Идея нагрева металла токами Фуко, индуцированными электромагнитным полем катушки, отнюдь не нова. Его издавна успешно применяют в промышленных плавильных печах, кузницах, бытовых отопительных приборах — электроплитах и котлах. Последние довольно дороги, так что домашние мастера не пропускают попытки сделать индукционный водонагреватель своими руками. Наша задача — рассмотреть возможные варианты бытовой техники и понять, можно ли их использовать для отопления дома.
О принципе индуктивного нагрева
Для начала объясним, как работают электрические индукционные нагреватели. Переменный ток, протекающий через катушки, создает вокруг катушки электромагнитное поле. Если внутри катушки есть магнитный металлический сердечник, он будет нагреваться вихревыми токами, создаваемыми полем. Это правило.
Важное условие. Чтобы нагреть металлический сердечник, на катушку должен подаваться переменный ток, который меняет знак и вектор поля на высокой частоте. Если подать на обмотку постоянный ток, то получится обычный электромагнит.
Сам нагревательный элемент называется индуктором и является основной частью установки. В отопительных котлах это стальная труба с протекающим внутри теплоносителем, а в плитах — это плоский змеевик, расположенный как можно ближе к нагревательной плите, как на фото ниже.
Индукционная катушка нагревает железную трубку, которая передает тепло текущей воде.
Вторая часть индукционного нагревателя — это цепь, повышающая частоту тока. Это связано с тем, что напряжения промышленной частоты 50 Гц не подходят для работы таких устройств. Если подключить катушку напрямую в сеть, она начнет сильно гудеть и плохо нагревать сердечник, а вместе с ним и обмотки. Чтобы эффективно преобразовывать электрическую энергию в тепло и полностью передавать ее металлу, частота должна быть увеличена как минимум до 10 кГц, что и делает электрическая цепь.
В чем реальные преимущества индукционных котлов перед ТЭН или электродными котлами:
- Часть, которая нагревает воду, представляет собой простой кусок трубы, не участвующий в электрохимических процессах (как в электродных теплогенераторах). Поэтому срок службы индуктора ограничивается только характеристиками катушки и может составлять до 10-20 лет.
- По этой же причине элемент одинаково хорошо «дружит» со всеми типами теплоносителей — водой, антифризом и даже машинным маслом, без разницы.
- Внутренние компоненты индуктора не накапливаются во время работы.
Основой здесь служат магнитно-металлические изделия.
Внимание. Об индукционных котлах ходит много мифов. Например, продавцы говорят, что они на 10-20% экономичнее других электронагревателей, хотя на самом деле КПД всех электрокотлов составляет 98%. Список преимуществ ограничивается тремя вышеупомянутыми пунктами, остальное — реклама.
Варианты самодельных устройств
В Интернете существует достаточное количество различных шаблонов, созданных для разных целей. Возьмем малогабаритный индукционный нагреватель из компьютерного блока питания мощностью 250-500 Вт. Представленная на фото модель пригодится в гараже или автомастерской для плавки алюминиевых, медных и латунных прутков.
Однако из-за своей малой мощности он не подходит для обогрева помещений. В Интернете можно найти два реальных варианта, испытания и работа которых были сняты на видео:
- Водонагреватель из полипропиленовых труб с питанием от сварочного инвертора или индукционной плиты;
- стальной котел с подогревом от той же варочной панели.
Сводка. Есть и другие полностью самодельные конструкции, в которых умельцы собирают преобразователи частоты с нуля. Однако для этого требуются знания и навыки в области радиотехники, поэтому мы не будем их рассматривать, а лишь приведем пример такой схемы.
А теперь давайте подробнее рассмотрим, как делают индукционные нагреватели своими руками и, главное, как они работают потом.
Изготавливаем нагревательный элемент из трубы
Если вы много искали по этой теме, вы, вероятно, наткнулись на этот проект, когда мастер разместил его монтаж на популярном видеоресурсе YouTube. Впоследствии на многих сайтах были размещены текстовые варианты конструкции этого индуктора в виде пошаговых инструкций. Кратко утеплитель изготавливается следующим образом:
- Металлические щетки для мытья посуды (можно колоть проволоку — стержень) вставляют в полипропиленовую трубу диаметром 40 мм и длиной 50 см. Они должны притягиваться магнитом.
- К трубе припаиваются отводы с резьбой для подключения к тепловой сети.
- Снаружи вдоль корпуса приклеено 4-5 полос текстолита. На них намотана изолированная стеклянная проволока сечением 1,7-2 мм², используемая в сварочных трансформаторах.
- Демонтируется нагревательная пластина и снимается «родной» плоский индуктор. На его место подключается самодельный трубчатый обогреватель.
Важная деталь. Длину и сечение провода для намотки катушки следует определять исходя из штатного возбудителя нагревателя, чтобы он соответствовал мощности полевых транзисторов в электрической цепи. Если взять больше провода, мощность нагрева упадет, он будет меньше перегреваться и транзисторы выйдут из строя. Как это выглядит визуально, смотрите на видео:
Как несложно догадаться, роль нагревательного элемента играют металлические щетки в переменном магнитном поле катушки. Если запустить варочную панель на максимум, пропуская проточную воду через импровизированный бойлер, то можно будет нагреть ее на 15-20 ° C, как показали испытания на приборе.
Поскольку мощность большинства индукционных плит находится в пределах 2-2,5 кВт, теплогенератор может обогревать помещения общей площадью не более 25 м². Есть способ увеличить нагрев, подключив индуктор к сварочному аппарату, но в этом есть свои сложности:
- Индукционная катушка подает постоянный ток, а вам нужен переменный ток. Для подключения индукционного нагревателя необходимо будет разобрать автомат и отметить на схеме точки, в которых напряжение еще не спрямлено.
- Используйте провод большего сечения и рассчитайте количество витков. В качестве альтернативы можно использовать медный провод Ø 1,5 мм в эмалевой изоляции.
- Необходимо обеспечить охлаждение элемента.
Функциональность индукционного водонагревателя автор демонстрирует в своем видео ниже. Испытания показали, что устройство требует модификации, но конечный результат, к сожалению, неизвестен. Похоже, мастер оставил проект незавершенным.
Как собрать индукционный котел
В этом случае нет необходимости разбирать дешевую китайскую печь. Идея состоит в том, чтобы сварить бак котла по его размерам, пошагово следуя инструкции:
- Возьмите стальную профильную трубу 20 х 40 мм с толщиной стенки 2 мм и вырежьте из нее заготовки на ширину плиты.
- Сварите трубы вместе по всей длине, соединив меньшие стороны.
- Плотно приварите железные заглушки к концам сверху и снизу. Проделайте в них отверстия и установите резьбовые патрубки.
- Сварите два уголка с одной стороны, чтобы получилась полка для индукционной плиты.
- Нанесите на прибор термостойкую эмаль. Подробнее о повторной сборке смотрите в видео.
Окончательная сборка и пусконаладка заключаются в креплении котла на стене и подключении к системе отопления. Варочная панель вставляется в угловую розетку на задней стороне бака и подключается к источнику питания. Осталось только залить теплоноситель в установку, выпустить воздух и включить подогрев возбудителя.
Здесь возникает та же проблема, что и с предыдущей моделью. Индукционный обогрев, несомненно, подойдет, но 2,5 кВт обогреют в морозные дни лишь несколько небольших комнат. Осенью и весной, когда температуры не опускаются ниже нуля, бытовой котел сможет отапливать площадь 35-40 м². Посмотрите это видео о том, как правильно подключить его к вашей системе:
Выводы и рекомендации
Мы специально представили варианты незамысловатых индукционных водонагревателей, чтобы каждый мог сделать подобный агрегат своими руками. Однако остается вопрос, стоит ли заниматься этим бизнесом и тратить свое время зря. Есть ряд объективных причин:
- Пользователи, незнакомые с электричеством и радиотехникой, вряд ли смогут добиться увеличения тепловой мощности выше 2,5 кВт. Для этого потребуется построить схему преобразователя частоты.
- КПД индуктора не выше, чем у других электрокотлов. Однако собрать радиатор с ТЭНами намного проще.
- Если у вас дома нет индукционной плиты, вам придется купить ее примерно за 80 центов. Это цена дешевых китайских товаров в интернет-магазинах. Комплектные электродные котлы до 10 кВт продаются по той же цене.
- Электрокотлы оснащены предохранительной автоматикой, отключающей устройство через 1 или 2 часа работы. Это неудобство в эксплуатации.
- Если по разным причинам теплоноситель выходит из домашнего теплогенератора, нагрев не прекращается. Это может вызвать пожар.
Конечно, можно обойтись без дорогостоящих покупок, досконально разобраться в конструкции и с нуля придумать индукционный нагреватель. Но вы не можете сделать все это бесплатно, так как вам придется покупать компоненты для схемы. Следует помнить, что бонусы от такого отопительного прибора небольшие, поэтому серьезно браться за его строительство для обогрева частного дома не рекомендуется.
