Frenetas siltumsūknis: uzbūve un darbības princips + vai to var salikt pašam?

Darināšanas cienītāji vienmēr atradīs pielietojumu saviem spēkiem, pacietībai un atkritumu materiāliem. No praktiski bezmaksas komponentiem viņi viegli uzbūvēs ārkārtīgi noderīgu sadzīves priekšmetu.

Piemēram, viņi varēs izgatavot efektīvu Freneta siltumsūkni ar savām rokām, neko neiztērējot. Toties papildinās zināšanu krājumu un prasmju kopumu, un tas ir nenovērtējami, vai ne?

Sniegtā informācija palīdzēs izprast agregāta darbības principu. Ar mūsu palīdzību Jūs varēsiet izlemt par konstrukciju un uzzināt, kā tiek izgatavots modelis. Skaidri norādījumi par šāda veida siltumsūkņa ražošanu sniegs efektīvu palīdzību neatkarīgiem mājas meistariem.

Mēs sniedzam praktiskus ieteikumus produktīva pašdarinājuma izgatavošanai un padomus par šādas iekārtas ekspluatāciju.

Ierīces darbības princips

Tiem, kas ir saskārušies ar ekonomiski izdevīgas apkures jautājumiem, nosaukums “siltumsūknis” ir labi pazīstams. Īpaši kombinācijā ar tādiem terminiem kā “zeme-ūdens”, “ūdens-ūdens” vai “gaiss-ūdens” u.tml.

Šādam siltumsūknim ar Freneta ierīci praktiski nav nekā kopīga. Izņemot nosaukumu un gala rezultātu siltumenerģijas veidā, ko galu galā izmanto apkurei.

Siltumsūkņi, kas darbojas pēc Karno principa, ir ļoti populāri gan kā ekonomiski izdevīgs apkures organizēšanas veids, gan kā ekoloģiski droša sistēma.

Šāda ierīču kompleksa darbība ir saistīta ar zemas potenciāla enerģijas uzkrāšanu, kas atrodas dabiskajos resursos (zemē, ūdenī, gaisā), un tās pārveidošanu augstas potenciāla siltumenerģijā.

Eugēna Freneta izgudrojums ir uzbūvēts un darbojas pavisam savādāk.

Šīs ierīces darbības princips ir balstīts uz siltumenerģijas izmantošanu, kas izdalās berzes rezultātā. Konstrukcijas pamatā – metāla virsmas, kas nav novietotas cieši viena pie otras, bet nelielā attālumā. Telpa starp tām ir piepildīta ar šķidrumu.

Ierīces daļas griežas viena pret otru ar elektromotora palīdzību, šķidrums, kas atrodas korpusa iekšienē un saskaras ar rotējošajiem elementiem, uzkarst.

Iegūto siltumu var izmantot siltumnesēja sildīšanai. Daži avoti iesaka izmantot šo šķidrumu tieši apkures sistēmai. Visbiežāk paštaisītajam Freneta sūknim tiek pievienots parasts radiators.

Kā apkures sistēmas siltumnesēju speciālisti stingri iesaka izmantot eļļu, nevis ūdeni.

Sūkņa darbības laikā šim šķidrumam ir īpašība ļoti stipri uzkarst. Ūdens šādos apstākļos vienkārši var uzvārīties. Karsts tvaiks slēgtā telpā rada pārspiedienu, un tas parasti noved pie cauruļu vai korpusa plīsuma. Izmantot eļļu šādā situācijā ir daudz drošāk, jo tās viršanas temperatūra ir ievērojami augstāka.

Lai izgatavotu Freneta siltumsūkni, būs nepieciešams motors, radiators, vairākas caurules, tērauda diska aizvars, tērauda diski, metāla vai plastmasas stienis, metāla cilindrs un uzgriežņu atslēgu komplekts (+)

Pastāv uzskats, ka šāda siltuma ģeneratora lietderības koeficients pārsniedz 100% un pat var sasniegt 1000%. No fizikas un matemātikas viedokļa tas nav pilnīgi pareizs apgalvojums.

Lietderības koeficients atspoguļo enerģijas zudumus, kas iztērēti nevis apkurei, bet gan pašai ierīces darbībai. Drīzāk fenomenālie apgalvojumi par neticami augsto Freneta sūkņa lietderības koeficientu atspoguļo tā efektivitāti, kas patiešām ir iespaidīga. Elektroenerģijas izmaksas ierīces darbībai ir niecīgas, bet iegūtā siltuma daudzums ir ļoti jūtams.

