Индукционный котел отопления своими руками

Устройство и принцип работы котла

При пропускании электрического тока через токопроводящий материал в последнем происходит выделение тепла, мощность которого прямо пропорциональна силе тока и его напряжению (закон Джоуля – Ленца). Вызвать протекание тока в проводнике можно двумя способами. Первый состоит в его непосредственном подключении к источнику электричества. Этот способ будем называть контактным.

Второй – бесконтактный – был открыт Майклом Фарадеем в начале19-го века. Ученый выяснил, что при изменении параметров магнитного поля, пересекающего проводник, в последнем появляется электродвижущая сила (ЭДС). Это явление получило название электромагнитной индукции. Где есть ЭДС – там будет и электроток, а значит и нагрев, причем в данном случае – бесконтактный. Такие токи называют наведенными или вихревыми или токами Фуко.

Индукционный котел отопления – принцип работы

Вызвать электромагнитную индукцию можно по-разному. Проводник можно перемещать или вращать в постоянном магнитном поле, как это делается в современных электрогенераторах. А можно менять параметры самого магнитного поля (интенсивность и направление силовых линий), оставляя при этом проводник неподвижным.

Подобные манипуляции с магнитным полем стали возможными благодаря еще одному открытию. Как выяснил Ханс-Кристиан Эрстед в 1820-м году, намотанный в виде катушки провод при подключении к источнику тока превращается в электромагнит. Меняя параметры тока (силу и направление), мы добьемся изменения параметров генерируемого данным устройством магнитного поля. При этом в проводнике, находящемся в этом поле, будет возникать электрический ток, сопровождающийся нагревом.

Ознакомившись с этим несложным теоретическим материалом, читатель наверняка уже представил себе в общих чертах устройство индукционного котла отопления. Действительно, он имеет довольно простую конструкцию: внутри экранированного и теплоизолированного корпуса имеется труба из особого сплава (можно использовать и сталь, но характеристики при этом будут чуть хуже), установленная в гильзе из диэлектрического материала; на гильзу в виде катушки намотана медная шина, подключаемая к электросети.

Котел индукционный после монтажа

Посредством двух патрубков труба врезается в систему отопления, в результате чего по ней будет протекать теплоноситель. Переменный ток, протекающий через катушку, создаст переменное магнитное поле, которое в свою очередь наведет вихревые токи в трубе. Вихревые токи обусловят нагрев стенок трубы и частично теплоносителя по всему объему, заключенному внутри катушки. Для более быстрого нагрева вместо одной трубы может быть установлено несколько параллельных трубок меньшего диаметра.

Читатели, осведомленные о стоимости индукционных котлов, конечно, заподозрили, что в их конструкции имеется еще что-нибудь. Ведь не может теплогенератор, состоящий только из трубы и куска провода, стоить в 2,5 – 4 раза дороже ТЭНового аналога. Чтобы нагрев был достаточно интенсивным, через катушку нужно пропускать не обычный ток из городской сети с частотой 50 Гц, а высокочастотный, поэтому индукционный котел оснащается выпрямителем и инвертором.

Выпрямитель превращает переменный ток в постоянный, затем он подается на инвертор – электронный модуль, состоящий из пары ключевых транзисторов и управляющей схемы. На выходе инвертора ток снова становится переменным, только с уже гораздо большей частотой. Такой преобразователь имеется не во всех моделях индукционных котлов, некоторые из них все-таки работают на частоте в 50 Гц. Однако, применение высокочастотного переменного тока позволяет значительно уменьшить размеры устройства.

Принцип электромагнитной индукции

В различных описаниях авторы указывают на сходство индукционного котла с трансформатором. Это вполне справедливо: катушка из провода играет роль первичной обмотки, а труба с теплоносителем – замкнутой накоротко вторичной обмотки и одновременно магнитопровода.

Почему же тогда трансформатор не греется? Дело в том, что магнитопровод трансформатора выполнен не из цельного элемента, а из множества изолированных друг от друга пластин. Но даже эта мера не способна полностью предотвратить нагрев. Так, например, в магнитопроводе трансформатора напряжением 110 кВ в режиме холостого хода выделяется ни много ни мало 11 кВт тепла.

Как сделать индукционный котел отопления своими руками для отопления дома

«Индукционники» различной производительности в свободном доступе представлены на рынке климатической техники, но стоимость их существенно завышена. Это вынуждает умельцев собирать отопители из доступных компонентов. Чтобы не паять сложные электронные схемы, делают индукционные котлы отопления своими руками из инверторов, сварочного аппарата или кухонных плит, работающих на принципе индукции.

Из индукционной плитки

Обычный кухонный прибор можно использовать для создания электрокотла. У мастера есть 2 способа, как реализовать проект. Тем, кто не хочет вникать в тонкости процесса и создавать сложные конструкции, подойдет использование электроприбора по прямому назначению. Для этого на него устанавливают закрытую нагревательную емкость со входным и выходным патрубками. Последние подключают к отопительному контуру, а нагрев будет происходить аналогично кипячению воды в кастрюле.

Второй способ более сложен в реализации. Для этого придется прибор полностью разобрать и извлечь необходимые элементы. Мастеру понадобятся медный сердечник для изготовления катушки и блок управления для питания силовой части. Однако такой прием имеет несколько недостатков:

Подбор величины индукции самодельной конструкции. Мастеру понадобится опытным путем определить количество витков, соответствующее оптимальному. Только в этом случае работа будет максимально эффективной.
Несоответствие системы управления. Контроллер плитки не рассчитан на работу в составе котловой автоматики. Он будет по времени отключать нагрев, даже если теплоноситель не достиг заданной температуры.

Из инвертора

Преобразователь постоянного напряжения в переменное может служить источником высокочастотного сигнала для сборки «индукционника». Прибор подбирают или изготавливают соответствующей мощности, способной генерировать достаточное количество тепла. Мастеру также понадобится первичная катушка и блок конденсаторов.

Обмотку изготавливают из медной трубы или проволоки в керамической изоляции. В первом случае по катушке можно пустить воду для охлаждения и дополнительного отбора тепла. Элемент сворачивают вокруг цилиндра подходящего диаметра. В зависимости от мощности прибора понадобится не менее 5-6 витков. Края катушки подключают к блоку конденсаторов и инвертору напряжения.

С питанием от сварочного аппарата

Функцию частотного генератора может выполнять современный сварочный агрегат. Он способен генерировать ток с частотой 20-50 кГц, что отлично подходит для создания «индукционника». Последовательность изготовления:

К отрезку пластиковой трубы диаметром 2 дюйма и длиной 0,6 м приклеивают полоски текстолита, на которые наматывают обмотку из 50-100 витков медной проволоки в эмалевой изоляции. Между отдельными кольцами оставляют не менее 5 мм.
В трубу насыпают куски нержавеющей проволоки.
С двух концов припаивают полипропиленовые переходники размером, соответствующим присоединительным фитингам отопительного контура.
Обмазывают катушку эпоксидкой для обеспечения надежной электроизоляции.
Края обмотки подключают к выводам сварочного инвертора. Их необходимо сделать самостоятельно, подключив проводники в точки, где напряжение еще не выпрямлено.
Все элементы устанавливают в шкаф, который закрепляют на стене. Выполняют все необходимые подключения.

Для автоматизации процесса нагрева можно подключить сварочный аппарат через силовое реле или контактор, управляемые термостатом. Такая связка позволит включать и отключать агрегат при достижении заданных температур.

Принцип работы устройства

Прежде чем приступить к созданию индукционного агрегата, важно ознакомиться с тем, как это устройство функционирует:

вода поступает в котел по входному патрубку;
активируется инвертор и начинает подавать высокочастотный ток;
сердечник и в дальнейшем весь нагревательный элемент формируют тепло за счет вихревых потоков;
образуемая энергия посредством гидростатического давления передается через выходящий патрубок в отопительную систему.

Итак, индукционный котел представляет собой непрерывную цепь устройств, плотно соединенных друг с другом и обеспечивающих непрерывную работу оборудования за счет постоянного внутреннего давления. При этом в качестве теплоносителя в индукционном котле могут использоваться вода, масло, антифриз и любая нефтяная основа. В домашних условиях проще всего изготовить агрегат средней мощности, который будет аккумулировать тепло посредством нагрева воды до нужной температуры.

Особенности конструкции и эксплуатации

Индукционный котел может генерировать тепло и тепло в окружающей среде благодаря электромагнитной индукции. Это физическое явление было обнаружено Фарадеем во время его экспериментов с цилиндрическим магнитным стержнем, вокруг которого была намотана медная проволока.

Устройство индукционного блока

Современный котел индукционного нагрева также включает индуктор и сердечник. Когда через катушку проходит переменный электрический ток, создается электромагнитное поле.

Поле генерирует вихревые электрические токи, которые нагревают сердечник, от которого тепло передается теплоносителю. Количество этого тепла определяется формулой Джоуля-Ленца.

Котел индукционного нагрева представляет собой сложный многокомпонентный агрегат. Чтобы лучше понять принцип работы индукционного устройства, стоит вспомнить школьный курс физики

Котел индукционного нагрева состоит из двух основных частей. В одном из них, состоящем из катушки и сердечника, создается магнитное поле. Вторая часть – теплообменник с рабочим телом (теплоносителем).

Функцию теплоносителя выполняет обычная вода или смесь воды с этиленгликолем. Возможно использование других жидкостей, выбор которых зависит от конкретной модели котла.

Система отопления с индукционным котлом всегда подключена к замкнутому контуру. В схему подключения также входит мембранный бак, который необходим для приема лишней воды, возникающей из-за ее теплового расширения. Если такой бак не входит в комплект поставки, его необходимо приобретать отдельно.

Специфика использования в отопительных контурах

Индукционные котлы предназначены для работы в системе с принудительной циркуляцией. Поэтому на схеме подключения обязательно должен быть циркуляционный насос, стимулирующий движение рабочей жидкости по контуру отопления.

Такая необходимость обусловлена относительно небольшими объемами теплообменников: из-за быстрого нагрева вода внутри них закипает быстрее, чем гравитационная циркуляция.

Индукционные котлы поставляются в комплекте с пультом дистанционного управления, предназначенным для автоматизации работы систем отопления

В многоконтурных системах циркуляционные насосы устанавливаются на каждый контур. Если в доме есть система теплых полов, в комплектацию обязательно должны входить распределительный коллектор и дополнительный насос.

Система управления котлом включает в себя, помимо термостата и датчиков температуры, так называемую группу безопасности, предназначенную для предотвращения перегрева, избыточного давления и прочности на разрыв деталей.

В группу безопасности обычно входят манометр, воздухозаборники и предохранительные клапаны. Защита от перенапряжения сделана с использованием автоматических компонентов. Соединение отдельных частей увеличивает их защиту. Компоненты безопасности обеспечивают безопасную и бесперебойную работу котла.

Схема сборки системы индукционного котла отопления должна включать в себя расширительный бак и группу безопасности, предотвращающую превышение давления в замкнутом контуре

Бытовые индукционные котлы в зависимости от номинальной мощности работают с напряжением 220 В или 380 В с частотой тока 50 Гц электрический бойлер для подключения к сети необходимо будет проинформировать местную энергетическую компанию (поставщика электроэнергии) и получить ее разрешение.

Подключение может быть однофазным или трехфазным. Провода, используемые для подключения блока питания, должны иметь соответствующее сечение.

В индукционных приборах нагрев регулируется путем его циклического включения и выключения. Этому процессу способствуют датчики температуры (термопары), включенные в систему управления.

Индукционный котел в разрезе, показывающий направление движения теплоносителя. В холодном состоянии теплоноситель поступает через нижний патрубок и после нагрева подается через верхний патрубок в систему отопления

Пользователь устанавливает оптимальный температурный режим, и котел после нагрева теплоносителя до определенной температуры автоматически отключается, а после охлаждения снова включается.

Благодаря непрерывному циклу нагрева теплоносителя в отапливаемых помещениях поддерживается комфортный микроклимат. Во многих моделях отображаются данные о температуре и другие рабочие параметры, что упрощает контроль работы оборудования.

