Индукционный нагреватель: достоинства и недостатки
У индукционных электронагревателей имеются следующие сильные стороны:
| Вихревые токи помимо тепла генерируют еще и вибрацию, которая препятствует оседанию накипи на стенках нагревательного элемента. Вследствие этого индукционные котлы не требуют очистки. | |
| Нагревательный элемент такого котла представляет собой обычную трубу, которая разогревается вихревыми токами. В условиях перманентной циркуляции теплоносителя по трубе, она физически не может перегореть. В отличие, например, от традиционного электрического ТЭНа. Как следствие, ремонт или замена нагревательному элементу вряд ли потребуются. | |
| Даже сделанный своими руками вихревой генератор тепла герметичен. Подогрев теплоносителя происходит внутри цельнометаллического нагревательного элемента. При этом энергия транслируется нагревателю дистанционно через электромагнитное поле. Благодаря отсутствию разъемных соединений в индукционных котлах полностью исключены протечки. | |
| Индукционный котел практически бесшумный, хотя нагревательный элемент при работе может вибрировать. Но частота таких вибраций очень далека от диапазона воспринимаемых человеческим ухом звуковых волн. | |
| Конструкция обогревателя собирается из доступных и недорогих деталей, поэтому готовый прибор имеет очень низкую себестоимость. | |
| Индукционная схема нагрева воды очень эффективна, долговечна и надежна. Она позволяет даже отказаться от установки в систему циркуляционного насоса: теплоноситель будет циркулировать по трубам под действием тепловой конвекции, нагреваясь на выходе из котла практически до парообразного состояния. |
Однако, индукционный нагреватель не лишен и недостатков:
| Электромагнитное поле увеличивает температуру не только нагревательного элемента, но и других объектов окружающего пространства, в том числе и тканей тела человека. Поэтому для собственной безопасности нужно держаться от такого устройства как можно дальше. | |
| Прибор во время работы потребляет электричество, а это достаточно дорогой источник энергии. | |
| Теплоотдача нагревателя столь высока, что всегда сохраняется риск детонации прибора вследствие перегрева теплоносителя. Снизить риск подобного развития событий можно установкой датчика давления. |
Как сделать вихревой индукционный нагреватель своими руками
Порядок сборки индукционного нагревателя такой:
| 1. Берется толстостенная полимерная труба, к торцам корой монтируются два вентиля для присоединения разводки. При этом обратка должна оказаться снизу. | |
| 2. Перед установкой верхнего вентиля в трубу засыпается рубленая металлическая проволока, которая заполняет все внутреннее пространство. Рекомендуемый диаметр проволоки — 5-6 мм, длина рубленых отрезков произвольная. | |
| 3. Вокруг трубы наматывается медная проволока (не менее 90 витков). |
Вот и все, два компонента системы готовы: это индуктор — катушка из медной проволоки, и нагревательный элемент — полимерная труба, заполненная обрезками проволоки. Дело за малым — подключить их к генератору и наслаждаться результатом.
Самый доступный и дешевый генератор для индукционного нагревателя — сварочный инвертор. Медная проволока просто соединяется с его полюсами, и котел начинает работать в режиме высокочастотного переменного тока. При этом индуктор излучает электромагнитное поле, вихревые токи раскаляют обрезки проволоки, и вода в полимерной трубе закипает буквально за секунды, давая старт тепловой циркуляции в разводке.
Безусловно, индукционный нагреватель, собранный из сварочного инвертора и полимерной трубы, заполненной обрезками проволоки, вряд ли будет работать очень эффективно. Однако даже с помощью такого нагревательного прибора можно отапливать достаточно большие площади
Учитывая, что агрегат самодельный, обращаться с ним нужно очень осторожно, строго следуя рекомендациям по безопасному использованию.
