Тепловой насос Френетта: устройство и его работа + создание своими руками

Все любители рукоделия всегда найдут способ применить свои умения, терпеливость и доступные материалы. Из почти бесплатных деталей можно с легкостью изготовить нечто очень полезное в домашнем хозяйстве.

К примеру, есть возможность создать эффективный тепловой насос Френетта своими руками, не потратив при этом деньги. Такой опыт не только расширит вашу базу знаний, но и улучшит навыки, что поистине ценное, не так ли?

Данная информация поможет вам разобраться в принципах работы устройства. С нашей поддержкой вы сможете понять конструкцию и узнать процесс изготовления. Подробные инструкции по созданию этого рода теплового насоса будут полезны заводчикам-любителям.

Мы предлагаем практические советы по созданию эффективного устройства и рекомендации по его эксплуатации.

Работа устройства

Люди, знакомые с экономными способами обогрева, наверняка слышали о «тепловом насосе». Особенно в сочетании с терминами, как «воздух-вода», «земля-вода» и другими похожими.

Однако тепловой насос по Френетту совершенно отличается от этого. Общее здесь лишь название и конечный продукт — тепловая энергия, используемая для обогрева.

Тепловые насосы, действующие по принципу Карно, стали очень популярными как экономичный вариант отопления и как экологически безопасное оборудование.

Работа таких устройств заключается в накоплении низкотемпературной энергии из природных ресурсов (земля, вода, воздух) и преобразовании её в тепло с высоким потенциальным значением.

Изобретение Евгения Френетта имеет совершенно другую схему устройства и принцип работы.

Система, генерирующая тепло, созданная Е. Френеттом, не может быть отнесена к тепловым насосам в классическом понимании. Она больше напоминает обогреватель по своим конструктивным особенностям.

Этот прибор не опирается на гео- или соларные источники энергии. Внутри него масло нагревается за счет трения, возникающего при вращении металлических дисков.

Рабочий элемент насоса — это цилиндр, заполненный маслом, внутри которого находится ось вращения. Это металлический прут, к которому прикреплены на расстоянии 6 см друг от друга параллельные диски.

Центробежная сила выталкивает разогретый теплоноситель в змеевик, соединенный с устройством. Нагретое масло выходит через верх соединения, а охлаждённое возвращается снизу.

Работа данного устройства основывается на тепле, выделяемом в процессе трения. Металлические поверхности не соприкасаются напрямую, а располагаются с промежутком. Промежуток заполняется жидкостью.

Части конструкции вращаются относительной друг к другу благодаря электромотору, и жидкость внутри нагревается за счёт контакта с движущимися элементами.

Нагретое тепло можно использовать для отопления теплоносителя. Некоторые источники предлагают напрямую подключать эту жидкость к отопительной системе. Чаще всего самодельный насос Френетта устанавливается с обычными радиаторами.

Как теплоноситель отопительной системы специалисты советуют применять масло, а не воду.

Во время работы насос разогревает эту жидкость до высоких температур. Вода в таких условиях может закипеть. Появление пара в замкнутом пространстве создает избыточное давление, что приводит к разрыву труб или самого аппарата. Масло в данном случае предпочтительнее, так как его температура кипения выше.

Для изготовления теплового насоса Френетта вам понадобится двигатель, радиатор, набор труб, дисковый затвор из стали, стальные диски, металлический или пластиковый прут, металлический цилиндр и набор гаек.

Существует мнение, что КПД этого теплогенератора превышает 100%, достигая даже 1000%. С точки зрения науки это не совсем корректно.

КПД показывает потери энергии, использованной не на обогрев, а на функционирование устройства. Скорее, впечатляющие утверждения о высокой эффективности насоса Френетта говорят о результативности, которая, действительно, впечатляет. Энергозатраты на работу прибора минимальны, а тепловая отдача очень заметна.

Для достижения таких же температур с помощью ТЭНа отопление потребовало бы значительно больше электроэнергии, возможно, в десятки раз. Обычный обогреватель при таких затратах даже не нагрелся бы.

Так почему подобные устройства не стоят в каждом доме или предприятии? Много причин.

Во-первых, вода — более понятный и удобный теплоноситель по сравнению с маслом. Она не нагревается до экстремально высоких температур, а устранять последствия утечек воды проще, чем убирать разлившееся масло.

Во-вторых, на момент появления насоса Френетта централизованные системы отопления были уже налажены и работали успешно. Их демонтаж для установки новых теплогенераторов был бы финансово затратным и хлопотным, поэтому такой вариант не рассматривался. Как говорят, лучшее — враг хорошего.

Рекомендации по использованию устройства

Важно отметить, что существуют модификации насоса Френетта, в которых используется вода в качестве теплоносителя. Однако такие модели, как правило, являются крупными промышленными образцами, предназначенными для специализированных производств.

Работа таких устройств контролируется специальными приборами. Достичь аналогичного уровня безопасности в домашних условиях крайне сложно.

Общая схема промышленного теплогенератора, разработанного учеными в Хабаровске: 1 — емкость; 2 — входной патрубок; 3 — выходной патрубок; 4 — водонагреватель; 5 — подшипниковый вал. В этом случае теплоносителем служит вода.

Наиболее популярным вариантом насоса Френетта, где в качестве теплоносителя используется вода, является прибор, созданный учеными из Хабаровска: Назыровой Н.И., Леоновым М.П. и Сяргом А.В. В данной конструкции вода нагревается до точек кипения, преобразуется в пар.

Затем используется реактивная сила пара для увеличения скорости теплоносителя в каналах насоса до 135 м/мин. Подобным образом минимизируются энергозатраты на перемещение жидкости, а отдача тепла оказывается высокой.

Тем не менее, такой агрегат должен быть создан с высоким уровнем прочности, и его работу следует постоянно контролировать, чтобы избежать аварий.

Что делать, если с помощью насоса Френетта планируется обогрев больших пространств или целого дома? Вода — традиционный теплоноситель, и большинство систем отопления на неё рассчитывают. Заполнить всю систему подходящим жидким маслом может быть дорогостоящим.

Эту проблему можно решить просто. Следует дополнительно установить обычный теплообменник, в котором нагретое масло будет подогревать воду для системы отопления. Определенное количество тепла при этом может теряться, но общий эффект останется ощутимым.

Тепловой насос Френетта также можно эффективно использовать с системами водяного теплого пола, но вместо воды в трубы нужно заливать масло.

Контекст применения насоса Френетта в системе теплого пола можно считать интересным. Теплоноситель в таком варианте проходит по узким пластиковым трубам, расположенным в бетонной стяжке.

Данная отопительная система функционирует так же, как обычный водяной теплый пол. Однако такой проект возможен только в частном доме, так как в многоквартирных домах разрешено использование только электрических теплых полов.

Пожалуй, наиболее удобным способом применения данного устройства является обогрев небольших помещений: гаражей, сараев, мастерских и подобного рода. Насос Френетта позволяет быстро и эффективно решить вопрос автономного отопления в таких местах.

Энергозатраты на его работу минимальны, учитывая тепло, которое вы получаете, а собрать такую конструкцию не составит труда, используя доступные материалы.

Конструкции насоса Френетта

Евгений Френетт не только создал устройство, но и постоянно улучшал его, разрабатывая новые, более эффективные модели.

Первоначально, в насосе, который был запатентован в 1977 году, использовались лишь два цилиндра:

• внешний — полый цилиндр большего диаметра, размещённый в неподвижном состоянии
• внутренний — цилиндр с диаметром немного меньше, чем имеется у внешнего цилиндра.

В образовавшееся узкое пространство между стенками этих цилиндров было залито масло. Эта часть конструкции, содержащая жидкость, была тщательно запечатана, чтобы избежать утечек.

Это была схема первой модели теплового насоса Френетта, у которой горизонтально расположен вращающийся вал, а теплоноситель находится в узком промежутке между двумя цилиндрами.

Внутренний цилиндр соединялся с валом электродвигателя, что позволяло ему быстро вращаться относительно неподвижного внешнего цилиндра. На противоположном торце конструкции располагался вентилятор с крыльчаткой.

В процессе эксплуатации масло нагревалось, что позволяло ему передавать тепло окружающему воздуху. Вентилятор способствовал быстрому распределению теплого воздуха по всему помещению.

Поскольку данная конструкция нагревалась до значительных температур, для обеспечения безопасности и удобства использования она была помещена в защитный корпус. В нем были предусмотрены специальные отверстия для вентиляции и циркуляции воздуха.

Дополнительный удобный элемент конструкции — термостат, с его помощью можно было значительно автоматизировать работу насоса Френетта.

В теплонасосе подобного типа центральная ось расположена вертикально, причем двигатель находится в нижней части, а цилиндры установлены один в другом, выше располагается вентилятор. Позже была разработана модель с горизонтально расположенной центральной осью.

Версия теплового насоса Френетта с горизонтально ориентированным валом использовалась вместе с радиатором, в котором циркулировало горячее масло (+).

Это устройство стало первым, которое использовалось не с вентилятором, а с радиатором. Двигатель размещается сбоку, а вал ротора проходит через вращающий барабан и выходит наружу.

В таких устройствах вентилятор не предусмотрен. Теплоноситель перемещается от насоса по трубам в радиатор. Нагретое масло также можно направить к другому теплообменнику или непосредственно в трубы системы отопления.

Со временем конструкция теплового насоса Френетта претерпела значительные изменения. Вал ротора остался в горизонтальном положении, а внутренняя часть была представлена двумя вращающимися барабанами и крыльчаткой, расположенной между ними. В качестве теплоносителя снова используется жидкое масло.

В этой версии теплового насоса два цилиндра вращаются по соседству, разделенные специальной крыльчаткой, изготовленной из прочного металла (+).

При вращении масла дополнительно нагревается, проходя через отверстия в крыльчатке и затем попадая в узкую щель между стенками корпуса насоса и ротором. Таким образом, эффективность устройства Френетта значительно возросла.

На краях крыльчатки теплового насоса Френетта присутствуют небольшие отверстия, через которые теплоноситель эффективно нагревается (+).

Тем не менее, стоит отметить, что данный тип насоса не совсем подходит для самостоятельного изготовления в домашних условиях. В первую очередь, потребуется достоверная документация или возможность самостоятельно рассчитать конструкцию, что требует определенных инженерных навыков.

Затем нужно будет найти специально изготовленную крыльчатку с отверстиями нужного диаметра. Этот компонент должен быть изготавливаем из высокопрочных материалов, так как он работает под значительными нагрузками.

Самостоятельное изготовление устройства

Изучение различных вариантов устройства насоса Френетта дает представление о том, что основные принципы его функционирования могут быть применены в самых разных конструкциях. Главная идея остается прежней: узкий промежуток между металлическими элементами, заполненный маслом и приводимый в движение электродвигателем.

На схеме представлен тип теплового насоса Френетта, который чаще всего делается в домашних условиях. Основу составляют металлические диски, разделенные гайками (+).

Для самостоятельного изготовления чаще всего используется насос Френетта, состоящий из множества металлических пластин, разделенных узкими промежутками.

Для создания такого устройства необходимо подготовить следующие материалы:

• полый металлический цилиндр;
• набор одинаковых стальных дисков с центральным отверстием;
• комплект гаек высотой 6 мм;
• стальной резьбовой стержень;
• электродвигатель с удлиненным валом;
• подшипник;
• отопительный радиатор;
• трубки для соединения.

Размеры насоса могут быть вариативными, однако расстояние между дисками должно быть строго 6 мм. В качестве разделительных элементов используются стандартные гайки, а стержень служит центральной осью конструкции.

Его диаметру следует соответствовать толщина гайки. Если подходящего резьбового стержня нет, его придется нарезать самостоятельно.

Металлические диски для насоса Френетта должны иметь небольшой диаметр, меньше диаметра цилиндрического корпуса, чтобы обеспечить свободное движение и более эффективный нагрев теплоносителя.

Очевидно, что отверстие в дисках должно быть таким, чтобы их можно было легко надеть на центральный стержень. Наружный диаметр дисков должен быть меньше диаметра корпуса на несколько миллиметров. Если готовых дисков нет, их можно самостоятельно вырезать из листового металла или заказать у токаря.

Стальные диски для насоса Френетта можно изготовить в домашних условиях, если есть необходимое оборудование.

Корпус цилиндра может быть создан из старой металлической емкости подходящей формы или сварен из металла. Также подойдет обрезок широкой трубы.

К краям цилиндра приваривают стенки. Корпус должен быть герметично закрыт, чтобы предотвратить утечку масла. В верхней и нижней частях корпуса делают отверстия для подключения труб отопления, которые ведут к радиатору.

Естественно, все соединения труб необходимо герметизировать. Для резьбовых соединений применяются специальные уплотнители, такие как ФУМ-лента или лен. В случае использования полипропиленовых труб нужно будут специальные фитинги и, вероятно, паяльник для их соединения.

Для работы насоса Френетта не требуется высокомощный электродвигатель. Подойдет устройство, снятое со старой бытовой техники, например, с вентилятора.

Главная задача электродвигателя — приводить в движение вал. Слишком быстрая работа может вызвать ошибки в работе устройства. Чем быстрее вращается конструкция, тем сильнее нагревается теплоноситель.

Небольшой электродвигатель для вращения вала теплового насоса Френетта можно извлечь из старой бытовой техники или приобрести в магазине.

Для обеспечения свободного вращения стержня нужен стандартный подшипник. После подготовки всех элементов можно приступать к сборке устройства. Сначала установите центральную ось с подшипником в нижней части внутри корпуса. Затем следует прикрепить разделительную гайку, за ней надеть диск, снова гайку, после чего диск и так далее.

Диски с гайками чередуйте до тех пор, пока корпус не заполнится доверху. Можно на этапе подготовки выполнить предварительные подсчеты количества необходимых дисков и гаек.

К толщине гайки (6 мм) нужно добавить толщину диска, высоту корпуса разделить на получившуюся цифру. Это даст общее количество пар «гайка + диск». Последней следует установить гайку.

Когда корпус заполнен подвижными элементами, его заполняют жидким маслом. Тип масла не имеет большого значения; можно использовать минеральное, растительное или любое другое масло, хорошо выдерживающее нагрев.

После этого конструкцию прикрывают верхней крышкой и аккуратно запечатывают.

На этом этапе трубки радиатора обычно уже подсоединены к крышкам. Для удобства в процессе установки и обслуживания можно установить на трубах два запорных крана. Далее следует соединить вал двигателя с осью теплового насоса.

Включите систему в сеть, проверьте на наличие утечек и оцените функционирование устройства.

Изготовленный самостоятельно тепловой насос Френетта можно подключить к стандартному чугунному или биметаллическому радиатору, который станет обеспечивать необходимые отопительные характеристики.

Если сборка выполнена корректно, вал с дисками начнет вращаться, нагревая находящееся внутри масла. Горячий теплоноситель поднимется через верхнее отверстие по трубе в радиатор, а остывшее масло вернется в корпус насоса по нижней трубе для повторного нагрева.

Чтобы автоматизировать систему, можно установить специальное реле с термодатчиком, фиксирующим температуру корпуса теплового насоса и управления двигателем в зависимости от необходимости. Это позволит избежать перегрева системы, поломки электродвигателя и в целом увеличить срок службы устройства.

Заключение и полезное видео по теме

Интересный вариант насоса Френетта можно увидеть в приведенном видеоматериале:

К сожалению, насос Френетта не получил широкого распространения в области отопления. Найти такое устройство промышленного производства для бытовых нужд в магазинах достаточно сложно. Тем не менее, многие мастера-умельцы успешно применяют разработки этого ученого в своих домах, банях и гаражах.

Возможно, именно вы — тот самый самоделкин, который сумел реализовать идею Френетта? Пожалуйста, поделитесь своим опытом — оставляйте комментарии к статье и добавляйте фотографии своих изделий. Форма для связи расположена внизу.