В качестве опции котлы индукционного нагрева оснащаются модулями GSM для контроля температуры в помещении и управления с помощью смартфона из любой точки мира, где есть подключение к Интернету. По возвращении из отпуска или командировки есть возможность заранее включить отопление и подготовить дом к приезду

Достоинства и недостатки индукционного котла

Индукционные котлы обладают следующими достоинствами:

Высокий КПД;
Отсутствие расходных элементов, надежность конструкции;
Малые габаритные размеры;
Простота монтажа и эксплуатации;
Высокая скорость нагрева;

Котлы индукционного типа имеют коэффициент полезного действия до 99 %, превосходящий КПД ТЭНовых и электродных агрегатов. Экономичность котла в 20 – 30 %, заявляемая производителями, противоречит принципам закона сохранения энергии.

Но некоторая экономия все же может быть достигнута за счет отсутствия накипи. Дело в том, что сердечник при воздействии электромагнитной индукции не только нагревается, но и приобретает устойчивую микровибрацию. Образование отложений и накипи в таких условиях практически невозможно.

В ТЭНовых и электродных котлах образование накипи – стабильный постоянный процесс. Известковые отложения имеют определенное термическое сопротивление и снижают коэффициент теплопередачи от нагревательного элемента к теплоносителю. Накипь толщиной 0,5 мм ухудшает теплопередачу на 8 – 10 %. В индукционных котлах такое препятствие отсутствует и электрическая энергия расходуется более рационально.

Наличие явления вибрации также позволяет использовать в системе отопления воду даже с высоким содержанием солей жесткости. Вообще в качестве теплоносителя при работе котлов-индукторов может использоваться неподготовленная вода, антифризы, даже масло – то есть отсутствуют требования по химическому составу, которые присущи другим электрокотлам.

Индукционные котлы не имеют в своей конструкции быстроизнашивающихся элементов (ТЭНов, электродов). Срок службы оборудования заявляется в 25 лет (при гарантии в 2 года). Не требуется регулярная замена нагревательных элементов – это снижает расходы на эксплуатацию оборудования.

Бытовые котлы обладают малыми габаритами (высота не превышает 1 метра), могут располагаться в любом помещении. Установка изделия не требует получения каких-либо разрешений, монтаж можно произвести самостоятельно. Обязательным условием монтажа является заземление устройства для предотвращения поражения электрическим током.

О самостоятельном изготовлении котла индукционного типа следует сказать отдельно. Реализация этой задачи возможна при наличии сварочного аппарата и определенных умений. Но обязательным условием является знание электрического оборудования и устройств, ведь для любого сложного оборудования требуется серьезная система безопасности, контроля и управления. Самостоятельная сборка блока управления и систем безопасности не всякому по силам.

Индукционные котлы можно назвать многофункциональными. Их можно использовать не только для отопления, но и для производства горячей воды в режиме проточного водонагревателя.

Каких-либо серьезных недостатков индукционные котлы практически не имеют. Можно лишь отметить, что по отзывам пользователей наблюдаются жалобы на шум изделия при работе. Это вызвано наличием вибрации. Этот негативный фактор в принципе можно устранить – котел следует крепить с амортизирующими вставками (из резины и т.д.), которые будут препятствовать передаче вибрации строительным конструкциям.

Также можно отметить, что серьезную опасность представляет неконтролируемая утечка теплоносителя. При выходе из строя системы контроля протока оборудование будет разрушено и станет неремонтопригодным. И еще один весомый недостаток, присущий всему электрическому отопительному оборудованию – очень высокая стоимость электрической энергии.

Индукционные котлы отопления – качественное и эффективное оборудование с технической точки зрения. По своей конструкции они более совершенны, чем ТЭНовые и электродные электрокотлы. При отсутствии иных энергоносителей, кроме электроэнергии, оборудование этого типа со временем может стать более популярным для отопления частных домов и дач.

(Просмотров 617 , 1 сегодня)

Компоненты индукционного водонагревателя

Самое простое устройство генерации тепла на основе вихревых потоков представляет собой электрический индуктор, который состоит из нескольких обмоток:

первичной;
вторичной.

В первичной обмотке электроэнергия преобразуется в вихревые токи, а затем направляет магнитное поле на вторичную. Далее созданная электромагнитная энергия передается теплоносителю, нагревая его. Вторичная обмотка представляет собой одновременно нагревательный элемент и корпус индукционного котла. Он состоит из:

внешней обмотки;
сердечника;
электроизоляции;
тепловой изоляции.

Работа индукционного нагревателя

Для поступления холодной воды в агрегат и выхода горячей в систему отопления монтируются два патрубка. Для циркуляции жидкости встраивается насос. Перегрев воды при работе отопительной системы не происходит, так как жидкость постоянно циркулирует – подается остывшая, а выводится горячая. Устанавливать такие водонагреватели для обогрева можно практически в любых помещениях. За счет конструкционных особенностей системы снижается вес и размеры нагревательного элемента, а теплоотдача – существенно увеличивается. Теплоноситель в итоге получает около 97-98%% энергии без существенных потерь.

Выбор конструкции обогревательного оборудования

Процессы горения в печах и котлах отопления идентичны, но при этом агрегаты имеют различия в функциональности, поскольку котел отопительный применяется не только для локального прогрева зоны, но и нагрева теплоносителя, транспортируемого по системе отопления дома. Для равномерности передачи тепла необходимо продумать размещение теплообменника, поддерживать постоянное горение топлива для поддержания температуры циркулирующего теплоносителя. Выбирая конструкцию котла, нужно определиться с видом горения.

Различается два варианта – верхний и нижний тип горения:

Нижнее горение. Это агрегаты с дверкой для загрузки в верхней части камеры сгорания, но сам процесс горения происходит снизу. Получается, что верхний слой топлива перемещается вниз по мере сгорания нижних слоев. Вентиляция в таких котлах зависит от типа модели и может осуществляться снизу вверх с помощью вентилятора или естественным путем за счет тяги. Второй вариант не требует подключения к сети электропитания, требует меньший объем загрузки топлива, но не отличается высокой эффективностью.
Верхнее горение. Дверца для закладки топлива также располагается в верхней части камеры сгорания, но агрегаты обязательно оснащаются принудительной тягой с направлением движения воздуха сверху вниз. Дым продвигается вниз топки, смешивается с воздухом и сгорает, попутно прогревая и просушивая топливо, выложенное в нижних слоях.

Проще изготовить дровяной котел своими руками с нижним вариантом горения, где можно обойтись без вентилятора, который нужен для формирования принудительной тяги. В таких агрегатах нет особо сложных узлов, поэтому процесс изготовления и сборки значительно упрощен.

Теперь раз и навсегда, без каких либо регистраций и СМС можно бесплатно скачать 1хБет на Андроид перейдя по активной ссылке и дальше продолжать кайфовать от игры и делать ставки на любимую команду в удобном мобильном приложении.

Второй нюанс, на который нужно обратить внимание – режим горения. Различается обычный режим и пиролизный

Второй вариант предполагает разложение твердого топлива на составляющие и дожиг всех компонентов. Это значит, что сгорит не только уголь или дрова, но и газ, выделяемый в процессе горения. Такая функция снижает затраты на топливо, повышает КПД оборудования, но придется учесть монтаж второй камеры сгорания (дожига), которая увеличит размер котла и потребует расходов на покупку большего количества материалов.

Также в расчет нужно брать тип топлива – уголь, дрова, пеллеты. Тут все зависит от доступности сырья, а качество и длительность горения напрямую зависит от мощности, эффективности сооруженного агрегата.

Выбор в пользу более сложных типов оборудования может сделать мастер с опытом, а для новичка лучше брать простые схемы понятных конструкций. Если расчеты сделаны правильно, подобран нужный объем камеры и учтена вентиляция, то даже простейший агрегат справится с отоплением помещений.

Еще один вариант индукционного котла

Существует еще один вариант создания индукционного котла своими руками. Такие индуктивные котлы отопления, конечно, обойдутся немного дороже, однако эффективность их работы будет выше.

Сделать такой котел будет немного сложнее, чем предыдущий вариант. Вам понадобятся навыки работы со сварочным аппаратом, наличие трехфазного инвертора, который бы желательно крепился стационарно, а также – некоторых инструментов.

