Вихревые индукционные нагреватели ВИН: устройство, плюсы и минусы использования в отопительных системах

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:

1. Токи Фуко вызываются электромагнитной волной, неизбежно возникающей, когда появляются переменные электрическое или магнитное поле. В металле наводится эффект, независимо от принадлежности к ферромагнитным материалам.
2. 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.

Варианты подключения

Грамотным электрикам несложно самостоятельно собрать индукционные котлы отопления:

с однофазным подключением;

с трёхфазным подключением.

На схемах приведены индукционные котлы SAV, основное отличие которых заключается в отсутствии нагревательных деталей, благодаря чему выход из строя самого котла практически сводится к нулю.

1. реле электронного запуска;
2. электронный блок управления датчиками с расширенными возможностями;
3. датчик температуры воды (термопара);
4. контактная группа и группа защиты (автоматы 16 А и 6 А);
5. блок возврата реактивной энергии и защита от скачков напряжения.

Замена ТЭНа

Срок службы тэнов зависит от качества теплоносителя. Как уверяют ”сравнители” – это всего 1000 часов работы, если не принять меры и не умягчить жесткую воду. Ну а если умягчили, то около 5000.

При использовании этих данных, перепутаны системы отопления и водоснабжения.

В замкнутых отопительных системах нет столько примесей, как в водоснабжении. Смягчение воды в большинстве случаев здесь попросту не требуется.

Это может относиться только к ГВС или центральному отоплению. Там оператор котельной не способен отследить утечки воды.

Если речь идет чисто о вашем доме, где все собрано и закольцовано без протечек и дыр, то никакой постоянной подготовки воды не требуется. Какие-то элементы в воде, конечно же будут содержаться, но однажды будучи налиты в систему отопления, они один раз прореагируют и более, им неоткуда будет взяться.

У индукционных, якобы низкая стоимость эксплуатации из-за очень редкой замены узлов. На самом деле, это в качественных тэновых образцах, элементы меняются крайне редко, о чем уже говорилось выше.

А вот если вам понадобится что-то поменять в индукционном, то вы крепко задумаетесь, прежде чем это сделать. Там все запечатано в герметичной колбе и без ее физического разрезания внутрь не подобраться.

Анализ отзывов и сравнение

Отзывов об использовании этих котлов немного. Наверняка потому, что активное продвижение товара на рынок началось совсем недавно. Тем не менее, индукционные электрические котлы отопления отзывы получают большей частью положительные, так как многие считают, что они более практичны и экономичны. Хотя знатоки теории и закона сохранения энергии утверждают, что экономии быть не может, владельцы индукционных котлов говорят о том, что экономия присутствует. Разобраться кто тут прав, а кто нет, сложно. Как одни, так и другие, могут  быть «засланными казачками».

Один из самых «бронебойных» аргументов противников индукционных котлов – их высокая стоимость. Собственно да, дешевых пока нет. Самая минимальная цена, которую удалось найти – порядка 220$ (Винницкий завод) за самые маломощные модели без группы автоматики, а это еще порядка 50-150$ в зависимости от функционала.

При том что цены на котлы на ТЭНах стартуют где-то с 80$.  Но нужно сказать, что столько стоит эконом вариант: без электроники и прочих «наворотов». Более сложные модели, имеющие несколько ступеней регулирования мощности, уже как минимум, в два раза дороже. И их цена по сравнению с ценой индукционных уже не кажется запредельной.

Цены, которые мы нашли, указали в таблице. Сразу скажу, что брали несколько первых попавшихся моделей из списка выдачи в поиске «Яндекса». Глубокого исследования никто не проводил. Что нашили, то вписали. Также дело обстоит и с отапливаемой площадью – что было написано в характеристиках, то и поставили. Нужно сказать, что некоторые продавцы лукавят и тут: указывают не площадь отапливаемую, а объем. По сути это правильно: обогревать нужно весь воздух в помещении, так что указывать объем правильно, но большая часть потребителей ориентируется на площадь. Не присмотревшись к единицам измерения, впадаешь в ступор: 3 кВт котел на 120-150 м3! Во избежание подобного рода искажений в таблице все данные приблизительно пересчитаны и указаны в м2.

Еще раз обращаем внимание, что мы не искали ни самые дорогие, ни самые дешевые модели, хотя они наверняка есть. Стоимость индукционных котлов очень зависит от производителя и устанавливаемой автоматики. Например, 9 кВт Галан в комплектации «стандарт» стоит  415$,  а в «Элит» уже более 600$

Например, 9 кВт Галан в комплектации «стандарт» стоит  415$,  а в «Элит» уже более 600$.

Индукционный	ТЭН
Мощность	Отапливаемая площадь	Стоимость	Мощность/ко-во ТЭН	Отапливаемая площадь	Стоимость
3 кВт	30-40 м2	220-415$	3 кВт/1 ТЭН	20-35 м2	80-100$
			3 кВт/3 ТЭН	30 м2	180$
4 кВт	50-60 м2	230-420$	5 кВт/2+3 ТЭН	50 м2	3$
5 кВт	50-65 м2	240-525$	6 кВт/3 ТЭН	60 м2	150$
7 кВт	70-80 м2	300-695$	7 кВт/1 ТЭН	50-70 м2	150$

При анализе отзывов был обнаружен еще такой нюанс: индукционный электрокотел прилично гудит. Некоторые даже собираются делать небольшую котельную недалеко от дома. Но это, видимо, некоторые модели так шумят, потому как данный эффект указывают далеко не все.

Мощный индукционный котел можно спрятать за дверью

С другой стороны, на одном из форумов, в полемике было сказано, что большая часть нареканий на плохое качество работы связана с дешевыми моделями. Еще индукционные котлы были отнесены к «премиум» сегменту рынка. А от людей, покупающих эти товары, трудно ожидать посещения форумов. В принципе, верно, но тогда получается, что надежное оборудование – далеко не массовый товар именно из-за своей цены. И спорить получается не о чем.

Как самостоятельно собрать индукционный нагреватель

Современный рынок предоставляет достаточно большой выбор различных моделей оборудования индукционного типа. Но в целях экономии такое устройство можно изготовить самим. Конечно, задумав сделать этот нагреватель, нужно подготовить для работы соответствующие инструменты и запастись необходимыми материалами, многие из которых уже могут быть у хозяина.

Для изготовления простой конструкции нагревателя нужно взять следующие компоненты:

• кусок пластиковой трубы с достаточно толстыми стенками – это пойдет для изготовления корпуса устройства;
• сетку (металлическую);
• проволоку из меди;
• проволоку из нержавеющей стали диаметром до 7 мм или катанку.

Самодельный индукционный котел Чтобы вмонтировать нагреватель в систему отопления, понадобятся еще встраиваемый циркулирующий насос и переходники для подсоединения устройства, а также сварочный аппарат и необходимые инструменты.

Сфера применения

Иллюстрация	Описание сферы применения
	Отопление . Оборудование, преобразующее механическую энергию движения воды в тепло, с успехом применяется при обогреве различных зданий, начиная с небольших частных построек и заканчивая крупными промышленными объектами. Кстати, на территории России уже сегодня можно насчитать не менее десяти населённых пунктов, где централизованное отопление обеспечивается не традиционными котельными, а гравитационными генераторами.
	Нагрев проточной воды для бытового использования . Теплогенератор, при включении в сеть, очень быстро нагревает воду. Поэтому такое оборудование можно использовать для разогрева воды в автономном водопроводе, в бассейнах, банях, прачечных и т.п.
	Смешивание несмешиваемых жидкостей . В лабораторных условиях, кавитационные установки могут использоваться для высококачественного перемешивания жидких сред с разной плотностью, до получения однородной консистенции.

Интеграция в отопительную систему частного дома

Для того, чтобы применить теплогенератор в отопительной системе, его в нее надо внедрить. Как это правильно сделать? На самом деле, в этом нет ничего сложного.

Перед генератором (на рисунке отмечен цифрой 2) устанавливается центробежный насос (на рисунке – 1), которой будет поддавать воду с давлением до 6 атмосфер. После генератора устанавливается расширительный бак (на рисунке – 6) и запорная арматура.

Преимущества применения кавитационных теплогенераторов

Достоинства вихревого источника альтернативной энергии
	Экономичность . Благодаря эффективному расходованию электричества и высокому КПД, теплогенератор экономичнее в сравнении с другими видами отопительного оборудования.
	Малые габариты в сравнении с обычным отопительным оборудованием сходной мощности . Стационарный генератор, подходящий для отопления небольшого дома, вдвое компактнее современного газового котла. Если установить теплогенератор в обычную котельную вместо твёрдотопливного котла, останется много свободного места.
	Небольшая масса установки . За счет небольшого веса, даже крупные установки высокой мощности можно запросто расположить на полу котельной, не строя специальный фундамент. С расположением компактных модификаций проблем вообще нет.
	Простая конструкция . Теплогенератор кавитационного типа настолько прост, что в нем нечему ломаться. В устройстве небольшое количество механически подвижных элементов, а сложная электроника отсутствует в принципе. Поэтому вероятность поломки прибора, в сравнении с газовыми или даже твердотопливными котлами, минимальна.
	Нет необходимости в дополнительных доработках . Теплогенератор можно интегрировать в уже существующую отопительную систему. То есть, не потребуется менять диаметр труб или их расположение.
	Нет необходимости в водоподготовке . Если для нормальной работы газового котла нужен фильтр проточной воды, то устанавливая кавитационный нагреватель, можно не бояться засоров. За счет специфических процессов в рабочей камере генератора, засоры и накипь на стенках не появляются.
	Работа оборудования не требует постоянного контроля . Если за твёрдотопливными котлами нужно присматривать, то кавитационный обогреватель работает в автономном режиме. Инструкция эксплуатации устройства проста – достаточно включить двигатель в сеть и, при необходимости, выключить.
	Экологичность . Кавитационные установки никак не влияют на экосистему, ведь единственный энергопотребляющий компонент – это электродвигатель.

Индукционные устройства «Эдисон»

Изделия, упомянутые выше, выпускаются . Они достаточно востребованы рынком и, кроме самостоятельного использования, предусматривают и технически позволяют встраивать их составной частью в иное оборудование, предназначенное для отопления помещений или обеспечения горячего водоснабжения объекта. Котёл индукционный «Эдисон», который достаточно часто именуется нагревателем, используется, в первую очередь, в системах отопления и теплоснабжения, относящихся к системам замкнутого типа. Чаще всего теплоносителем является вода.

Нагревательные устройства указанных моделей функционируют в автоматическом режиме и конструктивно имеют возможность регулировки их работы по одному из двух выбранных значений температуры: либо теплоносителя, либо воздуха на отапливаемом объекте.

Первоочередными объектами установки нагревателей являются:

1. Отопление объектов, предназначенных для временного проживания (например, у нефтяников или геологов);
2. Системы отопления сооружений, имеющих административное назначение, а так же промышленных объектов;
3. Объекты и строения, к которым законодательно предъявляются повышенные требования в части безопасности и экологической чистоты;
4. Системы, выполняющие косвенный нагрев (технологический), с использованием промежуточных жидкостных теплоносителей, прогреваемых до +115 градусов.

«Эдисон», это индукционный котёл отопления, характеристики которого делают его весьма привлекательными для покупателей. Среди основных его достоинств следует отметить:

• весьма значительные сроки безаварийной эксплуатации, заявленные производителем;
• практически полная электробезопасность, объясняемая тем, что величина U прикосновения равна нулю;
• КПД, достигающий 98%;
• коэффициент мощности, определяемый как косинус фазового сдвига, равный 0.99.

Одним из наиболее привлекательных преимуществ устройства является то, что в процессе их эксплуатации отсутствует необходимость постоянного контроля за состоянием СО, её профилактического обслуживания и ремонта. Немаловажным является и то, что нагреватели могут работать с различными типами теплоносителя.

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.

Конструкция

Вихревый индукционный обогреватель представляет собой прибор, в котором для подогрева теплоносителя используется энергия электромагнитного поля.

Иначе говоря, ВИН преобразует этот вид энергии в тепловую.

Этот вид индукционного котла состоит из следующих конструктивных частей:

1. Нагревательный элемент, как правило, представлен в виде металлической трубы, которая помещается в электромагнитное поле.
2. Индуктор, который является генератором электромагнитного поля. Обычно он представлен в виде цилиндра, состоящего из витков медной проволоки.
3. Генератор переменного тока. Этот узел отвечает за преобразование обычной электроэнергии в высокочастотный ток.

Конструкция корпуса теплогенератора

Такое устройство (рассматривается гидродинамический вариант) имеет корпус в виде цилиндра.

Соединяется с отопительной системой он через сквозные отверстия, которые у него находятся по бокам.

Но основным элементом этого устройства является именно жиклер, находящийся внутри этого цилиндра, непосредственно рядом с входным отверстием.

Обратите внимание:
важно, чтобы размер входного отверстия жиклера имел размеры соответствующие 1/8 от диаметра самого цилиндра. Если его размер будет меньше этого значения, то вода физически не сможет в нужном количестве через него проходить. При этом насос будет сильно нагреваться, из-за повышенного давления, что также будет оказывать негативное влияние и на стенки деталей

При этом насос будет сильно нагреваться, из-за повышенного давления, что также будет оказывать негативное влияние и на стенки деталей.

Преимущества и недостатки прибора

В качестве жидкости можно использовать машинное масло или антифриз

Индукционный нагрев может предоставить ряд выгод, которые не способно дать применение электродных приспособлений. Поскольку нагрев жидкости осуществляется металлическим элементом, не принимающим участия в электрохимических реакциях, долговечность устройства зависит только от катушки. Продолжительностью ее эксплуатации определяется продолжительность функционирования устройства. Некоторые индукторы сохраняют работоспособность более 10 лет. С этим же связана совместимость агрегата с разными типами жидкостей-теплоносителей. Помимо простой воды для этой роли пригодны машинные масла и незамерзающие составы.

Внутренние части агрегата в процессе использования не покрываются скоплениями накипи. Благодаря постоянному соприкосновению с жидкостью снижается вероятность перегрева деталей, что также способствует продлению срока эксплуатации. Конвекция в устройстве обычно достигает достаточного уровня, чтобы не потребовалось устанавливать циркуляционный насос. Нет необходимости и в шумоизоляционных мероприятиях – аппарат работает достаточно тихо.

Для аварийного отключения самодельного устройства необходим датчик температуры датчик

Однако индукционный нагреватель имеет и слабые стороны:

1. Для функционирования устройства требуется электрическая энергия. В помещении, где не проведено электричество или нет возможности обеспечить к нему доступ, котел работать не сможет. В местах с регулярными сетевыми перебоями он не будет работать эффективно.
2. При чрезмерном повышении температуры переносящая тепло жидкость переходит в газообразное состояние. Это провоцирует сильное повышение давления в конструкции, в результате чего может случиться разрыв труб. Чтобы это не произошло, потребуется оборудовать установку средствами контроля давления и температуры. Это могут быть манометр, термодатчик, приспособление для аварийного отключения при выходе параметров за рамки заданного диапазона.

Потребность в дополнительных оснастках может поспособствовать серьезному увеличению расходов на оборудование самодельного индукционного обогревателя.

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.