Индукционные отопительные котлы – это приборы, которые отличаются очень высоким КПД. Они позволяют заметно снизить затраты на электроэнергию по сравнению с традиционными приборами, оборудованными ТЭНами.
Модели промышленного производства недешевы. Однако сделать индукционный нагреватель своими руками сможет любой домашний мастер, владеющий нехитрым набором инструментов. Ему в помощь мы предлагаем подробное описание принципа действия и сборки эффективного обогревателя.
Принцип работы индукционного нагревателя
Индукционный нагрев невозможен без использования трех основных элементов:
- индуктора;
- генератора;
- нагревательного элемента.
Индуктор представляет собой катушку, обычно выполненную из медной проволоки, с ее помощью генерируют магнитное поле. Генератор переменного тока используют для получения высокочастотного потока из стандартного потока домашней электросети с частотой 50 Гц.
В качестве нагревательного элемента применяется металлический предмет, способный поглощать тепловую энергию под воздействием магнитного поля. Если правильно соединить эти элементы, можно получить высокопроизводительный прибор, который прекрасно подходит для подогрева жидкого теплоносителя и отопления дома.
Сборка простейшего индукционного нагревателя
Быстрое разогревание вихревыми токами
Обязательный доступ к источнику энергии
Нагрев металлической трубки
Модернизация обычного инвертора
Использование инвертора в качестве генератора
Точки подключения индукционной катушки
Применение индукции в плавке металлов
С помощью генератора электрический ток с необходимыми характеристиками подается на индуктор, т.е. на медную катушку. При прохождении через нее поток заряженных частиц формирует магнитное поле.
Особенность поля состоит в том, что оно обладает способностью на высоких частотах изменять направление электромагнитных волн. Если в это поле поместить какой-нибудь металлический предмет, он начнет нагреваться без непосредственного контакта с индуктором под воздействием созданных вихревых токов.
Отсутствие контакта позволяет сделать потери энергии при переходе из одного вида в другой ничтожными, чем и объясняется повышенный КПД индукционных котлов.
Чтобы подогреть воду для отопительного контура, достаточно обеспечить ее контакт с металлическим нагревателем. Часто в качестве нагревательного элемента используют металлическую трубу, через которую просто пропускают поток воды. Вода попутно охлаждает нагреватель, что значительно увеличивает срок его службы.
Преимущества и недостатки прибора
“Плюсов” у вихревого индукционного нагревателя великое множество. Это простая для самостоятельного изготовления схема, повышенная надежность, высокий КПД, относительно низкие затраты на электроэнергию, длительный срок эксплуатации, малая вероятность возникновения поломок и т.п.
Производительность прибора может быть значительной, агрегаты этого типа успешно используются в металлургической промышленности. По скорости нагрева теплоносителя устройства этого типа уверенно соперничают с традиционными электрическими котлами, температура воды в системе быстро достигает необходимого уровня.
Во время функционирования индукционного котла нагреватель слегка вибрирует. Эта вибрация стряхивает со стенок металлической трубы известковый осадок и другие возможные загрязнения, поэтому в очистке такой прибор нуждается крайне редко. Конечно, отопительную систему следует защитить от этих загрязнений с помощью механического фильтра.
Постоянный контакт с водой сводит к минимуму и вероятность перегорания нагревателя, что является довольно частой проблемой для традиционных котлов с ТЭНами. Несмотря на вибрацию, котел работает исключительно тихо, дополнительная шумоизоляция в месте установки прибора не понадобится.
Еще индукционные котлы хороши тем, что они практически никогда не протекают, если только монтаж системы выполнен правильно. Это очень ценное качество для электрического отопления, так как исключает или значительно сокращает вероятность возникновения опасных ситуаций.
Отсутствие протечек обусловлено бесконтактным способом передачи тепловой энергии нагревателю. Теплоноситель с помощью описанной выше технологии можно разогреть чуть ли не до парообразного состояния.
Это обеспечивает достаточную тепловую конвекцию, чтобы стимулировать эффективное перемещение теплоносителя по трубам. В большинстве случаев отопительную систему не придется оборудовать циркуляционным насосом, хотя все зависит от особенностей и схемы конкретной системы отопления.
Иногда циркуляционный насос необходим. Установить прибор относительно несложно. Хотя для этого понадобятся некоторые навыки монтажа электроприборов и отопительных труб. Но есть у этого удобного и надежного прибора ряд недостатков, с которыми также следует считаться.
