Chauffe-eau à induction (chaudière) - appareil et principe de fonctionnement


L'appareil et le principe de fonctionnement du chauffage par induction

Le chauffage par induction simplifié se compose de trois composants:

  • alternateur (1);
  • inducteur (2);
  • noyau (3).

Une tige conductrice (métal, graphite) est placée dans une bobine constituée d'un certain nombre de spires d'un conducteur d'une section transversale donnée sans contact direct avec lui, après quoi une tension est appliquée aux contacts de la bobine à partir du alternateur. Un champ électromagnétique se forme autour des spires de la bobine, sous l'influence desquels des courants de Foucault se produisent dans la tige, chauffant le noyau. Ainsi, il n'y a pas de transfert de chaleur vers le noyau, la chaleur est générée par celui-ci indépendamment sous l'influence de courants flottant dans celui-ci, et peut être transférée à l'aide d'un fluide caloporteur. La température de la tige n'augmente pas simultanément dans toute la masse, mais des couches superficielles vers le centre, en fonction de la conductivité thermique du matériau de l'âme. Dans le même temps, l'augmentation de la fréquence du courant alternatif diminue la profondeur du chauffage inductif, mais augmente son intensité. Il convient de noter en particulier que la bobine autour du noyau reste pratiquement froide pendant le fonctionnement.

Ce processus ressemble à ceci:

Domaines d'utilisation

Dans l'industrie, les appareils de chauffage par induction sont utilisés pour les processus complexes suivants:

  • fusion de métaux ultrapur (produite dans des fours à induction à canal - sans contact);
  • cintrage de tuyaux en acier de grand diamètre;

  • durcissement de surface de produits en acier (accessoires de construction, pièces de mécanismes de transmission de machines-outils, etc.);
  • traitement thermique de petites pièces de configuration complexe;

Dans la vie de tous les jours, les appareils de chauffage par induction sont également largement utilisés. Domaines d'application:

  • systèmes de chauffage autonomes domestiques (pour chalets d'été, appartements, maisons privées);
  • plaques à induction et carreaux de cuisine;
  • fours à creuset de petit volume pour la fusion domestique des métaux;
  • artisanat de bijoux.

Étant donné que le sujet principal de l'article est un appareil de chauffage par induction, nous nous attarderons en détail sur une chaudière de chauffage, qui est basée sur l'idée du chauffage inductif d'un liquide de refroidissement.

Chauffage par induction - chaudière de chauffage

Depuis lors, alors que les propriétaires ont commencé à installer des systèmes de chauffage autonomes dans leurs maisons, la question de l'efficacité des chaudières de chauffage reste pour eux l'une des plus importantes. Selon cet indicateur, au moins parmi les appareils générant de la chaleur à partir de l'électricité, les chaudières à induction sont en tête. Dans le même temps, leur puissance, qui n'est pas comparable au paramètre identique d'un appareil tel qu'une plinthe chauffante, permet l'utilisation d'unités comme méthode principale de chauffage dans les grandes pièces.

Les chaudières à induction se composent de deux circuits - primaire (électromagnétique) et secondaire (tuyauterie d'échange thermique). Le premier circuit, constitué d'un convertisseur de tension et d'un générateur de chaleur avec un chauffage de type induction, crée un champ électromagnétique, des courants de Foucault et génère de la chaleur. Le deuxième circuit, qui comprend un échangeur de chaleur avec un système de tuyauterie, transfère cette chaleur par la circulation du liquide de refroidissement vers les radiateurs du système de chauffage. De l'eau pure ou avec des additifs est utilisée comme caloporteur.

En plus de ces deux circuits, le système de chauffage comprend l'automatisation, qui est responsable du fonctionnement des unités individuelles de l'unité.

Les chaudières de chauffage par induction modernes sont installées uniquement dans un circuit d'échange de chaleur de type fermé, qui a un vase d'expansion de type membrane et une pompe à circulation forcée dans sa conception. L'utilisation d'une pompe de circulation est une mesure forcée et est due au faible volume du liquide de refroidissement à haute intensité de chauffage de l'échangeur de chaleur. La possibilité d'une circulation naturelle dans un tel système est exclue - sans pompe, l'eau bouillira avant de commencer à circuler dans les tuyaux.

Important! La chaudière à induction doit toujours être mise à la terre. De plus, lors de l'installation du système de chauffage, le circuit de distribution du fluide caloporteur doit être installé à partir de tuyaux en plastique pour des raisons de sécurité, ou l'unité de chauffage doit être isolée du circuit en acier en insérant des raccords en polypropylène.

Les chaudières à induction sont classées de la même manière que les autres unités de chauffage électrique - en termes de puissance, de conception, de paramètres d'électricité consommée. Mais ces appareils ont aussi une classification en fonction de la solution constructive de la partie électrique.

Variétés de chaudières à induction

Il existe les types suivants de chaudières à induction, désignées à la fois par le principe de fonctionnement et par la marque du fabricant:

  • SAV est un type et en même temps une marque de chaudières de nouvelle génération d'une capacité de 2,5 à 100 kW, fabriquées en Russie depuis 2007;
  • VIN - l'abréviation n'est pas seulement une abréviation pour le nom du type de dispositifs à induction (radiateurs à induction vortex), mais également le nom breveté des chaudières produites par Izhevsk.

Appareils de chauffage par induction SAV

Le fonctionnement des unités SAV ne nécessite pas l'utilisation d'un onduleur; un courant de 50 Hz est fourni à l'inducteur. Le champ électromagnétique induit par l'enroulement primaire provoque la formation de flux vortex dans l'enroulement secondaire, dont le rôle dans les chaudières de ce type est joué par une section d'un circuit fermé de tuyaux avec un fluide caloporteur. Cette section du tuyau - l'enroulement secondaire est intensément chauffé sous l'influence des courants de Foucault et transfère la chaleur au liquide de refroidissement, qui est mis en circulation de force dans le système de chauffage à l'aide d'une pompe de circulation.

La disposition du système de chauffage est réalisée à l'aide de radiateurs ou de manière labyrinthe, rappelant le chauffage par socle, afin d'augmenter la surface totale de la surface extérieure (transfert de chaleur) des tuyaux - le circuit de chauffage, au moins, ne doit pas avoir une longueur minimale.


Les chaudières SAV sont produites sous tension de 220V et 380V. Ils utilisent de l'eau (sous forme pure ou avec des additifs antigel) comme liquide de refroidissement, ainsi que de l'antigel. Il faut environ 5 à 20 minutes pour que l'unité atteigne sa pleine capacité de fonctionnement (en fonction du volume du liquide de refroidissement), l'efficacité des réchauffeurs de ces appareils est d'au moins 98%. Pour un chauffage efficace des locaux jusqu'à 30 m2. un appareil à induction d'une capacité de 2,5 kW est suffisant, dont l'achat, avec des systèmes d'automatisation et de contrôle, coûtera environ 30 mille roubles.

Unités de chauffage VIN

Les chaudières de ce type sont plus avancées en termes de fonctionnement et de conception, ce qui, bien sûr, affecte leur coût. Pour le fonctionnement des appareils VIN, un onduleur est nécessaire - un appareil pour augmenter la fréquence du courant entrant. Le courant haute fréquence provoque la formation d'un champ électromagnétique de haute intensité qui, à son tour, provoque l'émergence de courants de Foucault plus puissants dans l'enroulement secondaire. De plus, l'échangeur de chaleur et le corps de la chaudière sont constitués d'alliages ferromagnétiques avec leur propre champ magnétique. Le résultat de tous ces processus est une forte intensité de chauffage de l'échangeur de chaleur et, bien entendu, du caloporteur.

Une unité VIN d'une capacité de 3 kW suffit pour chauffer une pièce d'une superficie de 35 à 40 mètres carrés.(en fonction des conditions climatiques et de la qualité de l'isolation thermique des structures extérieures du bâtiment).

En raison de leur productivité plus élevée, les unités VIN peuvent être utilisées non seulement dans les systèmes de chauffage pour le logement, mais aussi pour l'alimentation en eau chaude. Pour ce faire, des réservoirs de stockage supplémentaires équipés d'automatisation de protection sont découpés dans le circuit de refroidissement, dont la capacité est calculée en fonction du nombre de points de prise d'eau chaude. Ces récipients sont alimentés en eau chaude en la faisant circuler dans un système de chauffage à flux direct par un radiateur à induction.

Chauffe-eau de type VIN

Le cœur de l'unité est une bobine constituée d'un grand nombre de spires de fil isolé et placée verticalement dans un corps cylindrique en forme de vaisseau. Une tige métallique est insérée à l'intérieur de la bobine. Le boîtier est hermétiquement scellé en haut et en bas avec des couvercles soudés; les bornes de raccordement au réseau électrique sont sorties. Un liquide de refroidissement froid entre dans le récipient par le tuyau de dérivation inférieur, qui remplit tout l'espace à l'intérieur du corps. L'eau chauffée à la température requise entre dans le système de chauffage par le tuyau de dérivation supérieur.

Chaudières à induction SAV

Circuit de chauffage du fluide caloporteur

De par sa conception, lorsqu'il est connecté au réseau, le générateur de chaleur fonctionne en permanence à pleine capacité, car il est irrationnel d'alimenter le système de chauffage avec des dispositifs de régulation de tension supplémentaires. Il est beaucoup plus facile d'utiliser le chauffage cyclique et d'activer l'arrêt / l'arrêt automatique avec un capteur de température d'eau. Il est seulement nécessaire de régler la température requise sur l'écran de l'unité électronique à distance et il chauffera le liquide de refroidissement à cette température, éteignant l'élément d'induction d'eau chaude lorsqu'il est atteint. Une fois le temps écoulé et l'eau refroidie de quelques degrés, l'automatisme rallumera le chauffage, ce cycle se répétera constamment.

Étant donné que l'enroulement du générateur de chaleur permet une connexion monophasée avec une tension d'alimentation de 220 V, les unités de chauffage de type à induction ne sont pas produites avec une puissance élevée. La raison en est que le courant dans le circuit est trop élevé (plus de 50 ampères), cela nécessitera la pose de gros câbles, ce qui est très coûteux en soi. Pour augmenter la puissance, il suffit d'enfermer trois installations de chauffage à eau dans une cascade et d'appliquer une connexion triphasée avec une tension d'alimentation de 380 V.Connectez une phase distincte à chaque appareil de la cascade, la photo montre un exemple similaire de le fonctionnement du chauffage par induction.

Chaudières à induction SAV

Chauffage par chaudières à induction

Caractéristiques de conception des appareils de chauffage du type «Sibtekhnomash» En utilisant le même effet de l'induction électromagnétique, une autre société développe et fabrique des appareils de chauffe-eau de conception légèrement différente, ce qui mérite une attention particulière. Le fait est que le champ électrique créé par la bobine multitours a une forme spatiale et se propage à partir de celui-ci dans toutes les directions. Si dans les unités VIN, le liquide de refroidissement passe à l'intérieur de la bobine, le dispositif de la chaudière à induction Sibtekhnomash prévoit un échangeur de chaleur en spirale situé à l'extérieur de l'enroulement, comme indiqué sur la figure.

L'enroulement crée un champ électrique alternatif autour de lui-même, les courants de Foucault chauffent les spires du tube de l'échangeur de chaleur, dans lequel l'eau se déplace. Les bobines de bobine sont assemblées en cascade de 3 pièces et fixées à un cadre commun. Chacun d'eux est connecté à une phase distincte, la tension d'alimentation est de 380 V. La conception Sibtekhnomash présente plusieurs avantages:

  • les radiateurs à induction ont une conception pliable séparée;
  • dans la zone d'action du champ électrique, il y a une surface accrue de la surface chauffante et une plus grande quantité d'eau en raison du circuit en spirale, ce qui augmente la vitesse de chauffage;
  • des conduites d'échangeur de chaleur sont disponibles pour le rinçage et l'entretien.

Chaudières à induction SAV

Exemple de raccordement d'une chaudière à induction

Malgré les différences de conception du générateur de chaleur, le rendement de son fonctionnement est de 98%, comme dans les appareils de chauffage de type «VIN», cette valeur d'efficacité est déclarée par le fabricant lui-même. La durabilité des unités dans les deux cas est déterminée par l'opérabilité des bobines, ou plutôt, par la durée de vie de l'enroulement et de l'isolation électrique, cet indicateur est fixé par les fabricants dans un délai de 30 ans.

Évaluation des allégations marketing

Les chaudières à induction sont créditées de nombreux avantages, souvent sans arguments. Énumérons ces caractéristiques et évaluons dans quelle mesure les énoncés correspondent au fait:

Rentabilité

Déclaration

La consommation d'électricité des chaudières à induction est de 20 à 30% inférieure à celle des autres radiateurs électriques.

Fait

Tous les appareils électriques de chauffage qui n'effectuent pas de travaux mécaniques convertissent 100% de l'énergie du courant électrique en chaleur, leur efficacité est toujours inférieure à 100%, mais diffère en amplitude pour différents appareils dans différentes conditions. Pour générer 1 kW d'énergie thermique, il est nécessaire de dépenser plus de 1 kW d'électricité, mais combien en plus dépend des paramètres du milieu de dissipation. À l'intérieur de la chaudière, bien sûr, des pertes sont également présentes - par exemple, pour chauffer la bobine, car tout matériau conducteur a une résistance, mais toutes ces pertes restent à l'intérieur de la pièce.

Important! Les compteurs à l'ancienne (bakélite) enregistreront une consommation électrique inférieure (1,6 à 1,8 fois) à celle des compteurs électroniques modernes, car ils ne sont pas conçus pour prendre en compte la puissance réactive des chaudières à induction.

Peut-être que ce fait est dû à la déclaration sur l'efficacité des chaudières à induction.

Durabilité

Déclaration

Haute fiabilité et longue durée de vie de l'équipement - plus de 25 ans.

Fait

En effet, l'absence de pièces mobiles exclut l'usure mécanique des chaudières à induction. Mais le système de chauffage avec une unité VIN comprend une pompe de circulation, dont la ressource est beaucoup plus modeste. De plus, le système de contrôle et d'automatisation comprend des mécanismes qui se composent également de nombreux composants sujets à l'usure.

Le noyau d'un appareil de chauffage à induction fonctionne dans des conditions de chauffage et de refroidissement cycliques constants, des déformations de température, qui sont également un facteur négatif. Par conséquent, appeler la ressource des chaudières à induction presque illimitée est une exagération. Cependant, il est en effet plusieurs fois plus élevé que les éléments chauffants.

Cohérence des caractéristiques sur toute la durée de vie

Déclaration

L'absence de formation de tartre sur la surface intérieure des tuyaux garantit l'efficacité constante du réchauffeur et de l'échangeur de chaleur.

Fait

Le tartre est le dépôt de sels dans l'eau (fluide caloporteur). La quantité de ces impuretés dans un volume limité du liquide de refroidissement est également limitée et faible, par conséquent, l'effet du tartre sur l'efficacité du dispositif de chauffage est insignifiant. Et dans une chaudière à induction, l'enroulement secondaire est soumis à une vibration presque constante et aucune formation de tartre ne se produit. Donc la déclaration est correcte, seule sa signification est exagérée.

Silence

Déclaration

Le fonctionnement des chaudières à induction est silencieux, ce qui les distingue des autres radiateurs électriques.

Fait

L'affirmation est vraie, mais - toutes les chaudières à l'électricité ne font pas de bruit pendant le fonctionnement, car les ondes acoustiques n'entrent pas dans la plage de leurs oscillations. Seule la pompe de circulation peut faire du bruit, mais si vous le souhaitez, vous pouvez choisir un modèle de fonctionnement silencieux.

Compacité

Déclaration

Les chaudières à induction sont compactes, ce qui est pratique lors du choix d'un emplacement pour leur installation.

Fait

C'est en effet le cas si vous n'utilisez pas une cascade de chaudières à induction et n'installez pas de réservoirs intermédiaires en présence de plusieurs points de prise d'eau chaude dans le système d'alimentation en eau chaude, car un chauffage par induction est, en gros, une petite pièce de tuyau avec un enroulement.

Sécurité

Déclaration

La sécurité de l'appareil est absolue.

Fait

Il n'y a pas de radiateurs électriques absolument sûrs. Lors de l'utilisation de dispositifs à induction, la possibilité d'une fuite de liquide de refroidissement du système n'est pas exclue, et le générateur de champ électromagnétique continuera à fonctionner et le système de tuyaux vides chauffera. Pour éviter l'apparition d'une telle situation, un dispositif d'arrêt automatique est prévu dans la conception de la chaudière, mais il peut également échouer.

Par conséquent, les appareils de chauffage par induction, surpassant les concurrents dans certains critères de sécurité, ne sont pas totalement sûrs.

Avantages du chauffage géothermique

Avantages système géothermique.

De grosses économies

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Pas de flamme ni de fumée

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· Indépendance de la température extérieure.

Inconvénients des appareils de chauffage par induction

  • Le coût élevé des appareils.
  • Poids et compacité considérables.
  • La présence d'un facteur d'influence du champ électromagnétique sur le corps et les appareils.

Considérons le dernier point plus en détail.

Le champ électromagnétique affecte les organismes vivants de la même manière que les aliments dans un four à micro-ondes - les chauffe à une certaine profondeur, et cela peut avoir des conséquences. L'intensité de l'impact du champ, y compris sur une personne, est déterminée par un indicateur tel que la densité de flux d'énergie (PES), qui croît avec une augmentation de la fréquence du courant fourni à l'enroulement primaire. Lors de l'utilisation d'appareils de chauffage à induction, il est nécessaire de respecter la norme sanitaire de la valeur limite du PES, qui est établie dans SanPiN 2.2.4 / 2.1.8.055-96, dépend de la durée de l'exposition au champ et est, par exemple , pour une exposition de 8 heures - 25 μW / sq.cm, une heure - 200 μW / sq. cm.

De plus, le rayonnement de l'inducteur affecte négativement les équipements électroniques et radio à proximité, interférant avec le fonctionnement.

Important! Pour vous protéger des effets du champ électromagnétique, vous pouvez enfermer la chaudière avec un treillis métallique à mailles fines (1x1, 2x2 mm) (cage de Faraday) qui n'est pas en contact avec le corps de la chaudière et est mis à la terre.

Règles de fonctionnement

Le fonctionnement en toute sécurité des chaudières à induction, comme tout autre appareil technique, est assuré en respectant un certain nombre de règles concernant à la fois leur installation et leur utilisation après l'installation:

  • La mise à la terre de la chaudière est obligatoire.
  • La distance entre l'appareil et les murs sur les côtés doit être d'au moins 30 cm, du point inférieur de la chaudière au sol - 80 cm, du point supérieur au plafond - 80 cm.
  • Les chaudières à induction sont installées uniquement en circuit fermé avec un vase d'expansion à membrane.
  • Le système doit comprendre un bloc de dispositifs de sécurité (manomètre, soupape d'air, soupape de surpression, système d'arrêt de surchauffe).

Fabrication de bricolage

Chaudières combinées pour le chauffage au bois et à l'électricité

Fabriquer une chaudière à induction de vos propres mains n'est pas difficile, pour cela, vous devez disposer d'une quantité suffisante de matériaux et de compétences minimales pour travailler avec des équipements électriques. Les instructions pour la fabrication d'un tel dispositif comprennent un certain nombre de points séquentiels:

  1. Sélection du matériau qui sera chauffé. Pour cela, des morceaux de fil en acier ou en fil machine sont utilisés. De plus, le diamètre du produit laminé ne dépasse pas 7 millimètres et la longueur du segment est de 5 centimètres.
  2. Le corps de la chaudière sert à la fois de base de la bobine d'inductance et de section de la canalisation à travers laquelle passe le liquide de refroidissement. Pour la fabrication du boîtier, des tuyaux en plastique sont utilisés.
  3. L'installation de l'appareil dans le circuit de chauffage est réalisée à l'aide d'adaptateurs. Le caloporteur froid est fourni à travers eux et le milieu chauffé est déchargé.
  4. Le bas du tuyau en plastique est aménagé avec un treillis métallique.
  5. En outre, des morceaux de fil sont versés dans le tuyau en une quantité telle qu'elle remplira complètement la partie interne du corps.
  6. Après cela, la partie supérieure de l'appareil est bouchée.
  7. L'étape suivante consiste à enrouler environ 90 tours de fil de cuivre émaillé sur le corps. Cette bobine est la partie principale de l'appareil de chauffage.
  8. Après avoir récupéré la batterie, il est possible de connecter l'équipement au circuit de chauffage. Pour ce faire, vous devez retirer une partie du tuyau et monter l'inducteur à l'aide d'adaptateurs.
  9. Après cela, vous devez connecter la bobine au secteur à l'aide d'un onduleur haute fréquence.

Ce schéma est considéré comme l'un des plus simples. Son utilisation permet d'assurer un chauffage de haute qualité de la pièce et l'installation ne prend pas beaucoup de temps.

Il existe également des schémas plus complexes pour la fabrication de tels systèmes à induction, mais leur mise en œuvre à domicile nécessite des compétences particulières et davantage d'équipements.

Revue de fabricants renommés

  • Edison - appareils de chauffage à induction d'une puissance de 4,7 à 500 kW, produits par Novosibirsk, pour les besoins domestiques et industriels;

  • Miratron - produits du fabricant russe d'équipements de chauffage par induction NPK Miratron à usage domestique, caractérisés par une conception avancée qui permet d'utiliser l'équipement sans endommager l'intérieur de la pièce;

  • Teco-House - chaudières de chauffage à induction avec un système de contrôle unique, produites par la société ukrainienne du même nom selon les normes de l'UE et de la Fédération de Russie.

Modèles populaires du magasin

Le chauffe-eau instantané à induction WXJR-B6 d'une puissance maximale de cinq kilowatts utilise la méthode de chauffage d'un liquide à partir du champ magnétique d'une bobine. L'appareil a une forme rectangulaire et a des dimensions de 270 x 200 x 68 mm, et il consomme de l'électricité de manière économique. La sortie produit un courant constant d'eau chauffée à 60 ° C. Il traite de 6 à 11 litres par minute, le temps de fonctionnement n'est pas limité, il est utilisé pour les grands bains et piscines d'un volume d'environ 1000 litres.

Le chauffe-eau à haute fréquence VIN 7 est produit pour chauffer de l'eau ou travailler dans le système de chauffage d'une maison d'un volume interne allant jusqu'à 350 mètres cubes. La puissance nominale à la limite est de 7 kW, l'équipement est alimenté par un réseau 220 V. L'appareil est de forme ronde avec une hauteur de 615 mm et un diamètre extérieur de 13 mm. Tuyaux d'entrée et de sortie d'un diamètre de 20 mm. Chauffe efficacement une grande quantité d'eau par minute, la capacité de sortie est de 5 mille 900 kcal par heure.

L'appareil à induction Edison 4.7 pour chauffer le liquide dans le système d'alimentation en eau et de chauffage produit 3 mille 950 kcal par heure et consomme 4,7 kW. La connexion à l'alimentation électrique domestique est possible. Il est utilisé pour les bâtiments d'un volume intérieur allant jusqu'à 240 mètres cubes. L'ensemble comprend un équipement de démarrage, des capteurs de température et de niveau, une armoire de commande. Les fabricants parlent de performances fiables sur une période de 30 ans.

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