Индукционный котел отопления принцип работы. Индукционный котел отопления: принцип работы, преимущества и особенности эксплуатации

Как работает индукционный котел отопления. Каковы его основные преимущества перед другими типами котлов. Какие факторы влияют на эффективность индукционного нагрева. На что обратить внимание при выборе и установке индукционного котла.

Принцип работы индукционного котла отопления

Индукционный котел отопления представляет собой электромагнитное устройство для нагрева теплоносителя. В его основе лежит явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем еще в 19 веке. Основные компоненты индукционного котла:

• Магнитопровод
• Первичные катушки
• Теплообменное устройство в виде цилиндрической трубы

Принцип работы индукционного котла можно описать следующим образом:

1. По первичным катушкам пропускается переменный электрический ток.
2. Вокруг катушек создается переменное магнитное поле.
3. В трубе теплообменника, помещенной в это поле, индуцируются вихревые токи (токи Фуко).
4. Вихревые токи нагревают материал трубы.
5. От нагретой трубы тепло передается теплоносителю.

За счет чего происходит нагрев в индукционном котле? Основные механизмы нагрева:

• Джоулево тепло от протекания вихревых токов
• Магнитный гистерезис (для ферромагнитных материалов)

Преимущества индукционных котлов отопления

Индукционные котлы имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с другими типами отопительного оборудования:

• Высокий КПД — до 98%
• Экологичность — отсутствие вредных выбросов
• Бесшумность работы
• Компактные размеры
• Простота монтажа и обслуживания
• Длительный срок службы — до 30 лет
• Пожаробезопасность
• Возможность точного регулирования температуры

Какие факторы обеспечивают высокую эффективность индукционных котлов? Основные причины:

• Прямой нагрев теплоносителя без промежуточных теплообменников
• Отсутствие движущихся частей, минимальный износ
• Нет образования накипи на нагревательных элементах
• Низкие тепловые потери

Особенности эксплуатации индукционных котлов

При использовании индукционного котла отопления следует учитывать некоторые нюансы:

• Необходимость трехфазного подключения для мощных моделей
• Желательно использование стабилизатора напряжения
• Рекомендуется установка фильтров очистки теплоносителя
• Периодическая проверка качества теплоносителя
• Контроль состояния электрических соединений

Как правильно подобрать мощность индукционного котла? Основные факторы:

• Площадь отапливаемого помещения
• Теплопотери здания
• Климатическая зона
• Наличие дополнительных потребителей тепла

Сравнение индукционных котлов с другими типами отопительного оборудования

Как индукционные котлы соотносятся с другими видами отопительных систем?

Индукционные vs ТЭНовые электрокотлы

• Выше КПД и меньше энергопотребление
• Дольше срок службы
• Нет проблемы образования накипи
• Более высокая стоимость оборудования

Индукционные vs газовые котлы

• Проще монтаж и обслуживание
• Выше уровень безопасности
• Дороже в эксплуатации при текущих ценах на энергоносители
• Не требуют согласований и разрешений

Факторы, влияющие на эффективность индукционного нагрева

Эффективность работы индукционного котла зависит от ряда параметров:

• Величина первичного тока
• Частота питающего напряжения
• Магнитная связь между первичной и вторичной обмотками
• Свойства материала теплообменника (проницаемость, удельное сопротивление)
• Конструкция индуктора

Как можно повысить эффективность индукционного нагрева?

• Оптимизация геометрии индуктора
• Подбор оптимальной частоты тока
• Использование материалов с высокой магнитной проницаемостью
• Минимизация воздушного зазора между индуктором и нагреваемой деталью

Применение индукционного нагрева в различных отраслях

Где еще кроме отопления используется технология индукционного нагрева?

• Металлургия — плавка металлов
• Машиностроение — термообработка деталей
• Пищевая промышленность — разогрев продуктов
• Химическая промышленность — нагрев реакторов
• Электроника — пайка компонентов

Какие преимущества дает применение индукционного нагрева в промышленности?

