Как самостоятельно сделать тепловой насос Френетта?

Содержание

Тепловой насос Френетта (далее ТНФ), названный по имени изобретателя, известен благодаря высокому КПД. Хорошие технические характеристики не могли не привлечь внимания тысяч энтузиастов, которые принялись дополнять и улучшать характеристики устройства. На сегодняшний день существует множество модификаций насоса. О том, как изготовить ТНФ своими руками пойдет речь в этой статье.

Достоинства теплового генератора

Тепловые насосы можно подключать к стандартной системе отопления, а также к водяной системе «теплый пол».

Основные преимущества ТНФ:

  • высокий КПД;
  • экономичность;
  • многофункциональность (ТНФ летом может кондиционировать воздух, а зимой — нагревать);
  • устройство способно функционировать в автоматическом режиме;
  • работу насоса можно приспособить к потребностям каждого человека;
  • небольшие размеры;
  • отсутствие шумов при работе.

Принцип действия теплового насоса

В своей основе технология работы ТНФ похожа на принцип функционирования холодильника. Холодильное оборудование, для понижения температуры забирает тепло из камер и отдает его наружу с помощью радиаторов. Точно также работает и ТНФ: чтобы продуцировать тепло, он забирает его из почвы или жидкости, обрабатывает его и передает в отопительную систему частного дома, цеха, теплицы или любого другого помещения.


Принцип действия теплового насоса

Холодильный агент, в роли которых могут выступать аммиак или фреон, передвигаются внутри внешнего и внутреннего контура. При этом внешний контур ответственен за прием тепла из атмосферы, земли или воды.

Всякая натуральная среда имеет в своем составе определенное количество разрозненной тепловой энергии. Хладагент способен собирать ее и направлять на переработку. Чтобы инициировать этот процесс, нужно чтобы температура теплового носителя поднялась на 4-5 градусов.

Затем из внешнего контура холодильный агент направляется во внутренний. Здесь испаритель преобразует тепловой носитель из жидкости в газ. Процесс происходит за счет того, что фреон при незначительном давлении окружающей среды имеет невысокую температуру закипания.

После испарителя фреон в виде газа устремляется в компрессор, где происходит сжимание и, как следствие, рост температуры. Далее газ оказывается в конденсаторе. Там газ делится температурой с жидкостью (тепловым носителем). В результате охлаждения газ вновь обретать жидкое состояние, и начинает новый круг циркуляции в системе.

Основным параметром, определяющим продуктивность работы ТНФ, является коэффициент преобразования. Данный показатель — результат определенного соотношения тепловой мощности, продуцируемой ТНФ, к объему потребления тепловой энергии.

Внутреннее устройство теплового насоса

Классический тепловой насос состоит из нескольких составных частей:

  • ротор;
  • вал;
  • лопастный вентилятор;
  • статор.

Пара цилиндров — ротор и статор — определяют работу ТНФ. Статор — крупный и пустой изнутри цилиндр, а ротор — менее объемный цилиндр, устанавливаемый в статор. В статор заливается масло (теплоноситель), где оно разогревается под действием работы ротора. Сам ротор работает за счет вала, на котором установлен лопастной вентилятор. Последний нагнетает горячий воздух в помещение, благодаря чему и осуществляется отопительная функция.

Внутреннее устройство теплового насоса

Так работал первый экземпляр теплового насоса. В дальнейшем его работа была усовершенствована. В более современных моделях стал не нужен ротор — на смену ему пришли стальные диски. Кроме того, отпала необходимость в лопастном вентиляторе.

Факторы, обеспечивающие высокий коэффициент полезного действия для теплового насоса:

  • теплоноситель находится в закрытой системе;
  • нет надобности в теплообменнике;
  • высокая мощность нагрева;
  • главная часть ТНФ имеет конусообразную форму, что благоприятствует появлению вакуумных зон и росту температуры.

Виды тепловых насосов

На сегодняшний день известно более двух десятков модификаций ТНФ. Каждая из них имеет свои конструктивные особенности и функциональность.

По принципу действия ТНФ классифицируют на три группы:

  • абсорбционные насосы, использующие электроэнергию или топливо;
  • компрессионные насосы, получающие энергию от Земли;
  • воздушные насосы, берущие энергию из окружающей среды.

По сфере применения ТНФ дифференцируются на:

  • частные, которые применяются для отопления домов или других зданий небольшой площади;
  • промышленные.

Конкретные реализации теплогенераторов Френетта

В одной из моделей теплогенератора барабан установлен по горизонтали. Вал размещен в центре системы. Причем часть его выходит наружу. Подобный агрегат требует тщательности во время изготовления. В противном случае возможны утечки теплоносителя там, где вал крепится к корпусу.

В данном случае нет необходимости в вентиляторе, а тепловой носитель из теплонасоса направляется в теплообменник, в качестве которого выступает стандартный отопительный радиатор или даже централизованная система отопления здания.

Более поздняя модель теплового генератора Френетта — аппарат, где, нагрев теплоносителя осуществляется с помощью пары барабанов. Дополнительно в системе предусмотрена крыльчатка. Центробежные силы выталкивают горячее масло из отверстия крыльчатки, и жидкость направляется в промежуток между ротором и корпусом оборудования. Таким образом, насос работает с максимальной эффективностью.

Пожалуй, самой оригинальной реализацией теплового насоса является разработка российских ученых из Хабаровска. Они предложили рабочую модель, внешне похожую на гриб. Тепловым носителем является вода. В ходе работы генератора жидкость закипает и трансформируется в предельно горячий пар. Реактивный эффект заставляет пар передвигаться по каналам генератора со скоростью 135 метров в минуту, что дает возможность работы без внешнего источника питания.

Важное замечание! Разработка хабаровских ученых предназначена для промышленного использования. Пытаться воспроизвести ее в домашних условиях нецелесообразно.

Изготовление теплового генератора

В рамках данной статьи остановимся на том, как изготовить усовершенствованный тепловой насос Френетта своими руками. Основное отличие этого ТНФ от оригинальной модели состоит в замене ротора на стальные диски, которые размещаются внутри цилиндра. Именно эти диски и производят тепловую энергию.

Для создания теплового генератора понадобятся такие материалы:

  • внешний цилиндр;
  • стальные диски (сталь должна высокого качества), которые должны чуть уступать диаметру внешнего цилиндра;
  • электродвигатель с удлиненным валом;
  • трубы системы отопления и батарея.

Пошаговое руководство по созданию теплового насоса:

  1. Устанавливаем вал электродвигателя внутри цилиндра. Сальниками или резиновыми уплотнителями прокладываем узлы.
  2. Ставим стальные диски на ось, находящуюся в цилиндре. Коэффициент полезного действия аппарата тем выше, чем больше металлических дисков и расстояние между ними и цилиндром.
  3. После установки каждого диска рекомендуется накручивать 5-миллиметровые гайки.
  4. Проделываем пару отверстий во внешнем цилиндре. Одно из отверстий (вверху) предназначено за подачу теплоносителя, другое — за прием масла из отопительной системы.
  5. После того как все детали собраны в единый механизм, заливаем теплоноситель и соединяем рабочую ось с источником электричества. Подключаем входные и выходные патрубки к системе отопления.
  6. Обеспечиваем герметичность генератора, проверяем его на присутствие потенциальных утечек масла.
  7. Чтобы упростить эксплуатацию ТНФ, собираем автоматику для контроля за аппаратом. Она будет подключать оборудование в случае слишком низкой температуры в здании.

Изготовление универсального генератора

Элементы для создания универсального генерирующего аппарата:

  • емкость;
  • входной патрубок;
  • выходной патрубок;
  • вал;
  • подшипники;
  • корпус оборудования;
  • металлические диски;
  • гайки.

По типу внутренней поверхности конус может классифицироваться как выгнутый, вогнутый или конечный. Каналы могут иметь сечение в виде квадрата или прямоугольника и располагаться радиально, с уклоном или криволинейно. Конкретное расположение зависит от разновидности конструкции.

Диски ставятся на вал, причем так, чтобы между дисками и цилиндром было расстояние. Идея в том, что как только начинается процесс вращения, между дисками и цилиндром возникает вакуум.

Суть работы универсального генератора заключается в скоростном вращении водонагревателя и направлении жидкости через вал внутрь аппарата. За счет вращения дисков температура во внутренней части устройства достигает максимума. Вода мгновенно нагревается и, попадая в отопительную систему, отапливает помещение. Как было сказано выше, такая система не нуждается в дополнительной подпитке для своего функционирования.

Схема универсального гениратора

Наибольший эффект работы оборудования получается у генераторов с выгнутой внутренней поверхностью. Оптимальное соотношение диаметра цилиндра и дисков — один к трем. Выше упоминалось о горизонтальной модели, но устройства могут быть устроены и по вертикальному типу. По местонахождению привода оборудование может быть верхнеприводным и нижнеприводным. Подшипниковых опор может быть одна или две.

Температура нагрева жидкости зависит от числа оборотов:

  • если количество ежеминутных оборотов достигает 7 800, жидкость разогреется до 100 градусов;
  • для трансформации воды в газообразное состояние необходимо свыше 9 000 оборотов каждую минуту;
  • чтобы получить 400 градусов, число оборотов должно колебаться в пределах 10 000-12000 ежеминутно;
  • 12 500 оборотов — порог, за которым следует самогенерация теплового насоса;
  • свыше 15 000 оборотов приводят к расщеплению воды на водород и кислород.

Несколько советов по использованию теплогенератора

Изготовить тепловой насос по силам каждому человеку, обладающему определенными техническими навыками. Разумеется, каждый энтузиаст волен вносить в конструкцию теплового насоса собственные изменения, если они не будут противоречить общему принципу работы аппарата.

По материалам сайта: http://energomir.net