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.

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:

1. Из сетки аккуратно вырезаем два круга с диаметром, соответствующим наружному диаметру пластиковой трубы.
2. Трубу и муфту необходимо разогреть на паяльнике. Затем нужно быстро уложить на торец трубы круг из сетки, а следом надеть муфту.
3. Развернув полипропиленовую трубу вертикально сеткой вниз, ее необходимо заполнить кусками нержавеющей проволоки длиной 40 – 50 мм.
4. Когда труба будет заполнена, на свободный ее конец необходимо установить вторую муфту с сеткой. Обе сетки нужны для удержания проволоки внутри «котла».
5. В муфты также с помощью паяльника устанавливаем переходники на нужный нам диаметр.
6. 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».

Видео на тему