Индукционный водонагреватель

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, так как в противном случае глубина проникновения резко снижается. Однако и это находит применение. Так удается закалить поверхность осей и прочих вытянутых деталей, которые сложно обработать другим 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 собой упрощенную промышленную установку, но только уменьшенного размера и малой мощности.

Индукция в промышленности и быту

Для процесса индукции характерна минимальная инерция. Стоит появиться переменному полю, как тут же возникают в ответ токи Фуко. Преимущество метода в том, что излучение практически отсутствует, поле быстро затухает с расстоянием. Поэтому радиочастоты и начинаются на сотнях кГц. По этой же причине использовать эти 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.

Индукционные водонагреватели

Промышленные индукционные нагреватели имеют потрясающую мощность. Это и 100 кВт, и более. При таких условиях металл нагревается от двух процессов, которые упомянули выше, закалки и отпуска, но просто-напросто плавится. На этом принципе построены индукционные печи. У них потрясающие способности к энергопотреблению. Задумка в том, что энергия передается непосредственно стали, которая нагревается на глазах. Это позволяет применять явление индукции также и в кузнечном деле.

Вот еще несколько областей, где требуется нагрев, и упомянутые устройства с успехом решают поставленные перед ними задачи:

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

В быту индукционный нагрев используют в приборах для готовки пищи и водонагревателях. Это позволяет получать безынерционные приборы, которые одновременно имеют высокий КПД, но недешевы. Вот тройка названий на слуху, где используется технология:

  1. Мультиварки.
  2. Варочные панели.
  3. Водонагреватели.

Самодельныя индукционный водонагреватель

Не исключаем наличие и других устройств, которые призваны облегчить жизнь человека.

Итак, принцип действия индукционного нагревателя промышленного типа заключается в следующем. Напряжение на входе выпрямляется и поступает на вход инвертора, который генерирует импульсы нужной частоты. В кухонных плитах с уменьшением длины волны поднимается температура. Не исключено, что подобный же эффект используется и в индукционных нагревателях. Главным элементом является катушка (Николы Теслы). От формы будет зависеть, что нагревается. Так спиральные катушки в виде пружины поднимают температуру не только той детали, что внутри (например, труба), но и снаружи (внутренность трубы).

Читатели представят себе эффект по картинкам из школьных учебников. Вспомните, как магнитное поле пронизывает катушку: максимальная плотность линий напряженности приходится на осевую линию конструкцию, придуманной Лапласом.

Материалом служит медная трубка. У нее хорошие электропроводность и прочность. Поскольку высокочастотный ток идет в основном по поверхности, то внутренняя часть проводника все равно не задействована. А так получается относительно дешевая и легкая конструкция. На частоте 50 Гц это неактуально, а скорее подходит для тока акустического диапазона и выше. Еще один момент, это электрическое сопротивление. Нисколько эффект не увеличиваем, убирая сердцевину, потому что ток и так идет по поверхности. Чем выше мощность индукционного нагревателя, тем толще и трубка. Одновременно падает и электрическое сопротивление.

Одновременно в ферромагнитном материале, поневоле ставшим сердечником такой катушки, по которой течет ток высокой частоты, возникает магнитный поток, согласно напряжению меняющий направление. Этот эффект сопровождается выделением тепла, на которое и тратится мощность индукционного нагревателя. Вот почему КПД так высок.

Сама катушка не греется. Но на всякий случай покрывают специальным материалом. Это может быть керамическая ткань или жесткий состав. Делается это из следующих соображений:

  1. Чтобы витки катушки не перемкнулись между собой, от чего работа устройства будет нарушена.
  2. Второй причиной для промышленных индукционных нагревателей служит защита от докрасна раскаленных деталей, которые иногда касаются катушки.
Читайте также:  Умывальник дачный с водонагревателем

Современные материалы легко выдерживают температуры свыше 1000 ºС без последствий.

Устройство индукционных водонагревателей

Принцип действия индукционного водонагревателя напоминает промышленные эквиваленты. Только функционал и задачи у него намного поскромнее. Предназначением индукционного водонагревателя является подача на рабочую катушку тока высокой частоты и мощности. В результате все, что в сердцевине, начинает греться. А располагается там труба с водой. Если читатели еще не догадались, то перед нами типичный проточный водонагреватель. Соль в том, что дроссель наводит переменный магнитный поток в стальной трубе, а вода, протекая мимо, забирает тепло. Это не значит, что индукционный водонагреватель непригоден для пластиковых стояков, их можно присоединить. Но внутри прибора труба все равно будет стальная.

Водонагреватель своими руками

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

Некоторые любители предлагают изготовить индукционный водонагреватель своими руками путем размещения в отрезке полиэтиленовой трубы стального сверла, которое еле-еле проходит внутрь по диаметру. Вкруг конструкции прокладываются продольные деревянные рейки. А сверху наматывается катушка, которая охватывает трубу. При пропускании по виткам переменного тока сверло будет ударно греться. Понятно, что в результате прохождения внутри трубы воды, струя будет получать 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 устройств, как сварочный инвертор, язык не поворачивается назвать изобретение удачным. Зато можно безопасно опробовать задумку – работает или нет. Проблема в том, чтобы создать приемлемую конструкцию генератора. Вряд ли ток из розетки в 50 Гц наведет индукционные токи и перемагнитить домены. Иначе зачем тогда производители промышленных электрически нагревателей стараются и делают источники питания для приборов.

Читайте также:  Солнечный водонагреватель своими руками

Индукционный водонагреватель

Те же любители рекомендуют выбирать частоту питания прибора в 50 кГц. Чтобы собрать инвертор на мощность 3—6 кВт, придется здорово попотеть. Не говоря уже о том, что не у каждого дома пробки потянут такую нагрузку. Варить-то небось не пробовали в квартире. Теперь обрисованы недостатки индукционных водонагревателей. А преимущества — в большом КПД. А теперь давайте осмыслим строки, что прочли, и сделаем вывод, который пока в Рунете не озвучен. Принцип работы индукционного водонагревателя основывается на двух ипостасях:

  1. Токи Фуко вызываются электромагнитной волной, которая неизбежно возникает, когда появляются переменные электрическое или магнитное поле. В металле наводится такой 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 это явление пропадает. Для стали температура потери магнитных свойств лежит выше 700 ºС. Вот почему посуда для индукционной варочной панели должна быть стальная. Алюминиевая будет греться только за счет токов Фуко, а значит, гораздо медленнее, нежели железо. Не говоря уже о том, что у стали электрическое сопротивление больше, что является в этом случае дополнительным преимуществом.

Вывод

Преимущества индукционных водонагревателей следующие:

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

Ее упомянули, что прибор требуется также заизолировать базальтовой ватой, чтобы грел не воздух, а трубу. В противном случае получатся большие потери на конвекцию. Причем базальтовая вата защищает именно катушку от трубы, и никак не иначе. Использование индукционных водонагревателей собственной конструкции представляется на сегодняшний день проблематичным. Но мы уже упомянули, что генератор колебаний можно собрать самостоятельно или использовать инвертор, сварочный или из варочной панели. ВИНы из Ижевска соединяют последовательно для целей отопления и водоснабжения. Но не в домашних условиях.