Водяной котел с трансформатором
Для начала достаньте или купите недорогой сварочный инвертор (трансформатор) с регулировкой тока на 18-25 ампер. В качестве элементов для нагрева воды в водонагревателе применяют небольшие обрезки катанки или нержавеющей стали. Проволоку нарезают кусками длиной от 3,8 до 5,5 см (если используется катанка диаметром 6-8 мм). Затем из толстостенной пластиковой трубы диаметром 45-50 мм делают корпус нагревателя. Один конец этого отрезка трубы закрывают мелкой, ячеистой сеткой и засыпают со свободного открытого конца корпуса нарезанную проволоку.
схема устройства индукционного нагревателя.
Заполнив трубу обрезками доверху, приступают к изготовлению катушки индуктора. Берут эмалированный медный провод не менее 1,5-2 мм и наматывают вокруг сделанного корпуса. Количество витков колеблется (в зависимости от ампеража сварочного индуктора) и составляет 85-95. Катушку располагают по центру корпуса (трубы с обрезками). К системе водоснабжения или сети отопления нагреватель подсоединяют с помощью переходников.
Чтобы сделать на основе полученного нагревателя вихревой индукционный котел-водонагреватель, надо сварить из двух труб напоминающую бублик конструкцию. Это нагревательный элемент для воды. Берут любой подходящий по диаметру бак и вставляют в него входной (в верхней части бака) и выходной патрубки для воды. В этот корпус вставляют сделанную ранее индукционную катушку. Затем присоединяют нагреватель (бублик) к патрубкам так, чтобы он проходил внутри индуктора строго по центру. Изолируют выходные концы катушки и подсоединяют к трансформатору. Чтобы тепло не покидало водонагреватель, его покрывают теплоизоляционным экраном.
Вода, проходя внутри катушки по трубам, нагревается и из выходного патрубка выходит в горячем виде.
Надо помнить, что такой котел можно применять в закрытых системах отопления, с циркуляцией воды с помощью насоса.
Такой индукционный котел-водонагреватель можно подсоединять и к системе, выполненной из пластиковых труб. С целью обеспечения безопасности котел устанавливают на расстоянии 80-90 см от пола и потолка и на 30-40 см от стены. Данный водонагреватель надо оснастить установленным на патрубке клапаном для сброса воздуха из системы. Подобный котел можно применить и как обогреватель небольшого помещения, добавив радиатор отопления.
Разновидности индукционных котлов
Существуют следующие разновидности нагревательных котлов индукционного типа, обозначаемые как по принципу действия, так и по марке производителя:
- SAV – разновидность и одновременно торговая марка котлов нового поколения мощностью от 2,5 до 100 кВт, с 2007 г. выпускаемых российской компанией ЗАО НПК «ИНЭРА»;
- ВИН — аббревиатура является не только сокращением названия вида индукционных устройств (вихревые индукционные нагреватели), но и запатентованным названием котлов, производимых ижевской компанией «Альтернативная энергия».
Индукционные обогреватели SAV
Эксплуатация агрегатов SAV не требуют использования инвертора, на индуктор подаётся ток частотой 50 Гц. Индуцированное первичной обмоткой электромагнитное поле вызывает образование вихревых потоков во вторичной обмотке, роль которой в котлах данного типа выполняет участок замкнутого контура труб с теплоносителем. Данный участок трубы – вторичная обмотка интенсивно нагревается под воздействием токов Фуко и передаёт тепло теплоносителю, принудительно циркулирующему в системе отопления с помощью циркуляционного насоса.
Устройство отопительной системы выполняется с использованием радиаторов или лабиринтовым способом, напоминающим плинтусовый обогрев, чтобы увеличить общую площадь наружной поверхности (теплоотдачи) труб — контур отопления, как минимум, не должен быть минимальным по протяжённости.
Котлы SAV производятся под напряжение в 220V и 380V. В качестве теплоносителя в них используется вода (в чистом виде или с противозамерзающими присадками), а также антифриз. Выход агрегата на полную мощность работы занимает порядка 5-20 минут (в зависимости от объёма теплоносителя), КПД нагревателей таких устройств составляет минимум 98%. Для эффективного обогрева помещения площадью до 30 м кв. достаточно индукционного устройства мощностью в 2,5 кВт, покупка которого в комплекте с системами автоматики и управления обойдётся приблизительно в 30 тыс. руб.
ВИН-агрегаты отопления
Котлы данного типа более совершенны по принципу действия и конструкции, что, естественно, отражается на их стоимости. Для работы ВИН-устройств необходим инвертор – устройство повышения частоты входящего тока. Ток высокой частоты вызывает образование электромагнитного поля высокой напряжённости, которое, в свою очередь, обуславливает возникновение более мощных вихревых токов во вторичной обмотке. Кроме того, теплообменник и корпус котла изготавливаются из ферромагнитных сплавов, имеющих собственное магнитное поле. Результатом всех этих процессов является большая интенсивность нагрева теплообменника и, естественно, теплоносителя.
ВИН-агрегата мощностью в 3 КВт достаточно для отопления помещения площадью 35-40 м кв. (в зависимости от климатических условий и качества теплоизоляции наружных строительных конструкций).
ВИН-агрегаты вследствие большей производительности могут использоваться не только в системах отопления жилья, но и для горячего водоснабжения. Для этого в контур теплоносителя врезают дополнительные накопительные резервуары, оборудованные защитной автоматикой, ёмкость которых рассчитывается в зависимости от количества точек горячего водозабора. Горячей водой эти ёмкости обеспечиваются путём её циркуляции в системе с прямоточным нагревом индукционным обогревателем.
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.
Галерея изображенийНезависимо от конструктивной сложности, габаритов и решаемых задач основными его компонентами являются индуктор, генератор вихревых токов и нагревательный элементНесомненным преимуществом индукционных нагревателей является быстрый разогрев при существенно более низких потребностях в электроэнергии по сравнению с другими нагревающими приборамиВеским минусом индукционных нагревателей признают обязательную необходимость в наличии источника энергии. Без электричества прибор совершенно бесполезенЕсли самодельный индукционный нагреватель установить на металлический отопительный трубопровод, то он будет не только эффективно греть теплоноситель, но и стимулировать движение нагретой жидкости по контуруДля того чтобы инвертор нормально работал в схеме с индукционной катушкой, его подключают через терморегулятор. К выходам подключают выпрямительные диоды, иначе система будет работать как электромагнит, а не как индукционный нагревательСамым простым генератором индукционных токов для самодельного нагревателя послужит инвертор, применяемый обычно в электросваркеИндукционную катушку, вырабатывающую вихревые токи, подключают к полюсам инвертора, при включении которого в сеть сразу начинает генерироваться тепловая энергияПринцип индукции применяется не только в подготовке теплоносителя и нагреве санитарной воды для гигиенических целей. Он используется в плавке металловСборка простейшего индукционного нагревателяБыстрое разогревание вихревыми токамиОбязательный доступ к источнику энергииНагрев металлической трубкиМодернизация обычного инвертораИспользование инвертора в качестве генератораТочки подключения индукционной катушкиПрименение 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.
Принцип действия индукционных нагревателей основан на возникновении электротоков внутри проводников, появляющихся под воздействием магнитных полей
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.
Высокочастотный электрический ток, поступающий от инвертора к индукционной катушке, создает магнитное поле с постоянно изменяющимся вектором магнитных волн. Помещенный в это поле металл быстро разогревается
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.
Электромагнит индукционного прибора получают путем намотки проволоки вокруг сердечника из ферромагнита. Полученная в результате катушка индукции разогревается и передает тепло нагреваемому телу или протекающему рядом теплоносителю через теплообменник
Отсутствие нагревательного элемента
Первое – в эл.котле индукционном, якобы нагревательных элементов нет. А вот в тэновом, их иногда более десятка, а значит высока вероятность их поломки, может и нескольких сразу.
