Überprüfung der Ionenkessel – wir erhitzen Wasser mit elektrischem Strom

In diesem Artikel: ein Elektrodenkessel – die Idee von Verteidigungsunternehmen; wie ein Ionenkessel funktioniert; ist es möglich, Wasser ohne Wärmequelle zu erhitzen; niedrigerer ohmscher Widerstand – Salz zu Wasser geben; Vor- und Nachteile von Ionenkesseln; Elektrodenkesselvorrichtung; wie man den Elektrodenkessel richtig installiert; Welche Heizgeräte können in einem Kreislauf mit einem Ionenkessel verwendet werden und welche nicht? Hersteller und Preise; am Ende – die Nuancen der Installation von Ionenkesseln.

Wie viele Möglichkeiten, Ihr Haus mit Strom zu heizen, kennen Sie? Am häufigsten kommt ein Kessel mit einem Warmwasserbereiter in den Sinn – mit einem hohen Widerstand erwärmt sich das Nichrom-Gewinde in einem solchen Heizgerät und überträgt Wärme auf den Rohrfüller, dann auf die Metallhülle und schließlich auf Wasser. Warum nicht die Aufgabe vereinfachen und das Kühlmittel nicht ohne Zwischenhändler erwärmen, denn Sie können dazu primitive Elektroden von zwei Rasierklingen verwenden, Drähte an diese anschließen und sie an die Stromversorgung anschließen? Aus dieser Logik gingen die Entwickler der ersten Modelle von Ionen- (Elektroden-) Kesseln hervor, die ursprünglich für die Bedürfnisse der Marine der UdSSR entwickelt wurden.

Die Geschichte und das Funktionsprinzip des Ionen- (Elektroden-) Kessels

Diese Art von Heizkesseln wurde Mitte des letzten Jahrhunderts von Unternehmen des Verteidigungskomplexes für die Bedürfnisse der U-Boot-Flotte der UdSSR entwickelt, insbesondere für die Beheizung der Abteile von U-Booten mit Dieselmotoren. Der Elektrodenkessel erfüllte die Bedingungen für die Bestellung von U-Booten vollständig – er hatte extrem kleine Abmessungen für herkömmliche Heizkessel, benötigte keine Abzugshaube, verursachte während des Betriebs keine Geräusche und erwärmte effektiv das Kühlmittel, das für gewöhnliches Meerwasser am besten geeignet war.

In den 90er Jahren war das Volumen der Aufträge für die Verteidigungsindustrie stark zurückgegangen, und gleichzeitig wurde der Bedarf der Marine an Ionenkesseln auf Null gesenkt. Die erste „zivile“ Version des Elektrodenkessels wurde von den Ingenieuren A.P. Ilyin und D.N. Kunkov, der 1995 das entsprechende Patent für seine Erfindung erhielt.

Das Funktionsprinzip des Ionenkessels basiert auf der direkten Wechselwirkung des Kühlmittels, das den Raum zwischen Anode und Kathode einnimmt, mit elektrischem Strom. Der Durchgang eines elektrischen Stroms durch das Kühlmittel verursacht eine chaotische Bewegung von positiven und negativen Ionen: Die ersteren bewegen sich in Richtung einer negativ geladenen Elektrode; der zweite – zum positiv geladenen. Die konstante Bewegung von Ionen in einem Medium, das dieser Bewegung widersteht, bewirkt eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels, was insbesondere durch den Rollenwechsel an den Elektroden erleichtert wird – jede Sekunde ändert sich ihre Polarität 50-mal, d. H. Jede der Elektroden innerhalb einer Sekunde ist 25-mal die Anode und 25-mal die Kathode, da sie an eine 50-Hz-Wechselstromquelle angeschlossen sind. Es ist zu beachten, dass gerade eine so häufige Ladungsänderung an den Elektroden nicht zulässt, dass sich Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zersetzt – für die Elektrolyse ist ein konstanter elektrischer Strom erforderlich. Wenn die Temperatur im Kessel steigt, steigt der Druck und bewirkt die Zirkulation des Kühlmittels entlang des Heizkreislaufs.

Somit sind die im Tank des Ionenkessels installierten Elektroden nicht direkt an der Erwärmung des Wassers beteiligt und erwärmen sich nicht selbst – positiv und negativ geladene Ionen, die unter dem Einfluss des elektrischen Stroms von Wassermolekülen gespalten werden, sind für den Anstieg der Wassertemperatur verantwortlich.

Eine wichtige Voraussetzung für den effektiven Betrieb eines Ionenkessels ist das Vorhandensein eines ohmschen Wasserwiderstands von nicht mehr als 3000 Ohm bei 15 ° C, für den dieses Kühlmittel eine bestimmte Menge Salz enthalten muss – zunächst wurden Elektrodenkessel unter Meerwasser hergestellt. Das heißt, wenn Sie destilliertes Wasser in das Heizsystem gießen und versuchen, es mit einem Ionenkessel zu erwärmen, erfolgt keine Erwärmung, da sich in diesem Wasser keine Salze befinden, was bedeutet, dass zwischen den Elektroden kein Stromkreis vorhanden ist.

Eigenschaften von Ionen- (Elektroden-) Kesseln

Dieser Kesseltyp besitzt die positiven Eigenschaften von Elektrokesseln und hat auch eine Reihe eigener Eigenschaften. Ich werde alle Vorteile bemerken:

• hoher Wirkungsgrad nahe 100% (jede elektrische Heizung hat jedoch einen Wirkungsgrad von mindestens 96%);
• extrem kleine Abmessungen mit hoher Leistung im Vergleich zu anderen Kesseln;
• kein Schornstein erforderlich;
• in der Lage, den Druck im Heizkreis unabhängig zu erhöhen;
• Im Gegensatz zu Kesseln mit Heizelementen besteht bei einem unzureichenden Kühlmittelstand im Kesseltank keine Unfallgefahr. Ein Mangel an Kühlmittel führt nur zur Beendigung des Kesselbetriebs, da zwischen den Elektroden kein Stromkreis besteht.
• Dank der extrem geringen Trägheit können Sie die Temperaturbedingungen während des Kesselbetriebs mithilfe der Automatisierung effektiv steuern. Dadurch wird der am wenigsten energieaufwendige Betrieb des Heizungssystems erreicht. Die Temperatur in den beheizten Räumen liegt immer auf dem Niveau, das für die automatische Steuerung eingestellt ist.
• Spannungsabfälle im Stromnetz schaden dem Ionenkessel nicht – nur seine Leistung ändert sich, die Arbeit hört nicht auf;
• Installation als zusätzliche Wärmeenergiequelle, Installation mehrerer Ionenkessel gleichzeitig zulässig;
• Es gibt absolut keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt.

Nachteile des Elektrodenkessels:

• verbraucht nur Wechselstrom, wobei eine Gleichstromelektrolyse von Wasser auftritt;
• Hohe Anforderungen an die elektrolytischen Eigenschaften des Kühlmittels, wenn sie sich ändern, nimmt die Arbeitsqualität (Wärmeerzeugung) stark ab. Es ist notwendig, die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels zu steuern;
• erfordert eine obligatorische Erdung (jedoch wie jedes Heizgerät mit Warmwasserbereiter). Gleichzeitig ist das Risiko eines Stromschlags bei einem Isolationsausfall höher als bei Heizelementen.
• Die Heiztemperatur des Kühlmittels sollte 75 ° C nicht überschreiten, da sonst der Energieverbrauch des Kessels stark ansteigt.
• Die Bildung von Zunder auf den Elektroden verringert die Leistung des Kessels, da sie die Ionisierung des Kühlmittels verhindert.
• hohe Anforderungen an die Qualitätsmerkmale von Heizgeräten;
• die Notwendigkeit, das Heizsystem mit einer Umwälzpumpe auszustatten;
• Verschleiß der Elektroden durch Wechselspannung, der regelmäßig ausgetauscht werden muss;
• In einem klimatisierten Heizkreis, der einen Kühlmittelelektrolyten enthält, werden Korrosionsprozesse um ein Vielfaches beschleunigt.
• In einem Einkreislaufsystem ist die Verwendung von erwärmtem Wasser für den häuslichen Bedarf nicht akzeptabel.
• Inbetriebnahmearbeiten erfordern die Einbeziehung von Spezialisten – es ist praktisch unmöglich, den ohmschen Widerstand von Wasser unabhängig voneinander zu senken, indem seine Leitfähigkeit auf das optimale Niveau erhöht wird.
• Wenn sich die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels während des Betriebs ändert, muss es gesteuert werden und daher über die entsprechenden Kenntnisse und Geräte verfügen.

Gerät und Installation eines Elektrodenkessels

Es hat ein recht einfaches Design, bei dem dem Schutz vor elektrischen Leckagen besondere Aufmerksamkeit geschenkt wird: Ein massiv gezogenes Stahlrohr als Körper ist darüber mit einer elektrischen Isolierschicht aus Polyamid bedeckt; Kühlmitteleinlass- und -auslassrohre; Klemmen für die Stromversorgung des Gehäuses und der Masse; eine spezielle Legierungselektrode (Dreiphasenkessel sind mit drei Elektroden ausgestattet), die mit Polyamidmuttern isoliert ist; zusätzliche Isolierung mit Gummidichtungen an den Anschlüssen.

Äußerlich hat ein Haushaltsionenkessel eine zylindrische Form, sein Durchmesser überschreitet normalerweise nicht 320 mm, seine Länge 600 mm und sein Gewicht 12 kg. Die kleinste Leistung – 2 kW (für Raumheizung ca. 80 m³), maximal – 50 kW (Raumheizung ca. 1600 m³). Einphasenkessel haben eine Leistung von 2 bis 6 kW, dreiphasig – von 9 bis 50 kW. Der Energieverbrauch des Kessels erreicht das Nennniveau (die vom Hersteller in Kilowatt angegebene Leistung), wenn die Innentemperatur 75 ° C erreicht – bei niedrigeren Temperaturen ist der Energieverbrauch niedriger, da die Stromleitfähigkeit in einem kälteren Kühlmittel geringer ist. Es ist zu beachten, dass die Temperatur von 75 ° C für Ionenkessel optimal ist, da mit der Entwicklung einer höheren Temperatur der Energieverbrauch der Kessel den im Datenblatt angegebenen übersteigt..

Der Elektrodenkessel enthält ein automatisches Steuersystem (Regler), das einen elektronischen Thermostat, einen automatischen Schutz gegen Spannungsspitzen im Netz und eine Startereinheit umfasst. Einige Steuerungsmodelle ermöglichen sowohl die direkte Steuerung als auch die Fernsteuerung über GSM-Kanäle. Es ist der Regler, der die von den Herstellern von Ionenkesseln angegebenen Stromeinsparungen liefert – im Gegensatz zum Erhitzen von Wasser mit Hilfe von Heizelementen können Sie mit der Elektrodenerwärmung die Temperatur des Kühlmittels in kürzerer Zeit ändern, weil hat geringe Trägheit.

In einem offenen Heizsystem mit natürlicher Zirkulation des Kühlmittels bewegt dieses die Rohre aufgrund der Wärmeausdehnung und des Drucks im Ionenkessel nach oben, tritt in die Heizkörper ein und kühlt ab, kehrt dann durch das Rücklaufrohr zum Kessel zurück, wo es sich erwärmt und den Zyklus erneut wiederholt. Das geschlossene Heizsystem ist zusätzlich mit einem Ausdehnungsgefäß-Expansomat und einer Umwälzpumpe ausgestattet, die in der Anfangsphase des Erhitzens des Kühlmittels benötigt wird.

Bei der Installation eines Elektrodenkessels muss der Heizkreis an seinem höchsten Punkt unbedingt mit einer Sicherheitsgruppe ausgestattet werden – einer automatischen Entlüftung, einem Manometer und einem Störventil (Rückensicherheitsventil). In offenen Systemen sollten Steuer- oder Absperrventile erst nach dem Ausgleichsbehälter installiert werden, d. H. Der Rohrabschnitt zwischen Kesselausgang und bis zum Ausgleichsbehälter darf keine Absperrventile enthalten! In geschlossenen Systemen werden Absperrventile an einem Abschnitt der Rohrleitung nach dem Ausdehnungsgefäß und vor dem Eintritt in den Kessel installiert. Wenn jedoch unmittelbar nach dem Verlassen des Kessels eine Sicherheitsgruppe installiert wird, können die Absperrventile vor dem Expansomat installiert werden – in diesem Fall muss der Ausgleichsbehälter im Rücklauf installiert werden.

Ionenkessel aller Modelle werden streng vertikal und mit eigener Befestigung an der Wand in das Heizsystem eingebaut. Die ersten 1200 mm Rohrleitungen an der Kühlmittelzufuhr zum Kessel bestehen aus einem nicht verzinkten Metallrohr, dann ist die Verwendung von Metall-Kunststoff-Rohren zulässig.

Eine zuverlässige Erdung des Ionenkessels ist unabdingbar, da dieses Problem bei einem Stromverlust nicht mit einem FI-Schutzschalter gelöst werden kann. Der Erdungskupferdraht muss einen Querschnitt von 4 bis 6 mm haben, sein Widerstand darf nicht mehr als 4 Ohm betragen – der Leiter ist an die Nullklemme im unteren Teil des Kesselkörpers angeschlossen. Die Erdung muss den Anforderungen des PUE entsprechen.

Idealerweise ist geplant, einen Elektrodenkessel in ein neues Heizsystem einzubauen, das mit sauberem Wasser vorgewaschen ist. Beim Einsetzen eines Kessels in einen vorhandenen Kreislauf muss dieser gründlich mit Wasser gespült und mit speziellen Mitteln versetzt werden. Die Liste und die Proportionen sind im technischen Pass für den Kessel beschrieben. Jeder Hersteller besteht auf der Verwendung bestimmter Inhibitoren. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, beeinträchtigen Salzablagerungen (Ablagerungen) die Feineinstellung des ohmschen Widerstands des Kühlmittels..

Achten Sie bei der Auswahl von Heizkörpern für ein System mit einem Ionenkessel genau auf den Kühlmittelverbrauch in Litern. Sie müssen herausfinden, wie viele Liter ein Heizkörper verbraucht, und dann die Gesamtverdrängung anhand der erforderlichen Anzahl von Heizkörpern berechnen. Es ist zu beachten, dass besonders geräumige Heizgeräte nicht geeignet sind, weil Ein solches Heizsystem verbraucht mehr als 10 Liter Kühlmittel pro Kilowatt der installierten Kesselkapazität, wodurch es gezwungen wird, ohne Unterbrechung zu arbeiten, und dies ist unter dem Gesichtspunkt des Stromverbrauchs nicht rentabel. Idealerweise sollte die Gesamtverdrängung des Heizungssystems etwa 8 Liter pro Kilowatt Leistung betragen..

Bimetall- und Aluminiumheizkörper eignen sich je nach Herstellungsmaterial am besten für Heizsysteme mit Elektrodenkessel. Bei der Auswahl von Aluminiumheizgeräten ist ein wichtiges Kriterium die Herkunft von Aluminium – ob es primär (d. H. Aus natürlichen Materialien gewonnen – Bauxit, Alunit, Nephelin usw.) oder sekundär, aus recycelten Materialien umgeschmolzen ist. Das Problem ist, dass billigere Heizkörper aus Sekundäraluminium aus einer Legierung mit einem hohen Gehalt an Verunreinigungen bestehen, die den ohmschen Widerstand des Kühlmittels erhöhen..

In offenen Heizsystemen wäre es richtig, Heizvorrichtungen aus Aluminium mit einer internen Polymerbeschichtung zu installieren, die die Korrosion verringert. In geschlossenen Systemen werden solche Heizkörper nicht benötigt. Korrosionsprozesse werden aktiviert, wenn sich Luft im Volumen des Kühlmittels befindet, d. H. Sein Salzgehalt verursacht keine Korrosion.

Gusseisenheizkörper für Heizsysteme mit Erwärmung des Kühlmittels aus einem Elektrodenkessel sind am wenigsten geeignet, da sie von innen stark verunreinigt sind und Schmutzpartikel die Leitfähigkeit des Stroms beeinträchtigen. Darüber hinaus verbrauchen Gusseisenheizkörper eine erhebliche Menge an Kühlmittel, was die installierte Kapazität dieses Ionenkesselmodells übersteigen kann – es werden leistungsstärkere Modelle benötigt. Hersteller von Elektrodenkesseln erlauben die Verwendung von Gusseisenheizkörpern unter den folgenden Bedingungen: Sie werden gemäß der europäischen Norm hergestellt (d. H. In der Türkei oder in der Tschechoslowakei); Auf der Rücklaufleitung werden vor dem Eintritt in den Kessel Schlammsedimentationstanks (Schlammfänger) und Grobfilter in die Rohrleitung eingebaut.

Ionenkessel – Preise und Hersteller

Elektrodenkessel der folgenden Hersteller werden in Russland und den GUS-Ländern vorgestellt – der russischen CJSC „Firm“ Galan „(gleichnamige Marke), der lettischen LLC“ Stafor EKO „(gleichnamig) und der ukrainischen SPD-FO Goncharenko O.A. (Marke „EOU“ (energiesparende Heizungsanlage)).

Die Kosten eines Elektrodenkessels hängen von seiner Leistung ab – ein Kessel mit einer Leistung von 2 kW kostet den Käufer durchschnittlich 3000 Rubel. Es ist zu beachten, dass der Satz der erforderlichen Automatisierung in der Regel separat verkauft wird – seine Kosten betragen etwa 6500 Rubel, d. H. doppelt so teuer wie der Kessel selbst.

Die Garantiezeit für einen Elektrodenkessel beträgt je nach Hersteller ein Jahr bis zwei Jahre. Die durchschnittliche Lebensdauer solcher Kessel beträgt ca. 10 Jahre, sofern die betrieblichen Anforderungen für das Kühlmittel und den rechtzeitigen Austausch der Elektroden erfüllt sind (ca. alle 2-4 Jahre)..

Am Ende

Bei der Erstellung eines Heizsystems auf der Grundlage der Erwärmung des Kühlmittels aus einem Elektrodenkessel sind folgende Nuancen zu beachten:

• Der Stromverbrauch des Kessels ist erheblich höher, wenn er in einem zuvor verwendeten Heizkreis installiert wird. Es ist besser, den Ionenkessel in einem speziell dafür entwickelten Kreislauf zu installieren.
• Bei der Verwendung von Frostschutzmittel als Kühlmittel sollte besonderes Augenmerk auf abnehmbare Verbindungen gelegt werden, da die Fließfähigkeit höher ist als die von Wasser.
• Alle Rohre, die den Heizkreis bilden, sollten mit einer Wärmedämmschicht umwickelt werden. Diese Maßnahme erleichtert es dem Kessel, die optimale Betriebsart zu erreichen.
• Wenn sich die Gruppen von Heizkörpern auf verschiedenen Ebenen (Stockwerken) des Gebäudes befinden, ist es effizienter, wenn auch wirtschaftlich weniger rentabel, unabhängige Ionenkessel mit der erforderlichen Leistung für jede Gruppe zu installieren.

Ionenkessel (Elektrodenkessel) sind nicht für Heizsysteme wie „warmer Boden“ oder „warmer Sockel“ geeignet, da die Temperatur des darin zirkulierenden Kühlmittels 45 ° C nicht überschreiten sollte – der Kessel kann die erforderliche Betriebstemperatur nicht erreichen.

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