Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 1

Как сделать индукционный нагреватель: 2 способа

Индукционный нагреватель из сварочного инвертора: особенности

В обычном виде индукционные нагреватели, сделанные из сварочного инвертора, представляют повышенную опасность, ведь они не могут автономно контролировать температуру воды. Так, использование нагревателя в системах с теплоносителем может быть чревато короткими замыканиями и разрывом труб. Это может произойти из-за высокого гидравлического сопротивления в системе, которое возникает вследствие движения теплоносителя сквозь куски катанки. Поэтому, такие устройства требуют доработок.

Чтобы избежать аварийных ситуаций, следует снабжать самодельный аппарат индукционного нагрева, сделанный из сварочного инвертора, устройствами аварийного отключения.

Для контроля нагрева можно применить терморегулятор с температурным датчиком температуры и реле, размыкающим цепь, когда температура теплоносителя достигнет установленных значений. Кроме того, избежать разрыва системы можно будет, прикрепив к нагревателю через тройник, с одной стороны, предохранительный клапан.

Такого генератора тепла хватит на обогрев комнаты, площадь которой составляет не более 30 кв. м. Экономия средств, в этом случае, составит 30-50% (в зависимости от габаритов апартаментов). При этом, дорогостоящего сегодня сварочного аппарата вы лишитесь.

Принцип работы и типичное устройство индукционного обогревательного агрегата ↑

По аналогии с оборудованием, оснащенным ТЭНами, индукционные котлы выполняют преобразование электроэнергии в требующееся для обогрева помещений тепло. Только за счет конструктивных особенностей индукционной системы теплоноситель нагревается в разы быстрее при равнозначном расходе электричества.

По сути, простейшая конструкция индукционного генератора тепловой энергии является трансформатором (электрическим индуктором), состоящим из первичной и вторичной короткозамкнутой обмотки.

Схема индукционного котла заводского производства

Внутренняя составляющая преобразует электроэнергию в вихревые токи и направляет созданное в ней электромагнитное поле на вторичный короткозамкнутый виток, являющийся одновременно и корпусом и нагревательным элементом.

Вторичная обмотка передает полученную энергию теплоносителю, в качестве которого может быть использована не только неочищенная вода, но и масло, антифриз и подобные электропроводящие среды.

Работу прибора не сопровождает выделение негативных продуктов разложения топлива, так что по аспектам безопасности проживания и сохранения благоприятного состава атмосферы индукционные системы тоже впереди иных представителей семейства обогревательного оборудования.

Для ввода холодного теплоносителя и отвода его в нагретом состоянии индукционные котлы оснащают двумя патрубками. Тем, кто загорелся идеей соорудить продуктивный индукционный котел отопления своими руками, нужно сразу учесть, что нижний, поставляющий охлажденный теплоноситель патрубок нужно монтировать на вводный участок магистрали, а верхний патрубок соответственно на подающий участок трубопровода.

Вода, масло, антифриз и т.д. любой степени очистки проникает в котел через входной патрубок, вваренный в наружный корпус – в металлическую трубу.

При подаче напряжения на внутреннюю обмотку возникает электромагнитное поле, направляющее вихревые токи на наружную поверхность сердечника.

При возрастании плотности вихревых токов, направленных на сердечник, сначала нагревается его поверхность, затем нагревается весь элемент.

Генерируемое котлом тепло передается циркулирующему в котле теплоносителю.

За счет гидростатического напора нагретый теплоноситель через подающий патрубок поступает в отопительную сеть.

За счет циркуляции теплоносителя происходит постоянный отвод нагретой жидкости от трубы в отопительную сеть, благодаря чему полностью исключена вероятность перегрева оборудования. Постоянная вибрация индукционной системы исключает образование накипи и ее отложение на внутренних стенках.

В вихревых индукционных котлах нет стандартных нагревательных элементов, регулярно выходящих из строя от интенсивной эксплуатации, за счет чего сведена к нулю вероятность поломок. Нет также разъемных соединений, значит, не угрожают протечки. Значимый плюс работы данного оборудования – отсутствие шума, благодаря чему их устанавливать можно в любом помещении.

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.

Сборка простого индукционного котла своими руками

Для большей экономии можно собрать индукционный котёл своими руками. Однако стоит учитывать, что это дело непростое, и без минимальных навыков здесь не обойтись. Потребуются знания как в сборке и монтаже, так и в электронике. В идеальном варианте необходимо провести точные расчёты, чтобы по итогу вышел прибор, который полностью удовлетворит ваши потребности и не выйдет из строя при первом же включении.

Устройство

Как видно из названия, такие котлы работают на основе возникающей электромагнитной индукции, которая, в свою очередь, способствует образованию вихревых токов

Самый простой индукционный котёл включает в себя следующие элементы:

  • катушка;
  • теплообменник;
  • клеммная коробка;
  • шкаф управления;
  • входной и выходной патрубки.

В промышленности индукционный котёл обыкновенно представляется теплообменником, выступающим в роли сердечника, с обмоткой, соединённой с высокочастотным преобразователем.

Внутри теплообменника в обязательном порядке располагается теплоноситель, нагрев которого и происходит под действием вихревых токов. Подключение насоса позволяет избежать именно разница между температурами входного и выходного патрубков для теплоносителя – благодаря ей происходит естественная циркуляция теплоносителя в котле.

В роли теплоносителя можно использовать практически любую жидкость. Часто заливают антифриз и масло, однако, в целях экономии с этой целью можно применять и обычную воду. Её даже при этом необязательно подвергать какой-либо очистке, так как система постоянно вибрирует на высоких частотах, и у накипи просто нет возможностей для осаждения. Это же касается и другим примесей.

В качестве внешней оболочки лучше всего отдать предпочтение металлу, не экономя на изоляции: как тепловой, так и электрозащитной.

По форме котла ограничений нет. По сравнению с электрическими в индукционных нет надобности устанавливать бак, поэтому они и отличаются своими скромными размерами.

Схема и чертежи

Умелые ручки давно уже увлекаются сборкой индукционных котлов на дому. Они перебрали массу вариации, многие из которых пусть и интересны, но не обладают должной пользой или безопасностью. Тем не менее удачные модели довольно быстро набрали популярность в интернете

Им отдают предпочтение не только те люди, которые увлекаются сборкой котлов ради увлечения, а также те, кому важно использовать прибор по его первостепенному назначению – для обогрева дома. Наибольшую популярность приобрели следующие варианты:

  1. С использованием питания от сварочного инвертора. Это считается простым вариантом для самостоятельной сборки индукционного котла, однако, потребуется уделить много внимания и сил высокочастотному преобразователю – именно в качестве него и используют сварочный инвертор.
  2. На основе индукционной плиты. Этот метод выгодно использовать, если у вас есть ненужная индукционная плита. Приобретать её для такой цели явно нерационально. Для этого необходимо разобрать её и достать медную проволоку – она и послужит обмоткой в индукционном котле. Панель управления перенастраивается для котла, чтобы его можно было использовать для регулировки мощности.

Как сделать своими руками

Собрать простой индукционный котёл можно и без использования инвертора или плиты. Они, по сути, лишь заменяют некоторые элементы.

Чтобы всё получилось, нужно строго придерживаться алгоритма действий:

Нарежьте нержавеющую проволоку с диаметром 7–8 мм на куски по 5 см.
Подберите пластиковую трубу диаметром около 50 мм. Она потребуется для сборки корпуса.
На дно трубы установите мелкоячеистую сетку из металла.
Заполните трубку нарезанной проволокой (это выступит в роли металлического лабиринта), сверху также прикройте сеткой

При этом важно подобрать материалы так, чтобы проволока не пролезала сквозь ячейки сетки.
Плотно намотайте на трубу не менее сотни витков медной проволокой. Обмотка должна быть максимально аккуратной!
К нагревателю прикрепите патрубки, которые впоследствии будут соединять его с отопительной и водопроводной системами дома.

Проточный индукционный водонагреватель своими руками

Прежде чем приступать к монтажу, вам необходимо запастись необходимыми деталями. Так, лучшим вариантом будет сварочный высокочастотный инвертор, плавно изменяющийся диапазон силы тока. Такое устройство обойдется дешевле всего. Более дорогим вариантом станет трехфазный трансформатор, являющийся источником питания переменного тока для индуктора водонагревателя. В таком случае стоит использовать катушку на 50-90 витков, а в качестве материала взять медную проволоку с диаметром 3 или более миллиметров.

В качестве сердечника можно использовать как металлическую, так и полимерную трубу вместе с проволокой (используется как нагревательный элемент). В последнем случае толщина стен не должна быть менее 3 мм, чтобы спокойно выдерживать высокие температуры.

Для сборки водонагревателя вам понадобятся: кусачки, отвертки, паяльник и сварочный аппарат, если используется металлическая труба.

Монтаж индукционного нагревателя воды

Обмотайте трубу медной проволокой, сделав около 90 витков.

Вариантов сборки устройства существует множество. Предлагаем попробовать собрать прибор по следующей схеме:

  1. Подготовьте рабочее место, материалы и инструменты.
  2. Зафиксируйте небольшой отрезок полимерной трубы (не забывайте, что минимальная толщина стенки должна составлять 3 мм).
  3. Обрежьте торцы сердечника, чтобы осталось 10 см в запасе провода для отводов.
  4. На нижнем отводе смонтируйте уголок. В дальнейшем сюда следует подключить обратку от отопления (если нагреватель используется в качестве котла).
  5. Плотно уложите рубленый провод вокруг трубы. Необходимо сделать не менее 90 витков.
  6. Установите на верхнем патрубке тройник, через который будет выходить горячая вода.
  7. Смонтируйте защитный контур устройства. Его можно изготовить как из полимера, так и из металла.
  8. Подключите к клеммам водонагревателя медную проволоку, затем заполните сердечник водой.
  9. Проверьте работоспособность индуктора.

Рекомендации. На всех выводах лучше устанавливать шаровые краны для удобства и простоты демонтажа водонагревателя в случае поломки. А вот заполнять металлическими кусочками трубу необязательно, так как должного эффекта это не дает. Не забудьте оставить окошко в корпусе для доступа к панели управления сварочного аппарата.

Индукционные нагреватели труб

Все типы труб можно обрабатывать индукционными нагревателями. Нагреватель для труб может быть с воздушным или водяным типом охлаждения, мощностью от 10-250 кВт, со следующими параметрами:

  • Индукционный нагрев трубы с воздушным охлаждением производится при помощи гибкого индуктора и термического одеяла. Температура нагрева до температуры 400 °C, и использовать трубы диаметром 20 — 1250 мм с любой толщиной стенки.
  • Индукционный нагрев трубы с водяным охлаждением имеет температуру нагрева 1600 °C и используется для “гибки” трубы диаметром 20 — 1250 мм.

Каждый вариант термообработки применяется для улучшения качества любых стальных труб.

Применение:

  • предварительный нагрев труб перед сваркой;
  • термообработка сварных швов трубопроводов;
  • термообработка металлических емкостей
  • подогрев нефтепродуктов

подробнее

Когти для бетонных столбов — какой из 4 видов средств выбрать, чтобы безопасно влезть на опору?

Преимущества и проблемы

Создание индукционной катушки

Наматываем проволоку на трубку так, чтобы между витками оставался небольшой промежуток.

Основой всей конструкции является пластиковая труба. Вокруг нее мы будем наматывать катушку. А для того чтобы труба не расплавилась под воздействием горячей катушки (да, она будет греться), мы будем наматывать проволоку не прямо на трубу, а на текстолитовые полоски. Стеклотекстолит можно заменить на асбестовую ткань, которой оборачивается пластиковая труба.

Набивной сердечник необходим для нагрева теплоносителя. Для этого берем стальную проволоку небольшого диаметра, нарезаем ее на мелкие кусочки, скручиваем, после чего набиваем ею пластиковую трубу. С обеих сторон труба закрывается металлической сеткой – она пропустит воду, но не даст вывалиться нашей набивке. Поверх пластиковой трубы (защищенной стеклотекстолитом или асбестом) наматываем медный провод, длина которого составляет примерно 11 м. Сечение провода – 1,5 мм. Провод наматываем не внавалку, а как бы виток к витку, но оставляя небольшое расстояние между витками.

Наматывая медную проволоку будущей индукционной катушки, уделите внимание качеству намотки и сделайте так, чтобы намотка была равномерной. Отдельные витки не должны касаться друг друга

Количество витков составляет 90-100.

Что мы получили в конечном итоге? У нас получился нагревательный элемент в виде катушки. На него нужно подать электроэнергию, которая создаст в сердечнике вихревые токи. Протекающий через сердечник теплоноситель будет нагреваться, передавая свое тепло подключенным к отопительной системе радиаторам.

Что нужно знать о безопасности

Не забывайте, что мы имеем дело с источником повышенной опасности – электрическим нагревательным прибором, поэтому при его сборке и использовании необходимо соблюдать некоторые правила:

Обязательно используйте отдельную электрическую линию для подключения индукционного котла, а также оснастите его группой безопасности.

  1. Если в котле циркуляция воды осуществляется естественным путем, то обязательно оснащайте его датчиком температуры, чтобы при перегреве устройство отключалось автоматически.
  2. Не подключайте самодельный водонагреватель в розетку, лучше проведите для этого отдельную линию с увеличенным сечением кабеля.
  3. Все открытые участки проводов нужно заизолировать, чтобы обезопасить людей от удара током или ожога.
  4. Ни в коем случае не включайте индуктор, если труба не заполнена водой. В противном случае труба расплавится, а прибор замкнет или он может и вовсе загореться.
  5. Устройство нужно монтировать на высоте 80 см от пола, но так, чтобы до потолка оставалось около 30 см. Также не стоит его устанавливать в жилой зоне, так как электромагнитное поле плохо сказывается на здоровье людей.
  6. Не забудьте сделать заземления индуктора.
  7. Обязательно подключайте прибор через автомат, чтобы в случае аварии последний отключил питание от водонагревателя.
  8. В систему трубопровода нужно вмонтировать предохранительный клапан, который будет снижать давление в системе автоматически.

Принцип индукционного нагрева

Чтобы самому сделать какое-либо устройство, надо сначала понять, как оно работает. Действие индукционных водонагревателей мы рассмотрим на примере серийных котлов российского производства Эдисон, изготавливаемых на заводе компании Сибтехномаш. Эти котлы послужат прототипом нашего будущего самодельного прибора, поскольку все элементы их конструкции находятся на виду, в отличие от аппаратов других торговых марок.

Заводской котел Эдисон представляет собой блок из нескольких нагревательных элементов индукционного типа. Каждый элемент – это стальная труба расчетного диаметра в виде змеевика, внутри которой циркулирует теплоноситель. Она опоясывает индукционную катушку, называемую индуктором, по ней протекает ток высокой частоты, создаваемый отдельно стоящим в шкафу трансформатором. В результате вокруг катушки образуется мощное электромагнитное поле, чей вектор изменяет направление с огромной частотой. Это поле нагревает металлические стенки трубы, а от них подогревается и теплоноситель.

Возникает вопрос: зачем городить столь сложную конструкцию, когда есть старые добрые ТЭНы либо простые электродные котлы? Смысл в том, чтобы избавиться от недостатков этих нагревательных элементов, сохранив достоинства. Индукционный теплогенератор прогревает воду так же быстро, как и электродный котел, но при этом его рабочая часть не подвержена разрушению. Индукционная катушка – весьма надежный элемент и не перегорит, как обычный ТЭН, так как не испытывает большой нагрузки.

Плюсы и минусы индукционных устройств для нагрева воды

Прибор имеет довольно простую конструкцию и не требует специальных документов, разрешающих использование и установку. Индукционный нагреватель воды имеет высокую степень эффективности и оптимальную для пользователя надежность. При использовании его в качестве котла для отопления можно даже не устанавливать насос, так как вода течет по трубам благодаря конвекции (при нагреве жидкость практически превращается в пар).

Также устройство обладает рядом преимуществ, что выгодно отличает его среди других видов водонагревателей. Итак, индукционный нагреватель:

В индукционных нагревателях вода становится горячей за счет трубы по которой течет, а последняя нагревается за счет индукционного тока, создаваемого катушкой.

  • намного дешевле своих аналогов, такое устройство можно без проблем собрать самостоятельно;
  • полностью бесшумный (хотя катушка и вибрирует при работе, но эта вибрация не ощутима для человека);
  • во время работы вибрирует, благодаря чему грязь и накипь не прилипает к его стенкам, поэтому и в чистке не нуждается;
  • имеет теплогенератор, который можно легко сделать герметичным благодаря принципу работы: теплоноситель находится внутри нагревательного элемента и энергия передается нагревателю посредством электромагнитного поля, никаких контактов не нужно; поэтому не понадобятся уплотнительные резинки, сальники и прочие элементы, способные быстро испортиться или протекать;
  • ломаться в теплогенераторе просто нечему, так как воду нагревает обычная труба, которая неспособна испортиться или перегореть, в отличие от ТЭНа;

Не стоит забывать и о том, что обслуживание индукционного нагревателя выйдет намного дешевле, чем бойлера или газового котла. Устройство имеет минимум деталей, которые практически никогда не выходят из строя.

Несмотря на огромное количество достоинств, индукционный водонагреватель имеет и ряд недостатков:

  • первый и самый болезненный для владельцев – это счет за электричество; прибор нельзя назвать экономичным, поэтому придется выкладывать порядочную сумму раз за его использование;
  • второе – устройство сильно греется и нагревает не только себя, но и окружающее пространство, поэтому лучше не прикасаться к корпусу теплогенератора во время его работы;
  • третье – прибор имеет крайне высокую эффективность и теплоотдачу, поэтому при его использовании обязательно устанавливайте датчик температуры, иначе может взорваться система.

Достоинства и недостатки индукционных нагревателей

К достоинствам индукционных электронагревателей относятся следующие эксплуатационные характеристики и свойства:

Индукционный нагреватель своими руками

  • Вихревые токи генерируют не только тепло, но и вибрацию. Поэтому на стенках нагревательного элемента не оседает накипь. Следовательно, индукционные котлы не нуждаются в чистке.
  • Нагревательный элемент у такого котла – это обычная труба, разогреваемая вихревыми токами. И при постоянной циркуляции теплоносителя по требе она не может перегореть физически, в отличие от нагревательной спирали традиционного ТЭНа. То есть, о замене или ремонте нагревательного элемента можно даже не задумываться.
  • Даже самодельный вихревой теплогенератор герметичен изначально. Ведь разогрев теплоносителя осуществляется внутри цельнометаллического нагревательного элемента. Причем энергия передается нагревателю дистанционно – посредством электромагнитного поля. Поэтому, ввиду отсутствия разъемных соединений, протечек в индукционных котлах не может быть в принципе.
  • Котел не шумит, хотя нагревательный элемент может вибрировать. Но частота этой вибрации далека от диапазона звуковых волн. Поэтому индукционный нагреватель работает беззвучно.
  • Вся конструкция собирается из дешевых, легкодоступных деталей. Поэтому индукционный нагреватель дешев просто до неприличия.

Словом, такая схема нагрева теплоносителя надежна, долговечна и очень эффективна. Причем при использовании индукционного котла можно отказаться даже от циркуляционного насоса – теплоноситель «пойдет» по трубам под влиянием тепловой конвекции, разогреваясь на старте практически до парообразного состояния.

А в перечень недостатков индукционных нагревателей следует включить такие факты:

  • Во-первых, переменно электромагнитное поле разогревает не только нагревательный элемент, но и все окружающее пространство, в том числе и ткани тела человека. Поэтому от такого устройства нужно держаться подальше.
  • Во-вторых, нагревательный прибор работает на электричестве. А это не самый дешевый источник энергии.
  • В-третьих, прибор очень эффективен, а теплоотдача нагревателя просто колоссальна, поэтому риск детонации котла от перегрева теплоносителя есть всегда. Впрочем, этот дефект устраняет обычный датчик давления.

Однако, если вы готовы мириться с недостатками, то это отопительный прибор был создан специально для вас. И ниже по тексту мы предложим вам схему самостоятельной сборки такого котла.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации