Frenette-warmtepomp: ontwerp en werkingsprincipe + kunt u deze zelf bouwen?

Liefhebbers van knutselen vinden altijd een toepassing voor hun eigen krachten, geduld en afvalmaterialen. Van bijna gratis onderdelen kunnen zij gemakkelijk een uiterst nuttig huishoudelijk voorwerp maken.

Bijvoorbeeld, kunnen zij een effectieve Frenette-warmtepomp met hun eigen handen maken, zonder iets uit te geven. Maar ze vullen hun kennis en vaardigheden aan, en dat is onbetaalbaar, nietwaar?

De gepresenteerde informatie zal helpen om het werkingsprincipe van het apparaat te begrijpen. Met onze hulp kunt u de constructie bepalen en leren hoe het model wordt gemaakt. Duidelijke instructies voor de productie van dit type warmtepomp zullen effectieve hulp bieden aan zelfstandige thuisklussers.

Wij geven praktische aanbevelingen voor het vervaardigen van een productief zelfgemaakt apparaat en tips voor het gebruik van dergelijke apparatuur.

Werkingsprincipe van het apparaat

Voor wie in aanraking is gekomen met vragen over economisch rendabele verwarming, is de naam 'warmtepomp' goed bekend. Vooral in combinatie met termen als 'grond-water', 'water-water', of 'lucht-water', enz.

Een dergelijke warmtepomp heeft praktisch niets gemeen met het Frenette-apparaat. Behalve de naam en het eindresultaat in de vorm van thermische energie, die uiteindelijk wordt gebruikt voor verwarming.

Warmtepompen die werken volgens het Carnot-principe zijn erg populair, zowel als een economisch voordelige manier om verwarming te organiseren als een milieuvriendelijk systeem.

De werking van een dergelijk systeem van apparaten is verbonden met het accumuleren van laagwaardige energie die aanwezig is in natuurlijke bronnen (aarde, water, lucht) en het omzetten ervan in thermische energie met een hoog potentieel.

De uitvinding van Jevgeni Frenette is heel anders gebouwd en werkt.

Het werkingsprincipe van dit apparaat is gebaseerd op het gebruik van thermische energie die vrijkomt bij wrijving. De constructie is gebaseerd op metalen oppervlakken die niet direct tegen elkaar aan liggen, maar op enige afstand. De ruimte ertussen wordt gevuld met vloeistof.

Onderdelen van het apparaat draaien ten opzichte van elkaar met behulp van een elektromotor, de vloeistof in de behuizing die in contact staat met de draaiende onderdelen, wordt opgewarmd.

De verkregen warmte kan worden gebruikt om de warmtedrager te verwarmen. Sommige bronnen raden aan deze vloeistof rechtstreeks voor het verwarmingssysteem te gebruiken. Meestal wordt een gewone radiator aangesloten op de zelfgemaakte Frenette-pomp.

Als warmtedrager van het verwarmingssysteem raden specialisten ten zeerste aan om olie te gebruiken, in plaats van water.

Tijdens de werking van de pomp heeft deze vloeistof de eigenschap zeer sterk op te warmen. Water kan onder dergelijke omstandigheden gewoon koken. Hete stoom in een afgesloten ruimte creëert overdruk, wat meestal leidt tot het barsten van leidingen of de behuizing. Het gebruik van olie is in een dergelijke situatie veel veiliger, omdat het kookpunt aanzienlijk hoger ligt.

Voor het maken van een Frenette-warmtepomp zijn een motor, radiator, enkele buizen, een stalen schuifafsluiter, stalen schijven, een metalen of plastic staaf, een metalen cilinder en een moerenset (+) nodig.

Er bestaat de mening dat het rendement van een dergelijke warmtegenerator meer dan 100% bedraagt en zelfs 1000% kan zijn. Vanuit het oogpunt van natuurkunde en wiskunde is deze bewering niet helemaal correct.

Het rendement weerspiegelt de energieverliezen die niet aan verwarming worden besteed, maar aan de werking van het apparaat. De fenomenale beweringen over het ongelooflijk hoge rendement van de Frenette-pomp weerspiegelen eerder de efficiëntie ervan, die inderdaad indrukwekkend is. De elektriciteitskosten voor de werking van het apparaat zijn verwaarloosbaar, maar de hoeveelheid verkregen warmte is aanzienlijk.

Het verwarmen van de warmtedrager tot dezelfde temperaturen met behulp van een verwarmingselement voor verwarming zou bijvoorbeeld aanzienlijk meer elektriciteit vergen, misschien wel tientallen keren meer. Een huishoudelijke kachel zou bij dat elektriciteitsverbruik niet eens opwarmen.

Waarom zijn niet alle woon- en bedrijfspanden zonder uitzondering met dergelijke apparaten uitgerust? De redenen kunnen verschillend zijn.

Ten eerste, water – een eenvoudigere en handigere warmtedrager dan olie. Het wordt niet tot zulke hoge temperaturen verhit en het is gemakkelijker om de gevolgen van waterlekken te verhelpen dan om gemorste olie op te ruimen.

Ten tweede, op het moment van de uitvinding van de Frenette-pomp bestond het centrale verwarmingssysteem al en functioneerde het succesvol. De demontage ervan om te vervangen door warmtegeneratoren zou te duur zijn geweest en veel ongemak hebben veroorzaakt, dus niemand heeft die optie serieus overwogen. Zoals men zegt: het beste is de vijand van het goede.

Aanbevelingen voor het gebruik van het apparaat

Het is vermeldenswaard dat er variaties bestaan van de pomp van Jevgeni Frenette waarbij water als warmteoverdrachtsvloeistof wordt gebruikt. Maar meestal zijn dit grote industriële modellen die worden gebruikt in gespecialiseerde bedrijven.

De werking van dergelijke apparaten wordt strikt gecontroleerd met behulp van speciale instrumenten. Een dergelijk veiligheidsniveau in huiselijke omstandigheden garanderen is vrijwel onmogelijk.

Algemene schema van de industriële warmtegenerator ontwikkeld door wetenschappers uit Chabarovsk: 1 — reservoir; 2 — inlaatpijp; 3 — uitlaatpijp; 4 — waterverwarmer; 5 — lageras. Er wordt water gebruikt als warmteoverdrachtsvloeistof.

De meest populaire versie van de Frenette-pomp, waarin water als warmteoverdrachtsvloeistof wordt gebruikt in plaats van olie, is het apparaat ontwikkeld door wetenschappers uit Chabarovsk: Natalja Ivanovna Nazyrova, Michail Pavlovitsj Leonov en Aleksandr Vasiljevitsj Sjargh. In deze paddestoelvormige constructie wordt water speciaal aan de kook gebracht en omgezet in stoom.

Vervolgens wordt de reactieve kracht van de stoom gebruikt om de snelheid van de vloeibare warmteoverdrachtsvloeistof door de kanalen van de pomp te verhogen tot 135 m/min. Als gevolg hiervan zijn de energiekosten voor het verplaatsen van de warmteoverdrachtsvloeistof minimaal, terwijl de opbrengst in de vorm van thermische energie zeer hoog is.

Een dergelijk apparaat moet echter uitzonderlijk robuust zijn en de werking ervan moet voortdurend worden gecontroleerd om ongevallen te voorkomen.

Wat te doen als men van plan is om met behulp van de Frenette-pomp een grote ruimte of een heel huis te verwarmen? Water is de traditionele warmteoverdrachtsvloeistof, de meeste verwarmingssystemen zijn erop ontworpen. Bovendien kan het vullen van een volledig verwarmingssysteem met geschikte vloeibare olie een kostbare aangelegenheid zijn.

Dit probleem wordt heel eenvoudig opgelost. Er moet een extra gewone warmtewisselaar worden gebouwd, waarin de verwarmde olie het water dat door het verwarmingssysteem circuleert, zal verwarmen. Er gaat daarbij enige warmte verloren, maar het algehele effect blijft voldoende merkbaar.

De Frenette-warmtepomp kan met succes worden gebruikt in combinatie met systemen voor watergedragen vloerverwarming. Maar in plaats van water moet er vloeibare olie in de leidingen worden gegoten.

Het gebruik van een Frenette-pomp in combinatie met een vloerverwarmingssysteem kan een interessant idee zijn. De warmtedrager wordt daarbij door smalle kunststofbuizen geleid, die in een betonnen dekvloer zijn gelegd.

Een dergelijk verwarmingssysteem werkt hetzelfde als een gewone watergedragen vloerverwarming. Uiteraard kan een project van dit type alleen worden gerealiseerd in een particuliere woning, omdat voor hoge meergezinswoningen uitsluitend elektrische vloerverwarming mag worden gebruikt.

Een praktische en handige manier om dit apparaat te gebruiken is het verwarmen van een kleine ruimte: garage, schuur, werkplaats, enz. De Frenette-pomp maakt het mogelijk om het probleem van autonome verwarming op dergelijke plaatsen efficiënt en snel op te lossen.

De elektriciteitskosten voor de werking ervan zijn laag in vergelijking met het verkregen thermische effect, en een dergelijk apparaat is niet moeilijk te construeren met de eenvoudigste materialen.

Constructievarianten van de Frenette-pomp

Jevgeni Frenette heeft niet alleen het apparaat uitgevonden dat naar hem is vernoemd, maar het ook herhaaldelijk verbeterd, waarbij hij steeds nieuwe, efficiëntere versies van het apparaat bedacht.

In de allereerste pomp, die de uitvinder in 1977 patenteerde, werden slechts twee cilinders gebruikt:

• buitenste – een holle cilinder met een grotere diameter en in een statische toestand
• binnenste – de diameter van de cilinder is iets kleiner dan de afmetingen van de holte van de buitenste cilinder.

In de smalle ruimte tussen de wanden van de twee cilinders goot de uitvinder vloeibare olie. Uiteraard werd het deel van de constructie waarin deze vloeibare warmtedrager zich bevond zorgvuldig afgedicht om olielekkage te voorkomen.

Dit is een schema van de allereerste versie van de Frenette-warmtepomp. De roterende as is horizontaal geplaatst, de warmtedrager bevindt zich in de smalle ruimte tussen twee werkcilinders (+)

De binnenste cilinder wordt verbonden met de as van de elektromotor op een manier die een snelle rotatie ervan ten opzichte van de stilstaande grote cilinder mogelijk maakt. Aan de tegenoverliggende zijde van de constructie werd een ventilator met een waaiervorm geplaatst.

Tijdens het gebruik warmde de olie op en gaf de warmte af aan de lucht rondom het apparaat. De ventilator maakte het mogelijk om de warme lucht snel door de hele ruimte te verspreiden.

Omdat deze constructie vrij heet werd, werd deze voor een comfortabel en veilig gebruik in een beschermende behuizing geplaatst. Uiteraard waren er openingen in de behuizing gemaakt voor luchtcirculatie.

Een nuttige aanvulling op de constructie was een thermostaat, waarmee de werking van de Frenette-pomp tot op zekere hoogte kon worden geautomatiseerd.

De centrale as in dit model van de warmtepomp is verticaal geplaatst. De motor bevindt zich onderaan, daarna zijn de in elkaar geplaatste cilinders gemonteerd, en bovenaan bevindt zich de ventilator. Later verscheen er een model met een horizontale centrale as.

Het model van de Frenetta-warmtepomp met een horizontaal georiënteerde roterende as werd gebruikt in combinatie met een verwarmingsradiator, waarin verwarmde olie circuleerde (+)

Dit type apparaat werd voor het eerst gebruikt in combinatie met een verwarmingsradiator in plaats van een ventilator. De motor is aan de zijkant geplaatst en de rotoras loopt door een roterende trommel en komt naar buiten.

In dit type apparaat is geen ventilator aanwezig. De warmtedrager wordt via leidingen van de pomp naar de radiator verplaatst. Op dezelfde manier kan verwarmde olie naar een andere warmtewisselaar of rechtstreeks naar de verwarmingsleidingen worden geleid.

Later werd het ontwerp van de Frenetta-warmtepomp aanzienlijk gewijzigd. De rotoras bleef horizontaal, maar het binnenste deel werd gemaakt van twee roterende trommels met een daartussen geplaatste impeller. Als warmtedrager wordt hier weer vloeibare olie gebruikt.

In deze variant van de Frenetta-warmtepomp draaien twee cilinders naast elkaar, ze worden gescheiden door een impeller van een speciale constructie van zeer sterk metaal (+)

Bij het draaien van deze constructie wordt de olie extra verwarmd, omdat deze door speciale gaten in de impeller stroomt en vervolgens in een smalle holte tussen de wanden van het pomphuis en de rotor terechtkomt. Zo werd de efficiëntie van de Frenetta-warmtepomp aanzienlijk verhoogd.

Aan de randen van de impeller voor de Frenetta-warmtepomp zijn kleine gaten gemaakt. De warmtedrager wordt snel en efficiënt verwarmd wanneer deze erdoorheen stroomt (+)

Het is echter vermeldenswaard dat dit type pomp niet erg geschikt is om thuis te maken. Ten eerste zult u betrouwbare tekeningen moeten vinden of de constructie zelf moeten berekenen, en dat is alleen weggelegd voor een ervaren ingenieur.

Vervolgens zult u een speciale impeller moeten vinden met gaten van de juiste maat. Dit onderdeel van de warmtepomp werkt onder verhoogde belastingen, dus het moet van zeer sterke materialen worden gemaakt.

Zelf vervaardigen van het apparaat

Een overzicht van de varianten van de Frenetta-pomp maakt duidelijk dat de werkingsprincipes met een zekere mate van efficiëntie kunnen worden toegepast in constructies van verschillende typen en vormen. Het basisidee blijft hetzelfde: een smalle ruimte tussen metalen elementen, gevuld met olie, en rotatie door middel van een elektromotor.

Op het schema staat een variant van de Frenetta-warmtepomp, die vaak wordt gebruikt voor zelfbouw van het apparaat. De basis van de constructie – metalen schijven, gescheiden door moeren (+)

In huiselijke omstandigheden wordt meestal een Frenetta-pomp gemaakt, bestaande uit een reeks metalen platen, gescheiden door een smalle opening.

Om zo'n apparaat te maken, moet u de benodigde materialen voorbereiden:

• een holle cilinder van metaal;
• een set identieke stalen schijven met een gat in het midden;
• een set moeren van 6 mm hoog;
• een stalen schroefdraadstang:
• een elektromotor met verlengde as;
• een lager;
• verbindingsbuizen.

De afmetingen van de pomp kunnen groter of kleiner zijn. Maar de afstand tussen de schijven moet exact worden aangehouden – 6 mm. Als afstandhouders worden standaard moeren gebruikt en de stalen stang vormt het middelpunt van de constructie.

De dikte moet overeenkomen met de diameter van de moer. Als u geen schroefdraadstang bij de hand hebt, moet u de schroefdraad er gewoon op snijden.

Metallische schijven voor de Frenetta-warmtepomp moeten iets kleiner zijn dan de diameter van de cilindrische behuizing om vrije rotatie en een efficiëntere verwarming van de warmtedrager te garanderen

Het is duidelijk dat ook het gat in de schijven zo moet zijn dat ze vrij over de asstang kunnen worden geschoven. De buitendiameter van de schijven moet enkele millimeters kleiner zijn dan de behuizing. Als u geen kant-en-klare onderdelen bij de hand hebt, worden de schijven zelf uit plaatmetaal gesneden of wordt dit werk aan een draaier toevertrouwd.

Stalen schijven voor de Frenetta-warmtepomp kunnen thuis worden uitgesneden, als u over de juiste apparatuur beschikt.

De cilindrische behuizing kan worden gemaakt van een oude metalen container met de juiste configuratie of worden gelast van metaal. Ook een stuk brede metalen buis is geschikt.

Aan de uiteinden van de cilinder worden wanden gelast. De behuizing moet luchtdicht zijn, zodat er geen olie lekt. In de boven- en onderkant van de behuizing moeten extra gaten worden gemaakt: voor de in- en uitgang van de verwarmingsbuizen die naar de radiator leiden.

Uiteraard moeten alle verbindingspunten van de leidingen worden afgedicht. Voor schroefdraadverbindingen worden speciale afdichtingen gebruikt: FUM-tape, vlas, enz. Als besloten wordt polypropyleen leidingen te gebruiken, zijn speciale fittingen nodig en mogelijk een soldeerbout voor de montage van dergelijke leidingen.

Voor de werking van de Frenetta-pomp is geen krachtige elektromotor nodig. Een apparaat dat is verwijderd uit oud of kapot huishoudelijk apparaat, zoals een gewone ventilator, volstaat.

De belangrijkste functie van de elektromotor – het laten draaien van de as. Te snel draaien kan leiden tot storing van het apparaat. Hoe sneller de constructie draait, hoe warmer de warmtedrager wordt.

Een kleine motor om de as van de Frenetta-warmtepomp te laten draaien kan worden verwijderd van een defect huishoudelijk apparaat of in de winkel worden gekocht.

Om de staaf vrij te laten draaien, is een geschikt lager van standaardafmetingen nodig. Wanneer alle onderdelen zijn voorbereid, kunt u beginnen met de montage van het apparaat. Eerst wordt in het onderste gedeelte van de behuizing de centrale as met lager geplaatst. Vervolgens wordt een afstandsmoer op de as geschroefd, daarna wordt een schijf geplaatst, opnieuw – een moer, opnieuw – een schijf, enz.

De schijven en moeren worden afgewisseld totdat de behuizing volledig is gevuld. Al tijdens de voorbereidingsfase kunt u voorlopige berekeningen maken van het benodigde aantal schijven en moeren.

U moet bij de dikte van de moer (6 mm) de dikte van de schijf optellen. Deel de hoogte van de behuizing door dit getal. Het resulterende getal geeft informatie over het benodigde aantal paren “moer+schijfâ€. Als laatste wordt de moer geplaatst.

Nadat de behuizing is gevuld met deze bewegende elementen, wordt deze gevuld met vloeibare olie. Het type olie maakt niet uit; u kunt minerale olie, katoenolie, koolzaadolie of een andere olie gebruiken die goed bestand is tegen verhitting en niet stolt. Daarna wordt de constructie afgedekt met de bovenkap en wordt deze zorgvuldig dichtgelast.

Op dit punt zijn de radiatorbuizen meestal al aan de deksels bevestigd. Voor het gemak tijdens verdere montage en onderhoud van het apparaat kunt u twee afsluitkranen op de buizen plaatsen. Nu moet u de as van de warmtepomp aan de motoras bevestigen.

Het systeem wordt op het elektriciteitsnet aangesloten, wordt gecontroleerd op lekkages en de werkingskenmerken van het apparaat worden geëvalueerd.

De zelfgemaakte Frenetta-warmtepomp kan worden aangesloten op een gewone gietijzeren of bimetaalradiator, die het benodigde verwarmingseffect zal leveren.

Als alles correct is gedaan, begint de as met schijven te draaien, waardoor de olie in het apparaat wordt verhit. De hete warmtedrager zal via de bovenste opening door de buis naar de verwarmingsradiator stromen. De afgekoelde olie zal via de onderste buis terugkeren naar de behuizing van de warmtepomp om opnieuw te worden verwarmd.

Om de werking van het systeem te automatiseren, kunt u een speciaal relais met een temperatuursensor gebruiken, die de verhitting van de behuizing van de warmtepomp registreert en de motor uitschakelt of inschakelt indien nodig. Dit voorkomt oververhitting van het systeem, defecten aan de elektromotor en verlengt over het algemeen de levensduur van het apparaat.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Een interessante variant van de Frenetta-pomp wordt getoond in dit videomateriaal:

Helaas heeft de pomp van Frenette geen brede erkenning gekregen op het gebied van verwarming. Zo'n industrieel vervaardigd apparaat voor huishoudelijk gebruik is moeilijk te vinden in winkels voor huishoudelijke apparaten. Maar veel handige doe-het-zelvers hebben met succes de ideeën van deze wetenschapper gebruikt en toegepast in hun huizen, sauna's, garages, enz.

Bent u misschien die doe-het-zelver die erin geslaagd is om het idee van Frenette te realiseren? Deel alstublieft uw ervaring – laat opmerkingen achter bij het artikel en voeg foto's van uw producten toe. Het contactformulier staat hieronder.