Но если бы не было нагревательного элемента, то чем бы тогда котел нагревал воду? Та же самая катушка по сути и выполняет эту роль, только без соприкосновения с жидкостью. Поэтому данный элемент присутствует в любом таком агрегате.
А вот что касается высокой вероятности выхода ТЭНов из строя, то это напрямую зависит от той продукции и производителя, что вы покупаете.
Есть специалисты установившие за годы своей работы более 500 тэновых котлов, и не поменявшие по гарантии за все это время ни одного элемента.
Разновидности индукционных котлов
Все модели индукционных котлов работают по одному принципу, но имеются отличия в их конструктивном исполнении. По этому критерию они условно подразделяются на несколько видов, которые будут рассмотрены далее.
Кожуховые котлы. Кожух котла имеет цилиндрическую форму. В кожухе находится катушка индуктивности. Как внутри, так и снаружи катушки проходит теплообменник.
Поступающая во входящий патрубок рабочая жидкость проходит по теплообменнику, нагревается и через верхний патрубок поступает в отопительный контур. Котлы кожухового типа в России производит НПК «ИНЭРА». На рынке они известны под брендом SAV.
Котлы с объемными теплообменниками. Такой тип котлов еще называют индуктивно-кондуктивным. Агрегат имеет металлический корпус в виде цилиндра.
В корпусе размещена индукционная катушка с ферромагнитным стержнем, который выполняет функции теплообменника. Индуктивно-кондуктивные котлы на рынке представлены серией ВИН. Производитель – завод теплового оборудования «Альтернативная энергия».
Котлы с трубчатым теплообменником. Классические индукционные котлы имеют теплообменник в виде набора труб, огибающих катушку индуктивности. Первым на рынке был именно такой агрегат.
Индукционные котлы с инверторами. Индукционный котел может быть дополнен инвертором, в котором постоянный электрический ток аккумуляторов преобразуется в переменный высокочастотный и только потом поступает к катушке индуктивности.
Такое решение помогает получать необходимые вихревые токи для генерации тепла при отсутствии основного сетевого питания.
Использование инвертора в схеме с индукционными котлами позволяет стабилизировать поставку питания электрооборудованию и защитить его от перепадов напряжения в сети
Обзор производителей и моделей индукционных котлов
Для вас мы подготовили обзор производителей индукционных отопительных котлов, а также некоторых его моделей.
ВИН
Имеет множество моделей и тем самым предоставляет огромный выбор для потребителя. Мощность котлов отопления «ВИН» составляет от 3 кВт, площадь обогрева — от 30 м², начальная цена — от 32 000 рублей.
Рассмотрим особенности моделей котлов данного производителя в таблице.
| ВИН-3 | 30-40м2 | 220 | 32000 |
| ВИН-5 | 50-60 | 220 | 33000 |
| ВИН-7 | 70-90 | 220 | 37000 |
| ВИН-7 | 70-90 | 380 | 46000 |
| ВИН-10 | 100-120 | 380 | 50000 |
| ВИН-15 | 150-170 | 380 | 46000 |
| ВИН-20 | 200-230 | 380 | 60000 |
SAV
Характеристики котла отопления SAV – это лёгкость пользования и установки, экологичность, работа в автоматическом режиме, долговечность. Практически отсутствует возможность появления накипи, а деталей, которые движутся и подлежат износу, нет.
| 2,5 | 2100 | 220 | 32 950 |
| 3,5 | 2950 | 220 | 35 100 |
| 5 | 4235 | 220 | 37 000 |
| 5/2 | 4235 | 220 | 42 500 |
| 7/2 | 5970 | 220 | 45 000 |
| 7/3 | 5970 | 220/380 | 52 000 |
| 10 | 8750 | 220/380 | 55 000 |
| 15 | 12670 | 220/380 | 65 000 |
К недостаткам индукционного котла «САВ» можно отнести высокую стоимость. Цена моделей такого котла в пределах от 32 950 до 65 000 рублей. Еще два минуса – зависимость от электричества и затруднённый процесс регулировки мощности.
Гейзер
Существует множество моделей у данного производителя. Отличаются они высокой производительностью. Диапазон мощности от 4,5 до 250 кВт, а КПД достигает 98%.
Модели «Гейзер — 5» необходимо напряжение в сети 220 В, остальным основным моделям (10, 15, 20, 25, 50, 100, 250) — 380 В.
Уникальность этой модели в ее надёжности, как свидетельствуют отзывы. Эти котлы устойчивы и имеют второй класс по электробезопасности. Не требуют особенного техобслуживания, а за отсутствием продуктов горения, отсутствует и возможность получения вреда для здоровья. Котлы «Гейзер» отличаются малыми габаритами, вследствие чего агрегат можно устанавливать в небольшом пространстве. Работает модель довольно тихо, поэтому владельцам не придётся использовать материалы для звукоизоляции.
Как минус можно отметить сложную установку и подключение котла «Гейзер». Всем моделям индукционного котла отопления нужно 380/3ф. От сети могут работать только котлы с малой мощностью в 220/50.
Эдисон
Эта марка используется для отопления жилых помещений, а также зданий промышленных, административных и пр. Её модели различны (4,7; 13; 22; 50; 100; 250; 500). Такой индукционный котёл применяется в системах теплоснабжения замкнутых. Как правило, в качестве теплоносителя у него выступает вода. Нагреватель функционирует «на автомате», но по желанию можно изменять работу нагревателя либо по температуре теплоносителя, либо по температуре воздуха в здании.
Котёл Эдисон
Положительных характеристик котёл «Эдисон» имеет больше, чем негативных. К его достоинствам относят длительный срок службы, высокую электро- и пожаробезопасность, а также неизменяемый в процессе работы коэффициент полезного действия. К тому же, при покупке данного котла, вам не потребуется постоянно его контролировать и постоянно обслуживать.
Еще некоторые характеристики котла отопления «Эдисон»:
- частота тока 50 Гц;
- максимальная температура теплоносителя в градусах – 115;
- масса оборудования колеблется от 40 кг («Эдисон — 4,7») до 1500 кг («Эдисон — 500»).
- использование (с согласия изготовителя) различных теплоносителей, таких как масло, вода, антифриз.
Миратрон
Модельный ряд данных котлов имеет мощность в пределах от 6 до 30 кВт и также подходит для обогрева промышленных и жилых помещений (до 350 м2).
Котёл Миратрон
Вот ещё некоторые характеристики:
- коэффициент полезного действия котла отопления «Миратрон» 90%;
- отличная защита от накипи;
- правильное расходование энергии и экономия бюджета пользователя;
- подключение к любому виду электрической сети;
- работает очень тихо и не требует постоянного надзора;
- работа только с закрытыми отопительными системами;
- применение в управлении инверторного пускателя и, как следствие, высокая стоимость оборудования;
- большие вес и габариты котла.
Стоимость котла отопления «Миратрон» разная. К примеру, модель «Miratron А006» мощностью в 6 кВт, обогреваемой площадью 70 м² и весом 50 кг имеет цену 45000 рублей. «Miratron А006» с мощностью 15 кВт, площадью обогрева помещения в 170 м² и весом 80 кг – 65000 рублей.
Сравнение популярных моделей
Сравним некоторые модели разных производителей индукционных котлов отопления с похожими характеристиками.
| ВИН-5 | 4250 | 27 000 | Россия | 60 — 150 |
| Эдисон-5 | 5000 | 35 000 | Россия | 100 — 120 |
| ИНЭРА SAV | 4500 | 30 000 | Россия | 50 — 80 |
Также на рынке представлена ТЭНовые и электродные электрические котлы.
Как работает индукционный нагреватель?
Процесс индукционного нагрева основан на известном физическом принципе, при котором заготовка помещается в магнитное поле кольцеобразного индуктора для ее деформации в горячее состояние. Такая катушка питается переменным током с частотой, намного превышающей обычную частоту (50 или 60 Гц).