Самодельный индукционный котел

Отметим, что конструкция данного варианта индукционного котла будет состоять из двух труб, которые будут вварены друг в друга. Если смотреть со стороны торца, то такая конструкция напомнит вам бублик. Одновременно устройство будет и сердечником, который будет создавать электромагнитное поле, и нагревательным элементом.

Медная обмотка наматывается прямо на корпус котла. Благодаря этому будет достигнута повышенная производительность, сохранятся относительно небольшие размеры и вес устройства. Чтобы подводить и отводить носитель тепла, в индуктор ввариваются специальные патрубки.

Когда вы собираете такие индукционные котлы для отопления дома, следует учитывать несколько рекомендаций и требований к монтажу:

Такое устройство, как индукционный котел, можно монтировать только в закрытые системы отопления, которые оснащены насосом циркуляции.
Прибор может быть монтирован также в такие системы, которые используют пластиковые трубы.
Между системой индукционного отопления и стенами (или же предметами мебели, бытовой техники) должно быть не менее, чем 30 сантиметров свободного места. А от потолка и пола такие устройства размещают на расстоянии 80 сантиметров.

Конечно же, над таким вариантом котла вам придется поработать несколько больше и сложнее, однако эффект, который будет достигнут в дальнейшем, вас порадует. Такой индукционный котел, как показывают отзывы, является действительно производительным устройством, которое способно не только обеспечить вам качественное отопление жилья, но и еще прослужит вам не меньше 25-ти лет без обслуживания.

Самодельный индукционный котел, подключенный к системе отопления

Использование индукционных котлов отопления предоставляет пользователям массу преимуществ. Среди них следует отметить несколько:

Прежде всего, это возможность работать с переменным и постоянным током.
В таком устройстве просто-напросто нет таких нагревательных элементов, которые будут изнашиваться.
Конструкция прибора предельно проста.
Не требуется для установки брать отдельное помещение. Все индукционные котлы относятся к 2-му классу, согласно пожарной безопасности.
Коэффициент полезного действия как самодельных, так и фабричных индукционных котлов, составляет практически 100% (обычно 98-99%). Если сравнивать с традиционными отопительными системами – это просто отличный результат.
Можно использовать несколько типов носителей тепла, при этом индукционный котел не потерпит никакого вреда. Так, можно применять не только воду, но и работать с маслом и антифризом.
Сделать индукционный котел самостоятельно не составит большого труда для вас, а по стоимости это получится очень дешево.

Таким образом, современные индукционные котлы – это устройства, которые относятся к технике нового поколения. Это не только практичные приборы, но и мощные, экономичные. Они способны обогреть не только обычный дачный дом, но и производственное помещение большой площади. При всем при этом – вы не тратитесь на сложный монтаж и обслуживание таких устройств.

5 Безопасность самодельных установок

В процессе эксплуатации самодельные индукционные бойлеры могут нагреваться до высоких температур и без соответствующих систем защиты использовать их становится проблематично. Для повышения безопасности необходимо обеспечить полную герметичность контура, при этом корпус устройства должен быть постоянно заполнен жидкостью. При наличии протечек полимерный корпус будет плохо омывается теплоносителем, что приведет к повышенному нагреву, пластик расплавится, а индукционный нагреватель может просто загореться.

Также небезопасным может быть выпадение нагретых прутков металлического наполнителя из пластикового корпуса отопителя. Это приведет к расплавлению корпуса, а ремонт будет заключаться в демонтаже устройства и выполнении новой колонки. Верхний и нижний патрубок следует закрыть сеткой, которая крепится на хомуты, что исключает ее повреждение и ослабление конструкции.

Индукционные нагреватели воды для отопления получили сегодня популярность у отечественных домовладельцев. Такие устройства одновременно функциональны, позволяют быстро нагревать теплоноситель, справляются с отоплением больших по своей площади частных домов. Они имеют простую конструкцию, что позволяет выполнить их своими руками

Необходимо лишь использовать качественную схему изготовления устройства, в особенности повышенное внимание следует уделить вопросам безопасности, что позволит решить все сложности с теплом и подогревом воды, будучи полностью уверенным в беспроблемной эксплуатации самодельных отопителей