Як зробити тепловий насос френетта своїми руками

Ім'я Євгена Френетта добре відомо не тільки в науковому світі, але також серед домашніх майстрів і самодіяльних винахідників. Цей вчений придумав, а потім удосконалив пристрій, який здатний з високою ефективністю опалювати житлові і виробничі приміщення. Керуючись його ідеями, чимало умільців змогло виготовити тепловий насос Френетта своїми руками, і навіть ефективно його вдосконалити.

Принцип роботи пристрою

Тим, хто стикався з питаннями економічно вигідного опалення, назва "тепловий насос" добре знайоме. Особливо в поєднанні з термінами типу "земля-вода", "вода-вода", "вода-повітря" і т.п. Такий тепловий насос з пристроєм Френетта не має практично нічого спільного, крім хіба що назви і кінцевого результату у вигляді теплової енергії, яку в підсумку використовують для обігріву.

Теплові насоси, що працюють на принципі Карно, дуже популярні і як економічно вигідний спосіб організації опалення, і як екологічно безпечна система. Робота такого комплексу пристроїв пов'язана з накопиченням низкопотенциальной енергії, що міститься в природних ресурсах (землі, воді, повітрі), і перетворенням її в теплову енергію з високим потенціалом. Винахід Євгена Френетта влаштовано і працює зовсім інакше.

Для виготовлення теплового насоса Френетта потрібно двигун, радіатор, декілька труб, сталевої дисковий затвор, сталеві диски, металевий або пластиковий стрижень, металевий циліндр і гучний набір (+)

Принцип дії цього приладу заснований на використанні теплової енергії, яка виділяється при терті. В основі конструкції - металеві поверхні, розташованих не впритул один до одного, а на деякій відстані. Простір між ними заповнюють рідиною. Частини пристрою обертаються відносно один одного за допомогою електромотора, рідина, що знаходиться всередині корпусу і контактує з обертовими елементами, розігрівається.

Отримане тепло можна використовувати для нагріву теплоносія. Деякі джерела рекомендують використовувати цю рідину безпосередньо для опалювальної системи. Найчастіше до саморобного насосу Френетта приєднують звичайний радіатор. В якості рідини для нагрівання фахівці настійно рекомендують використовувати масло, а не воду.

В процесі роботи насоса цей теплоносій має властивість розігріватися дуже сильно. Вода в таких умовах може просто закипіти. Гарячий пар в замкнутому просторі створює надлишковий тиск, а це зазвичай призводить до розриву труб або корпусу. Використовувати масло в такій ситуації набагато безпечніше, оскільки його температура кипіння значно вище.

Існує думка, що ККД такого теплогенератора перевищує 100% і навіть може становити 1000%. З точки зору фізики і математики це не зовсім коректне твердження. ККД відображає втрати енергії, витрачені нема на обігрів, а власне на роботу приладу. Швидше за феноменальні твердження про неймовірно високому ККД насоса Френетта відображають його ефективність, яка дійсно вражає.

Витрати електроенергії на роботу приладу незначні, а ось кількість отриманого в результаті тепла вельми відчутні. Нагрівання теплоносія до таких же температур за допомогою Тена, наприклад, зажадав б значно більшої кількості електроенергії, можливо, в десятки разів більше. Побутовий обігрівач при такому витраті електрики навіть не нагрівся б.

Чому ж такими приладами не обладнані всі підряд житлові і промислові приміщення? Причини можуть бути різними. Все ж вода - більш простий і зручний теплоносій, ніж масло. Вона не нагрівається до таких високих температур, і усунути наслідки протікання води простіше, ніж прибрати розлите масло.

Ще одна причина може бути в тому, що до моменту винаходу насоса Френетта централізована система опалення вже існувала і успішно функціонувала. Її демонтаж для заміни на теплогенератори обійшовся б занадто дорого і доставив би масу незручностей, тому такий варіант ніхто всерйоз навіть не розглядав. Як то кажуть, краще - ворог хорошого.

Рекомендації по використанню приладу

Варто відзначити, що варіації насоса Євгена Френетта з використанням води в якості теплоносія все ж існують. Але зазвичай це великі промислові моделі, які використовуються на спеціалізованих підприємствах. Робота таких пристроїв строго контролюється за допомогою спеціальних приладів. Забезпечити такий рівень безпеки в домашніх умовах практично неможливо.

Загальна схема промислового теплогенератора, розробленого Біла Церква вченими: 1 - ємність; 2 - вхідний патрубок; 3 - вихідний патрубок; 4 - водонагрівач; 5 - підшипниковий вал. В якості теплоносія використовується вода

Найпопулярніша версія насоса Френетта, в якому в якості теплоносія використовується вода, а не масло, це пристрій, розроблений вченими з Біла Церква: Назировой Наталією Іванівною, Леоновим Михайлом Павловичем і Сяргей Олександром Васильовичем. У цій грибовидной конструкції вода спеціально доводиться до кипіння і перетворюється на пару.

Потім використовується реактивна сила пара, щоб підвищити швидкість переміщення рідкого теплоносія по каналах насоса до 135 метрів в хвилину. В результаті витрати енергії на переміщення теплоносія мінімальні, а віддача у вигляді теплової енергії дуже висока. Але такий агрегат повинен бути надзвичайно міцним, і його роботу слід постійно контролювати, щоб уникнути аварії.

Що ж робити, якщо за допомогою насоса Френетта передбачається організувати обігрів великого приміщення або цілого будинку? Вода - традиційний теплоносій, більшість опалювальних систем розраховані саме на нього. Та й заповнення цілої опалювальної системи відповідним рідким маслом може виявитися справою витратним.

Вирішується це питання дуже просто. Потрібно додатково спорудити звичайний теплообмінник, в якому розігріте масло буде обігрівати воду, яка циркулює по опалювальній системі. Деяка кількість тепла буде при цьому втрачено, але загальний ефект залишиться досить відчутним.

Тепловий насос Френетта можна успішно використовувати в поєднанні з системами водяного теплої підлоги. Але замість води в труби потрібно залити рідке масло

Цікавою ідеєю може стати використання насоса Френетта в поєднанні з системою теплої підлоги. Теплоносій при цьому пускають по вузьких пластикових трубах, покладеним в бетонну стяжку. Функціонує така система обігріву так само, як і звичайний водяний тепла підлога. Зрозуміло, проект цього типу можна реалізувати тільки в приватному будинку, оскільки для висотних багатоквартирних будинків дозволяється використовувати виключно електричну теплу підлогу.

Практичний і зручний спосіб застосування такого приладу - опалення невеликого приміщення: гаража, сараю, майстерні і т.п. Насос Френетта дозволяє ефективно і швидко вирішити проблему автономного опалення в таких місцях. Витрати електроенергії для його роботи невеликі в порівнянні з одержуваних при цьому тепловим ефектом, а спорудити такий агрегат не складно з найпростіших матеріалів.

Варіанти конструкції насоса Френетта

Євген Френетт не тільки винайшов пристрій, названий його ім'ям, а й неодноразово його удосконалив, придумуючи все нові, більш ефективні варіанти приладу. У найпершому насосі, який винахідник запатентував в 1977 році, були використані тільки два циліндра: зовнішній і внутрішній. Порожній зовнішній циліндр був більше діаметром і знаходився в статичному стані. Діаметр внутрішнього циліндра при цьому був трохи менше, ніж розміри порожнини зовнішнього циліндра.

Це схема самого першого варіанту теплового насоса Френетта. Обертається вал розташований горизонтально, теплоносій поміщений у вузький простір між двома робочими циліндрами

У вийшло вузький простір між стінками двох циліндрів винахідник залив рідке масло. Зрозуміло, та частина конструкції, в якій перебував цей рідкий теплоносій, була ретельно закладені, щоб не допустити протікання масла.

Внутрішній циліндр з'єднують з валом електродвигуна таким чином, щоб забезпечити його швидке обертання щодо нерухомого великого циліндра. На протилежному торці конструкції був поміщений вентилятор з крильчаткою. Під час роботи масло розігрівалося і передавало тепло повітрю, що оточує пристрій. Вентилятор дозволяв швидко поширити тепле повітря по всьому об'єму приміщення.

Оскільки нагрівалася ця конструкція досить, заради зручного і безпечного використання конструкція була захована в захисний корпус. Зрозуміло, в корпусі були зроблені отвори для циркуляції повітря. Корисним доповненням до конструкції став термостат, за допомогою якого роботу насоса Френетта можна було автоматизувати до певної міри.

Центральна вісь в такій моделі теплового насоса розташована вертикально. Двигун знаходиться внизу, потім встановлені вкладені одна в одну циліндри, а зверху знаходиться вентилятор. Пізніше з'явилася модель з горизонтальним розташуванням центральної осі.

Модель теплового насоса Френетта з горизонтально орієнтованим обертовим валом була використана разом з радіатором опалення, всередині якого циркулювало нагріте масло

Саме такий пристрій вперше було використано в поєднанні ні з вентилятором, а з радіатором опалення. Двигун поміщений збоку, а вал ротора проходить через обертовий барабан і виходить назовні. У пристрої цього типу вентилятор відсутня. Теплоносій з насоса по трубах переміщається в радіатор. Подібним же чином нагріту олію можна вивести і на інший теплообмінник або ж прямо в труби опалення.

Пізніше конструкція теплового насоса френетта була істотно змінена. Вал ротора як і раніше залишився в горизонтальному положенні, а ось внутрішня частина була зроблена з двох обертових барабанів і вміщеній між ними крильчатки. В якості теплоносія тут знову використовується рідке масло.

У цьому варіанті теплового насоса Френетта два циліндрів обертаються поруч, вони розділені крильчаткою особливої ​​конструкції з дуже міцного металу

При обертанні цієї конструкції масло додатково нагрівається, оскільки проходить через спеціальні отвори, зроблені в крильчатці, а потім проникає в вузьку порожнину між стінками корпусу насоса і його ротором. Таким чином, ефективність насоса Френетта була істотно підвищена.

По краях крильчатки для теплового насоса Френетта зроблені невеликі отвори. Теплоносій швидко і ефективно нагрівається, проходячи через них

Однак варто зазначити, що для виготовлення в домашніх умовах цей тип насоса не дуже підходить. Для початку знадобиться знайти достовірні креслення або розрахувати конструкцію самостійно, а це під силу тільки досвідченому інженерові. Потім знадобиться знайти особливу крильчатку з отворами відповідного розміру. Цей елемент теплового насоса працює при підвищених навантаженнях, тому він повинен бути виконаний з дуже міцних матеріалів.

Самостійне виготовлення пристрою

Огляд варіантів пристрою насоса Френетта дозволяє зрозуміти, що принципи його роботи з тією або іншою часткою ефективності можуть бути використані в конструкціях різного типу та виду. Основна ідея залишається незмінною: вузький простір між елементами з металу, заповнене маслом, і обертання за допомогою електродвигуна.

На схемі представлений варіант теплового насоса Френетта, який зазвичай використовується для самостійного виготовлення пристрою. Основа конструкції - металеві диски, розділені гайками (+)

У домашніх умовах найчастіше виготовляють насос Френетта, що складається з ряду металевих пластин, розділених вузьким просвітом. Щоб виготовити такий пристрій, для початку знадобиться знайти і підготувати необхідні матеріали:

• порожній циліндр з металу;
• набір однакових сталевих дисків з отвором по центру;
• набір гайок висотою 6 мм;
• сталевий стрижень з різьбленням:
• електродвигун з подовженим валом;
• підшипник;
• радіатор;
• з'єднувальні труби.

Розміри насоса можуть бути більше або менше. Але відстань між дисками слід витримати точно - 6 мм. В якості роздільників використовуються стандартні гайки, а сталевий стрижень є центром конструкції. Його товщина повинна відповідати діаметру гайки. Якщо стрижня з різьбленням під рукою не виявилося, її доведеться просто нарізати.

Очевидно, що і отвір в дисках повинно бути таким, щоб їх можна було вільно надіти на осьовий стрижень. Зовнішній діаметр дисків повинен бути менше корпусу на кілька міліметрів. Якщо готових елементів під рукою не виявилося, диски вирізають самостійно з листового металу або доручають цю роботу токаря.

Циліндричний корпус можна зробити зі старої металевої ємності підходящої конфігурації або ж зварити з металу. Підійде і обрізок широкої металевої труби. До торців циліндра приварюють стінки. Корпус повинен бути герметичним, щоб масло не протікало. У верхньому і нижньому торці корпусу слід зробити додаткові отвори: для входу і виходу труб опалення, провідних до радіатора.

Зрозуміло, всі місця з'єднання труб слід загерметизувати. Для різьбових з'єднань використовують спеціальні ущільнювачі: ФУМ-стрічку, льон і т.п. Якщо вирішено використовувати ПВХ-труби, знадобляться спеціальні фітинги та, можливо, паяльник для монтажу таких труб.

Для роботи насоса Френетта високопродуктивний електродвигун не потрібен. Підійде пристрій, зняте зі старою або зламаною побутової техніки, наприклад, зі звичайного вентилятора. Головне призначення електродвигуна - обертати вал. Надмірно швидке обертання може привести до некоректної роботи пристрою. Чим швидше обертається конструкція, тим сильніше нагрівається теплоносій.

Невеликий двигун для обертання валу теплового насоса Френетта можна зняти із зіпсованою побутової техніки або придбати в магазині

Щоб стрижень обертався вільно, потрібен відповідний підшипник стандартних розмірів. Коли всі елементи підготовлені, можна починати збірку пристрою. Спочатку на нижню частину всередині корпусу встановлюють центральну вісь з підшипником. Потім на вісь нагвинчують розділову гайку, потім надягають диск, знову - гайку, знову - диск і т.д.

Диски з гайками чергують до тих пір, поки корпус не буде заповнений вщерть. Ще на етапі підготовки можна зробити попередні розрахунки щодо кількості необхідних дисків і гайок. Потрібно до товщини гайки (6 мм) додати товщину диска. Висоту корпусу розділити на цю цифру. Отримане число дасть відомості про потрібну кількість пар "гайка + диск". Останньою встановлюють гайку.

Після того, як корпус заповнений цими рухливими елементами, його заповнюють рідким маслом. Тип масла значення не має, можна взяти мінеральне, бавовняне, рапсове або будь-яке інше масло, яке добре переносить нагрівання і не застигає. Після цього конструкцію накривають верхньою кришкою і акуратно її заварюють.

До цього моменту труби радіатора вже зазвичай приєднані до таких кришок. Для зручності під час подальшого монтажу та обслуговування пристрою на трубах можна поставити два запірних крана. Тепер до валу двигуна потрібно приєднати вісь теплового насоса. Систему включають в мережу, перевіряють наявність протікань, оцінюють характеристики роботи пристрою.

Виготовлений своїми руками тепловий насос Френетта можна підключити до звичайного чавунному або биметаллическому радіатора, який забезпечить необхідний опалювальний ефект

Якщо все зроблено правильно, вісь з дисками почне розкручуватися, розігріваючи знаходиться всередині пристрою масло. Гарячий теплоносій стане переміщатися через верхній отвір по трубі в радіатор опалення. Остигнуло масло буде повертатися в корпус теплового насоса по нижній трубі для повторного нагріву.

Щоб автоматизувати роботу системи, можна використовувати спеціальне реле з термодатчиком, який фіксує нагрів корпусу теплового насоса і відключає двигун або включає його в міру необхідності. Це дозволить запобігти перегріву системи, поломку електродвигуна і в цілому збільшить ресурс роботи пристрою.

Ставте лайки, діліться з ДРУЗЬЯМИ!

У наступному ролику показаний успішний досвід запуску теплогенератора, в якому використовується вода:

Ставте лайки, діліться з ДРУЗЬЯМИ!