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.
Особенности вихревого индукционного котла
С принципом работы индукционного отопительного прибора мы уже знакомы. Существует его разновидность: вихревой индукционный котел или ВИН, действующий несколько иначе.
Отличительные черты ВИН
Как и индукционный аналог, он работает от высокочастотного напряжения, поэтому обязательно оборудуется инвертором. Особенность ВИН устройства заключается в том, что вторичная обмотка у него отсутствует.
Ее роль выполняют все металлические детали прибора. Их обязательно изготавливают из материалов, которые проявляют ферромагнитные свойства. Таким образом, когда на первичную обмотку устройства поступает ток, резко возрастает напряженность электромагнитного поля.
Оно в свою очередь генерирует ток, сила которого стремительно увеличивается. Вихревые токи провоцируют перемагничивание, в результате которого все ферромагнитные поверхности очень быстро, почти мгновенно, разогреваются.
Вихревые устройства достаточно компактны, но за счет использования металла, их вес велик. Это дает дополнительное преимущество, поскольку все массивные элементы корпуса принимают участие в теплообмене. Таким образом КПД агрегата приближается к 100%.
Эту особенность устройства нужно учитывать, если принято решение самостоятельно изготовить котел ВИН. Он может быть выполнен только из металла, пластик использоваться не должен.
Основное отличие вихревого индукционного котла заключается в том, что его корпус выступает в роли вторичной обмотки. Поэтому его всегда изготавливают из металла
Как собрать вихревое индукционное устройство?
Как мы уже знаем, такой котел отличается от своего индукционного аналога, однако, изготовить его самостоятельно так же несложно. Правда, теперь понадобятся навыки сварочных работ, ведь устройство должно быть собрано только из металлических деталей.
Для работы понадобится:
- Два одинаковых по длине отрезка металлической толстостенной трубы. Их диаметры должны быть разными, так, чтобы одну деталь можно было поместить в другую.
- Обмоточная (эмалированная) проволока из меди.
- Трехфазный инвертор, можно от сварочного аппарата, но максимально мощный.
- Кожух для теплоизоляции котла.
Теперь можно приступать к работе. Начинаем с изготовления корпуса будущего котла. Берем трубу большего диаметра и вставляем внутрь вторую деталь. Их нужно вварить одну в другую так, чтобы между стенками элементов осталось некоторое расстояние.
Получившаяся деталь в разрезе будет напоминать баранку. В качестве основания и крышки корпуса используется стальной лист толщиной не менее 5 мм.
В результате получаем полый бак цилиндрической формы. Теперь нужно врезать в его стенки патрубки под трубы подачи холодной и отводе горячей жидкости. Конфигурация патрубка и его диаметр зависят от труб отопительной системы, возможно, дополнительно понадобятся переходники.
После этого можно приступать к намотке проволоки. Она аккуратно, под достаточным натяжением наматывается на корпус котла.
Принципиальная схема самодельного индукционного котла вихревого типа
Собственно, нагревательным элементом будет служить намотанная проволока, поэтому корпус прибора желательно закрыть теплоизоляционным кожухом. Так удастся сохранить максимум тепла и, соответственно, увеличить КПД устройства и сделать его безопасным.
Теперь нужно врезать котел в отопительную систему. Для этого теплоноситель сливается, отрезается нужный по длине участок трубы и на его место вваривается прибор.
Осталось только запитать отопительный прибор и не забыть подключить к нему инвертор. Устройство готово к эксплуатации. Но прежде, чем провести испытания, нужно заполнить магистраль теплоносителем.
Вы не знаете, какой теплоноситель выбрать для заполнения контура? Рекомендуем ознакомиться с характеристиками различных теплоносителей и рекомендациями по выбору оптимального типа жидкости для отопительного контура.
Только после закачки теплоносителя в систему проводить пробный пуск.
Сначала нужно запустить прибор на минимальной мощности и внимательно отследить качество сварных швов. Если все в порядке, мощность увеличиваем до максимума.
