Тепловой насос Френетта своими руками: устройство, схемы, как сделать самому

Энтузиасты DIY всегда найдут применение своим сильным сторонам, терпению и ненужным материалам. Из практически бесплатных комплектующих с легкостью можно собрать крайне полезную в повседневной жизни вещь.

Например, они могут сделать эффективный тепловой насос Frenette своими руками, ничего не тратя. Но они пополнят запас знаний и умений, а это бесценно, не правда ли?

Предоставленная информация поможет вам понять принцип работы агрегата. С нашей помощью вы сможете определиться с дизайном и узнать, как сделана модель. Четкая инструкция по изготовлению этого типа теплового насоса окажет действенную помощь самостоятельным домашним мастерам.

Даем практические советы по выпуску продуктивных самоделок и советы по использованию такого оборудования.

Как устроено устройство

Тем, кто столкнулся с экономически жизнеспособными проблемами отопления, хорошо известно название «тепловой насос». Особенно в сочетании с такими терминами, как земля-вода, вода-вода или воздух-вода и т.п.

Такой тепловой насос практически не имеет ничего общего с устройством Френетта. Помимо названия и конечного результата в виде тепловой энергии, которая в конечном итоге используется для отопления.

Тепловые насосы, работающие по принципу Карно, очень популярны и как экономичный метод организации отопления, и как экологическая система.

Работа такого комплекса устройств связана с накоплением низкопотенциальной энергии, содержащейся в природных ресурсах (земля, вода, воздух), и преобразованием ее в высокопотенциальную тепловую энергию.

Изобретение Эжена Френетта оформлено и работает совершенно по-другому.

Галерея изображенийФотографии из Разработанную Э. Френеттом систему выработки тепла нельзя безоговорочно отнести к тепловым насосам. По конструктивным и технологическим особенностям данный отопительный агрегат не использует в своей работе гео- или солнечные источники энергии. Масло-теплоноситель внутри нагревается силой трения, создаваемой вращающимися металлическими дисками.Рабочим телом насоса является заполненный маслом цилиндр, внутри которого расположена ось вращения. Это стальной стержень с параллельными дисками, установленными на расстоянии примерно 6 см. Центробежная сила проталкивает нагретый хладагент в змеевик, подключенный к устройству. Нагретое масло выходит из устройства в верхней части соединения. Охлажденный теплоноситель возвращается снизу Внешний вид теплового насоса Frenette Обогрев прибора во время работы Основные конструктивные элементы Фактические размеры одной из моделей

Принцип работы этого устройства основан на использовании тепловой энергии, которая выделяется при трении. В основе конструкции лежат металлические поверхности, расположенные не близко друг к другу, а на определенном расстоянии. Пространство между ними заполнено жидкостью.

Части устройства вращаются друг относительно друга с помощью электродвигателя, жидкость внутри корпуса и при контакте с вращающимися элементами нагревается.

Полученное тепло можно использовать для нагрева теплоносителя. Некоторые источники рекомендуют использовать эту жидкость непосредственно для системы отопления. Чаще всего к самодельной помпе Френетта подключают обычный радиатор.

Специалисты настоятельно рекомендуют в качестве теплоносителя для системы отопления использовать масло, а не воду.

Во время работы насоса эта жидкость имеет тенденцию очень сильно нагреваться. Вода в таких условиях может просто закипеть. Горячий пар в замкнутом пространстве создает избыточное давление, что обычно приводит к разрыву трубок или корпуса. В такой ситуации гораздо безопаснее использовать масло, так как его температура кипения намного выше.

Для изготовления теплового насоса Frenette вам понадобится двигатель, радиатор, несколько труб, стальная дроссельная заслонка, стальные диски, металлический или пластиковый стержень, металлический цилиндр и набор ключей (+)

Бытует мнение, что КПД такого теплогенератора превышает 100%, а может быть даже 1000%. С точки зрения физики и математики это утверждение не совсем верно.

КПД отражает потери энергии, потраченные не на нагрев, а на фактическую работу устройства. Скорее феноменальные заявления о невероятно высокой эффективности насоса Frenette отражают его эффективность, которая действительно впечатляет. Затраты на электроэнергию для работы устройства незначительны, но количество тепла, получаемого в результате, очень заметно.

Нагрев теплоносителя до тех же температур с использованием нагревательного элемента для нагрева, например, потребует гораздо больше электроэнергии, возможно, в десятки раз больше. Домашняя плита с таким расходом электроэнергии даже не нагреется.

Почему не все жилые и производственные помещения оборудованы такими устройствами? Причины могут быть разными.

Во-первых, вода – более простой и удобный теплоноситель, чем масло. Он не нагревается до таких высоких температур, и устранить последствия утечки воды проще, чем очистить пролитое масло.

Во-вторых, на момент изобретения насоса Френетта система центрального отопления уже существовала и успешно работала. Разобрать его для замены на теплогенераторы было бы слишком дорого и доставило бы массу неудобств, поэтому никто даже всерьез не рассматривал этот вариант. Как говорится, лучшее – враг хорошего.

Рекомендации по использованию устройства

Стоит отметить, что до сих пор существуют варианты насоса Eugene Frenette, в которых в качестве теплоносителя используется вода. Но обычно это крупные промышленные модели, используемые на специализированных фирмах.

Работа таких устройств строго контролируется с помощью специальных устройств. Обеспечить такой уровень безопасности дома практически невозможно.

Общая схема промышленного теплогенератора, разработанная хабаровскими учеными: 1 – мощность; 2 – впускной патрубок; 3 – выходной патрубок; 4 – водонагреватель; 5 – подшипник вала. Вода используется как теплоноситель

Самый популярный вариант насоса Френетта, в котором в качестве теплоносителя используется вода, а не масло, – это устройство, разработанное учеными из Хабаровска: Натальей Ивановной Назыровой, Михаилом Павловичем Леоновым и Александром Васильевичем Сяргом. В этой грибовидной структуре вода доводится до кипения и превращается в пар.

Следовательно, реактивная сила пара используется для увеличения скорости движения теплоносителя по каналам насоса до 135 м / мин. В результате потребление энергии для перемещения хладагента минимально, а отдача в виде тепловой энергии очень высока.

Однако такой агрегат должен быть чрезвычайно прочным, и его работа должна постоянно контролироваться во избежание несчастных случаев.

Что делать, если вам нужно организовать отопление большого помещения или всего дома с помощью насоса Френетта? Вода – традиционный теплоноситель, большинство систем отопления специально созданы для этого. А заполнение всей системы отопления подходящим жидким маслом может быть дорогостоящим.

Эта проблема решается очень просто. Также необходимо построить обычный теплообменник, в котором нагретое масло будет нагревать воду, циркулирующую в системе отопления. В этом случае некоторое количество тепла будет потеряно, но общий эффект останется достаточно заметным.

Тепловой насос Frenette может успешно использоваться в сочетании с системами водяного теплого пола. Но вместо воды в трубы нужно заливать жидкое масло

Интересной идеей могло бы стать использование насоса Френетта в сочетании с системой теплого пола. При этом теплоноситель проходит по узким пластиковым трубам, проложенным в бетонной стяжке.

Такая система отопления работает так же, как и обычный водоизоляционный пол. Конечно, реализовать такой проект можно только в частном доме, так как для многоэтажных домов допускается только электрический теплый пол.

Практичный и удобный способ использования такого устройства – отапливать небольшое помещение – гараж, сарай, мастерскую и т.д. Насос Frenette позволяет эффективно и быстро решить проблему автономного отопления в таких местах.

Затраты на электроэнергию на его эксплуатацию невелики по сравнению с получаемым тепловым эффектом, и построить такой агрегат из простейших материалов несложно.

Варианты конструкции насоса Френетта

Юджин Френетт не только изобрел устройство, носящее его имя, но и многократно улучшал его, изобретая все более эффективные версии устройства.

В самом первом насосе, запатентованном изобретателем в 1977 году, использовалось всего два цилиндра:

  • внутренний – диаметр емкости немного меньше размера полости внешнего цилиндра.
  • внешний – полый цилиндр имеет больший диаметр и находится в статическом состоянии

В образовавшееся узкое пространство между стенками двух цилиндров изобретатель налил жидкое масло. Конечно, часть конструкции, где находился этот теплоноситель, была тщательно герметизирована, чтобы предотвратить утечку масла.

Это схема самой первой версии теплового насоса Frenette. Вращающийся вал расположен горизонтально, охлаждающая жидкость размещена в узком пространстве между двумя рабочими валками (+)

Внутренний цилиндр соединен с валом электродвигателя таким образом, чтобы обеспечить его быстрое вращение относительно большого неподвижного цилиндра. На противоположном конце конструкции установлен вентилятор с крыльчаткой.

Во время работы масло нагревается и передает тепло воздуху, окружающему устройство. Вентилятор давал возможность быстро распределять теплый воздух по объему помещения.

Поскольку эта конструкция довольно сильно нагревалась, для комфортного и безопасного использования конструкция была спрятана в защитном футляре. Конечно, в корпусе просверливались отверстия для циркуляции воздуха.

Полезным дополнением к конструкции стал термостат, с помощью которого можно было до некоторой степени автоматизировать работу насоса Френетта.

Центральная ось в такой модели теплового насоса расположена вертикально. Двигатель находится внизу, поэтому вложенные цилиндры установлены, а вентилятор – вверху. Впоследствии появилась модель с горизонтальной центральной осью.

Модель теплового насоса Frenette с горизонтально ориентированным вращающимся валом использовалась вместе с радиатором отопления, внутри которого циркулировало нагретое масло (+)

именно такое устройство впервые применили в сочетании не с вентилятором, а с радиатором отопления. Двигатель расположен сбоку, а вал ротора проходит через вращающийся барабан наружу.

В устройствах этого типа нет вентилятора. Охлаждающая жидкость от помпы по патрубкам движется к радиатору. Точно так же нагретое масло можно отводить в другой теплообменник или прямо в трубы отопления.

Впоследствии конструкция теплового насоса Frenette была значительно изменена. Вал ротора все еще находился в горизонтальном положении, но внутренняя часть состояла из двух вращающихся барабанов и рабочего колеса, помещенного между ними. И снова жидкое масло используется в качестве теплоносителя.

В этой версии теплового насоса Frenette два цилиндра вращаются бок о бок, они разделены крыльчаткой специальной конструкции из очень прочного металла (+)

Когда эта конструкция вращается, масло дополнительно нагревается, поскольку оно проходит через специальные отверстия, сделанные в рабочем колесе, а затем проникает в узкую полость между стенками корпуса насоса и его ротором. Таким образом, эффективность насоса Френетта была значительно увеличена.

По краям крыльчатки теплового насоса Frenette проделаны небольшие отверстия. Охлаждающая жидкость нагревается быстро и качественно, проходя через них (+)

Однако следует отметить, что этот тип помпы не очень подходит для домашнего производства. Для начала нужно найти достоверные чертежи или рассчитать конструкцию самостоятельно, а сделать это может только опытный инженер.

Тогда нужно найти специальную крыльчатку с отверстиями подходящего размера. Этот элемент теплового насоса работает при более высоких нагрузках, поэтому он должен быть изготовлен из очень прочных материалов.

Самодельное устройство

Обзор вариантов конструкции насоса Френетта позволяет понять, что принципы его работы с той или иной степенью эффективности можно использовать в конструкциях различных типов и типов. Основная идея осталась прежней: узкое пространство между металлическими элементами, заполненное маслом, и вращение электродвигателем.

На схеме показан вариант теплового насоса Frenette, который обычно используют для самостоятельного изготовления устройства. Основа конструкции – металлические диски, разделенные гайками (+)

В домашних условиях чаще всего производят помпу Френетта, состоящую из ряда металлических пластин, разделенных узким просветом.

Чтобы сделать такое приспособление, нужно подготовить необходимые материалы:

  • несущий;
  • радиатор;
  • стальной стержень с резьбой:
  • набор игральных костей высотой 6 мм;
  • электродвигатель с удлиненным валом;
  • ряд одинаковых стальных дисков с отверстием в центре;
  • полый металлический цилиндр;
  • соединительные трубы.

Размер насоса может быть больше или меньше. Но расстояние между дисками должно соблюдаться ровно – 6 мм. Стандартные гайки используются в качестве распорок, а стальной стержень является центром конструкции.

Его толщина должна соответствовать диаметру гайки. Если стержня с резьбой нет под рукой, его нужно будет просто разрезать.

Металлические диски теплового насоса Frenette должны быть немного меньше диаметра цилиндрического корпуса, чтобы обеспечить свободное вращение и более эффективный нагрев теплоносителя

Очевидно, что отверстие в дисках также должно быть таким, чтобы можно было свободно опираться на осевой вал. Внешний диаметр дисков должен быть на несколько миллиметров меньше корпуса. Если под рукой нет готовых элементов, диски вырезают самостоятельно из листового металла или поручают эту работу токарю.

Стальные диски для теплового насоса Frenette можно разрезать дома, если имеется подходящее оборудование

Цилиндрический корпус может быть получен из старой металлической емкости подходящей конфигурации, а может быть сварен из металла. Также подойдет широкий кусок металлической трубы.

К концам цилиндра приваривают стенки. Корпус должен быть герметичным, чтобы масло не проливалось. В верхнем и нижнем торцах корпуса следует просверлить дополнительные отверстия: для входа и выхода труб отопления, ведущих к радиатору.

Конечно, все соединения труб должны быть загерметизированы. Для резьбовых соединений используются специальные прокладки: ФУМ-лента, льняная и др. если вы решили использовать полипропиленовые трубы, вам потребуются специальные фитинги и, возможно, паяльник для установки таких труб.

Для привода насоса Френетта не требуется высокопроизводительный электродвигатель. Подойдет устройство, снятое со старого или сломанного прибора, например, обычный вентилятор.

Основное назначение электродвигателя – вращать вал. Чрезмерное вращение может привести к неисправности устройства. Чем быстрее вращается конструкция, тем сильнее нагревается охлаждающая жидкость.

Двигатель вращения вала теплового насоса Frenette можно снять с поврежденных приборов или приобрести в магазине

Чтобы шток мог свободно вращаться, необходим подшипник подходящего стандартного размера. Когда все элементы подготовлены, можно приступать к сборке устройства. Сначала внизу внутри корпуса устанавливается центральная ось с подшипником. Затем на ось навинчивается гайка сепаратора, затем вставляется диск, снова гайка, снова диск и так далее

Диски с гайками чередуют до заполнения корпуса доверху. Еще на этапе подготовки есть возможность произвести предварительные расчеты количества требуемых дисков и гаек.

к толщине гайки (6 мм) необходимо прибавить толщину диска. Разделите высоту корпуса на это число. Получившееся число предоставит информацию о необходимом количестве пар гайка + диск. Гайка устанавливается последней.

После того, как корпус заполнен этими движущимися элементами, он заполняется жидким маслом. Тип масла значения не имеет, можно взять минеральное, хлопковое, рапсовое или любое другое масло, хорошо переносящее жару и не замерзающее. После этого конструкция накрывается верхней крышкой и тщательно приваривается.

К этому моменту шланги радиатора обычно уже прикреплены к крышкам. Для удобства при дальнейшем монтаже и обслуживании устройства на трубы можно установить два крана. Теперь вал теплового насоса должен быть соединен с валом двигателя.

Система подключается к сети, проверяется наличие утечек и оцениваются характеристики устройства.

Самодельный тепловой насос Frenette можно подключить к обычному чугунному или биметаллическому радиатору, что обеспечит необходимый эффект обогрева

Если все сделать правильно, ось с дисками начнет вращаться, нагревая масло внутри устройства. Горячий теплоноситель будет поступать через верхнее отверстие по трубе к радиатору отопления. Охлажденное масло возвращается в корпус теплового насоса через спускную трубу для нагрева.

Для автоматизации работы системы можно использовать специальное реле с датчиком температуры, которое определяет нагрев корпуса теплового насоса и выключает двигатель или включает его по мере необходимости. Это предотвратит перегрев системы, поломку электродвигателя и в целом продлит срок службы устройства.

Выводы и полезные видео по теме

Интересный вариант помпы Френетта представлен в этом видео:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: