Đồ án chế tạo và thực nghiệm bộ ống nhiệt trọng trường nạp nước tại ĐH SPKT TPHCM

Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm đánh giá hiệu quả làm việc của bộ ống nhiệt trọng trường nạp nước nhằm tối ưu hóa hiệu suất truyền nhiệt thu hồi nhiệt thải.

• Tác giả: Đỗ Đăng Quang
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thành Luân
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật nhiệt
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm đánh giá hiệu quả làm việc bộ ống nhiệt trọng trường sử dụng nước làm môi chất nạp
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về bộ ống nhiệt trọng trường tại ĐH SPKT TPHCM

Ống nhiệt trọng trường hay thermosyphon là giải pháp truyền nhiệt thụ động tiên tiến. Đề tài tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung nghiên cứu chế tạo thiết bị này. Nhóm tác giả thực hiện kiểm nghiệm thực tế với môi chất nước cất tinh khiết. Hệ thống cấu tạo gồm ba phần cơ bản: đoạn bay hơi, đoạn đoạn nhiệt và đoạn ngưng tụ. Đoạn bay hơi tiếp nhận nguồn nhiệt ngoài và làm sôi môi chất lỏng. Hơi môi chất nhanh chóng bay lên vùng ngưng tụ phía trên do chênh lệch áp suất. Tại đây, nước làm mát hấp thụ nhiệt lượng và hơi chuyển hóa lại thành lỏng. Dòng ngưng tụ tự chảy về đáy ống hoàn toàn nhờ trọng lực. Chu trình nhiệt động diễn ra liên tục, khép kín và tự vận hành bền bỉ. Thiết bị không cần bơm cơ khí hay nguồn phụ trợ tiêu tốn điện năng. Kết cấu ống đồng chắc chắn giúp giảm thiểu trở nhiệt tiếp xúc và thất thoát năng lượng. Nghiên cứu khẳng định tiềm năng to lớn của thiết bị trong thu hồi nhiệt thải công nghiệp. Đây là bước tiến kỹ thuật quan trọng của ngành kỹ thuật nhiệt tại nhà trường.

1.1. Cấu tạo cơ bản của ống nhiệt trọng trường

Ống nhiệt trọng trường gồm vỏ kim loại kín chứa môi chất bên trong. Ống đồng có độ dẫn nhiệt cao được ưu tiên chế tạo. Bên trong lòng ống được hút chân không sâu trước khi nạp môi chất. Cấu trúc chia làm ba phân vùng làm việc riêng biệt. Vùng bay hơi nằm tại vị trí thấp nhất để thu nhận nhiệt lượng. Vùng đoạn nhiệt nằm ở giữa, được bọc lớp cách nhiệt kỹ lưỡng nhằm ngăn tổn thất nhiệt ra môi trường. Vùng ngưng tụ bố trí trên đỉnh để giải phóng năng lượng cho chất tải lạnh bên ngoài. Thiết bị hoàn toàn không có lõi bấc mao dẫn như ống nhiệt thông thường. Điều này giúp tối ưu chi phí vật liệu và đơn giản hóa quy trình gia công.

1.2. Nguyên lý truyền nhiệt hai pha nhờ trọng lực

Quá trình truyền nhiệt bắt đầu khi nguồn nhiệt làm nóng vùng đáy ống. Môi chất lỏng sôi và bốc hơi ở nhiệt độ thấp nhờ môi trường chân không. Áp suất hơi tăng đẩy dòng hơi chuyển động nhanh về phía vùng làm mát. Hơi tiếp xúc với bề mặt lạnh ở vùng ngưng tụ và truyền nhiệt ẩn hóa hơi ra bên ngoài. Khối hơi ngưng đọng lại thành các giọt chất lỏng bám trên thành ống. Trọng lực kéo lớp màng lỏng này chảy ngược về đoạn bay hơi phía đáy. Màng chất lỏng lại tiếp tục hấp thụ nhiệt và tái diễn chu trình mới. Cơ chế biến đổi pha lỏng - hơi liên tục giúp truyền tải công suất nhiệt khổng lồ. Toàn bộ chu trình hoạt động tĩnh tại, không rung động và không gây tiếng ồn.

II. Phân tích giới hạn vận hành bộ ống nhiệt trọng trường

Ống nhiệt trọng trường sở hữu hiệu suất cao nhưng vẫn chịu nhiều giới hạn vật lý. Quá trình vận hành đối mặt với hiện tượng khô nhiệt tại vùng gia nhiệt. Khi công suất cấp nhiệt quá lớn, màng chất lỏng bốc hơi hoàn toàn trước khi kịp hoàn lưu. Thành ống bị khô dẫn đến nhiệt độ vách tăng đột ngột và làm suy giảm truyền nhiệt. Hiện tượng cuốn màng lỏng hay nghẽn dòng cũng là thách thức kỹ thuật lớn. Dòng hơi chuyển động ngược chiều với vận tốc cao cản trở màng lỏng chảy xuống. Tình trạng này khiến chất lỏng ngưng tụ bị giữ lại trên đỉnh ống. Ngoài ra, lượng môi chất nạp vào ống đóng vai trò quyết định hiệu quả nhiệt động. Nạp thiếu môi chất gây cạn đáy nhanh chóng khi vận hành ở tải cao. Ngược lại, nạp thừa chất lỏng làm ngập vùng bay hơi và cản trở bọt khí thoát ra. Khí không ngưng sót lại trong ống cũng làm giảm diện tích ngưng tụ hiệu dụng. Nghiên cứu thực nghiệm giúp xác định chính xác các ngưỡng giới hạn để thiết kế tối ưu.

2.1. Hiện tượng nghẽn dòng và cuốn màng môi chất lỏng

Giới hạn cuốn màng xảy ra khi vận tốc dòng hơi đạt giá trị tới hạn. Hơi nước bốc lên mạnh tạo lực ma sát bề mặt lớn tác động lên màng chất lỏng đi xuống. Lực ma sát này thắng trọng lực và kéo ngược màng nước lên vùng ngưng tụ. Hiện tượng dẫn đến sự tích tụ chất lỏng ở phần trên của ống nhiệt. Vùng bay hơi phía dưới thiếu hụt môi chất trầm trọng và nhanh chóng bị cạn. Trở nhiệt toàn phần của ống tăng vọt khiến nhiệt độ vách tăng nguy hiểm. Hiện tượng này làm sụt giảm đột ngột hiệu suất trao đổi nhiệt của hệ thống. Kiểm soát tốc độ bay hơi thông qua công suất nhiệt là yêu cầu bắt buộc để ngăn chặn rủi ro này.

2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nạp và khí không ngưng

Tỷ lệ nạp môi chất quyết định trực tiếp đến trạng thái dòng chảy bên trong ống. Khi lượng nạp quá thấp ở mức ba mươi phần trăm, diện tích truyền nhiệt ướt không đủ bao phủ vách ống. Thiết bị dễ đối mặt nguy cơ cạn khô cục bộ khi cấp công suất nhiệt cao. Ngược lại, lượng nạp vượt quá năm mươi phần trăm làm tăng độ dày màng chất lỏng tại đáy. Khối chất lỏng dư thừa tạo thêm trở nhiệt dẫn nhiệt và hạn chế tốc độ bốc hơi. Bên cạnh đó, khí không ngưng còn sót lại sẽ bị đẩy dồn lên đỉnh ống ngưng tụ. Lớp khí này tạo thành một bức tường cản trở hơi tiếp xúc bề mặt làm mát. Quá trình hút chân không triệt để trước khi nạp môi chất là điều kiện tiên quyết.