Принцип работы индукционного нагревателя заключается в следующем. Биполярные токи (также называемые токами Фуко), генерируемые в электромагнитном поле, нагревают металл
Прямой контакт между заготовкой и нагревательным элементом не требуется, важно лишь, чтобы индуктивный элемент равномерно покрывал поверхность нагреваемого металла. С помощью трансформатора система подключается к генератору, который обеспечивает необходимую мощность и частоту
При индукционном нагреве температура поверхностных слоев может быть повышена относительно быстро. Для нагрева шарика сечением 35-40 мм и длиной 140….150 мм требуется около 20-25 секунд.
Примерное соответствие между оптимальной частотой тока и площадью поперечного сечения круглого прутка приведено в таблице.
| Диаметр, мм | 20…40 | 40…60 | 60…80 | 80…100 | 100…120 |
| Частота, кГц | 100…40 | 40…10 | 10…4 | 4…1 | 1…0,5 |
Использование индукционного нагрева менее выгодно для металлических полос, чем для круглых прутков, поскольку расстояние между внутренним диаметром катушки и металлом непостоянно.
Как правило, используется частота 10 кГц и выше, чтобы эффективность индукционного нагрева достигла максимума. Частота регулируется по мере необходимости:
- требуемой производительности нагрева;
- температуры нагреваемого металла;
- размеров поперечного сечения.
Промышленные установки индукционных катушек оснащены устройствами для автоматической загрузки и выгрузки нагретых деталей. Это необходимо для того, чтобы время между нагревом и пластической деформацией металла было как можно меньше.
Время нагрева стальных деталей невелико: для сечения 20 мм оно составляет всего 10 с, так что потери металла на окалину незначительны.
https://youtube.com/watch?v=0zW2OFHFPWk
Плюсы и минусы индукционного электрического котла
Минусыиндукционного котла:
- При справедливости утверждений о том, что такой котёл — экологичный и не выбрасывает в окружающую среду выхлопов, электромагнитное поле он по жилищу распространяет. На него реагируют и люди, и животные, и техника.
- Безопасен только условно. Если случится утечка теплоносителя, электромагнитное поле не выключится автоматом, сердечник будет продолжать нагреваться вплоть до оплавления корпуса, а произойдёт это буквально за пару секунд.Поэтому очень важна для такого котла сложная и надёжная автоматика контроля, выключающая электропитание при утечках. Стоит она дорого. А на отечественных образцах индукционных нагревателей ради экономии чаще всего стоят дешёвые китайские образцы.
- Стоит почти в 2 раза дороже ТЭНового.При этом его заявленная экономичность явно завышена и окупать себя будет долго.
- В рациональности и экономии серьёзно уступает газовым и твердотопливным системам отопления.
Преимущества:
- В некоторых моделях есть вариант удалённого управления с помощью электронного программатора по GSM-каналу. Это действительно бывает удобно — выставить температуру на 8—10 °Сна время отсутствия людей в доме, уехав на недельку, не беспокоясь о промерзании жилища.
- Нет промежуточных техосмотров, замены ТЭНа и прочих ремонтно-профилактических работ.
Преимущества индукционных нагревателей
Индукционный нагреватель обладает несомненными преимуществами и является лидером среди всех типов приборов. Это преимущество складывается в следующим:
- Он потребляет меньше электроэнергии и не загрязняет окружающее пространство.
- Удобный в управлении, он обеспечивает высокое качество работы и позволяет контролировать процесс.
- Нагревание через стенки камеры обеспечивает особую чистоту и возможность получить сверхчистые сплавы, при этом плавку можно производить в разной атмосфере, в том числе в инертных газах и в вакууме.
- С его помощью возможен равномерный нагрев деталей любой формы или избирательный нагрев
- Наконец, индукционные нагреватели универсальны, что позволяет их использовать повсеместно, вытесняя устаревшие энергозатратные и неэффективные установки.