Например, котел греет не только теплоноситель, но и все окружающее его рабочее пространство. Нужно выделить для такого агрегата отдельное помещение и удалить из него все посторонние предметы. Для человека длительное пребывание в непосредственной близости от работающего котла также может быть небезопасным.
Для работы прибора необходима электроэнергия. В местностях, где свободный доступ к этому благу цивилизации отсутствует, индукционный котел будет бесполезен. Да и там, где наблюдаются частые перебои с электричеством, он продемонстрирует невысокую эффективность. При неосторожном обращении с прибором может произойти взрыв.
Если перегреть теплоноситель, он превратится в пар. В результате давление в системе резко возрастет, чего трубы просто не выдержат, их разорвет. Поэтому для нормальной работы системы прибор следует снабдить как минимум манометром, а еще лучше – устройством аварийного отключения, терморегулятором и т.п.
Все это может заметно повысить стоимость самодельного индукционного котла. Хотя прибор и считается практически бесшумным, это не всегда так. Некоторые модели в силу разных причин могут все же издавать некоторые шумы. Для устройства, выполненного самостоятельно, вероятность такого исхода возрастает.
Шаги изготовления самоделки
Сделать такое устройство самостоятельно не так уж сложно. Для этого понадобится:
- Изготовить нагревательный элемент.
- Сделать катушку индуктора из медной проволоки.
- Взять готовый генератор переменного тока.
- Присоединить нагреватель с катушкой к системе отопления.
- Подключить катушку к генератору.
- Подвести электропитание к системе.
- Сделать пробный запуск, чтобы проверить работу агрегата.
В промышленных моделях в качестве нагревателя используется металлическая труба с толстыми стенками, но обеспечить достаточную мощность самодельного устройства, чтобы разогреть такой элемент, очень сложно и большого смысла не имеет. Индукционная катушка способна разогреть любой металл, поэтому нагреватель можно модифицировать.
В качестве корпуса для индукционного нагревателя из сварочного инвертора используют отрезок пластиковой трубы. Он должен быть немного больше в диаметре, чем трубы отопления. Длина трубы для нагревателя может составлять примерно один метр, внутренний диаметр можно варьировать в пределах 50-80 мм.
Для подключения нагревателя к системе следует установить переходники в нижней и верхней части корпуса. Нижнюю часть трубы нужно закрыть решеткой, затем внутрь корпуса кладут наполнитель, состоящий из небольших частичек металла. Получить наполнитель можно, пример, из проволоки, прутка, узкой металлической трубы и т.п.
Длину отрезков можно варьировать произвольно. Чаще всего для этого используют стальную проволоку диаметром 6-8 мм, которую просто нарезают небольшими кусочками. Некоторые мастера рекомендуют нарезать ее длинными прутьями, примерно по 90 см, т.е. почти по длине нагревателя.
Чем выше магнитное сопротивление стали, из которой изготовлена проволока, тем лучше она будет нагреваться. В зависимости от размеров этих кусочков подбирается и защитная сетка, которую монтируют внизу корпуса. Наполнитель засыпают или укладывают в трубу до самого верха. После этого верхнюю часть также закрывают сеткой.
Таким образом, самодельный нагреватель для индукционного котла выглядит как толстая пластиковая труба, набитая кусочками металла и закрытая с двух сторон сеткой. Сверху и снизу нагреватель имеет переходники для подключения к отопительному контуру. Полимерная труба для нагревателя должна иметь достаточно толстые стенки.
Кроме того, любой пластик для этих целей не подойдет, материал должен переносить воздействие довольно сильного нагрева и при этом не выделять в атмосферу или в теплоноситель никаких опасных веществ. Теперь следует изготовить индукционную решетку. Для этого берут медную проволоку и наматывают ее прямо на корпус нагревателя.
Чем больше витков проволоки, тем лучше. Считается, что у индукционной катушки должно быть не менее 90 витков. Индуктор наматывают на трубу очень плотно, между витками не должно быть никакого зазора.
Для обмотки подойдет медный изолированный провод на 1-1,5 мм. Более толстый кабель здесь не нужен, поскольку он и работы по обмотке затруднит, сложнее будет расположить витки вплотную.
Наличие зазоров может привести к возникновению шума из-за вибрации, которой сопровождается работа такого агрегата. Со временем такая ситуация может привести к разрушению изоляции, что вызовет межвитковое замыкание.
Сверху и снизу помимо переходников следует установить запорные краны. Они нужны, чтобы обеспечить возможность при необходимости перекрыть воду в отопительном контуре.
