0

Тепловой насос френетта

Особенности теплового насоса «Френетта»: принцип действия

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.

В усовершенствованной модели нет и вентилятора. Такие устройства заработали отличные отзывы. Затраты на электричество меньше, и намного меньше, чем производимая устройством энергия, что используется для обогрева помещения.

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.

Кстати, тепловой насос можно изготовить своими руками, используя старое оборудование. Все рекомендации на следующей странице: https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/kanalizatsiya/teplovoj-nasos-svoimi-rukami-iz-starogo-kholodilnika

Тепловой насос «Френетта»: разоблачение или подсказки относительно использования

Есть некоторые рекомендации касательно использования насосов. Не все их соблюдают, и возникают жалобы, что промышленный или самодельный насос работает плохо, и вообще, этот прибор перехвален. Следующие подсказки будут полезны.

Советы по эксплуатации насоса:

  • Используйте масло в качестве теплоносителя – это может быть рапсовое масло, хлопковое или минеральное;
  • Воду для конструирования насоса не используйте, потому как тогда в системе отопления будет избыточно давление вследствие выделения пара от нагрева воды;
  • Если делаете сами насос, то в качестве электродвигателя используется двигатель от каких-то старых электроприборов, того же вентилятора;
  • На корпус такого теплового насоса желательно установить термодатчик, он отвечает за регуляцию автоматического включения и выключения прибора;
  • Когда устанавливаете диски на ось внутри насоса, проследите, чтобы дисками было заполнено все пространство.

Отдельного упоминания заслуживает версия насоса «Френетта», создали которую Александр Васильевич Сярг, Наталья Ивановна Назырова и Михаил Павлович Леонов. Эти хабаровские учены создали такой теплогенератор, который можно назвать универсальным. Рабочая часть устройства похожа на гриб, как рабочая жидкость используется вода, достигающая кипения и превращающаяся в пар. Но не стоит пробовать сделать такой генератор дома, он используется только в промышленности.

Ещё больше информации о преимуществах теплового насоса вы найдете в нашей статье: https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/otoplenie/teplovoj-nasos

Изготовление теплогенератора своими руками

Как уже говорилось выше, гидродинамический тепловой насос можно сделать и самому. Для этого понадобятся: металлический цилиндр, маленький электромотор, стальные диски, стальной стержень, гайки, трубы и радиатор. Диаметр дисков по правилам должен быть меньше диаметра цилиндра.

Как это сделать:

  • Диски последовательно нанизываются на стальной стержень, их разделяют гайки;
  • Цилиндр заполняется дисками доверху;
  • На стальной стержень наносится наружная резьба, по всей длине;
  • Для теплоносителя в корпусе делаются два отверстия, через верхнее в радиатор поступает разогретое масло, а снизу масло возвращается в систему для последующего нагрева.

Не используйте воду как теплоноситель, жидкое масло уместнее. Все же температура кипения масла выше в несколько раз. Вода при быстром нагреве превращается в пар, и в системе может случиться избыток давления. А это угроза для целостности конструкции.

Воздушное отопление набирает популярность за счет эффективности о простоты системы. Об этом в материале нашего сайта: https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/otoplenie/vozdushnoe-otoplenie

Принцип работы устройства

Тем, кто соприкасался с вопросами экономически выгодного отопления, название “тепловой насос” хорошо знакомо. Особенно в сочетании с терминами типа “земля-вода”, “вода-вода”, или “воздух-вода” и т.п.

Такой тепловой насос с устройством Френетта не имеет практически ничего общего. Кроме названия и конечного результата в виде тепловой энергии, которую в итоге используют для обогрева.

Тепловые насосы, работающие на принципе Карно, очень популярны и как экономически выгодный способ организации отопления, и как экологически безопасная система.

Работа такого комплекса устройств связана с накоплением низкопотенциальной энергии, содержащейся в природных ресурсах (земле, воде, воздухе), и преобразованием ее в тепловую энергию с высоким потенциалом.

Изобретение Евгения Френетта устроено и работает совершенно иначе.

Галерея изображений Фото из Внешний вид теплового насоса Френетта Разогрев прибора во время работы Основные конструктивные составляющие Реальные размеры одной из моделей

Принцип действия этого прибора основан на использовании тепловой энергии, которая выделяется при трении. В основе конструкции – металлические поверхности, расположенные не вплотную друг к другу, а на некотором расстоянии. Пространство между ними заполняют жидкостью.

Части устройства вращаются относительно друг друга с помощью электромотора, жидкость, находящаяся внутри корпуса и контактирующая с вращающимися элементами, разогревается.

Полученное тепло можно использовать для нагрева теплоносителя. Некоторые источники рекомендуют использовать эту жидкость непосредственно для отопительной системы. Чаще всего к самодельному насосу Френетта присоединяют обычный радиатор.

