Jak zrobić indukcyjny kocioł grzewczy własnoręcznie: wykonanie domowego generatora ciepła

Ludzie są rozpuszczeni przez cywilizację i nie wyobrażają sobie istnienia bez jej dobrodziejstw. Należy do nich bez wątpienia ogrzewanie budynków. Systemy grzewcze są stale udoskonalane i stają się coraz bardziej efektywne i wygodne w użyciu.

Ale to za mało. Przyznajcie Państwo, że byłoby naprawdę dobrze, gdyby sprzęt grzewczy był również ekonomiczny. To życzenie jest w pełni wykonalne – można wykonać indukcyjny kocioł grzewczy własnoręcznie. Jest on w stanie nie tylko zapewnić wymagany poziom ogrzewania pomieszczenia, ale również bardzo oszczędnie zużywać przy tym zasoby energii.

Co więcej, takie urządzenie złoży nawet początkujący majsterkowicz. A jak to zrobić poprawnie i jakie materiały będą potrzebne do wykonania – te kwestie szczegółowo omówimy w naszym artykule. Najpierw przyjrzymy się budowie i zasadzie działania urządzenia, a także zaletom jego użytkowania.

Budowa i zasada działania urządzenia

Zanim przystąpimy do samodzielnego montażu indukcyjnego kotła, należy zrozumieć jego budowę i zasadę działania. I dopiero po opanowaniu tych zagadnień można rozpocząć wykonanie domowego urządzenia.

Jak działa indukcyjny kocioł?

Aby zrozumieć, jak działa urządzenie indukcyjne, należy zapoznać się z zasadą jego działania. W tym celu przypomnijmy sobie szkolny kurs fizyki.

Gdy przez materiał przewodzący prąd przepływa prąd elektryczny, wydziela on ciepło. Ilość otrzymanego ciepła będzie wprost proporcjonalna do napięcia i natężenia prądu. Tę prawidłowość odkryli Joule i Lenz, na cześć których nazwano to prawo fizyczne.

Jednak prąd elektryczny może pojawić się w przewodniku nie tylko przy bezpośrednim podłączeniu go do źródła zasilania. Istnieje jeszcze jeden sposób, odkryty w przedostatnim wieku przez M. Faradaya. Jest to metoda bezstykowa, nie zakładająca oddziaływania źródła zasilania z przewodnikiem.

Jego istota polega na tym, że gdy zmieniają się parametry pola magnetycznego, które przecina przewodnik, pojawia się w nim SEM (siła elektromotoryczna).

Zjawisko to zostało nazwane indukcją elektromagnetyczną. To właśnie ono jest wykorzystywane w działaniu kotła indukcyjnego. Wynika z tego, że jeśli występuje SEM, to będzie też prąd elektryczny, a tym samym nastąpi nagrzewanie przewodnika.

W tym przypadku będzie ono wytwarzane metodą bezstykową, za pomocą prądów indukowanych, zwanych również prądami wirowymi (Foucaulta).

Indukcję elektromagnetyczną można uzyskać na dwa sposoby. W pierwszym przypadku dla uzyskania indukcji obraca się lub przesuwa przewodnik wewnątrz stałego pola magnetycznego. Sposób ten jest stosowany w generatorach elektrycznych.

Inny sposób uzyskania indukcji – przewodnik pozostaje nieruchomy, podczas gdy parametry pola magnetycznego, w którym się znajduje, a mianowicie kierunek linii sił oraz natężenie, ulegają ciągłym zmianom.

U podstaw działania każdego kotła indukcyjnego leży zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Uczynienie tego byłoby dość trudne, gdyby nie odkrycie Oersteda. Odkrył on, że jeśli nawinie się drut na cewkę, to po podłączeniu źródła zasilania zamienia się ona w elektromagnes. Wraz ze zmianą kierunku i natężenia prądu zmieniać się będzie również pole magnetyczne generowane przez to urządzenie.

Jeśli natomiast umieścić przewodnik wewnątrz pola, powstanie w nim prąd elektryczny, czemu towarzyszy nagrzewanie.

