому будуть трохи гірше), встановлена в гільзі з діелектричного матеріалу; на гільзу у вигляді котушки намотана мідна шина, що підключається до електромережі.

Індукційні котли опалення: пристрій, принцип роботи та способи виготовлення своїми руками

Котел індукційний після монтажу

За допомогою двох патрубків труба врізається в систему опалення, в результаті чого по ній буде протікати теплоносій. Змінний струм, що протікає через котушку, створить змінне магнітне поле, яке в свою чергу наведе вихрові струми в трубі. Вихрові струми зумовлять нагрівання стінок труби та частково теплоносія по всьому об’єму, укладеним всередині котушки. Для більш швидкого нагрівання замість однієї труби може бути встановлено кілька паралельних трубок меншого діаметру.

Читачі, обізнані про вартість індукційних котлів, звичайно, запідозрили, що у їх конструкції є ще що-небудь. Адже не може теплогенератор, який складається тільки з труби і шматка дроту, коштувати в 2,5 – 4 рази дорожче ТЭНового аналога. Щоб нагрів був досить інтенсивним, через котушку потрібно пропускати не звичайний струм з міської мережі з частотою 50 Гц, а високочастотний, тому індукційний котел оснащується випрямлячем і інвертором.

Випрямляч перетворює змінний струм у постійний, потім він подається на інвертор – електронний модуль, що складається з пари ключових транзисторів і керуючої схеми. На виході інвертора струм знову стає змінним, тільки з набагато більшою частотою. Такий перетворювач є не у всіх моделях індукційних котлів, деякі з них все-таки працюють на частоті 50 Гц. Однак, застосування високочастотного змінного струму дозволяє значно зменшити розміри пристрою.

Індукційні котли опалення: пристрій, принцип роботи та способи виготовлення своїми руками

Принцип електромагнітної індукції

В різних описах автори вказують на схожість індукційного котла з трансформатором. Це цілком справедливо: котушка з дроту грає роль первинної обмотки, а труба з теплоносієм – замкнутої накоротко вторинної обмотки і одночасно магнітопровода.

Чому ж тоді трансформатор не гріється? Справа в тому, що магнітопровід трансформатора виконаний не з цілісного елемента, а з безлічі ізольованих один від одного пластин. Але навіть ця міра не здатна повністю запобігти нагрівання. Так, наприклад, в магнітопроводі трансформатора напругою 110 кВ в режимі холостого ходу виділяється ні багато ні мало 11 кВт тепла.

Індукційний електричний котел опалення своїми руками

Зробивши індукційний котел самостійно, ви заощадите значну суму, так що спробувати варто. Ось що нам знадобиться:

  • Товстостінна поліпропіленова труба з внутрішнім діаметром 50 мм.
  • Дві муфти того ж діаметру і два перехідники з 50 мм на діаметр існуючої опалювальної системи.
  • Паяльник для зварювання поліпропілену.
  • Сталева або капронова дрібнопористі сітка.
  • Нержавіюча дріт діаметром 7 мм
  • Інвертор від найдешевшого зварювального апарату з струмом зварювання 15 або вище і можливістю плавного регулювання.
  • Мідний емальований провід перетином від 2 кв. мм (за 1 кв. мм на кожні 8 струму).

Далі діємо наступним чином:

  • З сітки акуратно вирізаємо два кола діаметром, що відповідає зовнішньому діаметру пластикової труби.
  • Трубу і муфту необхідно розігріти на паяльнике. Потім потрібно швидко укласти на торець труби коло з сітки, а слідом надіти муфту.
  • Розгорнувши поліпропіленову трубу вертикально сіткою вниз, її необхідно заповнити шматками нержавіючої дроту довжиною 40 – 50 мм.
  • Коли труба буде заповнена, вільний її кінець необхідно встановити другу муфту з сіткою. Обидві сітки потрібні для утримання дроту всередині «котла».
  • У муфти також за допомогою паяльника встановлюємо перехідники на потрібний нам діаметр.
  • Залишається намотати на трубу 90 витків емальованого мідного дроту і підключити отриману котушку до інвертора.
  • Після включення пристрою в мережу дріт всередині почне нагріватися, а разом з нею і теплоносій.