В качестве теплоносителя системы отопления специалисты настоятельно рекомендуют использовать масло, а не воду.

В процессе работы насоса эта жидкость имеет свойство разогреваться очень сильно. Вода в таких условиях может просто закипеть. Горячий пар в замкнутом пространстве создает избыточное давление, а это обычно приводит к разрыву труб или корпуса. Использовать масло в такой ситуации намного безопаснее, поскольку его температура кипения значительно выше.

Для изготовления теплового насоса Френетта потребуется двигатель, радиатор, несколько труб, стальной дисковый затвор, стальные диски, металлический или пластиковый стержень, металлический цилиндр и гаечный набор (+)

Бытует мнение, что КПД такого теплогенератора превышает 100% и даже может составлять 1000%. С точки зрения физики и математики это не совсем корректное утверждение.

КПД отражает потери энергии, затраченные не на обогрев, а собственно на работу прибора. Скорее, феноменальные утверждения о невероятно высоком КПД насоса Френетта отражают его эффективность, которая действительно впечатляет. Затраты электроэнергии на работу прибора ничтожны, а вот количество полученного в результате тепла весьма ощутимы.

Нагрев теплоносителя до таких же температур с помощью ТЭНа для отопления, например, потребовал бы значительно большего количества электроэнергии, возможно, в десятки раз больше. Бытовой обогреватель при таком расходе электричества даже не нагрелся бы.

Почему же такими приборами не оборудованы все подряд жилые и промышленные помещения? Причины могут быть разными.

Во-первых, вода – более простой и удобный теплоноситель, чем масло. Она не нагревается до таких высоких температур, и устранить последствия протечек воды проще, чем убрать разлитое масло.

Во-вторых, к моменту изобретения насоса Френетта централизованная система отопления уже существовала и успешно функционировала. Ее демонтаж для замены на теплогенераторы обошелся бы слишком дорого и доставил бы массу неудобств, поэтому такой вариант никто всерьез даже не рассматривал. Как говорится, лучшее – враг хорошего.

Рекомендации по использованию прибора

Стоит отметить, что вариации насоса Евгения Френетта с использованием воды в качестве теплоносителя все же существуют. Но обычно это большие промышленные модели, которые используются на специализированных предприятиях.

Работа таких устройств строго контролируется с помощью специальных приборов. Обеспечить подобный уровень безопасности в домашних условиях практически невозможно.

Общая схема промышленного теплогенератора, разработанного хабаровскими учеными: 1 — емкость; 2 — входной патрубок; 3 — выходной патрубок; 4 — водонагреватель; 5 — подшипниковый вал. В качестве теплоносителя используется вода

Самая популярная версия насоса Френетта, в котором в качестве теплоносителя используется вода, а не масло, это устройство, разработанное учеными из Хабаровска: Назыровой Натальей Ивановной, Леоновым Михаилом Павловичем и Сярг Александром Васильевичем. В этой грибовидной конструкции вода специально доводится до кипения и превращается в пар.

Затем используется реактивная сила пара, чтобы повысить скорость перемещения жидкого теплоносителя по каналам насоса до 135 м/мин. В результате затраты энергии на перемещение теплоносителя минимальны, а отдача в виде тепловой энергии очень высокая.

Однако такой агрегат должен быть исключительно прочным, и его работу следует постоянно контролировать, чтобы избежать аварии.

Что же делать, если с помощью насоса Френетта предполагается организовать обогрев большого помещения или целого дома? Вода – традиционный теплоноситель, большинство отопительных систем рассчитаны именно на него. Да и заполнение целой отопительной системы подходящим жидким маслом может оказаться делом затратным.

Решается этот вопрос очень просто. Нужно дополнительно соорудить обычный теплообменник, в котором разогретое масло будет обогревать воду, циркулирующую по отопительной системе. Некоторое количество тепла будет при этом потеряно, но общий эффект останется достаточно ощутимым.

Тепловой насос Френетта можно успешно использовать в сочетании с системами водяного теплого пола. Но вместо воды в трубы нужно залить жидкое масло

Интересной идеей может стать использование насоса Френетта в сочетании с системой теплого пола. Теплоноситель при этом пускают по узким пластиковым трубам, уложенным в бетонную стяжку.

Функционирует такая система обогрева так же, как и обычный водяной теплый пол. Разумеется, проект этого типа можно реализовать только в частном доме, поскольку для высотных многоквартирных домов разрешается использовать исключительно электрический теплый пол.

Практичный и удобный способ применения такого прибора – отопление небольшого помещения: гаража, сарая, мастерской и т.п. Насос Френетта позволяет эффективно и быстро решить проблему автономного отопления в таких местах.

Затраты электроэнергии для его работы невелики по сравнению с получаемым при этом тепловым эффектом, а соорудить такой агрегат не сложно из самых простых материалов.

Варианты конструкции насоса Френетта

Евгений Френетт не только изобрел устройство, названное его именем, но и неоднократно его усовершенствовал, придумывая все новые, более эффективные варианты прибора.

В самом первом насосе, который изобретатель запатентовал в 1977 году, были использованы только два цилиндра:

  • наружный – полый цилиндр больше диаметром и находится в статичном состоянии
  • внутренний – диаметр емкости немного меньше, чем размеры полости наружного цилиндра.

В получившееся узкое пространство между стенками двух цилиндров изобретатель залил жидкое масло. Разумеется, та часть конструкции, в которой находился этот жидкий теплоноситель, была тщательно заделана, чтобы не допустить протечек масла.

Это схема самого первого варианта теплового насоса Френетта. Вращающийся вал расположен горизонтально, теплоноситель помещен в узкое пространство между двумя рабочими цилиндрами (+)

Внутренний цилиндр соединяют с валом электродвигателя таким образом, чтобы обеспечить его быстрое вращение относительно неподвижного большого цилиндра. На противоположном торце конструкции был помещен вентилятор с крыльчаткой.

Во время работы масло разогревалось и передавало тепло воздуху, окружающему устройство. Вентилятор позволял быстро распространить теплый воздух по всему объему помещения.

Поскольку нагревалась эта конструкция довольно сильно, ради удобного и безопасного использования конструкция была спрятана в защитный корпус. Разумеется, в корпусе были сделаны отверстия для циркуляции воздуха.

Полезным дополнением к конструкции стал термостат, с помощью которого работу насоса Френетта можно было автоматизировать до некоторой степени.

Центральная ось в такой модели теплового насоса расположена вертикально. Двигатель находится внизу, затем установлены вложенные друг в друга цилиндры, а сверху находится вентилятор. Позднее появилась модель с горизонтальным расположением центральной оси.

Модель теплового насоса Френетта с горизонтально ориентированным вращающимся валом была использована вместе с радиатором отопления, внутри которого циркулировало нагретое масло (+)

Именно такое устройство впервые было использовано в сочетании не с вентилятором, а с радиатором отопления. Двигатель помещен сбоку, а вал ротора проходит через вращающийся барабан и выходит наружу.

В устройстве этого типа вентилятор отсутствует. Теплоноситель из насоса по трубам перемещается в радиатор. Подобным же образом нагретое масло можно вывести и на другой теплообменник или же прямо в трубы отопления.

Позднее конструкция теплового насоса френетта была существенно изменена. Вал ротора по-прежнему остался в горизонтальном положении, а вот внутренняя часть была сделана из двух вращающихся барабанов и помещенной между ними крыльчатки. В качестве теплоносителя здесь снова используется жидкое масло.

В этом варианте теплового насоса Френетта два цилидра вращаются рядом, они разделены крыльчаткой особой конструкции из очень прочного металла (+)

При вращении этой конструкции масло дополнительно нагревается, поскольку проходит через специальные отверстия, сделанные в крыльчатке, а затем проникает в узкую полость между стенками корпуса насоса и его ротором. Таким образом, эффективность насоса Френетта была существенно повышена.

По краям крыльчатки для теплового насоса Френетта сделаны небольшие отверстия. Теплоноситель быстро и эффективно нагревается, проходя через них (+)

Однако стоит отметить, что для изготовления в домашних условиях этот тип насоса не слишком подходит. Для начала понадобится найти достоверные чертежи или рассчитать конструкцию самостоятельно, а это под силу только опытному инженеру.

Затем понадобится найти особую крыльчатку с отверстиями подходящего размера. Этот элемент теплового насоса работает при повышенных нагрузках, поэтому он должен быть выполнен из очень прочных материалов.

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 (+)

В домашних условиях чаще всего изготавливают насос Френетта, состоящий из ряда металлических пластин, разделенных узким просветом.

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.

Главное назначение электродвигателя – вращать вал. Чрезмерно быстрое вращение может привести к некорректной работе устройства. Чем быстрее вращается конструкция, тем сильнее нагревается теплоноситель.

Небольшой двигатель для вращения вала теплового насоса Френетта можно снять с испорченной бытовой техники или приобрести в магазине

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.

Чтобы автоматизировать работу системы, можно использовать специальное реле с термодатчиком, который фиксирует нагрев корпуса теплового насоса и отключает двигатель или включает его по мере необходимости. Это позволит предотвратить перегрев системы, поломку электродвигателя и в целом увеличит ресурс работы устройства.

Выводы и полезное видео по теме

Интересный вариант насоса Френетта представлен в этом видеоматериале:

К сожалению, насос Френетта не нашел широкого признания в сфере отопления. Такое устройство промышленного изготовления для бытовых нужд сложно найти в магазинах техники для дома. Но немало народных умельцев успешно использовали наработки этого ученого и применили их в своих жилищах, банях, гаражах и т.п.


science_freaks

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГОИНФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ВОДЫ
Сярг Александр Васильевич

«Нет истин, что непогрешимы, но я надеяться могу…»

При исследовании поведения воды в вихревых установках разного типа и назначения были получены следующие результаты:

представим себе трубу, внутри которой по спирали движется поток воды. Со стороны подачи воды труба заглушена. Вода, при таком виде движения, создает разрежение в центральной части трубы в направлении оси движения. Глубина разрежения (в дальнейшем для простоты изложения будем применять слово «вакуум») будет определяться линейной скоростью движения воды по спирали и длиной спирали, а также внутренним диаметром трубы. Естественно, мы создаем такие условия, чтобы вода при движении не занимала центральную часть трубы в направлении оси распространения движения, а центробежной силой прижималась к стенкам.

1. В связи с тем, что вода имеет дипольную структуру с плюсом (+) в зоне водорода и минусом (-) в зоне кислорода, при вихревом движении происходит концентрация (+) в зоне вакуума и (-) в зоне максимального давления, или у внутренней поверхности трубы. Диполи выстраиваются в строгой ориентации радиально по всей внутренней поверхности трубы.

Несколько слов о том, почему появляется вакуум.

При движении по спирали, вода взаимодействует с воздухом, который первоначально находился в центральной части трубы. Формирование вакуума происходит за счет трения и движения зарядовой массы по специальной траектории в направлении оси распространения. При спиральном движении воды по трубе этот воздух увлекается водой и выталкивается наружу. Этот процесс сохраняется до тех пор, пока происходит движение воды.

Таким образом, мы получаем в зоне движения вихря (или спирали) значительную энтропию распределения энергии, относительно остальной зоны пространства, где вихря нет, и где заряды взаимно скомпенсированы.

2. Сама молекулярная связь напрягается в результате такого движения, и начинает взаимодействовать с вакуумом, который мы сформировали за счет конструкции и условий движения.

При растяжении молекулярной структуры воды, происходит изменение углового строения, то есть происходит уменьшение угла 104,5 градуса. Если в исходном состоянии мы имели практически равнобедренный треугольник взаимодействия кислорода с двумя атомами водорода, то теперь этот треугольник вытянулся за счет изменения угла. Для наглядности приведем справочные материалы.
………………….
Наличие в молекулах H2O неподеленных электронных пар у атомов кислорода и положительно заряженных атомов водорода приводит к совершенно особому взаимодействию между молекулами, называемому ВОДОРОДНОЙ СВЯЗЬЮ. В отличие от всех уже знакомых нам видов химической связи эта связь – межмолекулярная.

При растяжении молекулы происходит (по нашей теории) перетекание энергии из вакуума в зону взаимодействия кислорода и двух атомов водорода. Напряженность связи определяет температуру, потому что меняется резонансная частота взаимодействия кислорода и водорода, которая в обычном состоянии равнялась 7 787 ГГц.

Связь определяет также энергетическое состояние молекулы воды, при растяжении энергия увеличивается на отдачу в пространство. Таким образом, если напрячь связь, растягивая молекулу, мы можем увеличить температуру воды и даже перевести ее в пар с очень высокой температурой. При этом молекула должна быть растянута, но не порвана, а межмолекулярные связи ослаблены. Та же вода в агрегатном состоянии пара увеличится в объеме примерно в 1000 раз. Это расширение мы можем очень эффективно использовать в установках вихревого типа для придания дополнительного реактивного движения выходящей струи.

3. При создании усилий, превышающих прочность воды, а эти усилия составляют по разным данным от 280 кГ/ см2 (для загрязненной воды) до 1500 кГ/ см2 (для дистиллированной воды), происходит разрыв связи (здесь лучше сказать, что связь не рвется, а ломается) и происходит мгновенный переход энергии из связи в вакуум. При этом происходит мгновенное поглощение тепла из пространства и понижение температуры до минусовых отметок.

По нашим предположениям, реальная температура в зоне бывшей связи опускается до абсолютного нуля. Но в связи с тем, что у нас открытая система и происходит энергообмен с окружающим пространством, реально измеряемая температура вряд ли опустится ниже -150 градусов по Цельсию.

4. При воздействии на связь, будь то растяжение или схлопывание, происходит выброс высокочастотного излучения в пространство. Если этот факт не учитывается разработчиками вихревых машин, то такого рода машины становятся источниками сильного электромагнитного излучения, которое опасно для человека и окружающей среды. Причем на достаточно больших расстояниях. Дело в том, что если не скомпенсировать это излучение, то по той же спирали будет формироваться электромагнитный вихрь, мощность которого зависит от мощности установки.

Эта проблема решается простым съемом электрической энергии с вихревых машин.

5. Таким образом, вихревые тепловые машины способны генерировать помимо тепловой энергии еще и электрическую, я бы даже сказал, что это неотъемлемая часть такого рода устройств. Соотношение тепловой и электрической энергии на выходе составляет в процентах обычно 50-70% тепловой энергии и 50-30% электрической, в зависимости от конструкции и назначения установки.

Электрическая энергия формируется за счет строго ориентированной дипольной структуры воды в процессе движения по спирали. То есть по всей длине трубы мы имеем на внутренней поверхности отрицательный заряд, а на поверхности воды обращенной к центру (или к вакууму) положительный. Если этот заряд снимать, то мощность устройства по электрической составляющей зависит от количества пропускаемого объема воды, и может доходить до значений 0,5 МВт установленной мощности при пропускаемом объеме воды примерно 2 м3/ мин.

Естественно для снятия электрической энергии надо ввести в центральную часть рабочий электрод цилиндрической формы, который в свою очередь не препятствует образованию вакуума в центральной части. Это очень важная составляющая всего устройства, потому что правильное использование вакуума приводит к появлению третьей силы, действующей на воду. Эта сила направлена радиально к центру работающего устройства, и без нее невозможно получить большие коэффициенты преобразования. Поэтому присутствующие на рынке вихревые машины имеют коэффициент преобразования в районе 200%.

6. В процессе экспериментов было установлено, что помимо энергетической составляющей, вода, прошедшая взаимодействие с вакуумом имеет новые свойства. Помимо того, что меняется рН, жесткость воды, происходит очищение от химических примесей (здесь лучше сказать, что примеси переходят в нерастворимое состояние), у воды появились лечебные свойства, которые нам трудно оценить, но субъективно, при попадании на кожу и волосы такой воды происходит значительное улучшение состояния последних. Быстрее заживают мелкие ссадины и раны. Вода приятна на вкус. Мы предполагаем, что взаимодействие с вакуумом приводит воду к первородному состоянию.

Как известно, структура воды из природных источников способна повторять отдельные части цепочек ДНК здорового человека. Происходит постоянный обмен информацией человека с окружающей средой и наоборот. По совершенно упрощенному представлению, человеческий организм, — это схема сравнения. В первородной воде содержится вся цепочка ДНК здорового человека. Этим определяется, что такая вода лечит. Таким образом, производство такой воды может способствовать оздоровлению населения без медикаментов. Естественно нужны дополнительные эксперименты и исследования.

Блог COMSOL

Двигатели или тепловые насосы Стирлинга — это системы, которые могут работать при невероятно малой разности температур. Некоторым вариантам двигателей Стирлинга для работы достаточно даже тепла человеческого тела. В статье мы рассматриваем динамику этой интересной машины, которую можно построить в домашних условиях, и показываем, как создать её модель в COMSOL Multiphysics.

Современные применения старой идеи

Сначала немного истории двигателя Стирлинга. Разработанный два века назад в 1816 году Робертом Стирлингом двигатель в то время называли «двигателем будущего». Хотя эта технология так и не стала действительно популярной, двигатели Стирлинга широко используются во многих современных прикладных задачах. Например, солнечный вариант двигателя Стирлинга непосредственно преобразует солнечное тепло в механическую энергию, которая в свою очередь приводит в движение генератор и производит электричество. Кроме того, этот же подход используется для получения энергии из геотермальных источников и тепловых сбросов промышленных предприятий. Вероятно, самая удивительная область, в которой нашли свое применение двигатели Стирлинга — это шведские подводные лодки; в них двигатели Стирлинга обеспечивают тягу даже без доступа к воздуху.

От тепловой энергии к механической работе

Мы рассказали о некоторых применениях двигателей Стирлинга, но каков же принцип работы этого устройства? В двигателе Стирлинга тепловая энергия преобразуется в механическую работу в ходе циклического процесса. Детали реализации могут отличаться, но основной принцип остается неизменным. Рабочее тело проходит через четыре процесса: охлаждение, сжатие, нагрев и расширение. Теплота переносится газом от горячей стороны двигателя к холодной. КПД двигателя не превосходит КПД цикла Карно.

В отличие от обычных двигателей, двигатели Стирлинга не требуют для своей работы высоких температур. Некоторые двигатели успешно работают при небольшой разности температур между горячей и холодной сторонами. Кроме того, для них характерен очень низкий уровень шума и соответствующих потерь энергии, поскольку в рабочем процессе не происходят взрывы и не выделяются выхлопные газы. В то же время двигатели Стирлинга лучше всего подходят для прикладных задач, в которых требуется обеспечить постоянную мощность, поскольку динамически регулировать их мощность чрезвычайно сложно. Это, вероятно, самая главная причина, по которой мы до сих пор не управляем автомобилями с двигателями Стирлинга.


Двигатель Стирлинга, работающий от тепла человеческой ладони. (Изображение «Двигатель Стирлинга, который работает только от разности температур между окружающим воздухом и ладонью». Собственная работа участника Arsdell. Доступно по лицензии Creative Commons «Атрибуция — На тех же условиях» 3.0 на Викискладе).

Как построить свой собственный двигатель Стирлинга

Если у вас есть опыт ручной работы, вы можете сами собрать двигатель Стирлинга в домашних условиях даже без профессиональных инструментов и соответствующего опыта. На YouTube вы можете найти несколько видеоуроков и пошаговых руководств по сборке двигателя. Самый простой вариант можно собрать из банки из-под колы и других ненужных в хозяйстве вещей.

Конечно, КПД такого двигателя Стирлинга вряд ли будет оптимальным. Более подходящим решением является создание численной модели двигателя.

Моделирование теплового насоса Стирлинга в COMSOL Multiphysics

С помощью численной модели двигателя Стирлинга мы можем подобрать и испытать различные сочетания материалов и настройки параметров. Процесс описывается уравнениями теплопередачи и гидродинамики, а для упрощенного описания механической составляющей процесса достаточно решить дополнительное обыкновенное дифференциальное уравнение — уравнение движения.

Двухмерная осесимметричная модель состоит из основного цилиндра, который содержит рабочее тело (воздух) и поршень. В малом цилиндре вверху расположен приводной поршень. Оба поршня соединены параллельно и двигаются на коленчатом валу, на котором они разнесены по фазе на 90°. Коленчатый вал в модель не включен. Такой вид двигателя Стирлинга называется гамма-конфигурацией.


Модель теплового насоса Стирлинга.

Здесь задача теплопередачи в рабочем газе уже решена. Механическая сторона процесса реализуется с помощью подвижной сетки (ALE). Вытеснитель и приводной поршень могут свободно двигаться в направлении z. Установленное смещение соответствует режиму теплового насоса. При этом механическая работа используется для передачи тепловой энергии в направлении, противоположном направлению самопроизвольной передачи теплоты. Обратный процесс — собственно работу двигателя Стирлинга — можно моделировать, используя источник тепла и рассчитывая конечные силы давления на приводной поршень и вытеснитель. В любом случае, система проходит цепочку процессов, которые соответствуют четырем стадиям цикла Карно:


Термодинамические процессы, действующие на рабочее тело.

КПД такого цикла далек от цикла Карно, но полученный график зависимости давления от объема, который вы видите ниже, совпадает с экспериментальными данными.


График зависимости давления от объема в цикле Стирлинга.

Основное преимущество модели заключается в том, что мы можем изучать физические явления в тепловом насосе. Например, представленное ниже анимированное изображение показывает распределение скоростей во время работы теплового насоса.

Распределение скоростей во время работы теплового насоса.

Поршень передает механическую энергию, требуемую для перекачки тепла, а значит, мы можем изучить динамическое распределение температуры во время работы теплового насоса.

Анимация, показывающая распределение температуры.

Увеличение КПД

Чтобы увеличить КПД двигателя Стирлинга, необходимо максимизировать площадь замкнутой области на графике «давление-объем» (pV-диаграмме). Эта площадь соответствует работе, совершенной двигателем. Общий КПД двигателя можно увеличить несколькими способами. Выбор в качестве рабочего тела газа с высокой удельной газовой постоянной (например, с малой молярной массой) максимизирует работу, которую может произвести двигатель в процессе изотермического расширения. Поэтому в качестве рабочего газа обычно используют водород или гелий. Кроме этого, можно максимизировать передачу тепла через вытеснитель, используя пористый вытеснитель-регенератор (см. эту статью).

Рассматривается методика и техника моделирования солнечного коллектора на базе тепловых насосов. Определена эффективность работы каждого насоса и батареи в целом. Снята зависимость количества тепла Q угла падения излучения I от источника.

Для исследования выделили семь трубок с жидкостью, разных диаметров. Так же нам понадобится термометр, горячая вода( 100С), емкость для кипяченной воды, куда мы будем помещать термометр и трубку. Потребуется секундомер, чтобы засечь время закипания, а в дальнейшем кипения жидкости в трубке. Кипятим воду до максимальной температуры в чайнике, чтобы получить точные данные, во всех случаях. Кипяченую воду заливаем в емкость, в нашем случае в стакан.

SIMULATING THE OPERATION OF SOLAR COLLECTORS ON THE BASIS OF THERMAL PUMPS.

Friezen, A.S., Ogloblin G.VAmGPGU, Komsomolsk-on-Amur, Russia.

Тепло.вая батар.ея сост.оит из двух основных частей : гидравли.ческих термосиф.онов 3 и ко.рпуса сол.нечного коллектора 1 рис.1яя

Рис.1.Модель солнечной термобатареи. 1.Корпус коллектора.2.Теплообменник.3.Термосифоны. 4. Фонарь создающий световой поток (модель солнечного светового потока). 5. Транспортир.6.Жидкостный термометр.7.Электронный термометр.

Ба.зовый элемент. термосифона стеклян.ная т.руба 3 диам.етром 8 мм, дл.иной 250 мм.Рис.2. П.еред заправк.ой её а.ктивным веще.ством 3 од.ин из ко.нцов 4 труб.ы заварива.ется газовой горе.лкой.

Рис.2

Чер.ез вт.орой — тр.уба запо.лняется на 1 / 3 своего объёма .рабочим вещест.вом – эфи.ром. Уплот.нённым кон.цом труб.а о.пускается в гор.ячую вод.у темпе.ратурой 70-80℃. Эфи.р заки.пает. Па.ровой сто.лб подним.ается до от.крытого кон.ца. Этого дост.аточно, ч.тобы уп.лотнить второй ко.нец труб.ы 2 эпо.ксидным герм.етикам «Алмаз». Тру.бу из.влекают из сосу.да с горяч.ей вод.ой и даю.т о.стыть. Чер.ез 4 ча.са термо.сифон гот.ов к раб.оте.

Та.кой термос.ифон запу.скается от те.пла р.уки чел.овека ли.бо от со.лнечных лучей. В зависим.ости от подо.грева камеры паро.образования м.ожно в видим.ом форма.те прос.ледить вс.е этапы ки.пения и к.онденсации. Д.инамику распро.странения паро.вого сто.лба можн.о просле.дить с по.мощью .жидких кристаллов .

Выбор диапазона обусловлен безопасностью при работе с прибором. В качестве нагревательного элемента использовали проволочное сопротивление 500 ом типа ПЭВ-15. Параметры нагревателя: мощность 12,5вт ват, напряжение 80 В, ток 0,16А. Диаметр каркаса проволочного сопротивления выполнен из огнеупорного материала. Трубчатый канал сопротивления диаметром 9мм использовался в качестве посадочного гнезда для стеклянной трубки термосифона. Процесс охлаждения объекта тепловой трубой можно исследовать с помощью градиентной термографии. Для исследования тепловых полей термосифона воспользовались жидкокристаллическим детектором, который в режиме реального времени, визуализирует градиентную термограмму, а фиксация её на видеокамеру позволяет проследить её динамику. Набор таких детекторов обширен техника и методика их применения зависит от решаемой задачи . В них применяются жидкие кристаллы холестерического типа с высокой чувствительностью к температуре. По данным отмеченным в работе чувствительность плёнки жидких кристаллов порядка 10-4℃. Для одноразового анализа жидкие кристаллы наносятся непосредственно на интересующий нас участок, обеспечив для этого необходимую чистоту поверхности и черный фон. В опыте использовалась фотокамера в режиме видео, что позволило в реальном времени отследить на поверхности термосифона развитие фронта тепловой волны. График распространения фронта тепловой волны на участке конденсации пара за 130с. Применяемые жидкие кристаллы холестерического типа с мезофазой 55-60℃. Слайд получен путём монтажа девяти моментов прохождения поверхностной тепловой волны с шагом регистрации 14,4c . Если провести огибающую фронта волны для всех моментов, то она будет характерна для нелинейного процесса рис.3.

Рис.3

График распространения фронта тепловой волны на участке конденсации пара за 130с. Применяемые жидкие кристаллы холестерического типа с

Полученная термограмма расшифровывается с помощью градуированной шкалы температур для жидких кристаллов с мезофазой 55-60

Рис.4. Градуированная шкала для термоиндикаторов 55- 60

Красный цвет 55 . Оранжевый 56 . Жёлтый 57 . Зелёный 58 . Голубой 58,5 . Синий 59 . Фиолетовый 60.

Зная температуру поверхности термосифона можно определить температуру в симметрично расположенной точке внутри трубы на эквивалентной модели . Для анализа световых потоков нами используется установка рис.6.Условия эксперимента как в первом так и во втором случае по времени экспозиции одинаковы, единственное отличие во втором случае световой поток перекрывается поляроидом 4 рис.5А. Разница по температуре в данный момент времени составляет 10оС.Это говорит о том, что поляроид можно использовать как тепловой фильтр.

Рис.5

Из рис.5В следует, что за время t объём коллектора нагрелся до температуры 42оСпри этом получено тепла: Q1 = Cvm(T2 – T1) за это же время t из данных рис 2.11.А температура прогрева объёма воздуха коллектора 32оС при этом получено тепла Q2 = Cvm(T2 – T1). Тогда = 1,31. Таким образом, различие двух подходов составляет порядка 30%. Полученная величина значима и ей можно руководствоваться для разработки системы управления коллектором.

Исследование температуры в камере коллектора в натурных условия проводилось на открытом воздухе при температуре окружающей среды -8 при солнечном ясном дне астрономическое местное время 11 часов. В качестве нагрузки использовался зачернённый нитроэмалью лужённый лис железа 4 размером 300х2500х1мм. Входное окно 3 выполнено из оконного стекла толщиной 3 мм.

Рис.8 Макет установки солнечной термобатареи для исследования зависимости температуры в камере от светового потока. 1.Основание установки. 2.Камера с теплоизоляционной прокладкой. 3.Зачёрнёный лист лужёного железа. 4.Стеклянное окно.5.Термометр жидкостный.6.Термосифоны.7. Транспортир.

Термобатарея 8 устанавливалась на основании 1 и сканировала тепловой поток от 0 до 90о С.С помощью термометра 5 каждую 5-ю минуту при заданном угле 7 снимались показания. Результат сканирования отражён на рис.9. Термоизоляция камеры коллектора осуществлялась листами пенопласта.

Рис.9.Зависимость температуры в камере коллектора от угла его положения относительно солнечного потока.

Из анализа графика, следует, что максимальная температура в камере достигается 89оС при положении плоскости термобатареи к солнечному потоку 45оС. Отсчёт на графики ведётся от 0оС. Это делалось согласно методике эксперимента, коллектор вынесенный из теплого помещения охлаждался до температуры 0оС. Эффективность коллектора очевидна достигнута температура которая в 10 раз превышает исходную. Для анализа распределения тепловых полей термосифонов выполненных из нержавеющей стали, где в качестве рабочего вещества эфир. Применили жидкие кристаллы с мезофазой 60-67оС. Опыт проводился в натурных условиях температура окружающей среды – 8оС. Установка показана на рис.10, где стеклянные термосифоны заменены термосифонами из нержавеющей стали.

На рис.10. Показаны термограммы трёх термосифонов на которых чётко просматривается рабочая зона, транспортный канал, область передачи тепла.

Рис.10.Термограмма термосифонов коллектора.1. Отдача тепла.2.Транспортный канал.3.Рабочая зона.

Рис.2. Градуированная шкала для термоиндикаторов 55- 60

Красный цвет 55 . Оранжевый 56 . Жёлтый 57 . Зелёный 58 . Голубой 58,5 . Синий 59 . Фиолетовый 60.

Благодаря своей на.глядности, простоты изготовления и использования данная демонстрационная модель солннечной батареи идеально подходит для изучения законов теплообмена и терморегул.яции в лабораторных и лекционных условиях.

1.Проведённый эксперимент показал, что предлагаемая модель вполне работоспособна.

2. В процессе проведения эксперимента выявлены технологические особенности вхождения системы в работу – согласование узла парообразования и узла холодильника по физическим параметрам. 3.Применение в канале теплопередачи вентильного пароотвода позволит в режиме запуска согласовывать парообразователь с холодильником. Предлагаемая солнечн.ая батаре.я апро.бирована в лаб.ораторных и ле.кционных усл.овиях.

Литературные источники.

  1. 1. Стулов В.В., Оглоблин Г.В. ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В РАМКАХ ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ. Известия ВУЗов. Чёрная металлургия. №2.2012.С.12-17.

  2. Жирнов А.Д.,Оглоблин Г.В. ДИНАМИЧЕСКАЯ ДЕМОНСТРАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ТЕРМОСИФОНА // Научный электронный архив. URL: http://econf.rae.ru/article/7530 (дата обращения: 20.05.2015).

  3. Белоус М.Н., Оглоблин Г.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГРАВИТАЦИОННОГО ТЕРМОСИФОНА В УСЛОВИЯХ УЧЕБНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. // Научный электронный архив. URL: http://econf.rae.ru/article/7596 (дата обращения: 20.05.2015).

  4. 4.Оглоблин Г.В., Горячкин М. ТЕПЛОВЫЕ ПОТОКИ В ТЕРМОСИФОНЕ. // Научный электронный архив. URL: http://econf.rae.ru/article/7491 (дата обращен 20.05.2015.)

  5. Оглоблин Г.В. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ТЕРМОСИФОНА // Научный электронный архив. URL: http://econf.rae.ru/article/7771 (дата обращения: 20.05.2015).

  6. Оглоблин Г.В. ЗАПУСК ТЕРМОСИФОНА // Научный электронный архив. URL: http://econf.rae.ru/article/7777 (дата обращения: 20.05.2015).

мммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяпппппппппппппппппппппппппппппппп

admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *