Как сделать тепловой насос из холодильника своими руками?

Модификации насоса

И сам изобретатель, и его последователи за прошедшие годы неоднократно улучшали тепловой насос френетта. Интересна модель, в которой барабан размещен горизонтально, а по центру системы расположен вал, часть которого размещена снаружи. Такая конструкция должна быть выполнена очень тщательно, чтобы не допустить просачивания жидкости в местах соединения корпуса с валом.

В этой модели теплового насоса Френетта движущийся вал выведен наружу, а ось вращения перемещена из вертикального положения в горизонтальное

В этом случае вентилятор отсутствует, а теплоноситель из теплового насоса поступает в теплообменник, роль которого может выполнить обычный радиатор отопления или даже система центрального отопления дома.

Позднее был разработан проект теплового насоса Френетта, в котором для разогрева теплоносителя использовалось два барабана. Система была дополнена крыльчаткой. Под воздействием центробежных сил разогретое масло выбрасывалось из отверстий этой крыльчатки. В результате жидкость попадала в небольшой зазор между ротором и корпусом устройства, что позволяло использовать такой насос с очень высокой эффективностью.

Использование высокопрочной крыльчатки в тепловом насосе Френетта позволяет улучшить производительность устройства. Теплоноситель выходит через узкие отверстия, расположенные по краям

Наиболее оригинальным вариантом можно считать версию хабаровских ученых Назыровой Натальи Ивановны, Сярг Александра Васильевича и Леонова Михаила Павловича. Рабочая часть этого устройства внешне напоминает гриб. В качестве рабочей жидкости используется вода, которая достигает кипения и превращается в очень горячий пар. Под действием реактивной силы пара вода движется по каналам устройства со скоростью 135 м/мин, что позволяет обходиться без внешнего источника питания.

Примерная схема универсальной генерирующей установки, разработанной в Хабаровске: 1 — емкость; 2 — входной патрубок; 3 — выходной патрубок; 4 — водонагреватель; 5 — подшипниковый вал

Разобравшись в принципах устройства насоса Френетта, любой изобретатель может внести в его конструкцию собственные коррективы, чтобы улучшить работу прибора или упростить его монтаж.

Принцип действия теплового насосоа Френетта

В устройство данного теплового насоса входит ротор, статор, вал и лопастный вентилятор. Работа основывается на действии двух цилиндров – а именно, статора и ротора. Большой цилиндр – это статор, он пустой внутри. Ротор отличен меньшим объемом, он вставляется в статор. Масло заливают в большой цилиндр, оно нагревается под верчением малого цилиндра.

На подключенном валу есть лопастный вентилятор, благодаря этому ротор движется. Вентилятор помогает нагретому воздуху попадать в помещение, то есть выполняется функция обогрева. Но это простейшая модель, через какое-то время ученый ее усовершенствовал. В такой модели уже нет внутреннего цилиндра, он заменен стальными дисками.

Чем так хорош тепловой насос «Френетта»:

• Нет теплообменника;
• Энергия нагревания имеет большую мощность;
• Циркуляция носителя тепла осуществляется в закрытой системе;
• Большая часть насоса в форме контура, что помогает формированию вакуумных зон и температурному повышению.

Насос насосу рознь. Прежде всего, они могут быть промышленные и частные. Последние используются для обогрева дома или не очень больших помещений.

Особенности тепловой системы воздух-вода

Тепловой насос, которому посвящена эта статья, в отличие от других модификаций подобного устройства (в частности, вода-вода и грунт-вода), обладает рядом достоинств:

• экономит электричество;
• для установки не потребуются масштабные земельные работы, бурение скважин, получение специальных разрешений;
• если подключить систему к солнечным батареям, то можно обеспечить полную ее автономность.

Веское преимущество тепловой системы, извлекающей энергию ветра и передающей ее воде, заключается в стопроцентной экологической безопасности.

Перед тем, как приступать к конструированию насоса, необходимо выяснить, в каких случаях система проявляет себя максимально эффективно, а когда ее использование нецелесообразно.

Тепловая насосная система, извлекающая энергию из воздушной массы, может использоваться для подогрева всех видов теплоносителей, применяющихся на территории СНГ: воды, воздуха, пара

Специфика применения и работы

Тепловой насос продуктивно работает исключительно в температурном диапазоне от -5 до +7 градусов. При температуре воздуха от +7 система будет вырабатывать больше тепла, чем необходимо, а при показателе ниже -5 – недостаточно для обогрева. Это связано с тем, что концентрированный фреон, находящийся в конструкции, закипает при температуре -55 градусов.

