Описание и преимущества: тепловой насос «Френетта»

Виды насосов

С течением времени выгодность геотермального теплового насоса для отопления дома, несмотря на высокие цены , становится все более очевидной из-за постоянного роста стоимости топлива. Правильно подобранный и качественно смонтированный ГТН обеспечивает теплом вне зависимости от времени года и рыночных колебаний стоимости энергоносителей.

Существует несколько вариантов монтажа внешнего коллектора, что позволяет адаптировать тепловой насос к конкретным условиям прилегающего к дому земельного участка:

1. Трубы укладываются в траншеи на глубину ниже уровня промерзания почвы. На юге России земля замерзает максимум на 0,5 м, поэтому проще снять грейдером полностью слой земли на монтажном участке, уложить коллектор, а затем засыпать экскаватором котлован.
2. Если вблизи дома есть водоем на расстоянии не более 100 м, то применяют самый экономичный и эффективный вариант — трубы укладывают под воду на глубину от 3 метров и более.
3. Сухие песчаные грунты не дадут достаточного теплового потока, поэтому применяют бурение скважин глубиной до 50 метров, чтобы достичь водоносного слоя. В скважины опускают трубы.
4. Если вода из скважины хорошего качества, то достаточно пробурить только две: одна — для забора грунтовых вод, а вторая — для слива обратно в водоносный слой.

Сливную скважину пробурите на расстоянии 20 метров от заборной и ниже по течению водоносного слоя.

Тип вода-вода

Относительно недорогую разновидность ГТН типа вода-вода рекомендуется использовать, когда рядом находится озеро, пруд, река или море. Эффективность такой системы достигается за счет максимальной величины конвективного теплообмена между внешней средой и теплоносителем, который циркулирует в трубах коллектора. Экономия получается за счет простоты монтажа. Бухты расстилают на поверхности воды, затем к трубам крепят грузы и затапливают систему на глубину 3 метра и более.

Если поблизости нет водоема, то можно применить вариант с разомкнутым коллектором. В этом случае используется энергетический потенциал грунтовых вод хорошего качества. Тогда системе и насосу не угрожает заиливание, отложение солей жесткости, ускоренная коррозия. Из одной скважины берут воду, прокачивают через теплообменник ГТН, а затем сливают в другую, которая должна располагаться на расстоянии 15—20 метров.

Если пробуренная скважина быстро заиливается или вода содержит много солей жесткости, тогда стабильную работу ГТН обеспечивается бурением большего количества скважин. В них опускают петли герметичного внешнего контура. Затем в скважины заливают тампонаж из глинисто-песчаной смеси.

Тип грунт-вода

Когда рядом с домом нет водоема и нет возможности пробурить скважины, тогда трубы укладывают горизонтально ниже глубины промерзания грунта. Если подпочвенные воды залегают близко к поверхности, то эффективность системы грунт-вода практически такая же, как у ГТН типа вода-вода, так как принцип работы тот же. На юге России величина промерзания грунта менее 0,75 м, поэтому роют котлован глубиной 1 метр, раскладывают трубы внешнего контура, а затем засыпают. В северных регионах почва замерзает глубже, поэтому экономичнее рыть параллельные траншеи.

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”, “вода-воздух” и т.п. Такой тепловой насос с устройством Френетта не имеет практически ничего общего, кроме разве что 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.

Галерея изображений Фото из Генерирующую тепло систему, разработанную Е. Френеттом, нельзя безоговорочно отнести к классу тепловых насосов. По конструктивным и технологическим признакам это обогреватель

Агрегат не использует гео- или гелио-источники энергии в своей работе. Находящийся внутри него масляный теплоноситель разогревается от силы трения, создаваемой вращающимися металлическими дисками

Рабочий орган насоса — маслонаполненный цилиндр, внутри которого расположена ось вращения. Это стальной стержень, оснащенный установленными примерно через 6 см параллельными дисками

Центробежная сила выталкивает разогретый теплоноситель в присоединенный к прибору змеевик. Нагретое масло выходит из прибора в верхней точке соединения. Остывший теплоноситель возвращается обратно снизу

Внешний вид теплового насоса Френетта

Разогрев прибора во время работы

Основные конструктивные составляющие

Реальные размеры одной из моделей

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 жидкости для нагрева специалисты настоятельно рекомендуют использовать масло, а не воду.

В процессе работы насоса этот теплоноситель 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.

Для изготовления теплового насоса Френетта потребуется двигатель, радиатор, несколько труб, стальной дисковый затвор, стальные диски, металлический или пластиковый стержень, металлический цилиндр и гаечный набор (+)

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, 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. Все же 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.

Еще одна причина может быть в том, что 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.

Как собрать теплогенератор

Инструменты для работы

При всех этих научных терминах, которые могут напугать незнакомого с физикой человека, смастерить в домашних условиях ВТГ вполне возможно. Повозиться, конечно, придётся, но если всё сделать правильно и качественно, можно будет наслаждаться теплом в любое время.

И начать, как и в любом другом деле, придётся с подготовки материалов и инструментов. Понадобятся:

• Сварочный аппарат.
• Шлифмашинка.
• Электродрель.
• Набор гаечных ключей.
• Набор свёрл.
• Металлический уголок.
• Болты и гайки.
• Толстая металлическая труба.
• Два патрубка с резьбой.
• Соединительные муфты.
• Электродвигатель.
• Центробежный насос.
• Жиклёр.

Вот теперь можно приступать непосредственно к работе.

Устанавливаем двигатель

Электродвигатель, подобранный в соответствии с имеющимся напряжением, устанавливается на станину, сваренную или собранную с помощью болтов, из уголка. Общий размер станины вычисляется таким образом, чтобы на ней можно было разместить не только двигатель, но и насос. Станину лучше покрасить во избежание появления ржавчины. Разметить отверстия, просверлить и установить электродвигатель.

Подсоединяем насос

Насос следует подбирать по двум критериям. Во-первых, он должен быть центробежным. Во вторых, мощности двигателя должно хватить, чтобы его раскрутить. После того, как насос будет установлен на станину, алгоритм действий следующий:

• В толстой трубе диаметром 100 мм и длиной 600 мм с двух сторон нужно сделать внешнюю проточку на 25 мм и в половину толщины. Нарезать резьбу.
• На двух кусках такой же трубы длинной каждый 50 мм нарезать внутреннюю резьбу на половину длины.
• Со стороны противоположной от резьбы приварить металлические крышки достаточной толщины.
• По центру крышек сделать отверстия. Одно по размеру жиклёра, второе по размеру патрубка. С внутренней стороны отверстия под жиклёр сверлом большого диаметра необходимо снять фаску, чтобы получилось подобие форсунки.
• Патрубок с форсункой подсоединяется к насосу. К тому отверстию, из которого вода подаётся под напором.
• Вход системы отопления подсоединяется ко второму патрубку.
• К входу насоса присоединяется выход из системы отопления.

Цикл замкнулся. Вода будет под давлением подаваться в форсунку и за счёт образовавшегося там вихря и возникшего эффекта кавитации станет нагреваться. Регулировку температуры можно осуществить, установив за патрубком, через который вода попадает обратно в систему отопления, шаровый кран.

Чуть прикрыв его, вы сможете повысить температуру и наоборот, открыв – понизить.

Усовершенствуем теплогенератор

Это может звучать странно, но и эту довольно сложную конструкцию можно усовершенствовать, ещё больше повысив её производительность, что будет несомненным плюсом для обогрева частного дома большой площади. Основывается это усовершенствование на том факте, что сам насос имеет свойство терять тепло. Значит, нужно заставить расходовать его как можно меньше.

Добиться этого можно двумя путями. Утеплить насос при помощи любых подходящих для этой цели теплоизоляционных материалов. Или окружить его водяной рубашкой. Первый вариант понятен и доступен без каких-либо пояснений. А вот на втором следует остановиться подробнее.

Чтобы соорудить для насоса водяную рубашку придётся поместить его в специально сконструированную герметическую ёмкость, способную выдерживать давление всей системы. Вода будет подаваться именно в эту емкость, и насос будет забирать её уже оттуда. Внешняя вода так же нагреется, что позволит насосу работать намного продуктивнее.

Вихрегаситель

Но, оказывается и это ещё не всё. Хорошо изучив и поняв принцип работы вихревого теплогенератора, можно оборудовать его гасителем вихрей. Подаваемый под большим давлением поток воды ударяется в противоположную стенку и завихряется. Но этих вихрей может быть несколько. Стоит только установить внутрь устройства конструкцию напоминающую своим видом хвостовик авиационной бомбы. Делается это следующим образом:

• Из трубы чуть меньшего диаметра, чем сам генератор необходимо вырезать два кольца шириной 4-6 см.
• Внутрь колец приварите шесть металлических пластинок, подобранных таким образом, чтобы вся конструкция получилась длинной равной четверти длины корпуса самого генератора.
• Во время сборки устройства закрепите эту конструкцию внутри напротив сопла.

Пределу совершенства нет и быть не может и усовершенствованием вихревого теплогенератора занимаются и в наше время. Не всем это под силу. А вот собрать устройство по схеме, приведённой выше, вполне возможно.

Все подробности про изготовление вихревых теплогенераторов своими руками

Написано 21 января 2018от generator-prosto. Нет комментариев

С каждым годом подорожание отопления заставляет искать более дешевые способы обогрева жилой площади в холодную пору года. Особенно это относится к тем домам и квартирам, которые имеют большую квадратуру. Одним из таких способов экономии является вихревой теплогенератор своими руками. Он имеет массу преимуществ, а также позволяет экономить на создании. Простота конструкции не затруднит его сбор даже у новичков. Далее рассмотрим преимущества такого способа отопления, а также попытаемся составить план-схему по сбору теплогенератора своими руками.

7 Заводские модели 8 Купить или смастерить?

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.

Типы обогревателей

Кавитационный котел отопления относится к одному из распространенных типов обогревателей. Наиболее востребованные из них:

1. Роторные установки, среди которых особого внимания заслуживает устройство Григгса. Суть его действия основана на центробежном насосе роторного действия. Внешне описываемая конструкция напоминает диск с несколькими отверстиями. Каждая такая ниша называется ячейкой Григгса, их количество и функциональные параметры взаимозависимы с частотой вращения привода, типом применяемой генераторной установки. Рабочая жидкость подогревается в пространстве между ротором и статором из-за быстрого перемещения по дисковой поверхности.
2. Статические обогреватели. Котлы лишены каких-либо передвигающихся деталей, кавитация в них обеспечивается за счет специальных элементов Лаваля. Установленный в отопительную систему насос задает необходимое давление воды, которая начинает быстро передвигаться и подогреваться. За счет узких отверстий в соплах жидкость перемещается в ускоренном режиме. Из-за ее быстрого расширения достигается необходимая для обогрева кавитация.

Особенность статического агрегата заключается в отсутствии вращающихся деталей, чем и обуславливается его продолжительный эксплуатационный срок. Длительность работы без технического обслуживания достигает 5 лет. Если же сломается сопло, его без труда можно заменить, что стоит гораздо дешевле в сравнении с приобретением нового рабочего элемента в роторную установку.

Алгоритм изготовления своими руками

Правила изготовления агрегата:

• Определитесь с источником, от которого будет работать контур отопления. В областях с суровым климатом советуют использовать источники, расположенные под землей, в регионах с теплым климатом энергию можно получать из воздуха.
• Выполните расчет мощности агрегата. Она зависит от качества утепления дома. Если здание не обшито утеплителем, то рекомендуемая мощность прибора — 70 Вт/м 2 . Только такой агрегат создаст комфортный микроклимат внутри здания. Для домов, утепленных современным материалом, подойдет мощность в 45 Вт/м 2 . В здании, утепленном по специальной технологии, не используется мощный агрегат. Рекомендуют брать мощность в 25 Вт/м 2 . Если мощность увеличить, то внутри помещения будет слишком высокая температура.
• Подготовьте основное и дополнительное оборудование.
• Выполните монтаж узлов и сборку системы. После этого подключите ее к источнику.

Применение кондиционера

Схема теплонасоса из кондиционера

Особенность кондиционера заключается в том, что по принципу работы он напоминает тепловой насос.

Но, есть некоторые отличия. Прежде всего, стоит отметить температурный режим работы климатической техники. Сплит-системы не желательно использовать при низких температурах.

Чтобы изготовить теплонасос из кондиционера, необходимо провести ряд модификаций и перепланировок:

1. Первый способ сборки насоса заключается в переделки кондиционера. В этом случае наружный и внутренний блок меняются местами. Во внутреннем блоке находится испаритель, который нужен для передачи низкопотенциального тепла. Во внешнем же блоке установлен конденсатор, который передает тепловую энергию. В качестве теплоносителя системы отопления может использоваться как воздух, так и вода. Во втором случае конденсатор монтируется в специальный резервуар, где будет проводиться передача тепла.
2. Второй способ заключается в установке в систему четырех ходового переключающего клапана. Выполнить такую работу смогут только профессионалы. Особенно это касается установки теплового зонда.
3. Третий вариант заключается в полной разборке климатической техники. Детали используются для сборки теплонасоса по обычной схеме: испаритель – компрессор – конденсатор.

К сборке теплового насоса на основе кондиционера стоит подойти очень внимательно и лучше привлечь профессионала. От правильности сборки будет зависеть продуктивность агрегата.

Перед тем как приступать к сборке теплонасоса, стоит задуматься над утеплением дома. Если строение обладает низкими теплоизоляционными свойствами, то эффективность использования насоса и других источников тепла значительно снизиться.

Такие насосы лучше использовать в низкотемпературных системах отопления. В данном случае оптимальным вариантом станет теплый пол. Учитывая все особенности сборки, вполне реально соорудить тепловой насос своими руками.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь подробно разъясняет схему использования теплового насоса, сделанного из кондиционера своими руками:

Особенности конструкции

Насос Френетта постоянно совершенствуется, возникают новые варианты конструкции. Изначально в устройстве было только два цилиндра. Внутренний цилиндр имел меньший размер и находился внутри наружного. В пространство между стенками этих цилиндров заливается жидкость. Вращающийся вал располагается горизонтально с помощью электродвигателя. А на противоположном торце изделия находится вентилятор с крыльчаткой.

При работе насоса масло между цилиндрами разогревается и передает тепло воздуху в окружающем пространстве. А вентилятор распределяет нагрев воздух по помещению. Из-за сильного нагрева конструкции применятся защитный корпус, предотвращающий сильные ожоги. Насос Френетта может быть дополнен термостатом. Это позволяет сделать отопительную систему автоматической. Она будет включать и выключаться при достижении определенных температурных показателей. Именно такие модели являются наиболее современными, удобными в использовании и экономически выгодными.

Дальнейшие модели оборудовались радиатором отопления, что повышало теплоотдачу и общую эффективность использования такого оборудования. В таких моделях вентилятор не используется, а теплоноситель перемещается по трубам.

Современные модели имеют внутреннюю часть, которая состоит из двух барабанов, между которыми находится крыльчатки. В таких устройства используется масло. Цилиндры производятся из прочного металла, что предотвращает вытекание масла. В таком случае при вращении конструкции обеспечивается дополнительный нагрев, что существенно повышает эффективность работы насоса. На краях крыльчатки имеют отверстия, при прохождении через которые масло нагревается.

Данный вариант насоса Френетта не подходит для самостоятельного изготовления. Он достаточно сложный, требуется тщательных расчетов и подготовки профессиональный чертежей конструкции. К тому же требуется использование прочных материалов и изготовления в заводских условиях, чтобы избежать протечек.

Варианты конструкции насоса Френетта

Евгений Френетт не только изобрел устройство, названное его именем, но и неоднократно его усовершенствовал, придумывая все новые, более эффективные варианты прибора. В самом первом насосе, который изобретатель запатентовал в 1977 году, были использованы только два цилиндра: наружный и внутренний. Полый наружный цилиндр был больше диаметром и находился в статичном состоянии. Диаметр внутреннего цилиндра при этом был немного меньше, чем размеры полости наружного цилиндра.

Это схема самого первого варианта теплового насоса Френетта. Вращающийся вал расположен горизонтально, теплоноситель помещен в узкое пространство между двумя рабочими цилиндрами

В получившееся узкое пространство между стенками двух цилиндров изобретатель залил жидкое масло. Разумеется, та часть конструкции, в которой находился этот жидкий теплоноситель, была тщательно заделана, чтобы не допустить протечек масла.

Внутренний цилиндр соединяют с валом электродвигателя таким образом, чтобы обеспечить его быстрое вращение относительно неподвижного большого цилиндра. На противоположном торце конструкции был помещен вентилятор с крыльчаткой. Во время работы масло разогревалось и передавало тепло воздуху, окружающему устройство. Вентилятор позволял быстро распространить теплый воздух по всему объему помещения.

Поскольку нагревалась эта конструкция довольно, ради удобного и безопасного использования конструкция была спрятана в защитный корпус. Разумеется, в корпусе были сделаны отверстия для циркуляции воздуха. Полезным дополнением к конструкции стал термостат, с помощью которого работу насоса Френетта можно было автоматизировать до некоторой степени.

Центральная ось в такой модели теплового насоса расположена вертикально. Двигатель находится внизу, затем установлены вложенные друг в друга цилиндры, а сверху находится вентилятор. Позднее появилась модель с горизонтальным расположением центральной оси.

Модель теплового насоса Френетта с горизонтально ориентированным вращающимся валом была использована вместе с радиатором отопления, внутри которого циркулировало нагретое масло

Именно такое устройство впервые было использовано в сочетании не с вентилятором, а с радиатором отопления. Двигатель помещен сбоку, а вал ротора проходит через вращающийся барабан и выходит наружу. В устройстве этого типа вентилятор отсутствует. Теплоноситель из насоса по трубам перемещается в радиатор. Подобным же образом нагретое масло можно вывести и на другой теплообменник или же прямо в трубы отопления.

Позднее конструкция теплового насоса френетта была существенно изменена. Вал ротора по-прежнему остался в горизонтальном положении, а вот внутренняя часть была сделана из двух вращающихся барабанов и помещенной между ними крыльчатки. В качестве теплоносителя здесь снова используется жидкое масло.

В этом варианте теплового насоса Френетта два цилидра вращаются рядом, они разделены крыльчаткой особой конструкции из очень прочного металла

При вращении этой конструкции масло дополнительно нагревается, поскольку проходит через специальные отверстия, сделанные в крыльчатке, а затем проникает в узкую полость между стенками корпуса насоса и его ротором. Таким образом, эффективность насоса Френетта была существенно повышена.

По краям крыльчатки для теплового насоса Френетта сделаны небольшие отверстия. Теплоноситель быстро и эффективно нагревается, проходя через них

Однако стоит отметить, что для изготовления в домашних условиях этот тип насоса не слишком подходит. Для начала понадобится найти достоверные чертежи или рассчитать конструкцию самостоятельно, а это под силу только опытному инженеру. Затем понадобится найти особую крыльчатку с отверстиями подходящего размера. Этот элемент теплового насоса работает при повышенных нагрузках, поэтому он должен быть выполнен из очень прочных материалов.