• Высокая скорость нагрева
• Точный контроль температуры
• Возможность локального нагрева
• Чистота процесса
• Высокая энергоэффективность

Перспективы развития индукционных систем отопления

Каковы основные направления совершенствования индукционных котлов?

• Повышение энергоэффективности
• Снижение стоимости оборудования
• Интеграция с системами «умный дом»
• Разработка гибридных систем отопления
• Использование альтернативных источников энергии

Что может способствовать более широкому распространению индукционных котлов?

• Рост цен на ископаемое топливо
• Ужесточение экологических норм
• Развитие технологий накопления электроэнергии
• Государственные программы поддержки энергоэффективных технологий

Индукционный котел ИКВ серии ВИН СПб – Принцип работы

 

Принцип работы индукционных котлов отопления.

Индукционный котел «ИКВ» — электромагнитное устройство для нагрева теплообменного устройства виде трубы. Нагреватель состоит из магнитопровода, первичных катушек и теплообменного устройства в виде цилиндрической трубы. Параметры катушки, сердечника и теплообменного устройства рассчитаны на работу аппарата в длительном режиме без перегрева. Срок службы нагревателя определяется сроком службы изоляции обмоточного провода катушки и качеством сварных швов теплообменного устройства. Эффект индукционных котлов прост: вокруг любой катушки, по которой протекает переменный ток, образуется переменное магнитное поле. Если в это поле поместить электропроводящий материал, то в нем возникают индукционные токи (токи Фуко), которые разогревают этот материал. Во-вторых, если материал ферромагнитный, то его постоянное перемагничивание приводит так же к существенному нагреву. Конструктивные размеры, форма индуктора и труб подобраны таким образом, что энергия, выделяемая в трубах вокруг индуктора за счет образовавшихся вихревых токов и энергия от перемагничивания этих труб приблизительно равны. Это делает импеданс индуктора котла практически активным, повышая косинус фи.

 

Индукционные котлы ИКВ работают на токах промышленной частоты (50 Гц),

ИКВ предназначены для эффективного отопления и горячего водоснабжения для бытовых и технологических нужд

Благодаря своим техническим и потребительским качествам удовлетворяет современным требованиям электропожаробезопасности, санитарно — гигиеническим и экологическим нормам, не загрязняют воздух, отсутствует необходимость складирования, хранения топлива, утилизации отходов, и выплат заработной платы обслуживающему персоналу. При выборе газового котла в качестве отопительной установки от Вас потребуют проект разрешение на строительство, массу согласований в местной газовой службе, аттестацию в органах Ростехнадзора, очень большие первоначальные затраты.

Небольшие габариты позволяют эффективно использовать пространство помещений. Отличаются простотой монтажа и запуска, обслуживания, компактностью и высокой надежностью.

Вариант использования индукционного нагревателя ИКВ

В мобильных установках при аварийных ситуациях для МЧС, ЖКХ, в качестве резервной временной системы горячего водоснабжения и отопления позволит качественно и быстро, с минимальными затратами, решить аварийную ситуацию.

Относятся к классу оборудования с группой электробезопасности «2» (сопротивление изоляции 0,1 Ома)

— соответствуют современным требованиям по электробезопасности, для размещения и эксплуатации внутри жилых зданий и помещений.
Температура разогрева спирали ТЭНа — 750°C, что характеризует его пожароопасность. Ресурс ТЭНовых нагревателей около 9000 часов, а при повышенной жесткости воды и отложении накипи на ТЭНах толщиной 0,5 мм, срок службы ТЭНов сокращается в 10 раз, и как следствие снижается КПД до 40-50%.
При нагреве воды до 115°C -температура индуктора не превышает 140°C. Кроме того, переменное магнитное поле индуктора не дает катионам кальция и магния (образующие накипь элементы) осесть на поверхностную площадь теплообменника индуктора. Исходя из вышеперечисленного, За весь период работы не снижает свой КПД, и достигает 98%. В качестве теплоносителя может использоваться любая жидкость; вода, антифриз, масло, глицерин и т.д. Время замены теплоносителя 1 раз в 10 лет. При изготовлении  используются только самые высококачественные материалы и комплектующие. Наше качество и 100% гарантии. Ресурс работы такого индукционного нагревателя составляет свыше 30 лет.

Принцип работы и преимущества использования индукционных котлов отопления

 

Прекрасной альтернативой дорогостоящему газовому и ТЭНовому обогревательному оборудованию стали индукционные котлы отопления. Их начали применять еще в 80-е гг. в производственных целях. Общебытовые модели появились лишь спустя 10 лет и за долгие годы претерпели много изменений.

 

Принцип работы оборудования

 

Упрощенным примером является катушка, закрученная на диэлектрическую трубу, необходимо лишь в середине расположить сердечник. Присоединенная к источнику электроэнергии катушка начнет нагревать стержень. Остается подключить прибор к системе, и индукционный электрический котел отопления будет вырабатывать тепло. Избыточная тепловая энергия от нагретого стержня переносится на теплоноситель, которым может быть двухатомный спирт, масло, вода.

 

Активное нагревание жидкости формирует конвективные потоки. Разогретый теплоноситель поднимется вверх, мощности хватает на эксплуатацию небольшого контура. В крупнопротяженных системах следует ставить циркуляционный насос.

 

Отзывы потребителей

 

•    Такой котел является современной инновационной разработкой на основании физико-технических принципов. На самом деле Майкл Фарадей стал первооткрывателем электромагнитной индукции еще в конце 19 века. В производственном секторе конца ХХ столетия индуктивные печи широко применялись для плавления металлов.

 

•    Прибор имеет высокую экономичность, позволяющую тратить на 30% меньше электроэнергии в сравнении с другими аналогами. В действительности, каждый обогреватель всю получаемую энергию преобразовывает в тепловую, если не производится механическая работа. КПД бывает и меньше в зависимости от степени распространения тепла от индукционного котла для отопления и площади дома.

•    Уверения в том, что индуктивные аналоги используют минимум электроэнергии, являются хитрым ходом. Закон сохранности энергии непоколебим: на выработку 1 кВт тепла потребуется не менее 1 кВт электричества. Продолжительность нагрева теплоносителя прямо пропорциональна эффективности работы устройства. При этом неизбежны тепловые потери: греется непосредственно катушка, т.к. сопротивление провода выше нулевой отметки. Хотя, такие потери остаются в помещении, а не улетучиваются сквозь дымоходы.

•    Продавцы, ссылаясь на отзывы, утверждают, что индукционные котлы отопления безотказно эксплуатируются более 20 лет, их долговечность несопоставима с электрическими моделями. На деле механическое изнашивание оборудования такого типа изначально невозможно, так как оно не содержит подвижных частей. Обмотка из меди отличается огромным запасом прочности.

 

При соблюдении условий охлаждения она может работать максимально долго. Повреждения изоляции для него не страшно, поскольку витки накручиваются не вплотную, а через маленькие промежутки. Сердечник в ходе эксплуатации подвержен разрушению под воздействием агрессивных примесей, циклического «нагрева-остывания». Но это явление растянуто во времени на несколько десятков лет.

 

 

Согласно схеме индукционный котел отопления содержит в своем составе несколько транзисторов, которые влияют на длительность безотказной работы нагревательных устройств. Фирмы-производители составных элементов дают 10-летнюю гарантию. Но, как правило, они безотказно отрабатывают более 30 лет в зависимости от технологического процесса.

 

 

 

•    Устройства с обычными нагревательными элементами имеют мощностные потери из-за формирования накипи. В индуктивном оборудовании такого явления нет, технические характеристики стабильны долгие годы. В действительности воздействие накипи преувеличено. Непосредственный известковый слой не обладает большими теплоизолирующими свойствами. К тому же в цикличном водовороте формирование значительного уровня таких отложений маловероятно. Они не могут оставаться на поверхности, систематически вибрирующей под влиянием электромагнитного поля. При этом на сердечнике постоянно формируются пузырьки воды, разрушающие любую накипь.

 

Преимущества индукционных систем обогрева

 

Высокая цена на приборы отопительной системы вынуждает большинство потребителей сделать индукционный котел отопления своими руками. Тщательно ознакомившись с их эксплуатационными и конструктивными особенностями, прибор можно собрать самостоятельно. Основным помощником тут будет схема отопительной обвязки.

При покупке готового оборудования следует отдать предпочтение известным маркам. Одним из вариантов можно считать индукционный котел отопления ВИН. В зависимости от уровня мощности он производится 1- и 3-фазным. Такой прибор эффективно работает в магистралях автоматизированного теплоснабжения, которые контролируются дистанционно.

Индукционный нагрев – принцип работы, типы и преимущества

Индукционный нагрев – это тип электрического нагрева, при котором для нагревания материала используются токи, индуцированные электромагнитным воздействием. Это бесконтактный метод электрического нагрева, при котором материал нагревается без прямого контакта с источником питания. Работа индукционного нагрева основана на принципе трансформаторов переменного тока.

Принцип индукционного нагрева :

Прежде чем обсуждать конструкцию и работу индукционного нагрева, давайте рассмотрим принцип индукционного нагрева. Принцип действия индукционного нагрева основан на законе электромагнитной индукции Фарадея и на концепции Джоуля, сопротивления или омического нагрева. На рисунке ниже показан принцип индукционного нагрева.

Он состоит из двух катушек, первичной и вторичной, которые действуют как первичная и вторичная обмотки трансформатора. Первичный подключен к источнику переменного тока высокой частоты, а вторичный используется для нагрева заготовки. На приведенном выше рисунке нагреваемая деталь будет действовать как цельная короткозамкнутая вторичная обмотка.

При подаче высокочастотного переменного тока на первичную катушку создается переменное магнитное поле. Этот поток, соединяя заготовку, индуцирует ЭДС в заготовке, что приводит к протеканию через нее вихревых токов, подобно тому, как вихревые токи индуцируются во вторичной обмотке трансформатора.

Мы знаем, что в соответствии с эффектом нагрева Джоуля тепловая энергия вырабатывается в проводнике при протекании по нему электрического тока, т. е. мощность рассеивается в виде тепла. Таким образом, вихревые токи, наведенные в заготовке, будут выделять в ней тепло, тем самым повышая температуру заготовки.

Благодаря низкому удельному сопротивлению и высокой проводимости металлов они лучше подходят для индукционного нагрева по сравнению с неметаллами. В случае немагнитного материала выделение тепла будет происходить из-за потерь на вихревые токи. Принимая во внимание, что в случае магнитного материала выделение тепла будет связано как с потерями на вихревые токи, так и с потерями на гистерезис.

Различные факторы, от которых зависит индукционный нагрев:

• Величина первичного тока, поскольку, если первичный ток высок, поток высок, и, следовательно, вторичный ток будет высоким, поэтому выделяется большое количество тепла.
• Частота питания, учитывая гистерезис и потери на вихревые токи, зависит от частоты.
• Магнитная связь между первичной и вторичной обмотками, если расстояние между первичной обмоткой и нагреваемым материалом меньше, магнитная связь больше и, следовательно, выделяется больше тепла.
• Проницаемость и удельное сопротивление материала.

Конструкция индуктора для индукционного нагрева:

Ниже приведены факторы, которые необходимо учитывать при проектировании индуктора для индукционного нагрева,

• Поскольку плотность магнитного потока, обусловленная протеканием тока в проводнике, максимальна вблизи проводника, следовательно чем ближе катушка к нагреваемой детали, тем больше будет эффект нагрева.
• Вихревой ток в нагреваемых деталях течет таким образом, что создается магнитный поток, противодействующий изменению магнитного потока катушки индуктора. Контур змеевика должен быть таким, чтобы обеспечить желаемый нагрев.
• Из-за скин-эффекта высокочастотный ток в катушке индуктивности обычно протекает через внешнюю часть. Таким образом, катушка индуктора выполнена из медных трубок, по которым течет охлаждающая вода для отвода выделяющегося в ней тепла.
• Высокая концентрация тепла в недоступных зонах может быть достигнута с помощью одновитковых катушек, пропускающих большие токи. Электронные нагреватели могут нагружать до 300А. Поэтому для более высокой мощности используются трансформаторы с воздушным сердечником, которые менее эффективны.
• Провода от источника питания к катушке индуктивности должны быть как можно короче и соединены вместе во избежание снижения коэффициента мощности. Даже витки катушки индуктивности должны располагаться близко друг к другу, а воздушный зазор между катушкой и заготовкой должен быть минимальным, чтобы предотвратить низкий коэффициент мощности.
• В случае пайки важно, чтобы соединение сначала доводилось до нужной температуры, прежде чем припой расплавится и втянется в соединение.

Описанный выше принцип индукционного нагрева используется в индукционных печах для нагрева различных материалов.

Типы индукционных печей:

Индукционные печи в основном бывают двух типов:

• сердечниковые или низкочастотные индукционные печи и
• тигельные или высокочастотные индукционные печи.

Стержневая или низкочастотная индукционная печь:

Эта печь состоит из круглого пода в форме желоба, в котором находится шихта, подлежащая плавке, в форме кольцевого кольца. Железный сердечник имеет большой диаметр и магнитно связан с электрической обмоткой, питаемой от источника переменного тока, как показано ниже.

Таким образом, печь представляет собой трансформатор, в котором нагреваемая шихта образует одновитковую короткозамкнутую вторичную обмотку и магнитно связана с первичной обмоткой железным сердечником. Заряд плавится из-за наведенного в нем сильного тока. Когда нет расплавленного металла, ток во вторичной обмотке не течет. Таким образом, чтобы запустить печь, расплавленный металл должен быть вылит в горн.

Индукционные печи с сердечником снова подразделяются на два типа: индукционные печи с прямым и непрямым сердечником. В индукционной печи с прямым сердечником нагреваемая шихта образует одновитковую вторичную цепь, как показано выше. В то время как в индукционной печи с непрямым сердечником будет нагревательный элемент, который образует вторичный, тепло, произведенное в нагревательном элементе, передается шихте за счет излучения.

Безтигельная или высокочастотная индукционная печь :

В индукционной печи с сердечником имеется железный сердечник, через который первичная и вторичная обмотки магнитно связаны. Но в индукционной печи без сердечника нет сердечника, и поэтому нагрев материала будет происходить за счет протекания через него вихревых токов, как показано ниже.

Печь состоит из огнеупорного или керамического тигля цилиндрической формы. Тигель окружен катушкой, которая действует как первичная обмотка. Когда эта первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, она индуцирует вихревой ток в нагреваемом заряде. Индуцированный вихревой ток будет выделять тепло в заряде, а также в заряде возникает дополнительное перемешивающее действие из-за электромагнитных сил.

Из-за отсутствия сердечника в этой печи плотность флюса в печи низкая. Таким образом, питание первичной обмотки должно быть высокочастотным, чтобы компенсировать низкую плотность потока, поэтому эту печь также называют высокочастотной индукционной печью.

Преимущества индукционного нагрева :

Различные преимущества индукционного нагрева:

• Подходит для периодических операций.
• Нагрев материала осуществляется без прямого контакта с источником питания.
• При работе нет шума, пыли, грязи и дыма, поэтому условия работы приятные.
• Гибкий контроль температуры и теплопередачи можно очень точно контролировать.
• За очень короткое время достигает точки плавления.
• Имеет очень высокий постоянный и точный нагрев.
• Для производства высококачественных сплавов наиболее подходит индукционный нагрев.
• Технологические достижения сделали процесс индукционного нагрева полезным инструментом в производстве установок для термообработки.
• Этот метод более точен для поверхностного упрочнения металлов и цветных металлов.
• Автоматический контроль температуры может осуществляться с помощью таймеров и систем обратной связи.
• В процессе индукционного нагрева никакие побочные продукты не реализуются.
• Для индукционного нагрева такой квалифицированной рабочей силы не требуется, что также снижает эксплуатационные расходы.

Недостатки индукционного нагрева:

Недостатки индукционного нагрева:

• Первоначальная стоимость метода индукционного нагрева высока, а также стоимость увеличивается в зависимости от требуемой степени автоматизации.
• Процесс индукционного нагрева применим только для ограниченного количества материалов.
• Форма используемого материала или тигля должна соответствовать вторичной обмотке.

Применение индукционного нагрева:

Некоторые из основных применений индукционного нагрева:

• Упрочнение поверхности. Материалы, используемые для изготовления таких деталей, как шпиндели, пильные полотна, шестерни, оси и т. д., должны быть твердыми и трудно выдерживать износ, который возможен при индукционном нагреве. При индукционном нагреве можно сконцентрировать эффект нагрева на желаемой части.
• Глубокая закалка — С помощью индукционного нагрева возможна закалка материала на любую глубину, поэтому этот вид нагрева используется для глубокой закалки таких изделий, как отвертки, инструменты, сверла и т. д.
• Отпуск — При отпуске процесс, где требуется точный контроль нагрева для уменьшения избыточной твердости в заготовке.
• Плавка — Для извлечения металла из руды путем нагревания выше температуры плавления в какой-либо защитной атмосфере осуществляется индукционный нагрев на высокой частоте.
• Пайка. Индукционный нагрев хорошо подходит для экономичной и эффективной пайки, благодаря чему в месте пайки может выделяться тепло.
• С помощью индукционного нагрева можно нагреть металлы до точки плавления в подходящей печи.
• В настоящее время процесс индукционного нагрева заменяет бытовые и коммерческие электрические и газовые системы отопления.

Индукционный нагрев: что это такое и как это работает?

Что такое индукционный нагрев?

Индукционный нагрев – это процесс нагрева металлов и других электропроводящих материалов, который является точным, воспроизводимым и безопасным бесконтактным методом. Он включает в себя сложную комбинацию электромагнитной энергии и теплопередачи, которая проходит через индукционную катушку, создавая электромагнитное поле внутри катушки для металлических пуховых материалов. Такие материалы, как сталь, медь, латунь, графит, золото, серебро, алюминий и карбид, можно нагревать для целого ряда применений, включая различные виды термообработки, такие как закалка, отжиг, отпуск, пайка, пайка, термоусадочная посадка, термообработка. крепление, склеивание, отверждение, плавление и многое другое.

Для понимания основ индукционного нагрева необходимо изучить два ключевых явления; Закон индукции Фарадея и скин-эффект.

Закон индукции Фарадея

Когда электропроводящий материал (например, металл) помещается в изменяющееся во времени магнитное поле, в части, производящей второе магнитное поле, индуцируется электрический ток (называемый «вихревым током»). поле, которое противостоит приложенному полю (рисунок ниже). Причина этого явления заключается в том, что изменяющееся во времени магнитное поле нарушает расслабленное состояние электропроводящего материала. В свою очередь, материал пытается противостоять этому изменению, создавая другое магнитное поле, чтобы нейтрализовать навязанное поле.

Как работает индукционный нагрев?

Явление индукции имеет два важных следствия:

i. Индуцированная сила . Пример показан на рисунке ниже, где постоянный магнит опускается в медную трубку. Наведенная сила по закону Фарадея пытается остановить движение магнита внутри трубки.

       

ii. Индуцированный нагрев. Когда электропроводящий материал подвергается воздействию переменного магнитного поля, в зависимости от материала тепло индуцируется двумя механизмами; Джоулев нагрев и магнитный гистерезис. Последнее происходит в магнитных металлах (таких как углеродистая сталь с температурой ниже Кюри), в которых вращение соседних магнитных диполей из-за изменения направления наложенного магнитного поля приводит к трению и теплу. Этот эффект усиливается при увеличении частоты наложенного магнитного поля. 92, где R — электрическое сопротивление пути тока. Сопротивление пути тока обратно пропорционально площади поперечного сечения, по которому протекает ток.

Как образуется индуцированное тепло?

Если электропроводящий материал подвергается воздействию магнитного поля, в материале индуцируются вихревые токи. Особые характеристики таких токов приводят к явлению, которое мы называем «индукционным нагревом».