Принцип работы ионного котла отопления, конструкция, преимущества и монтаж

Часто при планировании автономной системы отопления выбор останавливается на традиционных источниках тепла – газовых или твердотопливных котлах. Что делать в ситуации, когда монтаж подобного оборудования невозможен? Появившиеся недавно ионные котлы отопления могут не только оптимально решить вопрос обогрева помещения, но и займут минимум пространства при монтаже. Их основным преимуществом является новаторская методика нагрева воды в системе отопления.

Конструкция и принцип работы ионных котлов

Работа отопительных элементов данного типа основана на хаотичном движении ионов воды во время прохождения ее между активными элементами котла – анода и катода. Электрический ток, протекающий между ними, ускоряет движение ионов, тем самым поднимая общую температуру воды. Общая схема работы показана на рисунке:

Схема работы ионного котла

Но не стоит обманываться простотой конструкции. Собрать надежный и безопасный ионный котел полностью в домашних условиях не получится. Для производства катода и анода используется специальный материал, который не подвержен коррозийному воздействию и имеет высокую механическую прочность. Корпус котла должен быть полностью герметичен, так как малейшее несоответствие стандартного соединения с разводкой труб может привести к прорыву.

Стандартная комплектация состоит из самого элемента отопления, термостата для регулировки температуры и защитного реле.

Преимущества

Особенностью использования данного типа нагревателя является его компактность и возможность создания нескольких замкнутых отопительных систем в одном помещении. Преимущества использования ионных котлов отопления:

• Габаритные размеры позволяют установить его в любом месте отопительной системы.
• Высокий КПД (до 99%). Монтаж катода и анода непосредственно в системе отопления сводит потери энергии к минимуму.
• Площадь обогрева 1 кВт потребляемой энергии составляет около 20 м.кв.
• Малое время нагрева воды в системе. Благодаря низкой инертности запуска, вода в батареях прогреется до нужного уровня за короткое время.
• Высокая степень защиты от перепада напряжения в сети. Так же котел не выйдет из строя при «холостой» работе – отсутствии воды в системе.

Благодаря вышеописанным преимуществам, ионные котлы отопления могут устанавливаться как в частных домах, так и в квартирах.

Монтажная схема

Подключение ионного нагревательного элемента не требует специальных монтажных навыков. Для проведения пуско-наладочных работ можно ориентироваться по самой простой схеме, представленной на рисунке:

Общая схема подключения ионного котла

Для монтажа потребуется:

Ионный котел. Для того, чтобы выбрать котел оптимальной мощности необходимо знать параметры обогреваемого помещения. Рассмотрим вариант 2-х комнатной квартиры (48 м.кв., высота потолков 2,6 м.) с хорошей теплоизоляцией. Рассчитаем общий объем помещения:

48*2,6=125 м³.

Потребляемая мощность для обогрева 1 м³ ионным котлом составляет 0,025 кВт., т.е. для комфортной температуры в квартире будет достаточно установить в систему отопления котел мощностью 3 кВт.

1. Шаровой вентиль необходим для перекрытия воды в случае непредвиденной поломки или замены воды в системе.
2. Циркуляционный насос обеспечивает движение воды в системе для равномерного распределения по теплоносителям.
3. Фильтрующий элемент препятствует попаданию в емкость котла загрязняющих элементов из отопительной системы (ржавчина, накипь.).
4. Для слива воды используют сливной кран, расположенный в самой низкой точке обратной трубы.
5. Расширительный бак необходим для компенсации расширения воды во время ее разогрева до нужной температуры.
6. Модуль автоматического включения котла произведет запуск системы согласно заданным параметрам.
7. Воздухозаборник.

Следует обратить внимание, что для нормального функционирования ионного котла отопления необходима вода строго определенной плотности. При монтаже в уже работающую до этого систему необходимо заменить всю жидкость, а в новую добавить специальный ингибитор. Вода должна быть дистиллированная.

Для первых 120 см соединения котла с системой применять стальные (но не оцинкованные) трубы.

Устройство ионных котлов отопления: принцип работы, схемы, видео-отзывы

Можно ли экономно отопить жилище электричеством? Многие, не задумываясь, ответят, что нет, вспомнив самый распространенный обогревательный прибор на ТЭНах – это не верно. Старые военные технологии, еще недавно недоступные рядовым гражданам – реальность.

Устройство на одну и две фазыРечь об ионном котле — альтернативном источнике тепла. Разработанная еще в середине прошлого века военная технология теперь доступна всем.

История появления и принцип работы

А началось все во времена СССР. Государство, окруженное со всех сторон потенциальными военными противниками, содержало многочисленный военно-морской флот. Для жизнеобеспечения дизельных субмарин предприятиями ОК СССР были разработаны автономные системы обогрева.

Такая система обогрева экипажа подводных лодок должна была отвечать таким требованиям, как: простота, надежность, независимость от вытяжки, отсутствие движущих частей и шумов при работе, достаточная мощность в условиях суровых условий Северного Ледовитого Океана, заменяемый и доступный теплоноситель.

Задача была выполнена успешно и эффективно использовалась вплоть до развала социалистического государства. В 90-х годах оборонные предприятия страны оказались не у дел. Настали сложные времена. Чтобы выжить потребителям была представлена гражданская версия электродного обогревателя. Получили патент на это изобретение инженеры Кунков Д.Н. и Ильин А.П.

Отличие от ТЭНа

Принцип работы был элементарен — использовалось внутреннее сопротивление теплоносителя: вместо металлического нагревательного элемента — соленая вода. Под воздействием электрического тока молекулы теплоносителя, сталкиваясь друг с другом, нагреваются, электрическая энергия преобразовывается в тепловую. Для стабильной работы необходим переменный ток 50-60 Гц (амплитуда колебаний), иначе он начинает работать, как аккумулятор.

Затем был разработан простой прибор, с одним электродом. К нему подключили фазу, а к металлическому корпусу – ноль. В ёмкости находится теплоноситель. Для безопасности корпус заземлён.

Получается следующее: ток с амплитудой 50 Гц проходит через соленую воду, которая за незначительное время нагревается, из-за разности температур и создаваемого установкой давления теплоноситель циркулирует по замкнутой тепловой системе — все просто.

Характеристики: преимущества и недостатки

Конструкция проста и элементарна, однако имеет ряд уникальных свойств:

• небольшие габариты установки, при значительной мощности оборудования;
• самостоятельно создает давление в системе, что даёт возможность его использовать без нагнетательных насосов;
• полностью антиаварийная система — перегрев не возможен, стабильность работы не зависит от уровня теплоносителя;
• удобство регулирования температуры — автоматика сделает все сама: температурные датчики сработают, когда это нужно;
• перепады напряжения в сети питания не влияют на работоспособность и безопасность системы – она будет меньше или больше вырабатывать энергии;
• высочайший КПД – максимальный из всех существующих отопительных приборов;
• отсутствие негативных для жизни и здоровья излучений;
• легко встроить в отопление, как дополнительный или резервный источник.

Может выглядеть так

Чтобы быть объективными, рассмотрим минусы:

• работает только от переменного тока, поскольку постоянный вызывает электролиз;
• требуется следить за состоянием электролита (соленой воды) — дистиллированная не допустима, поскольку это универсальный проводник, а для работы требуется конкретное сопротивление;
• при отсутствии заземления эксплуатировать установку запрещено — опасно для жизни;
• любое сопротивление (резистор) по мере увеличения температуры снижает свое номинальное значение, а как следствие при нагреве до 75 °С котел значительно теряет мощность, однако сила тока возрастает;
• требует периодической очистки рабочих элементов, поскольку начинают происходить потери из-за накипи на электроде(ах);
• раз в 2-3 года требуется замена электрода(ов);
• при разветвленной отопительной сети необходим нагнетательный насос;
• недостаточный уровень воды в системе отопления критичен, поскольку вода с примесями солей разъедает металл;
• сложность физиологической настройки сопротивления воды — без специалиста это выполнить очень сложно;
• для обслуживания контура требуются особые знания, навыки, специальное оборудование.

Устройство и технические характеристики

Рассмотренный принцип работы электрокотла дает первое представление о конструкции. Хоть этому оборудованию уже около ста лет, принципиальная схема не изменилась. И внешне, с момента постановки на обогрев частных жилых домов, осталось прежним. Только некоторые производители внесли незначительные изменения в компоновку деталей.

Характеристики одно- и двухфазного котла

Внешне – это цилиндр размерами 30-50 мм в диаметре с утолщением у основания, в котором располагается коммутационный блок. Немного выше него вварен патрубок на ½ или ¾ дюйма, для ввода в аппарат теплоносителя – контурная «обратка». Сверху основного цилиндра впаян патрубок входа в тепловой контур, иногда он сбоку, рядом с «обраткой».

Внутри цилиндрического корпуса, не соприкасаясь с его стенками, расположен электрод. Он один, если прибор работает от электросети напряжением 220 В, или три, если это промышленный образец, которому требуется трехфазное подключение 380 В. Эти отличия указывают на разную мощность. Эффективность зависит от количества потребляемой энергии. Прибор с трёхфазным подключением отапливает площадь около 1000 квадратных метров.

Электроды закреплены в нижней утолщенной части корпуса (коммутирующем блоке), он разборный, с надежной электрической изоляцией от пробоев током. Обычно – это полиамид.

Схема устройства

Общие размеры котла в зависимости от мощности несколько отличаются, но составляют около 30 см в длину и 4 см в ширину, массой 15 кг, мощность варьируется от 2 до 50 кВт. Энергопотребление однофазных не превышает 6 кВт, трехфазных 50 кВт. Рабочая температура 75 °С – при ней прибор функционирует эффективно.

Каждая установка дополнительно оснащена электромеханическим управлением — эти блоки отличаются, как по размерам, так и по функциям.

Электромеханические блоки нужны для управления электродным котлом. Также установлены термические датчики: на входе и выходе контура. Они обрабатывают снимаемые показатели, высчитывают разницу температур и управляют питанием прибора (вкл., выкл.). Кроме основных опций, у дорогих вариаций есть более «навороченные» функции, например, определение величин гистерезиса и т.п.

Простая конструкция своими руками

Из общего описания котла понятно, что его механическая составляющая элементарна и не так сложна, большее замешательство, связано с электромеханическим управлением. Но все по порядку.

Чтобы собрать этот чудо-прибор понадобятся инструменты и материалы:

• отрезок трубы 1½-2 дюйма, длиной 30-50 см.;
• два небольших ½ дюймовых отрезка трубы для патрубков;
• медные провода сечением не менее 3 мм²;
• электрод (стальной стержень) диаметром 1-1,5 см.;
• металлический тройник;
• муфта;
• сварочный аппарат, если элементы будут привариваться;
• метчик и лерка для нарезания резьбы;
• резиновые прокладки, фум лента.

Из трубы своими руками

Приступая к работе повторите три простых требования к сооружаемой самодельной системе:

1. Фаза на электрод, ноль – на корпус.
2. Без заземления включать установку запрещено.
3. Подключать только через автомат (около 40 А), поскольку по мере нагревания сила тока увеличивается.

Порядок сборки котла следующий:

• подготовленный ранее отрезок трубы длинной 30-50 см будет служить корпусом;
• корпус не должен содержать дефектов, сколов, края следует тщательно зачистить;
• с одного края корпуса помещается электрод, с другого – муфта для подключения к тепловому контуру.

Для установки электродного стержня нужен стальной тройник, через него подключается обратка.

• Электрод подсоединяется через прокладку, которая изолирует от электричества и герметизирует корпус котла.

Для изолирующего слоя используют пластик высокого качества с термоустойчивым свойством.

• К трубе-корпусу, сварочным аппаратом, приваривается два болта для крепления клемм заземления и нуля.

Можно приварить один болт. Он будет совмещать нулевой выход и заземление.

• Готовый ионный котёл нужно покрасить, для сохранения металла от коррозии и для уменьшения риска пробоя током.

После сборки и покраски котла, можно приступить к его врезке в систему.

Особенности монтажа

Для монтажа энергосберегающего котла необходимо установить предохранительный клапан, манометр и автоматический воздухоотвод. Горизонтальное положение оборудования недопустимо, устанавливать только вертикально, без смещений.

Врезка в тепловой контур производится так, чтобы нулевая клемма была снизу. Провода, подключаемые к котлу должны быть сечением не менее 4 мм². Подключать только через автоматы, по всем правилам ПУЭ.

Для установки в новую магистраль, обрабатывают ингибиторами только бывший в эксплуатации котёл. Следуйте рекомендациям по использованию чистящих средств. Игнорирование этого пункта повлечёт появление трудностей при установке омических показателей жидкости в системе.

Для отопления важен выбор радиаторов. Чугунные образцы не допустимы, поскольку они склонны к повышенному образованию накипи и другим загрязнениям. Радиаторные батареи лучше подбирать небольшие, из легких материалов (алюминий), с таким расчетом, чтобы 1 кВт энергии приходился на 8 литров.

Параллельное подключение – усиление мощности

При выборе батарей предпочтительно остановиться на алюминиевых конструкциях первичного типа, поскольку в них значительно меньше примесей – это будет снижать общее сопротивление.

Производители и средняя стоимость

На рынке большое разнообразие электрических котлов. Их них популярны отопительные приборы, изготовленные фирмами:

• ЗАО «Галан» – Россия;
• ООО «Stafor_eko» – Латвия;
• ООО «ЭОУ» – Украина.

Котлы и сопутствующее оборудование (электромеханика) к ним, продаются отдельно. Цена бытовых изделий для электросетей 220 В, мощностью от 2 до 6 Вт определяется суммой около 4-6 тыс. рублей. Автоматика же стоит примерно столько же – 6-7 тыс рублей.

При покупке обратите внимание на гарантийный и сервисный срок. Обычно он не превышает 3 года, исходя из этого, можно быть уверенным, что котел прослужит никак не меньше этого времени. Однако, если проводить техническое обслуживание оборудования, и один раз в два года менять электроды и прокладки, можно увеличить срок службы до 10-12 лет.

Небольшое заключение

Ионные котлы удобны и практичны. Их малый вес, значительная мощность и доступная цена – главные преимущества. Даже, если требуется обогрев большей площади или тепловая магистраль сильно разветвлена, можно установить несколько котлов для каждого ответвления.