    Приклади конструкцій саморобних варіантів

    Зробити саморобний індукційний котел опалення можна і дещо по-іншому. У видозміненій конструкції нагрівачем буде виступати сталева труба, по якій тече теплоносій (як і в моделях заводського виготовлення). На підлозі слід міцно закріпити (приклеїти або замонолитить в стяжку) вертикально встановлену гільзу з пластикової труби великого діаметру.

    Індукційні котли опалення: пристрій, принцип роботи та способи виготовлення своїми руками

    Саморобний індукційний нагрівач

    Введення труби від контуру опалення в гільзу здійснюємо через бічний отвір в нижній частині, далі – вертикальний ділянку, яка за вихід з гільзи під’єднуємо до входу в опалювальний контур. Провід-індуктор намотуємо на гільзу. Цей варіант саморобної котла має менший гідравлічний опір, ніж вищеописаний.

    Виготовляють котли з тороїдальної обмоткою, які є найбільш ефективними. Для створення такої моделі треба з труби виконати кільце (можна з’єднати зварюванням два напівкруглих відрізка), яка буде грати роль сердечника-нагрівача. Провід намотується на пластиковий корпус. Останній бажано обклеїти теплоізоляцією.

    Особливості установки і експлуатації

    Індукційні котли опалення: пристрій, принцип роботи та способи виготовлення своїми рукамиПам’ятайте, що обмотка котла буде викликати нагрів будь-якого металевого елемента, який опинився у випромінюваному нею магнітному полі.

    Тому пристрій слід розміщувати не ближче 80 см від підлоги або стелі і хоча б в 30-ти см від стін і інших приладів.

    Для забезпечення належного тепловідведення робоча середовище має перекачуватися циркуляційним насосом, природної циркуляції може виявитися недостатньо.

    Особливо це стосується варіанту з нагрівачем у вигляді дротяних обрізків.

    Перед його включенням необхідно переконатися в наявності теплоносія – якщо пристрій запустити «в суху», поліпропіленова труба швидко розплавиться.

    Відгуки

    Дане обладнання особливої популярності поки що не набуло. Багато хто вважає таку покупку невиправданою, адже Теновий котел коштує набагато дешевше.

    Індукційний котел потужністю 7,5 кВт можна придбати за 9,2 тис. руб., в той час як індукційний на 5 кВт обійдеться в 40 тис. руб.

    Як видно з прикладу, ціна на індукційний котел опалення і правда, висока.

    Так, Тени іноді перегорають, але коштує такий елемент всього 1 тис. руб., а що стосується клопоту з заміною через різницю в 31 тис. можна і повозитися.

    Деякі переваги індукційних котлів в порівнянні з Теновими користувачі вважають уявними. Так, наприклад, Тенові котли зовсім не втрачають 40% потужності через 4 роки експлуатації, як запевняють продавці індукційних котлів. Не дуже-то вони страждають і від накипу, адже в системі опалення використовується, як правило, знесолена вода.

    Що ж маємо в сухому залишку? Деякі переваги у індукційних котлів все ж є. Насамперед, знавці відзначають їх «захист від ударів»: агрегатам не страшні потрапляння блискавки і навіть така неприємність, як отгорание нульового проводу на підстанції. До переваг можна віднести і значну площу контакту теплоносія з нагрівачем, яка в тисячі разів перевищує аналогічний параметр для Тенових котлів.

    Відповідно, збільшується швидкість нагріву робочої середовища. Приваблює і те, що нічого не потрібно встановлювати всередину теплообмінника. А раз не порушується його цілісність – означає і протікання виключені.

    Слід враховувати, що воду в системі опалення. Ось що пише один з користувачів: «Взимку часто доводиться надовго їхати з дому. Воду залишати в системі опалення не можна – розірве, а використовувати антифриз не було можливості, так як для ТЭНового котла, який у мене на той момент стояв, підходить тільки спеціальна його різновид. Систему щоразу доводилося дренувати, а за повернення – знову заповнювати. Поміняв котел на індукційний – тепер можу заливати в систему хоч олія, хоч антифриз будь-якої марки і складу – котлу все одно».

    Відео на тему

    Сподобалася стаття? Поділитися з друзями: