Индукционный водонагреватель

Явление индукции заключается в возникновении наведенных токов. В случае нагревателей они имеют вихревой характер и достаточно большое значение. В результате металл резко нагревается. В промышленных целях используют токи самой разной частоты, но обычно не более 1 МГц, так как в противном случае глубина проникновения их резко снижается. Однако и это находит свое 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 ей 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, то есть поле очень быстро затухает с расстоянием. Именно 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 более низкие частоты. Они отлично наводят токи Фуко и почти не вредят рабочим, использующим оборудование.

Индукционные водонагреватели

Промышленные индукционные нагреватели имеют потрясающую мощность. Это может быть и 100 кВт, и более. При таких условиях металл не только нагревается для двух процессов, которые мы упомянули выше, закалки и отпуска, но просто-напросто плавится. На этом принципе построены индукционные печи. У них еще более потрясающие способности к энергопотреблению. Суть в том, что энергия передается непосредственно стали, которая нагревается прямо на глазах. Это позволяет применять явление индукции также и в кузнечном деле. (См. также: Как выбрать проточный электрический водонагреватель)

Вот еще несколько областей, где очень 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 не являются дешевыми. В частности, вот несколько названий на слуху, где используется технология:

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

Самодельныя индукционный водонагреватель

Мы не исключаем наличия каких-либо 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 обычно поднимается температура. Не исключено, что подобный же эффект используется и в индукционных нагревателях. Главным элементом является катушка. От ее формы будет зависеть, что именно нагревается. Так спиральные катушки в виде пружины могут поднять температуру не только той детали, что находится внутри (например, труба), но и снаружи (внутренность трубы).

В качестве материала используется медная трубка. У нее хорошие электропроводность и прочность. Поскольку высокочастотный ток идет в основном по поверхности, то внутренняя часть проводника все равно не была бы задействована. А так получается относительно дешевая и легкая конструкция. На частоте 50 Гц это не актуально, а скорее подходит для тока акустического диапазона и выше. Еще один момент, это электрическое сопротивление. Мы нисколько его не увеличиваем, убирая сердцевину, потому что ток и так идет по поверхности. Чем выше мощность индукционного нагревателя, тем должна быть толще и трубка. Одновременно падает и ее электрическое сопротивление.

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

Сама катушка почти не греется. Но на всякий случай ее покрывают специальным материалом. Это может быть керамическая ткань или жесткий состав. Делается это из следующих соображений: (См. также: Какой водонагреватель выбрать)

  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.

Современные материалы легко выдерживают температуры свыше 1000 ºС без каких-либо последствий.

Устройство индукционных водонагревателей

Принцип действия индукционного водонагревателя напоминает промышленные аналоги. Только возможности и задачи у него намного скромнее. Задачей индукционного водонагревателя является подача на рабочую катушку тока высокой частоты и мощности. В результате все, что находится в сердцевине, начинает греться. А располагается там обычно труба с водой. Если читатели еще не догадались, то перед нами типичный проточный водонагреватель. Суть 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. Имеется обычный трансформатор, как у сварочного аппарата, который передает ток катушке. Напрямую ее включать нежелательно, потому что выйдет нечто вроде короткого замыкания. Мы считаем, что внутри должны быть обыкновенный термостат для регулировки температуры и потенциометром 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 ней переменного тока сверло будет ударно греться. Понятно, что в результате пропускания внутри трубы воды, она будет получать львиную долю тепла.

Любители рекомендуют использовать сварочный инвертор, нагруженный на катушку из армированной стеклоизоляцией проволоки, обмотанную вокруг трубы со сверлом внутри. Так мы избавляемся от потребности что-то изобретать. Но вспоминая про стоимость таких устройств, как сварочный инвертор, как-то 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 сможет навести хорошие индукционные токи и перемагнитить домены. Иначе зачем тогда все производители промышленных электрически нагревателей стараются и делают какие-то источники питания для своих приборов.

Индукционный водонагреватель

Те же любители рекомендуют выбирать частоту питания прибора в 50 кГц. Для того, 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 мы увидели недостатки индукционных водонагревателей. А преимущества их в большом КПД. А теперь давайте осмыслим все, что мы 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 любом металле наводится такой эффект, независимо от его 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 любых 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.

Мы не упомянули, что прибор требуется также заизолировать базальтовой ватой, чтобы он грел не воздух, а именно трубу. В противном случае получатся большие потери на конвекцию. Причем базальтовая вата должна защищать именно катушку от трубы, и никак не иначе. Использование индукционных водонагревателей собственной конструкции представляется нам 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 можно соединять последовательно для целей отопления и водоснабжения. Но уж точно не в домашних условиях.