Индукционные котлы отопления: устройство, принцип работы и способы изготовления своими руками

Прочно утвердившись в промышленности, в частности в металлургическом производстве и ювелирном деле, технология индукционного нагрева стала проникать и в бытовую сферу.
Сначала появились индукционные плиты и варочные поверхности, удивившие мир своей экономичностью, теперь же нам предлагают работающие на этом же принципе отопительные приборы.
Как работают индукционные котлы для отопления дома, и каким образом подобное устройство можно изготовить самостоятельно?
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.
Индукционная печь считается безопасным методом обогрева помещения. Ее можно либо купить, либо изготовить самостоятельно. Индукционная печь своими руками: принцип действия, конструкции и параметры, читайте далее.
О разновидностях кварцевых обогревателей читайте тут.
КПД индукционного водонагревателя равняется 97-98%, а это значит, что при его использовании можно экономить до 50% электроэнергии. Здесь https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/vodonagrevateli/indukcionnyj-vodonagrevatel.html вы можете узнать больше о плюсах и минусах данного прибора.
Электрический индукционный котел отопления своими руками
Сделав индукционный котел самостоятельно, вы сэкономите внушительную сумму, так что попробовать стоит. Вот что нам понадобится:
- Толстостенная полипропиленовая труба с внутренним диаметром 50 мм.
- Две муфты того же диаметра и два переходника с 50 мм на диаметр существующей отопительной системы.
- Паяльник для сварки полипропилена.
- Стальная или капроновая мелкоячеистая сетка.
- Нержавеющая проволока диаметром 7 мм.
- Инвертор от самого дешевого сварочного аппарата с током сварки 15 А или выше и возможностью его плавного регулирования.
- Медный эмалированный провод сечением от 2 кв. мм (по 1 кв. мм на каждые 8 А тока).
Далее действуем следующим образом:
- Из сетки аккуратно вырезаем два круга с диаметром, соответствующим наружному диаметру пластиковой трубы.
- Трубу и муфту необходимо разогреть на паяльнике. Затем нужно быстро уложить на торец трубы круг из сетки, а следом надеть муфту.
- Развернув полипропиленовую трубу вертикально сеткой вниз, ее необходимо заполнить кусками нержавеющей проволоки длиной 40 – 50 мм.
- Когда труба будет заполнена, на свободный ее конец необходимо установить вторую муфту с сеткой. Обе сетки нужны для удержания проволоки внутри «котла».
- В муфты также с помощью паяльника устанавливаем переходники на нужный нам диаметр.
- Остается намотать на трубу 90 витков эмалированного медного провода и подключить получившуюся катушку к инвертору.
Примеры конструкций самодельных вариантов
Сделать самодельный индукционный котел отопления можно и несколько по-иному. В видоизмененной конструкции нагревателем будет выступать стальная труба, по которой течет теплоноситель (как и в моделях заводского изготовления). На полу следует прочно закрепить (приклеить или замонолитить в стяжку) вертикально установленную гильзу из пластиковой трубы достаточно большого диаметра.

Самодельный индукционный нагреватель
Ввод трубы от контура отопления в гильзу осуществляем через боковое отверстие в нижней части, далее – вертикальный участок, который по выходе из гильзы подсоединяем ко входу в отопительный контур. Провод-индуктор наматываем на гильзу. Этот вариант самодельного котла имеет меньшее гидравлическое сопротивление, чем вышеописанный.
Изготавливают котлы с тороидальной обмоткой, которые являются наиболее эффективными. Для создания такой модели надо из трубы выполнить кольцо (можно соединить сваркой два полукруглых отрезка), которое будет играть роль сердечника-нагревателя. Провод наматывается на пластиковый корпус. Последний желательно оклеить теплоизоляцией.
Особенности установки и эксплуатации
Помните, что обмотка котла будет вызывать нагрев любого металлического элемента, оказавшегося в излучаемом ею магнитном поле.
Поэтому устройство следует размещать не ближе 80 см от пола или потолка и хотя бы в 30-ти см от стен и других приборов.
Для обеспечения надлежащего теплоотвода рабочая среда должна перекачиваться циркуляционным насосом, естественной циркуляции может оказаться недостаточно.
В особенности это касается варианта с нагревателем в виде проволочных обрезков.
Отзывы
Индукционный котел мощностью 7,5 кВт можно купить за 9,2 тыс. руб., в то время как индукционный на 5 кВт обойдется в 40 тыс. руб.
Как видно из примера, цена на индукционный котел отопления и правда, высокая.
Да, ТЭНы иногда перегорают, но стоит такой элемент всего 1 тыс. руб., а что касается хлопот с заменой – за разницу в 31 тыс. можно и повозиться.
Некоторые преимущества индукционных котлов в сравнении с ТЭНовыми пользователи считают мнимыми. Так, например, ТЭНовые котлы вовсе не теряют 40% мощности через 4 года эксплуатации, как уверяют продавцы индукционных котлов. Не очень-то страдают они и от накипи, ведь в системе отопления используется, как правило, обессоленная вода.
Что же имеем в сухом остатке? Кое-какие достоинства у индукционных котлов все же есть. Прежде всего, знатоки отмечают их «неубиваемость»: агрегатам не страшны попадание молнии и даже такая неприятность, как отгорание нулевого провода на подстанции. К преимуществам можно причислить и значительную площадь контакта теплоносителя с нагревателем, которая в тысячи раз превосходит аналогичный параметр для ТЭНовых котлов.
Соответственно, увеличивается скорость нагрева рабочей среды. Привлекает и то, что ничего не нужно устанавливать внутрь теплообменника. А раз не нарушается его целостность – значит и протечки исключены.
Следует учитывать, что воду в системе отопления можно использовать не всегда. Вот что пишет один из пользователей: «Зимой часто приходится надолго уезжать из дома. Воду оставлять в системе отопления нельзя – разорвет, а использовать антифриз не было возможности, так как для ТЭНового котла, который у меня на тот момент стоял, подходит только специальная его разновидность. Систему каждый раз приходилось дренировать, а по возвращении – снова заполнять. Поменял котел на индукционный – теперь могу заливать в систему хоть масло, хоть антифриз любой марки и состава – котлу все равно».
Отопление электричеством обходится недешево, но иногда иного варианта просто нет. Индукционный котел обойдется дорого, но сделать его самостоятельно можно практически без вложений. Индукционный котел отопления своими руками: инструкция по изготовлению.
Какая дровяная печь лучше – металлическая или кирпичная? Ответ на этот вопрос вы найдете в следующей теме.