Frenetto šilumos siurblys: sandara ir veikimo principas + ar galima pasigaminti patiems?

Meistravimo mėgėjai visada ras pritaikymą savo jėgoms, kantrybei ir nereikalingoms medžiagoms. Iš praktiškai nemokamų komponentų jie lengvai pagamins kasdienybėje itin naudingą daiktą.

Pavyzdžiui, galės pasigaminti efektyvų Frenetto šilumos siurblį savo rankomis, nieko neišleidę. Tačiau papildys žinių bagažą ir įgūdžių atsargas, o tai neįkainuota, argi ne?

Pateikta informacija padės suprasti agregato veikimo principą. Su mūsų pagalba galėsite apsispręsti dėl konstrukcijos ir sužinoti, kaip gaminamas modelis. Aiškios instrukcijos, kaip gaminti tokio tipo šilumos siurblį, bus veiksminga pagalba savarankiškiems namų meistrams.

Pateikiame praktines rekomendacijas, kaip pagaminti našią naminę įrangą, ir patarimus, kaip eksploatuoti tokią įrangą.

Prietaiso veikimo principas

Tiems, kas susidūrė su ekonomiškai naudingo šildymo klausimais, pavadinimas „šilumos siurblys“ yra gerai žinomas. Ypač kartu su terminais, tokiais kaip „žemė-vanduo“, „vanduo-vanduo“ arba „oras-vanduo“ ir pan.

Toks šilumos siurblys su Frenetto įrenginiu neturi praktiškai nieko bendro. Be pavadinimo ir galutinio rezultato – šiluminės energijos, kuri galiausiai naudojama šildymui.

Šilumos siurbliai, veikiantys pagal Karno principą, yra labai populiarūs ir kaip ekonomiškai naudingas šildymo organizavimo būdas, ir kaip ekologiškai saugi sistema.

Tokio įrenginių komplekso darbas yra susijęs su žemo potencialo energijos, esančios gamtos ištekliuose (žemėje, vandenyje, ore), kaupimu ir jos pavertimu aukšto potencialo šilumine energija.

Jevgenijaus Frenetto išradimas yra sukonstruotas ir veikia visiškai kitaip.

Šio prietaiso veikimo principas pagrįstas šilumine energija, kuri išsiskiria trinties metu. Konstrukcijos pagrindą sudaro metaliniai paviršiai, išdėstyti ne glaudžiai vienas prie kito, o tam tikru atstumu. Tarpas tarp jų užpildomas skysčiu.

Prietaiso dalys viena kitos atžvilgiu sukamos elektros varikliu, o korpuso viduje esantis ir su besisukančiais elementais kontaktuojantis skystis įkaista.

Gautą šilumą galima naudoti šilumnešiui šildyti. Kai kurie šaltiniai rekomenduoja šį skystį naudoti tiesiogiai šildymo sistemai. Dažniausiai prie naminio Frenette siurblio prijungiamas paprastas radiatorius.

Kaip šildymo sistemos šilumnešį specialistai primygtinai rekomenduoja naudoti alyvą, o ne vandenį.

Siurblio veikimo metu šis skystis linkęs labai stipriai įkaisti. Vanduo tokiomis sąlygomis gali tiesiog užvirti. Karšti garai uždaroje erdvėje sukuria perteklinį slėgį, o tai paprastai sukelia vamzdžių ar korpuso trūkimą. Tokioje situacijoje naudoti alyvą yra daug saugiau, nes jos virimo temperatūra yra žymiai aukštesnė.

Frenette šilumos siurbliui pagaminti reikės variklio, radiatoriaus, kelių vamzdžių, plieninio diskinio uždorio, plieninių diskų, metalinio arba plastikinio strypo, metalinio cilindro ir veržlių rinkinio (+)

Sklando nuomonė, kad tokio šilumos generatoriaus naudingumo koeficientas viršija 100% ir netgi gali siekti 1000%. Fizikos ir matematikos požiūriu tai nėra visiškai teisingas teiginys.

Naudingumo koeficientas atspindi energijos nuostolius, išleistas ne šildymui, o pačiam prietaiso darbui. Greičiau, fenomenalūs teiginiai apie neįtikėtinai aukštą Frenette siurblio naudingumo koeficientą atspindi jo efektyvumą, kuris iš tiesų įspūdingas. Elektros energijos sąnaudos prietaiso darbui yra menkos, o gautos šilumos kiekis gana apčiuopiamas.

Šilumnešio pašildymas iki tokių pačių temperatūrų naudojant šildymo kaitinimo elementą, pavyzdžiui, pareikalautų žymiai didesnio elektros energijos kiekio, galbūt dešimtis kartų daugiau. Buitinis šildytuvas su tokiu elektros suvartojimu net neįkaistų.

Kodėl gi tokiais prietaisais neįrengtos visos iš eilės gyvenamosios ir pramoninės patalpos? Priežastys gali būti įvairios.

Pirma, vanduo – paprastesnis ir patogesnis šilumnešis už alyvą. Jis neįkaista iki tokių aukštų temperatūrų, o pašalinti vandens nuotėkio pasekmes yra lengviau nei išvalyti išsiliejusią alyvą.

Antra, iki Freneto siurblio išradimo centralizuota šildymo sistema jau egzistavo ir sėkmingai veikė. Jos išmontavimas, norint pakeisti šilumos generatoriais, būtų kainavęs per brangiai ir sukėlęs daug nepatogumų, todėl niekas rimtai nesvarstė šios galimybės. Kaip sakoma, geriausias yra gėrio priešas.

Prietaiso naudojimo rekomendacijos

Verta paminėti, kad Jevgenijaus Freneto siurblio variantai su vandeniu kaip šilumnešiu vis dėlto egzistuoja. Tačiau dažniausiai tai yra dideli pramoniniai modeliai, naudojami specializuotose įmonėse.

Tokių prietaisų darbas yra griežtai kontroliuojamas specialiais prietaisais. Užtikrinti panašų saugumo lygį namų sąlygomis yra praktiškai neįmanoma.

Bendra pramoninio šilumos generatoriaus, sukurto Chabarovsko mokslininkų, schema: 1 — talpa; 2 — įvadinis vamzdis; 3 — išvadinis vamzdis; 4 — vandens šildytuvas; 5 — guolių velenas. Kaip šilumnešis naudojamas vanduo.

Populiariausia Freneto siurblio versija, kurioje kaip šilumnešis naudojamas vanduo, o ne alyva, yra prietaisas, sukurtas mokslininkų iš Chabarovsko: Natalijos Ivanovnos Nazyrovos, Michailo Pavlovičiaus Leonovo ir Aleksandro Vasiljevičiaus Siargo. Šioje grybo formos konstrukcijoje vanduo specialiai užvirinamas ir paverčiamas garais.

Tada naudojama reaktyvioji garo jėga, siekiant padidinti skysto šilumnešio judėjimo greitį siurblio kanalais iki 135 m/min. Dėl to energijos sąnaudos šilumnešiui perkelti yra minimalios, o atiduodama šiluminė energija yra labai didelė.

Tačiau toks agregatas turi būti ypač tvirtas, o jo darbą reikia nuolat stebėti, siekiant išvengti avarijos.

Ką gi daryti, jei naudojant Freneto siurblį planuojama organizuoti didelės patalpos ar viso namo šildymą? Vanduo – tradicinis šilumnešis, dauguma šildymo sistemų yra pritaikytos būtent jam. O ir visos šildymo sistemos užpildymas tinkama skysta alyva gali pasirodyti esąs brangus reikalas.

Šis klausimas išsprendžiamas labai paprastai. Reikia papildomai pastatyti įprastą šilumokaitį, kuriame įkaitinta alyva šildys vandenį, cirkuliuojantį šildymo sistemoje. Šiek tiek šilumos bus prarasta, tačiau bendras efektas išliks pakankamai juntamas.

Freneto šilumos siurblį galima sėkmingai naudoti kartu su vandeninių šiltų grindų sistemomis. Tačiau vietoj vandens į vamzdžius reikia įpilti skystos alyvos.

Įdomi idėja galėtų būti Freneto siurblio naudojimas kartu su šiltų grindų sistema. Šilumnešis tuomet leidžiamas siaurais plastikiniais vamzdžiais, paklotais betoniniame lygintuve.

Tokia šildymo sistema veikia taip pat, kaip ir įprastas vandens šildomos grindys. Žinoma, tokio tipo projektą galima įgyvendinti tik privačiame name, nes daugiaaukščiuose daugiabučiuose namuose leidžiama naudoti tik elektrines šildomas grindis.

Praktiškas ir patogus būdas naudoti tokį prietaisą – šildyti nedidelę patalpą: garažą, tvartą, dirbtuvę ir pan. Frenetto siurblys leidžia efektyviai ir greitai išspręsti autonominio šildymo problemą tokiose vietose.

Elektros energijos sąnaudos jo veikimui yra nedidelės, palyginti su gaunamu šiluminiu efektu, o tokį agregatą nesudėtinga pagaminti iš pačių paprasčiausių medžiagų.

Frenetto siurblio konstrukcijos variantai

Jevgenijus Frenettas ne tik išrado prietaisą, pavadintą jo vardu, bet ir ne kartą jį patobulino, sugalvodamas vis naujesnius, efektyvesnius prietaiso variantus.

Pačiame pirmame siurblyje, kurį išradėjas užpatentavo 1977 metais, buvo panaudoti tik du cilindrai:

• išorinis – tuščiaviduris cilindras, didesnio skersmens ir yra statinėje būsenoje
• vidinis – vidinio cilindro skersmuo yra šiek tiek mažesnis nei išorinio cilindro ertmės matmenys.

Į susidariusią siaurą erdvę tarp dviejų cilindrų sienelių išradėjas įpylė skystos alyvos.  Žinoma, ta konstrukcijos dalis, kurioje buvo šis skystas šilumnešis, buvo kruopščiai užsandarinta, kad būtų išvengta alyvos nutekėjimo.

Tai yra paties pirmojo Frenetto šilumos siurblio varianto schema. Besisukantis velenas yra horizontaliai, šilumnešis patalpintas siauroje erdvėje tarp dviejų darbinių cilindrų (+)

Vidinis cilindras sujungiamas su elektros variklio velenu taip, kad būtų užtikrintas jo greitas sukimasis nejudančio didelio cilindro atžvilgiu. Priešingame konstrukcijos gale buvo sumontuotas ventiliatorius su sparnuote.

Darbo metu alyva įkaisdavo ir perduodavo šilumą orui, supančiam įrenginį. Ventiliatorius leido greitai paskleisti šiltą orą visame patalpos plote.

Kadangi ši konstrukcija gana stipriai įkaisdavo, dėl patogaus ir saugaus naudojimo ji buvo paslėpta apsauginiame korpuse. Žinoma, korpuse buvo padarytos angos oro cirkuliacijai.

Naudingu konstrukcijos papildymu tapo termostatas, kurio pagalba Frenetto siurblio darbą buvo galima automatizuoti iki tam tikro laipsnio.

Centrinė ašis tokioje šilumos siurblio modelyje yra vertikaliai. Variklis yra apačioje, tada sumontuoti vienas į kitą įterpti cilindrai, o viršuje yra ventiliatorius. Vėliau atsirado modelis su horizontalia centrine ašimi.

Frenetės šilumos siurblio modelis su horizontaliai orientuotu besisukančiu velenu buvo naudojamas kartu su šildymo radiatoriu, kurio viduje cirkuliavo įkaitinta alyva (+)

Būtent toks įrenginys pirmą kartą buvo naudojamas ne su ventiliatoriumi, o su šildymo radiatoriu. Variklis yra šone, o rotoriaus velenas eina per besisukantį būgną ir išeina į lauką.

Šio tipo įrenginyje nėra ventiliatoriaus. Šilumnešis iš siurblio vamzdžiais pernešamas į radiatorių. Panašiai įkaitintą alyvą galima nukreipti į kitą šilumokaitį arba tiesiai į šildymo vamzdžius.

Vėliau Frenetės šilumos siurblio konstrukcija buvo gerokai pakeista. Rotoriaus velenas vis dar liko horizontalioje padėtyje, o vidinė dalis buvo pagaminta iš dviejų besisukančių būgnų ir tarp jų esančios sparnuotės. Kaip šilumnešis čia vėl naudojama skysta alyva.

Šiame Frenetės šilumos siurblio variante du cilindrai sukasi vienas šalia kito, juos skiria ypatingos konstrukcijos sparnuotė iš labai tvirto metalo (+)

Sukant šią konstrukciją, alyva papildomai įkaista, nes ji praeina per specialias sparnuotėje padarytas angas, o vėliau patenka į siaurą ertmę tarp siurblio korpuso sienelių ir jo rotoriaus. Taip Frenetės siurblio efektyvumas buvo gerokai padidintas.

Frenetės šilumos siurblio sparnuotės kraštuose padarytos mažos skylutės. Šilumnešis greitai ir efektyviai įkaista, pratekėjęs pro jas (+)

Tačiau verta paminėti, kad šis siurblio tipas nėra labai tinkamas pasigaminti namų sąlygomis. Pirmiausia reikės rasti patikimus brėžinius arba pačiam apskaičiuoti konstrukciją, o tai įmanoma tik patyrusiam inžinieriui.

Tada reikės rasti ypatingą sparnuotę su tinkamo dydžio angomis. Šis šilumos siurblio elementas veikia esant padidintoms apkrovoms, todėl jis turi būti pagamintas iš labai tvirtų medžiagų.

Savarankiškas įrenginio gaminimas

Frenetės siurblio įrenginio variantų apžvalga leidžia suprasti, kad jo darbo principai su vienokiu ar kitokiu efektyvumu gali būti naudojami įvairių tipų ir rūšių konstrukcijose. Pagrindinė idėja išlieka ta pati: siaura erdvė tarp metalinių elementų, užpildyta alyva, ir sukimas naudojant elektros variklį.

Schemoje pateikiamas Freneto šilumos siurblio variantas, kuris paprastai naudojamas savarankiškai gaminant įrenginį. Konstrukcijos pagrindas – metaliniai diskai, atskirti veržlėmis (+)

Namų sąlygomis dažniausiai gaminamas Freneto siurblys, sudarytas iš eilės metalinių plokščių, atskirtų siauru tarpu.

Norint pagaminti tokį įrenginį, reikia paruošti reikalingas medžiagas:

• tuščiaviduris metalinis cilindras;
• vienodų plieninių diskų rinkinys su skyle centre;
• 6 mm aukščio veržlių rinkinys;
• plieninis srieginis strypas;
• elektrinis variklis su pailgintu velenu;
• guolis;
• jungiamieji vamzdžiai.

Siurblio matmenys gali būti didesni ar mažesni. Tačiau atstumas tarp diskų turi būti tiksliai išlaikytas – 6 mm. Kaip tarpikliai naudojamos standartinės veržlės, o plieninis strypas yra konstrukcijos centras.

Jo storis turi atitikti veržlės skersmenį. Jei srieginio strypo po ranka neturite, teks tiesiog nupjauti sriegį.

Freneto šilumos siurblio metaliniai diskai turi būti šiek tiek mažesni už cilindrinio korpuso skersmenį, kad būtų užtikrintas laisvas sukimasis ir efektyvesnis šilumnešio šildymas.

Akivaizdu, kad ir diskų skylė turi būti tokia, kad juos būtų galima laisvai uždėti ant ašinio strypo. Išorinis diskų skersmuo turi būti keliais milimetrais mažesnis už korpusą. Jei paruoštų elementų po ranka neturite, diskus išpjaunate patys iš lakštinio metalo arba pavedate šį darbą tekintojui.

Plieninius diskus Freneto šilumos siurbliui galima išpjauti namų sąlygomis, jei turite tinkamą įrangą.

Cilindrinį korpusą galima pagaminti iš senos tinkamos konfigūracijos metalinės talpos arba suvirinti iš metalo. Tiks ir plataus metalinio vamzdžio atkarpa.

Prie cilindro galų privirinamos sienelės. Korpusas turi būti sandarus, kad alyva neištekėtų. Viršutiniame ir apatiniame korpuso galuose reikia padaryti papildomas angas: šildymo vamzdžių, vedančių į radiatorių, įėjimui ir išėjimui.

Žinoma, visas vamzdžių jungimo vietas reikia sandarinti. Srieginėms jungtims naudojami specialūs sandarikliai: FUM juosta, linas ir pan. Jei nuspręsta naudoti polipropileninius vamzdžius, reikės specialių jungiamųjų detalių ir, galbūt, lituoklio tokiems vamzdžiams montuoti.

Freneto siurblio darbui nereikia didelės galios elektrinio variklio. Tiks įrenginys, išimtas iš senos ar sulūžusios buitinės technikos, pavyzdžiui, iš paprasto ventiliatoriaus.

Pagrindinė elektros variklio paskirtis – sukti veleną. Per greitas sukimasis gali sukelti netinkamą įrenginio veikimą. Kuo greičiau sukasi konstrukcija, tuo labiau įkaista šilumnešis.

Nedidelį variklį Frenet šiluminio siurblio velenui sukti galima nuimti nuo sugedusios buitinės technikos arba įsigyti parduotuvėje.

Kad strypas laisvai suktųsi, reikalingas tinkamas standartinių dydžių guolis. Kai visi elementai paruošti, galima pradėti įrenginio surinkimą. Pirmiausia ant apatinės korpuso vidinės dalies sumontuojama centrinė ašis su guoliu. Tada ant ašies užsukama atskiriamoji veržlė, uždedamas diskas, vėl – veržlė, vėl – diskas ir t.t.

Diskai su veržlėmis kaitaliojami tol, kol korpusas bus pripildytas iki viršaus. Dar paruošimo etape galima atlikti preliminarius reikalingų diskų ir veržlių kiekio skaičiavimus.

Prie veržlės storio (6 mm) reikia pridėti disko storį. Korpuso aukštį padalinti iš šio skaičiaus. Gautas skaičius suteiks informacijos apie reikiamą „veržlė+diskas“ porų kiekį. Paskutinė sumontuojama veržlė.

Kai korpusas užpildytas šiais judamaisiais elementais, jis užpildomas skysta alyva. Alyvos tipas neturi reikšmės, galima naudoti mineralinę, medvilnės sėklų, rapsų ar bet kurią kitą alyvą, kuri gerai toleruoja kaitinimą ir nesustingsta. Po to konstrukcija uždengiama viršutiniu dangčiu ir atsargiai užvirinama.

Šiuo metu radiatoriaus vamzdžiai jau paprastai yra prijungti prie dangčių. Patogumui tolimesnio įrenginio montavimo ir priežiūros metu ant vamzdžių galima sumontuoti du uždarymo čiaupus. Dabar prie variklio veleno reikia prijungti šiluminio siurblio ašį.

Sistema įjungiama į tinklą, patikrinama, ar nėra nuotėkių, įvertinamos įrenginio darbo charakteristikos.

Savomis rankomis pagamintą Frenet šiluminį siurblį galima prijungti prie įprasto ketaus arba bimetalinio radiatoriaus, kuris užtikrins reikiamą šildymo efektą.

Jei viskas padaryta teisingai, ašis su diskais pradės suktis, įkaitindama įrenginio viduje esančią alyvą. Karštas šilumnešis pradės judėti per viršutinę angą vamzdžiu į šildymo radiatorių. Atvėsusi alyva grįš į šiluminio siurblio korpusą apatiniu vamzdžiu, kad vėl būtų įkaitinta.

Sistemos darbui automatizuoti galima naudoti specialią relę su termo jutikliu, kuris fiksuoja šiluminio siurblio korpuso įkaitimą ir pagal poreikį išjungia arba įjungia variklį. Tai leis išvengti sistemos perkaitimo, elektros variklio gedimo ir apskritai padidins įrenginio darbo resursą.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Įdomus Frenet siurblio variantas pateiktas šioje vaizdo medžiagoje:

Deja, Frenetos siurblys nesusilaukė plataus pripažinimo šildymo srityje. Tokį pramoniniu būdu pagamintą prietaisą buitiniams poreikiams sunku rasti namų technikos parduotuvėse. Tačiau nemažai liaudies meistrų sėkmingai panaudojo šio mokslininko idėjas ir pritaikė jas savo namuose, pirtyse, garažuose ir pan.

Galbūt būtent Jūs esate tas pats mėgėjas meistras, kuriam pavyko įgyvendinti Freneto idėją? Prašome pasidalinti savo patirtimi – palikite komentarus prie straipsnio ir pridėkite savo gaminių nuotraukas. Susisiekimo forma yra žemiau.