На нашем сайте есть еще одна инструкция по изготовлению индукционного прибора, который можно использовать для подогрева теплоносителя в системе отопления. Чтобы ознакомиться с процессом сборки индукционного нагревателя, переходите по этой ссылке.
https://youtube.com/watch?v=RLev9e9Ydjc
Примеры самодельных конструкций
Если вы не собираетесь использовать индукционный котел для осуществления главного отопления в частном доме, а хотите оборудовать им дачу или гараж, то вы можете попытаться сконструировать его самостоятельно. Существует два варианта, как это сделать.
Первый вариант
Для его реализации понадобятся куски пластиковых труб и сварочный инвертор. Имея элементарные знания в области физики и умея пользоваться кусачками, можно самостоятельно смастерить элементарную индукционную модель. Для этого нужно приобрести уже созданный высокочастотный сварочный инвертор с плавной регулировкой мощности тока до 15 ампер или даже выше. Для обогрева большой площади лучше выбрать гораздо более мощный аппарат. Еще понадобится катанка из нержавеющей стали либо обычные отрезки стальной проволоки. Это нужно для выполнения роли нагреваемого элемента. Их длина – около 50 мм, при диаметре 7 мм.
Важной составляющей является медная проволока, которую можно без проблем приобрести в любом тематическом магазине. Не следует использовать обмотку со старых катушек
Корпус, являющийся основой индукционной катушки – это одновременно часть трубопровода, поэтому его можно изготовить из пластиковой трубы с толстыми стенками. Ее внутренний диаметр должен быть 50 мм. К этому корпусу крепят два выходных патрубка для поступления холодного и отдачи горячего теплоносителя. Все внутреннее пространство корпуса нужно полностью заполнить отрезками проволоки и закрыть металлической сеткой, чтобы они не высыпались.
Так может выглядеть самодельное индукционное устройство
Индукционную катушку делают следующим образом: вокруг уже ранее приготовленной пластиковой трубы постепенно наматывают покрытый эмалью медный провод. Понадобится примерно 90 витков. Получившееся самодельное устройство требуется подключить к трубопроводной сети. Из трубопровода вырезают небольшой участок трубы, а вместо него устанавливают самодельный индукционный котел. Его подключают через инвертор и просто запускают воду.
Второй вариант
Это вариант предусматривает использование трехфазного трансформатора с возможностью и фиксации. Кроме того, понадобится еще и сварочный аппарат. Для изготовления устройства нужно сварить две трубы таким образом, чтобы они были похожи на бублик в разрезе. Эта конструкция выполняет, как проводниковую, так и нагревательную функции. Потом наматывают обмотку, непосредственно на корпус котла в целях его более эффективной работы, несмотря на небольшой вес и размеры. Здесь используется стандартная схема нагрева теплоносителя: он получает большое количество тепловой энергии при контакте с обмоткой.
Самодельный индукционный котел из трансформатора
Схема изготовления такой конструкции несколько сложнее, чем в первом варианте. Котел оборудуется двумя патрубками, как для входа холодного теплоносителя, так и для выхода нагретого. Если придумать и самостоятельно соорудить защитный кожух, то можно минимизировать тепловые потери.
Сборка электрокотла
Чтобы сделать котел своими руками, необходимо к процессу подготовится.
Для этого понадобится:
- Труба диаметром 219 мм.
- Металлический лист толщиною 4-5 мм.
- Труба диаметром 25 мм и 50 мм.
- Штуцера под термометр и манометр.
- Сварочный аппарат, болгарка, рулетка, карандаш (мел), электроды.
Из трубы диаметром 219 мм вырезается отрезок длиною 500 мм. В нем с двух концов делаются отверстия под трубу 25 мм. Отверстия могут располагаться на одной стороне (по одной линии) или с двух противоположных. Второй вариант лучше, потому что эти отверстия являются местами соединения патрубков для двух контуров системы отопления: подающего и обратного. При их расположении по диагонали происходит более эффективный нагрев теплоносителя.
В самодельном приборе вырезается еще одно отверстие с боку снизу. Это место для установки ТЭНа. К нему необходимо приварить трубу диаметром 50 мм с внутренней резьбой. Если резьбу нарезать невозможно (тонкая стенка), тогда придется приварить переходник. Из трубы 25 мм вырезаются пять отрезков по 5-10 см. Три из них будут использованы для ножек электрического котла, две для патрубков системы отопления.
Из металлического листа своими руками вырезаются два блина диаметром 231 мм (это 219 мм плюс две толщины стенки трубы по 6 мм). Один из блинов приваривается с одного края будущего электрического котла. Второй необходимо предварительно подготовить. Это будет верхняя крышка прибора, поэтому в нем делаются отверстия под штуцера термометра и манометра. После чего крышку можно приварить к электрическому котлу отопления.
Пошаговая инструкция
Рабочее место подготовлено, все инструменты и детали под рукой, а это значит, что можно приступить к созданию электродного котла для домашней системы отопления.
Подготовьте отрезок стальной трубы. Для этого необходимо с двух ее концов нарезать резьбу. Один конец трубки нужно будет заглушить, а в другой вкрутить муфту с электродом. Чтобы приварить к трубе металлические патрубки с резьбой, которые будут использоваться в качестве крепежа с тепловыми коммуникациями всей системы, в ней следует просверлить круглые отверстия. К корпусу нужно приварить два болта — один из них будет использован для нулевого провода, а другой для заземления. Чтобы вмонтировать полученный прибор в систему отопления, к подготовленным патрубкам нужно присоединить трубы. Следующий шаг — присоединить к электроду клемму плюсового провода. К наваренным болтам подсоедините клемму нулевого кабеля и провод заземления
В контур отопления важно подсоединить манометр и систему предохранителей. Не забудьте и об устройстве, отвечающем за отвод гидролизных газов
Электрокотел, изготовленный своими руками, готов к запуску. Систему нужно заполнить подготовленным теплоносителем и запустить.
Не зря говорят: мол, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Перефразируем это крылатое выражение и заметим, что видео-урок по сборке и монтажу электрокотла своими руками поможет вам лучше разобраться в тонкостях этого процесса. Предлагаем познакомиться с видео, подготовленным опытными специалистами-электриками.
Устройство индукционного электрокотла
Устройство индукционного (инверторного) электрокотла, состоит из нескольких важных узлов, отвечающих за возбуждение электромагнитного поля и передачи тепла. Конструктивно, отопитель состоит из следующих элементов:
- Первичная и вторичная обмотка – электричество подается на первичную внутреннюю обмотку. Создаются вихревые потоки (токи Фуко), посредством которых, осуществляется воздействие на вторичную наружную обмотку.
Сердечник – под воздействием вихревых потоков, начинает быстро нагреваться. Внутри устройства, расположена полость, по которой постоянно циркулирует теплоноситель. Равномерно прогреваясь, сердечник, передает тепло теплоносителю.
Такое устройство обеспечивает максимальное КПД, равное 99%. Индукционный электрокотёл имеет следующие преимущества:
- Использование инверторной технологии, дает необходимую интенсивность нагрева теплоносителя, предотвращая его перегрев и закипание. При этом, требуется создать условия для постоянной циркуляции жидкости внутри нагревающего элемента.
Широкий диапазон рабочих температур. При необходимости, котел способен подключаться к энергосберегающим системам отопления, типа «теплые полы» или работать в режиме антизамерзания, поддерживая нагрев в пределах 10-15°С. Безопасность и эффективность – принципиальная электрическая схема, полностью исключает вероятность поражения электрическим током. Разогрев сердечника, происходит быстро, благодаря низкому уровню инерции. Используется меньшая температура нагрева теплообменника, чем в ТЭНовых котлах. Длительный срок службы инерционного электрокотла, варьируется от 40-60 лет. При этом, в течение всей эксплуатации, не потребуется менять нагревательный элемент.
Электрическая схема высокочастотного инвертора индукционного котла отопления, настолько простая, что некоторые потребители, изготавливают ее своими руками. Самодельный котел, уступает заводскому в надежности и экономичности, но пользуется популярностью, благодаря минимальным затратам на его изготовление.
