Scaldacqua a induzione (caldaia) - dispositivo e principio di funzionamento

Il dispositivo e il principio di funzionamento del riscaldatore a induzione

Il riscaldatore a induzione semplificato è costituito da tre componenti:

• alternatore (1);
• induttore (2);
• nucleo (3).

Un'asta conduttiva (metallo, grafite) è collocata in una bobina costituita da un certo numero di spire di un conduttore di una data area della sezione trasversale senza contatto diretto con esso, dopo di che viene applicata una tensione ai contatti della bobina dal alternatore. Un campo elettromagnetico si forma attorno alle spire della bobina, sotto l'influenza del quale si formano correnti parassite di Foucault nell'asta, riscaldando il nucleo. Pertanto, non vi è alcun trasferimento di calore al nucleo, il calore viene generato da esso indipendentemente sotto l'influenza delle correnti che vi fluttuano e può essere trasferito utilizzando un refrigerante. La temperatura dell'asta non aumenta simultaneamente in tutta la massa, ma dagli strati superficiali al centro, a seconda della conduttività termica del materiale del nucleo. Allo stesso tempo, aumentando la frequenza della corrente alternata diminuisce la profondità del riscaldamento induttivo, ma ne aumenta l'intensità. Particolarmente degno di nota è il fatto che la bobina attorno al nucleo rimane praticamente fredda durante il funzionamento.

Questo processo è simile a questo:

Aree di utilizzo

Nell'industria, i riscaldatori a induzione vengono utilizzati per i seguenti processi complessi:

• fusione di metalli ultrapuri (prodotta in forni a induzione senza contatto a canale);
• piegatura di tubi in acciaio di grande diametro;

  

• indurimento superficiale di prodotti in acciaio (accessori per l'edilizia, parti di meccanismi di trasmissione di macchine utensili, ecc.);
• trattamento termico di piccole parti di configurazione complessa;

  

Nella vita di tutti i giorni, anche i dispositivi di riscaldamento a induzione sono ampiamente utilizzati. Ambiti di applicazione:

• impianti di riscaldamento autonomo domestico (per cottage estivi, appartamenti, case private);
• piani cottura a induzione e piastrelle da cucina;
• forni a crogiolo di piccolo volume per la fusione domestica dei metalli;
• artigianato di gioielli.

Poiché l'argomento principale dell'articolo è un riscaldatore a induzione, ci soffermeremo in dettaglio su una caldaia per il riscaldamento, che si basa sull'idea del riscaldamento induttivo di un liquido di raffreddamento.

Riscaldatore a induzione - caldaia per riscaldamento

Da allora, quando i proprietari di case hanno iniziato a installare sistemi di riscaldamento autonomi nelle loro case, il problema dell'efficienza delle caldaie per il riscaldamento rimane per loro uno dei più importanti. Secondo questo indicatore, almeno tra i dispositivi che generano calore dall'elettricità, le caldaie per il riscaldamento a induzione sono in testa. Allo stesso tempo, la loro potenza, che non è paragonabile allo stesso parametro di un dispositivo del genere come un riscaldatore per battiscopa, consente l'uso di unità come metodo principale di riscaldamento in stanze di grandi dimensioni.

Le caldaie per riscaldamento a induzione sono costituite da due circuiti: primario (elettromagnetico) e secondario (tubazione di scambio termico). Il primo circuito, costituito da un convertitore di tensione e un generatore di calore con un riscaldatore di tipo a induzione, crea un campo elettromagnetico, correnti parassite e genera calore. Il secondo circuito, che comprende uno scambiatore di calore con un sistema di tubazioni, trasferisce questo calore attraverso la circolazione del liquido di raffreddamento ai radiatori dell'impianto di riscaldamento. Come vettore di calore viene utilizzata acqua pura o additivata.

Oltre a questi due circuiti, il sistema di riscaldamento include l'automazione, che è responsabile del funzionamento delle singole unità dell'unità.

Le moderne caldaie per riscaldamento a induzione sono installate solo in un circuito di scambio termico di tipo chiuso, che ha un vaso di espansione a membrana e una pompa di circolazione forzata nel suo design. L'uso di una pompa di circolazione è una misura forzata ed è dovuto al piccolo volume del liquido di raffreddamento ad alta intensità di riscaldamento dello scambiatore di calore. La possibilità di circolazione naturale in un tale sistema è esclusa: senza una pompa, l'acqua bollirà prima di iniziare a muoversi attraverso i tubi.

Importante! La caldaia a induzione deve essere sempre collegata a terra. Inoltre, durante l'installazione dell'impianto di riscaldamento, il circuito di distribuzione del mezzo riscaldante deve essere installato da tubi in plastica per motivi di sicurezza, oppure il gruppo termico deve essere isolato dal circuito in acciaio inserendo raccordi in polipropilene.

Le caldaie per riscaldamento a induzione sono classificate allo stesso modo delle altre unità di riscaldamento elettrico, in termini di potenza, design, parametri di elettricità consumata. Ma questi dispositivi hanno anche una classificazione in base alla soluzione costruttiva della parte elettrica.

Varietà di caldaie a induzione

Esistono i seguenti tipi di caldaie per riscaldamento a induzione, designate sia dal principio di funzionamento che dal marchio del produttore:

• SAV è un tipo e allo stesso tempo un marchio di caldaie di nuova generazione con una capacità da 2,5 a 100 kW, prodotte in Russia dal 2007;
• VIN - l'abbreviazione non è solo l'abbreviazione del nome del tipo di dispositivi a induzione (riscaldatori a induzione a vortice), ma anche il nome brevettato delle caldaie prodotte da Izhevsk.

Riscaldatori a induzione SAV

Il funzionamento delle unità SAV non richiede l'uso di un inverter; una corrente di 50 Hz viene fornita all'induttore. Il campo elettromagnetico indotto dall'avvolgimento primario provoca la formazione di flussi vorticosi nell'avvolgimento secondario, il cui ruolo nelle caldaie di questo tipo è svolto da una sezione di un circuito chiuso di tubi con un refrigerante. Questa sezione del tubo: l'avvolgimento secondario viene riscaldato intensamente sotto l'influenza delle correnti di Foucault e trasferisce il calore al liquido di raffreddamento, che viene fatto circolare forzatamente nell'impianto di riscaldamento mediante una pompa di circolazione.

La disposizione dell'impianto di riscaldamento viene eseguita utilizzando radiatori o in modo labirinto, che ricorda il riscaldamento dello zoccolo, al fine di aumentare l'area totale della superficie esterna (trasferimento di calore) dei tubi - almeno il circuito di riscaldamento, non dovrebbe essere di lunghezza minima.

Le caldaie SAV sono prodotte sotto tensione di 220V e 380V. Usano l'acqua (in forma pura o con additivi antigelo) come refrigerante, oltre che come antigelo. Occorrono circa 5-20 minuti affinché l'unità raggiunga la piena capacità operativa (a seconda del volume del liquido di raffreddamento), l'efficienza dei riscaldatori di tali dispositivi è almeno del 98%. Per il riscaldamento efficiente di locali fino a 30 mq. è sufficiente un dispositivo a induzione con una capacità di 2,5 kW, il cui acquisto, completo di sistemi di automazione e controllo, costerà circa 30 mila rubli.

VIN unità di riscaldamento

Le caldaie di questo tipo sono più avanzate in termini di funzionamento e design, il che, ovviamente, influisce sul loro costo. Per il funzionamento dei dispositivi VIN, è necessario un inverter, un dispositivo per aumentare la frequenza della corrente in ingresso. La corrente ad alta frequenza provoca la formazione di un campo elettromagnetico ad alta intensità, che a sua volta provoca l'emergere di correnti parassite più potenti nell'avvolgimento secondario. Inoltre, lo scambiatore di calore e il corpo caldaia sono realizzati in leghe ferromagnetiche con proprio campo magnetico. Il risultato di tutti questi processi è un'elevata intensità di riscaldamento dello scambiatore di calore e, ovviamente, del vettore di calore.

Un'unità VIN con una capacità di 3 kW è sufficiente per riscaldare una stanza con una superficie di 35-40 metri quadrati.(a seconda delle condizioni climatiche e della qualità dell'isolamento termico delle strutture edilizie esterne).

Grazie alla loro maggiore produttività, le unità VIN possono essere utilizzate non solo nei sistemi di riscaldamento per l'edilizia abitativa, ma anche per la fornitura di acqua calda. Per fare ciò, nel circuito del refrigerante vengono tagliati serbatoi di stoccaggio aggiuntivi dotati di automazione di protezione, la cui capacità viene calcolata in base al numero di punti di aspirazione dell'acqua calda. Questi contenitori sono provvisti di acqua calda facendola circolare in un sistema con riscaldamento a flusso diretto tramite un riscaldatore a induzione.

Scaldacqua tipo VIN

Il cuore dell'unità è una bobina costituita da un gran numero di spire di filo isolato e posizionata verticalmente in un corpo cilindrico a forma di vaso. All'interno della bobina è inserita un'asta metallica. L'involucro è ermeticamente sigillato in alto e in basso con coperchi saldati; sono messi in evidenza i morsetti per il collegamento alla rete elettrica. Un refrigerante freddo entra nella nave attraverso il tubo di diramazione inferiore, che riempie l'intero spazio all'interno del corpo. L'acqua riscaldata alla temperatura richiesta entra nell'impianto di riscaldamento attraverso il tubo di derivazione superiore.

Circuito di riscaldamento del mezzo di riscaldamento

In virtù del suo design, quando collegato alla rete, il generatore di calore funziona costantemente a piena capacità, poiché è irrazionale fornire all'impianto di riscaldamento ulteriori dispositivi di regolazione della tensione. È molto più semplice utilizzare il riscaldamento ciclico e abilitare lo spegnimento / spegnimento automatico con un sensore di temperatura dell'acqua. È solo necessario impostare la temperatura richiesta sul display dell'unità elettronica remota che riscalda il liquido di raffreddamento a questa temperatura, spegnendo l'elemento di induzione dell'acqua calda quando questa viene raggiunta. Trascorso il tempo e l'acqua si sarà raffreddata di alcuni gradi, le automatiche riaccenderanno il riscaldamento, questo ciclo verrà ripetuto costantemente.

Poiché l'avvolgimento del generatore di calore prevede un collegamento monofase con una tensione di alimentazione di 220 V, le unità di riscaldamento a induzione non vengono prodotte con potenza elevata. Il motivo è che la corrente nel circuito è troppo alta (oltre 50 ampere), richiederà la posa di cavi di grandi dimensioni, il che è di per sé molto costoso. Per aumentare la potenza, è sufficiente racchiudere tre impianti di riscaldamento dell'acqua in una cascata e applicare una connessione trifase con una tensione di alimentazione di 380 V. Collegare una fase separata a ciascun dispositivo nella cascata, la foto mostra un esempio simile di il funzionamento del riscaldamento a induzione.

Riscaldamento con caldaie ad induzione

Caratteristiche di progettazione dei riscaldatori del tipo "Sibtekhnomash" Utilizzando lo stesso effetto dell'induzione elettromagnetica, un'altra azienda sviluppa e produce dispositivi di riscaldamento dell'acqua di un design leggermente diverso, che merita attenzione. Il fatto è che il campo elettrico creato dalla bobina multigiro ha una forma spaziale e si diffonde da essa in tutte le direzioni. Se nelle unità VIN il refrigerante passa all'interno della bobina, il dispositivo della caldaia a induzione Sibtekhnomash prevede uno scambiatore di calore a spirale situato all'esterno dell'avvolgimento, come mostrato in figura.

L'avvolgimento crea attorno a sé un campo elettrico alternato, correnti parassite riscaldano le spire del tubo dello scambiatore di calore, in cui si muove l'acqua. Le bobine sono assemblate in una cascata di 3 pezzi e fissate a un telaio comune. Ognuno di essi è collegato a una fase separata, la tensione di alimentazione è di 380 V. Il design Sibtekhnomash presenta diversi vantaggi:

• i riscaldatori a induzione hanno un design pieghevole separato;
• nell'area di azione del campo elettrico c'è una maggiore area della superficie di riscaldamento e una maggiore quantità di acqua dovuta al circuito a spirale, che aumenta la velocità di riscaldamento;
• Sono disponibili linee di scambiatori di calore per lavaggio e manutenzione.

Esempio di collegamento di una caldaia a induzione

Nonostante le differenze nel design del generatore di calore, l'efficienza del suo funzionamento è del 98%, come nei riscaldatori di tipo "VIN", questo valore di efficienza è dichiarato dal produttore stesso. La durata delle unità in entrambi i casi è determinata dall'operatività delle bobine, o meglio, dalla durata di servizio dell'avvolgimento e dell'isolamento elettrico, questo indicatore è impostato dai produttori entro 30 anni.

Valutazione delle affermazioni di marketing

Alle caldaie per riscaldamento a induzione vengono attribuiti molti vantaggi, spesso senza argomenti. Elenchiamo queste caratteristiche e diamo una valutazione del grado in cui le affermazioni corrispondono al fatto:

Redditività

Dichiarazione

Il consumo di elettricità delle caldaie a induzione è inferiore del 20-30% rispetto ad altri riscaldatori elettrici.

Fatto

Tutti gli apparecchi elettrici di riscaldamento che non svolgono lavori meccanici convertono il 100% dell'energia della corrente elettrica in calore, la loro efficienza è sempre inferiore al 100%, ma differisce in grandezza per i diversi dispositivi in ​​condizioni diverse. Per generare 1 kW di energia termica è necessario spendere più di 1 kW di elettricità, ma quanto di più dipende dai parametri del mezzo di dissipazione. All'interno della caldaia, ovviamente, sono presenti anche perdite, ad esempio per il riscaldamento della bobina, poiché qualsiasi materiale conduttore ha resistenza, ma tutte queste perdite rimangono all'interno della stanza

Importante! I contatori vecchio stile (bachelite) registreranno un consumo di elettricità inferiore (1,6 - 1,8 volte) rispetto a quelli elettronici moderni, poiché non sono progettati per tenere conto della potenza reattiva delle caldaie a induzione.

Forse questo fatto è dovuto alla dichiarazione sull'efficienza delle caldaie a induzione.

Durevolezza

Dichiarazione

Alta affidabilità e lunga durata dell'attrezzatura - più di 25 anni.

Fatto

L'assenza di parti in movimento esclude infatti l'usura meccanica delle caldaie a induzione. Ma il sistema di riscaldamento con un'unità VIN include una pompa di circolazione, la cui risorsa è molto più modesta. Inoltre, il sistema di controllo e automazione comprende meccanismi costituiti anche da molti componenti soggetti ad usura.

Il nucleo di un riscaldatore a induzione funziona in condizioni di riscaldamento e raffreddamento ciclici costanti, deformazioni della temperatura, che sono anche un fattore negativo. Pertanto, chiamare la risorsa delle caldaie a induzione quasi illimitata è un'esagerazione. Tuttavia, è effettivamente molte volte superiore agli elementi riscaldanti.

Coerenza delle caratteristiche per tutta la vita utile

Dichiarazione

L'assenza di formazione di calcare sulla superficie interna dei tubi garantisce la costante efficienza del riscaldatore e dello scambiatore di calore.

Fatto

La scala è la deposizione di sali in acqua (fluido termovettore). Anche la quantità di queste impurità in un volume limitato del refrigerante è limitata e piccola, pertanto l'effetto del calcare sull'efficienza del riscaldatore è insignificante. E in una caldaia a induzione, l'avvolgimento secondario è sottoposto a una vibrazione quasi costante e non si verifica alcuna formazione di calcare. Quindi l'affermazione è corretta, solo il suo significato è esagerato.

Silenziosità

Dichiarazione

Il funzionamento delle caldaie per riscaldamento a induzione è silenzioso, il che le distingue dagli altri riscaldatori elettrici.

Fatto

L'affermazione è vera, ma - tutte le caldaie elettriche non fanno rumore durante il funzionamento, poiché le onde acustiche non entrano nella gamma delle loro oscillazioni. Solo la pompa di circolazione può fare rumore, ma se lo desideri, puoi scegliere un modello di funzionamento silenzioso.

Compattezza

Dichiarazione

Le caldaie a induzione sono compatte, il che è conveniente quando si sceglie un luogo per la loro installazione.

Fatto

Questo è infatti il ​​caso se non si utilizza una cascata di caldaie a induzione e non si installano serbatoi intermedi in presenza di più punti di presa di acqua calda nel sistema di fornitura di acqua calda, poiché un riscaldatore a induzione è, in generale, un piccolo pezzo di tubo con un avvolgimento.

Sicurezza

Dichiarazione

La sicurezza del dispositivo è assoluta.

Fatto

Non ci sono riscaldatori elettrici assolutamente sicuri. Quando si utilizzano dispositivi a induzione, la possibilità di una perdita di refrigerante dal sistema non viene esclusa e il generatore di campo elettromagnetico continuerà a funzionare e il sistema di tubi vuoti si surriscalda. Per prevenire il verificarsi di una tale situazione, nella progettazione della caldaia è previsto un dispositivo di spegnimento automatico, ma può anche guastarsi.

Pertanto, i riscaldatori a induzione, che superano i concorrenti in alcuni criteri di sicurezza, non sono completamente sicuri.

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Svantaggi dei riscaldatori a induzione

• L'alto costo dei dispositivi.
• Notevole peso e compattezza.
• La presenza di un fattore di influenza del campo elettromagnetico sul corpo e sui dispositivi.

Consideriamo l'ultimo punto in modo più dettagliato.

Il campo elettromagnetico colpisce gli organismi viventi più o meno allo stesso modo del cibo in un forno a microonde: li riscalda fino a una certa profondità e questo può avere conseguenze. L'intensità dell'impatto del campo, anche su una persona, è determinata da un indicatore come la densità del flusso di energia (PES), che cresce con l'aumento della frequenza della corrente fornita all'avvolgimento primario. Quando si utilizzano riscaldatori a induzione, è necessario rispettare la norma sanitaria del valore limite del PES, che è stabilito in SanPiN 2.2.4 / 2.1.8.055-96, dipende dalla durata dell'esposizione del campo ed è, ad esempio , per un'esposizione di 8 ore - 25 μW / cmq, un'ora - 200 μW / cmq.

Inoltre, la radiazione dall'induttore influisce negativamente sull'elettronica e sulle apparecchiature radio vicine, interferendo con il funzionamento.

Importante! Per proteggersi dagli effetti del campo elettromagnetico, è possibile racchiudere la caldaia con una rete metallica a maglia fine (1x1, 2x2 mm) (gabbia di Faraday) che non sia a contatto con il corpo caldaia e sia messa a terra.

Regole di funzionamento

Il funzionamento sicuro delle caldaie per riscaldamento a induzione, come qualsiasi altro dispositivo tecnico, è garantito dall'osservanza di una serie di regole riguardanti sia la loro installazione che l'uso dopo l'installazione:

• La messa a terra della caldaia è obbligatoria.
• La distanza dal dispositivo alle pareti sui lati deve essere di almeno 30 cm, dal punto inferiore della caldaia al pavimento - 80 cm, dal punto superiore al soffitto - 80 cm.
• Le caldaie a induzione vengono installate solo a circuito chiuso con vaso di espansione a membrana.
• Il sistema dovrebbe includere un blocco di dispositivi di sicurezza (manometro, valvola dell'aria, valvola di sfiato della sovrapressione, sistema di arresto per sovratemperatura).

Produzione fai da te

Caldaie combinate per riscaldamento con legna ed elettricità

Realizzare una caldaia per riscaldamento a induzione con le proprie mani non è difficile, per questo è necessario disporre di una quantità sufficiente di materiali e competenze minime nel lavorare con apparecchiature elettriche. Le istruzioni per la fabbricazione di un tale dispositivo includono una serie di punti sequenziali:

1. Selezione del materiale che verrà riscaldato. Per questo, vengono utilizzati pezzi di filo in acciaio o vergella. Inoltre, il diametro del prodotto laminato non supera i 7 millimetri e la lunghezza del segmento è di 5 centimetri.
2. Il corpo caldaia funge sia da base della bobina di induttanza che da sezione della tubazione attraverso la quale passa il liquido di raffreddamento. Per la fabbricazione della custodia vengono utilizzati tubi di plastica.
3. L'installazione del dispositivo nel circuito di riscaldamento viene eseguita utilizzando adattatori. Il vettore di calore freddo viene fornito attraverso di loro e il mezzo riscaldato viene scaricato.
4. Il fondo del tubo di plastica è disposto con una rete metallica.
5. Inoltre, pezzi di filo vengono versati nel tubo in una quantità tale da riempire completamente la parte interna del corpo.
6. Successivamente, la parte superiore dell'apparato è intasata.
7. Il passaggio successivo consiste nell'avvolgere circa 90 spire di filo di rame smaltato sul corpo. Questa bobina è la parte principale del dispositivo di riscaldamento.
8. Dopo aver raccolto la batteria, è possibile collegare l'apparecchiatura al circuito di riscaldamento. Per fare ciò, è necessario rimuovere una parte del tubo e montare l'induttore utilizzando gli adattatori.
9. Successivamente, è necessario collegare la bobina alla rete utilizzando un inverter ad alta frequenza.

Questo schema è considerato uno dei più semplici. Il suo utilizzo aiuta a garantire un riscaldamento di alta qualità della stanza e l'installazione non richiede molto tempo.

Esistono anche schemi più complessi per la produzione di tali sistemi di induzione, ma la loro implementazione a casa richiede abilità speciali e più attrezzature.

Revisione di rinomati produttori

• Edison - riscaldatori a induzione con una capacità da 4,7 a 500 kW, prodotti da Novosibirsk, per esigenze domestiche e industriali;

  

• Miratron - prodotti del produttore russo di apparecchiature per il riscaldamento a induzione NPK Miratron per uso domestico, caratterizzati da un design avanzato che consente di utilizzare l'attrezzatura senza danneggiare l'interno della stanza;

  

• Teco-House - caldaie per riscaldamento a induzione con un sistema di controllo unico, prodotto dall'omonima società ucraina secondo gli standard dell'UE e della Federazione Russa.

Modelli popolari del negozio

Lo scaldacqua istantaneo a induzione WXJR-B6 con una potenza massima fino a cinque kilowatt utilizza il metodo di riscaldamento di un liquido dal campo magnetico di una bobina. Il dispositivo ha una forma rettangolare e ha dimensioni di 270 x 200 x 68 mm e consuma elettricità in modo economico. L'uscita produce una corrente costante di acqua riscaldata a 60 ° C. Lavora da 6 a 11 litri al minuto, il tempo di funzionamento non è limitato, viene utilizzato per grandi bagni e piscine con un volume di circa 1 migliaio di litri.

Lo scaldacqua ad alta frequenza VIN 7 viene prodotto per il riscaldamento dell'acqua o per funzionare nell'impianto di riscaldamento di una casa con un volume interno fino a 350 metri cubi. La potenza al limite è di 7 kW, l'apparecchiatura è alimentata da una rete a 220 V. Il dispositivo è di forma tonda con altezza 615 mm e diametro esterno 13 mm. Tubi di ingresso e uscita con un diametro di 20 mm. Riscalda efficacemente una grande quantità di acqua al minuto, la capacità di produzione è di 5mila 900 kcal all'ora.

Il dispositivo a induzione Edison 4.7 per il riscaldamento del liquido nel sistema di approvvigionamento idrico e di riscaldamento produce 3mila 950 kcal all'ora e consuma 4,7 kW. È possibile il collegamento alla rete elettrica domestica. Viene utilizzato per edifici con una volumetria interna fino a 240 mc. Il set comprende apparecchiature di avviamento, sensori di temperatura e livello, un quadro elettrico. I produttori parlano di prestazioni affidabili per un periodo di 30 anni.