Индукционный водонагреватель для горячего водоснабжения

Обновлено: 16.05.2024

Явление индукции заключается в возникновении наведенных токов. В случае нагревателей траектории движения носителей имеют вихревой характер и значительную амплитуду. В результате металл резко нагревается. В промышленных целях используют токи разной частоты, но не выше 1 МГц, в противном случае глубина проникновения резко снижается. Однако находится применение. Подобным образом удается закалить поверхность осей и прочих вытянутых деталей, которые сложно обработать прочим методом. Локальный поверхностный нагрев вызывает образование аустенита с последующим резким охлаждением до мартенсита. Используется в металлургии и металлообработке и процесс отпуска стали с целью придания пластичности. Индукционный водонагреватель представляет упрощенную промышленную установку уменьшенного размера и малой мощности.

Индукция в промышленности и быту

Для процесса индукции характерна минимальная инерция. Стоит появиться переменному полю, возникают в ответ токи Фуко. Преимущество метода: излучение практически отсутствует, поле быстро затухает с расстоянием. Поэтому радиочастоты начинаются на сотнях кГц. По озвученной причине использовать указанные длины волн в металлургии уже невыгодно. Спираль индукционного нагревателя в этом случае превращается в антенну. Другое дело ультразвук и частоты, лежащие чуть ниже. Отлично наводят токи Фуко и не вредят рабочим (операторам, покупателями, кухаркам), использующим оборудование.

Промышленные индукционные нагреватели имеют потрясающую мощность – 100 кВт и более. При подобных условиях металл нагревается от двух процессов, упомянутых выше, закалки и отпуска, просто-напросто плавится. На этом принципе построены индукционные печи с потрясающими способностями к энергопотреблению. Воплощаемая задумка: энергия передается непосредственно стали, нагреваемой на глазах. Это позволяет применять явление индукции в кузнечном деле.

Ряд областей, где требуется нагрев, упомянутые устройства с успехом решают поставленные задачи:

штамповка металлов;
сварка и пайка;
отжиг;
нормализация стали.

В быту индукционный нагрев используют в приборах для готовки пищи и водонагревателях. Это позволяет получать дорогие безынерционные приборы, одновременно имеющие высокий КПД. Тройка названий на слуху, где используется технология:

Мультиварки.
Варочные панели.
Водонагреватели.

Не исключаем наличие прочих устройств, призванных облегчить жизнь человека.

Итак, принцип действия индукционного нагревателя промышленного типа заключается в следующем. Напряжение на входе выпрямляется и поступает на вход инвертора, генерирующего импульсы нужной частоты. В кухонных плитах с уменьшением длины волны поднимается температура. Не исключено, что подобный эффект используется в индукционных нагревателях. Главным элементом является катушка (Николы Теслы). От формы зависит нагреваемая часть. Спиральные катушки в виде пружины поднимают температуру той детали, что внутри (к примеру, труба), плюс детали снаружи (внутренность трубы).

Материалом служит медная трубка. У нее хорошие электропроводность и прочность. Поскольку высокочастотный ток идет преимущественно по поверхности, внутренняя часть проводника не задействована. Получается относительно дешевая и легкая конструкция. На частоте 50 Гц это неактуально, скорее, подходит для тока акустического диапазона и выше. Дополнительный момент – электрическое сопротивление. Нисколько эффект не увеличиваем, убирая сердцевину, ток уже идет по поверхности. Чем выше мощность индукционного нагревателя, тем толще трубка. Одновременно падает электрическое сопротивление.

Одновременно в ферромагнитном материале, поневоле ставшим сердечником катушки, по которой течет ток высокой частоты, возникает магнитный поток, согласно напряжению меняющий направление. Эффект сопровождается выделением тепла, на которое тратится мощность индукционного нагревателя. Потому КПД настолько высок.

Катушка не греется. На всякий случай покрывают специальным материалом: керамическая ткань или жесткий состав. Делается это из соображений:

Чтобы витки катушки не перемкнулись между собой, тогда работа устройства окажется нарушена.
Второй причиной для промышленных индукционных нагревателей служит защита от докрасна раскаленных деталей, иногда касающихся катушки.

Современные материалы легко выдерживают температуры свыше 1000 ºС без последствий.

