Электродный котел принцип работы

Электродный котел: принцип работы

В последнее время появляется все больше электрических приборов для нагрева жидкости, в которых используются новые принципы действий, что приводят к повышению температуры теплоносителя, если речь идет о системе отопления. Дело в том, что энергия электрического тока удобна в использовании, однако достаточно дорогая. Если использовать обыкновенные ТЕНы для подогрева циркулирующей в системе отопления жидкости, из-за их низкого КПД такой способ обогрева дома становится очень затратным. Вот поэтому постоянно ведется поиск новых методов более эффективного использования энергии электричества.

Одним из таковых является способ нагрева жидкости с применением принципа электролиза солей на ионы, во время которого выделяется большое количество тепловой энергии. Применяется такой способ использования электричества, как в заводских, так и самодельных электродных котлах, которые еще называют ионными. Устройство это, по отзывам специалистов, имеет достаточно простую конструкцию, поэтому понятно стремление многих домашних мастеров сделать электродный котел своими руками, сэкономив при этом на покупке заводских моделей.

Принцип работы ионных водонагревателей для системы отопления

Что заводские, что самодельные электродные котлы работают по одному и тому же принципу действия. Между двумя электродами создается разница потенциалов. Нулевым электродом при этом обычно бывает сам корпус прибора, фаза же подводится к металлическому стержню, помещенному внутри, где находится теплоноситель для электродных котлов, представляющий собой воду с определенным процентным содержанием растворенной ней какой-либо соли.

Когда на электроды подается напряжение, происходит электролиз молекул соли, при этом отрицательно заряженные ионы устремляются к «плюсу», а положительно заряженные частицы – к минусу. Распавшись на ионы, соль сама становится проводником электрического тока, который, проходя через жидкость, очень быстро ее нагревает. Чем больше концентрация соли, тем более электропроводен теплоноситель. При определенном соотношении воды и соли жидкость может стать полноценным проводником тока, что может сделать короткое замыкание. И, наоборот, если ионов мало, нагрев теплоносителя будет происходить очень медленно. Дистиллированная же вода вообще ток не проводит, поэтому в такой ситуации она нагреваться не будет.

Отсюда становится понятно, что правильная работа такой водонагревательной системы напрямую зависит от качественно приготовленной жидкости для электродных котлов, где нужно сделать точную концентрацию раствора. Тогда действие электротока на жидкость будет наиболее эффективна в плане выделения тепловой энергии.

Самодельный электродный котел, плюсы и минусы

Как самодельные ионные водонагревательные приборы, так и модели заводской сборки, обладают примерно теми же самыми достоинствами и недостатками. Поэтому рассмотрим характеристики подобных устройств, нагревающих теплоноситель для системы отопления на примере промышленного образца. Итак, чем же хороши гидролизные нагреватели жидкости. К плюсам можно отнести:

• очень высокий КПД, достигающий, по отзывам специалистов, до 97, а то и 98 процентов, то есть величины потребленной электрической энергии и выделившейся тепловой во время работы агрегата практически идентичны;
• все оборудование для отопления достаточно компактно (длина водонагревательного контура достигает 60 см, при ширине около 30 см), что позволяет устанавливать его в небольших пространствах;
• перепады сетевого напряжения не повреждает оборудование, просто меняется интенсивность работы, что, по отзывам пользователей, является замечательным качеством при нестабильности тока в наших электросетях;
• быстрый нагрев воды в системе отопления;
• сравнительная экономичность отопления.

К недостаткам подобного оборудования для отопления относятся такие факторы:

• образование во время работы гидролизных газов, которые нужно регулярно выводить;
• большое потребление электроэнергии;
• необходимость обустройства заземления для предупреждения поражения электрическим током.

Электродный котел своими руками

Теперь, когда известен принцип действия таких устройств, давайте рассмотрим, как же делается электродный котел своими руками. Для начала нужно заготовить и приготовить все необходимое для работы:

• электрод;
• металлические патрубки;
• электрические провода (лучше медные с сечением не менее 3 мм);
• полиамидную изоляцию для электрода;
• стальную трубу для корпуса.

Также в работе понадобится аппарат для электросварки.

Теперь пошагово рассмотрим процесс изготовления и установки электродного котла:

1. Отрезок стальной трубы следует приготовить следующим образом. С двух сторон сделать резьбу. Один конец глушится, о в другой вкручивается муфта с электродом.
2. В трубе с двух концов с противоположных сторон прорезаются круглые отверстия. Здесь привариваются входящие и выходящие металлические патрубки с нарезанной резьбой для соединения с тепловыми коммуникациями.
3. К боковой поверхности корпуса привариваются два болта: для заземления и нулевого провода.
4. Прибор устанавливается в систему отопления, для чего к имеющимся патрубкам присоединяются соответствующие трубы.
5. К электроду присоединяется клемма плюсового провода, а к приваренным болтам, — клеммы нулевого кабеля и провода заземления.
6. В контур отопления также нужно включить манометр, устройство для отвода гидролизных газов и систему предохранителей.
7. Система заполняется правильно приготовленным теплоносителем и производится запуск отопления.

При работе по самостоятельному изготовлению, установке и запуску ионного котла отопления обязательно соблюдайте все меры предосторожности, так как речь идет об электричестве, что может нанести непоправимый вред здоровью. Поэтому не пренебрегайте правилами техники безопасности.

Принцип работы электродного котла.

Физический принцип здесь простой — теплоноситель в системе отопления нагревается непосредственным пропусканием через него электрического тока. Фазы электрической сети подключаются к электродной группе, а ноль подключается к корпусу котла. А в обычном электрическом котле сеть подключается к ТЭНу. Чтоб стало понятней смотрите на следующую картинку:

Выделение тепла происходит из-за того, что теплоноситель обладает некоторым сопротивлением. Вообще, подбор теплоносителя для таких котлов задача сложная:

• Дистиллированная вода не подходит, потому что не проводит электричество.
• Вода с добавлением поваренной соли может вызывать ускоренную коррозию металлических частей системы и выпадение накипи на электродах.

В паспортах на такие отопительные аппараты, производители обычно пишут, что котел будет гарантированно работать только с их теплоносителем, в состав которого входят «особенные» ингибиторы коррозии или что-либо еще. Меня мучают подозрения, что делается это для того, чтобы при случае отказаться от гарантийного обслуживания, если потребитель использовал какую-то другую жидкость. Производители рекомендуют применять для электродных котлов пропиленгликоль или этиленгликоль. Если интересно, то можете прочитать мою статью про низкозамерзающие теплоносители. Теперь давайте коснемся еще одного вопроса.

Сравнение КПД электродного и обычного электрического котла.

Производители нахваливают электродные котлы за их высокий КПД. Отсутствие потерь они объясняют тем, что электрический ток нагревает непосредственно теплоноситель. Но при этом почему-то ничего не говорится о потерях при использовании ТЭНов. Приведу рисунок, чтобы напомнить вам их устройство:

Внутри ТЭНа происходит последовательный нагрев нихромовой спирали, потом наполнителя из периклаза, а потом металлической трубки. Вся эта конструкция плотно прокатана и внутри нет никаких воздушных полостей, которые могли бы удерживать тепло. Поэтому практически вся энергия, выделяемая на нихромовой спирали уходит на нагрев воды. Точно так, как в электродном котле.

Есть еще одно утверждение производителей: «Электродный котел нагревает воду быстрее, чем ТЭНовый. Потому что нагрев воды происходит по всему объему котла». Это тоже спорный аргумент. Воды внутри котла умещается мало, а мощность для ее нагрева прикладывается большая. Безусловно, какое то преимущество во времени будет, но скорее всего оно для вас не будет играть роли. И никаких обещанных 30% процентов экономии не принесет.

Также очень важна температура теплоносителя в системе. Связано это с тем, что при повышении его температуры происходит падение его сопротивления. А это вызывает повышение потребляемой мощности:

По этой причине температура теплоносителя не должна превышать 50°. А что это будет означать для вас? Это еще одна засада! Например, теплоотдача алюминиевых радиаторов измеряется исходя из условия, что температура теплоносителя равна 90°, а температура воздуха в помещении 20°. При более низко температуре теплоносителя вам нужно будет увеличивать количество секций радиаторов. Так, например делается в системе отопления под названием «Ленинградка», где наиболее удаленные от стояка или котла радиаторы должны быть с большим количеством секций. Чем больше секций, тем дороже система отопления выйдет по цене. Единственный вариант с такой температурой теплоносителя — водяные теплые полы. Но нужно помнить, что для нашего холодного климата они не подойдут в качестве основной системы отопления.

Мораль всего, что сказано выше такова — никакого особенного преимущества по КПД у электродного котла по сравнению с обычным электрическим нет, а вот сложностей с эксплуатацией прибавляется. О других сложностях поговорим ниже.

Сложности в эксплуатации электродных котлов.

Кроме того, что было перечислено раньше, есть еще «особенности» в эксплуатации у таких отопительных аппаратов:

• Необходимость следить за состоянием теплоносителя. Свойства теплоносителя со временем меняются под действием электрического тока, а от этих самых свойств зависит потребляемая мощность.
• Необходимость повсеместно заземлять все металлические части — трубы радиаторы итд. Системы заземления дорогое и сложное удовольствие
• Более быстрый процесс коррозии металлов под действием электричества. Явления электрокоррозии разрушают не только черные, но нержавеющие сорта стали.
• Высокая вероятность отказа в гарантийном обслуживании оборудования. Для того, чтобы не быть голословным приведу выдержки из паспорта на электродный котел:

В общем, многовато проблем для одного устройства.

Краткие итоги статьи.

Электродный котел, конечно, интересное техническое решение. Но проблем с его с эксплуатацией много и они серьезные. При этом нет никаких доказательств его экономичности, кроме обещаний производителей и продавцов. Скажу еще, что по какой-то неведомой мне причине ни один известный производитель оборудования для отопления не выпускает электродных котлов. Возможно, что это вызвано именно этими проблемами.

Изготовление ионного котла в домашних условиях

• Назначение электродных котлов
• Устройство и принцип работы электродных котлов
• Преимущества и недостатки ионных котлов
• Установка и эксплуатация котла
• Изготовление электродного котла своими руками

Электродный котел (другое название — ионный) — это разновидность электрического котла отопления частного дома или дачи. Основное отличие заключается в том, что обычные тэны заменены на блок электродов, которые и являются основным нагревательным элементом. Такая замена решила проблемы, которые присущи обычным электрическим котлам: низкая эффективность и недолговечность.

Электродный котел является разновидностью электрических котлов. Отличие заключается в том, что у них нагревательным элементом является блок электродов.

Несмотря на простую конструкцию, электродные котлы имеют высокий КПД. Нагрев воды в таких котлах происходит во время движения через теплоноситель, который питается от электричества.

Простота конструкции позволяет сделать электродный котел своими руками.

Но прежде чем приступать к работе, следует разобраться с устройством и принципом работы таких устройств.

Назначение электродных котлов

Ионные котлы могут применяться для отопления помещений любого типа, как жилых, так и промышленных. Кроме того, электродные котлы оптимальны для использования на даче, в гараже или теплице. Эффективность котлов не зависит от того, используется открытая или закрытая система отопления. Если отопление будет двухконтурным, то есть теплоноситель не будет попадать внутрь котла, то ионные системы можно использовать для подогрева воды. Наконец, электродные котлы являются оптимальными для обустройства «теплых полов» или тепловых завес.

Устройство и принцип работы электродных котлов

Схема устройства электродного котла.

Конструктивно все электродные насосы представляют собой цельнометаллическую трубу, покрытую полиамидом, который играет роль изолятора. В трубу вварены патрубки входа и выхода теплоносителя и клеммы питания и заземления. Труба запаяна наглухо с одной стороны, а с другой в нее вставлен блок электродов, изолированный от корпуса полиамидными гайками.

Длина котлов, продаваемых в магазине, обычно не превышает 600 мм со средним диаметром в 320 мм. Мощность устройств изменяется от 2 кВт (для обогрева помещений объемом до 80 м ³ ) до 50 кВт (для больших помещений с внутренним объемом до 1600 м ³ ). При этом котлы делятся на однофазные (мощность от 2 до 6 кВт, применяются для отопления частных домов) и трехфазные (мощность от 9 до 50 кВт, применяются для отопления промышленных зданий и сооружений). Энергопотребление котлов оптимально при достижении температуры теплоносителя внутри него равной 75°С. Если температура ниже, то ниже и энергопотребление, так как при более низких температурах теплоноситель имеет более низкую электропроводность. Если же температура превысит данную отметку, то и энергопотребление увеличивается.

Схема устройства и принцип действия электродного электрического котла.

Большинство современных электродных котлов оборудованы системой автоматического управления с защитой от скачков напряжения и блоком запуска. Более дорогие модели могут оснащаться дистанционным управлением в комплекте с gsm-модулем. Именно наличие контролера поддерживает заданную температуру теплоносителя для оптимального энергопотребления.

По принципу распространения теплоносителя внутри системы отопления ионные котлы подразделяются на открытые и закрытые. В открытых системах теплоноситель движется под действием естественной циркуляции при нагреве, поступает в радиатор отопления, отдает тепло и возвращается обратно в котел. Закрытые системы оснащаются расширительным баком и циркуляционным насосом, который нужен на первоначальном этапе прогрева теплоносителя.

Преимущества и недостатки ионных котлов

График сравнения КПД электродного и ТЭНового котла.

Преимуществом электродных котлов перед электрическими является то, что:

• они имеют высокий показатель КПД (достигает 95-98%). Столь высокий показатель объясняется простотой устройства и принципом нагрева теплоносителя;
• они не имеют так называемого «сухого хода». Теплоноситель является полноценным участником электрической цепи, что исключает перегрев при его отсутствии. Если вода уйдет из системы, то цепь попросту разомкнется безо всяких негативных последствий;
• они весьма экономичны, так как при температуре теплоносителя ниже 75°С, как уже говорилось ранее, расход энергии минимален. Поэтому, если вас утраивает обогрев помещения радиаторами с температурой теплоносителя ниже этой отметки, то экономия электроэнергии становится ощутимой;
• они быстрее, по сравнению с обычными электрическими котлами, достигают рабочих температур и так же быстро остывают, что положительно сказывается на применении автоматической системы управления;
• они не страдают от перепадов напряжения. Если напряжение в сети упало, котел лишь будет работать с меньшей мощностью, но не отключится совсем;
• они имеют гораздо меньшие габариты для оптимального использования их в частных домах и на дачах.

Однако кроме плюсов, электродные котлы имеют и свои минусы:

График потребления электроэнергии электродным котлом и сезонные колебания температур.

• ионные котлы работают только с переменными источниками питания, так как при постоянном токе происходит электролиз воды. Поэтому такие котлы не могут работать от аварийных систем электроэнергии, например от аккумуляторов;
• электродные системы требовательны к качеству теплоносителя. Чем ниже проводимость теплоносителя, тем ниже мощность котла. Кроме того, мощность котла снижается при образовании накипи;
• при установке котла обязательно его заземление, так как риск поражения электрическим током при пробое изолятора существенно выше, чем у тэновых котлов;
• как уже упоминалось ранее, не стоит разогревать теплоноситель выше 75°С, так как это приведет к повышенному энергопотреблению;
• попадание воздуха в камеру, где происходит нагрев воды, приводит к ускорению коррозионных процессов;
• нельзя использовать воду из одноконтурной системы отопления с ионным котлом, так как она насыщена свободными ионами;
• необходимо обладать знаниями в области электрики, чтобы учитывать особенности электропроводности воды. Эти знания необходимы для контроля эксплуатации котла.

Установка и эксплуатация котла

Обязательным требованием при установке котла является наличие автоматических воздухоотводчиков, манометра и предохранительного клапана. Запорная арматура должна быть расположена после расширительного бачка.

Схема стандартного подключения электродного котла.

Электродные котлы должны крепиться строго вертикально, что обусловлено принципом их работы, а также иметь самостоятельное крепление к поверхности. Первые 1200 мм трубы системы отопления должны быть металлическими и не оцинкованными. Остальная часть системы может состоять из металлопластиковых труб.

Медный провод заземления должен иметь сечение не менее 4 мм с сопротивлением не более 4 Ом и быть подключен к нулевой клемме, которая располагается обычно в нижней части котла.

Для того, чтобы эффективность котла повышалась, необходимо перед его установкой промыть систему отопления спецсредствами.

Перед установкой ионного котла система отопления должна быть промыта водой с добавлением спецсредств, которые описаны обычно в паспорте устройства. Если система очищена плохо или используется теплоноситель низкого качества и с примесями, то эффективность котла снижается.

Подбор радиаторов для системы отопления с ионным котлом зависит от общего объема системы, то есть от литража всех радиаторов и труб. Оптимальный литраж отопительной системы должен составлять около 8 л на каждый кВт мощности котла. При превышении этой нормы котел будет работать большее количество времени, что увеличит энергозатраты. Радиаторы в системе с ионным котлом должны быть биметаллическими или алюминиевыми, так как другие сплавы содержат большое количество примесей, которые будут влиять на электропроводность воды. Если же система открытого типа, то радиаторы должны иметь внутреннее полимерное покрытие, так как доступ воздуха ускоряет коррозионные процессы. Системы закрытого типа лишены данного недостатка.

Использование чугунных радиаторов практически недопустимо, так как они содержат большое количество примесей, что снижает эффективность котла, и обладают значительным объемом, что увеличит энергопотребление.

Изготовление электродного котла своими руками

Для сборки ионного котла своими руками необходимы: труба, электрод, металл каленный.

Если вы ознакомились с принципом работы ионных котлов, а также особенностями их эксплуатации, и по-прежнему желаете изготовить его своими руками, то вам понадобятся:

• сварочный аппарат и навыки работы с ним;
• стальная труба необходимых размеров;
• электрод или группа электродов;
• клеммы нулевого провода и заземления;
• изоляторы для клемм и электродов;
• муфта и металлический тройник
• желание и упорство в достижении конечной цели.

Перед началом сборки котла своими руками стоит обратить внимание на несколько важных моментов. Во-первых, котел должен быть обязательно заземлен. Во-вторых, нулевой провод из розетки подается исключительно на внешнюю трубу. И в-третьих, фаза должна подаваться исключительно на электрод.

Технология сборки котла своими руками довольно проста. Внутрь стальной трубы длиной около 250 мм и диаметром в пределах 50-100 мм вставляется с одной стороны посредством тройника электрод или блок электродов. Через тройник будет осуществляться вход или выход теплоносителя. Другая сторона трубы оснащается муфтой для подключения трубы отопления.

Между тройником и электродом размещается изолятор, который кроме того обеспечит герметичность котла. Изолятор выполняется из любого подходящего термостойкого пластика. Так как необходимо обеспечить герметичность и при этом возможность резьбового соединения с тройником и электродом, то изолятор лучше заказать в токарной мастерской, чтобы выдержать все конструктивные размеры.

На корпус котла приваривается болт, к которому крепится клемма нулевого провода и заземление. Возможна подстраховка еще одним болтом. Всю конструкцию можно скрыть под декоративным покрытием, которое также послужит дополнительной гарантией отсутствия ударов током. Ограничение доступа к котлу является первоочередной и наиважнейшей задачей для соблюдения техники безопасности.

Как вы могли убедиться, сборка электродного котла своими руками — достижимая цель практически для любого человека. Главное — знать принцип его работы и соблюдать технику безопасности. Тепла вашему дому!

Как вам статья?