Frenette-Wärmepumpe: Aufbau und Funktionsprinzip + kann man sie selbst bauen?

Bastler finden immer eine Verwendung für ihre eigenen Kräfte, ihre Geduld und Restmaterialien. Aus nahezu kostenlosen Komponenten bauen sie mühelos ein äußerst nützliches Gerät für den Haushalt.

Zum Beispiel können sie eine effektive Frenette-Wärmepumpe selbst bauen, ohne etwas auszugeben. Dafür erweitern sie ihren Wissensschatz und ihre Fertigkeiten, und das ist unbezahlbar, nicht wahr?

Die vorgestellten Informationen helfen, das Funktionsprinzip des Aggregats zu verstehen. Mit unserer Hilfe können Sie sich für eine Bauweise entscheiden und erfahren, wie das Modell hergestellt wird. Klare Anleitungen zur Fertigung dieser Art von Wärmepumpe bieten eine wirksame Unterstützung für selbstständige Heimwerker.

Wir geben praktische Empfehlungen zur Herstellung eines leistungsfähigen Eigenbaus und Tipps zum Betrieb solcher Anlagen.

Funktionsprinzip des Geräts

Diejenigen, die sich mit Fragen der wirtschaftlichen Heizung befasst haben, kennen den Begriff “Wärmepumpe” gut. Besonders in Kombination mit Begriffen wie “Erdreich-Wasser”, “Wasser-Wasser” oder “Luft-Wasser” usw.

Eine solche Wärmepumpe hat mit dem Frenette-Gerät praktisch nichts gemeinsam. Außer dem Namen und dem Endergebnis in Form von Wärmeenergie, die letztendlich zum Heizen genutzt wird.

Wärmepumpen, die nach dem Carnot-Prinzip arbeiten, sind sowohl als wirtschaftlich vorteilhafte Heizmethode als auch als umweltfreundliches System sehr beliebt.

Die Arbeit eines solchen Gerätekomplexes ist mit der Speicherung von niederpotenzieller Energie aus natürlichen Ressourcen (Erde, Wasser, Luft) und deren Umwandlung in hochpotenzielle Wärmeenergie verbunden.

Die Erfindung von Eugen Frenette ist völlig anders aufgebaut und funktioniert anders.

Das Funktionsprinzip dieses Geräts basiert auf der Nutzung der Wärmeenergie, die bei Reibung freigesetzt wird. Die Konstruktion besteht aus Metallflächen, die nicht direkt aneinander, sondern in einem gewissen Abstand angeordnet sind. Der Zwischenraum wird mit Flüssigkeit gefüllt.

Die Teile des Geräts werden mit einem Elektromotor relativ zueinander gedreht, die im Gehäuse befindliche und mit den rotierenden Elementen in Kontakt stehende Flüssigkeit erwärmt sich.

Die gewonnene Wärme kann zum Erhitzen des Wärmeträgermediums genutzt werden. Einige Quellen empfehlen, diese Flüssigkeit direkt für das Heizsystem zu verwenden. Am häufigsten wird an eine selbstgebaute Frenette-Pumpe ein normaler Heizkörper angeschlossen.

Als Wärmeträger der Heizungsanlage empfehlen Fachleute dringend, Öl statt Wasser zu verwenden.

Während des Pumpenbetriebs neigt diese Flüssigkeit dazu, sich sehr stark zu erhitzen. Wasser könnte unter solchen Bedingungen einfach verdampfen. Heißer Dampf in einem geschlossenen Raum erzeugt Überdruck, der in der Regel zum Platzen von Rohren oder Gehäusen führt. In einer solchen Situation ist die Verwendung von Öl viel sicherer, da sein Siedepunkt deutlich höher liegt.

Für die Herstellung einer Frenetta-Wärmepumpe werden ein Motor, ein Heizkörper, mehrere Rohre, eine Stahlscheibenklappe, Stahlscheiben, ein Metall- oder Kunststoffstab, ein Metallzylinder und ein Schraubensatz benötigt (+)

Es wird oft angenommen, dass der Wirkungsgrad eines solchen Wärmeerzeugers über 100 % liegt und sogar 1000 % betragen kann. Aus physikalischer und mathematischer Sicht ist diese Aussage nicht ganz korrekt.

Der Wirkungsgrad spiegelt die Energieverluste wider, die nicht für die Heizung, sondern für den Betrieb des Geräts aufgewendet werden. Vielmehr spiegeln die phänomenalen Behauptungen über den unglaublich hohen Wirkungsgrad der Frenetta-Pumpe ihre Effizienz wider, die in der Tat beeindruckend ist. Der Stromverbrauch für den Betrieb des Geräts ist verschwindend gering, die erzeugte Wärmemenge dagegen sehr deutlich.

Um das Heizmedium auf die gleichen Temperaturen zu erwärmen, würde ein Heizstab für die Heizung beispielsweise deutlich mehr Strom benötigen, vielleicht um ein Vielfaches mehr. Ein Haushaltsheizgerät würde bei einem solchen Stromverbrauch nicht einmal warm werden.

Warum sind solche Geräte nicht in allen Wohn- und Industriegebäuden installiert? Die Gründe können unterschiedlich sein.

Erstens ist Wasser ein einfacherer und bequemerer Wärmeträger als Öl. Es erhitzt sich nicht auf so hohe Temperaturen, und die Folgen von Wasseraustritten sind leichter zu beseitigen als verschüttetes Öl.

Zweitens existierte zum Zeitpunkt der Erfindung der Frenetta-Pumpe bereits ein zentrales Heizsystem, das erfolgreich funktionierte. Der Rückbau zur Ersetzung durch Wärmeerzeuger wäre zu teuer gewesen und hätte zu viele Unannehmlichkeiten verursacht, daher wurde diese Option nicht ernsthaft in Betracht gezogen. Wie man so schön sagt: Das Bessere ist der Feind des Guten.

Nutzungsempfehlungen für das Gerät

Es ist erwähnenswert, dass es dennoch Varianten der Pumpe von Jewgeni Frenetta gibt, die Wasser als Wärmeträger verwenden. Aber in der Regel handelt es sich um große Industriemodelle, die in spezialisierten Betrieben eingesetzt werden.

Der Betrieb solcher Geräte wird streng mit speziellen Instrumenten überwacht. Ein solches Sicherheitsniveau ist zu Hause praktisch nicht gewährleistbar.

Allgemeines Schema eines von Chabarowsker Wissenschaftlern entwickelten Industrie-Wärmeerzeugers: 1 — Behälter; 2 — Einlassstutzen; 3 — Auslassstutzen; 4 — Warmwasserbereiter; 5 — Lagerwelle. Als Wärmeträger wird Wasser verwendet.

Die bekannteste Version der Frenetta-Pumpe, bei der Wasser statt Öl als Wärmeträger verwendet wird, ist ein Gerät, das von Wissenschaftlern aus Chabarowsk entwickelt wurde: Natalja Iwanowna Nasyrowa, Michail Pawlowitsch Leonow und Alexander Wassiljewitsch Sjarh. In dieser pilzförmigen Konstruktion wird Wasser gezielt zum Kochen gebracht und in Dampf umgewandelt.

Anschließend wird die Reaktionskraft des Dampfes genutzt, um die Geschwindigkeit des flüssigen Wärmeträgers in den Kanälen der Pumpe auf 135 m/min zu erhöhen. Dadurch sind die Energiekosten für den Transport des Wärmeträgers minimal, während der Nutzen in Form von Wärmeenergie sehr hoch ist.

Allerdings muss ein solches Aggregat außergewöhnlich robust sein, und sein Betrieb sollte ständig überwacht werden, um Unfälle zu vermeiden.

Was tun, wenn mit der Frenett-Pumpe die Beheizung eines großen Raumes oder eines ganzen Hauses geplant ist? Wasser – ein traditioneller Wärmeträger, die meisten Heizsysteme sind darauf ausgelegt. Auch das Befüllen eines gesamten Heizsystems mit geeignetem flüssigem Öl kann sich als kostspielig erweisen.

Dieses Problem wird ganz einfach gelöst. Man muss zusätzlich einen normalen Wärmetauscher bauen, in dem das erhitzte Öl das Wasser erwärmt, das im Heizsystem zirkuliert. Dabei geht zwar eine gewisse Wärmemenge verloren, aber der Gesamteffekt bleibt deutlich spürbar.

Die Wärmepumpe Frenett kann erfolgreich in Kombination mit Wasser-Fußbodenheizungen eingesetzt werden. Allerdings muss anstelle von Wasser flüssiges Öl in die Rohre gefüllt werden.

Eine interessante Idee könnte die Verwendung einer Frenette-Pumpe in Kombination mit einem Fußbodenheizungssystem sein. Der Wärmeträger wird dabei durch schmale Kunststoffrohre geleitet, die in den Betonestrich verlegt sind.

Ein solches Heizsystem funktioniert genauso wie eine herkömmliche Wasser-Fußbodenheizung. Selbstverständlich kann ein Projekt dieser Art nur in einem Einfamilienhaus realisiert werden, da in hohen Mehrfamilienhäusern ausschließlich eine elektrische Fußbodenheizung verwendet werden darf.

Eine praktische und bequeme Anwendungsmöglichkeit eines solchen Geräts ist die Beheizung kleiner Räume: Garage, Schuppen, Werkstatt usw. Die Frenett-Pumpe ermöglicht es, das Problem der autonomen Heizung an solchen Orten effizient und schnell zu lösen.

Die Stromkosten für seinen Betrieb sind gering im Vergleich zu der dabei erzielten Wärmewirkung, und ein solches Aggregat lässt sich aus einfachsten Materialien nicht schwer bauen.

Konstruktionsvarianten der Frenette-Wärmepumpe

Eugen Frenett hat nicht nur das nach ihm benannte Gerät erfunden, sondern es auch mehrfach verbessert, indem er immer neue, effektivere Varianten des Geräts entwickelte.

In der allerersten Pumpe, die der Erfinder 1977 patentieren ließ, wurden nur zwei Zylinder verwendet:

• äußerer – ein Hohlzylinder mit größerem Durchmesser, der sich in einem statischen Zustand befindet
• innerer – der Durchmesser des Behälters ist etwas kleiner als die Abmessungen des Hohlraums des äußeren Zylinders.

In den schmalen Raum zwischen den Wänden der beiden Zylinder goss der Erfinder flüssiges Öl. Selbstverständlich wurde der Teil der Konstruktion, in dem sich dieser flüssige Wärmeträger befand, sorgfältig abgedichtet, um Öllecks zu verhindern.

Dies ist ein Schema der allerersten Variante der Frenette-Wärmepumpe. Die rotierende Welle ist horizontal angeordnet, das Wärmeträgermedium befindet sich in einem schmalen Raum zwischen zwei Arbeitszylindern (+)

Der innere Zylinder wird mit der Welle des Elektromotors so verbunden, dass er sich schnell relativ zum feststehenden großen Zylinder dreht. Am gegenüberliegenden Ende der Konstruktion wurde ein Ventilator mit einem Laufrad angebracht.

Während des Betriebs wurde das Öl erhitzt und gab die Wärme an die das Gerät umgebende Luft ab. Der Ventilator ermöglichte eine schnelle Verteilung der warmen Luft im gesamten Raum.

Da sich diese Konstruktion stark erhitzte, wurde sie aus Gründen der bequemen und sicheren Nutzung in einem Schutzgehäuse untergebracht. Selbstverständlich wurden im Gehäuse Öffnungen für die Luftzirkulation angebracht.

Eine nützliche Ergänzung der Konstruktion war ein Thermostat, mit dem der Betrieb der Frenette-Wärmepumpe bis zu einem gewissen Grad automatisiert werden konnte.

Bei diesem Modell der Wärmepumpe ist die Mittelachse vertikal angeordnet. Der Motor befindet sich unten, dann sind die ineinander verschachtelten Zylinder montiert, und oben ist ein Ventilator. Später kam ein Modell mit horizontaler Anordnung der Mittelachse auf.

Das Modell der Frenette-Wärmepumpe mit horizontal ausgerichteter rotierender Welle wurde zusammen mit einem Heizkörper verwendet, in dem erhitztes Öl zirkulierte (+)

Genau eine solche Vorrichtung wurde erstmals nicht mit einem Ventilator, sondern mit einem Heizkörper kombiniert. Der Motor ist seitlich angebracht, und die Rotorwelle verläuft durch die rotierende Trommel und tritt nach außen aus.

Bei diesem Gerätetyp ist kein Ventilator vorhanden. Das Wärmeträgermedium gelangt über Rohre von der Pumpe zum Heizkörper. Auf ähnliche Weise kann das erhitzte Öl auch zu einem anderen Wärmetauscher oder direkt in die Heizungsrohre geleitet werden.

Später wurde die Konstruktion der Frenette-Wärmepumpe wesentlich geändert. Die Rotorwelle blieb weiterhin horizontal, aber der innere Teil bestand aus zwei rotierenden Trommeln und einem dazwischen angeordneten Laufrad. Als Wärmeträgermedium wird hier wieder flüssiges Öl verwendet.

Bei dieser Variante der Frenette-Wärmepumpe rotieren zwei Zylinder nebeneinander, getrennt durch ein Laufrad besonderer Bauart aus einem sehr haltbaren Metall (+)

Beim Rotieren dieser Konstruktion wird das Öl zusätzlich erhitzt, da es durch spezielle Öffnungen im Laufrad strömt und dann in einen schmalen Hohlraum zwischen den Gehäusewänden der Pumpe und ihrem Rotor gelangt. Dadurch wurde der Wirkungsgrad der Frenette-Wärmepumpe wesentlich erhöht.

An den Rändern des Laufrads der Frenette-Wärmepumpe wurden kleine Löcher angebracht. Das Kühlmittel wird beim Durchströmen schnell und effizient erhitzt (+)

Es ist jedoch zu beachten, dass sich diese Pumpenart für den Eigenbau nicht besonders eignet. Zuerst müssen zuverlässige Zeichnungen gefunden oder die Konstruktion selbst berechnet werden, was nur einem erfahrenen Ingenieur möglich ist.

Dann muss ein spezielles Laufrad mit Löchern der passenden Größe gefunden werden. Dieses Element der Wärmepumpe arbeitet unter erhöhten Belastungen, daher muss es aus sehr robusten Materialien gefertigt sein.

Selbstbau des Geräts

Ein Überblick über die Varianten der Frenette-Pumpe zeigt, dass ihre Funktionsprinzipien mit unterschiedlichem Wirkungsgrad in verschiedenen Bauarten und -formen genutzt werden können. Die Grundidee bleibt dieselbe: ein enger Raum zwischen Metallelementen, gefüllt mit Öl, und Rotation mithilfe eines Elektromotors.

Das Schema zeigt eine Variante der Frenette-Wärmepumpe, die üblicherweise für den Eigenbau verwendet wird. Die Grundkonstruktion – Metallplatten, die durch Muttern getrennt sind (+)

Im Heimbereich wird meistens eine Frenette-Pumpe hergestellt, die aus einer Reihe von Metallplatten besteht, die durch einen schmalen Spalt getrennt sind.

Um ein solches Gerät herzustellen, müssen die erforderlichen Materialien vorbereitet werden:

• einen hohlen Metallzylinder;
• einen Satz gleicher Stahlscheiben mit einem Loch in der Mitte;
• einen Satz Muttern mit einer Höhe von 6 mm;
• eine Stahlstange mit Gewinde:
• einen Elektromotor mit verlängerter Welle;
• ein Lager;
• Verbindungsrohre.

Die Abmessungen der Pumpe können größer oder kleiner sein. Der Abstand zwischen den Scheiben muss jedoch genau 6 mm betragen –. Als Abstandshalter werden Standardmuttern verwendet, und die Stahlstange bildet das Zentrum der Konstruktion.

Seine Dicke sollte dem Durchmesser der Mutter entsprechen. Falls keine Gewindestange zur Hand ist, muss das Gewinde einfach geschnitten werden.

Die Metallscheiben für die Frenette-Wärmepumpe müssen etwas kleiner sein als der Durchmesser des zylindrischen Gehäuses, um eine freie Rotation und eine effizientere Erwärmung des Kühlmittels zu gewährleisten.

Offensichtlich muss auch das Loch in den Scheiben so sein, dass sie frei auf die Achsstange gesteckt werden können. Der Außendurchmesser der Scheiben sollte einige Millimeter kleiner als das Gehäuse sein. Falls keine fertigen Elemente zur Hand sind, werden die Scheiben selbst aus Blech geschnitten oder diese Arbeit einem Dreher anvertraut.

Stahlscheiben für die Wärmepumpe Frenetta können zu Hause geschnitten werden, wenn die entsprechende Ausrüstung vorhanden ist.

Das zylindrische Gehäuse kann aus einem alten Metallbehälter mit passender Konfiguration gefertigt oder aus Metall geschweißt werden. Auch ein Abschnitt eines breiten Metallrohrs ist geeignet.

An die Enden des Zylinders werden die Wände angeschweißt. Das Gehäuse muss dicht sein, damit kein Öl austritt. Im oberen und unteren Ende des Gehäuses sollten zusätzliche Öffnungen angebracht werden: für den Ein- und Auslass der Heizungsrohre, die zum Heizkörper führen.

Selbstverständlich sollten alle Rohrverbindungen abgedichtet werden. Für Gewindeverbindungen werden spezielle Dichtmittel verwendet: FUM-Band, Leinen usw. Wenn beschlossen wird, Polypropylenrohre zu verwenden, werden spezielle Fittings und möglicherweise ein Lötkolben für die Montage solcher Rohre benötigt.

Für den Betrieb der Frenetta-Pumpe ist kein leistungsstarker Elektromotor erforderlich. Ein Gerät, das von alten oder defekten Haushaltsgeräten, z. B. einem gewöhnlichen Ventilator, stammt, ist ausreichend.

Die Hauptaufgabe des Elektromotors – ist es, die Welle zu drehen. Übermäßig schnelle Drehung kann zu Fehlfunktionen des Geräts führen. Je schneller sich die Konstruktion dreht, desto stärker erwärmt sich das Heizmedium.

Einen kleinen Motor zum Drehen der Welle der Wärmepumpe Frenetta kann man von defekten Haushaltsgeräten entfernen oder im Geschäft kaufen.

Damit sich die Stange frei drehen kann, ist ein geeignetes Lager in Standardgröße erforderlich. Wenn alle Elemente vorbereitet sind, kann mit dem Zusammenbau des Geräts begonnen werden. Zuerst wird im unteren Teil des Gehäuses die Zentralachse mit dem Lager installiert. Dann wird eine Distanzmutter auf die Achse geschraubt, dann eine Scheibe aufgesteckt, wieder – eine Mutter, wieder – eine Scheibe usw.

Die Scheiben und Muttern werden abwechselnd angebracht, bis das Gehäuse vollständig gefüllt ist. Bereits in der Vorbereitungsphase können vorläufige Berechnungen zur Anzahl der benötigten Scheiben und Muttern durchgeführt werden.

Man muss die Dicke der Scheibe zur Dicke der Mutter (6 mm) addieren. Die Höhe des Gehäuses durch diese Zahl teilen. Die erhaltene Zahl gibt Auskunft über die benötigte Anzahl der Paare „Mutter+Scheibe“. Als Letztes wird die Mutter angebracht.

Nachdem das Gehäuse mit diesen beweglichen Elementen gefüllt ist, wird es mit flüssigem Öl gefüllt. Die Art des Öls spielt keine Rolle; es kann Mineralöl, Baumwollsamenöl, Rapsöl oder jedes andere Öl verwendet werden, das Hitze gut verträgt und nicht erstarrt. Danach wird die Konstruktion mit dem oberen Deckel abgedeckt und sorgfältig verschweißt.

Zu diesem Zeitpunkt sind die Heizkörperrohre normalerweise bereits an den Deckeln befestigt. Zur Erleichterung der weiteren Montage und Wartung des Geräts können an den Rohren zwei Absperrhähne installiert werden. Nun muss die Achse der Wärmepumpe mit der Motorwelle verbunden werden.

Das System wird ans Netz angeschlossen, auf Undichtigkeiten überprüft und die Betriebseigenschaften des Geräts bewertet.

Ein selbst gebauter Frenette-Wärmepumpe kann an einen normalen Gusseisen- oder Bimetall-Heizkörper angeschlossen werden, der die erforderliche Heizwirkung erzielt.

Wenn alles richtig gemacht ist, beginnt sich die Achse mit den Scheiben zu drehen und erhitzt das Öl im Gerät. Das heiße Wärmeträgermedium bewegt sich durch die obere Öffnung durch das Rohr zum Heizkörper. Das abgekühlte Öl kehrt durch das untere Rohr in das Wärmepumpengehäuse zurück, um erneut erhitzt zu werden.

Um den Betrieb des Systems zu automatisieren, kann ein spezielles Relais mit Temperatursensor verwendet werden, der die Erwärmung des Wärmepumpengehäuses erfasst und den Motor bei Bedarf ein- oder ausschaltet. Dadurch wird eine Überhitzung des Systems und ein Ausfall des Elektromotors vermieden und die Lebensdauer des Geräts insgesamt verlängert.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Eine interessante Variante der Frenette-Pumpe wird in diesem Video vorgestellt:

Leider hat die Frenette-Pumpe in der Heizungsbranche keine breite Anerkennung gefunden. Ein solches industriell gefertigtes Gerät für den Hausgebrauch ist in Haushaltsgerätegeschäften schwer zu finden. Viele Heimwerker haben jedoch erfolgreich die Arbeiten dieses Wissenschaftlers genutzt und in ihren Häusern, Saunen, Garagen usw. angewendet.

Vielleicht sind Sie genau der Heimwerker, dem es gelungen ist, die Idee von Frenette umzusetzen? Bitte teilen Sie Ihre Erfahrungen – hinterlassen Sie Kommentare zum Artikel und fügen Sie Fotos Ihrer Arbeiten hinzu. Das Kontaktformular befindet sich unten.