Люди избалованы цивилизацией и не мыслят существования без ее благ. К ним, бесспорно, относится и отопление зданий. Системы обогрева постоянно совершенствуются и становятся все более эффективными и удобными для использования.
Но этого мало. Согласитесь, совсем неплохо, чтобы отопительное оборудование было еще и экономичным. И это желание вполне осуществимо — можно изготовить индукционный котел отопления своими руками. Он способен не только обеспечивать необходимый уровень обогрева помещения, но и весьма экономно расходовать при этом энергоресурсы.
Более того, такое оборудование при желании соберет даже начинающий мастер. А как это правильно сделать и какие материалы понадобятся для изготовления — эти вопросы мы детально разберем в нашей статье. Предварительно рассмотрим устройство и принцип работы оборудования, а также плюсы его использования.
Устройство и принцип работы оборудования
Прежде, чем заняться самостоятельной сборкой индукционного котла, предстоит разобраться с его устройством и принципом работы. И только уяснив эти моменты можно приступать к изготовлению самоделки.
Как работает индукционный котел?
Чтобы понять, как работает индукционное оборудование, нужно познакомиться с принципом его действия. А потому вспомним школьный курс физики.
Когда через токопроводящий материал проходит электрический ток, он выделяет тепло. При этом количество полученного тепла будет прямо пропорционально напряжению и силе тока. Эту закономерность открыли Джоуль и Ленц, в честь которых и назван физический закон.
Галерея изображений
Фото из
Принцип действия индукционных нагревателей и котлов
Преимущества отсутсвия прямого нагрева
Стандартные компоненты индукционного котла
Вариант самодельного индукционного нагревателя
Но электрический ток может появиться в проводнике не только при непосредственном подключении его к источнику питания. Есть еще один способ, открытый в позапрошлом веке М. Фарадеем. Это бесконтактный метод, не предполагающий взаимодействия источника питания с проводником.
Суть его заключается в том, что когда изменяются параметры магнитного поля, которое пересекает проводник, в нем появляется ЭДС или электродвижущая сила.
Это явление было названо электромагнитной индукцией. Именно оно используется в работе индукционного котла. Получается, что если присутствует ЭДС, значит, будет и электрический ток, соответственно, будет и нагрев проводника.
В этом случае он будет производиться бесконтактным способом, при помощи наведенных токов или как их еще называют токов Фуко.
Получить электромагнитную индукцию можно двумя способами. В первом случае для получения индукции вращают или перемещают проводник внутри постоянного магнитного поля. Этот способ используется в электрогенераторах.
Еще один способ получения индукции – проводник остается неподвижным, при этом параметры магнитного поля, в котором он находится, а именно направление силовых линий и интенсивность, постоянно изменяются.
В основу действия любого индукционного котла заложено явление электромагнитной индукции
Сделать это было бы достаточно сложно, если бы не открытие Эрстеда. Он выяснил, что если на катушку намотать провод, то при подключении источника питания она превращается в электромагнит. При изменении направления и силы тока будет изменяться и магнитное поле, которое генерирует это устройство.
Если же внутрь поля поместить проводник, в нем возникнет электрический ток, что сопровождается нагревом.
Именно по такому принципу и устроен индукционный котел. Конструкция его очень проста. Она включает в себя корпус, обязательно теплоизолированный и экранированный. Внутри него помещается труба. Лучше всего, если она будет и сплава, но можно использовать и сталь.
Правда, в последнем случае эксплуатационные характеристики устройства немного пострадают. Трубу устанавливают в гильзу из диэлектрического материала.
Теплоноситель в котлах индукционного типа нагревается от расположенного внутри стального сердечника, нагрев которого производится вихревыми токами, возникающими в электромагнитном поле
Поверх гильзы по принципу катушки наматывается медная шина. Ее подключают к источнику питания. Для врезки в систему отопления используются два патрубка, по которым будет двигаться теплоноситель.
При подаче питания ток проходит по катушке и активирует переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, наводит вихревые токи внутри трубы. Они разогревают стенки детали, а частично и теплоноситель, который в ней находится.
Существую вариации индукционного котла с несколькими трубками малого диаметра, установленными параллельно. Их используют вместо одной большой трубы. Это дает выигрыш в скорости разогрева устройства.
В таком виде оборудование уже может работать, но нагрев будет слабым. Чтобы его усилить, нужно пропускать через катушку высокочастотный электрический ток. Поэтому оборудование обязательно дополняется инвертором и выпрямителем.
Переменный ток из сети имеет частоту 50 Гц, что недостаточно для эффективной работы индукционного котла. Поэтому он подается на выпрямитель, где преобразуется в постоянный.
После чего направляется в инвертор, который представляет собой электронный модуль с управляющей схемой и два ключевых транзистора. Устройство преобразует постоянный ток в высокочастотный.
Надо признать, что использование выпрямителя и инвертора увеличивает стоимость индукционного котла. Поэтому есть модели, работающие без них. Они подключаются к обычной сети. Но такое оборудование имеет внушительные габариты, что позволяет увеличить его эффективность. Приборы с инвертором более компактны.
Наведенные вихревые токи очень быстро разогревают теплообменник и жидкость, находящуюся внутри него
Основные элементы отопительного оборудования
Любой котел индукционного типа состоит из нескольких конструктивных элементов:
- Индуктор. Основная деталь устройства. Представляет собой своего рода трансформатор с двум обмотками. Первичная наматывается на сердечник. При прохождении тока именно здесь возникает электромагнитное поле, образующее вихревые токи. Корпус котла выступает в роли вторичной обмотки. Она принимает на себя вихревые токи, разогревается и передает тепловую энергию теплоносителю.
- Нагревательный элемент. Это сердечник катушки. Для котла он выполняется в виде трубы достаточно большого диаметра или нескольких параллельно соединенных труб меньшего сечения.
- Патрубки. Предназначены для врезки устройства в тепловую сеть. По одному внутрь устройства поступает теплоноситель, по второму жидкость выходит из котла и подается в отопительный контур.
- Инвертор. Это устройство — инвертор — преобразует постоянный электрический ток в высокочастотный, который потом подается на индуктор.
Прежде чем приступить к самостоятельной сборке, следует тщательно продумать, из чего и как будут изготовлены основные элементы устройства. Некоторые из них придется изготавливать самому, а некоторые можно купить.
К примеру, можно использовать инвертор от сварочного аппарата. Хорошо, если он будет с возможностью регулировки мощности.
Инвертор преобразует постоянный ток в высокочастотный. Для изготовления самодельных устройств можно использовать стандартный инвертор для сварки
Мы перечислили основные элементы индукционного котла.
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.
Инструкция по сборке индукционного котла
Индукционные отопительные приборы можно приобрести в магазине, но стоимость их достаточно велика. Поэтому многие домашние умельцы пробуют сделать его своими руками. Для изготовления самодельного индукционного котла нужно подготовить материалы и инструменты.
Для начала нужно приобрести сварочный инвертор. Он может быть недорогой, но желательно, чтобы устройство было оборудовано регулятором силы тока.
Кроме того, следует обратить внимание на силу тока, с которой работает прибор. Стандартное значение для сварочных инверторов – 15А. Этого будет недостаточно. Нужно поискать более мощный агрегат.
Кроме этого нужно подготовить катанку или проволоку из нержавейки диаметром 7 мм или около того. Ее следует нарезать на фрагменты длиной 40-50 мм. Они будут помещены в электромагнитное поле, где будут разогреваться.
Нагревательный элемент самодельного индукционного прибора изготавливается из медной проволоки, для намотки которого можно использовать любой подходящий по диаметру цилиндрический предмет
Для изготовления корпуса котла берется пластиковая толстостенная труба. Диаметр детали может варьироваться, но, как показывает практика, оптимальный вариант – 50 мм по внутреннему диаметру.
Для соединения оборудования с отопительной системой используются переходники. Через один из них в котел будет поступать холодный теплоноситель, а через другой горячая жидкость будет подаваться в систему.
Фрагменты проволоки должны быть уложены в корпус. Чтобы они не выпали, дно детали накрывается мелкоячеистой металлической или капроновой сеткой, которая надежно закрепляется на корпусе. После этого можно уложить проволоку внутрь корпуса.
Теперь верхнюю часть детали накрывают такой же сеткой, как и дно, и закрепляют ее к стенкам детали. На об торца надеваются переходники. Получается заготовка, из которой будет изготовлена индукционная катушка.
Для этого на нее нужно намотать эмалированный медный провод. В среднем нужно наложить 90 витков. Они должны располагаться ближе к центру детали. Выполнять их нужно очень аккуратно и ровно, так, чтобы получилась качественная индукционная катушка.
Получившееся устройство можно устанавливать в систему отопления. Делается это следующим образом. Сначала из системы сливается теплоноситель.
После этого выбирается место, где будет установлен котел. Труба на этом участке размечается, после чего из нее вырезается фрагмент, равный по длине отопительному прибору.
Затем на подготовленное место устанавливается самодельный индукционный котел. Катушка соединяется с инвертором, на этом монтаж можно считать законченным. После этого система вновь заполняется теплоносителем.
На пластиковую трубу с отрезками металлической проволоки внутри аккуратно наматывается медный провод
Только после этого можно тестировать новое устройство. В нем обязательно должна быть жидкость.
Если включить индукционный котел «на сухую», пластиковый корпус расплавится от высокой температуры. Это приведет к частичному разрушению отопительной системы, что недопустимо.
Еще один важный момент – грамотное обустройство заземления отопительного прибора, без чего невозможна его безопасная эксплуатация.
Когда целесообразнее самостоятельное изготовление
Делать котел своими руками целесообразно для домов с сезонным проживанием. Как правило, в таких зданиях устанавливается оборудование невысокой мощности, и нет нужды тратить огромные средства на покупку готовой модели. Затраты на изготовление прибора своими руками при этом минимальны.
Даже к самодельному агрегату легко подобрать дополнительные блоки автоматики, позволяющие устанавливать необходимые температурные параметры. Такое устройство позволит не просто задать нужные показатели на продолжительный срок, но и обеспечит удаленное управление всей системой отопления.
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.
Простой вариант
Самый простой котел можно собрать в домашних условиях, обладая навыками работы со сварочным аппаратом, а также болгаркой. Перед тем как сделать котел, необходимо подготовить металлическую квадратную трубу размером 50×50 мм с толщиной стенок 2 мм. Процесс изготовления, вы можете увидеть в разделе Видео.
Размеры трубы и форма трубы могут отличаться, только толщина стенок не должна быть маленькой.
- При помощи болгарки необходимо разрезать профильную трубу на отрезки, длиной в 50 см. Их понадобится 5‒6 штук (все будет зависеть от ширины используемой индукционной плитки).
- Дополнительно нужно заготовить два элемента длиной в 25 или 30 см (все зависит от того, сколько секций было выбрано).
- Части по 50 см свариваются между собой. Все они должны располагаться вертикально. Вначале их можно зафиксировать прихватками, а дальше хорошо проварить все стыки.
- У двух дополнительных заготовок нужно срезать одну сторону, чтобы получился П-образный профиль.
- К готовому модулю из 5 элементов на нижнюю и верхнюю часть наваривается два отрезка с одной удаленной стенкой. Их цель — объединить все отдельные секции в контур.
- Далее необходимо герметично заварить образовавшиеся отверстия по бокам.
- Выполняется врезка входящего и отводящего патрубка. Они должны быть расположены по диагонали, один снизу, другой сверху. Можно использовать трубу в ¾». К ним подваривается два отвода с резьбами для того, чтобы потом было легче монтировать в готовую систему отопления.
- Все швы после сварки зачищаются при помощи болгарки. Готовая конструкция обезжиривается и покрывается краской.
- Аппарат монтируется в установленный контур. Снизу подводится обратный ток теплоносителя, сверху – отходящая труба.
- В роли нагревательного элемента выступает обычная индукционная плита. Приобретать плиту необходимо с возможностью регулировки силы тока и температуры.
- Она располагается за котлом впритык к его задней стенке.
- Вода, проходя через эту конструкцию, успевает прогреваться. В системе обязательно должен быть расширительный бачок, а также насос принудительной циркуляции.
Этот же вариант можно сделать и в горизонтальном исполнении. Для этого нам понадобится профильная труба 20×25 см. Два ее торца завариваются при помощи металлических заглушек, чтобы получился замкнутый сосуд. В верхней стенке прорезается два отверстия, в одно монтируется клапан сброса воздуха, в другое – труба, по которой вода будет уходить в систему. Сбоку врезается патрубок обратки.
Что же это такое
Понятие электромагнитная индукция, которую открыл еще в 1831 году Майкл Фарадей, заключается в расположенном в магнитное поле проводнике создается электрический ток .
Каждый современный трансформатор работает по данному принципу.
При наматывании на ферромагнитный сердечник двух изолированных обмоток и подаче на одну, к примеру, 220 В, вторая начинает обладать напряжением, которое касается данных 220 В в такой же степени, как величина витков вторичной обмотки касается величины витков первично.
Трансформаторные обмотки позволяют снимать требуемое количество напряжения и применять его в работе электроники или электрического мотора. А если не подсоединенный ни к чему ферромагнетик уложить в обмотку, которая генерирует токи вихрей?
Понятно, что образующаяся ЭДС целиком превратиться в кинетическую энергию перемещения его молекул, или же – в нагрев.
Ну а если, в водяном потоке, который распределяется по замкнутому контуру, разместить ферромагнитный сердечник? Понятное дело, что он начнет охлаждаться водой, которая будет сама затем нагреваться.
Обладая этой информацией, можно изготовить индукционный котел отопления своими руками.
Но сначала необходимо разобраться с техническими вопросами:
- найти подходящий сердечник из материала, который не подвергается коррозии;
- произвести его изоляцию от катушки, при это непроницаемость сооружения должна быть обеспечена;
- обезопасить катушку от перегрева при ее взаимодействии с большими токами.
Основные конструкционные элементы
В общем случае электрокотел состоит из таких компонентов:
- Теплообменник: это подключенный к системе отопления резервуар, в котором протекающая через него рабочая среда получает тепловую энергию.
- Нагреватель: имеющийся в теплообменнике элемент, в котором электрическая энергия за счет сопротивления превращается в тепловую.
- Электрическая схема: совокупность деталей, благодаря которым в нагревателе появляется электроток.
- Блок автоматики: отслеживает при помощи сенсоров температуру теплоносителя и при необходимости включает либо отключает электрокотел.
Все вышеперечисленное помещается в стальной короб с теплоизоляцией – корпус.
Итоги
Итак, коэффициент полезного действия индукционных котлов составляет примерно 99%, работают они бесшумно, на любом жидком носителе тепла, им не требуется сервисное обслуживание, а также это безопасно и практично. Хоть такой котел стоит довольно дорого, такие затраты – окупаемы. А если создать его самостоятельно – это будет еще более выгодно.
Конечно, выбор за вами, а лучше – обратиться к специалистам, которые подскажут, подходит ли вам такое отопление. Но, в целом, индукционные котлы – это отличная альтернатива традиционным системам отопления.
Отзывы
Отзывы о данных отопительных приборах помогают составить некоторую картину. Стоит помнить, что долговечность котла зависит не столько от принципа конструкции, сколько от качества изготовления.
- «Грею дом индукционным котлом уже четвёртую зиму. За это время столкнулся и с плюсами и с минусами. Зря или нет поставил, — ещё не решил».
- «Мне мой котёл нравится. Потребляет он столько же, сколько и другие электрические котлы. Без перебоев служит уже 8 лет».
- «Фабричный котёл громоздкий. Стоит немало. Моя знакомая взяла кредит, чтобы его купить. Но приобретением довольна – пользуется уже несколько лет».
- «Не доволен – в рекламе обещали больше. Мощность 5 кВт (небольшая), но автоматы постоянно выбивает. До 60 ° догреть для него проблема! Звонил в сервис – говорят, чтобы сам привозил в Москву. В общем, ничего хорошего, лучше бы за эти деньги купил тэновый с большим количеством электроники!»