При установке нагревателя следует помнить, что его нижний конец должен быть направлен к обратке, трубы, предназначенной для сбора остывшего теплоносителя в двухтрубной отопительной системе. Самый простой способ обзавестись генератором переменного поля – взять инвертор от сварочного аппарата.
Контакты индукционной катушки присоединяют к полюсам инвертора. Как только к агрегату подведут электропитание и включат его в сеть, самодельный индукционный котел начнет работать.
Для изготовления такого устройства подойдет даже недорогой сварочный аппарат, например, модель китайского производства, которая позволяет регулировать силу тока, начиная с уровня в 10 А. Возле переходника на подаче следует установить датчик терморегулятора. Подключение сварочного инвертора выполняется через этот терморегулятор.
На выходах необходимо поставить выпрямительные диоды. Для этого придется вскрыть корпус сварочного аппарата и припаять к выходу проводники, затем присоединить их к диодам. Если выполнить подключение без диодов, напрямую, то на обмотку поступит ток с выпрямленным напряжением, и катушка будет работать как электромагнит, а не как индуктор.
В некоторых современных сварочных аппаратах имеется датчик касания, который запускает работу в момент, когда электрод касается рабочей поверхности. Этот момент необходимо учесть, чтобы датчик либо срабатывал в нужный момент, либо не влиял на работу самодельного котла.
Если с переделкой сварочного аппарата у неопытного мастера возникают проблемы, ему лучше обратиться за профессиональной консультацией.
Если все сделано правильно, сварочный аппарат в будущем можно использовать по прямому назначению. Нужно будет отпаять проводники с диодами и произвести обратную сборку. Под воздействием высокочастотного переменного тока индукционная катушка создаст магнитное поле.
Металл, находящийся внутри полимерного корпуса начнет нагреваться и передавать тепло воде, которая циркулирует по отопительному контуру. На разогрев теплоносителя устройству понадобится всего несколько минут.
Место для индукционного нагревателя следует правильно выбрать. Агрегат должен располагаться на 800 мм ниже уровня потолка, а от стен и предметов мебели его должно отделять минимум 300 мм.
Несколько слов о безопасности
Самодельные индукционные котлы обычно не снабжены системами контроля и защиты, что делает их небезопасными. Поэтому перед включением агрегата необходимо убедиться, что полость корпуса заполнена жидким теплоносителем.
Если полимерный корпус нагревателя будет подвергаться постоянному нагреву без омывания теплоносителем, он просто расплавится, иногда это приводит не только к деформации нагревателя, но и к его полному повреждению.
Опасным может быть и выпадение раскаленного металлического наполнителя из расплавившегося корпуса. В этом случае придется почти полностью демонтировать устройство и сделать для него новый нагревательный элемент.
Подключение к электропитанию следует выполнять по отдельному кабелю, проведенному от щитка. Разумеется, необходимо тщательно закрыть изоляцией все контакты. Инвертор сварочного аппарата также необходимо заземлить, это важный момент для обеспечения безопасности.
При этом понадобится кабель сечением не менее четырех миллиметров. Некоторые специалисты рекомендуют отдать предпочтение шестимиллиметровому кабелю. Чтобы предотвратить перегрев самодельного индукционного нагревателя из-за отсутствия в системе воды, рекомендуется установить на входе в нагреватель клапан избыточного давления.
Самодельное устройство этого типа, не снабженное специальными средствами защиты, это потенциально опасный объект, который требует постоянного контроля. Поэтому стоит потратить немного больше денег, но приобрести необходимые устройства.
При этом не помешает оценить затраты, возможно, покупка готового индукционного котла обойдется не намного дороже. Промышленные устройства обычно снабжены всей необходимой защитой.
Особенности и пошаговая технология изготовления еще одного варианта самодельного индукционного котла для системы отопления приведены здесь.
Выводы и полезное видео по теме
Ролик #1. Обзор принципов индукционного нагрева:
Ролик #2. Интересный вариант изготовления индукционного нагревателя:
Для установки индукционного нагревателя не нужно получать разрешение контролирующих органов, промышленные модели таких устройств вполне безопасны, они подходят и для частного дома, и для обычной квартиры. Но владельцам самодельных агрегатов не следует забывать о технике безопасности.
Комментируйте, пожалуйста, предложенный нами к ознакомлению материал. Задавайте вопросы по интересным или неясным моментам. Возможно, у вас есть собственный опыт в сооружении или в установке индукционного котла? Рассказать и разместить уникальные фото вы можете в блоке для комментариев, расположенном ниже.