Теоретически система может вырабатывать тепло и в 30-градусный мороз, но его будет недостаточно для обогрева, ведь теплопроизводительность напрямую зависит от разности температуры кипения хладагента и температуры воздуха.

Поэтому жителям Северных регионов, где холода наступают раньше, эта система не подойдет, а в домах Южных областей она сможет эффективно прослужить несколько холодных месяцев.

Если в помещении установлены стандартные батареи, то тепловой насос будет работать менее эффективно. Лучше всего устройство воздух-вода сочетается с конвекторами и иными радиаторами с большой площадью, а также с системами «теплый пол», «теплые стены» водного типа.

Также само помещение должно быть хорошо утеплено снаружи, обладать встроенными многокамерными окнами, обеспечивающими лучшую теплоизоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые.

Тепловой насос лучше всего взаимодействует с водяной системой «теплый пол», не требующей нагрева теплоносителя свыше 40 – 45º С

Самодельный тепловой насос сможет эффективно обогревать дома площадью до 100 кв. м и гарантировано выдавать мощность в 5 кВт. Следует понимать, что фреон невозможно залить достаточно качественно в конструкцию, созданную в бытовых условиях, поэтому следует рассчитывать на температуру его кипения до -22 градусов.

Устройство домашней сборки идеально подойдет для снабжения теплом гаража, теплицы, подсобных помещений, небольшого частного бассейна и др. Система обычно используется в качестве дополнительного обогрева.

Электрокотел или иное традиционное оборудование для отопительного сезона потребуется в любом случае. Во время сильных морозов (-15-30 градусов) тепловой насос рекомендуется выключать, чтобы избежать растрат электроэнергии, ведь в этот период его эффективность составляет не больше 10%.

Тепловые насосы поставляют достаточное количество энергии для обогрева воды в крытых частных бассейнах (+)

Принцип действия системы

Рабочее вещество в конструкции – воздух. Через наружный блок, устанавливающийся на улице, кислород по трубам поступает в испаритель, где взаимодействует с хладагентом.

Фреон под действием температуры становится газообразным (поскольку закипает при -55 градусах) и в нагретом виде под давлением поступает в компрессор. Устройство сжимает газ, тем самым увеличивая его температуру.

Горячий фреон поступает в контур накопительного бака (конденсатора), где происходит отдача тепла воде, которую впоследствии можно использовать для организации отопления и ГСВ. В конденсаторе фреон лишается только части своего тепла, и все еще находится в газообразном состоянии.

Проходя через дроссель, хладагент распрыскивается, в результате чего его температура понижается. Фреон становится жидким и в таком виде переходит в испаритель. Цикл повторяется.

На рисунке схематически показана реализация принципа элементарного теплового насоса, разделенного компрессором и расширителем на два контура – высокого и низкого давления

Желающим самостоятельно соорудить тепловой насос из бросовых материалов и отслужившей техники, к примеру, из старого холодильника, поможет информация, изложенная в рекомендуемой нами статье.

Самостоятельное изготовление устройства

Обзор вариантов устройства насоса Френетта позволяет понять, что принципы его работы с той или иной долей эффективности могут быть использованы в конструкциях различного типа и вида. Основная идея остается прежней: узкое пространство между элементами из металла, заполненное маслом, и вращение с помощью электродвигателя.

На схеме представлен вариант теплового насоса Френетта, который обычно используется для самостоятельного изготовления устройства. Основа конструкции – металлические диски, разделенные гайками (+)

Чтобы изготовить такое устройство надо подготовить необходимые материалы:

• полый цилиндр из металла;
• набор одинаковых стальных дисков с отверстием по центру;
• набор гаек высотой 6 мм;
• стальной стержень с резьбой:
• электродвигатель с удлиненным валом;
• подшипник;
• радиатор отопления;
• соединительные трубы.

Размеры насоса могут быть больше или меньше. Но расстояние между дисками следует выдержать точно – 6 мм. В качестве разделителей используются стандартные гайки, а стальной стержень является центром конструкции.

Его толщина должна соответствовать диаметру гайки. Если стержня с резьбой под рукой не оказалось, ее придется просто нарезать.

Металлические диски для теплового насоса Френетта должны быть чуть меньше диаметра цилиндрического корпуса, чтобы обеспечить свободное вращение и борлее эффективный нагрев теплоносителя

Очевидно, что и отверстие в дисках должно быть таким, чтобы их можно было свободно надеть на осевой стержень. Наружный диаметр дисков должен быть меньше корпуса на несколько миллиметров. Если готовых элементов под рукой не оказалось, диски вырезают самостоятельно из листового металла или поручают эту работу токарю.

