誘導ボイラーの長所と短所
電気暖房は、ガスボイラーによる従来の暖房の最も簡単な代替手段です。適切に設置されたシステムは、消費者を暖かく喜ばせ、誘導加熱装置を使用すると、問題がないことを期待できます。誘導ユニットの主な利点を見てみましょう。
- コンパクトさ-これらのボイラーは非常に小さく、外観は大口径のパイプと小径のパイプに似ています（加熱システムはパイプに接続されています）。一部の工業デザインはコンパクトとは言えませんが、
- 効率は100％に近く、ほとんどすべての電気が熱に変換されます。それにもかかわらず、世界には理想的なものがないため、まだ小さな損失があります。
- 長い耐用年数-メーカーはそれが少なくとも20-25年であると主張します。ここには従来の発熱体がないため、これは真実です。
- あらゆるタイプのクーラントを処理する能力。
- 誘導ボイラーではスケールは形成されません。これは、少量の石灰堆積物がまだ形成されている発熱体と比べて遜色がない方法です。
- 信頼性の向上-誘導コイルのターン間距離は適切であり、ターンは信頼性の高い絶縁によってコアから分離されています。したがって、ここで壊すものは何もありません。電子部品を含む電源システムのみが故障する可能性があります。
- 自己組織化の可能性-それについて複雑なことは何もありません。はい、ここには設定はありません。
特定の欠点もあります。
適切かつ効率的に取り付けられた誘導ボイラーは、見栄えが良いだけでなく、システム全体の長期的で信頼性の高い動作を保証します。
- 高コスト-家庭用暖房システムでは、誘導ボイラーが最も高価なユニットになります。しかし、コストはそれだけの価値があります。
- 高い電力消費-暖房の操作に高いコストを提供します。
- より複雑な設計-ここには、発熱体や電極アセンブリにはない電源回路があります。
主な欠点は、複雑なことは何もありませんが、機器の価格が高いことです。
さらに、7 kWを超える電力の誘導ボイラーを使用する場合は、三相電源が必要になります。これは、誘導だけでなく、他の電気加熱ユニットにも当てはまります。
ボイラーの装置と動作原理
導電性材料に電流を流すと、後者で熱が放出され、その電力は電流強度とその電圧に正比例します（ジュール-レンツの法則）。導体に電流を流すには2つの方法があります。 1つ目は、電源に直接接続することです。このメソッドを連絡先と呼びます。
2番目の非接触型決済は19世紀の初めにマイケルファラデーによって発見されました。科学者は、導体を横切る磁場のパラメータが変化すると、後者に起電力（EMF）が現れることを発見しました。この現象は電磁誘導と呼ばれます。 EMFがある場合、電流が流れ、したがって加熱され、この場合は非接触になります。このような電流は、誘導電流または渦電流またはフーコー電流と呼ばれます。
誘導加熱ボイラー-動作原理
電磁誘導はさまざまな方法で発生する可能性があります。導体は、最新の発電機で行われているように、一定の磁場で移動または回転させることができます。また、導体を動かさずに、磁場自体のパラメータ（力線の強度と方向）を変更できます。
このような磁場による操作は、別の発見のおかげで可能になりました。ハンス・クリスティアン・エルステッドが1820年に発見したように、コイルの形で巻かれたワイヤーは、電流源に接続されると電磁石に変わります。電流のパラメータ（強度と方向）を変更することにより、このデバイスによって生成される磁場のパラメータの変更を実現します。この場合、このフィールドにある導体に電流が発生し、加熱が伴います。
この単純な理論的資料に精通した読者は、一般的な用語で誘導加熱ボイラーの装置をすでに想像しているに違いありません。確かに、それはかなりシンプルなデザインです：シールドされ断熱されたハウジングの中には、誘電体で作られたスリーブに取り付けられた特殊合金で作られたパイプがあります（鋼も使用できますが、特性は少し悪くなります） ;銅製のバスがコイルの形でスリーブに巻かれ、メインに接続されています。
設置後のボイラー誘導
2本のパイプを通って、パイプは加熱システムに切り込み、その結果、冷却剤がパイプを通って流れます。コイルを流れる交流電流は交流磁場を生成し、それがパイプに渦電流を誘導します。渦電流により、コイル内に封入されたボリューム全体でパイプ壁と部分的に冷却剤が加熱されます。より速く加熱するために、1本のパイプの代わりに、より小さな直径の複数の平行なチューブを取り付けることができます。
もちろん、誘導ボイラーのコストを知っている読者は、それらの設計にはもっと多くのものがあるのではないかと疑っています。結局のところ、パイプと1本のワイヤーだけで構成される熱発生器は、発熱体の類似物よりも2.5〜4倍の費用がかかることはありません。暖房を十分に強めるためには、50Hzの周波数の都市ネットワークからの通常の電流ではなく、高周波のコイルを通過させる必要があるため、誘導ボイラーには整流器とインバーター。
整流器は交流を直流に変換し、インバーターに供給されます。インバーターは、1対のキートランジスターと制御回路で構成される電子モジュールです。インバーターの出力では、電流は再び交流になりますが、周波数ははるかに高くなります。このようなコンバーターは、誘導ボイラーのすべてのモデルで使用できるわけではなく、一部のモデルは依然として50Hzの周波数で動作します。ただし、高周波交流を使用すると、デバイスのサイズを大幅に縮小できます。
電磁誘導の原理
さまざまな説明の中で、著者は誘導ボイラーと変圧器の類似性を指摘しています。これは非常に真実です。ワイヤーのコイルは一次巻線の役割を果たし、冷却剤を含むパイプは短絡した二次巻線の役割を果たし、同時に磁気回路の役割を果たします。
なぜトランスは加熱されないのですか？事実、変圧器の磁気回路は単一の要素ではなく、互いに分離された多数のプレートで構成されています。しかし、この対策でも完全に加熱を防ぐことはできません。したがって、たとえば、アイドルモードで電圧が110 kVの変圧器の磁気回路では、11kW以上の熱が放出されます。
電気ボイラーを選択するためのオプション
最初の段階では、暖房に適した電気ボイラーをどのように選択するかという問題を解決する必要があります。現在、メーカーはデザインの特徴だけでなく機能も異なる多くのモデルを提供しています。したがって、消費者は選択した基本的なパラメータを知る必要があります。
家を暖房するための電気ボイラーを選択する前に、その電力を正しく計算する必要があります。熱供給システムの仕事は、建物の熱損失を補うことを目的としています。したがって、最初にこの最も重要なパラメータを計算する必要があります。これを行うには、専用のプログラムを使用できます。
その後、工場モデルを購入するのか、暖房用の自家製電気ボイラーを作るのかという疑問が生じます。それを解決するために、専門家は次の要因を分析することをお勧めします。
- デバイスの強度。設備を常時稼働させる場合は、信頼性の高い工場製の給湯用電気ボイラーを購入することをお勧めします。ユーティリティルーム（ガレージ）や小さな面積のカントリーコテージの暖房を整理するときは、自家製のボイラーを作ることができます。
- 給湯。給湯には、家を暖房するための二重回路電気ボイラーを設置する必要があります。設計には適切な信頼性がないため、自分で作成するのは問題があります。自宅での2番目の回路のパラメータのインストールと計算はほとんど不可能です。
- 寸法。それらは、機器の構成とその電力に直接依存します。小さな家の熱供給は、電極または誘導モデルを使用して行うことができます。このタイプの家を暖房するための電気ボイラーを作るのは難しいので、発熱体を使ったスキームが選ばれます。
- 主電源電圧。機器の電力に依存します。暖房用のほとんどすべての日曜大工の電気ボイラーは、9kW以下の電力を持っています。これにより、220Vネットワークへの接続が可能になります。
しかし、消費者にとって、決定的なパラメータは依然としてバッテリーを加熱するための電気ボイラーのコストです。そのため、最近、このタイプの暖房機器を独立して製造するための多くのオプションがあります。ただし、日曜大工の電気ボイラーを暖房用に比較するには、工場モデルの設計と操作の特徴を確認する必要があります。
誘導加熱の主な神話を明らかにする
最近、誘導加熱の効率は暖房ボイラーの効率の2〜3倍であると彼らはすでに言っていません。しかし、誘導ボイラーの支持者は、発熱体ボイラーはスケールが大きくなるため、すぐにその特性を失い、使用できなくなると主張しています！
彼らは、その年の間に発熱体ボイラーの容量が15-20％減少すると言います。本当か？
はい、非加熱堆積物は確かに存在しますが、加熱システムと給水システムを混同しないでください。たとえば、毎朝キッチンで見られるやかんで鱗が形成されるのと同じように、水供給でも鱗が形成されます。これが私たちの仕事を妨げることは決してありません、そして私たちが知っている、そしてどんな場合でも水がやかんの中で沸騰することは間違いありません。
それどころか、私たちが知っている暖房システムでは、不純物が水に入るのはめったにありません。堆積層は非常に薄く、熱伝達に対する大きな障壁にはなりません。
エネルギーがどこかでネットワークを離れた場合、それはどこでも完全に消えることはありません。それは絶対熱に変わり、クーラントを加熱します。クーラントは、以前に加熱されたのと同じ効率で、常にどのように加熱されるかを正確に加熱します。そうでなければ、発熱体は過剰なエネルギーによって引き裂かれていたでしょう。
スケールが現れるとすぐに、より高い温度で熱交換が行われます。発熱体の温度に関係なく、効率が低下するという話はありません。
動作原理
電磁誘導の原理は、1831年に英国の物理学者マイケルファラデーによって特定されました。 20世紀の初めに、彼の仮定は、金属を溶かすための発熱体の形で生産に導入されました。誘導ボイラーは非常に長い間知られ、使用されていましたが、生産レベルでしか使用されていませんでした。
電磁誘導の動作原理は、この電磁界の中心に配置された場合に（磁石が付着する）強磁性体を加熱する電磁界の形成に基づいています。電磁界の作成は簡単です。これには、エネルギーを与えられた、できれば銅線で作られたコイルが必要です。磁場が形成されるのはコイルの内側です。
誘電体（電流を通さない）で作られたパイプが内部に設置され、コイルがその周りに巻かれ、鋼棒が内部に設置されています。
たとえば、鋼棒が取り付けられている場合、それは確かに高温に加熱されます。誘導加熱ボイラーの設計が構築されるのはこの原則に基づいています。
そして、クーラント（水または不凍液）がパイプの内部空洞を通って流れ、ロッドを洗浄します。電磁場によって加熱されたロッドは、熱を冷却材に伝達します。
誘導ボイラーの動作原理には、ジュールレンツの法則に基づいた微妙な点が1つあります。ロッドの抵抗を増やすと、ロッドの加熱を増やすことができます。そして、増加は2つの方法で実行されます。
- 長さを増やし、断面を減らします。
- ニクロムなど、抵抗率の高い金属で作られています。
参照！これらの方法は、単独または組み合わせて使用されます。このようにしてボイラーの動力が制御されます。
暖房システム用の誘導加熱器の種類
市場には2種類のデバイスがあります。最初のユニットは渦電流で動作して冷却剤を暖め、220 V（50ヘルツ）の主電源電圧を一次巻線に供給します。2番目のユニットは同じ電流を流しますが、インバーターを介して電圧を送信します。 2番目のケースでは、ユニットは標準の主電源電圧を最大20キロヘルツの周波数が上昇した電流に変換する役割を果たします。
インバーターは、機器のサイズや重量を増やすことなく、誘導ボイラーの効率を高める装置です。インバーターのおかげで、機器は経済的なモードで動作します。マイナスは1つだけです。銅巻線を使用しているため、インバーターヒーターは発熱体を備えた標準モデルよりも高価です。
デバイスは材料の種類によって分類されます。渦デバイスには強磁性合金製の熱交換器が装備されており、SAVボイラーには密閉型の管状鋼製熱交換器があります。
誘導加熱は、次のタイプのヒーターの1つを使用して形成されます。
- VIN。電力網の周波数を変換するボルテックスインバータボイラー。コンパクトで大規模でないデバイスは、限られた領域に便利に取り付けられます。デバイスには、強磁性合金で作られた熱交換器が含まれ、二次巻線と磁気回路は、熱交換器とハウジングで表されます。ユニットには、自動制御ユニット、供給および循環ポンプが追加されています。
- SAV。これらはインバーターのないボイラーであり、インダクターに供給される220 V（50ヘルツ）の電流で動作します。二次巻線は、フーコー電流によって加熱される管状の鋼製熱交換器のように見えます。ボイラーには、冷却水を循環させるためのポンプが装備されています。販売中の220V、380Vの電圧ネットワークから動作するユニットがあります。
ボイラーの主な要素と配置
電磁調理器のスキームに精通している場合は、ボイラーの設計も問題を引き起こしません。
主な詳細：
- ヒータ。これはコイルのコアであり、1つまたは複数のパイプの形をとることができます。これが1つのパイプの場合、その寸法は非常に大きく、小さいセクションのパイプのグリッドが並列に接続されます。
- インダクタ。複数の巻線を持つトランスの一種。 1つ目はコアの追加です。これにより、渦電流を駆動する電磁場が形成されます。二次巻線-電流を受け取り、冷却剤に熱を伝達するユニットの本体
- インバーター。ボイラーにはVINがあり、直流を高周波に変換する必要があります。
- 分岐パイプ。暖房ネットワークを接続するための要素。 1つのパイプは加熱用の冷却剤を供給するように設計されており、もう1つのパイプは加熱された水を加熱システムに輸送するために設計されています。
電気ボイラーの効率を下げる
比較するときのもう一つの議論は、誘導ボイラーが運転期間中に元の電力を失うことはないということです。しかし、スケールの形成による発熱体では、これは物事の順序で起こります。
計算が行われることもありますが、それによれば、わずか1年以内に、発熱体の電力が15〜20％減少します。これは、その効率も低下することを意味します。
これを詳しく見てみましょう。
ほとんどすべての電気ボイラー効率は98％を超えています。また、25 kHz以上のマイクロ波電流で動作するボイラーでさえ、何が変わる可能性がありますか？ 1.5％余分に追加しますが、同時に価格が100％上昇しますか？！
発熱体の堆積物に関しては、それらは実際に存在しています。
そして、不純物が絶えず供給されていない場合はどうなりますか？ただし、堆積物の小さな層が発熱体に付着する可能性があります。
この層は十分に厚くありません
熱の伝達を妨げることはありません
したがって、ボイラーは元の効率を決して失うことはありません。
つまり、実際には、きれいな発熱体と汚れた発熱体の両方で、異なる温度でのみ同じ量のエネルギーが伝達されます。
加熱装置の選び方
暖房用のインバータボイラーを選択するときは、多くの要素を考慮する価値があります。
まず第一に、あなたはその力に注意を払う必要があります。ボイラーの寿命を通して、このパラメーターは変更されません。 1m2を加熱するには60Wが必要であることを考慮に入れています
計算はとても簡単です。 \ u200b \ u200ボールルームの面積を追加し、指定された数を掛ける必要があります。家が断熱されていない場合は、かなりの熱損失があるため、より強力なモデルを選択することをお勧めします。
1m2を加熱するには60ワットが必要であることを考慮に入れています。計算はとても簡単です。 \ u200b \ u200ボールルームの面積を追加し、指定された数を掛ける必要があります。家が断熱されていない場合は、かなりの熱損失があるため、より強力なモデルを選択することをお勧めします。
重要な要素は、家の運営の特徴です。一時的な住居としてのみ使用する場合は、敷地内の温度を一定のレベルに常に維持する必要はありません。このような場合、6kW以下のユニットで完全に乗り切ることができます。
選択するときは、ボイラーの構成に注意してください。便利なのは、ダイオードサーモスタットを備えた電子プログラムユニットの存在です。これを使用すると、ユニットを数日、さらには1週間前に動作するように設定できます
さらに、そのようなユニットの存在下で、離れた場所からシステムを制御することが可能である。これにより、到着前に家を予熱することができます。
これにより、ユニットを数日、さらには1週間前から動作するように設定できます。さらに、そのようなユニットの存在下で、離れた場所からシステムを制御することが可能である。これにより、到着前に家を予熱することができます。
重要なパラメータは、コアの壁の厚さです。エレメントの耐食性はこれに依存します。したがって、壁が厚いほど、保護が高くなります。これらは、デバイスを選択して暖房システムを構築するときに考慮すべき主なパラメータです。価格が許容できない場合は、アナログを使用するか、自分でボイラーを構築できます。これを行うには、特定の知識とスキルが必要です。
誘導加熱器はどのように機能しますか？
とてもシンプルです。コイルに動作電圧を印加します。コイル内に電磁界が発生します。私たちは注意深く読みます-ここに彼の仕事の本質があります：
電磁界は加熱パイプにフーコー電流または渦電流を誘導し、金属パイプが加熱し始めます。
誰もが知らない場合は、変圧器の磁気回路は、互いに絶縁された電磁鋼の多くの薄いプレートから特別に採用されています。
これは、渦電流による加熱によるエネルギー損失を回避するために正確に行われます。
事実、導体の質量が大きいほど、フーコー電流によって熱くなり、磁束の変化率によって渦電流の力が大きくなる可能性があります。
あなたは電源トランスを知っていますか 電圧110kVオン アイドリング、無負荷でも約11キロワットの火力が放出されますか？
これは主に、一次巻線と二次巻線がドレッシングされている磁気回路を加熱する渦電流の影響によるものです。
同時に、磁気回路は積層されており、それが固体である場合、熱損失は何倍にも増加します！
そして、変圧器は単に過熱から燃え尽きるでしょう。
誘導電気ボイラーは同じ原理で動作し、コイル内を水が通過する鋼管は非常に熱くなりますが、水の循環のために、熱は管から加熱システムに除去されて過熱する時間があります発生しません。
しかし、発熱体の電気ボイラーと比較して、より経済的でしょうか？何のために？
ここでは、最初に、これら2つのタイプのボイラーを解析および比較せずに考えてみましょう。
家を持っている
何でも、どこでも構いません。水中ですが、エベレストでも。この家の熱損失は6キロワットです
この家の熱損失は6キロワットです。
壁、窓、天井などを通して-熱が失われ、一定の温度を維持するために、これらの熱損失を補償する必要があります。これには、当然、6キロワットの熱も必要です。
そして、この熱がどこでどのように奪われるかは関係ありません。この熱エネルギーは6キロワットです。火を燃やしたり、ガスを燃やしたり、ガソリンを燃やしたりすることもできます。最も重要なことは、これらの必要なキロワットの熱が放出されることです。
今最も重要なこと：
そのような家を暖房するには、発熱体に誘導加熱器と電気ボイラーの両方が必要になります-すべて同じですが、電力も少なくとも6kWです。
言い換えれば、ボイラーは単に電気エネルギーを熱エネルギーに変換します。
そして、彼がそれをどのように行うかは絶対に重要ではありません。なぜなら、私たちにとって最も重要なことは、家の中で暖かいということです。エネルギーは、ある形式から別の形式に、電気から熱に単純に変換されます。また、ボイラーが6 kWの熱を割り当てた場合、ネットワークから少なくとも同じ量の電力が必要になります。ボイラーの効率が100％でない場合、ネットワークからさらに少し多くのエネルギーが消費されます。
また、ボイラーが6 kWの熱を割り当てた場合、ネットワークから少なくとも同じ量の電力が必要になります。ボイラーの効率が100％でない場合、ネットワークからさらに少し多くのエネルギーが消費されます。
エネルギーは、ある形式から別の形式に、電気から熱に単純に変換されます。また、ボイラーが6 kWの熱を割り当てた場合、ネットワークから少なくとも同じ量の電力が必要になり、ボイラーの効率が100％でない場合、ネットワークからさらに多くのエネルギーが消費されます。
では、誘導ボイラーの効率はもっと高いのでしょうか？メーカーによると、この値は98％に達します。
発熱体を備えた電気ボイラーについても同じことが言えます。それらの効率は99％に達します。
さて、自分で考えてみてください-熱の中で目立つ方法を除いて、発熱体のエネルギーは他にどこに行くことができますか？
発熱体ネットワークから消費されるすべてのエネルギーは、熱エネルギーに変換されます。私は5kWを取りました-5kWの熱を割り当てました。
私は100kWを取りました-100kWの熱を割り当てました。発熱体クランプでの過渡抵抗のエネルギー損失を考慮に入れると、おそらく少し少なくなりますが、このエネルギー損失は、熱（クランプが加熱される）および供給ケーブルの形で放出されます。
しかし、クランプについてはどうでしょうか。ケーブルの断面は、渦誘導電気ボイラーと発熱体の両方のパラメーターに関して同じです。
誘導ホブからの熱供給の作用機序
ボイラーの設計は電気インダクターに基づいており、2つの短絡巻線が含まれています。内部巻線は、入ってくる電気エネルギーを渦電流に変更します。ユニットの中央に電界が現れ、それが2番目のターンに入ります。
二次部品は、給熱ユニットとボイラー本体の発熱体として機能します。
現れたエネルギーをシステムの熱媒体に伝達して加熱します。このようなボイラーを対象とした熱媒体の役割では、特殊なオイル、ろ過水、または不凍液を使用します。
ヒーターの内部巻線は電気エネルギーの影響を受け、電圧の発生と渦電流の形成に寄与します。受け取ったエネルギーは二次巻線に転送され、その後コアが加熱されます。ヒートキャリアの表面全体が加熱されると、熱流が加熱装置に伝達されます。
誘導加熱ボイラーの仕組み
学校のカリキュラムの物理学を思い出してください。強磁性導体が交番電磁場に置かれると、電磁場のエネルギーは不可逆的にこの導体の熱エネルギーに変換されます。プロセスの物理学は、2つのマクスウェルの法則とレンツ-ジュールの法則によって記述されますが、ここでは関心がありません。
つまり、交流電流がコイル（インダクター）に流れると、インダクターの電気エネルギーは、コイルのフィールドに配置された導体の熱エネルギーに非接触で伝達されます。その後、導体は加熱システムの発熱体として使用することができます。
この原則では、「非接触」という言葉が重要です。つまり、このシステムでは、接点グループとワイヤの抵抗による損失はありません。
そのため、誘導電気ボイラーが最も経済的（非常に高効率）であると考えられています。