III. Phương pháp chế tạo và thử nghiệm bộ ống nhiệt trọng trường

Nhóm nghiên cứu tại ĐH SPKT TPHCM xây dựng quy trình chế tạo bài bản và chuẩn xác. Vật liệu chế tạo vỏ ống là đồng đỏ có độ tinh khiết cao nhằm tối ưu dẫn nhiệt. Kích thước hình học và độ dày thành ống được gia công tỉ mỉ theo tính toán thiết kế. Phương pháp nạp môi chất kết hợp bơm hút chân không sâu được ứng dụng triệt để. Nước cất khử khoáng đóng vai trò môi chất truyền nhiệt an toàn, thân thiện môi trường và có ẩn nhiệt hóa hơi lớn. Hệ thống van xả và đồng hồ đo áp suất đảm bảo độ kín tuyệt đối sau khi hàn kín đầu ống. Mô hình thực nghiệm bố trí nguồn cấp nhiệt điện trở điều khiển bằng biến áp tại đoạn bay hơi. Đoạn ngưng tụ được làm mát bằng dòng nước tuần hoàn với lưu lượng kế giám sát chính xác. Nhóm tác giả triển khai đo đạc đa thông số qua hệ thống cảm biến nhiệt độ gắn dọc thân ống. Các kịch bản thí nghiệm khảo sát ba mức nạp môi chất ba mươi, bốn mươi và năm mươi phần trăm. Tải nhiệt và lưu lượng nước làm mát được thay đổi tuần tự để thu thập dữ liệu khách quan.

3.1. Kỹ thuật gia công cơ khí và nạp chân không môi chất

Quy trình gia công ống đồng đòi hỏi độ sạch bề mặt cao để tránh nhiễm bẩn môi chất. Vỏ ống được tẩy rửa bằng dung dịch chuyên dụng nhằm loại bỏ màng oxit và tạp chất dầu mỡ. Hai đầu ống được doa mịn và hàn kín bằng que hàn bạc chịu áp lực cao. Kỹ thuật nạp môi chất sử dụng bơm hút chân không hai cấp nhằm đạt áp suất chân không sâu. Khi độ chân không đạt mức tiêu chuẩn, lượng nước cất định lượng chính xác được hút vào lòng ống. Phương pháp này ngăn ngừa triệt để sự xâm nhập của bọt khí khí quyển vào bên trong. Van nạp được siết chặt và hàn kín vĩnh viễn bằng mỏ hàn chuyên dụng. Khâu kiểm tra rò rỉ khí được thực hiện nghiêm ngặt trước khi lắp đặt vào mô hình thử nghiệm.

3.2. Bố trí mô hình thực nghiệm và đo lường thông số

Mô hình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm được bố trí khoa học theo phương pháp trực giao hai nhân tố. Nguồn cấp nhiệt gồm các thanh điện trở bọc kín quanh đoạn bay hơi, công suất điều chỉnh liên tục đến khoảng năm trăm oát. Đoạn ngưng tụ đặt trong áo giải nhiệt nước có lưu lượng kế giám sát từ năm mươi đến một trăm năm mươi lít mỗi giờ. Các cặp nhiệt điện loại K gắn tại nhiều điểm dọc thân ống để ghi nhận biến thiên nhiệt độ chuẩn xác. Thiết bị đo công suất điện tử giám sát liên tục năng lượng nhiệt đầu vào. Toàn bộ phần đoạn nhiệt và vùng gia nhiệt được bọc bông thủy tinh cách nhiệt dày. Cách nhiệt kỹ lưỡng giúp triệt tiêu thất thoát nhiệt ra môi trường xung quanh.

IV. Kết luận thực nghiệm và ứng dụng bộ ống nhiệt trọng trường

Kết quả thực nghiệm tại ĐH SPKT TPHCM chứng minh mức nạp bốn mươi phần trăm mang lại hiệu suất tối ưu nhất. Ở mức nạp này, nhiệt lượng nước làm mát thu được đạt đỉnh ba trăm sáu mươi ba oát khi công suất cấp nhiệt đạt gần năm trăm oát và lưu lượng nước đạt một trăm năm mươi lít mỗi giờ. Lượng nạp năm mươi phần trăm cho nhiệt lượng thu hồi thấp nhất do hiện tượng ngập lỏng và cuốn màng. Ngược lại, mức nạp ba mươi phần trăm bộc lộ nguy cơ cạn màng khi chạy ở công suất lớn. Tăng lưu lượng nước làm mát giúp cải thiện đáng kể khả năng truyền nhiệt của toàn hệ thống. Bộ ống nhiệt trọng trường mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn vô cùng to lớn. Thiết bị giải quyết hiệu quả bài toán thu hồi nhiệt thải từ khói lò công nghiệp. Hệ thống còn ứng dụng xuất sắc trong giải nhiệt cáp điện ngầm cao thế và làm mát linh kiện điện tử công suất. Ngoài ra, giải pháp còn được sử dụng để chống đóng băng mặt đường giao thông vào mùa đông. Nghiên cứu cung cấp luận cứ khoa học tin cậy để chế tạo thiết bị quy mô công nghiệp.

4.1. Đánh giá hiệu suất truyền nhiệt theo các thông số vận hành

Dữ liệu đo đạc khẳng định mối liên hệ chặt chẽ giữa công suất cấp nhiệt và nhiệt lượng thu được. Khi công suất cấp tăng từ hai trăm lên gần năm trăm oát, nhiệt lượng truyền qua ống tăng theo tương ứng. Tuy nhiên, mức độ tăng trưởng phụ thuộc lớn vào tỷ lệ môi chất nạp vào ống. Lượng nạp bốn mươi phần trăm duy trì ổn định hệ số truyền nhiệt cao nhất ở mọi chế độ tải. Khi lưu lượng nước làm mát tăng từ năm mươi lên một trăm năm mươi lít mỗi giờ, nhiệt lượng hấp thụ tăng từ hai trăm tám mươi tám lên ba trăm sáu mươi ba oát. Ngược lại, mức nạp năm mươi phần trăm chỉ đạt tối đa hai trăm chín mươi lăm oát. Sự sụt giảm này xuất phát từ hiện tượng trở nhiệt chất lỏng tăng cao.

4.2. Khả năng ứng dụng thực tế trong công nghiệp và đời sống

Công nghệ ống nhiệt trọng trường mang lại giá trị thực tiễn to lớn trong tiết kiệm năng lượng. Các nhà máy nhiệt điện và luyện kim có thể lắp đặt hệ thống để tận thu nhiệt khói thải lò đốt. Nguồn nhiệt thu hồi dùng để sấy nông sản hoặc gia nhiệt sơ bộ nước cấp lò hơi. Trong ngành truyền tải điện, ống nhiệt được chôn ngầm để tản nhiệt nhanh cho hệ thống cáp điện ngầm cao thế. Ứng dụng này giúp ngăn ngừa sự cố chập cháy do quá nhiệt và nâng cao tuổi thọ cáp. Trong lĩnh vực giao thông vận tải, thiết bị hỗ trợ làm mát dầu động cơ và sưởi ấm cabin xe. Tại các quốc gia hàn đới, ống nhiệt trọng trường khai thác địa nhiệt làm tan băng tuyết trên đường bộ mà không tiêu hao điện năng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài Với bối cảnh tài nguyên năng lượng đang ngày càng khan hiếm, việc tận dụng các nguồn nhiệt thải để tái sử dụng là một trong những giải pháp hiệu quả giúp tiết kiệm năng lượng, hạn chế phát thải khí nhà kính và bảo vệ môi trường. Có nhiều cách để tái sử dụng và tiết kiệm năng lượng tuy nhiên các nghiên cứu về ống nhiệt trọng trường cho thấy khả năng tái sử dụng và tiết kiệm năng lượng hiệu quả đặc biệt phù hợp trong các hệ thống công nghiệp và dân dụng. Ống nhiệt trọng trường được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực như hệ thống sấy, làm mát thiết bị điện tử, thu hồi nhiệt thải trong lò hơi, sản xuất năng lượng tái tạo và hệ thống điều hòa không khí. Tại Việt Nam, nhu cầu cải tiến công nghệ để nâng cao hiệu suất năng lượng trong các ngành sản xuất như nông nghiệp, chế biến thực phẩm và công nghiệp nhẹ là rất lớn.

So với các phương pháp truyền thống, ống nhiệt trọng trường có hiệu suất truyền nhiệt cao, khả năng hoạt động trong các điều kiện khắc nghiệt và tính ổn định lâu dài. Vì vậy công nghệ này có thể tối ưu hóa hiệu quả năng lượng trong các hệ thống sản xuất, giúp tiết kiệm chi phí và giảm phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch. Nhận thấy được hiệu quả của ống nhiệt có tầm quan trọng đối với nền công nghiệp hiện nay và để củng cố lý thuyết, nâng cao kiến thức trước khi ra trường nên chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm hiệu quả làm việc bộ ống nhiệt trọng trường sử dụng môi chất nước”.2 Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài gồm 3 phần như sau: − Nghiên cứu cơ sở lý thuyết ống nhiệt. − Chế tạo bộ trao đổi nhiệt dạng ống nhiệt trọng trường sử dụng môi chất nước.

− Thực nghiệm, đánh giá hiệu suất làm việc của bộ ống nhiệt.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Bộ trao đổi nhiệt dạng ống nhiệt trọng trường sử dụng môi chất nước. Đề tài này được thực hiện với phạm vi nghiên cứu như sau: + Vật liệu ống nhiệt: Thép không gỉ (Inox). + Số lượng: 9 ống. + Chiều dài phần sôi ống nhiệt: 225mm.

+ Chiều dài phần ngưng ống nhiệt: 250mm. + Đường kính ống: 8mm. + Lưu lượng nước vào bộ trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt: 50-150 L/h. + Công suất nhiệt cấp vào phần sôi: 270-500W.

+ Nghiên cứu này được thực hiện tại thành phố Thủ Đức năm 2024-2025.4 Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp lý thuyết: tìm hiểu các tài liệu, bài báo cáo khoa học liên quan để ống nhiệt, đặc biệt là những nghiên cứu về ống nhiệt trọng trường với môi chất là nước. Phương pháp thực nghiệm: chế tạo mô hình với ống nhiệt trọng trường và các vật liệu thích hợp. Cần phải đảm bảo mô hình có khả năng chịu được áp suất và nhiệt độ cân thiết. Tiếp đó, tiến hành thử nghiệm dưới các điều kiện (áp suất, nhiệt độ, lưu lượng) khác nhau để thu thập dữ liệu.

Phương pháp phân tích: xử lý số liệu bằng cách sử dụng phần mền thống kê hoặc excel để phân tích dữ liệu thu được. Tính toán các thông số như là hệ số truyền nhiệt, hiệu suất làm việc để so sánh với lý thuyết. Đánh giá hiệu suất bằng cách so sánh kết quả thực nghiệm với mô hình lý thuyết để kiểm tra độ chính xác. Phân tích ảnh hưởng các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc.5 Các nghiên cứu về ống nhiệt trọng trường Với cấu trúc đơn giản cũng như chi phí thấp.

Từ những năm 70 ống nhiệt đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất nhất là ở các nước đang phát triển. Ở trong nước có các nghiên cứu đơn cử như: Tác giả Trần Văn Vang [1] nghiên cứu sử dụng ống nhiệt nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí. Tác giả Nguyễn Tiến Dũng và cộng sự [2] nghiên cứu thiết kế và tính toán một thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng ống nhiệt trọng trường để thu hồi nhiệt thải từ lò dầu truyền nhiệt. Tác giả Mã Phước Hoàng [3] nghiên cứu tận dụng nhiệt thải từ lò bánh tráng để sấy bánh tráng sử dụng ống nhiệt trọng trường, nghiên cứu cho thấy phương án giúp tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường, giảm giá thành nhiên liệu đốt cho các cơ sở sản xuất bánh tráng, giảm thời gian sản xuất và nhân công lao động, nâng cao hiệu quả kinh tế.

Tác giả Nguyễn Văn Dũng và Trần Thanh Huy [4] thử nghiệm hiệu quả của ống nhiệt trọng trường trong việc làm mát các thiết bị điện tử công suất lớn, công trình này đánh giá độ bền và hiệu suất hoạt động của ống nhiệt trong các điều kiện khắc nghiệt.Tác giả Phạm Văn Minh và Trần Quốc Toàn [5] nghiên cứu ống nhiệt trọng trường trong hệ thống sấy nông sản, nghiên cứu này giúp cải thiện được hiệu quả sấy và tiết kiệm năng lượng. Tác giả Nguyễn Thành Luân [6] và cộng sự đã nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở sử dụng môi chất R134-a, nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp ống nhiệt vào máy sấy điện trở đã tăng hiệu suất năng lượng của máy từ 6,5% đến 10,67%. Ở nước ngoài cũng có nhiều các nghiên cứu về ống nhiệt như: Tác giả Ewa [7] và cộng sự đã nghiên cứu các ứng dụng của ống nhiệt trọng trường không bấc trong hệ thống làm mát bay hơi gián tiếp, cải thiện hiệu suất làm mát và giảm chi phí bảo trì. Các thiết kế của họ sử dụng cánh tản nhiệt trong kênh khô và lớp gốm xốp trong kênh ướt mang lại hiệu quả làm mát cao trong điều kiện môi trường thích hợp.

Công trình này mang lại cái nhìn sâu sắc về việc sử dụng ống nhiệt trọng trường trong các hệ thống tiết kiệm năng lượng trong điều hòa không khí. Tác giả Juanwen [8] và cộng sự đã nghiên cứu giới hạn truyền nhiệt của ống nhiệt trọng trường siêu dài để khai thác năng lượng địa nhiệt. Công trình của họ tập trung vào thiết kế cấu trúc dạng bậc thang để tối ưu hóa hiệu suất truyền nhiệt ở độ sâu lên tới vài kilomet, nghiên cứu chỉ ra rằng amoniac là 4 môi chất làm việc hiệu quả nhất cho ứng dụng này.[9] Tác giả ChenZhao và cộng sự đã tiến hành một nghiên cứu thực nghiệm về các ống nhiệt ba chiều trong hệ thống HVAC, kiểm tra hiệu quả thu hồi nhiệt thải từ các hệ thống điều hòa không khí. Nghiên cứu cho thấy hiệu quả thu hồi nhiệt có thể cải thiện đáng kể thông qua việc tối ưu hóa các tham số vận hành.Siricharoenpanich [10] đã phát triển hệ thống làm mát CPU với ống nhiệt ngắn, sử dụng các môi chất khác nhau như R134a, R11 và ethanol.

Kết quả cho thấy hệ thống làm mát bằng ống nhiệt giúp giảm nhiệt độ CPU lên tới 17,5% so với hệ thống làm mát thông thường. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng độ nghiêng của ống nhiệt có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất làm mát với hệ thống đạt hiệu quả tối ưu khi ống nhiệt có độ nghiêng 30o.6 Tổng quan về ống nhiệt Ống nhiệt là một phần tử truyền nhiệt có không gian khép kín được làm bằng kim loại, hoạt động dựa trên sự chuyển pha của môi chất làm việc bên trong. Chúng có khả năng vận chuyển một lượng nhiệt lớn qua khoảng cách xa hơn so với các phương pháp dẫn nhiệt thông thường. Tùy theo từng loại mà phía bên trong ống có thể trơn, nhẵn, xẻ rãnh hoặc gắn lưới mao dẫn, phía ngoài ống cũng có thể trơn hoặc làm các cánh tản nhiệt.

Hiệu quả truyền nhiệt của ống nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố như: vật liệu ống, hướng (độ nghiêng của ống nhiệt), cấu trúc bên trong của ống nhiệt, các thông số của cấu trúc bên trong ống nhiệt,.Về cấu tạo ống nhiệt được chia thành 3 phần: phần sôi, phần ngưng, phần đoạn nhiệt được thể hiện như Hình 1. Nhiệt cấp Bấc Nhiệt tỏa Phần sôi Hơi Lỏng Phần ngưng Hình 1.1 Cấu tạo ống nhiệt 5 Ống nhiệt được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Tuy nhiên hai cách phân loại phổ biến nhất là dựa trên môi chất nạp và dựa trên cơ chế hoàn lưu chất lỏng nhờ lực trọng trường. Môi chất nạp đóng vai trò quan trọng trong việc xác định phạm vi nhiệt độ, hiệu suất và ứng dụng cụ thể.

Theo môi chất nạp ống nhiệt có thể chia thành ống nhiệt nạp môi chất dạng đơn chất và ống nhiệt nạp môi chất dạng hợp chất. Tuy nhiên ống nhiệt nạp môi chất dạng đơn chất được sử dụng rộng rãi hơn trong thực tế. Phạm vi làm việc và đặc điểm, ứng dụng của các môi chất nạp thường dùng: Ống nhiệt sử dụng nước (Water Heat Pipe) • Phạm vi nhiệt độ: 300C − 1500C • Đặc điểm: ➢ Nước có nhiệt dung riêng cao. ➢ Thích hợp cho ứng dụng ở nhiệt độ trung bình.

• Ứng dụng: ➢ Hệ thống HVAC (sưởi, thông gió, điều hòa không khí). ➢ Làm mát điện tử (CPU, GPU). ➢ Thu nhiệt mặt trời. Ống nhiệt sử dụng Amoniac • Phạm vi nhiệt độ: -700C − 1000C • Đặc điểm: ➢ Amoniac có nhiệt độ sôi thấp và hiệu quả cao trong môi trường nhiệt độ thấp.

➢ Thường được sử dụng trong môi trường không trọng lực hoặc các hệ thống nhiệt thấp. • Ứng dụng: ➢ Không gian vũ trụ (vệ tinh, tàu vũ trụ). ➢ Làm lạnh công nghiệp. ➢ Hệ thống điều hòa không khí trong môi trường cực lạnh.

Ống nhiệt sử dụng hydro hoặc helium (Hydrogen/Helium Heat Pipe) 6 • Phạm vi nhiệt độ: -260oC − -270oC • Đặc điểm: ➢ Hydro và helium thích hợp cho nhiệt độ cực thấp. ➢ Sử dụng trong các ứng dụng làm lạnh đông sâu hoặc siêu dẫn. • Ứng dụng: ➢ Làm mát thiết bị siêu dẫn. ➢ Ứng dụng khoa học trong nghiên cứu vật lý lượng tử hoặc vũ trụ.

Ống nhiệt sử dụng Freon hoặc môi chất lạnh khác • Phạm vi nhiệt độ: -50oC − 80oC • Đặc điểm: ➢ Freon (R-134a, R-410) và các chất lạnh tương tự có nhiệt độ sôi thấp, phù hợp cho hệ thống điều hòa hoặc làm lạnh. ➢ Thân thiện với môi trường tùy loại. • Ứng dụng: ➢ Hệ thống điều hòa không khí. ➢ Làm lạnh tủ đông hoặc kho lạnh.

Ống nhiệt sử dụng kim loại lỏng (Liquid Metal Heat Pipe) • Phạm vi nhiệt độ: 500oC − 2000oC • Kim loại lỏng phổ biến: ➢ Natri(Sodium): Nhiệt độ hoạt động 500 oC −1200 oC. ➢ Kali (Potassium): Nhiệt độ hoạt động 700 oC −1500 oC. ➢ Chì-bismuth (Lead-Bismuth Alloy): Dành cho nhiệt độ rất cao.