Ioonsete katelde ülevaade – soojendame vett elektrivooluga

Selles artiklis: elektroodikatel – kaitseettevõtete vaimusünnitus; kuidas ioonkatel töötab; kas on võimalik vett soojendada ilma soojusallikana; madalam oomiline vastupidavus – lisage vette soola; ioonkatelde plussid ja miinused; elektroodikatelde seade; kuidas elektroodikatel õigesti paigaldada; milliseid kütteseadmeid saab ioonkatlaga vooluringis kasutada ja milliseid mitte; tootjad ja hinnad; lõpus – ioonkatelde paigaldamise nüansid.

Mitu viisi maja elektriga kütmiseks teate? Kõige sagedamini tuleb meelde veesoojendiga katel – millel on kõrge takistus, soojeneb sellise küttekeha sees olev nikroomniit, kandes soojuse torutäidisele, seejärel metallkestale ja lõpuks ka veele. Miks mitte lihtsustada ülesannet ja mitte jahutada jahutusvedelikku ilma vahendajat läbimata, sest saate seda teha kahe raseerimistera primitiivsete elektroodide abil, ühendades nendega juhtmeid ja ühendades need toiteallikaga? Sellest loogikast lähtudes lähtusid NSV Liidu mereväe vajadustele algselt välja töötatud ioon (elektrood) katelde esimeste mudelite loojad.

Ioon (elektrood) katla ajalugu ja tööpõhimõte

Seda tüüpi küttekatlad lõid eelmise sajandi keskel kaitsekompleksi ettevõtted NSVL-i allveelaevastiku vajadusteks, eriti diiselmootoritega allveelaevade sektsioonide kütmiseks. Elektroodikatel vastas täielikult allveelaevade tellimise tingimustele – see oli tavapäraste küttekatelde jaoks äärmiselt väikeste mõõtmetega, ei vajanud väljalaskekatet, ei tekitanud töö ajal müra, soojendas tõhusalt jahutusvedelikku, mis oli tavalise merevee jaoks kõige sobivam.

90-ndateks aastateks vähenes kaitsetööstuse tellimuste maht järsult, koos sellega vähendati mereväe vajadusi ioonkatelde jaoks nullini. Elektroodikatelde esimese “tsiviil” versiooni lõid insenerid A.P. Ilyin ja D.N. Kunkov, kes sai oma leiutisele vastava patendi 1995. aastal.

Ioonkatla tööpõhimõte põhineb anoodi ja katoodi vahelise ruumi hõivava jahutusvedeliku otsesel interaktsioonil elektrivooluga. Elektrivoolu läbimine jahutusvedeliku kaudu põhjustab positiivsete ja negatiivsete ioonide kaootilist liikumist: esimesed liiguvad negatiivselt laetud elektroodi suunas; teine ​​- positiivselt laetud. Ioonide pidev liikumine keskkonnas, mis sellele liikumisele vastu peab, põhjustab jahutusvedeliku kiire kuumutamise, mida eriti soodustab rollide muutus elektroodidel – iga sekundiga muutub nende polaarsus 50 korda, s.o. kõik elektroodid on ühe sekundi jooksul anood 25 korda ja katood 25 korda, kuna need on ühendatud 50 Hz vahelduvvooluallikaga. Tuleb märkida, et just selline sagedane elektrienergia laengute vahetamine ei lase vedel hapnikuks ja vesinikuks laguneda – elektrolüüsiks on vaja pidevat elektrivoolu. Temperatuuri tõustes katlas tõuseb rõhk, põhjustades jahutusvedeliku ringluse küttekontuuri kaudu.

Seega ei osale ioonkatla paaki paigaldatud elektroodid vee kuumutamisel otseselt ega kuumene ise – positiivselt ja negatiivselt laetud ioonid, mis jagunevad veemolekulidest elektrivoolu mõjul, vastutavad veetemperatuuri tõusu eest..

Ioonkatla efektiivse töö oluline tingimus on vee oomilise takistuse olemasolu temperatuuril 15 ° C mitte üle 3000 oomi, mille jaoks see jahutusvedelik peab sisaldama teatud koguses soolasid – algselt loodi elektroodi katlad merevee all. See tähendab, et kui valada destilleeritud vett küttesüsteemi ja proovida seda ioonkatlaga kuumutada, siis kuumutamist ei toimu, kuna sellises vees pole soolasid, mis tähendab, et elektroodide vahel ei ole elektriskeemi.

Ioon (elektrood) katelde omadused

Omades elektrikatladele iseloomulikke positiivseid omadusi, on ka seda tüüpi kateldel mitmeid oma omadusi. Panen tähele kõiki eeliseid:

• kõrge kasutegur, peaaegu 100% (siiski on iga elektrikerise efektiivsus vähemalt 96%);
• eriti väikeste mõõtmetega, suure võimsusega, võrreldes kõigi teiste kateldega;
• korstnat pole vaja;
• võimeline iseseisvalt tõstma rõhku küttekontuuris;
• erinevalt kütteelementidega katlatest ei ole katlapaagis oleva jahutusvedeliku ebapiisava taseme korral õnnetuseoht – jahutusvedeliku puudumine viib katla töö ainult lõpetamiseni, kuna elektroodide vahel ei toimu elektriskeemi;
• äärmiselt madal inertsus võimaldab teil automatiseerimise abil tõhusalt reguleerida temperatuurirežiime katla töö ajal, mille tulemusel saavutatakse küttesüsteemi kõige vähem energiat kulutav töö – temperatuur soojendusega ruumides jääb alati automaatkontrollerile seatud tasemele;
• pingelangused elektrivõrgus ei kahjusta ioonkatlat – muutub ainult selle võimsus, töö ei lõpe;
• paigaldamine täiendava soojusenergiaallikana, mitme ioonkatla paigaldamine samal ajal on lubatud;
• keskkonnamõju puudub absoluutselt.

Elektroodikatelde miinused:

• tarbib ainult vahelduvat voolu, toimub vee alalisvoolu elektrolüüs;
• kõrged nõuded jahutusvedeliku elektrolüütilistele omadustele; nende muutumisel väheneb järsult töö kvaliteet (soojuse tootmine). Vajalik on kontroll jahutusvedeliku elektrijuhtivuse üle;
• nõuab kohustuslikku maandamist (siiski nagu iga kütteseade koos veesoojendiga). Samal ajal on elektrilöögi oht isolatsiooni purunemise korral suurem kui kütteelementide puhul;
• jahutusvedeliku kuumutamistemperatuur ei tohiks ületada 75 ° C, vastasel juhul suureneb katla energiatarve tõsiselt;
• skaala moodustumine elektroodidel vähendab katla võimsust, kuna see hoiab ära jahutusvedeliku ionisatsiooni;
• kõrged nõuded kütteseadmete kvaliteedinäitajatele;
• vajadus varustada küttesüsteem tsirkulatsioonipumbaga;
• vahelduvpingest põhjustatud elektroodide kulumine, mis nõuab perioodilist väljavahetamist;
• jahutusvedeliku elektrolüüti sisaldava kliimaseadmega küttekontuuris kiireneb korrosiooniprotsess mitu korda;
• üheahelalises süsteemis on kuumutatud vee kasutamine olmevajaduste jaoks vastuvõetamatu;
• töö tellimine nõuab spetsialistide kaasamist – on peaaegu võimatu iseseisvalt alandada vee oomilist vastupidavust, suurendades selle juhtivust optimaalsele tasemele;
• jahutusvedeliku elektrijuhtivus töö ajal muutub, on vaja seda juhtida ning seetõttu omada asjakohaseid teadmisi ja seadmeid.

Elektroodikatel seade ja paigaldus

Sellel on üsna lihtne disain, milles erilist tähelepanu pööratakse kaitsele lekke eest: korpusena tõmmatakse tahke tõmmatud terastoru, mille peal on kaetud polüamiidi elektriisolatsioonikiht; jahutusvedeliku sisse- ja väljalasketorud; klemmid korpuse ja maapinna toiteks; spetsiaalne sulami elektrood (kolmefaasilised katlad on varustatud kolme elektroodiga), isoleeritud polüamiidmutritega; täiendav isolatsioon koos ühendusdetailide kummitihenditega.

Väliselt on majapidamises kasutatav ioonkatel silindrikujuline, selle läbimõõt ei ületa tavaliselt 320 mm, pikkus – 600 mm ja kaal – 12 kg. Väikseim võimsus – 2 kW (ruumi soojendamiseks umbes 80 m³), maksimaalne – 50 kW (ruumi soojendus umbes 1600 m³). Ühefaasilised katlad on võimsusega 2 kuni 6 kW, kolmefaasilised katlad 9 kuni 50 kW. Katla energiatarve jõuab nominaalsele tasemele (tootja deklareeritud võimsus kilovattides), kui temperatuur selle sees ulatub 75 ° C – madalamatel temperatuuridel on energiatarve väiksem, kuna külmemas jahutusvedelikus on voolujuhtivus madalam. Tuleb märkida, et ioonkatelde jaoks on optimaalne temperatuur 75 ° C, kuna kõrgema temperatuuri väljaarendamisel ületab katelde energiatarve andmelehel näidatu..

Elektroodikatel on kaasas automaatjuhtimissüsteem (kontroller), mis sisaldab elektroonilist termostaati, automaatset kaitset voolutugevuse eest võrgus ja käivitusseadet. Mõned kontrollerimudelid võimaldavad gsm-kanalite kaudu nii otsest juhtimist kui ka kaugjuhtimist. Ioonküttekatelde tootjate deklareeritud energiasäästu annab just kontroller – erinevalt vee soojendamisest kütteelementide abil võimaldab elektroodide soojendamine jahutusvedeliku temperatuuri lühema aja jooksul muuta, kuna on madala inertsusega.

Jahutusvedeliku loodusliku ringlusega avatud küttesüsteemis liigub viimane ioonkatlas soojuspaisumise ja rõhu tõttu torusid ülespoole, siseneb radiaatoritesse ja jahutab, naaseb seejärel tagasivoolutoru kaudu katlasse, kus see soojeneb ja kordab tsüklit uuesti. Suletud küttesüsteem on lisaks varustatud paisupaagi-paisutuspumba ja tsirkulatsioonipumbaga, mis on vajalik jahutusvedeliku kuumutamise algfaasis.

Elektroodikatelde paigaldamisel on kohustuslik nõue varustada küttekontuur selle kõrgeimas punktis turvarühmaga – automaatne õhuava, manomeeter, plahvatusohtlik (tagasi-turva) ventiil. Avatud süsteemides tuleks juhtimis- või sulgeventiilid paigaldada alles pärast paisupaaki, s.t. katla väljalaskeava ja paisupaagi vaheline torusektsioon ei tohi sisaldada sulgeventiile! Suletud tüüpi süsteemides paigaldatakse sulgeventiilid torujuhtme lõigule pärast paisupaaki ja enne katla sisenemist. Kui aga kohe pärast katla juurest lahkumist paigaldatakse turvarühm, saab sulgeventiilid paigaldada enne expansomatit – sel juhul tuleb paisupaak paigaldada tagasivoolu sektsiooni.

Igasuguse mudeli ioonküttekatlad paigaldatakse küttesüsteemi rangelt vertikaalselt, oma kinnitusega seina külge. Katla jahutusvedeliku toitetorustiku esimesed 1200 mm torustikud on valmistatud metallist galvaniseerimata torust, siis on lubatud kasutada metall-plasttorusid.

Ioonkatla usaldusväärne maandamine on hädavajalik, kuna voolude lekke korral ei saa seda probleemi RCD abil lahendada. Maandatud vasktraadi ristlõige peab olema 4 kuni 6 mm, selle takistus ei tohi olla suurem kui 4 oomi – dirigent on ühendatud katla korpuse alumises osas asuva nullklemmiga. Maandus peab vastama PUE nõuetele.

Ideaalis on plaanis paigaldada elektroodikatel uude küttesüsteemi, mis on eelnevalt puhta veega pestud. Katla sisestamisel olemasolevasse vooluringisse tuleb seda põhjalikult loputada veega, millele on lisatud spetsiaalsed ained – nende loetelu ja proportsioonid on kirjeldatud katla tehnilisel andmelehel, iga tootja nõuab teatud inhibiitorite kasutamist. Kui see tingimus ei ole täidetud, segavad soolaladestused (skaala) jahutusvedeliku ohmise takistuse täpset reguleerimist..

Ioonkatlaga süsteemi kütteradiaatorite valimisel pöörake suurt tähelepanu nende jahutusvedeliku tarbimisele liitrites – peate välja selgitama, mitu liitrit üks radiaator tarbib, seejärel arvutage kogu nihe vajaliku radiaatorite arvu põhjal. Tuleb märkida, et eriti avarad kütteseadmed ei sobi, kuna Selline küttesüsteem tarbib rohkem kui 10 liitrit jahutusvedelikku ühe katla võimsuse kilovati kohta, mis sunnib seda töötama pidevalt, mis pole elektritarbimise seisukohast kasumlik. Ideaalis peaks küttesüsteemi kogumaht olema umbes 8 liitrit võimsuse kilovatti kohta..

Vastavalt valmistamismaterjalile on elektroodikatelde küttesüsteemide jaoks kõige sobivamad bimetall- ja alumiiniumradiaatorid. Alumiiniumkütteseadmete valimisel on oluliseks kriteeriumiks alumiiniumi päritolu – kas see on primaarne (s.t saadud looduslikest materjalidest – boksiit, aluniit, nefeliin jne) või sekundaarne, ümbertöödeldud materjalidest ümbersulatatud. Probleem on selles, et odavamad sekundaarsed alumiiniumradiaatorid on valmistatud sulamist, milles on palju lisandeid, mis suurendavad jahutusvedeliku ohmist vastupidavust..

Avatud küttesüsteemides on korrektne paigaldada alumiiniumist valmistatud kütteseadmeid korrosiooni vähendava sisemise polümeerkattega, suletud süsteemides selliseid radiaatoreid pole vaja – korrosiooniprotsessid aktiveeritakse, kui jahutusvedeliku mahus on õhku, s.t. selle soola sisaldus ei põhjusta korrosiooni.

Kõige vähem sobivad malmist radiaatorid küttesüsteemide jaoks, mille puhul jahutatakse jahutusvedelikku elektroodikatel, kuna need on seest tugevalt saastunud ja mustuseosakesed mõjutavad voolu juhtivust. Lisaks tarbivad malmist radiaatorid märkimisväärses koguses jahutusvedelikku, mis võib ületada selle ioonkatla mudeli paigaldatud võimsust – vaja läheb selle võimsamaid mudeleid. Elektroodikatelde tootjad lubavad malmist radiaatorit kasutada järgmistel tingimustel: neid toodetakse vastavalt Euroopa standardile (st Türgis või Tšehhoslovakkias); tagasivooluliinil enne katlasse sisenemist on torujuhtmesse paigaldatud muda kogumismahutid (mudapüüdjad) ja jämedad filtrid.

Ioonkatel – hinnad ja tootjad

Venemaal ja SRÜ riikides on esindatud järgmiste tootjate elektroodikatelde – Venemaa CJSC “Firm” Galan “(samanimeline kaubamärk), Läti LLC” Stafor EKO “(sama nimi) ja Ukraina SPD-FO Goncharenko O.A. (kaubamärk “EOU” (energiasäästlik kütteseade)).

Elektroodikatelde maksumus sõltub selle võimsusest – 2 kW võimsusega boiler maksab ostjale keskmiselt 3000 rubla. Tuleb meeles pidada, et vajaliku automatiseerimise komplekti müüakse reeglina eraldi – selle maksumus on umbes 6500 rubla, s.t. kaks korda kallim kui boiler ise.

Elektroodikatelde garantiiperiood ulatub tootjast sõltuvalt ühest aastast kahe aastani. Selliste katelde keskmine kasutusiga on umbes 10 aastat, eeldusel, et jahutusvedeliku käitamisnõudeid järgitakse ja elektroode õigeaegselt vahetatakse (umbes iga 2–4 ​​aasta järel)..

Lõpus

Küttesüsteemi loomisel, mis põhineb jahutusvedeliku kuumutamisel elektroodikatel, tuleb järgida järgmisi nüansse:

• katla elektritarbimine on oluliselt suurem, kui see paigaldatakse varem kasutatud küttekontuuri. Ioonkatel on parem paigaldada spetsiaalselt selle jaoks loodud vooluringisse;
• antifriisi kasutamisel jahutusvedelikuna tuleks erilist tähelepanu pöörata eemaldatavatele ühendustele, kuna selle voolavus on suurem kui veel;
• kõik torud, mis moodustavad küttekontuuri, tuleks mähkida soojusisolatsiooni kihiga – see meede hõlbustab katla ülesannet optimaalse töörežiimi saavutamiseks;
• kui kütteradiaatorite rühmad asuvad hoone erinevatel tasanditel (põrandatel), siis on tõhusam, ehkki majanduslikult vähem kasumlik, paigaldada iga rühma jaoks vajaliku võimsusega sõltumatud ioonkatlad.

Ioonilised (elektroodiga) katlad ei sobi selliste küttesüsteemide jaoks nagu “sooja põranda” või “sooja sokli” jaoks, kuna neis ringleva jahutusvedeliku temperatuur ei tohiks ületada 45 ° C – katel ei suuda saavutada vajalikku töötemperatuuri.