Чем отличаются индукционные котлы от ТЭНовых
Главное отличие индукционного котла от электрического ТЭНового, заключается в различном принципе нагрева теплоносителя:
- ТЭНовый котел – для нагрева, используется трубчатый нагреватель, со спиралью внутри, разогреваемой в результате замыкания электрической цепи. Сверху, нагревательный элемент заключен в оболочку из керамики или нержавеющей стали.Для нагрева теплоносителя, вырабатываемое тепло проходит через несколько стадий. Сначала разогревается спираль. Тепло передается нагревающей поверхности и только затем теплоносителю. При этом, наблюдаются большие теплопотери.
Индукционный котел – в роли теплообменника, выступает полый ферромагнитный стержень, по которому циркулирует теплоноситель. Преимущества индукционных котлов перед обычными электрокотлами, заключаются в непосредственном подогреве жидкости системы отопления. Нагреваемый сердечник, сразу передает тепло.
Бытовые индукционные электрокотлы для отопления частных домов, по сравнению с ТЭНовыми отопителями, имеют еще несколько преимуществ. Вихревые потоки приводят к тому, что сердечник постоянно вибрирует, что делает невозможным появление кальциевых отложений (являющихся главной причиной выхода из строя ТЭНовых котлов).
Теплопотери сведены к минимуму, по причине двойной теплоизоляции корпуса. В результате принципа работы и особенностей конструкции, система отопления с использованием электрического индукционного котла, отличается высоким КПД 98-99%.
ТЭНовые котлы, для отопления и горячего водоснабжения, используют два отдельных нагревательных элемента, работающих одновременно при открытии крана ГВС. При этом, создается пиковая нагрузка на электросеть, увеличивается потребление электроэнергии. В индукционных теплогенераторах, подобного не происходит.
Ввиду шума и вибрации, наблюдаемых во время работы, и высокой стоимости, индукционные котлы, в первую очередь предназначены для отопления промышленных помещений.
Вариант № 3. Индукционные котлы
Из широко используемых моделей индукционный котел можно считать последней разработкой.
Как работают индукционные нагреватели
Если не вдаваться в тонкости устройства, то индукционный котел — это та же микроволновка, теплоноситель нагревается посредством магнитного поля.
Схема отопительной системы подразумевает работу в заданный интервал времени.
Достоинства:
- Безопасность;
- Высокий КПД;
- В этих агрегатах может использоваться любой теплоноситель, его качество не играет роли;
- В индукционных котлах практически не образуется накипь.
Недостатки:
- Стоимость индукционных котлов довольно высока;
- В этих аппаратах относительно сложная управляющая автоматика. Собрать ее своими руками дилетанту проблематично.
Собираем простой индукционный нагреватель
Когда я начал изучать самодельные индукционные нагреватели, то понял, что инструкция там не простая, да и чертежи довольно сложные для домашнего мастера, но есть интересное решение, о котором я далее и расскажу.
| Иллюстрации. | Рекомендации. |
| Из чего состоит котел. Чтобы собрать такой котел вам нужно купить индукционную печку мощностью 2,4 кВт (стоит около 2000 рублей) и 3 м профилированной трубы сечением 25х50 мм с толщиной стенки 2,5 мм. | |
| Принцип работы. Нам нужно соорудить из профилированной трубы своеобразную плоскую емкость, по которой будет циркулировать вода. Потом к этой емкости прикрепить индукционную печку и включить ее. Это то же самое, что поставить кастрюлю с водой на печь. | |
| Нарезаем трубу. Самое сложное в этой работе сделать все максимально точно. Я нарезал трубу при помощи торцовочной пилы на станине с ограничителем. В моем случае труба резалась на отрезки по 400 мм, после чего я зачищал напильником края от заусенец. | |
| Схема емкости. Как показано на схеме вода циркулирует змейкой по этому импровизированному радиатору. Я не случайно сделал именно 6 регистров, так подача и обратка у меня будет с одной стороны и плиту будет легче подключать к системе отопления. | |
| Прорезаем соединительные отверстия. Соединительные отверстия должны находиться четко напротив друг друга. В данном случае я просверлил 2 отверстия по краям сверлом на 10 мм, а потом вырезал середину между ними маленькой болгаркой. | |
| Нумерация труб. Есть очень важный момент: профилированные трубы не идеально симметричные, с одной стороны они слегка закруглены, а с другой ровные. Если присмотреться, то на фото слева это видно. Так вот, нам нужно изначально сложить острый край труб с тупым. Чтобы не перепутать впоследствии, трубы сразу нумеруются. | |
| Собираем емкость. Теперь нам нужно проварить все швы между трубами, для этого выкладываем их на идеально ровную поверхность и стягиваем струбциной. Дальше, чтобы плиту не повело, вначале прихватываем все швы точечно, а после провариваем швы капитально. | |
| Закрываем торец емкости. Чтобы заварить одну из сторон емкости я вырезал полосу. Полоса вырезана из той же профилированной трубы, просто болгаркой срезал одну из сторон. Привариваем как обычно, сначала прихватываем, потом обвариваем. | |
| Привариваем патрубки. С обратной стороны делаем практически то же самое, с той лишь разницей, что к крайним трубам привариваются патрубки притока и обратки. Площадь соприкосновения нашей металлической емкости с индукционной печкой должна быть максимальной, поэтому сварочные швы нужно зачистить болгаркой. | |
| Монтируем направляющие. Чтобы всю эту конструкцию навесить на вертикальную стену сзади привариваем 2 уголка, в которые потом вставится наша индукционная печка, как в нишу. | |
| Покраска. По окончании сварочных работ я покрасил всю конструкцию термостойкой краской и приварил петли для навешивания нашего индукционного котла на стену. В принципе все, теперь можно подключать котел к отоплению и пользоваться. |
Будова так конструкцйн особливост електродних котлв
За своєю будовою, електричний котел може бути класичним або іонним (електродним). В класичній моделі, тепло виробляється за рахунок нагрівання спіралей (ТЕНів). Чим більше кількість ТЕНів у баку, ти вище потужність котла. Щодо іонних моделей, то в них процес нагрівання води відбувається за рахунок розщеплення молекул на іони — позитивно та негативно заряджені частки.
Електро котлы можуть вішатись на стіну, або встановлюватись на полу. Вони працюють абсолютно безшумно, мають досить невеликі розміри, легко монтуються и не потребують додаткових умов при експлуатації. Наявність блоку керування дозволяє самостійно регулювати температуру в приміщенні, та встановлювати індивідуальний мікроклімат в окремих кімнатах.
Якщо вас цікавить якісні та сучасні системи опалення в Україні — замовляйте електричні котли «Обрій» просто зараз.
Как запустить электрокотел для отопления?
Перед тем как запустить котел, необходимо полностью проверить все соединения, электропроводку и заполнить систему водой.
Для более эффективной работы системы , в нее можно подключить циркуляционный насос. Его задачей будет перегон теплоносителя, благодаря чему тот будет равномернее прогреваться.
В случае когда система делается с естественной циркуляцией, более удачным вариантом будет от выхода к обратке сделать небольшой уклон, для того чтобы к котлу быстрей возвращалась остывшая вода.
В случае обнаружения в проводке порванных или пережатых проводов, их немедленно заменить и хорошо заизолировать. Игнорировать данные дефекты нельзя игнорировать, из-за того что в трехфазной системе довольно большая сила тока.
Подготовка – это очистка устройства от пыли и грязи. Также при первом запуске и при дальнейшей эксплуатации необходимо не допускать скачки напряжения. Чтобы этого избежать, нужно установить УЗО.
Вначале система заполняется водой таким образом, чтобы в ней не осталось воздушных пробок. Обычно радиаторы оснащены специальными краниками, служащими для этой целей. Далее необходимо просто включить котел в электросеть и подождать его прогрева.
Отопление дома при помощи электричества — наиболее технологичный вариант. Электрическая энергия без потерь преобразуется в тепловую, удобно и дешево транспортируется.
