Pompa di calore Frenette: struttura e principio di funzionamento + è possibile costruirla da soli?

Chi ama costruire trova sempre impiego per le proprie forze, la pazienza e i materiali di scarto. Con componenti praticamente gratuiti, realizza facilmente un oggetto estremamente utile per la casa.

Ad esempio, può realizzare una pompa di calore Frenette efficiente con le proprie mani, senza spendere nulla. In cambio, arricchirà il bagaglio di conoscenze e il patrimonio di competenze, e questo non ha prezzo, non è vero?

Le informazioni presentate aiuteranno a comprendere il principio di funzionamento del dispositivo. Con il nostro aiuto, Lei potrà decidere la costruzione e scoprire come viene realizzato il modello. Istruzioni chiare per la produzione di questo tipo di pompa di calore forniranno un aiuto efficace ai fai-da-te domestici autonomi.

Forniamo raccomandazioni pratiche per la realizzazione di un dispositivo fatto in casa produttivo e consigli per l'utilizzo di tale apparecchiatura.

Principio di funzionamento del dispositivo

Per coloro che hanno avuto a che fare con questioni di riscaldamento economicamente conveniente, il nome “pompa di calore” è ben noto. Soprattutto in combinazione con termini come “terra-acqua”, “acqua-acqua”, o “aria-acqua” e così via.

Questa pompa di calore non ha praticamente nulla in comune con il dispositivo Frenette. A parte il nome e il risultato finale sotto forma di energia termica, che alla fine viene utilizzata per il riscaldamento.

Le pompe di calore che funzionano secondo il principio di Carnot sono molto apprezzate sia come metodo economicamente vantaggioso per organizzare il riscaldamento, sia come sistema ecologicamente sicuro.

Il funzionamento di tale complesso di dispositivi è legato all'accumulo di energia a basso potenziale contenuta nelle risorse naturali (terra, acqua, aria) e alla sua conversione in energia termica ad alto potenziale.

L'invenzione di Evgenij Frenette è realizzata e funziona in modo completamente diverso.

Il principio di funzionamento di questo apparecchio si basa sull'utilizzo dell'energia termica generata dall'attrito. La struttura si basa su superfici metalliche, non a diretto contatto tra loro, ma a una certa distanza. Lo spazio tra di esse è riempito di liquido.

Le parti del dispositivo ruotano l'una rispetto all'altra grazie a un motore elettrico; il liquido all'interno del corpo, a contatto con gli elementi rotanti, si riscalda.

Il calore ottenuto può essere utilizzato per riscaldare il fluido termovettore. Alcune fonti consigliano di utilizzare questo liquido direttamente per l'impianto di riscaldamento. Molto spesso, alla pompa Frenette fatta in casa viene collegato un normale radiatore.

Come fluido termovettore del sistema di riscaldamento, gli specialisti raccomandano vivamente di utilizzare olio, non acqua.

Durante il funzionamento della pompa, questo liquido tende a riscaldarsi molto. L'acqua in queste condizioni potrebbe semplicemente bollire. Il vapore caldo in uno spazio chiuso crea una pressione eccessiva, che di solito porta alla rottura di tubi o del corpo. Usare olio in questa situazione è molto più sicuro, poiché la sua temperatura di ebollizione è significativamente più alta.

Per costruire una pompa di calore Frenette sono necessari: un motore, un radiatore, alcuni tubi, una valvola a disco in acciaio, dischi in acciaio, un'asta metallica o in plastica, un cilindro metallico e un set di dadi (+).

Si ritiene che il rendimento di un tale generatore di calore superi il 100% e possa persino raggiungere il 1000%. Dal punto di vista della fisica e della matematica, questa affermazione non è del tutto corretta.

Il rendimento riflette le perdite di energia non destinate al riscaldamento, ma al funzionamento stesso dell'apparecchio. Piuttosto, le affermazioni fenomenali sull'incredibile alto rendimento della pompa Frenette riflettono la sua efficienza, che è davvero impressionante. I costi elettrici per il funzionamento dell'apparecchio sono trascurabili, mentre la quantità di calore ottenuta è molto consistente.

Riscaldare il fluido termovettore alle stesse temperature con una resistenza elettrica per riscaldamento, ad esempio, richiederebbe una quantità di elettricità significativamente maggiore, forse decine di volte superiore. Un riscaldatore domestico con un tale consumo di elettricità non si riscalderebbe nemmeno.

Perché allora tali apparecchi non sono installati in tutti i locali residenziali e industriali? Le ragioni possono essere diverse.

In primo luogo, l'acqua – un fluido termovettore più semplice e comodo dell'olio. Non raggiunge temperature così elevate, e riparare le perdite d'acqua è più facile che pulire l'olio versato.

In secondo luogo, al momento dell'invenzione della pompa di Frenette, il sistema di riscaldamento centralizzato esisteva già e funzionava correttamente. Smantellarlo per sostituirlo con i termogeneratori sarebbe costato troppo e avrebbe causato molti disagi, quindi nessuno ha preso seriamente in considerazione questa opzione. Come si suol dire, il meglio – è nemico del bene.

Raccomandazioni per l'uso dell'apparecchio

Vale la pena notare che esistono comunque varianti della pompa di Eugenio Frenette che utilizzano acqua come fluido termovettore. Ma di solito si tratta di grandi modelli industriali, utilizzati in impianti specializzati.

Il funzionamento di tali dispositivi è strettamente controllato da strumenti speciali. Garantire un simile livello di sicurezza in ambiente domestico è praticamente impossibile.

Schema generale del termogeneratore industriale sviluppato dagli scienziati di Chabarovsk: 1 — serbatoio; 2 — tubo di ingresso; 3 — tubo di uscita; 4 — scaldabagno; 5 — albero portante. Come fluido termovettore viene utilizzata l'acqua.

La versione più popolare della pompa di Frenette, in cui si utilizza acqua come fluido termovettore anziché olio, è il dispositivo sviluppato dagli scienziati di Chabarovsk: Natal'ja Ivanovna Nazyrova, Michail Pavlovič Leonov e Aleksandr Vasil'evič Sjarh. In questa struttura a fungo, l'acqua viene portata appositamente a ebollizione e trasformata in vapore.

Successivamente, si utilizza la forza reattiva del vapore per aumentare la velocità di movimento del fluido termovettore liquido attraverso i canali della pompa fino a 135 m/min. Di conseguenza, il consumo energetico per il movimento del fluido è minimo, mentre la resa sotto forma di energia termica è molto elevata.

Tuttavia, un tale gruppo deve essere estremamente robusto e il suo funzionamento deve essere costantemente monitorato per evitare incidenti.

Cosa fare se si prevede di utilizzare la pompa di Frenette per riscaldare un grande ambiente o un'intera casa? L'acqua è il fluido termovettore tradizionale, e la maggior parte degli impianti di riscaldamento è progettata per essa. Inoltre, riempire l'intero impianto di riscaldamento con un olio liquido adatto potrebbe rivelarsi costoso.

Questo problema si risolve molto semplicemente. È necessario costruire un normale scambiatore di calore, in cui l'olio riscaldato riscalderà l'acqua che circola nell'impianto di riscaldamento. Una certa quantità di calore andrà persa, ma l'effetto complessivo rimarrà abbastanza percepibile.

La pompa di calore di Frenette può essere utilizzata con successo in combinazione con i sistemi di pavimento riscaldato ad acqua. Tuttavia, al posto dell'acqua, nei tubi va versato olio liquido.

Un'idea interessante potrebbe essere l'utilizzo della pompa Frenette in combinazione con il sistema di riscaldamento a pavimento. Il fluido termovettore viene quindi fatto fluire attraverso tubi di plastica stretti, posati nel massetto di cemento.

Un tale sistema di riscaldamento funziona allo stesso modo di un normale pavimento riscaldante ad acqua. Naturalmente, un progetto di questo tipo può essere realizzato solo in una casa privata, poiché negli edifici residenziali multipiano è consentito utilizzare esclusivamente il pavimento riscaldante elettrico.

Un modo pratico e comodo di utilizzare questo dispositivo – il riscaldamento di un piccolo ambiente: garage, capannone, officina, ecc. La pompa Frenette consente di risolvere in modo efficace e rapido il problema del riscaldamento autonomo in tali luoghi.

I costi dell'elettricità per il suo funzionamento sono bassi rispetto all'effetto termico ottenuto, e costruire un tale dispositivo non è difficile con i materiali più semplici.

Varianti di costruzione della pompa Frenette

Eugène Frenette non solo ha inventato il dispositivo che porta il suo nome, ma lo ha anche perfezionato più volte, ideando versioni sempre nuove e più efficienti del dispositivo.

Nel primissimo modello di pompa, che l'inventore brevettò nel 1977, furono utilizzati solo due cilindri:

• esterno – un cilindro cavo di diametro maggiore e in stato statico
• interno – il diametro del contenitore è leggermente inferiore alle dimensioni della cavità del cilindro esterno.

Nello stretto spazio risultante tra le pareti dei due cilindri, l'inventore versò olio liquido. Naturalmente, la parte della struttura in cui si trovava questo fluido termovettore fu accuratamente sigillata per evitare perdite d'olio.

Questo è lo schema della primissima variante della pompa di calore Frenette. L'albero rotante è posizionato orizzontalmente, il fluido termovettore è collocato nello spazio stretto tra i due cilindri di lavoro (+).

Il cilindro interno è collegato all'albero del motore elettrico in modo da garantirne una rapida rotazione rispetto al grande cilindro fisso. All'estremità opposta della struttura è stato posizionato un ventilatore con ventola.

Durante il funzionamento, l'olio si riscaldava e trasmetteva calore all'aria circostante il dispositivo. Il ventilatore permetteva di diffondere rapidamente l'aria calda in tutto il volume dell'ambiente.

Poiché questa struttura si riscaldava notevolmente, per un uso comodo e sicuro è stata nascosta in un involucro protettivo. Naturalmente, nell'involucro sono stati praticati fori per la circolazione dell'aria.

Un'utile aggiunta alla struttura è stato il termostato, con il quale si poteva automatizzare in certa misura il funzionamento della pompa Frenette.

L'asse centrale in questo modello di pompa di calore è posizionato verticalmente. Il motore si trova in basso, poi sono installati cilindri concentrici, e sopra si trova il ventilatore. Successivamente è apparso un modello con l'asse centrale posizionato orizzontalmente.

Il modello della pompa di calore Frenetta con albero rotante orientato orizzontalmente è stato utilizzato insieme a un radiatore di riscaldamento, all'interno del quale circolava olio riscaldato (+).

Proprio un tale dispositivo è stato utilizzato per la prima volta in combinazione non con un ventilatore, ma con un radiatore di riscaldamento. Il motore è posto lateralmente e l'albero del rotore passa attraverso un tamburo rotante ed esce all'esterno.

In un dispositivo di questo tipo non è presente un ventilatore. Il fluido termovettore dalla pompa si sposta attraverso i tubi al radiatore. Allo stesso modo, l'olio riscaldato può essere convogliato verso un altro scambiatore di calore o direttamente nei tubi di riscaldamento.

Successivamente, la struttura della pompa di calore Frenetta è stata notevolmente modificata. L'albero del rotore è rimasto in posizione orizzontale, mentre la parte interna è stata realizzata con due tamburi rotanti e una girante posta tra di essi. Come fluido termovettore viene nuovamente utilizzato olio liquido.

In questa variante della pompa di calore Frenetta, due cilindri ruotano affiancati, separati da una girante di costruzione speciale in metallo molto resistente (+).

Durante la rotazione di questa struttura, l'olio si riscalda ulteriormente poiché passa attraverso fori speciali praticati nella girante, e poi penetra in una stretta cavità tra le pareti del corpo della pompa e il suo rotore. In questo modo, l'efficienza della pompa Frenetta è stata notevolmente aumentata.

Ai bordi della girante per la pompa di calore Frenetta sono stati realizzati dei piccoli fori. Il fluido termovettore si riscalda rapidamente ed efficacemente passando attraverso di essi (+).

Tuttavia, vale la pena notare che per la realizzazione in ambito domestico questo tipo di pompa non è molto adatto. Per prima cosa sarà necessario trovare disegni affidabili o calcolare la struttura autonomamente, cosa che è possibile solo per un ingegnere esperto.

Successivamente, sarà necessario trovare una girante speciale con fori di dimensioni adeguate. Questo elemento della pompa di calore lavora sotto carichi elevati, quindi deve essere realizzato in materiali molto resistenti.

Realizzazione fai da te del dispositivo

Una panoramica delle varianti del dispositivo della pompa Frenetta permette di capire che i principi del suo funzionamento, con diversi gradi di efficienza, possono essere utilizzati in strutture di vario tipo e genere. L'idea principale rimane la stessa: uno spazio stretto tra elementi metallici, riempito di olio, e la rotazione tramite un motore elettrico.

Nello schema è presentata una variante della pompa di calore Frenette, che viene solitamente utilizzata per l'autocostruzione del dispositivo. La base della struttura sono dischi metallici separati da dadi (+)

In ambito domestico, spesso si realizza la pompa Frenette, composta da una serie di piastre metalliche separate da uno stretto spazio.

Per realizzare un tale dispositivo, è necessario preparare i materiali necessari:

• un cilindro cavo in metallo;
• un set di dischi d'acciaio identici con un foro centrale;
• un set di dadi alti 6 mm;
• un'asta d'acciaio filettata:
• un motore elettrico con albero allungato;
• un cuscinetto;
• tubi di collegamento.

Le dimensioni della pompa possono essere maggiori o minori. Ma la distanza tra i dischi deve essere mantenuta esattamente – 6 mm. Come separatori vengono utilizzati dadi standard, e l'asta d'acciaio è il centro della struttura.

Il suo spessore deve corrispondere al diametro del dado. Se non si dispone di un'asta filettata, sarà necessario semplicemente filettarla.

I dischi metallici per la pompa di calore Frenette devono essere leggermente più piccoli del diametro del corpo cilindrico, per garantire una rotazione libera e un riscaldamento più efficiente del fluido termovettore.

È ovvio che anche il foro nei dischi deve essere tale da poterli infilare liberamente sull'asta centrale. Il diametro esterno dei dischi deve essere inferiore di alcuni millimetri rispetto al corpo. Se non si dispone di elementi già pronti, i dischi vengono tagliati autonomamente da lamiera o si affida il lavoro a un tornitore.

Dischi d'acciaio per pompa di calore Frenette possono essere tagliati in casa, se si dispone dell'attrezzatura adatta.

Il corpo cilindrico può essere realizzato da un vecchio contenitore metallico di configurazione adatta oppure saldato in metallo. Andrà bene anche un tratto di tubo metallico largo.

Alle estremità del cilindro vengono saldate le pareti. Il corpo deve essere ermetico per evitare perdite d'olio. Sulle estremità superiore e inferiore del corpo si devono realizzare fori aggiuntivi: per l'ingresso e l'uscita dei tubi di riscaldamento che portano al radiatore.

Naturalmente, tutti i punti di giunzione dei tubi devono essere sigillati. Per i collegamenti filettati si utilizzano speciali sigillanti: nastro FUM, lino e simili. Se si decide di utilizzare tubi in polipropilene, saranno necessari raccordi speciali e, possibilmente, un saldatore per il montaggio di tali tubi.

Per il funzionamento della pompa Frenette non è necessario un motore elettrico ad alte prestazioni. Andrà bene un dispositivo recuperato da un vecchio o rotto elettrodomestico, ad esempio da un normale ventilatore.

Lo scopo principale del motore elettrico è ruotare l'albero. Una rotazione eccessivamente rapida può causare un funzionamento errato del dispositivo. Più velocemente ruota la struttura, più si riscalda il fluido termovettore.

Un piccolo motore per ruotare l'albero della pompa di calore di Frenette può essere recuperato da un elettrodomestico guasto o acquistato in un negozio.

Per far ruotare liberamente l'asta, è necessario un cuscinetto adatto di dimensioni standard. Una volta preparati tutti i componenti, si può iniziare il montaggio del dispositivo. Innanzitutto, si installa l'asse centrale con il cuscinetto nella parte inferiore all'interno del corpo. Quindi si avvita il dado di separazione sull'asse, poi si inserisce il disco, ancora il dado, ancora il disco, e così via.

Si alternano dischi e dadi fino a riempire il corpo completamente. Già in fase di preparazione è possibile effettuare calcoli preliminari sul numero di dischi e dadi necessari.

Bisogna aggiungere lo spessore del disco a quello del dado (6 mm). Dividere l'altezza del corpo per questa cifra. Il numero ottenuto fornisce informazioni sulla quantità di coppie "dado+disco" necessarie. Per ultimo si installa il dado.

Dopo aver riempito il corpo con questi elementi mobili, lo si riempie con olio liquido. Il tipo di olio non ha importanza; si può usare olio minerale, di cotone, di colza o qualsiasi altro olio che tolleri bene il calore e non si solidifichi. Successivamente, si copre la struttura con il coperchio superiore e lo si salda con cura.

A questo punto, i tubi del radiatore sono solitamente già collegati ai coperchi. Per comodità durante il successivo montaggio e la manutenzione del dispositivo, si possono installare due valvole di intercettazione sui tubi. Ora è necessario collegare l'asse della pompa di calore all'albero del motore.

Si collega il sistema alla rete, si verifica l'assenza di perdite e si valutano le caratteristiche di funzionamento del dispositivo.

La pompa di calore di Frenette, realizzata con le proprie mani, può essere collegata a un comune radiatore in ghisa o bimetallico, che garantirà l'effetto riscaldante necessario.

Se tutto è fatto correttamente, l'asse con i dischi inizierà a ruotare, riscaldando l'olio all'interno del dispositivo. Il fluido termovettore caldo si sposterà attraverso il foro superiore lungo il tubo fino al radiatore del riscaldamento. L'olio raffreddato ritornerà nel corpo della pompa di calore attraverso il tubo inferiore per essere riscaldato nuovamente.

Per automatizzare il funzionamento del sistema, è possibile utilizzare un relè speciale con un termostato che rileva il riscaldamento del corpo della pompa di calore e spegne o accende il motore secondo necessità. Ciò eviterà il surriscaldamento del sistema, il guasto del motore elettrico e, in generale, aumenterà la durata del dispositivo.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Una variante interessante della pompa di Frenette è presentata in questo video:

Purtroppo, la pompa di Frenette non ha ottenuto ampio riconoscimento nel settore del riscaldamento. È difficile trovare un dispositivo di produzione industriale per uso domestico nei negozi di elettrodomestici. Tuttavia, molti artigiani locali hanno utilizzato con successo i lavori di questo scienziato e li hanno applicati nelle loro case, saune, garage, ecc.

Forse proprio Lei è quel genio del fai-da-te che è riuscito a realizzare l'idea di Frenette? Per favore, condivida la sua esperienza – lasci commenti all'articolo e aggiunga foto dei suoi manufatti. Il modulo di contatto si trova qui sotto.