Siltumnesēja uzsildīšana līdz tādām pašām temperatūrām, izmantojot apkures sildelementu, piemēram, prasītu ievērojami lielāku elektroenerģijas daudzumu, iespējams, desmitiem reižu vairāk. Sadzīves sildītājs pie tāda elektrības patēriņa pat neuzsiltu.

Kāpēc gan ar šādām ierīcēm nav aprīkotas visas dzīvojamās un rūpnieciskās telpas? Iemesli var būt dažādi.

Pirmkārt, ūdens – vienkāršāks un ērtāks siltumnesējs nekā eļļa. Tas neuzkarst līdz tik augstām temperatūrām, un ūdens noplūdes seku novēršana ir vienkāršāka nekā izlietās eļļas savākšana.

Otrkārt, Freneta sūkņa izgudrošanas brīdī centralizētā apkures sistēma jau pastāvēja un veiksmīgi darbojās. Tās demontāža, lai aizstātu ar siltuma ģeneratoriem, būtu pārāk dārga un radītu daudz neērtību, tāpēc šo iespēju neviens pat nopietni neapsvēra. Kā saka, labākais – labā ienaidnieks.

Ieteikumi ierīces lietošanai

Jāatzīmē, ka Jevgeņija Freneta sūkņa variācijas, kurās kā dzesēšanas šķidrums tiek izmantots ūdens, tomēr pastāv. Bet parasti tās ir lielas rūpnieciskas ierīces, kuras tiek izmantotas specializētos uzņēmumos.

Šādu ierīču darbība tiek stingri kontrolēta, izmantojot īpašas ierīces. Nodrošināt šādu drošības līmeni mājas apstākļos ir praktiski neiespējami.

Habarovskas zinātnieku izstrādātā rūpnieciskā siltuma ģeneratora vispārējā shēma: 1 — tvertne; 2 — ieejas caurule; 3 — izejas caurule; 4 — ūdens sildītājs; 5 — gultņu vārpsta. Kā dzesēšanas šķidrums tiek izmantots ūdens.

Vispopulārākā Freneta sūkņa versija, kurā kā dzesēšanas šķidrums tiek izmantots ūdens, nevis eļļa, ir ierīce, ko izstrādājuši Habarovskas zinātnieki: Natālija Ivanovna Nazirova, Mihails Pavlovičs Leonovs un Aleksandrs Vasiļjevičs Sjarģs. Šajā sēņveida konstrukcijā ūdens tiek speciāli uzkarsēts līdz vārīšanās temperatūrai un pārvērsts tvaikā.

Pēc tam tiek izmantots tvaika reaktīvais spēks, lai palielinātu šķidrā dzesēšanas šķidruma kustības ātrumu pa sūkņa kanāliem līdz 135 m/min. Rezultātā enerģijas izmaksas dzesēšanas šķidruma pārvietošanai ir minimālas, un siltumenerģijas atdeve ir ļoti augsta.

Tomēr šādam agregātam jābūt īpaši izturīgam, un tā darbība ir pastāvīgi jākontrolē, lai izvairītos no avārijas.

Ko darīt, ja ar Freneta sūkni ir paredzēts apsildīt lielu telpu vai veselu māju? Ūdens ir tradicionāls dzesēšanas šķidrums, lielākā daļa apkures sistēmu ir paredzētas tieši tam. Un visas apkures sistēmas piepildīšana ar piemērotu šķidru eļļu var izrādīties dārgs pasākums.

Šo jautājumu atrisina ļoti vienkārši. Ir nepieciešams papildus uzbūvēt parastu siltummaini, kurā uzkarsētā eļļa sildīs ūdeni, kas cirkulē apkures sistēmā. Daļa siltuma tiks zaudēta, bet kopējais efekts būs pietiekami jūtams.

Freneta siltumsūkni var veiksmīgi izmantot kombinācijā ar ūdens siltās grīdas sistēmām. Bet ūdens vietā caurulēs jāielej šķidra eļļa.

Interesanta ideja varētu būt Freneta sūkņa izmantošana kopā ar siltās grīdas sistēmu. Dzesēšanas šķidrums tiek laists pa šaurām plastmasas caurulēm, kas iestrādātas betona segumā.

Šāda apkures sistēma darbojas tāpat kā parastā ūdens siltā grīda. Protams, šāda veida projektu var realizēt tikai privātmājā, jo daudzstāvu daudzdzīvokļu namos ir atļauts izmantot tikai elektrisko silto grīdu.

Praktisks un ērts šādas ierīces pielietošanas veids ir nelielas telpas – garāžas, šķūnīša, darbnīcas u.tml. – apkure. Freneta sūknis ļauj efektīvi un ātri atrisināt autonomās apkures problēmu šādās vietās.

Elektroenerģijas izmaksas tā darbībai ir nelielas, salīdzinot ar iegūto siltuma efektu, un šādu agregātu nav grūti uzbūvēt no visvienkāršākajiem materiāliem.

Freneta siltumsūkņa konstrukcijas varianti

Jevgeņijs Frenets ne tikai izgudroja ierīci, kas nosaukta viņa vārdā, bet arī vairākkārt to pilnveidoja, izdomājot arvien jaunus, efektīvākus ierīces variantus.

Pašā pirmajā sūknī, ko izgudrotājs patentēja 1977. gadā, tika izmantoti tikai divi cilindri:

• ārējais – dobs cilindrs ar lielāku diametru un atrodas statiskā stāvoklī
• iekšējais – tvertnes diametrs ir nedaudz mazāks nekā ārējā cilindra dobuma izmēri.

Iegūtajā šaurajā telpā starp divu cilindru sieniņām izgudrotājs ielēja šķidru eļļu. Protams, tā konstrukcijas daļa, kurā atradās šis šķidrais siltumnesējs, tika rūpīgi noslēgta, lai novērstu eļļas noplūdes.

Tā ir paša pirmā Freneta siltumsūkņa varianta shēma. Rotējošā vārpsta atrodas horizontāli, siltumnesējs ir ievietots šaurajā telpā starp diviem darba cilindriem (+)

Iekšējais cilindrs tiek savienots ar elektromotora vārpstu tā, lai nodrošinātu tā ātru griešanos attiecībā pret nekustīgo lielo cilindru. Konstrukcijas pretējā galā tika novietots ventilators ar lāpstiņriteni.

Darbības laikā eļļa uzsildījās un nodeva siltumu gaisam, kas apņēma ierīci. Ventilators ļāva ātri izplatīt silto gaisu pa visu telpas tilpumu.

Tā kā šī konstrukcija uzkarsa diezgan stipri, ērtas un drošas lietošanas labad tā tika paslēpta aizsargājošā korpusā. Protams, korpusā tika izveidoti caurumi gaisa cirkulācijai.

Noderīgs papildinājums konstrukcijai bija termostats, ar kura palīdzību Freneta sūkņa darbu varēja automatizēt zināmā mērā.

Centrālā ass šādā siltumsūkņa modelī atrodas vertikāli. Motors atrodas apakšā, tad ir uzstādīti viens otrā ievietoti cilindri, bet augšā atrodas ventilators. Vēlāk parādījās modelis ar horizontālu centrālās ass izvietojumu.

Freneta siltumsūkņa modelis ar horizontāli orientētu rotējošu vārpstu tika izmantots kopā ar apkures radiatoru, kura iekšpusē cirkulēja sakarsēta eļļa (+)

Tieši šāda ierīce pirmo reizi tika izmantota kombinācijā nevis ar ventilatoru, bet ar apkures radiatoru. Dzinējs ir novietots sānos, un rotora vārpsta iet cauri rotējošam cilindram un iziet ārā.

Šāda tipa ierīcē ventilatora nav. Siltumnesējs no sūkņa pa caurulēm tiek pārvietots uz radiatoru. Līdzīgā veidā sakarsētu eļļu var novadīt arī uz citu siltummaini vai tieši uz apkures caurulēm.

Vēlāk Freneta siltumsūkņa konstrukcija tika būtiski mainīta. Rotora vārpsta joprojām palika horizontālā stāvoklī, bet iekšējā daļa tika izgatavota no diviem rotējošiem cilindriem un starp tiem novietota lāpstiņriteņa. Kā siltumnesējs šeit atkal tiek izmantota šķidra eļļa.

Šajā Freneta siltumsūkņa variantā divi cilindri griežas blakus, tos atdala īpašas konstrukcijas lāpstiņritenis no ļoti izturīga metāla (+)

Rotējot šai konstrukcijai, eļļa tiek papildus uzkarsēta, jo tā iziet cauri īpašiem caurumiem, kas izveidoti lāpstiņritenī, un pēc tam iekļūst šaurā dobumā starp sūkņa korpusa sienām un tā rotoru. Tādējādi Freneta sūkņa efektivitāte tika būtiski palielināta.

Gar lāpstiņriteņa malām Freneta siltumsūknim ir izveidoti nelieli caurumi. Siltumnesējs ātri un efektīvi uzsilst, plūstot caur tiem (+)

Tomēr jāatzīmē, ka šāda tipa sūknis nav pārāk piemērots izgatavošanai mājas apstākļos. Sākumā būs jāatrod ticami rasējumi vai jāaprēķina konstrukcija pašam, un tas ir pa spēkam tikai pieredzējušam inženierim.

Pēc tam būs jāatrod īpašs lāpstiņritenis ar piemērota izmēra caurumiem. Šis siltumsūkņa elements darbojas palielinātās slodzēs, tāpēc tam jābūt izgatavotam no ļoti izturīgiem materiāliem.

Ierīces pašizgatavošana

Freneta sūkņa ierīces variantu apskats ļauj saprast, ka tā darbības principi ar zināmu efektivitātes daļu var tikt izmantoti dažāda tipa un veida konstrukcijās. Galvenā ideja paliek nemainīga: šaura telpa starp metāla elementiem, kas piepildīta ar eļļu, un rotācija ar elektrdzinēja palīdzību.

Shēmā ir parādīts Freneta siltumsūkņa variants, kas parasti tiek izmantots ierīces pašizgatavošanai. Konstrukcijas pamatā ir metāla diski, kas atdalīti ar uzgriežņiem (+)

Mājas apstākļos visbiežāk izgatavo Freneta sūkni, kas sastāv no vairākām metāla plāksnēm, kuras atdala šaura sprauga.

Lai izgatavotu šādu ierīci, jāsagatavo nepieciešamie materiāli:

• dobu metāla cilindru;
• vienādu tērauda disku komplektu ar caurumu centrā;
• 6 mm augstu uzgriežņu komplektu;
• tērauda vītņotu stieni:
• elektromotoru ar pagarinātu vārpstu;
• gultni;
• savienotājcaurules.

Sūkņa izmēri var būt lielāki vai mazāki. Bet attālums starp diskiem ir precīzi jāievēro – 6 mm. Kā atdalītāji tiek izmantoti standarta uzgriežņi, un tērauda stienis ir konstrukcijas centrs.

Tā biezumam jāatbilst uzgriežņa diametram. Ja vītņotā stieņa pie rokas nav, vītne būs vienkārši jāiegriež.

Metāla diskiem Freneta siltumsūknim jābūt nedaudz mazākiem par cilindriskā korpusa diametru, lai nodrošinātu brīvu rotāciju un efektīvāku siltumnesēja uzsildīšanu

Acīmredzot, arī caurumam diskos jābūt tādam, lai tos varētu brīvi uzlikt uz ass stieņa. Disku ārējam diametram jābūt par dažiem milimetriem mazākam par korpusu. Ja gatavu elementu pie rokas nav, diskus izgriež pašu spēkiem no lokšņu metāla vai uztic šo darbu virpotājam.

Tērauda diskus Freneta siltumsūknim var izgriezt mājas apstākļos, ja ir pieejams piemērots aprīkojums

Cilindrisko korpusu var izgatavot no vecas metāla tvertnes ar piemērotu konfigurāciju vai arī sametināt no metāla. Derēs arī plata metāla caurules atgriezums.

Cilindra galiem tiek piemetinātas sienas. Korpuss jābūt hermētiskam, lai eļļa neizplūstu. Korpusa augšējā un apakšējā galā jāizveido papildu caurumi: apkures cauruļu ieplūdei un izplūdei, kas ved uz radiatoru.

Protams, visas cauruļu savienojumu vietas jānoblīvē. Vītņotiem savienojumiem izmanto īpašus blīvējumus: FUM lenti, linus u.tml. Ja ir nolemts izmantot polipropilēna caurules, būs nepieciešami īpaši veidgabali un, iespējams, lodāmurs šādu cauruļu montāžai.

Freneta sūkņa darbībai nav nepieciešams augstas veiktspējas elektromotors. Derēs ierīce, kas noņemta no vecas vai salauztas sadzīves tehnikas, piemēram, no parasta ventilatora.

Elektromotora galvenais mērķis – griezt vārpstu. Pārmērīgi ātra griešanās var izraisīt ierīces nepareizu darbību. Jo ātrāk konstrukcija griežas, jo vairāk uzsilst siltumnesējs.

Nelielu motoru Freneta siltumsūkņa vārpstas griešanai var noņemt no bojātas sadzīves tehnikas vai iegādāties veikalā

Lai stienis brīvi grieztos, nepieciešams piemērots standarta izmēru gultnis. Kad visi elementi ir sagatavoti, var sākt ierīces montāžu. Vispirms korpusa iekšpusē apakšējā daļā uzstāda centrālo asi ar gultni. Pēc tam uz ass uzskrūvē atdalošo uzgriezni, tad uzliek disku, atkal – uzgriezni, atkal – disku utt.

Diski ar uzgriežņiem tiek mainīti, līdz korpuss ir piepildīts līdz augšai. Jau sagatavošanas posmā var veikt provizoriskus aprēķinus par nepieciešamo disku un uzgriežņu skaitu.

Pie uzgriežņa biezuma (6 mm) jāpievieno diska biezums. Korpusa augstums jādala ar šo skaitli. Iegūtais skaitlis sniegs informāciju par nepieciešamo “uzgrieznis+disks” pāru skaitu. Pēdējais tiek uzstādīts uzgrieznis.

Pēc tam, kad korpuss ir piepildīts ar šiem kustīgajiem elementiem, to piepilda ar šķidru eļļu. Eļļas veidam nav nozīmes, var izmantot minerāleļļu, kokvilnas eļļu, rapšu eļļu vai jebkuru citu eļļu, kas labi panes sildīšanu un nesasalst. Pēc tam konstrukciju pārklāj ar augšējo vāku un uzmanīgi to aizmetina.

Līdz tam radiatora caurules parasti jau ir pievienotas vākiem. Ērtībai turpmākās uzstādīšanas un ierīces apkalpošanas laikā uz caurulēm var uzstādīt divus slēgkrānus. Tagad pie motora vārpstas jāpievieno siltumsūkņa ass.

Sistēmu pieslēdz pie tīkla, pārbauda noplūdes, novērtē ierīces darbības raksturlielumus.

Pašu rokām izgatavotu Freneta siltumsūkni var pieslēgt parastam čuguna vai bimetāla radiatoram, kas nodrošinās nepieciešamo apkures efektu.

Ja viss ir izdarīts pareizi, ass ar diskiem sāks griezties, uzkarsējot ierīces iekšpusē esošo eļļu. Karstais siltumnesējs sāks pārvietoties caur augšējo atveri pa cauruli uz apkures radiatoru. Atdzisušā eļļa atgriezīsies siltumsūkņa korpusā pa apakšējo cauruli, lai to atkārtoti uzsildītu.

Lai automatizētu sistēmas darbību, var izmantot īpašu releju ar temperatūras sensoru, kas fiksē siltumsūkņa korpusa uzkaršanu un izslēdz vai ieslēdz motoru pēc nepieciešamības. Tas ļaus novērst sistēmas pārkaršanu, elektromotora bojājumu un kopumā palielinās ierīces darbības resursu.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Interesants Freneta sūkņa variants ir parādīts šajā videomateriālā:

Diemžēl Freneta sūknis nav guvis plašu atzinību apkures jomā. Šādu rūpnieciski ražotu ierīci sadzīves vajadzībām ir grūti atrast mājsaimniecības tehnikas veikalos. Taču daudzi tautas meistari ir veiksmīgi izmantojuši šī zinātnieka izstrādnes un pielietojuši tās savos mājokļos, pirtīs, garāžās utt.

Iespējams, tieši jūs esat tas pats pašdarinātājs, kuram izdevās īstenot Freneta ideju? Lūdzu, dalieties ar savu pieredzi – atstājiet komentārus pie raksta un pievienojiet savu izstrādājumu fotoattēlus. Saziņas forma atrodas zemāk.