Właśnie według takiej zasady zbudowany jest kocioł indukcyjny. Jego konstrukcja jest bardzo prosta. Obejmuje ona obudowę, koniecznie zaizolowaną cieplnie i ekranowaną. Wewnątrz umieszczona jest rura. Najlepiej, aby była wykonana ze stopu, ale można również użyć stali.

Co prawda, w tym ostatnim przypadku parametry eksploatacyjne urządzenia nieco ucierpią. Rurę umieszcza się w tulei z materiału dielektrycznego.

Czynnik grzewczy w kotłach typu indukcyjnego nagrzewa się od umieszczonego wewnątrz stalowego rdzenia, którego nagrzewanie jest wytwarzane przez prądy wirowe powstające w polu elektromagnetycznym.

Na powierzchni tulei, na zasadzie cewki, nawijana jest szyna miedziana. Podłącza się ją do źródła zasilania. Do wpięcia w system grzewczy używane są dwa króćce, którymi będzie przemieszczał się czynnik grzewczy.

Po podaniu zasilania prąd przepływa przez cewkę i aktywuje zmienne pole magnetyczne, które z kolei indukuje prądy wirowe wewnątrz rury. Rozgrzewają one ścianki elementu, a częściowo również nośnik ciepła, który się w niej znajduje.

Istnieją warianty kotła indukcyjnego z kilkoma rurkami o małej średnicy, zamontowanymi równolegle. Stosuje się je zamiast jednej dużej rury. Daje to korzyść w szybkości nagrzewania urządzenia.

W takiej formie urządzenie może już działać, ale nagrzewanie będzie słabe. Aby je wzmocnić, należy przepuszczać przez cewkę wysokoczęstotliwościowy prąd elektryczny. Dlatego urządzenie jest koniecznie uzupełniane o inwerter i prostownik.

Prąd zmienny z sieci ma częstotliwość 50 Hz, co jest niewystarczające do efektywnej pracy kotła indukcyjnego. Dlatego jest podawany do prostownika, gdzie przekształcany jest w prąd stały.

Następnie kierowany jest do inwertera, który jest modułem elektronicznym z układem sterującym i dwoma tranzystorami kluczującymi. Urządzenie przekształca prąd stały w wysokoczęstotliwościowy.

Trzeba przyznać, że zastosowanie prostownika i inwertera zwiększa koszt kotła indukcyjnego. Dlatego istnieją modele działające bez nich. Podłącza się je do zwykłej sieci. Jednak takie urządzenie ma imponujące rozmiary, co pozwala zwiększyć jego efektywność. Urządzenia z inwerterem są bardziej kompaktowe.

Indukowane prądy wirowe bardzo szybko nagrzewają wymiennik ciepła i płyn znajdujący się w jego wnętrzu

Podstawowe elementy sprzętu grzewczego

Każdy kocioł typu indukcyjnego składa się z kilku elementów konstrukcyjnych:

• Induktor. Podstawowy element urządzenia. Stanowi swego rodzaju transformator z dwoma uzwojeniami. Uzwojenie pierwotne nawija się na rdzeń. Podczas przepływu prądu właśnie tutaj powstaje pole elektromagnetyczne, które generuje prądy wirowe. Obudowa kotła pełni rolę uzwojenia wtórnego. Przejmuje ono prądy wirowe, nagrzewa się i przekazuje energię cieplną nośnikowi ciepła.
• Element grzejny. Jest to rdzeń cewki. W kotle jest on wykonany w postaci rury o dość dużej średnicy lub kilku równolegle połączonych rur o mniejszym przekroju.
• Króćce. Służą do włączenia urządzenia do sieci cieplnej. Jednym do urządzenia wpływa nośnik ciepła, drugim ciecz wypływa z kotła i jest podawana do obiegu grzewczego.
• Inwerter. To urządzenie – inwerter – przekształca stały prąd elektryczny w wysokoczęstotliwościowy, który następnie jest podawany na induktor.

Przed przystąpieniem do samodzielnego montażu należy dokładnie przemyśleć, z czego i jak zostaną wykonane podstawowe elementy urządzenia. Niektóre z nich trzeba będzie wykonać samodzielnie, a niektóre można kupić.

