Ручные умельцы всегда смогут найти применение своим навыкам, терпению и подручным материалам. Из почти бесплатных деталей они без особых усилий создадут весьма полезное устройство для домашнего использования.
Например, они могут самостоятельно собрать эффективный тепловой насос Френетта, не потратив ни копейки. При этом они значительно пополнят свои знания и навыки, что неоценимо, согласны?
Предоставленная информация поможет вам разобраться в том, как функционирует устройство. С нашей помощью вы сможете выбрать подходящую конструкцию и узнать о процессе его изготовления. Четкие инструкции по самодельному тепловому насосу станут полезным подспорьем для домашних мастеров.
В этом тексте мы делимся практическими советами по созданию эффективной самодельной модели и рекомендациями по её эксплуатации.
Принцип функционирования устройства
Тем, кто знаком с идеями рационального отопления, термин “тепловой насос” наверняка известен. Особенно в сочетании с фразами «земля-вода», «вода-вода», «воздух-вода» и так далее.
Тем не менее, тепловой насос Френетта отличается от этих схем. Он лишь в названии и конечном результате, который заключается в выделении тепловой энергии, используемой для обогрева.
Классификация тепловых насосов, работающих по принципу Карно, очень популярна как эффективное решение для отопления, так и экологически безопасная система.
Функционирование таких агрегатов связано с извлечением низкотемпературной энергии из природных ресурсов (земли, воды, воздуха) и преобразованием её в высококачественное тепло.
Разработанный Евгением Френеттом механизм работает по абсолютно иному принципу.
Система, созданная Френеттом, не совсем укладывается в класс тепловых насосов. Фактически, это прибор для обогрева.
Устройство не черпает энергию из геотермальных или солнечных источников. Внутри этого агрегата масло нагревается благодаря трению, создаваемому вращающимися металлическими дисками.
Основная часть насоса — это цилиндр, заполненный маслом, в котором размещена ось вращения. Это металлический стержень, на который надеты параллельные диски с промежутками в приблизительно 6 см.
Центробежная сила направляет раскалённое масло в змеевик, присоединённый к прибору. Разогретый теплоноситель выходит из устройства в верхней части соединения, в то время как остуженное масло возвращается снизу.
Принцип работы агрегата опирается на выделение тепла при трении. В конструкции используются металлические поверхности, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга, которые заполняются жидкостью.
Элементы устройства вращаются, приводимые в движение электродвигателем, и находящаяся в корпусе жидкость нагревается.
Полученное тепло можно использовать для обогрева теплоносителя. Некоторые источники предлагают даже задействовать это масло непосредственно для системы отопления. Обычно к самодельному насосу Френетта подключают стандартный радиатор.
По мнению экспертов, в качестве теплоносителя рекомендуется использовать масло, а не воду.
Во время работы насоса данное масло может достигать очень высоких температур, в то время как вода при таких условиях может просто закипеть. Образующийся пар в закрытом пространстве создает избыточное давление, что нередко приводит к повреждению труб или самого устройства. Использование масла в данном случае намного безопаснее из-за его более высокой точки кипения.
Для создания теплового насоса Френетта понадобятся электродвигатель, радиатор, несколько трубок, стальной затвор, диски, металлический или пластиковый стержень, металлический цилиндр и набор гаек (+).
Существует мнение, что КПД данного теплогенератора превышает 100%, а порой даже достигает 1000%. Однако с точки зрения физики и математики такое утверждение не совсем корректно.
Коэффициент полезного действия отражает потери энергии, затраченной не на обогрев, а на работу самого устройства. Утверждения о невероятно высоком КПД насоса Френетта скорее подчеркивают его эффективность, действительно впечатляющую. Расход электроэнергии для его работы минимален, в то время как получаемое тепло довольно заметно.
Чтобы достичь таких же температур с помощью ТЭНа для отопления, например, потребовалось бы в десятки раз больше электроэнергии. При этом обычному обогревателю не удалось бы достичь таких температур при таком расходе.
Почему же такие устройства не используются повсеместно в жилых и производственных помещениях? Причины могут быть разными.
