Ручные умельцы всегда найдут способ использовать свои навыки, терпение и доступные материалы. Из почти бесплатных компонентов они могут создать действительно полезное устройство для дома.
Например, они способны самостоятельно собрать эффективный тепловой насос Френетта, совершая затраты минимальными. При этом они пополнят свои знания и навыки, что является несомненно ценным, не так ли?
Предоставленные сведения помогут вам лучше понять, как работает данный агрегат. С нашей помощью вы сможете выбрать конструкцию и разобраться с процессом сборки. Подробные инструкции по производству этого типа теплового насоса окажутся полезными для домашних мастеров.
Мы предлагаем практические советы по созданию эффективной самоделки и рекомендации по её эксплуатации.
Краткое содержание статьи
Принцип работы устройства
Тем, кто интересовался вопросами экономного отопления, термин «тепловой насос» известен. Особенно в сочетании с фразами вроде «земля-вода», «вода-вода» или «воздух-вода» и тому подобное.
Однако тепловой насос по типу Френетта фактически не имеет много общего с традиционными аналогами. Кроме названия и конечного результата — тепловой энергии, которая используется для обогрева.
Тепловые насосы, функционирующие на основе цикла Карно, заняли прочное место на рынке благодаря своей экономичности и экологочистоте.
Работа этих устройств заключается в извлечении низкопотенциальной энергии из природных источников (например, земли, воды или воздуха) и преобразовании ее в тепловую с высоким потенциалом.
Изобретение Евгения Френетта организовано и функционирует совершенно иначе.
Система, созданная Е. Френеттом, не может быть отнесена к классическим тепловым насосам. В конструктивном и технологическом отношении это скорее обогреватель.
Агрегат не использует геотермальные или солнечные источники энергии. Внутри него масло нагревается за счет трения, которое возникает благодаря вращающимся металлическим дискам.
Главный рабочий элемент насоса — маслонаполненный цилиндр, где размещена вращающаяся ось. Это стальной стержень, на который равномерно через 6 см установленны диски.
Центробежная сила выталкивает подогретое масло в присоединенный к устройству змеевик. Нагретый теплоноситель выходит из устройства на верхней части подключения, а остывший возвращается снизу.
Принцип работы данного устройства основывается на использовании тепловой энергии, возникающей от трения. Металлические поверхности, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга, заполнены жидкостью.
Элементы устройства вращаются относительно друг друга благодаря электромотору, а жидкость, контактирующая с вращающимися частями, нагревается.
Появившееся тепло можно использовать для нагрева теплоносителя. Некоторые источники рекомендуют применять эту жидкость непосредственно в отопительной системе. Чаще всего к самодельному насосу Френетта подсоединяют обычный радиатор.
Для отопительных систем специалисты настоятельно рекомендуют применять масло в качестве теплоносителя, а не воду.
В ходе работы насоса эта жидкость прогревается до значительных температур. Вода в таких условиях может закипеть, что приводит к повышению давления и риску повреждения труб или корпуса. Использование масла в таких обстоятельствах гораздо безопаснее, поскольку его температура кипения значительно выше.
Для создания теплового насоса Френетта понадобятся: двигатель, радиатор, трубы, стальной дисковый затвор, диски, металлический или пластиковый стержень, металлический цилиндр и набор гаек.
Существует мнение, что КПД этого теплогенератора превосходит 100% и даже может достигать 1000%. С точки зрения физики и математики это утверждение вызывает сомнения.
КПД указывает на потери энергии, которые тратятся не на обогрев, а на работу устройства. Скорее всего, заявление о внушительном КПД насоса Френетта говорит о его впечатляющей эффективности. Энергетические затраты на его функционирование минимальны, тогда как количество получаемого тепла достаточно велико.
Для достижения таких же температур с помощью электрических нагревателей понадобилось бы значительно больше электроэнергии, возможно, в десятки раз больше. При таком потреблении обычный обогреватель даже не прогрелся бы.
Почему же все жилые и промышленные помещения не оборудованы такими приборами? Причины разнообразны.
Во-первых, вода — более привычный и удобный теплоноситель, чем масло. Она не нагревается до столь высоких температур, и устранить последствия утечек с водой проще, чем с пролившимся маслом.
Во-вторых, к моменту введения в эксплуатацию насоса Френетта уже существовали работающие централизованные системы отопления. Их демонтаж для замены на новые технологии привел бы к большим затратам и некомфорту, поэтому такой вариант никто не стал всерьез рассматривать. Как говорится, лучшее — враг хорошего.
Рекомендации по использованию устройства
Следует отметить, что вариации насоса Евгения Френетта с водой в роли теплоносителя все же существуют. Обычно это крупные промышленные модели, предназначенные для особых условий.
Функционирование таких машин строго контролируется с помощью специализированных приборов. Установить такой уровень безопасности в домашних условиях практически невозможно.
Схема промышленного теплогенератора, разработанного хабаровскими учеными, выглядит так: 1 — емкость; 2 — входной патрубок; 3 — выходной патрубок; 4 — водонагреватель; 5 — подшипниковый вал. Здесь теплоносителем выступает вода.
Наибольшую известность получил вариант насоса Френетта, который использует воду в качестве теплоносителя. Он был создан учеными из Хабаровска: Назыровой Натальей Ивановной, Леоновым Михаилом Павловичем и Сярг Александром Васильевичем. В этой конструкции вода доводится до кипения и превращается в пар.
Используется реактивная сила пара, чтобы увеличить скорость движения жидкости по трубкам насоса до 135 м/мин. В результате затраты энергии на транспортировку теплоносителя минимальны, а теплоотдача оказывается на удивление высокой.
Однако такая установка должна отличаться высокой прочностью, а её функционирование должно постоянно отслеживаться для предотвращения аварий.
Что же делать, если при помощи насоса Френетта планируется обогреть большое помещение или дом в целом? Вода — привычный теплоноситель, на который рассчитаны большинство отопительных систем. Кроме того, заполнение целого отопительного контура подходящим маслом может оказаться накладным.
Эту проблему можно решить достаточно легко. Необходимо дополнительно сконструировать обычный теплообменник, в котором нагретое масло будет подогревать воду, циркулирующую по отопительной системе. Конечно, при этом произойдут некоторые теплопотери, но общий эффект при этом останется ощутимым.
Тепловой насос Френетта может быть эффективно применен вместе с системами водяного теплого пола. Однако трубы необходимо заполнить не водой, а жидким маслом.
Интересным подходом может стать использование насоса Френетта вместе с теплым полом. Жидкость в этом случае будет протекать по узким пластиковым трубам, встроенным в бетонную стяжку.
Данная система обогрева функционирует аналогично стандартному водяному теплому полу. Разумеется, такая конструкция возможна только в частных домах, ведь в многоквартирных зданиях разрешено использовать лишь электрические теплые полы.
Практичным и удобным решением для применения такого устройства может стать обогрев небольшого пространства: гаража, хранилища, мастерской и т.д. Насос Френетта позволяет быстро и результативно решить вопрос автономного отопления в таких местах.
Энергорасходы на его функционирование незначительны по сравнению с тем количеством тепла, которое получается в результате, а его сборка не представляет сложности и может быть выполнена из простейших материалов.
Вариации конструкции насоса Френетта
Евгений Френетт не только создал устройство, названное в его честь, но и неоднократно его улучшал, разрабатывая новые, более эффективные модели.
В первоначальной версии насоса, запатентованной в 1977 году, использовались всего два цилиндра:
- внешний — полый и большего диаметра, находящийся в неподвижном состоянии
- внутренний — с чуть меньшим диаметром, чем полость внешнего цилиндра.
В образовавшемся узком пространстве между стенками двух цилиндров было залито масло. Разумеется, эта область конструкции была герметично закрыта, чтобы предотвратить утечки.
Это схема первой модели теплового насоса Френетта. Вращающийся вал располагается горизонтально, а теплоноситель помещается в узком пространстве между двумя рабочими цилиндрами.
К внутреннему цилиндру прикреплен вал электродвигателя таким образом, что он быстро вращается относительно неподвижного большого цилиндра. На противоположной стороне конструкции установлен вентилятор с лопастями.
В процессе функционирования масло нагревалось и передавало тепло окружающему воздуху. Вентилятор обеспечивал быстрое распределение теплого воздуха по всему помещению.
Из-за значительного нагрева устройства, чтобы обеспечить безопасность и комфорт при его использовании, оно было заключено в защитный корпус. В корпусе были предусмотрены специальные отверстия для обеспечения циркуляции воздуха.
Термостат стал полезным дополнением конструкции, поскольку с его помощью можно было автоматизировать работу насоса Френетта до определенного уровня.
В этой модели теплового насоса центральная ось располагается вертикально. Внизу находится двигатель, затем установлены вложенные цилиндры, а в верхней части расположен вентилятор. Впоследствии была разработана версия с горизонтально расположенной центральной осью.
Модель теплового насоса Френетта с горизонтально расположенным валом использовалась вместе с радиатором, внутри которого циркулировало нагретое масло (+).
Это устройство впервые использовалось в комбинации не с вентилятором, а с радиатором отопления. Двигатель размещен сбоку, а роторный вал проходит сквозь вращающийся барабан и выходит наружу.
В данной конструкции вентилятор отсутствует. Теплоноситель от насоса перемещается по трубам в радиатор. Таким же образом нагретое масло может быть направлено на другой теплообменник или непосредственно в трубы отопления.
В дальнейшем конструкция теплового насоса Френетта претерпела значительные изменения. Вал ротора остался в горизонтальном положении, но внутренняя часть была выполнена из двух вращающихся барабанов, между которыми установлена крыльчатка. Как теплоноситель в этом варианте снова используется жидкое масло.
В этой версии теплового насоса Френетта два цилиндра вращаются параллельно, разделенные специальной прочной крыльчаткой (+).
При вращении масла дополнительно подогревается, проходя через специализированные отверстия в крыльчатке, а затем попадает в узкую полость между стенками корпуса и ротором насоса. Таким образом, эффективность работы насоса Френетта значительно возросла.
На краях крыльчатки для данного типа насоса сделаны небольшие отверстия, через которые теплоноситель быстро и эффективно нагревается (+).
Однако стоит отметить, что для самоизготовления этот тип насоса не совсем подходит. В первую очередь необходимо найти точные чертежи или самостоятельно спроектировать конструкцию, что под силу лишь опытному специалисту.
Также потребуется крыльчатка с отверстиями необходимого размера. Этот элемент теплового насоса должен быть изготовлен из высокопрочных материалов, поскольку работает под значительными нагрузками.
Создание устройства своими руками
Изучение различных вариантов устройства насоса Френетта показывает, что его принцип работы может быть адаптирован для разных конструкций. Основной концепцией остается супитое пространство между металлическими элементами, заполненное маслом, и вращение, осуществляемое электродвигателем.
На схеме представлен вариант теплового насоса Френетта, который часто используется для самостоятельного изготовления устройства. Основой этой конструкции являются металлические диски, разделённые гайками (+).
Чаще всего в домашних условиях создают насос Френетта, состоящий из ряда металлических пластин, разделённых узким пространством.
Для сборки такого устройства понадобится подготовить необходимые материалы:
- полый металлический цилиндр;
- набор металлических дисков одинакового размера с центральными отверстиями;
- набор гаек высотой 6 мм;
- стальной резьбовой стержень;
- электродвигатель с удлиненным валом;
- подшипник;
- радиатор отопления;
- соединительные трубы.
Размеры насоса могут варьироваться, но расстояние между дисками должно точно составлять 6 мм. В качестве разделителей используются стандартные гайки, а стальной стержень является центральным элементом конструкции.
Его толщина должна соответствовать длине гайки. Если подходящего резьбового стержня нет, его придется изготовить самостоятельно.
Металлические диски для теплового насоса Френетта должны быть немного меньше диаметра цилиндрического корпуса, чтобы обеспечить свободное вращение и эффективный нагрев теплоносителя.
Также необходимо, чтобы отверстия в дисках были такими, чтобы их можно было легко надеть на осевой стержень. Наружный диаметр дисков должен быть чуть меньшим, чем у корпуса. Если готовые элементы отсутствуют, можно вырезать диски самостоятельно из листового металла или поручить это токарю.
Цилиндрический корпус можно изготовить из старой металлической емкости подходящей конфигурации или сварить из металлических деталей. Также подойдет обрезок широкой металлической трубы.
К торцам цилиндра прикрепляют стенки. Корпус должен быть герметичным, чтобы масло не вытекало. В верхней и нижней частях корпуса создаются дополнительные отверстия для входа и выхода труб, ведущих к радиатору.
Естественно, все соединения труб необходимо тщательно герметизировать. Для резьбовых соединений применяют различные уплотнители: ФУМ-ленту, лен и подобные материалы. При использовании полипропиленовых труб понадобятся специальные фитинги и, возможно, паяльник для их монтажа.
Для работы насоса Френетта не требуется высокопроизводительный электродвигатель. Подойдет устройство, снятое со старой или сломанной бытовой техники, например, с обычного вентилятора.
Основная функция электродвигателя заключается в вращении вала. Излишне высокая скорость вращения может привести к неправильной работе устройства. Чем быстрее происходит вращение, тем сильнее нагревается теплоноситель.
Небольшой электродвигатель для вращения вала теплового насоса Френетта можно взять из ненужной бытовой техники или приобрести в магазине.
Чтобы обеспечить свободное вращение стержня, потребуется стандартный подшипник. После подготовки всех элементов можно приступить к сборке устройства. Для начала в нижней части корпуса устанавливается центральная ось с подшипником. Затем на ось прикручивается гайка, после чего надевается диск, следом снова гайка, и так далее.
Гайки и диски чередуются до тех пор, пока корпус не заполнится полностью. На этапе подготовки можно предварительно рассчитать необходимое количество дисков и гаек.
Для этого к толщине гайки (6 мм) необходимо прибавить толщину диска. Затем высоту корпуса делим на это число. Полученное значение даст представление о необходимом количестве «гайка+диск». Последней устанавливается гайка.
После того как корпус заполнили этими подвижными частями, его заполняют жидким маслом. Тип масла не критичен, подойдет минеральное, хлопковое, рапсовое или любое другое масло, которое хорошо переносит нагрев и не застывает. После этого конструкцию накрывают верхней крышкой и аккуратно запечатывают.
На этом этапе обычно уже соединены трубы радиатора с крышками. Для удобства монтажа и обслуживания устройства можно установить на трубах два запорных крана. Теперь нужно соединить вал двигателя с валом теплового насоса.
Систему включают в электроосеть, проверяют на наличие протечек и оценивают работу устройства.
Собранный вручную тепловой насос Френетта можно подключить к обычному чугунному или биметаллическому радиатору, который обеспечит необходимый уровень отопления.
Если все выполнено корректно, вал с дисками начнет вращаться, нагревая масло внутри устройства. Горячий теплоноситель будет подниматься через верхнее отверстие по трубам в радиатор отопления. Остывшее масло вернется в корпус теплового насоса через нижнюю трубу для повторного нагрева.
Чтобы автоматизировать систему, можно использовать реле с термодатчиком, который будет фиксировать температуру корпуса теплового насоса и отключать или включать двигатель по мере необходимости. Это предотвратит перегрев системы, поломку электродвигателя и увеличит общий срок службы устройства.
Выводы и полезное видео по теме
Интересный пример насоса Френетта можно увидеть в данном видеоматериале:
К сожалению, насос Френетта не приобрел широкой популярности в сфере отопления. Подобные устройства в промышленных масштабах редко можно найти в магазинах, однако многие мастера успешно применяли разработки этого ученого в своих домах, банях и гаражах.
Возможно, именно вы стали тем самым мастером, которому удалось реализовать идею Френетта? Делитесь вашим опытом, комментируя статью и добавляя фотографии своих изделий. Форму для связи можно найти ниже.
