Тепловой насос Френетта своими руками

Описание теплового насоса Френетта. Принцип работы и варианты конструкции. Порядок изготовления устройства своими руками. Фото и видео.

Принцип работы устройства

Тем, кто соприкасался с вопросами экономически выгодного отопления, название “тепловой насос” хорошо знакомо. Особенно в сочетании с терминами типа “земля-вода”, “вода-вода”, или “воздух-вода” и т.п.

Такой тепловой насос с устройством Френетта не имеет практически ничего общего. Кроме названия и конечного результата в виде тепловой энергии, которую в итоге используют для обогрева.

Тепловые насосы, работающие на принципе Карно, очень популярны и как экономически выгодный способ организации отопления, и как экологически безопасная система.

Работа такого комплекса устройств связана с накоплением низкопотенциальной энергии, содержащейся в природных ресурсах (земле, воде, воздухе), и преобразованием ее в тепловую энергию с высоким потенциалом.

Изобретение Евгения Френетта устроено и работает совершенно иначе.

Принцип действия этого прибора основан на использовании тепловой энергии, которая выделяется при трении. В основе конструкции – металлические поверхности, расположенные не вплотную друг к другу, а на некотором расстоянии. Пространство между ними заполняют жидкостью.

Части устройства вращаются относительно друг друга с помощью электромотора, жидкость, находящаяся внутри корпуса и контактирующая с вращающимися элементами, разогревается.

Полученное тепло можно использовать для нагрева теплоносителя. Некоторые источники рекомендуют использовать эту жидкость непосредственно для отопительной системы. Чаще всего к самодельному насосу Френетта присоединяют обычный радиатор.

В качестве теплоносителя системы отопления специалисты настоятельно рекомендуют использовать масло, а не воду.

В процессе работы насоса эта жидкость имеет свойство разогреваться очень сильно. Вода в таких условиях может просто закипеть. Горячий пар в замкнутом пространстве создает избыточное давление, а это обычно приводит к разрыву труб или корпуса. Использовать масло в такой ситуации намного безопаснее, поскольку его температура кипения значительно выше.

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

КПД отражает потери энергии, затраченные не на обогрев, а собственно на работу прибора. Скорее, феноменальные утверждения о невероятно высоком КПД насоса Френетта отражают его эффективность, которая действительно впечатляет. Затраты электроэнергии на работу прибора ничтожны, а вот количество полученного в результате тепла весьма ощутимы.

Нагрев теплоносителя до таких же температур с помощью ТЭНа для отопления, например, потребовал бы значительно большего количества электроэнергии, возможно, в десятки раз больше. Бытовой обогреватель при таком расходе электричества даже не нагрелся бы.

Почему же такими приборами не оборудованы все подряд жилые и промышленные помещения? Причины могут быть разными.

Во-первых, вода – более простой и удобный теплоноситель, чем масло. Она не нагревается до таких высоких температур, и устранить последствия протечек воды проще, чем убрать разлитое масло.

Во-вторых, к моменту изобретения насоса Френетта централизованная система отопления уже существовала и успешно функционировала. Ее демонтаж для замены на теплогенераторы обошелся бы слишком дорого и доставил бы массу неудобств, поэтому такой вариант никто всерьез даже не рассматривал. Как говорится, лучшее – враг хорошего.

Факты

При более тщательном анализе предложенных схем возникает целый ряд вопросов, на которые ответа найти невозможно.

Математические выкладки и результаты испытаний

Это является фундаментальной основой при проведении научных и исследовательских работ. В данном случае оперируют лишь показателем КПД, который равен отношению полученной энергии к затраченной. Причем ни одна величина, ни другая не представлена в цифровом отображении.

Мощность двигателя

При увеличении площади контакта жидкости с дисками возрастает коэффициент сопротивления, что требует большей энергии для вращения вала. При средних оборотах стандартных электродвигателей 1000-1500 достичь эффекта нагрева воды без увеличения потребляемой энергии невозможно.

Частота вращения вала

Для третей схемы установки необходимая частота вращения вала должна быть не меньше 7000 об/мин. Такие параметры возможны лишь для специальных установок, которые изготавливаются под заказ. Финансовая целесообразность их закупки равна нулю.

Группа ученых из Хабаровска

Описание 3-е модели теплового насоса является лишь частичными выдержками из патента № RU2204089, выданного в ФГУ ФИПС 26 июля 2001г. В нем упоминается лишь об увеличении эффективности получения горячей воды или пара для коммунальных или промышленных служб. О совершенствовании теплового насоса Френетта не говорится ничего, так же как и о показателях КПД выше 100%. Интересным становится факт, что данный патент потерял свою силу из-за неуплаты взносов.

[divider]Вследствие невозможности проверить на практике эффективность теплового насоса Френетта следует с некоторой долей скептицизма относиться к данному изобретению. И если бы оно было по-настоящему действенно, то мы бы уже давно наблюдали выпуск теплового насоса в промышленных масштабах.

Принцип действия теплового насосоа Френетта

В устройство данного теплового насоса входит ротор, статор, вал и лопастный вентилятор. Работа основывается на действии двух цилиндров – а именно, статора и ротора. Большой цилиндр – это статор, он пустой внутри. Ротор отличен меньшим объемом, он вставляется в статор. Масло заливают в большой цилиндр, оно нагревается под верчением малого цилиндра.

На подключенном валу есть лопастный вентилятор, благодаря этому ротор движется. Вентилятор помогает нагретому воздуху попадать в помещение, то есть выполняется функция обогрева. Но это простейшая модель, через какое-то время ученый ее усовершенствовал. В такой модели уже нет внутреннего цилиндра, он заменен стальными дисками.

В усовершенствованной модели нет и вентилятора. Такие устройства заработали отличные отзывы. Затраты на электричество меньше, и намного меньше, чем производимая устройством энергия, что используется для обогрева помещения.

Чем так хорош тепловой насос «Френетта»:

• Нет теплообменника;
• Энергия нагревания имеет большую мощность;
• Циркуляция носителя тепла осуществляется в закрытой системе;
• Большая часть насоса в форме контура, что помогает формированию вакуумных зон и температурному повышению.

Насос насосу рознь. Прежде всего, они могут быть промышленные и частные. Последние используются для обогрева дома или не очень больших помещений.

Тепловой насос из кондиционера своими руками

Поскольку принцип работы кондиционера такой же, как и у теплового насоса, то в такой схожести и заключается его особенности, но имеются некоторые отличия. Одним из отличий является: температурный режим техники с климатическими режимами. Системы типа сплит не рекомендуется использовать при низких показателях температуры.

Для того чтобы создать насос из кондиционера, нужно провести ряд переплавок и модификаций таким образом:

1. Первый вариант сборки теплового насоса заключается в переделке кондиционера. В таком способе необходимо поменять внутренний и наружный блок местами. Во внутреннем блоке присутствует испаритель, который необходим для того чтобы переедать тепло низкого потенциала. Во внешнем блоке имеется конденсатор, он занимается передачей тепловой энергии. И как носитель тепла может использоваться вода и воздух. В другом варианте конденсатор устанавливают в специальный резервуар, в котором будет создаваться обмен теплом.
2. Второй вариант заключается монтаже в систему четырех ходового переключающегося клапана. Выполнение таких работ проводится только специалистами. В особенности это касается теплового зонта.
3. Третий способ заключается в разборке кондиционера на детали. С помощью этих деталей будет производиться сборка теплового насоса по обычной его схеме испаритель, компрессор, конденсатор.

К выполнению работ необходимо подойти очень внимательно, а лучше вызвать специалиста. От того как будет собран тепловой насос зависит его продуктивная выработка тепла. Так же перед тем как приступать к выполнению сборки теплового насоса необходимо задумается над утеплением дома. В случае если дом не имеет отличные показатели по теплоизоляции, то продуктивность обогрева помещения тепловым насосом значительно снижается и не только его, а и других обогревателей, если такие имеются. Насосы такого типа использовать лучше в системах отопления с низкими температурами. Отличным использованием будет подключение к тепловому насосу теплого пола. Если учесть все особенности сборки, то вполне реально изготовить такой насос самостоятельно.

Эффективные модели

Техническое масло располагает высокой температурой кипения. В качестве проводника оно в разы эффективней воды, которая испаряется и выкипает. Существуют и водные модели насосов, однако из-за превращения воды в пар система подвергается предельным колебаниям давления. Из-за этого вся конструкция дополнительно укрепляется в районах узлов. По этой причине водная модификация насоса Френетта считается малоэффективной и дорогостоящей.

Актуальные модификации насоса:

1. С горизонтальным расположением цилиндров. Компактная модель, где роль цилиндра может играть обычный вал электродвигателя. Насос подает нагретое масло в радиатор отопления, за счет чего вы можете обогревать дом.
2. С использованием крыльчатки. Крыльчатка создает центробежную силу, за счет чего масло вбрасывается между двигающихся цилиндров. При этом сила трения увеличивается, а вместе с ней увеличивается и количество вырабатываемого тепла. Эту модель можно подключать к традиционным радиаторам отопления.
3. Заводская паровая установка. Единственная модификация, которую очень сложно сконструировать в домашних условиях. Здесь масло заменяется на воду, которая движется по системе со скоростью до 135 м/с. Для конструирования такой установки необходим мощный двигатель и насос, способный превратить воду в пар.

Рекомендации по использованию прибора

Стоит отметить, что вариации насоса Евгения Френетта с использованием воды в качестве теплоносителя все же существуют. Но обычно это большие промышленные модели, которые используются на специализированных предприятиях.

Работа таких устройств строго контролируется с помощью специальных приборов. Обеспечить подобный уровень безопасности в домашних условиях практически невозможно.

Самая популярная версия насоса Френетта, в котором в качестве теплоносителя используется вода, а не масло, это устройство, разработанное учеными из Хабаровска: Назыровой Натальей Ивановной, Леоновым Михаилом Павловичем и Сярг Александром Васильевичем. В этой грибовидной конструкции вода специально доводится до кипения и превращается в пар.

Затем используется реактивная сила пара, чтобы повысить скорость перемещения жидкого теплоносителя по каналам насоса до 135 м/мин. В результате затраты энергии на перемещение теплоносителя минимальны, а отдача в виде тепловой энергии очень высокая.

Однако такой агрегат должен быть исключительно прочным, и его работу следует постоянно контролировать, чтобы избежать аварии.

Что же делать, если с помощью насоса Френетта предполагается организовать обогрев большого помещения или целого дома? Вода – традиционный теплоноситель, большинство отопительных систем рассчитаны именно на него. Да и заполнение целой отопительной системы подходящим жидким маслом может оказаться делом затратным.

Решается этот вопрос очень просто. Нужно дополнительно соорудить обычный теплообменник, в котором разогретое масло будет обогревать воду, циркулирующую по отопительной системе. Некоторое количество тепла будет при этом потеряно, но общий эффект останется достаточно ощутимым.

Интересной идеей может стать использование насоса Френетта в сочетании с системой теплого пола. Теплоноситель при этом пускают по узким пластиковым трубам, уложенным в бетонную стяжку.

Функционирует такая система обогрева так же, как и обычный водяной теплый пол. Разумеется, проект этого типа можно реализовать только в частном доме, поскольку для высотных многоквартирных домов разрешается использовать исключительно электрический теплый пол.

Практичный и удобный способ применения такого прибора – отопление небольшого помещения: гаража, сарая, мастерской и т.п. Насос Френетта позволяет эффективно и быстро решить проблему автономного отопления в таких местах.

Затраты электроэнергии для его работы невелики по сравнению с получаемым при этом тепловым эффектом, а соорудить такой агрегат не сложно из самых простых материалов.

Достоинства установки

Теплонасосы Френетта, по сравнению с другими агрегатами такого типа, пользуются особой популярностью. Установка широко используется в отопительных системах.

Также насос может подключаться к современным системам теплого пола.

Такое широкое использование теплового насоса объясняется тем, что он имеет много преимуществ, по сравнению с другими агрегатами.

К ним можно отнести:

• высокая продуктивность;
• экономичность;
• возможность функционировать в автоматическом режиме;
• многофункциональность насоса;
• легкая настройка под те или иные потребности;
• компактные размеры;
• бесшумная работа и многое другое.

Внесение новых модификаций в конструкцию насоса приводит к улучшению его технических характеристик.

Тепловые насосы Френетта широко используются в различных сферах. Чаще всего их устанавливают в загородных домах. Немаловажным преимуществом агрегата является то, что его можно собрать своими руками.

Самостоятельное изготовление устройства

Обзор вариантов устройства насоса Френетта позволяет понять, что принципы его работы с той или иной долей эффективности могут быть использованы в конструкциях различного типа и вида. Основная идея остается прежней: узкое пространство между элементами из металла, заполненное маслом, и вращение с помощью электродвигателя.

В домашних условиях чаще всего изготавливают насос Френетта, состоящий из ряда металлических пластин, разделенных узким просветом.

Чтобы изготовить такое устройство надо подготовить необходимые материалы:

• полый цилиндр из металла;
• набор одинаковых стальных дисков с отверстием по центру;
• набор гаек высотой 6 мм;
• стальной стержень с резьбой:
• электродвигатель с удлиненным валом;
• подшипник;
• радиатор отопления;
• соединительные трубы.

Размеры насоса могут быть больше или меньше. Но расстояние между дисками следует выдержать точно – 6 мм. В качестве разделителей используются стандартные гайки, а стальной стержень является центром конструкции.

Его толщина должна соответствовать диаметру гайки. Если стержня с резьбой под рукой не оказалось, ее придется просто нарезать.

Очевидно, что и отверстие в дисках должно быть таким, чтобы их можно было свободно надеть на осевой стержень. Наружный диаметр дисков должен быть меньше корпуса на несколько миллиметров. Если готовых элементов под рукой не оказалось, диски вырезают самостоятельно из листового металла или поручают эту работу токарю.

Цилиндрический корпус можно сделать из старой металлической емкости подходящей конфигурации или же сварить из металла. Подойдет и обрезок широкой металлической трубы.

К торцам цилиндра приваривают стенки. Корпус должен быть герметичным, чтобы масло не протекало. В верхнем и нижнем торце корпуса следует сделать дополнительные отверстия: для входа и выхода труб отопления, ведущих к радиатору.

Разумеется, все места соединения труб следует загерметизировать. Для резьбовых соединений используют специальные уплотнители: ФУМ-ленту, лен и т.п. Если решено использовать полипропиленовые трубы, понадобятся специальные фитинги и, возможно, паяльник для монтажа таких труб.

Для работы насоса Френетта высокопроизводительный электродвигатель не нужен. Подойдет устройство, снятое со старой или сломанной бытовой техники, например, с обычного вентилятора.

Главное назначение электродвигателя – вращать вал. Чрезмерно быстрое вращение может привести к некорректной работе устройства. Чем быстрее вращается конструкция, тем сильнее нагревается теплоноситель.

Чтобы стержень вращался свободно, нужен подходящий подшипник стандартных размеров. Когда все элементы подготовлены, можно начинать сборку устройства. Сначала на нижнюю часть внутри корпуса устанавливают центральную ось с подшипником. Затем на ось навинчивают разделительную гайку, затем надевают диск, снова – гайку, снова – диск и т.д.

Диски с гайками чередуют до тех пор, пока корпус не будет заполнен доверху. Еще на этапе подготовки можно сделать предварительные расчеты по количеству необходимых дисков и гаек.

Нужно к толщине гайки (6 мм) прибавить толщину диска. Высоту корпуса разделить на эту цифру. Полученное число даст сведения о нужном количестве пар “гайка+диск”. Последней устанавливают гайку.

После того, как корпус заполнен этими подвижными элементами, его заполняют жидким маслом. Тип масла значения не имеет, можно взять минеральное, хлопковое, рапсовое или любое другое масло, которое хорошо переносит нагрев и не застывает. После этого конструкцию накрывают верхней крышкой и аккуратно ее заваривают.

К этому моменту трубы радиатора уже обычно присоединены к крышкам. Для удобства во время дальнейшего монтажа и обслуживания устройства на трубах можно поставить два запорных крана. Теперь к валу двигателя нужно присоединить ось теплового насоса.

Систему включают в сеть, проверяют наличие протечек, оценивают характеристики работы устройства.

Если все сделано правильно, ось с дисками начнет раскручиваться, разогревая находящееся внутри устройства масло. Горячий теплоноситель станет перемещаться через верхнее отверстие по трубе в радиатор отопления. Остывшее масло будет возвращаться в корпус теплового насоса по нижней трубе для повторного нагрева.

Чтобы автоматизировать работу системы, можно использовать специальное реле с термодатчиком, который фиксирует нагрев корпуса теплового насоса и отключает двигатель или включает его по мере необходимости. Это позволит предотвратить перегрев системы, поломку электродвигателя и в целом увеличит ресурс работы устройства.

Где такой насос можно применить?

Самый простой способ использовать это устройство — превратить его в комнатный обогреватель. Прекрасно подойдет такой тепловой насос и для отопления гаража, бани или другого небольшого помещения. А вот в большом доме народные умельцы предлагают использовать насос Френетта в комплексе с системой «теплый пол».

В этом случае теплоноситель будет циркулировать не по радиатору, а по пластиковым трубам, уложенным в стяжку пола. Регулировать работу этой системы предполагается с помощью термодатчика, который устанавливается на корпусе насоса, а не монтируется в стяжке, как это делается при монтаже традиционного водяного теплого пола.