Как сделать индукционный котел отопления своими руками: изготовление самодельного теплогенератора

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. Владельцам хочется, чтобы они были и экономичными. К числу таких устройств принадлежит индукционный котел отопления, своими руками такое оборудование при желании соберет даже начинающий мастер.

Содержание статьи:

• Индукционный котел: как это устроено
• Плюсы самостоятельной сборки отопительного прибора
• Основные элементы отопительного оборудования
• Как собрать индукционный котел
• Вихревой индукционный котел: в чем отличие?
• Как собрать вихревое индукционное устройство
• Необычная модель индукционного прибора
• Видео-советы для домашнего мастера

Индукционный котел: как это устроено

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.

В основу действия любого индукционного котла заложено явление электромагнитной индукции

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.

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.

Теплоноситель в котлах индукционного типа нагревается от расположенного внутри стального сердечника, нагрев которого производится вихревыми токами, возникающими в электромагнитном поле

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.

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

Плюсы самостоятельной сборки отопительного прибора

Котлы, работающие от электричества, традиционно считаются неэкономичными. Учитывая, что стоимость электроэнергии постоянно растет, они обходятся «в копеечку» своим владельцам. Впрочем, индукционные котлы, хотя и работают от электричества, достаточно экономичны. Но это еще не весь список их достоинств. Решившись на установку такого прибора можно получить:

• Быстрый разогрев теплоносителя. На это уходит в среднем 3-5 минут.
• КПД приближенный к 100%, поскольку практически вся электроэнергия преобразуется в тепловую.
• Высокую температуру разогрева жидкости в отопительном контуре, минимум – 35С.
• Отсутствие накипи на внутренних поверхностях устройства, что объясняется вибрациями, которые появляются при работе устройства. Они предотвращают появление отложений.
• Длительный срок эксплуатации, поскольку отсутствуют движущиеся и трущиеся механизмы и детали. Соответственно, нет износа оборудования и повреждения его комплектующих.
• Отсутствие необходимости отводить продукты сгорания и часто проводить обслуживающие мероприятия.

Недостатков у индукционных котлов не так уж и много. Прежде всего, это достаточно высокая стоимость оборудования. Кроме того, в процессе работы приборы издают небольшой вибрационный шум. Еще один минус – достаточно большая масса, что обязательно нужно учесть при монтаже устройства на стену.

Чтобы получить максимальный эффект от использования индукционного котла, как самодельного, так и серийного, нужно подключить их группой и использовать поочередно или все сразу

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. Устройство 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.

Как собрать индукционный котел

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.

Вихревой индукционный котел: в чем отличие?

С принципом работы индукционного отопительного прибора мы уже знакомы. Существует его разновидность: вихревой индукционный котел или ВИН, действующий несколько иначе. 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. Только после этого можно проводить пробный пуск. Сначала нужно запустить прибор на минимальной мощности и внимательно отследить качество сварных швов. Если все в порядке, мощность увеличиваем до максимума.

Необычная модель индукционного прибора

Эта модификация индукционного котла может показаться очень необычной, тем не менее, вполне имеет право на существование. Более того, практика показывает, что такое устройство намного экономичнее стандартного ТЭНового котла. На обогрев стандартной «трешки» будет уходить порядка 1,8-2,5 кВт в час, тогда как электрокотел потратит как минимум 6 кВт.

При изготовлении самодельных индукционных котлов для намотки на сердечник используется только специальная обмоточная медная проволока

Собственно, котел представляет собой врезанный в отопительную систему теплообменник, который нагревается от индукционной электроплитки. Важное звено конструкции – теплообменник, он должен быть компактным, надежным и по возможности дешевым. Расчеты показывают, что для обогрева квартиры площадью около 50 кв. м будет достаточно устройства, работающего с 40 л теплоносителя.

То есть понадобится плоский металлический бак, размеры которого варьируются в пределах 50х600х500 мм. Такую емкость вполне можно изготовить самостоятельно, сварив из профильных труб 50х50. Работы выполняются в следующей последовательности:

• Труба 50х50 нарезается на отрезки длиной 600 мм. Всего должно получиться 9-10 штук.
• Полученные отрезки привариваются один к другому по принципу «стенка к стенке» так, чтобы получился сплошной ряд из труб.
• От трубы отрезается еще два отрезка так, чтобы их длина была равна ширине получившейся заготовки.
• Из обоих полученных фрагментов трубы отрезается одна стенка.
• Деталь устанавливается срезанной частью на сваренные вместе трубы так, чтобы получилась заготовка, напоминающая коллектор. Фрагмент приваривается к теплообменнику.
• Аналогично устанавливается второй отрезок трубы с противоположной стороны.
• В противоположные по диагонали участки теплообменника ввариваются патрубки для соединения с отопительной системой.
• Конструкция тщательно обваривается, поскольку должна быть полностью герметичной.

Теплообменник готов, его можно устанавливать на место и подводить под него источник тепла. Практика показывает, что лучше всего установить такую систему в санузле, выполнив вертикальный монтаж.

Обычная индукционная плитка может стать источником тепла для обогрева квартиры

Теплообменник вваривается в отопительную систему, а плитка располагается между ним и стеной. Домашние мастера утверждают, что если подключить к такому устройству инвертор, его энергопотребление существенно уменьшится.

Видео-советы для домашнего мастера

Как самому собрать котел индукционного типа:

Как работает самодельный индукционный нагреватель:

Что такое индуктивный нагрев:

Индукционный котел – наиболее экономичный и эффективный из всех отопительных приборов, работающих от электричества. Чтобы купить такое устройство в магазине придется потратить значительную сумму, поэтому домашние умельцы научились изготавливать их самостоятельно. Существует множество модификаций самодельных индукционных устройств, можно выбирать любое, наиболее подходящее к условиям эксплуатации.