Pompe à chaleur Frenette : conception et principe de fonctionnement + peut-on la fabriquer soi-même ?

Les amateurs de bricolage trouveront toujours une utilité à leurs propres forces, à leur patience et aux matériaux de récupération. Avec des composants presque gratuits, ils fabriqueront facilement un objet extrêmement utile dans la vie quotidienne.

Par exemple, ils pourront fabriquer une pompe à chaleur Frenette efficace de leurs propres mains, sans rien dépenser. En revanche, ils enrichiront leur bagage de connaissances et de compétences, et cela n'a pas de prix, n'est-ce pas ?

Les informations présentées vous aideront à comprendre le principe de fonctionnement de l'appareil. Avec notre aide, vous pourrez choisir la conception et apprendre comment le modèle est fabriqué. Des instructions claires pour la fabrication de ce type de pompe à chaleur apporteront une aide efficace aux bricoleurs autonomes.

Nous fournissons des recommandations pratiques pour la réalisation d'un bricolage performant et des conseils pour l'utilisation de cet équipement.

Principe de fonctionnement de l'appareil

Pour ceux qui ont été confrontés aux questions de chauffage économiquement avantageux, le nom « pompe à chaleur » est bien connu. Surtout en combinaison avec des termes comme « sol-eau », « eau-eau », ou « air-eau » etc.

Une telle pompe à chaleur n'a pratiquement rien en commun avec le dispositif Frenette. Sauf le nom et le résultat final sous forme d'énergie thermique, qui est finalement utilisée pour le chauffage.

Les pompes à chaleur fonctionnant sur le principe de Carnot sont très populaires, à la fois comme méthode économiquement avantageuse d'organiser le chauffage et comme système écologiquement sûr.

Le fonctionnement d'un tel ensemble de dispositifs est lié à l'accumulation d'énergie à bas potentiel contenue dans les ressources naturelles (sol, eau, air) et à sa conversion en énergie thermique à haut potentiel.

L'invention d'Eugène Frenette est conçue et fonctionne complètement différemment.

Le principe de fonctionnement de cet appareil repose sur l'utilisation de l'énergie thermique dégagée par le frottement. La conception repose sur des surfaces métalliques – non pas placées l'une contre l'autre, mais à une certaine distance. L'espace entre elles est rempli de liquide.

Les pièces de l'appareil tournent les unes par rapport aux autres grâce à un moteur électrique. Le liquide se trouvant à l'intérieur du boîtier et en contact avec les éléments rotatifs s'échauffe.

La chaleur produite peut être utilisée pour chauffer le fluide caloporteur. Certaines sources recommandent d'utiliser ce liquide directement pour le système de chauffage. Le plus souvent, on raccorde un radiateur ordinaire à la pompe Frenette artisanale.

En tant que caloporteur du système de chauffage, les spécialistes recommandent fortement d'utiliser de l'huile plutôt que de l'eau.

Pendant le fonctionnement de la pompe, ce liquide a tendance à chauffer très fortement. L'eau dans de telles conditions pourrait simplement bouillir. La vapeur chaude dans un espace clos crée une pression excessive, ce qui entraîne généralement la rupture des tuyaux ou du boîtier. Utiliser de l'huile dans cette situation est beaucoup plus sûr, car son point d'ébullition est considérablement plus élevé.

Pour fabriquer une pompe à chaleur Frenette, vous aurez besoin d'un moteur, d'un radiateur, de plusieurs tuyaux, d'une vanne à disque en acier, de disques en acier, d'une tige métallique ou en plastique, d'un cylindre métallique et d'un jeu de clés (+)

Certains pensent que le rendement d'un tel générateur de chaleur dépasse 100% et pourrait même atteindre 1000%. D'un point de vue physique et mathématique, cette affirmation n'est pas tout à fait correcte.

Le rendement reflète les pertes d'énergie consacrées non pas au chauffage, mais au fonctionnement même de l'appareil. Plutôt, les affirmations phénoménales concernant le rendement incroyablement élevé de la pompe Frenette reflètent son efficacité, qui est vraiment impressionnante. La consommation d'électricité pour faire fonctionner l'appareil est négligeable, tandis que la quantité de chaleur produite est très significative.

Chauffer le fluide caloporteur aux mêmes températures à l'aide d'une résistance chauffante pour le chauffage, par exemple, nécessiterait beaucoup plus d'électricité, peut-être des dizaines de fois plus. Un radiateur domestique avec une telle consommation d'électricité ne chaufferait même pas.

Pourquoi tous les bâtiments résidentiels et industriels ne sont-ils pas équipés de tels appareils ? Les raisons peuvent être diverses.

Premièrement, l'eau – est un fluide caloporteur plus simple et plus pratique que l'huile. Elle ne chauffe pas à des températures aussi élevées, et il est plus facile de remédier aux conséquences d'une fuite d'eau que de nettoyer de l'huile renversée.

Deuxièmement, au moment de l'invention de la pompe de Frenette, le système de chauffage centralisé existait déjà et fonctionnait avec succès. Son démontage pour le remplacer par des générateurs de chaleur aurait coûté trop cher et aurait causé de nombreux désagréments, c'est pourquoi personne n'a même sérieusement envisagé cette option. Comme on dit, le mieux est l'ennemi du bien.

Recommandations pour l'utilisation de l'appareil

Il convient de noter qu'il existe tout de même des variantes de la pompe d'Eugène Frenette utilisant l'eau comme caloporteur. Mais il s'agit généralement de grands modèles industriels utilisés dans des entreprises spécialisées.

Le fonctionnement de ces appareils est strictement contrôlé à l'aide d'instruments spéciaux. Il est pratiquement impossible d'assurer un tel niveau de sécurité dans un environnement domestique.

Schéma général du générateur de chaleur industriel développé par les scientifiques de Khabarovsk : 1 — réservoir ; 2 — tubulure d'entrée ; 3 — tubulure de sortie ; 4 — chauffe-eau ; 5 — arbre à roulements. L'eau est utilisée comme caloporteur.

La version la plus populaire de la pompe de Frenette, dans laquelle l'eau est utilisée comme caloporteur au lieu de l'huile, est l'appareil développé par les scientifiques de Khabarovsk : Natalia Ivanovna Nazyrova, Mikhail Pavlovich Leonov et Alexandre Vassilievitch Siarg. Dans cette conception en forme de champignon, l'eau est spécialement portée à ébullition et se transforme en vapeur.

Ensuite, la force réactive de la vapeur est utilisée pour augmenter la vitesse de déplacement du caloporteur liquide dans les canaux de la pompe jusqu'à 135 m/min. En conséquence, la consommation d'énergie pour le déplacement du caloporteur est minimale, tandis que le rendement sous forme d'énergie thermique est très élevé.

Cependant, un tel appareil doit être extrêmement robuste et son fonctionnement doit être constamment surveillé pour éviter tout accident.

Que faire si l'on envisage d'organiser le chauffage d'un grand espace ou d'une maison entière à l'aide de la pompe de Frenette ? L'eau – est un caloporteur traditionnel, la plupart des systèmes de chauffage sont conçus pour elle. Et remplir tout un système de chauffage avec une huile liquide appropriée peut s'avérer coûteux.

Cette question se résout très simplement. Il faut en plus construire un échangeur de chaleur ordinaire dans lequel l'huile chauffée chauffera l'eau qui circule dans le système de chauffage. Une certaine quantité de chaleur sera perdue, mais l'effet global restera suffisamment perceptible.

La pompe à chaleur de Frenette peut être utilisée avec succès en combinaison avec des systèmes de plancher chauffant à eau. Mais au lieu d'eau, il faut remplir les tuyaux d'huile liquide.

L'utilisation de la pompe Frenette en combinaison avec un système de plancher chauffant pourrait être une idée intéressante. Le caloporteur est alors envoyé dans de fines canalisations en plastique noyées dans une chape en béton.

Un tel système de chauffage fonctionne de la même manière qu'un plancher chauffant hydraulique classique. Bien entendu, ce type de projet ne peut être réalisé que dans une maison individuelle, car pour les immeubles d'habitation de grande hauteur, seul un plancher chauffant électrique est autorisé.

Une manière pratique et commode d’utiliser cet appareil – le chauffage d’un petit espace : garage, remise, atelier, etc. La pompe Frenette permet de résoudre efficacement et rapidement le problème du chauffage autonome dans ces endroits.

Les coûts d’électricité pour son fonctionnement sont faibles par rapport à l’effet thermique obtenu, et il n’est pas difficile de construire un tel appareil avec les matériaux les plus simples.

Variantes de conception de la pompe Frenette

Eugène Frenette n'a pas seulement inventé l'appareil qui porte son nom, mais il l'a également amélioré à plusieurs reprises, en concevant des versions toujours nouvelles et plus efficaces de l'appareil.

Dans la toute première pompe que l'inventeur a brevetée en 1977, seuls deux cylindres étaient utilisés :

• extérieur – cylindre creux de plus grand diamètre et en état statique
• intérieur – le diamètre du cylindre intérieur est légèrement inférieur aux dimensions de la cavité du cylindre extérieur.

Dans l'espace étroit ainsi formé entre les parois des deux cylindres, l'inventeur a versé de l'huile liquide. Bien entendu, la partie de la structure contenant ce fluide caloporteur liquide a été soigneusement scellée pour éviter les fuites d'huile.

Ceci est le schéma de la toute première version de la pompe à chaleur Frenette. L'arbre rotatif est positionné horizontalement, le fluide caloporteur est placé dans l'espace étroit entre les deux cylindres de travail (+)

Le cylindre intérieur est relié à l'arbre du moteur électrique de manière à assurer sa rotation rapide par rapport au grand cylindre fixe. Un ventilateur à hélice a été placé à l'extrémité opposée de la structure.

Pendant le fonctionnement, l'huile chauffait et transmettait la chaleur à l'air entourant l'appareil. Le ventilateur permettait de diffuser rapidement l'air chaud dans tout le volume de la pièce.

Comme cette structure chauffait assez fortement, pour une utilisation pratique et sûre, elle a été dissimulée dans un boîtier de protection. Bien entendu, des ouvertures ont été pratiquées dans le boîtier pour la circulation de l'air.

Un thermostat a été un ajout utile à la structure, permettant d'automatiser dans une certaine mesure le fonctionnement de la pompe Frenette.

L'axe central de ce modèle de pompe à chaleur est positionné verticalement. Le moteur se trouve en bas, puis les cylindres imbriqués sont installés, et le ventilateur se trouve au-dessus. Plus tard, un modèle avec un axe horizontal est apparu.

Le modèle de la pompe à chaleur Frenette avec un arbre rotatif orienté horizontalement a été utilisé conjointement avec un radiateur de chauffage, à l'intérieur duquel circulait de l'huile chauffée (+)

C'est précisément ce type de dispositif qui a été utilisé pour la première fois en association non pas avec un ventilateur, mais avec un radiateur de chauffage. Le moteur est placé sur le côté, et l'arbre du rotor traverse le tambour rotatif et ressort à l'extérieur.

Dans ce type de dispositif, il n'y a pas de ventilateur. Le caloporteur se déplace de la pompe vers le radiateur par des tuyaux. De la même manière, l'huile chauffée peut être dirigée vers un autre échangeur de chaleur ou directement dans les tuyaux de chauffage.

Plus tard, la conception de la pompe à chaleur Frenette a été considérablement modifiée. L'arbre du rotor est resté en position horizontale, mais la partie intérieure a été constituée de deux tambours rotatifs et d'une roue à aubes placée entre eux. Le caloporteur utilisé ici est à nouveau de l'huile liquide.

Dans cette variante de la pompe à chaleur Frenette, deux cylindres tournent côte à côte, séparés par une roue à aubes de conception spéciale en métal très résistant (+)

Lors de la rotation de cette structure, l'huile est chauffée davantage car elle passe à travers des trous spéciaux pratiqués dans la roue à aubes, puis pénètre dans une cavité étroite entre les parois du corps de la pompe et son rotor. Ainsi, l'efficacité de la pompe à chaleur Frenette a été considérablement améliorée.

De petits trous sont pratiqués sur les bords de la roue à aubes pour la pompe à chaleur Frenette. Le caloporteur se chauffe rapidement et efficacement en passant à travers eux (+)

Il convient toutefois de noter que ce type de pompe n'est pas très adapté à une fabrication artisanale. Pour commencer, il faudra trouver des plans fiables ou calculer la conception soi-même, ce qui n'est à la portée que d'un ingénieur expérimenté.

Ensuite, il faudra trouver une roue à aubes spéciale avec des trous de taille appropriée. Cet élément de la pompe à chaleur fonctionne sous des charges élevées, il doit donc être fabriqué à partir de matériaux très résistants.

Fabrication autonome de l'appareil

L'examen des variantes du dispositif de la pompe Frenette permet de comprendre que ses principes de fonctionnement, avec plus ou moins d'efficacité, peuvent être utilisés dans des conceptions de types et de formes variés. L'idée de base reste la même : un espace étroit entre des éléments métalliques rempli d'huile, et une rotation à l'aide d'un moteur électrique.

Sur le schéma est présentée une variante de la pompe à chaleur Frenette, qui est généralement utilisée pour la fabrication artisanale de l'appareil. La base de la construction – des disques métalliques séparés par des écrous (+)

Dans un cadre domestique, on fabrique le plus souvent une pompe Frenette constituée d'une série de plaques métalliques séparées par un étroit espace.

Pour fabriquer un tel dispositif, il faut préparer les matériaux nécessaires :

• un cylinder creux en métal ;
• un ensemble de disques en acier identiques avec un trou au centre ;
• un ensemble d'écrous de 6 mm de hauteur ;
• une tige en acier filetée :
• un moteur électrique avec un arbre allongé ;
• un roulement ;
• des tuyaux de raccordement.

Les dimensions de la pompe peuvent être plus grandes ou plus petites. Mais la distance entre les disques doit être maintenue exactement – 6 mm. Des écrous standard sont utilisés come séparateurs, et la tige en acier constitue le centre de la construction.

Son épaisseur doit correspondre au diamètre de l'écrou. Si l'on ne dispose pas d'une tige filetée, il faudra simpleent la fileter.

Les disques métalliques pour la pompe à chaleur Frenette doivent être légèrement inférieurs au diamètre du corps cylindrique, afin d'assurer une rotation libre et un chauffage plus efficace du fluide caloporteur.

Il est évident que le trou dans les disques doit être tel qu'ils puissent être placés librement sur la tige axiale. Le diamètre extérieur des disques doit être inférieur de quelques millimètres à celui du corps. Si l'on ne dispose pas d'éléménts prêts à l'emploi, les disques sont découpés soi-même dans de la tôle ou l'on confie ce travail à un tourneur.

Les disques en acier pour la pompe à chaleur Frenette peuvent être découpés à la maison si l'on dispose du matériel approprié.

Le corps cylindrique peut être réalisé à partir d'un ancien récipment métallique de configuration appropriéé ou être soudé en métal. Un morceau de tube métallique large convient également.

Des parois sont soudées aux extrémités du cylindre. Le corps doit être étanche afin que l'huile ne fuie pas. Dans les extrémités supérieure et inférieure du corps, des trous supplémenttares doivént être réalisés : pour l'éntrée et la sortie des tuyaux de chauffage menant au radiateur.

Bien entendu, tous les points de raccordement des tuyaux doivent être scellés. Pour les raccords filetés, on utilise des joints spéciaux : du ruban FUM, du chanvre, etc. Si l'on décide d'utiliser des tubes en polypropylène, des raccords spéciaux seront nécessaires, ainsi qu'un fer à souder éventuellement pour leur montage.

Pour le fonctionnement de la pompe Frenette, un moteur électrique à haute performance n'est pas nécessaire. Un apparil provenant d'un ancien ou d'un apparil électroménager cassé, par exemple d'un ventilateur ordinaire, fera l'affaire.

La fonction principale du moteur électrique – est de faire tourner l’arbre. Une rotation excessive peut entraîner un dysfonctionnement de l’appareil. Plus la structure tourne vite, plus le caloporteur chauffe.

Un petit moteur pour faire tourner l’arbre de la pompe à chaleur Frenette peut être retiré d’un appareil électroménager défectueux ou être acheté en magasin.

Pour que la tige tourne librement, il faut un roulement adapté aux dimensions standard. Une fois tous les élements préparés, vous pouvez commencer l’assemblage de l’appareil. Tout d’abord, vous installez l’axe central avec le roulement dans la partie inférieure du boîtier. Ensuite, vous vissez un écrou d’espacement sur l’axe, puis vous enfilez un disque, à nouveau – un écrou, à nouveau – un disque, etc.

Vous alternez les disques et les écrous jusqu’à ce que le boîtier soit rempli jusqu’en haut. Dès l’étape de préparation, vous pouvez effectuer des calculs préliminaires sur le nombre de disques et d’écrous nécessaires.

Il faut ajouter l’épaisseur du disque à celle de l’écrou (6 mm). Divisez la hauteure du boîtier par ce nombe. Le résultaut obtenu indiquera le nombe de paires «écrou+disque» nécessaires. Enfin, vous installez l’écrou en derniér.

Une fois le boîtier rempli de ces élements mobiles, vous le remplissez d’huile liquide. Le type d’huile n’a pas d’importence ; vous pouvez utiliser de l’huile minérale, de coton, de colza ou toute aute huile qui suppote bien la chaleur et ne se solidifie pas. Ensuite, vous couvrez la structeure avec le couvercle supériur et vous le soudez soigneusement.

À ce stade, les tuyaux du radiateur sont généralement déjà raccordés aux couvercles. Pour faciliter le montage et l’entretien ultérieurs de l’appareil, vous pouvez installer deux vannes d’arrêt sur les tuyaux. Maintenant, vous devez raccorder l’axe de la pompe à chaleur à l’arbre du moteur.

Vous branchez le système sur le réseau, vérifiez l’absence de fuites et évaluez les caractéristiques de fonctionnement de l’appareil.

Une pompe à chaleur Frenette fabriquée soi-même peut étre accordée à un radiateur ordinaire en fonte ou bimétallique, qui assurera l’effet de chauffage nécessaire.

Si tout est fait correctement, l’axe avec les disques commencera à tourner, réchauffant l’huile à l’intérieur de l’appareil. Le caloporteur chaud se déplacera par l’orifice supérieur à travers le tuyau vers le radiateur de chauffage. L’huile refroidie retournera dans le boîtier de la pompe à chaleur par le tuyau inférieur pour être réchauffée à nouveau.

Pour automatiser le fonctionnement du système, vous pouvez utiliser un relais spécial avec une sonde thermique qui détecte le chauffage du boîtier de la pompe à chaleur et coupe ou allume le moteur selon les besoins. Cela permettra d’éviter la surauffe du systéme, la pane du moteur électrique et augmentera globalement la durée de vie de l’appareil.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Une variante intéressante de la pompe Frenette est présentée dans cette vidéo :

Malheureusement, la pompe Frenette n'a pas été largement reconnue dans le domaine du chauffage. Il est difficile de trouver un tel appareil fabriqué industriellement pour un usage domestique dans les magasins d'équipement domestique. Cependant, de nombreux artisans amateurs ont utilisé avec succès les travaux de ce scientifique et les ont appliqués dans leurs maisons, bains, garages, etc.

Peut-être êtes-vous ce bricoleur qui a réussi à concrétiser l'idée de Frenette ? Veuillez partager votre expérience – laissez des commentaires sur l'article et ajoutez des photos de vos réalisations. Le formulaire de contact se trouve ci-dessous.