Изготовить суперэффективные водонагреватели своими руками несложно, что позволяет выполнить всю работу самостоятельно. Прибор состоит из минимума деталей, которые не ломаются и не требуют специального обслуживания. Во время работы они слегка вибрируют, что помогает решить проблему накипи и отложений на нагревательных элементах.
Индукционные нагреватели
Индукционные водонагреватели являются самым современным и технологичным семейством электрических водонагревателей на рынке, но уже зарекомендовали себя как надежные и экономичные приборы. Индукционные водонагреватели также устанавливаются в частных домах и квартирах, но сегодня мы сосредоточимся на промышленных индукционных нагревателях, работающих на частоте 50 Гц и используемых для подачи горячей воды в относительно больших количествах.
Для того чтобы понять, как работают индукционные водонагреватели, необходимо обратиться к школьному курсу физики, а именно к разделу, изучающему явление электромагнитной индукции. Суть этого явления заключается в возникновении электрического тока внутри проводника под воздействием магнитного поля, полярность которого постоянно меняется. Источником этого переменного магнитного поля является катушка, подключенная к источнику переменного тока.
Рассмотрим конструкцию индукционного нагревателя на схеме:
Сначала схема может показаться немного запутанной, но она отражает довольно простой способ нагрева теплообменника. Если намотать несколько витков проволоки вокруг сердечника из ферромагнитного материала, то получится индукционная катушка или, проще говоря, электромагнит. Когда она подключена к сети переменного тока, создаваемое ею магнитное поле является переменным. Проводник (грубо говоря, кусок металла) в этом магнитном поле нагревается за счет генерируемых в нем вихревых токов или токов Фуко. Затем это тепло отводится циркулирующим теплоносителем.
ОСОБЕННОСТИ ИМЕЮЩИХСЯ В ПРОДАЖЕ ИНДУКЦИОННЫХ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
Возникает вполне очевидный вопрос: если конструкция индукционного водонагревателя настолько проста, а приборы, использующие принцип индукционного нагрева, настолько надежны и долговечны, почему они до сих пор не производятся на каждом углу и не используются всеми желающими?
Следует отметить, что принцип работы индукционного водонагревателя прост. А вот конструкция не так проста, как может показаться. Дело в том, что нагреть проводник в индукционном поле несложно. Сложнее сконструировать нагреватель таким образом, чтобы вся потребляемая электрическая энергия преобразовывалась в тепловую, а не рассеивалась в вакууме под действием электромагнитного излучения. Индукционные водонагреватели, собранные "вручную" или в кустарных условиях, значительно отличаются по своим характеристикам от серийно выпускаемых. В России существует всего несколько производителей индукционных водонагревателей, и каждый из них использует специфические конструктивные особенности, защищенные патентами. Только такие конструкции обеспечивают высокую энергоэффективность – КПД 98-99% и коэффициент мощности cos "phi" 0,98-0,985 при работе от электрической сети промышленной частоты (50 Гц). Более подробную информацию о значениях коэффициента мощности можно найти в статье.
Помимо своих преимуществ в плане долговечности и надежности, индукционные водонагреватели отличаются от других типов электрических водонагревателей по цене – они действительно заметно дороже, не только потому, что производители снимают сливки, продавая надежное оборудование дороже, но и потому, что стоимость таких водонагревателей гораздо выше.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИНДУКЦИОННЫХ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
Самое распространенное применение индукционных водонагревателей – это отопление. Обычно речь идет об автономных (локальных) системах отопления, таких как отопление отдельно стоящего здания, ангара, склада, гаража в случаях, когда нецелесообразно устанавливать газовый котел или тянуть теплосеть. Индукционные нагреватели также используются, например, для обогрева деревень. нефтяников или строителей, или даже целые микрорайоны (для этого имеются модульные электрокотлы на основе индукционных нагревателей и высоковольтные индукционные котлы).
Однако, помимо отопления, индукционные нагреватели также успешно используются в качестве водонагревателей (проточных и накопительных) и в качестве технологических нагревателей. Дело в том, что, благодаря особому способу нагрева теплообменника, не имеет значения, какой тип жидкости через него прокачивается – он нагревает любую жидкую среду (при наличии соответствующего оборудования, конечно). Это значительно расширяет область применения индукционных нагревателей в промышленности.
ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ THERMANIC
В России существует несколько производителей индукционных водонагревателей, которые отличаются по конструкции, но используют один и тот же принцип – нагрев теплообменника в электромагнитном поле. ООО "Термик Технолоджис" – один из ведущих производителей индукционных водонагревателей в России, известный на рынке под торговой маркой THERMANIC.
Специалисты компании готовы произвести квалифицированный расчет количества, мощности и стоимости оборудования исходя из задачи заказчика.
Принцип работы индукционного водонагревателя
Принцип работы индукционных водонагревателей – на металлическую катушку подается переменный ток (при постоянном токе получится простой электромагнит), который создает и с высокой частотой меняет знак и вектор магнитного поля, инициируя вихревые процессы. При этом выделяется тепло, которое поглощается обрабатываемым объектом.
Частоты выше 50 Гц начинают давать заметный эффект, а значения 1 кГц и выше чаще используются в промышленности (способны плавить металл).
Магнитное поле создается индукционной катушкой – цилиндрической катушкой с большим количеством витков металлического (медного) провода – при протекании через нее переменного тока. Предмет или вещество вблизи или внутри такой структуры подвергается воздействию постоянно меняющегося потока вектора магнитной индукции. Линии генерируемого электрического поля лежат перпендикулярно и движутся по замкнутому контуру. Возникают вихревые токи Фуко, преобразующие электрическую энергию в тепло, передаваемое объекту.
Происходит бесконтактный нагрев, энергия передается электромагнитным полем, практически мгновенно, нет необходимости прикасаться к индукционной катушке, что снижает потери тепла, ресурсы используются более эффективно. Вода нагревается от бака или его внутреннего металлического наполнения, нагреваемого переменным током, генерируемым катушкой, включающей бак.
Тепло не поступает в резервуар, а генерируется внутри него блуждающими токами. Все вокруг остается холодным, что является преимуществом. Распределение тепла в индукционной емкости неравномерное, только в верхних слоях; оно заполняет объем за счет теплопроводности, и чем выше частота поля, тем меньше глубина проникновения и выше интенсивность.
Плюсы и минусы индукционного нагрева для нагрева горячей воды
Преимущества бытовых и заводских индукционных водонагревателей мгновенного действия
- Полная бесшумность;
- 98-99% КПД;
- Благодаря микровибрации грязь и накипь не прилипают, не происходит электрохимических реакций, чистка не требуется, эксплуатация длительная;
- Высокая легкость в обслуживании, эффективность и простота, минимальное количество деталей – нагрев осуществляется с помощью отрезка трубы с обмоткой – (срок службы 10-20 лет), но это преимущество не имеет места, если используется радиосхема;
- компактность;
- экологичность, отсутствие продуктов сгорания;
- отсутствие затрат на обслуживание; не требуется чистка, замена анода, замена нагревательного элемента;
- регулируемый, настраиваемый (уменьшение/увеличение силы тока, размера обмотки).
нет зависимости мощности от температуры воды, но чем холоднее вода и интенсивнее поток, тем холоднее мощность, так как нет времени на поглощение тепла, поэтому желательно, чтобы жидкость дольше двигалась внутри индукционного нагревателя (некоторые секции, разделение, кабель внутри).
- неэкономично;
- нагревается только рабочий элемент, но тепло передается и в помещение, прикасаться к прибору небезопасно, крышка не всегда решает проблему;
- риск взрыва или возгорания системы из-за перегрева, поэтому устанавливайте датчик температуры с автоматическим отключением;
- Высокая цена заводских моделей – в среднем 30 000 за маломощное изделие;
- электромагнитное поле;
- без навыков работы с электричеством трудно добиться технических характеристик, обеспечивающих мощность свыше 2,5 кВт, так как потребуется установка частотного преобразователя.
Пошаговая инструкция
В промышленных моделях водяная рубашка изготавливается из толстостенных металлических труб. Однако в самодельных агрегатах с индукционной тепловой мощностью менее 5 кВт могут возникнуть трудности с нагревом металлических труб теплоносителем. Поэтому предпочтительнее использовать пластиковые трубы, через которые теплоноситель прокачивается насосом или подается самотеком.
Из пластиковых труб можно изготовить корпус для индукционного нагревателя с помощью сварочного инвертора. Длина нагревателя составляет примерно 1 метр, а внутренний диаметр может быть от 50 до 80 миллиметров.
Чтобы упростить подключение индукционного нагревателя к системе отопления, в верхней и нижней части корпуса необходимо установить соответствующие переходные фитинги. Нижняя часть трубы закрывается сеткой, после чего внутрь колонны помещается наполнитель, состоящий из прутьев, металлической проволоки или подобных элементов.
Читайте также:
Электрическая и водяная система плинтусного отопления
При выборе наполнителя, который режется на мелкие кусочки, следует отдавать предпочтение стали с высокой магнитной стойкостью.. Такой металл будет хорошо нагреваться, обеспечивая максимальную производительность обогревателя. После заполнения наполнителем корпус накрывается сверху металлической сеткой.
Индукционная сетка изготавливается путем намотки медной проволоки на корпус. Для обеспечения хорошего нагрева необходимо сделать не менее 90 витков катушки. Витки должны быть расположены как можно плотнее, без зазоров, чтобы обеспечить образование хорошего магнитного вихревого поля, необходимого для нагрева наполнителя. Обмотка выполняется из изолированного медного провода толщиной 1-1,5 мм.
Безопасность бытовых установок
Самодельные индукционные котлы могут достигать высоких температур во время работы, и без соответствующих систем безопасности их использование становится проблематичным. Для повышения безопасности контуры должны быть полностью герметичнымиа корпус прибора всегда должен быть заполнен жидкостью. В случае утечки полимерный корпус не будет в достаточной мере промываться теплоносителем, что приведет к чрезмерному нагреву, пластик расплавится, и индукционный нагреватель может просто загореться.
Выпадение нагретых металлических присадочных стержней из полимерного корпуса нагревателя также может быть опасным. Это приведет к расплавлению корпуса, и для ремонта потребуется разобрать устройство и изготовить новый нагреватель. Верхний и нижний патрубки должны быть закрыты сеткой, которая крепится с помощью зажимов, чтобы предотвратить ее повреждение и расшатывание конструкции.