Устройство индукционных водонагревателей

Принцип действия индукционного водонагревателя напоминает промышленные эквиваленты. Только функционал и задачи намного скромнее. Предназначением индукционного водонагревателя является подача на рабочую катушку тока высокой частоты и мощности. В результате сердцевина начинает греться. Располагается там труба с водой – типичный проточный водонагреватель. Соль в том, что дроссель наводит переменный магнитный поток в стальной трубе, а вода, протекая мимо, забирает тепло. Не значит, что индукционный водонагреватель непригоден для пластиковых стояков, их возможно присоединить. Но внутри прибора труба стальная.

В сравнении с промышленными индукционными нагревателями дело намного проще. Стоит медный трансформатор, как у сварочного аппарата, передающий ток катушке. Напрямую включать нежелательно, выйдет нечто вроде короткого замыкания. Считаем, что внутри должны быть обыкновенный термостат для регулировки температуры и потенциометр для изменения мощности. Как в утюгах.

Отдельные любители предлагают изготовить индукционный водонагреватель своими руками путем размещения в отрезке полиэтиленовой трубы стального сверла, еле-еле проходящего внутрь по диаметру. Вокруг конструкции прокладываются продольные деревянные рейки. Сверху наматывается катушка, охватывающая трубу. При пропускании по виткам переменного тока сверло начнёт ударно греться. Понятно, что в результате прохождения внутри трубы воды, струя получит львиную долю тепла.

Любители рекомендуют использовать сварочный инвертор, нагруженный на катушку из армированной стеклоизоляцией проволоки, обмотанную вокруг трубы со сверлом внутри. Так избавляемся от потребности изобретать. Но вспоминая про стоимость сварочного инвертора, язык не поворачивается назвать изобретение удачным. Зато возможно безопасно опробовать задумку – работает или нет. Трудность в создании приемлемой конструкции генератора. Вряд ли ток из розетки в 50 Гц наведет индукционные токи и перемагнитит домены. Иначе зачем производители промышленных электрически нагревателей стараются и делают источники питания для приборов.

Упомянутые любители рекомендуют выбирать частоту питания прибора в 50 кГц. Чтобы собрать инвертор на мощность 3—6 кВт, придется здорово попотеть. Не у каждого дома пробки потянут такую нагрузку. Теперь обрисованы недостатки индукционных водонагревателей. Преимущества — в большом КПД. Принцип работы индукционного водонагревателя основывается на двух ипостасях:

Токи Фуко вызываются электромагнитной волной, неизбежно возникающей, когда появляются переменные электрическое или магнитное поле. В металле наводится эффект, независимо от принадлежности к ферромагнитным материалам.
Эффект перемагничивания тоже вызывает нагрев. Переменное магнитное поле изменяет ориентацию доменов, что сопровождается тепловым эффектом. Выше точки Кюри явление пропадает. Для стали температура потери магнитных свойств лежит выше 700 ºС. Потому посуда для индукционной варочной панели выбирается стальная. Алюминиевая будет греться исключительно за счет токов Фуко, значит, гораздо медленнее, нежели железо. У стали электрическое сопротивление больше, что является дополнительным преимуществом.

Вывод

Преимущества индукционных водонагревателей:

Экономия энергии до 30% относительно прочих приборов.
Безынерционность.
Долговечность. Вихревые Индукционные нагреватели из Ижевска работают до 30 лет при гарантии производителя 3 года.
Экологичность спорная, если вспомнить про тепловые насосы, но это лучше, чем жечь дрова, уголь и газ.

Прибор требуется заизолировать базальтовой ватой, чтобы грел не воздух, а трубу. В противном случае получатся большие потери на конвекцию. Причем базальтовая вата защищает катушку от трубы, не иначе. Использование индукционных водонагревателей собственной конструкции представляется сегодня проблематичным. Генератор колебаний возможно собрать самостоятельно либо использовать инвертор, сварочный или из варочной панели. ВИНы из Ижевска соединяют последовательно для целей отопления и водоснабжения. Но не в домашних условиях.

Относительно недавно на рынке появились новые модели нагревателей для воды – индукционный водонагреватель. Он обладает своими особенностями, достоинствами и недостатками. Приобрести его можно в специализированном магазине или сделать самостоятельно.

Индукционный водонагреватель и его назначение

Во время строительства жилого здания необходимо определиться, какая установка для отопления будет вмонтирована. Если дом находится в газифицированном районе, можно использовать индукционный водонагреватель. Он идеально подойдет для построек, которые не обеспечены газом. Такие модели пользуются спросом среди населения. Некоторые считают, что его стоимость завышена, но достоинств у такого оборудования больше, чем недостатков. Индукционный нагреватель воды – это прибор, в основе механизма которого закладывается электромагнитная индукция.

Конструкция бойлера

Конструкция индукционного водонагревателя состоит из индуктора и сердечника.

На катушку подается питание от сети через трансформатор. Здесь образуется магнитное поле, которое провоцирует появление вихревых потоков. Ток, который возникает в результате этого процесса, подогревает внутренний контур. Тепло от металла будет передаваться воде. Подогретая жидкость будет постоянно перемещаться по установке, прогревая радиаторы в помещении.

Стоит отметить, что можно собрать устройство самому, если у пользователя есть познания в работе электрооборудования. Прибор обладает хорошей мощностью и способен за короткое время подогреть большой объем воды. На внутренних элементах накипь не образуется, поэтому очищать агрегат от нее нет необходимости. Это значительно облегчает его использование и обслуживание.

Суть работы оборудования заключается в спиральном вращении токов, которые подогревают все, что находится в радиусе действия магнитного поля.

Важно! Индукционные водонагреватели подходят для установки в любом помещении. Они обладают небольшим весом и габаритами, но большой производительностью.

Конструкция индукционного водонагревателя

Само явление индукции дети изучают еще в школе во время уроков физики, но редко кто задумывается, какое практическое применение имеет информация из учебников. Особенность катушки индукции заключается в способности генерировать наведенные токи, а те разогревают материю внутри катушки.

Этот разогрев сначала научились использовать в промышленности: с его помощью плавят металл. А затем принцип индукции перекочевал в бытовые приборы. Начиналось все с индукционных варочных панелей и вот теперь появились индукционные нагреватели воды.

Конструкция таких приборов предельно проста: труба из цветных металлов с хорошей теплопроводностью, вокруг нее намотана медная проволока и все это подключено к инвертору, который преобразует ток от сети в высокочастотный ток с частотой от 2 до 5 МГц.

Ток высокой частоты проходит через катушку, и она генерирует переменное магнитное поле, внутри которого оказывается труба с водой. Так и происходит нагревание.

Индукционный водонагреватель подключают как к ГСВ, так и к отопительному контуру.

Индукция в промышленности и быту

Ряд областей, где требуется нагрев, упомянутые устройства с успехом решают поставленные задачи:

штамповка металлов;
сварка и пайка;
отжиг;
нормализация стали.

Мультиварки.
Варочные панели.
Водонагреватели.

Не исключаем наличие прочих устройств, призванных облегчить жизнь человека.

Одновременно в ферромагнитном материале, поневоле ставшим сердечником катушки, по которой течет ток высокой частоты, возникает магнитный поток, согласно напряжению меняющий направление. Эффект сопровождается выделением тепла, на которое тратится мощность индукционного нагревателя. Потому КПД настолько высок.

Чтобы витки катушки не перемкнулись между собой, тогда работа устройства окажется нарушена.
Второй причиной для промышленных индукционных нагревателей служит защита от докрасна раскаленных деталей, иногда касающихся катушки.

Современные материалы легко выдерживают температуры свыше 1000 ºС без последствий.

Преимущества и недостатки устройства

Индукционное устройство для нагрева воды

Современный рынок бытовой техники предлагает большой выбор водонагревателей. Почему спрос на эти модели постоянно растёт.

Индукционный водонагреватель ценится за экологичность, безопасность и за то, что он не сжигает, не пересушивает воздух и подходит для проточного подогрева воды в ёмкости (баке).

Преимущества

Плюсы, на которые стоит обратить внимание:

Доступная цена.
Возможность собрать элемент самостоятельно.
Такие водонагреватели редко выходят из строя, так как его нагревательный элемент – это простая герметичная трубка.
Передача энергии происходит через магнитное поле.

У этих приборов также есть недостатки:

Устройство потребляет много электрической энергии.
Индукционный водонагреватель может перегреться и спровоцировать взрыв (необходимо использовать температурный датчик).

Виды водонагревателей

Индукционный водонагреватель, который можно собрать самостоятельно, бывает двух видов:

Вихревый (ВИН) – его изготавливают для обогрева воздуха в доме.
Индукционный – дополненный различными узлами и деталями электроники.

При самостоятельной сборке ВИН в его конструкцию добавляют:

выпрямитель, преобразующий электрическую энергию в высокочастотный ток;
индуктор, который образует магнитные поля;
нагревательный элемент.

Передача энергии здесь происходит с минимальными потерями, которые практически незаметны (КПД – 99%).

Принцип работы ВИН

Ток передаётся на индуктор. В нем создается магнитное поле с вихревыми потоками. Они за короткое время нагревают теплообменник, который передаёт тепло дальше.

Чтобы добиться бесперебойной работы техники, нужно правильно изготовить катушку, так как она является важным элементом в работе нагревателя. На трубку из пластика допускается наматывать проволоку из меди не менее 100 витков.

Особенности сборки

Бойлер можно собрать несколькими способами.

При сборке прибора с высокой производительностью руководствуются печатной схемой.

Также следует обратить внимание на такие моменты:

для создания высокой мощности, в аппарате устанавливают маленький вибратор;
индуктор для этого устройства делают из медной проволоки в виде спирали с шестью-восемью витками;
в агрегате должен быть регулятор температуры и трансформатор.

Метод сборки

Две трубы с помощью сварки соединяют в виде калача. Эта конструкция в дальнейшем станет нагревательным элементом и проводником. На ее корпус мотками наматывают медную проволоку. Для обеспечения быстрой циркуляции воды дополнительно приваривают 2 патрубка – один для входа воды, второй – для выхода.

Изготовление прибора своими руками обеспечит экономию средств при покупке, качественное отопление и удобство постоянного использования горячей воды.

Монтаж индукционного водонагревателя

При установке водонагревателя своими руками соблюдают такую последовательность:

Освобождают место для сборки, подготавливают материалы и инструменты.
Фиксируют полимерную трубу с толщиной 2 мм.
У сердечника отрезают торцы, но оставляют запас (не менее 9 см для отводов).
На нижнем отводе помещают уголок (он понадобиться для обратной подачи отопления при использовании нагревателя в качестве котла).
Плотно обвивают медным проводом трубу (ориентировочно 95 мотков).
На верхнем патрубке крепят тройник для выхода горячей воды.
Изготавливают защитный контур (из металла или полимера) и монтируют его на постоянное место.
Медную проволоку подсоединяют к клеммам водонагревателя и заполняют трубку водой.
Проверяют работу индуктора.

В защитном корпусе необходимо оставить отверстие для доступа к внутренним частям прибора.

Индукционные водонагреватели для отопления

Индукторную технику используют как проточное оборудование, и как котёл для отопления. В этом случае сборка будет осуществляться с трансформатором с двойной обмоткой. Он передаёт вихревые токи, которые возникают на первой обмотке в электромагнитное поле, создающееся на вторичной катушке.

В этом виде оборудования в качестве теплоносителя может служить жидкость, передающая ток – вода, антифриз, масло.

Котёл оснащают двумя патрубками для подачи воды. Как правило, снизу проводят трубу для холодной воды, а сверху выход для горячей. Такая конструкция обеспечивает естественную циркуляцию жидкости без использования насоса.

Правила безопасности при использовании прибора

Индукторный нагреватель – это электрический прибор, который может представлять опасность для жизни и здоровья. Поэтому при его сборке и эксплуатации желательно соблюдать следующие правила.

не включать устройство при отсутствии в трубке воды;
устанавливать прибор только в нежилой зоне;
при монтаже придерживаться расстояния: между полом и элементом 75 см, а от потолка – 20-25;
подключать агрегат только через отдельный автомат, стабилизирующий подачу тока;
в трубу вмонтировать предохранительный клапан для автоматического снижения давления;
если прибор не оснащён насосом для циркуляции воды, во избежание перегрева и взрыва необходимо установить в нем датчик температуры.

Индукционный водонагреватель обладает высокой мощностью, большим сроком службы и может служить котлом для отопления. Он доступен по цене, а также его можно собрать собственными руками.

Как изготовить бойлер своими руками – пошаговый порядок сборки

Как устроен и как работает проточный водонагреватель электрический

Выбираем горизонтальный водонагреватель на 100 литров

Установка водонагревателя накопительного, проточного типа – пошаговая инструкция

Читайте также: