Hệ thống làm mát bằng nước: Cấu tạo, Nguyên lý

So với các phương pháp làm mát truyền thống, hệ thống làm mát bằng nước có nhiều ưu điểm vượt trội như tiếng ồn thấp, khả năng hấp thụ nhiệt tốt, tiết kiệm năng lượng. Ứng dụng của hệ thống làm mát bằng nước đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hãy cùng Điện máy Hoàng Liên tìm hiểu chi tiết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát bằng nước qua nội dung dưới đây.

Hệ thống làm mát bằng nước là gì?

Hệ thống làm mát bằng nước là giải pháp làm mát hiệu quả, sử dụng nước để giảm nhiệt độ của các hệ thống, động cơ hoặc không gian. Nó được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy công nghiệp, động cơ xe và lĩnh vực thiết bị nhà ở, chung cư.

Hệ thống làm mát bằng nước dùng nước để giảm nhiệt độ

Hệ thống này hoạt động dựa trên nguyên tắc tận dụng sự bốc hơi, đối lưu cưỡng bức và đối lưu tự nhiên của nước, kết hợp với sự hỗ trợ của lưới tản nhiệt và quạt để làm mát nước cho máy móc vận hành ổn định. Việc sử dụng nước làm chất làm mát có ưu điểm tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường và giảm thiểu ô nhiễm.

Cấu tạo của hệ thống làm mát bằng nước

Mỗi bộ phận trong hệ thống làm mát đều có vai trò quan trọng trong việc đưa nước làm mát vào động cơ và đảm bảo quá trình tản nhiệt diễn ra hiệu quả. Cấu tạo hệ thống làm mát bằng nước cho động cơ gồm các bộ phận chính sau:

• Thân máy và nắp máy chứa động cơ và là điểm xuất phát của quá trình tuần hoàn nước làm mát.
• Đường nước nóng dẫn nước nóng từ động cơ đến két nước để làm mát.
• Van hằng nhiệt điều chỉnh lượng nước làm mát đi qua động cơ hoạt động ở nhiệt độ tối ưu.
• Két nước giảm nhiệt độ của nước làm mát đã hấp thụ nhiệt. Két nước thường có cấu trúc dạng tổ ong với nhiều lá kim mỏng để tăng diện tích tiếp xúc với không khí, giúp tản nhiệt nhanh hơn.
• Hệ thống ống dẫn nước làm mát đi khắp động cơ, đảm bảo tất cả các bộ phận đều được làm mát đều.
• Quạt gió tạo luồng không khí cưỡng bức qua két nước để tăng hiệu quả làm mát.
• Ống nước nối tắt cho phép nước làm mát đi trực tiếp từ động cơ đến bơm nước khi van hằng nhiệt đóng, giúp động cơ nhanh chóng đạt đến nhiệt độ hoạt động.
• Puli và đai truyền giúp truyền động từ động cơ đến bơm nước, giúp bơm nước hoạt động.
• Bơm nước đẩy nước làm mát tuần hoàn trong hệ thống.
• Két làm mát dầu có tác dụng làm mát dầu động cơ.
• Ống phân phối nước lạnh phân phối nước mát từ két nước đến các bộ phận của động cơ.

Các bộ phận cấu tạo của hệ thống làm mát bằng nước

Nguyên lý hoạt động của tháp làm mát bằng nước

Hệ thống làm mát bằng nước hoạt động theo một chu trình khép kín, đảm bảo việc kiểm soát nhiệt độ hiệu quả cho máy móc. 

Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép, nước làm mát sẽ được bơm vào hệ thống thông qua các đường ống dẫn. Nước này sẽ tiếp xúc với các bộ phận đang nóng lên, hấp thụ lượng nhiệt lượng từ chúng. Sau khi hấp thụ nhiệt, nước trở nên nóng hơn và được dẫn trở lại qua các đường ống. 

Hệ thống làm mát vận hành theo chu trình khép kín

Trên đường quay về két nước, nước nóng sẽ đi qua tấm tản nhiệt. Tại đây, nhiệt lượng từ nước được truyền sang tấm tản nhiệt và sau đó tản ra môi trường xung quanh, giúp nước nguội đi. Cuối cùng, nước đã được làm mát quay trở lại két nước, sẵn sàng cho chu trình làm mát tiếp theo khi nhiệt độ máy móc lại tăng cao.

Các loại hệ thống làm mát bằng nước

Hệ thống làm mát cưỡng bức

Hệ thống làm mát cưỡng bức là một phương pháp làm mát chủ động, trong đó dòng nước được tuần hoàn liên tục nhờ áp lực tạo ra từ máy bơm. Có hai loại hệ thống làm mát cưỡng bức chính:

• Hệ thống tuần hoàn

Đây là một hệ thống khép kín, nước được tái sử dụng liên tục. Van hằng nhiệt đóng vai trò then chốt, kiểm soát nhiệt độ bằng cách điều chỉnh dòng chảy của nước. Ưu điểm lớn nhất của hệ thống này là khả năng bảo toàn lượng nước. Do nước được tuần hoàn liên tục trong một hệ thống kín, không có sự rò rỉ hay bay hơi.

- Khi nhiệt độ thấp dưới 70 độ C: Nước nóng từ động cơ đi qua két nước để được làm mát bằng không khi, sau đó quay trở lại hệ thống qua bơm, sẵn sàng cho chu kỳ làm mát tiếp theo.

- Khi nhiệt độ cao trên 70 độ C: Van hằng nhiệt mở ra để nước nóng đi trực tiếp đến động cơ làm mát, sau đó mới quay trở lại két nước.

Hệ thống làm mát tuần hoàn bằng nước

• Hệ thống không tuần hoàn

Hệ thống này hoạt động theo cơ chế cấp nước mới liên tục và thải nước nóng ra ngoài. Nước được bơm vào hệ thống, hấp thụ nhiệt từ động cơ, sau đó được thải bỏ. Quá trình này diễn ra liên tục, đảm bảo luôn có nước mát để làm mát động cơ.

Hệ thống này nổi bật với khả năng làm mát vượt trội do luôn có nguồn nước mát mới được cung cấp. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là tiêu tốn nhiều nước do nước không được tái sử dụng.

Hệ thống làm mát đối lưu

Hiện tượng đối lưu có thể làm mát hiệu quả

Hệ thống làm mát đối lưu hoạt động dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt giữa nước làm mát và không khí, tận dụng hiện tượng đối lưu để hạ nhiệt độ động cơ. Phương pháp này có khả năng tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa nước đầu vào và đầu ra, mang lại hiệu quả làm mát cao. 

Hệ thống làm mát đối lưu có độ ổn định cao và khả năng điều chỉnh linh hoạt, phù hợp với các động cơ có yêu cầu làm mát khắt khe. Tuy nhiên, cấu tạo của hệ thống khá phức tạp, đòi hỏi nhiều bộ phận và đường ống dẫn. 

Hệ thống làm mát bốc hơi

Hệ thống làm mát bốc hơi có cấu tạo đơn giản, chủ yếu gồm khoang chứa nước và nắp máy. Khi động cơ hoạt động, nhiệt lượng từ các bộ phận được truyền vào áo nước bao quanh thân máy, làm tăng nhiệt độ nước trong khoang chứa.

Hệ thống làm mát bốc hơi cấu tạo đơn giản

Nước nóng có tỷ trọng thấp hơn sẽ nổi lên bề mặt, tại đây, nó bốc hơi vào không khí, mang theo nhiệt lượng ra ngoài. Quá trình này tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ, khiến nước mát hơn ở phía dưới di chuyển lên trên để thay thế, hình thành một hệ thống đối lưu tự nhiên giúp làm mát động cơ liên tục.

>>> Tìm hiểu thêm về: Tháp làm mát

Ứng dụng của hệ thống làm mát bằng nước

Hệ thống làm mát bằng nước với khả năng làm mát vượt trội và tính ứng dụng linh hoạt, đã trở thành một giải pháp không thể thiếu trong máy móc nhiều lĩnh vực khác nhau: 

- Trong công nghiệp: Lắp đặt rộng rãi tại các xí nghiệp, nhà xưởng quy mô lớn, đặc biệt là những nơi sản sinh lượng nhiệt lớn trong quá trình sản xuất thực phẩm, dược phẩm, hóa chất hoặc luyện kim…

Ứng dụng hệ thống làm mát bằng nước trong công nghiệp

- Xây dựng và dân dụng: Hệ thống làm mát bằng nước tích hợp vào hệ thống điều hòa không khí trung tâm để làm mát các tòa nhà lớn, trung tâm thương mại, bệnh viện, trường học… Hoặc tại các trung tâm dữ liệu chứa máy chủ và nhiều thiết bị điện tử, rất cần thiết có hệ thống này để duy trì nhiệt độ ổn định.

- Hệ thống bơm thủy lực: Hấp thụ và tản nhiệt sinh ra từ quá trình vận hành của bơm và dầu thủy lực, ngăn chặn tình trạng quá nhiệt gây hư hỏng chi tiết máy, giảm tuổi thọ thiết bị.

- Y tế: Duy trì nhiệt độ máy MRI, máy CT.

- Nông nghiệp: Sử dụng trong nhà kính để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, tạo điều kiện thuận lợi cho cây trồng phát triển.

Với những ưu điểm vượt trội và tiềm năng ứng dụng đa dạng, Điện máy Hoàng Liên khuyên bạn nên đầu tư hệ thống làm mát bằng nước cho số lượng lớn máy móc thiết bị của mình. Đừng quên chia sẻ bài viết này nếu bạn thấy hữu ích nhé!