Jak zrobić nagrzewnicę indukcyjną własnymi rękami z inwertera spawalniczego

Indukcyjne kotły grzewcze – to urządzenia, które charakteryzują się bardzo wysoką sprawnością. Pozwalają one znacznie obniżyć koszty energii elektrycznej w porównaniu z tradycyjnymi urządzeniami wyposażonymi w grzałki.

Modele produkowane przemysłowo nie są tanie. Jednak własnoręczne wykonanie indukcyjnego podgrzewacza jest w stanie zrobić każdy domowy majsterkowicz posiadający prosty zestaw narzędzi. W pomoc dla niego oferujemy szczegółowy opis zasady działania i montażu efektywnego ogrzewacza.

Zasada działania indukcyjnego podgrzewacza

Indukcyjne ogrzewanie jest niemożliwe bez użycia trzech podstawowych elementów:

• induktora;
• generatora;
• elementu grzejnego.

Induktor to cewka, zwykle wykonana z drutu miedzianego, za pomocą której generuje się pole magnetyczne. Generator prądu zmiennego jest używany do uzyskania strumienia wysokiej częstotliwości ze standardowego strumienia domowej sieci elektrycznej o częstotliwości 50 Hz.

Jako element grzejny stosuje się metalowy przedmiot zdolny do pochłaniania energii cieplnej pod wpływem pola magnetycznego. Jeśli prawidłowo połączyć te elementy, można uzyskać wysokowydajne urządzenie, które doskonale nadaje się do podgrzewania ciekłego nośnika ciepła i ogrzewania domu.

Za pomocą generatora prąd elektryczny o wymaganych parametrach jest podawany na induktor, czyli na miedzianą cewkę. Podczas przepływu przez nią strumień naładowanych cząstek tworzy pole magnetyczne.

Zasada działania nagrzewnic indukcyjnych opiera się na powstawaniu prądów elektrycznych wewnątrz przewodników, pojawiających się pod wpływem pól magnetycznych.

Cechą charakterystyczną pola jest to, że ma ono zdolność do zmiany kierunku fal elektromagnetycznych przy wysokich częstotliwościach. Jeśli w tym polu umieści się jakiś metalowy przedmiot, zacznie się on nagrzewać bez bezpośredniego kontaktu z induktorem pod wpływem wytworzonych prądów wirowych.

Wysokoczęstotliwościowy prąd elektryczny, docierający z inwertera do cewki indukcyjnej, wytwarza pole magnetyczne o stale zmieniającym się wektorze fal magnetycznych. Umieszczony w tym polu metal szybko się nagrzewa.

Brak kontaktu pozwala uczynić straty energii przy przejściu z jednego rodzaju na drugi znikomymi, co tłumaczy podwyższoną sprawność kotłów indukcyjnych.

Aby podgrzać wodę dla obiegu grzewczego, wystarczy zapewnić jej kontakt z metalowym nagrzewnikiem. Często jako element grzejny stosuje się metalową rurę, przez którą po prostu przepuszcza się strumień wody. Woda przy okazji chłodzi nagrzewnik, co znacznie wydłuża jego żywotność.

Elektromagnes urządzenia indukcyjnego otrzymuje się poprzez nawijanie drutu wokół rdzenia z ferromagnetyka. Powstała w wyniku tego cewka indukcyjna nagrzewa się i przekazuje ciepło nagrzewanemu ciału lub przepływającemu obok czynnikowi grzewczemu przez wymiennik ciepła.

Zalety i wady urządzenia

Zalet wirowej nagrzewnicy indukcyjnej jest bardzo wiele. To prosty do samodzielnego wykonania schemat, podwyższona niezawodność, wysoka sprawność, stosunkowo niskie koszty energii elektrycznej, długi okres eksploatacji, małe prawdopodobieństwo wystąpienia awarii itp.

Wydajność urządzenia może być znaczna, agregaty tego typu są z powodzeniem stosowane w przemyśle metalurgicznym. Pod względem szybkości nagrzewania czynnika grzewczego urządzenia tego typu śmiało konkurują z tradycyjnymi kotłami elektrycznymi, temperatura wody w systemie szybko osiąga wymagany poziom.

Podczas pracy kotła indukcyjnego grzałka lekko wibruje. Ta wibracja strząsa ze ścian metalowej rury osad wapienny i inne możliwe zanieczyszczenia, dlatego takie urządzenie rzadko wymaga czyszczenia. Oczywiście system grzewczy należy chronić przed tymi zanieczyszczeniami za pomocą filtra mechanicznego.

Cewka indukcyjna nagrzewa metal (rurę lub kawałki drutu) umieszczone wewnątrz niej za pomocą wysokoczęstotliwościowych prądów wirowych, kontakt nie jest konieczny

Stały kontakt z wodą minimalizuje również prawdopodobieństwo przepalenia się grzałki, co jest dość częstym problemem w tradycyjnych kotłach z grzałkami rezystancyjnymi (TEN). Pomimo wibracji, kocioł pracuje wyjątkowo cicho, dodatkowa izolacja akustyczna w miejscu instalacji urządzenia nie będzie potrzebna.

Kotły indukcyjne są również dobre, ponieważ praktycznie nigdy nie przeciekają, o ile montaż systemu jest wykonany prawidłowo. Jest to bardzo cenna cecha dla ogrzewania elektrycznego, ponieważ eliminuje lub znacznie zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia niebezpiecznych sytuacji.

Brak przecieków wynika z bezkontaktowego sposobu przekazywania energii cieplnej grzałce. Czynnik grzewczy za pomocą opisanej powyżej technologii można rozgrzać prawie do stanu pary.

Zapewnia to wystarczającą konwekcję cieplną, aby stymulować efektywny przepływ czynnika grzewczego przez rury. W większości przypadków nie będzie konieczne wyposażanie systemu grzewczego w pompę obiegową, chociaż wszystko zależy od specyfiki i schematu konkretnego systemu grzewczego.

Czasami pompa obiegowa jest niezbędna. Montaż urządzenia jest stosunkowo prosty. Chociaż wymaga to pewnych umiejętności w zakresie montażu urządzeń elektrycznych i rur grzewczych. Ale to wygodne i niezawodne urządzenie ma również szereg wad, które należy wziąć pod uwagę.

Na przykład kocioł ogrzewa nie tylko czynnik grzewczy, ale także całe otaczające go miejsce pracy. Należy wydzielić dla takiego urządzenia osobne pomieszczenie i usunąć z niego wszystkie obce przedmioty. Dla człowieka długotrwałe przebywanie w bezpośrednim sąsiedztwie pracującego kotła może być również niebezpieczne.

Do pracy grzałek indukcyjnych potrzebny jest prąd elektryczny. Zarówno urządzenia własnej roboty, jak i fabryczne są podłączane do domowej sieci prądu przemiennego.

Do pracy urządzenia potrzebna jest energia elektryczna. W miejscach, gdzie nie ma swobodnego dostępu do tego dobra cywilizacji, kocioł indukcyjny będzie bezużyteczny. A nawet tam, gdzie występują częste przerwy w dostawie prądu, wykaże on niską wydajność. W przypadku nieostrożnego obchodzenia się z urządzeniem może nastąpić wybuch.

Jeżeli przegrzeje się czynnik grzewczy, zamieni się on w parę. W rezultacie ciśnienie w systemie gwałtownie wzrośnie, czego rury po prostu nie wytrzymają – pękną. Dlatego dla normalnej pracy systemu urządzenie należy wyposażyć przynajmniej w manometr, a jeszcze lepiej – w urządzenie awaryjnego wyłączania, termoregulator itp.

Wszystko to może znacznie podnieść koszt samodzielnie wykonanego kotła indukcyjnego. Choć urządzenie uznawane jest za praktycznie bezgłośne, nie zawsze tak jest. Niektóre modele z różnych powodów mogą jednak wydawać pewne dźwięki. W przypadku urządzenia wykonanego samodzielnie prawdopodobieństwo takiego zdarzenia wzrasta.

W konstrukcji zarówno fabrycznych, jak i samodzielnie wykonanych grzejników indukcyjnych praktycznie nie ma zużywających się elementów. Działają one długo i bez zarzutu.

Kroki wykonania domowej konstrukcji

Wykonanie takiego urządzenia samodzielnie nie jest takie trudne. Do tego potrzebne będzie:

1. Wykonać element grzejny.
2. Wykonać cewkę induktora z drutu miedzianego.
3. Wziąć gotowy generator prądu zmiennego.
4. Podłączyć grzejnik z cewką do systemu grzewczego.
5. Podłączyć cewkę do generatora.
6. Doprowadzić zasilanie elektryczne do systemu.
7. Przeprowadzić próbny rozruch, aby sprawdzić działanie agregatu.

W modelach przemysłowych jako grzejnik stosuje się metalową rurę z grubymi ściankami, ale zapewnienie wystarczającej mocy samodzielnie wykonanego urządzenia, aby rozgrzać taki element, jest bardzo trudne i nie ma większego sensu. Cewka indukcyjna jest w stanie rozgrzać każdy metal, dlatego grzejnik można zmodyfikować.

Przemysłowe modele kotłów indukcyjnych są wyposażone w element grzejny wykonany z grubej metalowej rury. W warunkach domowych skopiowanie takiego agregatu jest trudne.

Jako obudowę grzejnika indukcyjnego z inwertora spawalniczego stosuje się odcinek plastikowej rury. Powinien on mieć nieco większą średnicę niż rury grzewcze. Długość rury dla grzejnika może wynosić około jednego metra, średnicę wewnętrzną można zmieniać w zakresie 50-80 mm.

Aby podłączyć grzejnik do systemu, należy zamontować przejściówki w dolnej i górnej części obudowy. Dolną część rury należy zamknąć kratką, następnie do wnętrza obudowy wkłada się wypełniacz składający się z małych kawałków metalu. Wypełniacz można uzyskać na przykład z drutu, pręta, wąskiej metalowej rury itp.

Długość odcinków można dowolnie zmieniać. Najczęściej używa się do tego stalowego drutu o średnicy 6-8 mm, który po prostu tnie się na małe kawałki. Niektórzy fachowcy zalecają cięcie go na długie pręty, mniej więcej po 90 cm, czyli prawie na długość grzejnika.

Do obudowy elementu grzejnego indukcyjnego kotła, wykonanego własnoręcznie, potrzebna będzie szeroka rura plastikowa o średnicy około 50 mm

Im wyższa oporność magnetyczna stali, z której wykonany jest drut, tym lepiej będzie się nagrzewać. W zależności od rozmiarów tych kawałków dobiera się siatkę ochronną, którą montuje się na dole obudowy. Wypełniacz wsypuje się lub układa w rurze aż do samej góry. Następnie górną część również zamyka się siatką.

Schemat pozwala zorientować się, jak podłączyć spiralę indukcyjną do nagrzewnicy kotła i do spawarki

Tak więc domowej roboty nagrzewnica do kotła indukcyjnego wygląda jak gruba rura plastikowa wypełniona kawałkami metalu i zamknięta z obu stron siatką. Z góry i z dołu nagrzewnica posiada przejściówki do podłączenia do obiegu grzewczego. Rura polimerowa do nagrzewnicy powinna mieć odpowiednio grube ścianki.

Ponadto nie każdy plastik nadaje się do tego celu – materiał musi wytrzymać działanie dość silnego nagrzewania i nie wydzielać do atmosfery ani do czynnika grzewczego żadnych niebezpiecznych substancji. Teraz należy wykonać cewkę indukcyjną. W tym celu bierze się miedziany drut i nawija go bezpośrednio na obudowę nagrzewnicy.

W niektórych modelach domowej roboty nagrzewnic indukcyjnych zamiast plastikowej rury używa się wąskiej miedzianej rurki. To nie najlepszy wariant, ponieważ prawidłowe zwinięcie takiego elementu w spiralę będzie trudne

Im więcej zwojów drutu, tym lepiej. Uważa się, że cewka indukcyjna powinna mieć co najmniej 90 zwojów. Induktor nawija się na rurę bardzo ciasno – między zwojami nie powinno być żadnej szczeliny.

Do uzwojenia nadaje się miedziany drut izolowany o średnicy 1–1,5 mm. Grubszy kabel nie jest tu potrzebny, ponieważ utrudni pracę przy nawijaniu i będzie trudniej ułożyć zwoje blisko siebie.

Ten schemat pomoże prawidłowo podłączyć cewkę induktora do inwertorowej spawarki. Jeśli zrobi się to nieprawidłowo, cewka zamieni się w elektromagnes (+)

Obecność szczelin może prowadzić do powstawania hałasu spowodowanego wibracjami, które towarzyszą pracy takiego urządzenia. Z czasem taka sytuacja może doprowadzić do zniszczenia izolacji, co spowoduje zwarcie międzyzwojowe.

Z góry i z dołu, oprócz przejściówek, należy zainstalować zawory odcinające. Są one potrzebne, aby zapewnić możliwość w razie potrzeby odcięcia wody w obiegu grzewczym.

Podczas instalacji grzejnika należy pamiętać, że jego dolny koniec powinien być skierowany w stronę powrotu, rury przeznaczonej do zbierania schłodzonego czynnika grzewczego w dwururowej instalacji grzewczej. Najprostszym sposobem na pozyskanie generatora zmiennego pola jest wzięcie inwertora z urządzenia spawalniczego.

Styki cewki indukcyjnej łączy się z biegunami inwertora. Gdy tylko do agregatu zostanie doprowadzone zasilanie i włączony do sieci, domowy kocioł indukcyjny zacznie działać.

Do wykonania takiego urządzenia nadaje się nawet niedroga spawarka, na przykład model produkcji chińskiej, który pozwala regulować natężenie prądu od poziomu 10 A. Obok przejściówki na zasilaniu należy zainstalować czujnik termoregulatora. Podłączenie inwertora spawalniczego wykonuje się przez ten termoregulator.

Na wyjściach należy zamontować diody prostownicze. W tym celu trzeba otworzyć obudowę spawarki i przylutować do wyjścia przewody, a następnie podłączyć je do diod. Jeśli podłączenie wykonamy bez diod, bezpośrednio, to na uzwojenie trafi prąd o wyprostowanym napięciu, a cewka będzie działać jak elektromagnes, a nie jak induktor.

Do stworzenia cewki indukcyjnej zaleca się użyć drutu miedzianego o przekroju 1,5 mm w solidnej izolacji, należy wykonać około 90 zwojów.

W niektórych nowoczesnych spawarkach znajduje się czujnik dotyku, który uruchamia pracę w momencie, gdy elektrod dotknie powierzchni roboczej. Należy to uwzględnić, aby czujnik albo zadziałał we właściwym momencie, albo nie wpływał na działanie domowego kotła.

Jeśli przy przeróbce spawarki niedoświadczony majster ma problemy, lepiej, aby zwrócił się po profesjonalną poradę.

Do wykonania kotła indukcyjnego własnoręcznie można wziąć dowolną spawarkę o odpowiednich parametrach. W razie potrzeby urządzenie można będzie ponownie użyć do prac spawalniczych.

Jeśli wszystko zostanie zrobione prawidłowo, spawarkę w przyszłości można używać zgodnie z przeznaczeniem. Będzie trzeba odlutować przewody od diod i przeprowadzić ponowny montaż. Pod wpływem wysokoczęstotliwościowego prądu przemiennego cewka indukcyjna wytworzy pole magnetyczne.

Metal znajdujący się wewnątrz polimerowej obudowy zacznie się nagrzewać i przekazywać ciepło wodzie, która krąży w obiegu grzewczym. Na rozgrzanie czynnika grzewczego urządzenie potrzebuje zaledwie kilka minut.

Miejsce dla nagrzewnicy indukcyjnej należy odpowiednio wybrać. Agregat powinien znajdować się 800 mm poniżej poziomu sufitu, a od ścian i mebli powinien być oddzielony co najmniej 300 mm.

Kilka słów o bezpieczeństwie

Samodzielnie wykonane kotły indukcyjne zwykle nie są wyposażone w systemy kontroli i zabezpieczenia, co czyni je niebezpiecznymi. Dlatego przed włączeniem urządzenia należy upewnić się, że wnęka korpusu jest wypełniona ciekłym nośnikiem ciepła.

Jeśli polimerowy korpus grzejnika będzie poddawany ciągłemu nagrzewaniu bez opływu nośnika ciepła, po prostu się stopi, czasami prowadzi to nie tylko do deformacji grzejnika, ale także do jego całkowitego uszkodzenia.

Urządzenia tego typu są często używane do rozgrzewania i topienia metali. Wysokie temperatury uzyskiwane z grzejnika indukcyjnego wymagają starannego podejścia do kwestii bezpieczeństwa.

Niebezpieczne może być również wypadnięcie rozgrzanego metalowego wypełniacza z roztopionego korpusu. W takim przypadku konieczne będzie prawie całkowite zdemontowanie urządzenia i wykonanie dla niego nowego elementu grzejnego.

Podłączenie do zasilania elektrycznego należy wykonać za pomocą osobnego kabla poprowadzonego od rozdzielnicy. Oczywiście należy dokładnie zaizolować wszystkie styki. Inwerter spawarki również należy uziemić – to ważny punkt dla zapewnienia bezpieczeństwa.

Przy tym potrzebny będzie kabel o przekroju co najmniej czterech milimetrów. Niektórzy specjaliści zalecają wybór kabla sześciomilimetrowego. Aby zapobiec przegrzaniu samodzielnie wykonanego grzejnika indukcyjnego z powodu braku wody w systemie, zaleca się zainstalowanie na wejściu do grzejnika zaworu nadmiarowego ciśnienia.

Indukcyjne urządzenie grzewcze zajmuje stosunkowo mało miejsca, ale należy je umieścić w określonej odległości od sufitu, ścian, mebli itp.

Samodzielnie wykonane urządzenie tego typu, nie wyposażone w specjalne środki ochrony, jest potencjalnie niebezpiecznym obiektem, który wymaga stałej kontroli. Dlatego warto wydać nieco więcej pieniędzy, ale zakupić niezbędne urządzenia.

Przy tym nie zaszkodzi ocenić koszty – być może zakup gotowego kotła indukcyjnego będzie niewiele droższy. Urządzenia przemysłowe są zwykle wyposażone we wszystkie niezbędne zabezpieczenia.

Cechy i technologia krok po kroku wykonania jeszcze jednej wersji samodzielnie wykonanego kotła indukcyjnego do systemu grzewczego przedstawiono tutaj.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Film #1. Przegląd zasad ogrzewania indukcyjnego:

Film #2. Interesująca wersja wykonania grzejnika indukcyjnego:

Do instalacji grzejnika indukcyjnego nie trzeba uzyskiwać pozwolenia organów nadzoru – przemysłowe modele takich urządzeń są całkowicie bezpieczne, nadają się zarówno do domu prywatnego, jak i do zwykłego mieszkania. Jednak właściciele samodzielnie wykonanych urządzeń nie powinni zapominać o zasadach bezpieczeństwa.

Prosimy o komentowanie materiału, który Państwu przedstawiliśmy. Proszę zadawać pytania dotyczące interesujących lub niejasnych kwestii. Być może mają Państwo własne doświadczenia w budowie lub montażu kotła indukcyjnego? Swoje unikalne zdjęcia mogą Państwo zamieścić w bloku komentarzy, znajdującym się poniżej.