Во-первых, вода является более доступным и удобным теплоносителем по сравнению с маслом. Она не нагревается до высоких температур, а устранить последствия утечки воды гораздо проще, чем убрать разлитое масло.
Во-вторых, когда был изобретён насос Френетта, централизованные системы отопления уже действовали и функционировали успешно. Их демонтаж и замена на теплогенераторы потребовали бы слишком высоких затрат и создали бы множество неудобств, поэтому этот вариант вообще не рассматривался. Как говорится, лучшее — враг хорошего.
Рекомендации по использованию устройства
Стоит упомянуть, что в некоторых случаях насосы Френетта всё-таки используют воду в качестве теплоносителя. Но, как правило, это крупные промышленные модели, используемые на специализированных предприятиях.
Работа таких устройств контролируется специализированными приборами, и обеспечить такой уровень безопасности в домашних условиях весьма проблематично.
Общая схема промышленного теплогенератора, разработанного учеными из Хабаровска: 1 — емкость; 2 — входной патрубок; 3 — выходной патрубок; 4 — водонагреватель; 5 — подшипниковый вал. Здесь в качестве теплоносителя используется вода.
Наиболее распространённая версия насоса Френетта, в которой в качестве теплоносителя применяется вода, была разработана учеными из Хабаровска: Назыровой Натальей Ивановной, Леоновым Михаилом Павловичем и Сярг Александром Васильевичем. В этой грибовидной конструкции вода приводит до состояния пара.
Затем реактивная сила полученного пара используется для увеличения скорости движения жидкого теплоносителя по каналам насоса, достигая 135 метров в минуту. За счёт этого энергозатраты на перемещение теплоносителя минимальны, а отдача в виде тепловой энергии очень велика.
Но такой агрегат должен быть исключительно прочным, и его функционирование нужно тщательно контролировать, чтобы избежать аварий.
Если же с помощью насоса Френетта планируется обогревать большое помещение или целый дом, в качестве теплоносителя традиционно используется вода, так как большинство систем отопления рассчитано именно на неё. Более того, заполнение всей системы отопления подходящим жидким маслом может оказаться довольно затратным.
Эта проблема решается легко: необходимо создать дополнительный теплообменник, в котором разогретое масло будет нагревать циркулирующую по системе воду. Необходимая часть тепла будет потеряна, но общий эффект по-прежнему будет довольно ощутимым.
Тепловой насос Френетта можно эффективно использовать вместе с системами водяного теплого пола. Однако вместо воды в трубы надо заливать жидкое масло.
Интересной идеей станет использование насоса Френетта совместно с системой теплого пола, при этом теплоноситель будет циркулировать по узким пластиковым трубам, встроенным в бетонный пол.
Работает такая система обогрева аналогично обычному водяному полы. Разумеется, данный проект можно реализовать только в частном доме, так как для многоквартирных высоток разрешается применить исключительно электрические теплые полы.
Практичным и удобным способом использования такого устройства является отопление небольших помещений: гаражей, кладовых, мастерских и т.п. Насос Френетта позволяет довольно быстро и эффективно справляться с задачей автономного отопления в таких местах.
Энергозатраты для его функционирования крайне малы по сравнению с получаемым тепловым эффектом, а собрать такое устройство не сложно из самых простых компонентов.
Конструктивные варианты насоса Френетта
Евгений Френетт не только создал устройство, но и неоднократно его модернизировал, разрабатывая всё более эффективные варианты своей разработки.
В первоначальной версии насоса, зарегистрированной в 1977 году, использовались всего два цилиндра:
- внешний — полый цилиндр, большего диаметра, находящийся в стационарном положении;
- внутренний — с немного меньшим диаметром, чем у внешнего цилиндра.
Между стенками двух цилиндров было оставлено узкое пространство, заполненное жидким маслом. Естественно, конструкции была подвержена тщательной герметизации, чтобы избежать утечек.
Эта схема соответствует самой первой версии теплового насоса Френетта. Вращающийся вал располагался горизонтально, а масло находилось в узком пространстве между двумя цилиндрами (+).
