Принцип разогрева материалов наведенными токами высокой частоты давно применяется в промышленности. Метод можно использовать в быту для нагрева воды, в том числе в целях отопления дома, так как передача энергии происходит более эффективно и с меньшими потерями. Разберем, что собой представляет индукционный нагреватель, как он работает, какими плюсами и минусами обладает, а также в чем заключаются особенности его самостоятельного изготовления.
Водонагревающий агрегат индукционного типа Источник by.kotel-electr.ru
Индукционное нагревание – что это такое, применение
В настоящее время в промышленности широко применяется метод бесконтактного разогрева заготовок перед выполнением различного рода операций – плавки, сварки, пайки, ковки и проч. Эффективность его настолько высока, что он быстро вытесняет традиционные способы нагрева. При этом ввиду особенностей передачи энергии – без использования проводника – потери минимальны, и потому у метода высокий экономический показатель.
Индукционный нагрев – это повышение температуры предметов из электропроводящих материалов посредством действия в их структуре переменного магнитного поля. Технологическая суть процедуры заключается в следующем:
- Предмет, который требуется нагреть, помещается внутрь индуктора – свитого в виде спирали проводника.
- Далее в индуктор посредством специального генератора направляются переменные токи большой силы и различной частоты.
- В результате проводник начинает излучать переменное магнитное поле.
- Электропроводящий предмет пронизывается этим полем, в следствие чего в нем возникают наведенные токи.
- Под действием вихревых токов температура материала повышается.
Простейший индукционный прибор для нагрева Источник ytimg.com
Такая схема «индуктор-предмет» по сути является трансформатором без сердечника. В ней индуктор – это первичная обмотка, предмет – накоротке замкнутая вторичная. Потоки магнитного поля замыкаются между ними по воздуху. На мощных промышленных установка индукторный проводник сам может сильно разогреваться, поэтому для обеспечения безопасности к нему подводится система охлаждения.
Принцип индукционного нагрева находит широкое применение в самых различных областях:
- Бесконтактная сварка, плавка и пайка сверхвысокой чистоты.
- Термическая обработка и гибка элементов и узлов в автопромышленности.
- Создание экспериментальных образцов сплавов.
- Изготовление ювелирных украшений.
- Закаливание изделий по поверхности.
- Термообработка мелко габаритных деталей, не доступных для воздействия плазмой и дугой.
- Термическая обработка и закаливание элементов сложных форм.
- Дезинфекция приборов и инструментов в медицине.
Проточный водонагреватель – одна из наиболее часто используемых областей применения индукционного нагрева в быту Источник equipmaster.ru
На заметку! Метод бесконтактного разогрева также нашел широкое применение для изготовления бытовых нагревательных приборов, особенно для воды. Однако по цене такие модели существенно превосходят традиционные аналоги, работающие на ТЭНе. Поэтому при достаточном опыте их можно изготовить самостоятельно.
Варианты глубины залегания
Есть 2 определения уровня – низкий и высокий. В первом случае верхний слой воды располагается на уровне 2 метров и ниже от поверхности. При таком уровне проблем со строительством и ведением земляных работ нет – впитывающая способность почвы высокая.
Если обнаружены высокие грунтовые воды, то тут любые работы в почве усложняются. Основные проблемы – это невозможность вырыть «сухой» котлован, проблемы с заливанием бетона, кладкой кирпича, закреплением установок для очистки стоков.
Если УГВ высокий
В случае высокого залегания почвенных вод, могут возникать следующие проблемы:
- Сложности с организацией канализационной системы.
- Невозможность создания подвальных помещений.
- Проблемы с выбором и монтажом фундамента.
- Плесень в доме.
- Сложности с прокладкой любых подземных коммуникаций.
- Пучинистость почвы.
Принцип работы нагревателя
Механизм выработки тепла у бытовых электроприборов рассматриваемого типа основан на том же самом законе, на котором функционируют промышленные установки. Однако в схеме их работы есть свои особенности. Прежде всего они касаются устройства. Так, бытовой индукционный проточный водонагреватель состоит из следующих основных элементов:
- Индуктор – катушка-намотка медной проволоки. При прохождении через него тока образуется магнитное поле, под действием которого разогревается электропроводящий материал нагревателя.
- Генератор – преобразователь стабильного бытового тока в необходимый по мощности высокочастотный поток.
Принцип работы индукционного водяного нагревателя Источник vinteplo.ru
Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на инженерных системах (отоплении, водоснабжении, канализации и прочих) и сопутствующих работах
- Нагревательный элемент – металлическая труба, через которую пропускается водяной поток для нагрева. Нагреватель попутно выполняет функцию охладителя для индуктора, тем самым обеспечивая ему стабильные характеристики работы и долговечность.
Генератор преобразует ток из обычного в высокочастотный и подает его на катушку. Обмотка из проволоки вырабатывает магнитное поле. Находящийся внутри нее нагреватель-трубка разогревается и передает тепло проходящему через него водяному потоку. Ввиду отсутствия прямого контакта при переходе из одного вида энергии в другой, потери минимальны. КПД таких электронагревателей достигает 98%.
Справка! По аналогичной выше рассмотренной схеме работает индукционный котел, являющийся экономным, эффективным и долговечным обогревателем для дома. Только вместо трубки в индуктор помещается теплообменный контур, проходя через который нагревается и распределяется по всем радиаторам жилой площади специальный теплоноситель.
Устройство и принцип действия индукционного котла для отопления Источник oboiman.ru
Накопительные системы с большим объемом
Мы выяснили, в чем основной недостаток водонагревательного элемента «труба в трубе». Косвенный нагрев происходит слишком долго. Поскольку увеличение теплоотдачи затруднительно, для нагрева воды можно использовать емкость покрупнее. Тогда и над теплообменником можно «поколдовать». Оптимальный вариант на иллюстрации: змеевик внутри широкого корпуса.
Конструкция представляет собой бак требуемой емкости (50, 100, 200 литров), внутри которого, расположен змеевик (чем длиннее, тем эффективнее прогрев). Источник тепла не имеет значения: обычно, это контур отопления помещения. Вода в санитарном (внутреннем) баке достаточно быстро прогревается. Единственная проблема — неравномерность распределения тепла. В нижней части емкости остается «холодная» область. Несмотря на правильную схему отбора нагретой воды (приемный патрубок сверху), холодная область не дает прогреться всему объему.
При самостоятельном изготовлении рекомендуется использовать нержавеющий бак и медный змеевик. Дополнительные затраты окупятся высокой эффективностью системы.
Тем более, что материалы дефицитом не являются. Бак подойдет от старой стиральной машинки активаторного типа. А медная трубка продается в любом сантехническом магазине.
Еще один вариант: «бак в баке». Если перед вами встает вопрос, как сделать бойлер своими руками, присмотритесь к такой схеме.
Внутренняя емкость (в которой будет происходить косвенный нагрев) подбирается с гофрированными стенками (желательно). Так больше площадь теплообмена. А вода первичного нагрева протекает через точку внешнюю. Если вы охлаждали кастрюлю с горячим компотом в тазу с холодной водой, принцип работы нагревателя понятен.
Разумеется, выполнить такою систему сложнее, но эффективность будет выше.
Достоинства и недостатки
Преимущества бытового нагревателя воды рассматриваемого типа заключаются в следующем:
- Большой срок службы. Средний период гарантии большинства производителей – 30 лет. При этом установка не требует серьезного технического обслуживания и ремонта с заменой основных элементов на протяжении всего периода эксплуатации. Профилактическая чистка проводится не чаще одного раза в 7-9 лет.
- Экономный расход электроэнергии. Для производства одного и того же количества тепла в сравнении с разновидностями, работающими на традиционных ТЭН-ах, энергии затрачивается на 30-40% меньше.
- Отсутствие накипи. Специфика механизма действия прибора исключает образование накипи на рабочих элементах установки. Кроме того, во включенном состоянии прибор слегка вибрирует, что также является хорошим защитным фактором от нароста различного рода отложений на контактирующих с водой его внутренних частях.
- Минимальный риск протечек. Бесконтактная технология нагрева исключает факторы разрушения – когда под действием тепла и сырости металлические элементы быстро ржавеют.
Индукционный нагреватель воды надежен, долговечен и экономичен Источник rusolymp.ru
Отзывы покупателей
Андрей, г. Москва: Живу в Питере, приобрел нагреватель местного производства. Работает исправно, за одним исключением: регулярно выбивает автомат. В чем дело – пока не разобрался. Зато экономия на электроэнергии очевидная. Специально сверял показания счетчиков и счета. В целом интересная технология, однако еще не привычная и оттого порой вызывающая вопросы. Не до конца понятно, как их правильно использовать, что можно делать, а что — нет.
Марат, г. Москва: У меня такой нагреватель стоит уже 2 года. Экономия на электричестве очевидная. Поломок за это время никаких не было. Плюс с водонагревателем на ТЭНе все время приходилось подыскивать подходящий анод на замену вышедшему из строя. Здесь таких проблем не возникает. И все же, несмотря на все плюсы, я считаю, что стоимость его завышена неимоверно. Конструкция ведь простая, никаких сложностей или дорогостоящих деталей там нет.
Особенности самостоятельного изготовления
Для того, чтобы сделать индукционный нагреватель, необходимо иметь опыт электротехнических работ и сборки самодельных электроприборов, а также навыки по обработке металла и других материалов и уметь монтировать проводку. Поэтому при их отсутствии доверить такую работу лучше профессионалам. При этом общий алгоритм изготовления прибора состоит из следующих последовательных этапов:
- Изготовление нагревателя. Как правило, используется отрезок толстостенной металлической трубы с переходниками на концах, заключенный в термостойкую пластиковую трубку большего диаметра.
Калорифер своими руками
Иногда для обогрева не подходит индукционный водонагреватель, в таком случае можно использовать другие способы обогрева. Популярный быстрый способ обогрева помещения – калорифер или канальный нагреватель.
Для изготовления калорифера понадобятся:
- Несколько листов нержавеющего металла для корпуса устройства.
- Медная труба (ее диаметр должен составлять примерно полдюйма), используемая в теплообменнике.
- Канальный вентилятор, питаемый от бытовой сети.
- Два концевых крана с муфтами или с фланцевыми соединениями, чтобы интегрировать теплообменник к системе отопления помещения.
- Несколько пружин (обычно хватает четырех) для закрепления вентилятора. Крепить рекомендуется пружинами, а не магнитами, например, т.к. пружины обеспечат тихую работу.
Процесс создания калорифера разбивается на части. Первая часть – разметка. На приготовленном листе металла нужно отметить габариты корпуса (получится отмеченная полоса) и линии сгибов полосы. Вторая часть – изготовление корпуса. Отмеченная полоса вырезается из листа, сгибается и закрепляется на противоположных концах. Лицевая сторона устройства делается из оцинкованного листа, на лицевой стороне просверливаются отверстия для циркуляции воздуха.
Третья часть – создание теплообменника. Медная труба с одной стороны закрывается заглушкой, потом в трубу засыпается песок и трубу гнут. После гибки можно избавиться от песка. Четвертая часть – присоединение теплообменника. На боку теплообменника проделываются два отверстия для медной трубы, на концах трубы делается резьба для муфт, а в верхнюю точку элемента нагревания впаивается кран Маевского. Затем теплообменник вставляется в корпус и прикручивается гайками. Пятая часть – установка вентилятора. Просверливаются отверстия в углах корпуса, в них закрепляются пружины, вентилятор помещается в корпус так, что пружины расставлены в стороны на равное расстояние. Шестая часть – установка прибора. Калорифер подключается с помощью муфт и кранов к системе отопления. Размещается калорифер на стене, с зазором между стеной и прибором в 10 см. Сделать водяной нагревательный элемент с электричеством можно самому.
Видео описание
Видео-пример изготовления индукционного нагревателя:
- Создание индуктора. На трубку плотно наматывается изолированный медный провод сечением около 1-1,5 мм2. Количество витков должно быть не менее 90.
- Подбор подходящего генератора переменного тока. Наиболее простой и доступный способ – воспользоваться инвертором от соответствующего сварочного агрегата.
- Соединение нагревателя с индуктором к водопроводу или трубе отопления.
- Подключение индуктора к сети. Контактные жилы от катушки подсоединяются к плюсовым контактам инвертора.
- Подводка электропитания. На выводах устанавливаются диоды-выпрямители. Без них напряжение подаваемого тока будет подаваться выпрямленным, и катушка будет функционировать по типу электромагнита, а не индуктора.
- Включение и проверка работы прибора.
Обратите внимание! Изготовленный своими силами нагреватель в отличие от заводских аналогов не оснащен системой защиты и контроля. Поэтому перед включением необходимо убедиться, что нагревательный элемент заполнен водой.
Индукционный котел для обогрева дома- сравнение с котлом на ТЭНах
16 Май 2012 Электрообогрев дома
Приветствую вас, читатель моего сайта !
Мне очень близка тема обогрева дома с помощью электрокотлов, о чем я неоднократно вам рассказывал как на основе самодельных электрокотлов, сделанных своими руками, так и котлов заводского изготовления, например очень качественного электрокотла Протерм, изготавливаемого в Словакии.
И вот недавно я чисто случайно наткнулся в интернете на применение свойств электромагнитной индукции в бытовом электрокотле.
На производстве это давно применяется- например плавят металл в индукционных печах. Но вот применение в быту- это интересно.
Меня очень заинтересовало эта информация. Речь идет о индукционном электрокотле где в качестве нагревательного элемента используется катушка индуктивности.
Кстати подобное устройство применяется и в современной индукционной бытовой электроплите, подробнее можете почитать в Википедии
Конечно сразу стал рыть информацию в интернете что это за индукционный нагреватель, каков принцип его работы, есть ли у них преимущество перед электрокотлами на тэнах?
Оказалось все не так просто и радужно как казалось…
Коротко о главном
Индукционное нагревание основано на способности переменного магнитного поля повышать температуру предметов из электропроводных материалов. Нагрев осуществляется бесконтактным способом и отличается высокой производительностью и малыми потерями энергии. По этой причине метод находит широкое применение в различных сферах – плавке, сварке, пайке металлов, термообработке узлов и элементов в производстве, дезинфекции инструментов в медицине.
В работе бытового водонагревателя действует тот же принцип. Нагревательный элемент, через который проходит вода, помещается в катушку-индуктор. При подаче высокочастотного тока вырабатывается переменное магнитное поле, разогревающее металлический нагреватель. Среди главных плюсов таких приборов выделяются:
- Долговечность.
- Экономность.
- Отсутствие накипи.
- Работа без протечек.
- Естественная конвекция.
Недостатки связаны с выделение тепла в окружающее пространство, необходимостью стабильной подачи электроэнергии, постоянном контроле рабочих характеристик, рабочим шумом и вредным излучением. При изготовлении устройства необходимо следовать инструкции и иметь достаточный опыт.
Преимущества оборудования
Устройство для обогрева помещений индукционного типа имеет свои превосходства:
- требует минимальных вложений;
- имеет высокий коэффициент полезного действия;
- такое оборудование можно собрать самому, в домашних условиях;
- коэффициент полезного действия почти стопроцентный. Устройство почти не теряет тепла в процессе нагрева;
- обычно при нагреве ТЭНы или бойлеры, образуют накипь в системе. В этом виде нагревателя, такая проблема отсутствует;
- при нагревании никаких вредных веществ не выделяет, а значит, имеет экологически чистый процесс работы;
- в систему можно наливать не только воду, но и антифриз и масло;
Индукционный нагреватель: принцип действия
- не нуждается в постоянном обслуживании оборудования;
- с установкой сможет справиться даже не профессионал и эксплуатация не нуждается в наличии особых знаний;
- котел очень хорошо защищен с точки зрения пожарной безопасности. Электрическая составляющая достаточно надежная и не дает сбоев;
- такой вид обогревателей можно использовать совместно с другими;
- может работать как на постоянном, так и на переменном токе;
- эксплуатация возможна в течение двадцати лет;
- аппарат очень хорошо подходит для дач или частых строений.
Но даже при таком количестве достоинств, котел имеет минусы:
- цена такого устройства достаточно высокая. И вряд ли окупится в течение 1 – 2 отопительных сезонов;
- существует необходимость в постоянном электрическом энергоснабжении;
- устройство имеет большой вес;
- устанавливается только с закрытой системой отопления.
Но если есть решение поменять дровяную печь или котел на обогреватель такого типа, то можно сразу избавиться от нескольких проблем:
- в жилище больше не будет запаха гари;
- при растопке котла нет копоти;
- не нужно будет выгребать сажу и пепел;
- отпадет необходимость в приобретении дров или угля.
Кроме того не нужно занимать место или специальное помещение под хранение твердого топлива.
https://youtube.com/watch?v=k6fXWhDlyXc
Рабочая схема
В состав нагревателя входят следующие составляющие:
- Инверторный блок, рассчитанный на напряжение 220…240 В, при токе не менее 10 А.
- Трёхпроводная кабельная линия (один провод – заземляющий) с нормально разомкнутым переключателем.
- Система водяного охлаждения (крайне желательно использовать очистные фильтры для воды).
- Набор катушек, отличающихся внутренними диаметрами и длиной (при ограниченных объёмах работ можно обойтись и одной катушкой).
- Нагревающий блок (можно применить модуль на силовых транзисторах, которые выпускаются китайскими фирмами Infineon или IGBT).
- Демпферная цепь с несколькими конденсаторами Semikron.
Генератор высокочастотных колебаний принимается тот же, что и у базового инвертора
Важно, чтобы его эксплуатационные характеристики полностью соответствовали тем, которые указаны в предыдущих разделах
После сборки блок заземляется, и с помощью соединительных кабелей нагревательная индукционная катушка присоединяется к блоку питания инвертора.
Примерные эксплуатационные возможности самодельного индукционного нагревателя металла:
- Наибольшая температура нагрева, °С – 800.
- Минимальная мощность инвертора – 2 кВА.
- Продолжительность включения ПВ, не менее – 80.
- Рабочая частота, кГц (регулируемая) — 1,0…5,0.
- Внутренний диаметр катушки, мм – 50.
Следует отметить, что такой индуктор потребует специально подготовленного рабочего места – бака для отработанной воды, насоса, надёжного заземления.