Стальные диски для теплового насоса Френетта можно вырезать в домашних условиях, если в наличии имеется подходящее оборудование

Цилиндрический корпус можно сделать из старой металлической емкости подходящей конфигурации или же сварить из металла. Подойдет и обрезок широкой металлической трубы.

К торцам цилиндра приваривают стенки. Корпус должен быть герметичным, чтобы масло не протекало. В верхнем и нижнем торце корпуса следует сделать дополнительные отверстия: для входа и выхода труб отопления, ведущих к радиатору.

Разумеется, все места соединения труб следует загерметизировать. Для резьбовых соединений используют специальные уплотнители: ФУМ-ленту, лен и т.п. Если решено использовать полипропиленовые трубы, понадобятся специальные фитинги и, возможно, паяльник для монтажа таких труб.

Для работы насоса Френетта высокопроизводительный электродвигатель не нужен. Подойдет устройство, снятое со старой или сломанной бытовой техники, например, с обычного вентилятора.

Чтобы стержень вращался свободно, нужен подходящий подшипник стандартных размеров. Когда все элементы подготовлены, можно начинать сборку устройства. Сначала на нижнюю часть внутри корпуса устанавливают центральную ось с подшипником. Затем на ось навинчивают разделительную гайку, затем надевают диск, снова – гайку, снова – диск и т.д.

Диски с гайками чередуют до тех пор, пока корпус не будет заполнен доверху. Еще на этапе подготовки можно сделать предварительные расчеты по количеству необходимых дисков и гаек.

Нужно к толщине гайки (6 мм) прибавить толщину диска. Высоту корпуса разделить на эту цифру. Полученное число даст сведения о нужном количестве пар “гайка+диск”. Последней устанавливают гайку.

После того, как корпус заполнен этими подвижными элементами, его заполняют жидким маслом. Тип масла значения не имеет, можно взять минеральное, хлопковое, рапсовое или любое другое масло, которое хорошо переносит нагрев и не застывает. После этого конструкцию накрывают верхней крышкой и аккуратно ее заваривают.

К этому моменту трубы радиатора уже обычно присоединены к крышкам. Для удобства во время дальнейшего монтажа и обслуживания устройства на трубах можно поставить два запорных крана. Теперь к валу двигателя нужно присоединить ось теплового насоса.

Систему включают в сеть, проверяют наличие протечек, оценивают характеристики работы устройства.

Изготовленный своими руками тепловой насос Френетта можно подключить к обычному чугунному или биметаллическому радиатору, который обеспечит необходимый отопительный эффект

Если все сделано правильно, ось с дисками начнет раскручиваться, разогревая находящееся внутри устройства масло. Горячий теплоноситель станет перемещаться через верхнее отверстие по трубе в радиатор отопления. Остывшее масло будет возвращаться в корпус теплового насоса по нижней трубе для повторного нагрева.

Виды насосов

Имеются различные виды тепловых насосов, но все они основаны на использовании принципа получения тепла или холода методом разделения тепловой энергии и ее переноса. Лишь один ТН Френетта отличается. Кавитационный способ получения тепловой энергии при помощи гидродинамического генератора является разновидностью теплового насоса.

Тепловая энергия, которая расходуется на отопление здания, является следствием преобразования энергии, осуществляемого при помощи теплового насоса. Причем получают тепло без сжигания топлива, а при помощи охлаждения наружной среды и выделения тепловой энергии внутри помещения, то есть в этом случае закон сохранения энергии соблюдается: сколько тепловой энергии забирается из внешней среды, столько же и выделяется внутри здания. Большинство таких устройств бытового назначения используют тепло солнца, которое накапливается поверхностью земли, водой или воздухом.

Поэтому по типу первого контура все конструкции можно разделить на воздушные, грунтовые и водяные.

По виду теплоносителя (В — вода, Г — грунт) в контурах насосы можно разделить на восемь типов:

• В—В;
• Г—В;
• Г—воздух;
• воздух—В;
• воздух—воздух;
• В—воздух;
• хладагент—В;
• хладагент—воздух.

Они могут использовать также тепло выпускаемого воздуха, подогревая приточный, то есть работать в режиме рекуперации.

Воздух-воздух

По принципу работы тепловой насос напоминает тот, что применяется в кондиционере в режиме обогрева, но имеет единственное отличие. ТН настроен на отопление, а кондиционер на снижение температуры в комнате.

Принцип действия установки В—В заключается в следующем: воздух даже при низких температурах имеет некоторое количество энергии. Только при абсолютном нуле тепловая энергия отсутствует. Большинство ТН способны получать тепло при температуре –15 °С. В настоящее время некоторые производители выпускают станции, сохраняющие отбор тепла при –30 °С. Забор тепла происходит при помощи испарения фреона, который циркулирует по внутреннему контуру. Для этой цели используется испаритель, в котором хладагент преобразовывается из жидкого состояния в газообразное. При этом поглощается тепло.

Следующим блоком, который расположен в системе теплоснабжения В—В, является компрессор, который фреон из газообразного состояния превращает в жидкое. При этом выделяется тепло. Эффективность установки В—В напрямую зависит от температуры окружающей среды. Чем она ниже, тем и производительность станции меньше.

Воздух-вода

ТН типа воздух-вода является наиболее универсальной моделью. Она весьма эффективна в теплое время года, но в холодное время года производительность существенно падает. Простой монтаж является преимуществом системы. Подходящее оборудование монтируется в любом месте. Тепло, которое удаляется из помещения в виде газа либо дыма, может повторно использовать.

Водяной ТН берет тепло из грунтовых вод, которые прокачиваются через испаритель. Подобный насос отличается неплохой эффективностью и повышенной стабильностью: эффективность — это результат значительной теплоотдачи воды.

Разумеется, для использования установки такого типа, нужно чтобы грунтовые воды на территории имелись в достаточном количестве. Желательно, чтобы вода находилась не глубже 30 метров.

Вода-вода

При такой системе во внутреннем контуре циркулирует легко испаряющаяся жидкость, например, фреон. В качестве контура внутри помещения могут быть водяные трубы, регистры или батареи, заполненные водой.

В качестве внешнего контура может выступать любой водоем, с достаточно большим количеством воды. Это может быть река, озеро или пруд. В этом случае теплоноситель забирает тепло с внешнего контура и отдает его контуру внутреннему.

Геотермальный

В качестве источника тепла у ТН используется запасенная тепловая энергия земли. Такие насосы считаются самыми эффективными, потому что температура грунта остается постоянной в течение всего года.

Эти системы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Но для такого метода нужно довольно большая площадь под горизонтальные трубы, а для вертикальных систем необходимо выполнить значительные земляные работы.

Цены на разные виды тепловых насосов

тепловой насос

Как сделать агрегат из холодильника

Холодильник — один из самых подходящих агрегатов для создания теплового насоса. Это объясняется тем, что в комплектацию прибора входит компрессор.

Подготовка схемы и чертежа

​

Перед тем как начинать строить прибор, выбирают место источника. Затем вырывается скважина или траншея для монтажа труб.

Конструкция агрегата одинакова для любого источника тепла. Схему прибора заказывают у профессионала или выбирают в интернете. На ее основании делают чертеж. В нем обозначают все расстояния, точки узлов и размеры.

Подбор необходимых деталей

Основная деталь, обеспечивающая работу конструкции, — это компрессор. Если в холодильнике он вышел из строя, приобретается новый прибор. Такие устройства реализуют мастера, специализирующиеся на ремонте холодильников. Чинить старый компрессор не рекомендуется.

Помимо компрессора, подготовьте:

• клапан терморегулирования;
• L-образные кронштейны, размером 30 см;
• герметичную емкость, сделанную из нержавеющей стали, объемом не менее 120 литров;
• емкость из пластика, объемом 90 литров;
• трубы из меди разного диаметра в количестве 3 штук;
• несколько труб из металлопластика;
• болгарку для нарезки материалов;
• сварочный аппарат для соединения труб;
• стандартный набор инструментов.

Монтаж узлов системы

• Болгаркой бак из металла разрежьте на две одинаковые части.
• Из медной трубы сделайте змеевик. Для этого трубу накрутите на цилиндрическую опалубку по спирали, не прилагая больших усилий, и снимите ее.
• Змеевик надежно зафиксируйте в одной из половин бака.
• Детали металлического бака приварите друг к другу и сделайте в емкости резьбовые отверстия.
• На стальной бак, объемом 120 литров, намотайте трубу из меди и зафиксируйте концы с помощью реек.
• К выводам подключите сантехнические переходы.
• На бак из пластика намотайте змеевик, концы зафиксируйте рейками.
• Пластиковый бак, который в системе отопления выполняет функцию испарителя, подвесьте на стену с помощью кронштейнов.

После этого соберите систему, согласно подготовленной схеме, и залейте внутрь фреон. К выбору жидкости рекомендуется подойти со всей ответственностью, в противном случае возникнут большие проблемы при ее заливке и во время эксплуатации системы. Специалисты советуют использовать состав марки R 422 или R 22.

Подключение к заборному устройству

Когда система готова, ее присоединяют к заборному устройству:

• Для приборов, работающих по принципу «вода-почва», коллектор погружается в землю, где температура выше +1 °C. На этом же уровне монтируют трубы.
• Для приборов, функционирующих по принципу «вода-вода», коллектор и трубы погружают в центр источника тепла.
• Агрегаты, работающие от воздуха, устанавливают снаружи здания.

2 Как сделать и установить тепловой насос своими руками?

Тепловой насос своими руками изготовить вполне реально, однако для этого необходимо найти хороший компрессор.

В качестве конденсатора можно использовать бак из нержавейки, ориентировочно на 100 литров. А для контура, по которому будет циркулировать теплообменник, отлично подойдут тонкие медные сантехнические трубки.

Тепловой насос своими руками – этапы изготовления:

1. С помощью уголка, либо L-образных кронштейнов крепим компрессор к стене в том месте, где будет размещаться тепловой насос.
2. Далее, из медных трубок делаем змеевик – обматываем их вокруг цилиндра подходящей формы. Следите за тем, чтобы шаг намотки по всем змеевику был идентичен.
3. Бак разрезается на две части, внутрь вставляется змеевик, после чего бак сваривается обратно. При этом в нём создается несколько резьбовых входных отверстий – сверху и снизу, через которые наружу выводятся крайние трубки змеевика.
4. В качестве испарителя используем обычную пластиковую бочку, в которую заводятся трубы внутреннего контура (либо любую другую емкость, объем которой идентичен конденсаторному баку).
5. Для транспортировки прогретой воды используются обычные ПВХ трубы.

Для заправки системы фреоном рекомендуется обратиться к специалисту.

Чтобы сделать тепловой насос Френетта своими руками нам необходимо обзавестись такими материалами:

• Стальной цилиндр (диаметр выбирайте исходя из мощности насоса, которая необходима вам для отопления: чем больше рабочая поверхность – тем более эффективным будет устройство);
• Стальные диски, с диаметром на 5-10% меньше, чем диаметр цилиндра;
• Электродвигатель (лучше всего изначально подбирать привод с удлиненным валом, так как на него будут устанавливаться диски);
• Теплообменник – любое техническое масло.

От количества оборотов, которое может выдать двигатель, будет зависеть температура, до которой насос Френетта сможет прогреть воду для отопления дома, либо бассейна. Чтобы вода в радиаторах прогрелась до 100 градусов необходимо, чтобы привод обеспечивал 7500—8000 оборотов/мин.

Вал силового агрегата на подшипниках размещаем внутри стального цилиндра. Место, где вал входит в цилиндр должно быть надежно уплотнено, поскольку наличие даже малейших вибраций быстро выводит механизм из строя.

На вал двигателя монтируются рабочие диски. Необходимое расстояние между ними можно задать, накручивая после каждого диска гайки. Количество дисков определяется в зависимости от длины цилиндра – они должны равномерно заполнять весь его объем.

В верхней и нижней части цилиндра просверливаем два отверстия: к верхнему будет подведены отопительные трубы, в которые будет подаваться масло, а к нижнему отверстию подсоединяется обратная труба для возврата использованного масла с радиаторов.

Вся конструкция закрепляется на металлической раме. После того как агрегат собран, цилиндр заполняется маслом, к нему подключаются патрубки отопительной магистрали и выполняется герметизация соединений.

Тепловой насос, созданный на производстве

Тепловой насос Френетта обладает очень высоким КПД, что позволяет его эффективно использовать в любых отопительных системах. Он может использоваться для обогрева любых хозяйственных помещений, гаражей, и жилых зданий. Кроме этого, за счет компактных размеров такой самодельный насос отлично подходит для прогрева бассейна, либо «теплого пола».

Но помните, что при прогреве бассейна и других крупных емкостей с водой необходим насос достаточной мощности, иначе вы просто будете использовать его не по назначению, и желаемых результатов не получите.

2.1 Монтаж тепловых агрегатов

Особенности монтажа тепловых насосов зависят, в первую очередь, от способа размещения внешнего контура.

1. Геотермальные тепловые насосы. Для вертикального способа монтажа создаются скважины глубиной от 50 до 100 метров, в которые опускается специальный зонд. Для горизонтальной укладки создается траншея на ту же длину либо котлован, в котором трубы укладываются параллельно друг другу. Трубы закладываются в грунт на глубину полутора метров.
2. Насосы вода-вода: внешний контур укладывается на дне водоема, и выводятся к тепловому насосу.
3. Воздух-вода: блок с трубами внешнего контура устанавливается на крыше или на стене здания (по внешнему виду его трудно отличить от наружной коробки кондиционера), и подводится к тепловому насосу внутри помещения.