Внутренний цилиндр соединён с валом электродвигателя таким образом, чтобы обеспечить его быстрое вращение относительно неподвижного внешнего массива. На противоположном конце конструкции размещался вентилятор с лопастями.
В процессе работы устройство разогревало масло, которое, в свою очередь, передавало свое тепло окружающему воздух. Вентилятор способствовал быстрому распределению тепла по всей площади помещения.
Так как конструкция сильно нагревалась, для удобства и безопасности её скрыли в защитном корпусе. Разумеется, в корпусе были предусмотрены отверстия для вентиляции воздуха.
Полезным дополнением к конструкции стал термостат, который позволял частично автоматизировать работу насоса Френетта.
В такой модели теплового насоса центральная ось выполнена в вертикальном положении. Внизу расположен двигатель, за ним идут вложенные цилиндры, а сверху установлен вентилятор. Позже появилась модель с горизонтальной ориентацией оси.
Тепловой насос Френетта с горизонтально расположенным вращающимся валом использовался вместе с радиатором, в котором циркулировало нагретое масло (+).
Это устройство было впервые использовано в сочетании не с вентилятором, а с отопительным радиатором. Двигатель установлен сбоку, а вал ротора проходит через вращающийся барабан и выходит наружу.
В данной конструкции отсутствует вентилятор. Теплоноситель из насоса движется по трубам к радиатору, и нагретое масло можно также направить на другой теплообменник или в трубы отопления.
В последующем конструкция теплового насоса Френетта была изменена. Вал ротора остался в горизонтальном положении, но внутренняя часть была создана с двумя вращающимися барабанами и помещённой между ними крыльчаткой. В качестве теплоносителя снова использовалось жидкое масло.
В варианте теплового насоса Френетта два цилиндра вращаются рядом, разделённые крыльчаткой, изготовленной из прочного металла (+).
Во время вращения масло дополнительно нагревается благодаря специальным отверстиям в крыльчатке и потом попадает в узкую полость между ротором и стенками корпуса насоса. Это значительно повысило эффективность работы насоса Френетта.
По краям крыльчатки теплового насоса Френетта сделаны маленькие отверстия для быстрого и эффективного нагрева теплоносителя, проходящего через них (+).
Тем не менее, стоит подчеркнуть, что для самодельного изготовления этот тип насоса не самый подходящий. Для начала нужно найти точные чертежи или разработать конструкцию самим, что под силу лишь опытному инженеру.
Кроме того, потребуется найти специальную крыльчатку с правильно подобранными отверстиями. Этот компонент насоса должен быть изготовлен из высокопрочных материалов, так как работает под высокими нагрузками.
Самостоятельное изготовление устройства
Изучение различных моделей насоса Френетта показывает, что принципы его работы могут быть адаптированы для конструкций различных типов с разной эффективностью. Основная концепция остается неизменной: узкая полоса между металлическими элементами, заполненная маслом, и вращение, осуществляемое электродвигателем.
На схеме представлен типичный вариант теплового насоса Френетта, который часто используют для самодельного изготовления. Основу конструкции составляют металлические диски, разделенные гайками (+).
В домашних условиях чаще всего создают насос Френетта, состоящий из металлических пластин, разделенных узким пространством.
Чтобы изготовить такое устройство, необходимо подготовить следующие материалы:
- полый металлический цилиндр;
- набор дисков из стали с центральным отверстием;
- набор гаек высотой 6 мм;
- стальной пруток с резьбой;
- электродвигатель с удлинённым валом;
- подшипник;
- радиатор отопления;
- трубопроводы для соединений.
Размеры насоса могут варьироваться, но расстояние между дисками должно оставаться равным 6 мм. Для разделителей можно использовать стандартные гайки, а стальной стержень будет служить центральным элементом конструкции.
Толщина стержня должна соответствовать диаметру гайки. В случае отсутствия нужного стержня, его можно нарезать самостоятельно.
Металлические диски для теплового насоса Френетта должны быть чуть меньшими диаметра корпуса, чтобы обеспечить свободное вращение и более эффективный нагрев теплоносителя.
Конечно, отверстия в дисках также должны быть такими, чтобы их можно было легко надеть на осевой стержень. Наружный диаметр дисков должен быть меньшим диаметра корпуса на несколько миллиметров. Если подходящих элементов нет, диски можно вырезать самостоятельно из листового металла или обратиться к токарю.
Стальные диски для теплового насоса Френетта можно изготовить самостоятельно в домашних условиях, при наличии соответствующего оборудования.
Корпус можно сделать из старой металлической баночки подходящей формы или сварить из металлических частей. Также подойдёт обрезок широкой трубы из металла.
К краям цилиндра привариваются стенки. Корпус должен быть герметичным, чтобы масло не вытекало. В верхней и нижней частях корпуса следует сделать дополнительные отверстия для входа и выхода труб отопления, ведущих к радиатору.
Все стыковые соединения труб тоже должны быть герметичными. Для резьбовых соединений применяются специальные прокладки: ФУМ-лента, лен и так далее. Если используются полипропиленовые трубы, понадобятся фитинги и возможно, паяльник для их монтажа.
Для работы насоса Френетта не требуется высокопроизводительный электродвигатель. Можно взять устройство с непригодной бытовой техники, например, с обычного вентилятора.
Главное предназначение электродвигателя — это вращение вала. Слишком высокая скорость вращения может нарушить работу устройства. Чем быстрее вращается конструкция, тем сильнее нагревается теплоноситель.
Небольшой мотор для вращения вала теплового насоса Френетта можно извлечь из поврежденной бытовой техники или купить в магазине.
Чтобы обеспечить свободное вращение стержня, нужен подшипник стандартного размера. После подготовки всех элементов можно приступить к сборке устройства. Сначала внизу внутри корпуса устанавливают центральную ось с подшипником. Затем навинчивается разделительная гайка, после этого один диск, снова гайка, следующий диск и так далее.
Диски с гайками необходимо чередовать, пока корпус не заполнится до верха. На этапе подготовки можно провести предварительные вычисления для того, чтобы определить количество необходимых дисков и гаек.
Следует к толщине гайки (6 мм) добавить толщину диска и высоту корпуса разделить на получившуюся цифру. Результат даст количество пар “гайка + диск”. В завершение устанавливается последняя гайка.
После заполнения корпуса подвижными компонентами его следует наполнить жидким маслом. Тип масла не имеет значения, можно использовать минеральное, хлопковое, рапсовое или любое другое, что хорошо переносит нагрев и не застывает. После этого конструкцию накрывают верхней крышкой и фиксируют.
К этому моменту трубы радиатора, как правило, уже прикреплены к крышкам. Для удобства на трубах можно установить два запорных крана. Далее необходимо соединить вал двигателя с осью теплового насоса.
Система подключается к электросети, проверяется на наличие утечек, и оцениваются ее рабочие характеристики.
Самодельный тепловой насос Френетта можно подключить к обычному чугунному или биметаллическому радиатору, который окажет необходимый отопительный эффект.
Если все было сделано правильно, ось с дисками начнет вращаться, разогревая масло внутри устройства. Разогретый теплоноситель будет двигаться по трубе через верхнее отверстие к радиатору. А остывшее масло будет вернуться по нижней трубе обратно в корпус теплового насоса для повторного нагрева.
Для автоматизации работы системы можно воспользоваться специальным реле с термодатчиком, которое будет фиксировать температуру корпуса теплового насоса и при необходимости отключать или включать двигатель. Это поможет предотвратить перегрев системы, выход электродвигателя из строя и в целом увеличит срок службы устройства.
Заключение и полезное видео на тему
Интересный вариант насоса Френетта показан в этом видеоролике:
К сожалению, насос Френетта не получил широкого признания в области отопления. Найти такое массовое изделие для бытовых нужд в магазинах трудно. Тем не менее, многие умельцы успешно применили разработки этого учёного в своих домах, банях, гаражах и прочих помещениях.
Возможно, вы тот самый самодельщик, которому удалось реализовать идею Френетта? Пожалуйста, поделитесь своим опытом — оставляйте комментарии под статьёй и добавляйте фотографии своих устройств. Связаться с нами можно через форму ниже.