Использование индукционного нагревателя для отопления

Индукционный водонагреватель своими руками: схема

Прибор представляет собой трансформатор, имеющий две обмотки: первичную и вторичную. Первый контур преобразует электрическую энергию в вихревые токи, тем самым создает индукционное поле направленного действия, что и обеспечивает индукционный нагрев. На вторичном контуре преобразованная энергия передается теплоносителю (в нашем случае – это вода).

Важно учитывать тип материала, из которого изготовлена обмотка. Так, в бытовых моделях чаще всего используется медный провод. Такой материал хорошо подойдет для нагрева воды в котлах

Такой материал хорошо подойдет для нагрева воды в котлах.

Кроме трансформатора в устройстве присутствует генератор и насос (необязательно).

Схема простого индукционного водонагревателя. Как видно, прибор имеет довольно простую конструкцию и малое количество элементов.

Узлы и детали теплогенератора

Устройство включает в себя:

• генератор переменного тока, который увеличивает частоту тока;
• индуктор, трансформирующий электроэнергию в магнитную энергию, представляет собой катушку из медной проволоки;
• нагревательный элемент, чаще всего его роль играет металлическая труба.

Благодаря такой конструкции передача энергии осуществляется практически без потерь. КПД достигает 98%.

Принцип работы

Индукционный водонагреватель состоит из генератора, катушки и сердечника, последний нагревается за счет электромагнитной энергии

Прибор преобразует электрическую энергию в электромагнитную. Последняя, в свою очередь, воздействует на сердечник (трубу), который нагревается и передает воде тепловую энергию. Преобразовывает все эти энергии индуктор, состоящий из катушки и сердечника. Генератор используется для повышения частоты тока, так как со стандартной частотой в 50 Гц сложно добиться высокого нагрева.

В заводских моделях частота тока достигает 1 кГц.

Что потребуется для изготовления своими руками

Вам следует подготовиться к предстоящей установке инверторной системы отопления:

1. Тело будущего устройства. Он состоит из трубы из термостойкого полимера диаметром 50 мм.
2. Нагревательный элемент. Она может быть изготовлена из проволоки из нержавеющей стали.
3. Опора для кабельных секций. Это металлическая сетка с мелким ячеистым сечением.
4. Индукционный элемент. Подходит медная проволока.
5. Система подачи жидкости. Для этого используется циркуляционный насос.

Кроме того, необходимо подготовить термостат и соединительные элементы для отопительного контура, которые включают шаровые краны и переходники.

Развенчание мифов

Порой в магазинах, продающих оборудование, осуществляющее индукционное отопление дома, можно услышать просто нереальные характеристики, присваивающиеся ему. И, к сожалению, не всегда такие свойства являются правдивыми. Существует несколько основных моментов, о которых следует знать правду:

Новизна принципа. Многие утверждают, что это инновационные технологии, которые построены на основе принципов физики. В реальности дело обстоит так: явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем еще в 1831 году. И уже с ХХ столетия индукционная система отопления вовсю использовалась в промышленности для того чтобы плавить сталь. Как видим, это не новая технология, а всего лишь известный принцип, нашедший применение в современности в бытовых целях.

Нагрев воды в индукционном котле

Экономичность. Частое утверждение – что индукционный нагреватель для отопления использует на 20-30% менее энергии, нежели другие электрические аналоги. В реальности же все так: любой прибор нагревания все 100 процентов энергии, которую он использует, превращает в тепловую – конечно если он не делает механическую работу. КПД может быть и меньшим. Здесь все зависит от того, как рассеивается тепло вокруг прибора отопления. Время, за которое носитель тепла нагреется до нужной температуры, прямым образом зависит от того, насколько эффективна работа нагревательного элемента. Поэтому высокие речи о революционной экономичности – это лишь уловки. Ведь закон сохранения энергии никто не отменял. Чтобы получить 1 кВт тепла, нужно потратить не менее 1 кВт электричества. Помимо этого, какая-то часть тепла будет тратиться просто так. Например, сама катушка греется, так как сопротивление проводника не нулевое.

Экономический эффект использования индукционного котла

• Долговечность. Еще одно частое утверждение – это то, что отопление индукционной плитой будет работать у вас не менее 25-ти лет, и что это наиболее долговечный вариант отопления электричеством. Механическое изнашивание котлов такого типа невозможно, так как у них нет подвижных элементов. Медная обмотка обладает большим запасом прочности, и если использовать ее при надлежащем охлаждении, то прослужит она долго. Сердечник в любом случае будет постепенно разрушаться – так как на него могут влиять агрессивные примеси, а постоянный нагрев-остывание не будет придавать прочности. Но заметим, что даже этот процесс – очень долгий. В схеме управления – несколько транзисторов. Именно они и будут определяющими срока эксплуатации всего оборудования без отказа. Обычно дается гарантия на 10 лет. Хотя известны случаи, когда оборудование работало и 30 лет. Вывод из этого всего следующий: индукционные нагреватели воды для отопления будут намного дольше работать, чем аналоги – ТЭНы.
• Незаменимые свойства. Многие говорят, что индукционные котлы сохраняют свои первоначальные характеристики в течение десятилетий из-за того, что здесь не появляется накипь. Первым делом, скажем, что влияние накипи немного преувеличивается. Слой извести не имеет высоких теплоизолирующих свойств, а в замкнутой системе много отложений не появится. Но этого нельзя сказать о сердечнике – здесь накипь – это частое явление. Так, отопление с помощью индукционной плиты действительно не подвержено накипи.
• Бесшумная работа. На самом деле, если изучить отзывы, то можно сказать, что любой электробойлер не будет шуметь при нагревании воды, так как здесь нет акустических колебаний. Шум может появиться только от насосов. Так что суждение верно.
• Компактность. Индукционное оборудование можно устанавливать в любом помещении. Это утверждение верно: данное устройство – это отрезок трубы, который не требует особого места.

Индукционный котел

Индукционный нагрев воды для отопления – безопасен. Если случится утечка носителя тепла, то электромагнитное поле не исчезнет автоматически. Сердечник продолжит нагреваться, если не прекратить электроснабжение, то корпус и крепление расплавятся через считанные секунды. Именно поэтому при установке следует предусмотреть автоматическое отключение индукционного котла в таких ситуациях.

Инструкция по изготовлению

Чертежи

Рисунок 1. Электрическая схема индукционного нагревателя

Рисунок 2. Устройство.

Рисунок 3. Схема простого индукционного нагревателя

Для изготовления печи понадобятся следующие материалы и инструменты:

• паяльник;
• припой;
• текстолитовая плата.
• мини-дрель.
• радиоэлементы.
• термопаста.
• химические реагенты для травления платы.

Дополнительные материалы и их особенности:

1. Для изготовления катушки, которая будет излучать необходимое для нагрева переменное магнитное поле, необходимо приготовить отрезок медной трубки диаметром 8 мм, и длиной 800 мм.
2. Мощные силовые транзисторы являются самой дорогой частью самодельной индукционной установки. Для монтажа схемы частотного генератора необходимо приготовить 2 таких элемента. Для этих целей подойдут транзисторы марок: IRFP-150; IRFP-260; IRFP-460. При изготовлении схемы используются 2 одинаковых из перечисленных полевых транзисторов.
3. Для изготовления колебательно контура понадобятся керамические конденсаторы ёмкостью 0,1 mF и рабочим напряжением 1600 В. Для того, чтобы в катушке образовался переменный ток высокой мощности, потребуется 7 таких конденсаторов.
4. При работе такого индукционного прибора, полевые транзисторы будут сильно разогреваться и если к ним не будут присоединены радиаторы из алюминиевого сплава, то уже через несколько секунд работы на максимальной мощности, данные элементы выйдут из строя. Ставить транзисторы на теплоотводы следует через тонкий слой термопасты, иначе эффективность такого охлаждения будет минимальна.
5. Диоды, которые используются в индукционном нагревателе, обязательно должны быть ультрабыстрого действия. Наиболее подходящими для данной схемы, диоды: MUR-460; UF-4007; HER – 307.
6. Резисторы, которые используются в схеме 3: 10 кОм мощностью 0,25 Вт – 2 шт. и 440 Ом мощностью – 2 Вт. Стабилитроны: 2 шт. с рабочим напряжением 15 В. Мощность стабилитронов должна составлять не менее 2 Вт. Дроссель для подсоединения к силовым выводам катушки используется с индукцией.
7. Для питания всего устройства понадобится блок питания мощностью до 500. Вт. и напряжением 12 – 40 В. Запитать данное устройство можно от автомобильного аккумулятора, но получить наивысшие показания мощности при таком напряжении не получится.

Сам процесс изготовления электронного генератора и катушки занимает немного времени и осуществляется в такой последовательности:

1. Из медной трубы делается спираль диаметром 4 см. Для изготовления спирали следует медную трубку накрутить на стержень с ровной поверхностью диаметром 4 см. Спираль должна иметь 7 витков, которые не должны соприкасаться. На 2 конца трубки припаиваются крепёжные кольца для подключения к радиаторам транзистора.
2. Печатная плата изготавливается по схеме. Если есть возможность поставить полипропиленовые конденсаторы, то благодаря тому, что такие элементы обладают минимальными потерями и устойчивой работой при больших амплитудах колебания напряжений, устройство будет работать намного стабильнее. Конденсаторы в схеме устанавливаются параллельно образуя с медной катушкой колебательный контур.
3. Нагрев металла происходит внутри катушки, после того как схема будет подключена к блоку питания или аккумулятору. При нагреве металла необходимо следить за тем, чтобы не было короткого замыкания обмоток пружины. Если коснуться нагреваемым металлом 2 витка катушки одновременно, то транзисторы выходят из строя моментально.

Достоинства готового устройства ВИН

Автоматика нового поколения SAV предлагается .

Основными преимуществами устройства, применяемого для отопления, являются: безопасность, экономия, удобство, экологичность и безвредность для здоровья.

Безопасность

Нагрев воды в ВИН осуществляется посредством индукции электрической цепи. Тем не менее, при протекании воды через магнитное поле она никоим образом не связана с элементами силовой цепи. Так что, раздельное сосуществование электропитания и воды реализовано благодаря установке защитных устройств, обеспечивающих безопасность данного оборудования.

Экономия

Электромагнитная структура отопительной системы позволяет быстро нагревать воду, и нет необходимости предварительного нагрева и сохранения тепла. Через 10 секунд после запуска подогревателя аппарат может быть введен в эксплуатацию. Его электрическая энергия может быть полностью использована с тепловым КПД более 99%, что превышает почти на 20% от торгового стандарта.

Удобство

Предусмотрено открытие/закрытие подачи воды за счет автоматического включения/отключения электропитания. Небольшой каркас ВИН легко и просто установить в помещении для длительного применения. Можно приспособить управление через микрокомпьютер, цифровой дисплей с 8-ступенчатой регулировкой мощности.

На цифровом дисплее котла, как правило, имеются небольшие сенсорные кнопки выключателя питания, регулировки температуры воды. Когда температура понижается, циркуляционный насос автоматически включается, и вода нагревается.

Индукционное отопление обеспечивает стабильную температуру и может использоваться непрерывно без ограничения объема воды и времени.

Экологичность

Этот обогреватель не образует никаких вредных отработанных газов во время работы, не потребляет внутренний кислород, не создаёт никакого шума и не оказывает влияния на окружающую среду.

Безвредность для здоровья

Индукционный нагреватель, используя индукцию магнитного поля при нагревании воды, проводит намагничивание и умягчение воды. При этом улучшается активность воды, свойственная магнитной воде.

Вихревой нагреватель: как установить

Как уже было сказано выше, котлы такого типа могут быть установлены исключительно в закрытую систему отопления.

После этого контур отопления можно подключить к патрубку. Таким образом, в результате вы должны получить своего рода «дугу», по которой в дальнейшем будет проходить нагретая жидкость.

Для того чтобы избежать аварийных ситуаций или неполадок, измерьте расстояние от пола и потолка.

Показатели должны быть следующими:

• От стен – не менее 30 см;
• От пола и потолка – не менее 80 см.

Так же не следует забывать о том, что крепление к стене должно быть очень надежным, так как при потоке воды, вес устройства значительно увеличиться. Что касается техники безопасности, то она такая же как и у всех бытовых электрических приборов. Позаботьтесь о надежном заземлении.

Шаг 7: Делаем рабочую катушку

Один из вопросов, который мне часто задают: «Как сделать такую изогнутую катушку?». Ответ: песок. Песок предотвращает разрушение трубы в процессе сгибания.

Возьмите из холодильника медную трубку диаметром 9 мм и заполните ее чистым песком. Заклейте один конец заранее, а другой закройте после того, как заполните его песком. Вкопайте в землю трубу подходящего диаметра. Измерьте длину трубы для вашей катушки и начните медленно наматывать ее на трубу. После того, как вы сделали катушку, остальное не составит труда. Продолжайте наматывать трубку, пока не получите нужное количество витков (обычно 4-6). Второй конец должен совпадать с первым. Это облегчит подключение к конденсатору.

Теперь снимите крышки и возьмите воздушный компрессор, чтобы выдуть песок. Лучше всего делать это на улице.

Обратите внимание, что медная трубка также служит для охлаждения воды. Эта вода циркулирует через емкостной конденсатор и через рабочую катушку

Рабочая катушка выделяет много тепла под действием тока. Даже если вы используете керамическую изоляцию внутри катушки (для сохранения тепла), в рабочей зоне, которую нагревает катушка, все равно возникают чрезвычайно высокие температуры. Я начал свою работу с большого ведра ледяной воды, и через некоторое время она стала теплой. Я советую вам взять побольше льда.

Что же такое индукционный котел?

Индукционные системы отопления начали использовать в 80-х годах прошлого столетия на промышленных предприятиях. Бытовые же приборы появились только в середине девяностых годов. За последние десятилетия они были доработаны, и в их конструкцию были внесены некоторые обновления, однако, принцип их работы остается неизменным.

Название данных отопительных систем и приборов уже само по себе говорит о том, что в основе их функционирования лежит электромагнитная индукция. Суть принципа работы состоит в том, что если через проволоку достаточно большого диаметра в сечении, накрученную в виде катушки, пропустить переменный ток, то вокруг этой первичной обмотки создается мощное электромагнитное поле. Если в этом поле окажется проводник, то в нем будет наводиться (индуцироваться) напряжение. Ну а если силовые линии поля пересекают расположенный в нем сердечник из сплава, обладающего магнитными свойствами, то получается своеобразный короткозамкнутый контур. И за счёт появления на нем блуждающих токов Фуко, происходит очень быстрый и сильный нагрев этого материала.

Простейшая схема принципа работы индукционного нагревателя

Такой принцип широко используется, например, в сталелитейной промышленности. Нашли ему применение и для быстрого и высокотемпературного нагрева воды. Понятно, что в качестве сердечника в этом случае будет выступать труба или иной канал, по которому циркулирует теплоноситель.

А самый доступный для понятия пример индукционного нагревателя представляет собой проволоку, намотанную на трубу, изготовленную из диэлектрика, которая будет изолировать магнитный сердечник, помещаемый в ее внутреннее пространство.

Проволочная катушка подключается к электропитанию и создает электромагнитное поле. В результате воздействия переменного электромагнитного поля металлический стержень-сердечник будет нагреваться, передавая тепло теплоносителю, который затем поступает в трубы и радиаторы отопительного контура. В качестве теплоносителя в автономных системах отопления может быть использовано масло, вода или этиленгликоль.

Вместо сердечника, в современных котлах для теплообмена задействован целый лабиринт каналов и труб. Их стенки, выполненные из ферримагнитного сплава, обеспечивают большую площадь контакта с водой и оттого — очень интенсивный нагрев циркулирующего по ним теплоносителя

Это, конечно, очень упрощенное объяснение. В индукционных котлах промышленного производства в теплообменный ферромагнитным сердечником может являться целый лабиринт труб или каналов, а нередко, например, в вихревых нагревателях, в этом процессе задействован и корпус прибора.

Один индукционный котел правильно выбранной мощности способен обеспечить нагретым теплоносителем несколько контуров разветвленной системы отопления. Естественно, при грамотной расстановке коллекторов и циркуляционных насосов.

В системах отопления небольшой протяженности теплоноситель, нагреваясь, будет подниматься вверх, и создавшегося естественного давления обычно бывает достаточно для его естественной циркуляции. Если же отопительная магистраль довольно длинная и разветвлённая, завязана на коллекторы с дальнейшим распределением потоков теплоносителя по отдельным контурам, то в систему устанавливают один или несколько циркуляционных насосов, так как без них требуемого перемещения теплоносителя будет добиться невозможно.

Раскрываем главный миф индукционного отопления

Последнее время уже перестали говорить, что КПД при индукционном отоплении выше, чем КПД тэнового котла 2-3 раза. Но сторонники индукционного котла утверждают, что тэновый котёл быстро теряет свои свойства и выходит из эксплуатации, потому что на нём вырастает накипь!

Утверждают, что в течение года мощность тэнового котла уменьшается на 15-20%. Так ли это на самом деле?

Да, отложения не тэне действительно присутствуют, но никогда нельзя путать систему отопления и систему водоснабжения. Например, в системе водоснабжения действительно образуется накипь, точно также, как она образуется в чайнике, который мы видим на кухне каждое утро. Никогда нам это не мешает в трудовой деятельности, мы знаем, и это не подлежит сомнению, что в чайнике вода закипает в любом случае.

Напротив, в известной для нас системе отопления примеси нечасто поступают в воду. Слой отложения очень тонкий и не является сколько-нибудь значимым препятствием для передачи тепла.

Если энергия куда-то ушла из сети, никуда она полностью не исчезает. Она превращается в абсолютное тепло и нагревается теплоноситель, который, в свою очередь, нагревается точно с одним и тем же КПД, как он нагревался раньше и как он будет нагреваться всегда. Если бы было не так, то тэн разорвало бы излишками энергии.

Как только появляется накипь, теплообмен совершается при более высокой температуре. Ни о каком снижении КПД речи быть не может, какая бы температура ни была в тэне.

Снижение КПД электрокотла

Еще один аргумент при сравнении – индукционный котел в период эксплуатации не теряет своей первоначальной мощности. А вот у тэна из-за образования накипи, это происходит в порядке вещей.

Даже иногда приводятся расчеты, согласно которым, в течение всего одного года, мощность тэнового уменьшается на 15-20%. А значит, снижается и его КПД.

Давайте разберем это поподробнее.

Практически у любого электрического котла КПД превышает 98%. И даже котлы, работающие на токах сверхвысоких частот от 25кГц и выше, что могут для вас изменить? Добавить лишних полтора процента, но при этом подскочить в цене на 100%?!

Что касается отложений на элементе ТЭНа, то они действительно присутствуют.

А что происходит там, где нет постоянной подпитки примесей? На ТЭНе может осесть небольшой слой отложений, однако:

этот слой не достаточно толстый

он никоим образом не препятствует передаче тепла

А соответственно, свое изначальное КПД, котел никоим образом не теряет.

То есть фактически, и на чистом элементе нагрева и на грязном, происходит передача одинакового количества энергии, только при других температурах.

Реализация в бытовых условиях

Индукционное отопление ещё не завоевало в достаточной степени рынок из-за высокой стоимости самой системы обогрева. Так, например, для промышленных предприятий подобная система обойдётся в 100 000 рублей, для бытового использования – от 25 000 руб. и выше. Поэтому вполне понятен интерес к схемам, которые позволяют создать самодельный индукционный нагреватель своими руками

Индукционный котел отопления

На базе трансформатора

Основным элементом системы индукционного отопления с трансформатором станет само устройство, у которого есть первичная и вторичная обмотки. Вихревые потоки будут формироваться в первичной обмотке и создадут электромагнитное индукционное поле. Это поле будет воздействовать на вторичную, которая и есть, по сути, индукционный нагреватель, реализованный физически в виде корпуса котла отопления. Именно вторичная короткозамкнутая обмотка передает энергию теплоносителю.

Вторичная короткозамкнутая обмотка трансформатора

Главными элементами установки индукционного нагрева являются:

• сердечник;
• обмотка;
• два вида изоляции – тепло- и электроизоляция.

Сердечник – это две ферримагнитные трубки разного диаметра с толщиной стенок не менее 10 мм, вваренные друг в друга. Тороидальная обмотка из медного провода производится по внешней трубке. Необходимо наложить от 85 до 100 витков с равным расстоянием между витками. Переменный ток, изменяясь во времени, создаёт вихревые потоки в замкнутом контуре, которые и нагревают сердечник, следовательно, и теплоноситель, осуществляя индукционный нагрев.

С использованием высокочастотного сварочного инвертора

Индукционный нагреватель может быть создан с использованием сварочного инвертора, где главными компонентами схемы служат генератор переменного тока, индуктор и нагревательный элемент.

Генератор используется для преобразования стандартной частоты в сети электропитания 50 Гц в в ток с более высокой частотой. Этот модулированный ток подаётся на цилиндрическую катушку-индуктор, где в качестве обмотки используется медная проволока.

Медная проволока для обмотки

Катушка создаёт переменное магнитное поле, вектор которого меняется с заданной генератором частотой. Созданные вихревые токи, индуцированные магнитным полем, производят нагрев металлического элемента, который передаёт энергию теплоносителю. Таким образом реализуется ещё одна схема индукционного отопления, выполненная своими руками.

Нагревательный элемент тоже может быть создан своими руками из нарезанной металлической проволоки длиной около 5 мм и отрезка полимерной трубы, в которую помещается металл. При установке вентилей сверху и снизу трубы следует проверить плотность наполнения – не должно оставаться свободного пространства. Согласно схеме поверх трубы накладывается около 100 витков медной проводки, которая и является индуктором, подключаемым к клеммам генератора. Индукционный нагрев медной проволоки происходит за счёт вихревых токов, формируемых переменным магнитным полем.

Немного теории

Сделать это устройство под силу каждому

Многие знают, что существуют индукционные кухонные плиты, но не многие знают о принципе их работы. А это очень просто – специальная катушка плиты вырабатывает магнитные поля определенной частоты, которые при воздействии с металлом, возбуждают в нём электрические вихри.

Последние в свою очередь за счёт сопротивления металла его нагревают. Так происходит нагрев кухонной посуды: кастрюль и сковород. Главное условие в этом процессе – металл с магнитными свойствами, — например, нержавейка, чугун и железо, а вот алюминий и другие цветные металлы нагреваться не будут.

Детская площадка на даче своими руками: игровая, спортивная | (100 Оригинальных Фото Идей & Видео)