Máy bơm nhiệt Frenetta: thiết kế và nguyên lý hoạt động + bạn có thể tự lắp ráp được không?

Những người thích mày mò sẽ luôn tìm cách sử dụng sức lực, sự kiên nhẫn và lãng phí vật liệu của mình.Từ những thành phần thực tế miễn phí, họ có thể dễ dàng tạo ra một thứ cực kỳ hữu ích trong cuộc sống hàng ngày.

Ví dụ, họ có thể tự tay mình chế tạo một máy bơm nhiệt Frenette hiệu quả mà không tốn bất cứ chi phí nào. Nhưng họ sẽ bổ sung kiến ​​thức và kỹ năng của mình, và điều này là vô giá phải không?

Những thông tin được trình bày sẽ giúp bạn hiểu rõ nguyên lý hoạt động của thiết bị. Với sự giúp đỡ của chúng tôi, bạn có thể quyết định thiết kế và tìm hiểu cách tạo mô hình. Hướng dẫn rõ ràng về cách sản xuất loại máy bơm nhiệt này sẽ hỗ trợ hiệu quả cho những người thợ thủ công độc lập tại nhà.

Chúng tôi cung cấp các khuyến nghị thiết thực để sản xuất các sản phẩm tự làm hiệu quả và các mẹo vận hành các thiết bị đó.

Cách thiết bị hoạt động

Những người đã từng tiếp xúc với các vấn đề về sưởi ấm tiết kiệm chi phí đều quen thuộc với cái tên “bơm nhiệt”. Đặc biệt khi kết hợp với các thuật ngữ như “đất-nước”, "nước nước", hoặc “không khí-nước” và như thế.

Một máy bơm nhiệt như vậy thực tế không có điểm chung nào với thiết bị Frenette. Ngoài tên và kết quả cuối cùng ở dạng năng lượng nhiệt, cuối cùng được sử dụng để sưởi ấm.

Máy bơm nhiệt hoạt động theo nguyên lý Carnot rất phổ biến vừa là cách tiết kiệm chi phí để tổ chức sưởi ấm vừa là một hệ thống thân thiện với môi trường.

Hoạt động của tổ hợp thiết bị như vậy gắn liền với sự tích tụ năng lượng có tiềm năng thấp có trong tài nguyên thiên nhiên (đất, nước, không khí) và chuyển đổi nó thành năng lượng nhiệt có tiềm năng cao.

Phát minh của Eugene Frenette được thiết kế và hoạt động hoàn toàn khác.

Nguyên lý hoạt động của thiết bị này dựa trên việc sử dụng năng lượng nhiệt được giải phóng trong quá trình ma sát. Thiết kế dựa trên các bề mặt kim loại không nằm gần nhau mà ở một khoảng cách nào đó. Không gian giữa chúng chứa đầy chất lỏng.

Các bộ phận của thiết bị quay tương đối với nhau bằng động cơ điện, chất lỏng nằm bên trong vỏ và tiếp xúc với các bộ phận quay sẽ nóng lên.

Nhiệt thu được có thể được sử dụng để làm nóng chất làm mát. Một số nguồn khuyến nghị sử dụng chất lỏng này trực tiếp cho hệ thống sưởi. Thông thường, một bộ tản nhiệt thông thường được gắn vào máy bơm Frenette tự chế.

BẰNG chất làm mát hệ thống sưởi ấm Các chuyên gia khuyên bạn nên sử dụng dầu thay vì nước.

Trong quá trình hoạt động của máy bơm, chất lỏng này có xu hướng nóng lên rất mạnh. Nước trong điều kiện như vậy có thể đun sôi. Hơi nước nóng trong không gian hạn chế tạo ra áp suất dư thừa và điều này thường dẫn đến vỡ đường ống hoặc vỏ máy. Sẽ an toàn hơn nhiều khi sử dụng dầu trong tình huống này vì nhiệt độ sôi của nó cao hơn nhiều.

Để chế tạo máy bơm nhiệt Frenette, bạn sẽ cần một động cơ, bộ tản nhiệt, một số đường ống, van bướm bằng thép, đĩa thép, thanh kim loại hoặc nhựa, xi lanh kim loại và bộ đai ốc (+)

Có ý kiến ​​​​cho rằng hiệu suất của một bộ tạo nhiệt như vậy vượt quá 100% và thậm chí có thể là 1000%. Từ quan điểm vật lý và toán học, đây không phải là một tuyên bố hoàn toàn chính xác.

Hiệu suất phản ánh mức tiêu hao năng lượng không phải dành cho việc sưởi ấm mà dành cho hoạt động thực tế của thiết bị. Đúng hơn, những tuyên bố phi thường về hiệu suất cực kỳ cao của máy bơm Frenette phản ánh hiệu quả của nó, điều này thực sự ấn tượng. Năng lượng tiêu thụ để vận hành thiết bị là không đáng kể nhưng lượng nhiệt sinh ra là rất đáng chú ý.

Ví dụ, làm nóng chất làm mát đến cùng nhiệt độ bằng cách sử dụng bộ phận làm nóng để sưởi ấm sẽ cần nhiều điện hơn đáng kể, có thể gấp hàng chục lần. Máy sưởi gia đình thậm chí sẽ không nóng lên ở mức tiêu thụ điện này.

Tại sao không phải tất cả các khu dân cư và công nghiệp đều được trang bị những thiết bị như vậy? Những lý do có thể khác nhau.

Trước hết, nước là chất làm mát đơn giản và tiện lợi hơn dầu.Nó không nóng lên đến nhiệt độ cao như vậy và việc loại bỏ hậu quả rò rỉ nước dễ dàng hơn việc làm sạch dầu tràn.

Thứ haiVào thời điểm máy bơm Frenette được phát minh, hệ thống sưởi ấm tập trung đã tồn tại và hoạt động thành công. Việc tháo dỡ nó để thay thế bằng máy tạo nhiệt sẽ quá tốn kém và gây ra nhiều bất tiện nên không ai nghiêm túc xem xét phương án này. Như người ta nói, điều tốt nhất là kẻ thù của điều tốt.

Khuyến nghị sử dụng thiết bị

Điều đáng chú ý là vẫn tồn tại các biến thể của máy bơm Eugene Frenette sử dụng nước làm chất làm mát. Nhưng thông thường đây là những mô hình công nghiệp lớn được sử dụng trong các doanh nghiệp chuyên ngành.

Hoạt động của các thiết bị như vậy được kiểm soát chặt chẽ bằng các công cụ đặc biệt. Hầu như không thể cung cấp mức độ an ninh tương tự ở nhà.

Sơ đồ chung của máy phát nhiệt công nghiệp do các nhà khoa học Khabarovsk phát triển: 1 - công suất; 2 — đường ống vào; 3 — ống thoát; 4 - máy nước nóng; 5 - trục ổ trục. Nước được sử dụng làm chất làm mát

Phiên bản phổ biến nhất của máy bơm Frenette, sử dụng nước thay vì dầu làm chất làm mát, là thiết bị được phát triển bởi các nhà khoa học từ Khabarovsk: Natalya Ivanovna Nazyrova, Mikhail Pavlovich Leonov và Alexander Vasilyevich Syarg. Trong thiết kế hình cây nấm này, nước được đặc biệt đun sôi và biến thành hơi nước.

Sau đó, lực phản kháng của hơi nước được sử dụng để tăng tốc độ chuyển động của chất lỏng làm mát qua kênh bơm lên 135 m/phút. Kết quả là, chi phí năng lượng cho việc di chuyển chất làm mát là tối thiểu và lợi nhuận dưới dạng năng lượng nhiệt là rất cao.

Tuy nhiên, thiết bị như vậy phải cực kỳ bền và hoạt động của nó phải được giám sát liên tục để tránh tai nạn.

Bạn nên làm gì nếu định sử dụng máy bơm Frenette để sưởi ấm một căn phòng lớn hoặc toàn bộ ngôi nhà? Nước là chất làm mát truyền thống, hầu hết các hệ thống sưởi ấm đều được thiết kế dành riêng cho nó. Và việc đổ đầy toàn bộ hệ thống sưởi bằng loại dầu lỏng phù hợp có thể tốn kém.

Vấn đề này có thể được giải quyết rất đơn giản. Ngoài ra, cần thiết phải chế tạo một bộ trao đổi nhiệt thông thường trong đó dầu nóng sẽ làm nóng nước tuần hoàn qua hệ thống sưởi. Một phần nhiệt sẽ bị mất đi, nhưng hiệu quả tổng thể sẽ vẫn khá rõ rệt.

Máy bơm nhiệt Frenette có thể được sử dụng thành công khi kết hợp với hệ thống sàn được làm nóng bằng nước. Nhưng thay vì đổ nước, bạn cần đổ dầu lỏng vào đường ống

Một ý tưởng thú vị có thể là sử dụng bơm Frenette kết hợp với hệ thống sưởi ấm dưới sàn. Trong trường hợp này, chất làm mát được thoát ra qua các ống nhựa hẹp đặt trong lớp bê tông.

Hệ thống sưởi ấm này hoạt động giống như sàn được làm nóng bằng nước thông thường. Tất nhiên, dự án kiểu này chỉ có thể thực hiện ở nhà riêng, vì chung cư cao tầng chỉ được phép sử dụng. sàn sưởi điện.

Một cách thiết thực và thuận tiện để sử dụng một thiết bị như vậy là sưởi ấm một căn phòng nhỏ: nhà để xe, nhà kho, nhà xưởng, v.v. Máy bơm Frenetta cho phép bạn giải quyết hiệu quả và nhanh chóng vấn đề sưởi ấm tự động ở những nơi như vậy.

Mức tiêu thụ năng lượng cho hoạt động của nó nhỏ so với hiệu ứng nhiệt thu được và không khó để chế tạo một thiết bị như vậy từ những vật liệu đơn giản nhất.

Tùy chọn thiết kế bơm Frenette

Eugene Frenette không chỉ phát minh ra thiết bị mang tên ông mà còn liên tục cải tiến nó, cho ra đời các phiên bản mới, hiệu quả hơn của thiết bị.

Máy bơm đầu tiên được nhà phát minh cấp bằng sáng chế vào năm 1977 chỉ sử dụng hai xi lanh:

• bên ngoài - hình trụ rỗng có đường kính lớn hơn và ở trạng thái tĩnh
• Nội địa - đường kính của bình chứa nhỏ hơn một chút so với kích thước của khoang của hình trụ bên ngoài.

Nhà phát minh đã đổ dầu lỏng vào khoảng trống giữa thành của hai xi lanh. Tất nhiên, phần cấu trúc chứa chất lỏng làm mát này đã được bịt kín cẩn thận để tránh rò rỉ dầu.

Đây là sơ đồ của phiên bản đầu tiên của bơm nhiệt Frenette. Trục quay được đặt nằm ngang, nước làm mát được đặt trong khoảng hẹp giữa hai xi lanh làm việc (+)

Xy lanh bên trong được nối với trục động cơ điện sao cho đảm bảo nó quay nhanh so với xi lanh lớn cố định. Một chiếc quạt có cánh quạt được đặt ở đầu đối diện của cấu trúc.

Trong quá trình hoạt động, dầu nóng lên và truyền nhiệt vào không khí xung quanh thiết bị. Quạt giúp phân phối nhanh chóng không khí ấm áp khắp toàn bộ căn phòng.

Vì thiết kế này nóng lên khá mạnh nên để sử dụng thuận tiện và an toàn, cấu trúc đã được giấu trong hộp bảo vệ. Tất nhiên, các lỗ được tạo ra trên vỏ để lưu thông không khí.

Một bổ sung hữu ích cho thiết kế là bộ điều nhiệt, nhờ đó hoạt động của bơm Frenette có thể được tự động hóa ở một mức độ nào đó.

Trục trung tâm trong mô hình bơm nhiệt này được đặt theo chiều dọc. Động cơ ở phía dưới, sau đó là các xi-lanh lồng nhau, phía trên có một quạt. Sau đó, một mô hình có trục trung tâm nằm ngang xuất hiện.

Một mô hình bơm nhiệt Frenette có trục quay nằm ngang được sử dụng cùng với bộ tản nhiệt sưởi ấm, bên trong có dầu nóng tuần hoàn (+)

Thiết bị này lần đầu tiên được sử dụng kết hợp không phải với quạt mà với bộ tản nhiệt sưởi ấm. Động cơ được đặt ở bên cạnh, trục rôto đi qua trống quay và đi ra ngoài.

Loại thiết bị này không có quạt. Chất làm mát từ máy bơm di chuyển qua các đường ống đến bộ tản nhiệt. Theo cách tương tự, dầu được làm nóng có thể được chuyển sang bộ trao đổi nhiệt khác hoặc trực tiếp vào đường ống sưởi ấm.

Sau đó, thiết kế của bơm nhiệt frenette đã được thay đổi đáng kể. Trục rôto vẫn ở vị trí nằm ngang nhưng phần bên trong được làm từ hai trống quay và một bánh công tác đặt giữa chúng. Ở đây dầu lỏng một lần nữa được sử dụng làm chất làm mát.

Ở phiên bản bơm nhiệt Frenette này, hai xi lanh quay cạnh nhau, chúng được ngăn cách bằng một cánh quạt được thiết kế đặc biệt làm bằng kim loại rất bền (+)

Khi cấu trúc này quay, dầu sẽ nóng lên thêm khi nó đi qua các lỗ đặc biệt được tạo ra trên bánh công tác và sau đó thâm nhập vào khoang hẹp giữa các thành của vỏ máy bơm và rôto của nó.Do đó, hiệu suất của bơm Frenette đã tăng lên đáng kể.

Các lỗ nhỏ được tạo dọc theo các cạnh của bánh công tác cho bơm nhiệt Frenette. Chất làm mát nóng lên nhanh chóng và hiệu quả khi đi qua chúng (+)

Tuy nhiên, điều đáng chú ý là loại máy bơm này không phù hợp lắm để tự làm tại nhà. Đầu tiên, bạn sẽ cần tìm những bản vẽ đáng tin cậy hoặc tự mình tính toán thiết kế và chỉ có kỹ sư giàu kinh nghiệm mới có thể làm được việc này.

Sau đó, bạn sẽ cần phải tìm một cánh quạt đặc biệt có lỗ có kích thước phù hợp. Bộ phận này của bơm nhiệt hoạt động với tải trọng tăng nên phải được làm bằng vật liệu rất bền.

Tự sản xuất thiết bị

Việc xem xét các tùy chọn thiết kế cho máy bơm Frenette cho phép chúng tôi hiểu rằng các nguyên tắc hoạt động của nó có thể được sử dụng với mức độ hiệu quả khác nhau trong các cấu trúc thuộc nhiều loại và loại khác nhau. Ý tưởng cơ bản vẫn giữ nguyên: một không gian hẹp giữa các phần tử kim loại, chứa đầy dầu và được quay bằng động cơ điện.

Sơ đồ hiển thị một phiên bản của bơm nhiệt Frenette, thường được sử dụng để tự sản xuất thiết bị. Cơ sở của thiết kế là các đĩa kim loại được ngăn cách bằng đai ốc (+)

Ở nhà, máy bơm Frenette thường được chế tạo nhiều nhất, bao gồm một loạt các tấm kim loại cách nhau một khoảng hẹp.

Để chế tạo một thiết bị như vậy, bạn cần chuẩn bị những vật liệu cần thiết:

• xi lanh kim loại rỗng;
• một bộ đĩa thép giống hệt nhau có lỗ ở giữa;
• bộ đai ốc cao 6 mm;
• thanh thép ren:
• động cơ điện có trục mở rộng;
• Ổ đỡ trục;
• bộ tản nhiệt;
• đường ống kết nối.

Kích thước bơm có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn.Nhưng khoảng cách giữa các đĩa phải được duy trì chính xác - 6 mm. Các đai ốc tiêu chuẩn được sử dụng làm miếng đệm và thanh thép là trung tâm của kết cấu.

Độ dày của nó phải tương ứng với đường kính của đai ốc. Nếu bạn không có thanh ren trong tay, bạn sẽ phải cắt nó.

Đĩa kim loại cho bơm nhiệt Frenette phải nhỏ hơn một chút so với đường kính của thân hình trụ để đảm bảo quay tự do và làm nóng chất làm mát hiệu quả hơn

Rõ ràng, lỗ trên các đĩa phải sao cho chúng có thể được đặt tự do trên thanh trục. Đường kính ngoài của đĩa phải nhỏ hơn vỏ vài mm. Nếu không có sẵn các bộ phận làm sẵn, các đĩa sẽ tự cắt ra khỏi tấm kim loại hoặc công việc được giao cho thợ tiện.

Đĩa thép cho máy bơm nhiệt Frenette có thể được cắt tại nhà nếu bạn có thiết bị phù hợp

Thân hình trụ có thể được làm từ một thùng kim loại cũ có cấu hình phù hợp hoặc hàn từ kim loại. Một đoạn ống kim loại rộng cũng sẽ có tác dụng.

Các bức tường được hàn vào các đầu của hình trụ. Vỏ phải được bịt kín để dầu không bị rò rỉ. Nên tạo thêm các lỗ ở đầu trên và dưới của vỏ: dành cho lối vào và lối ra của các ống dẫn nhiệt dẫn đến bộ tản nhiệt.

Tất nhiên, tất cả các kết nối đường ống phải được niêm phong. Đối với các kết nối ren, chất bịt kín đặc biệt được sử dụng: băng FUM, lanh, v.v. Nếu quyết định sử dụng ống polypropylene, bạn sẽ cần các phụ kiện đặc biệt và có thể cả bàn hàn để lắp đặt những đường ống như vậy.

Không cần động cơ điện hiệu suất cao để vận hành bơm Frenette.Một thiết bị được tháo ra khỏi thiết bị gia dụng cũ hoặc hỏng, chẳng hạn như quạt thông thường, là phù hợp.

Mục đích chính của động cơ điện là làm quay trục. Xoay quá nhanh có thể khiến thiết bị gặp trục trặc. Cấu trúc quay càng nhanh thì chất làm mát càng nóng lên.

Một động cơ nhỏ để quay trục của máy bơm nhiệt Frenette có thể được tháo ra khỏi các thiết bị gia dụng bị hư hỏng hoặc mua ở cửa hàng

Để thanh quay tự do, bạn cần có ổ trục phù hợp có kích thước tiêu chuẩn. Khi tất cả các yếu tố đã được chuẩn bị, bạn có thể bắt đầu lắp ráp thiết bị. Đầu tiên, một trục trung tâm có ổ trục được lắp ở phần dưới bên trong vỏ. Sau đó, đai ốc đệm được vặn vào trục, sau đó lắp đĩa vào, lại đai ốc, lại đĩa, v.v.

Các đĩa có đai ốc được xen kẽ cho đến khi lấp đầy vỏ. Ngay cả ở giai đoạn chuẩn bị, bạn có thể tính toán sơ bộ về số lượng đĩa và đai ốc cần thiết.

Cần cộng độ dày của đĩa với độ dày của đai ốc (6 mm). Chia chiều cao của cơ thể cho hình này. Số kết quả sẽ cung cấp thông tin về số lượng cặp “đai ốc + đĩa” cần thiết. Đai ốc được lắp đặt cuối cùng.

Sau khi vỏ chứa đầy các bộ phận chuyển động này, nó sẽ được đổ đầy dầu lỏng. Loại dầu nào không quan trọng, bạn có thể lấy dầu khoáng, dầu hạt bông, dầu hạt cải hoặc bất kỳ loại dầu nào khác chịu nhiệt tốt và không bị cứng. Sau đó, cấu trúc được đậy bằng nắp trên và hàn cẩn thận.

Tại thời điểm này, các ống tản nhiệt thường đã được gắn sẵn vào nắp. Để thuận tiện trong quá trình lắp đặt và bảo trì thiết bị tiếp theo, có thể lắp đặt hai van ngắt trên đường ống. Lúc này bạn cần gắn trục bơm nhiệt vào trục động cơ.

Hệ thống được kết nối với mạng, kiểm tra sự hiện diện của rò rỉ và đánh giá các đặc tính vận hành của thiết bị.

Một máy bơm nhiệt Frenette tự chế tạo có thể được kết nối với bộ tản nhiệt bằng gang hoặc lưỡng kim thông thường, điều này sẽ mang lại hiệu quả sưởi ấm cần thiết

Nếu mọi thứ được thực hiện chính xác, trục có đĩa sẽ bắt đầu quay, làm nóng dầu bên trong thiết bị. Chất làm mát nóng sẽ di chuyển qua lỗ trên qua đường ống vào bộ tản nhiệt sưởi. Dầu đã nguội sẽ quay trở lại vỏ bơm nhiệt qua đường ống dẫn xuống để được làm nóng lại.

Để tự động hóa hoạt động của hệ thống, bạn có thể sử dụng rơle đặc biệt có cảm biến nhiệt độ, phát hiện sự nóng lên của vỏ bơm nhiệt và tắt động cơ hoặc bật lại khi cần thiết. Điều này sẽ ngăn chặn hệ thống quá nóng, làm hỏng động cơ điện và nói chung là tăng tuổi thọ của thiết bị.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Một phiên bản thú vị của máy bơm Frenette được trình bày trong video này:

Thật không may, máy bơm Frenette chưa được chấp nhận rộng rãi trong ngành sưởi ấm. Rất khó tìm thấy một thiết bị công nghiệp phục vụ nhu cầu gia đình như vậy ở các cửa hàng sửa chữa nhà cửa. Nhưng nhiều thợ thủ công đã sử dụng thành công thành tựu của nhà khoa học này và áp dụng chúng trong nhà, nhà tắm, gara, v.v.

Có lẽ bạn cũng chính là người đã thực hiện được ý tưởng của Frenette? Hãy chia sẻ trải nghiệm của bạn - để lại nhận xét về bài viết và thêm ảnh về sản phẩm của bạn. Mẫu liên hệ nằm ở bên dưới.