Na przykład można użyć inwertera ze spawarki. Dobrze, jeśli będzie on z możliwością regulacji mocy.

Inwerter przekształca prąd stały na wysokiej częstotliwości. Do wytwarzania urządzeń własnej konstrukcji można użyć standardowego inwertera spawalniczego

Wymieniliśmy główne elementy kotła indukcyjnego.

Zalety samodzielnego montażu urządzenia grzewczego

Kotły zasilane elektrycznością tradycyjnie uważane są za nieekonomiczne. Biorąc pod uwagę, że koszt energii elektrycznej stale rośnie, kosztują one właścicieli niemało. Szczegółowe informacje na temat ogrzewania kotłem elektrycznym zalecamy znaleźć w tym artykule.

Niemniej jednak kotły indukcyjne, choć działają na prąd, są wystarczająco ekonomiczne.

Ale to jeszcze nie cała lista ich zalet.

Decydując się na instalację takiego urządzenia można uzyskać:

• Szybkie nagrzewanie czynnika grzewczego. Zajmuje to średnio 3-5 minut.
• Sprawność zbliżona do 100%, ponieważ praktycznie cała energia elektryczna przekształcana jest w cieplną.
• Wysoka temperatura nagrzewania cieczy w obiegu grzewczym, minimum – 35 °C.
• Brak kamienia kotłowego na wewnętrznych powierzchniach urządzenia, co tłumaczy się wibracjami pojawiającymi się podczas pracy. Zapobiegają one powstawaniu osadów.
• Długi okres eksploatacji, ponieważ brak jest ruchomych i trących mechanizmów i części. W związku z tym nie ma zużycia sprzętu ani uszkodzenia jego komponentów.
• Brak konieczności odprowadzania produktów spalania i częstego przeprowadzania czynności serwisowych.

Wad kotłów indukcyjnych nie ma zbyt wiele. Przede wszystkim jest to dość wysoki koszt urządzenia. Ponadto podczas pracy urządzenia wydają niewielki hałas wibracyjny.

Kolejną wadą jest dość duża masa, co należy koniecznie uwzględnić podczas montażu urządzenia na ścianie.

Aby uzyskać maksymalny efekt z użytkowania indukcyjnego kotła, zarówno własnej roboty, jak i seryjnego, należy podłączyć je grupowo i używać naprzemiennie lub wszystkie jednocześnie

Instrukcja montażu indukcyjnego kotła

Indukcyjne urządzenia grzewcze można nabyć w sklepie, ale ich cena jest dość wysoka. Dlatego wielu domowych majsterkowiczów próbuje wykonać je własnymi rękami. Do wykonania własnoręcznego indukcyjnego kotła należy przygotować materiały i narzędzia.

Na początek należy nabyć spawarkę inwertorową. Może być niedroga, ale pożądane jest, aby urządzenie było wyposażone w regulator natężenia prądu.

Ponadto należy zwrócić uwagę na natężenie prądu, z jakim pracuje urządzenie. Standardowa wartość dla spawarek inwertorowych wynosi 15 A. To będzie niewystarczające. Należy poszukać bardziej wydajnego urządzenia.

Ponadto należy przygotować pręt lub drut ze stali nierdzewnej o średnicy około 7 mm. Należy go pociąć na fragmenty o długości 40–50 mm. Zostaną one umieszczone w polu elektromagnetycznym, gdzie będą się nagrzewać.

Element grzejny własnoręcznie wykonanego urządzenia indukcyjnego jest wykonywany z miedzianego drutu, do nawijania którego można użyć dowolnego cylindrycznego przedmiotu o odpowiedniej średnicy.

Do wykonania obudowy kotła bierze się plastikową rurę o grubych ściankach. Średnica elementu może się różnić, ale jak pokazuje praktyka, optymalna opcja to 50 mm średnicy wewnętrznej.

Do połączenia urządzenia z systemem grzewczym używa się złączek. Przez jeden z nich do kotła będzie wpływał zimny czynnik grzewczy, a przez drugi gorący płyn będzie podawany do systemu.

Fragmenty drutu powinny być umieszczone w obudowie. Aby nie wypadły, dno elementu przykrywa się drobną siatką metalową lub nylonową, która jest trwale zamocowana na obudowie. Następnie można włożyć drut do środka obudowy.

Teraz górną część elementu przykrywa się taką samą siatką jak dno i mocuje się ją do ścianek elementu. Na oba końce nakłada się złączki. Otrzymujemy półfabrykat, z którego zostanie wykonana cewka indukcyjna.

Do tego należy nawinąć na nią emaliowany drut miedziany. Średnio należy nałożyć 90 zwojów. Powinny one znajdować się bliżej środka elementu. Należy je wykonać bardzo starannie i równo, tak aby powstała wysokiej jakości cewka indukcyjna.

Powstałe urządzenie można zainstalować w systemie grzewczym. Robi się to w następujący sposób. Najpierw z systemu spuszcza się czynnik grzewczy.

Następnie wybiera się miejsce, w którym zostanie zamontowany kocioł. Rura w tym miejscu jest oznaczana, po czym wycina się z niej fragment o długości równej urządzeniu grzewczemu.

Następnie na przygotowanym miejscu montuje się własnoręcznie wykonany kocioł indukcyjny. Cewka jest podłączona do inwertera, na tym montaż można uznać za zakończony. Następnie system ponownie wypełnia się czynnikiem grzewczym.

Na plastikową rurę z odcinkami metalowego drutu w środku starannie nawija się miedziany przewód

Dopiero po tym można testować nowe urządzenie. Musi ono koniecznie zawierać ciecz.

Jeśli kocioł indukcyjny zostanie włączony „na sucho”, plastikowa obudowa stopi się od wysokiej temperatury. Doprowadzi to do częściowego zniszczenia systemu grzewczego, co jest niedopuszczalne.

Kolejną ważną kwestią jest prawidłowe wykonanie uziemienia urządzenia grzewczego, bez czego jego bezpieczna eksploatacja jest niemożliwa.

Cechy charakterystyczne indukcyjnego kotła wirowego

Z zasadą działania indukcyjnego urządzenia grzewczego już się zapoznaliśmy. Istnieje jego odmiana: wirowy kocioł indukcyjny, czyli WIN, działający nieco inaczej.

Cechy wyróżniające WIN

Podobnie jak indukcyjny odpowiednik, działa on na napięciu wysokiej częstotliwości, dlatego koniecznie jest wyposażony w inwerter. Cechą charakterystyczną urządzenia WIN jest brak uzwojenia wtórnego.

Jego rolę pełnią wszystkie metalowe części urządzenia. Są one koniecznie wykonane z materiałów wykazujących właściwości ferromagnetyczne. Zatem gdy do uzwojenia pierwotnego urządzenia dopływa prąd, gwałtownie wzrasta natężenie pola elektromagnetycznego.

To z kolei generuje prąd, którego siła gwałtownie rośnie. Prądy wirowe powodują przemagnesowanie, w wyniku czego wszystkie powierzchnie ferromagnetyczne nagrzewają się bardzo szybko, niemal natychmiast.

Urządzenia wirowe są dość kompaktowe, ale ze względu na zastosowanie metalu mają dużą masę. Daje to dodatkową zaletę, ponieważ wszystkie masywne elementy obudowy biorą udział w wymianie ciepła. W ten sposób sprawność agregatu zbliża się do 100%.

Tę cechę urządzenia należy uwzględnić, jeśli podjęto decyzję o samodzielnym wykonaniu kotła WIN. Może być on wykonany wyłącznie z metalu, nie należy używać plastiku.

Główna różnica wirowego kotła indukcyjnego polega na tym, że jego obudowa pełni rolę uzwojenia wtórnego. Dlatego zawsze jest wykonana z metalu.

Jak złożyć wirowe urządzenie indukcyjne?

Jak już wiemy, taki kocioł różni się od swojego indukcyjnego odpowiednika, jednak samodzielne wykonanie go również nie jest trudne. Co prawda, teraz potrzebne będą umiejętności spawalnicze, ponieważ urządzenie musi być złożone wyłącznie z metalowych części.

Do pracy potrzebne będą:

• Dwa odcinki metalowej rury grubościennej o tej samej długości. Ich średnice powinny być różne, tak aby jeden element można było umieścić w drugim.
• Drut nawojowy (emaliowany) z miedzi.
• Inwerter trójfazowy, może być ze spawarki, ale maksymalnie mocny.
• Osłona do izolacji termicznej kotła.

Teraz można przystąpić do pracy. Zaczynamy od wykonania korpusu przyszłego kotła. Bierzemy rurę o większej średnicy i wkładamy do środka drugi element. Należy je wtopić jeden w drugi tak, aby między ściankami elementów pozostała pewna odległość.

Powstały element w przekroju będzie przypominał obwarzanek. Jako podstawę i pokrywę korpusu stosuje się blachę stalową o grubości co najmniej 5 mm.

W rezultacie otrzymujemy pusty zbiornik o kształcie cylindrycznym. Teraz należy wciąć w jego ścianki króćce do rur doprowadzających zimną i odprowadzających gorącą ciecz. Konfiguracja króćca i jego średnica zależą od rur systemu grzewczego, być może dodatkowo będą potrzebne przejściówki.

Następnie można przystąpić do nawijania drutu. Nawija się go starannie, z odpowiednim napięciem, na korpus kotła.

Schemat ideowy samodzielnie wykonanego kotła indukcyjnego typu wirowego

Właściwie elementem grzewczym będzie nawinięty drut, dlatego korpus urządzenia warto przykryć osłoną termoizolacyjną. Dzięki temu uda się zachować maksimum ciepła, a tym samym zwiększyć sprawność urządzenia i uczynić je bezpiecznym.

Teraz należy wciąć kocioł do systemu grzewczego. W tym celu spuszcza się czynnik grzewczy, odcina się odpowiedni odcinek rury i w jego miejsce wtopić urządzenie.

Pozostało tylko zasilić urządzenie grzewcze i nie zapomnieć podłączyć do niego inwertera. Urządzenie jest gotowe do eksploatacji. Jednak przed przeprowadzeniem testów należy napełnić obieg czynnikiem grzewczym.

Nie wiecie Państwo, jaki czynnik grzewczy wybrać do wypełnienia obiegu? Polecamy zapoznać się z charakterystykami różnych czynników grzewczych i zaleceniami dotyczącymi wyboru optymalnego typu płynu dla obiegu grzewczego.

Dopiero po wtłoczeniu czynnika grzewczego do systemu przeprowadzić rozruch próbny.

Najpierw należy uruchomić urządzenie na minimalnej mocy i dokładnie sprawdzić jakość spoin. Jeśli wszystko jest w porządku, zwiększamy moc do maksimum.

Na naszej stronie znajduje się kolejna instrukcja wykonania urządzenia indukcyjnego, które można wykorzystać do podgrzewania czynnika grzewczego w systemie grzewczym. Aby zapoznać się z procesem montażu grzejnika indukcyjnego, przejdź pod ten link.

Niezwykły model urządzenia indukcyjnego

Ta modyfikacja kotła indukcyjnego może wydawać się bardzo nietypowa, niemniej jednak ma pełne prawo istnieć.

Co więcej, praktyka pokazuje, że takie urządzenie jest znacznie bardziej ekonomiczne niż standardowy kocioł grzałkowy. Na ogrzewanie standardowego mieszkania trzypokojowego będzie zużywać około 1,8-2,5 kWh, podczas gdy kocioł elektryczny zużyje co najmniej 6 kWh.

Przy produkcji samodzielnie wykonanych kotłów indukcyjnych do nawijania na rdzeń używa się tylko specjalnego drutu miedzianego nawojowego.

Właściwie kocioł to wymiennik ciepła wbudowany w system grzewczy, który jest podgrzewany przez indukcyjną płytę elektryczną.

Ważnym elementem konstrukcji jest wymiennik ciepła – musi być kompaktowy, niezawodny i jeśli to możliwe, tani. Obliczenia pokazują, że do ogrzania mieszkania o powierzchni około 50 m² wystarczy urządzenie pracujące z 40 l czynnika grzewczego.

To znaczy, że potrzebny będzie płaski metalowy zbiornik o wymiarach w granicach 50x600x500 mm. Taki zbiornik można całkowicie wykonać samodzielnie, spawając go z rur profilowanych 50x50.

Prace wykonuje się w następującej kolejności:

• Rura 50x50 jest cięta na odcinki o długości 600 mm. W sumie powinno ich być 9-10 sztuk.
• Uzyskane odcinki są przyspawane jeden do drugiego według zasady „ścianka do ścianki”, tak aby powstał ciągły rząd rur.
• Od rury odcina się jeszcze dwa odcinki tak, aby ich długość była równa szerokości powstałego półfabrykatu.
• Z obu uzyskanych fragmentów rury odcina się jedną ściankę.
• Część jest ustawiana ściętą częścią na zespawane razem rury, tak aby powstał półfabrykat przypominający kolektor. Fragment jest przyspawany do wymiennika ciepła.
• Analogicznie montuje się drugi odcinek rury po przeciwnej stronie.
• W przeciwległe po przekątnej miejsca wymiennika ciepła wstawiane są króćce do połączenia z systemem grzewczym.
• Konstrukcja jest starannie spawana, ponieważ musi być całkowicie szczelna.

Wymiennik ciepła jest gotowy, można go zamontować na miejscu i doprowadzić pod niego źródło ciepła. Praktyka pokazuje, że najlepiej zainstalować taki system w łazience, wykonując montaż pionowy.

Zwykła płyta indukcyjna może stać się źródłem ciepła do ogrzewania mieszkania.

Wymiennik ciepła jest wstawiany do systemu grzewczego, a płyta grzewcza znajduje się między nim a ścianą.

Domowi majsterkowicze twierdzą, że jeśli do takiego urządzenia podłączy się inwerter, jego zużycie energii znacznie się zmniejszy.

Po przeczytaniu instrukcji, czy samodzielne wykonanie kotłów wydaje się Panu/Pani skomplikowanym i niebezpiecznym zajęciem? Czy wątpi Pan/Pani, że domowej roboty kocioł będzie oszczędniej zużywał energię elektryczną do podgrzewania czynnika grzewczego w systemie grzewczym? W takim razie zakup gotowego urządzenia grzewczego będzie najlepszym rozwiązaniem.

Na naszej stronie znajdują się przydatne materiały dotyczące wyboru najlepszego kotła elektrycznego oraz ranking najpopularniejszych modeli wśród kupujących. Ponadto zalecamy zapoznanie się z zasadami obliczania zużycia energii przez kocioł oraz innymi opcjami ogrzewania elektrycznego w domu:

• Kocioł elektryczny do ogrzewania domu jednorodzinnego: przegląd dziesięciu najlepszych modeli kotłów elektrycznych
• Ile energii elektrycznej zużywa kocioł elektryczny: zasady obliczeń
• Ogrzewanie elektryczne w domu prywatnym: przegląd typów systemów dla domu wiejskiego

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Jak samodzielnie zmontować kocioł indukcyjny:

Jak działa samodzielnie wykonany grzejnik indukcyjny:

Czym jest nagrzewanie indukcyjne:

Kocioł indukcyjny jest najbardziej ekonomicznym i wydajnym spośród wszystkich urządzeń grzewczych działających na prąd. Istnieje wiele modyfikacji domowych urządzeń indukcyjnych, można wybrać dowolne, najbardziej odpowiednie do warunków eksploatacji.

Aby kupić takie urządzenie w sklepie, trzeba będzie wydać znaczną kwotę, dlatego domowi rzemieślnicy nauczyli się je wytwarzać samodzielnie.

Czy używa Państwo samodzielnie wykonanego kotła indukcyjnego jako urządzenia grzewczego? Proszę podzielić się zdjęciem swojej konstrukcji i zaleceniami dotyczącymi montażu w sekcji komentarzy.

A może Państwo dopiero zamierzają zająć się wykonaniem kotła i mają nierozwiązane pytania po przeczytaniu naszego artykułu? Proszę się nie krępować ich zadać – postaramy się pomóc.