Tự làm bộ trao đổi nhiệt nước-nước (DIY Water to water heat exchanger)

Bộ trao đổi nhiệt dạng lỏng

Tôi cần làm mát một loạt các thiết bị và phòng thí nghiệm của chúng tôi có một hệ thống nước làm mát chính. Tuy nhiên, nước ở đó khá bẩn và chênh lệch áp suất giữa đường cấp và đường hồi lại quá thấp. Để tách biệt các thiết bị của mình khỏi mạch làm mát chính, tôi đã tạo ra một mạch nước nhỏ dựa trên van AVTA (hoặc bạn có thể dùng bất kỳ bộ truyền động cơ điện nào với van phù hợp và bộ điều khiển PID + cảm biến), giúp kiểm soát lưu lượng trong mạch chính dựa trên nhiệt độ mạch phụ (mở khi nhiệt độ tăng). Hub bằng nhựa PETG được thiết kế để lắp vừa vặn các ống đồng 15/13 mm (đường kính trong) và 28/25.6 mm (đường kính ngoài). Nếu ai cần các kích thước ống khác, cứ cho tôi biết nhé.

Tôi sử dụng hai phiên bản -

1. Cách thứ nhất dùng keo epoxy, giúp việc lắp ráp đơn giản và đáng tin cậy. Không cần dùng đèn khò, mọi thứ rất nhẹ nhàng.
2. Cách thứ hai theo kiểu "thợ ống nước" truyền thống. Dùng đèn khò làm nóng ống đồng cho đến khi thử nghiệm với sợi in thấy nó bắt đầu chảy, sau đó ép linh kiện vào ống nóng. Cách này cũng rất bền—tôi đã thử nghiệm với áp suất khí nén lên tới 6 bar mà không bị rò rỉ! Tuy nhiên, nó tốn thời gian hơn và dễ làm biến dạng chi tiết nếu quá nhiệt.

Nhìn chung, tôi thấy cách dùng keo hiệu quả và tiện lợi hơn nhiều.

Để tăng cường truyền nhiệt giữa nước và ống đồng, tôi lấp đầy ống 15 mm và khoảng không gian giữa ống 28 mm và 15 mm bằng lưới đồng.

Bộ trao đổi nhiệt nước-nước này rất linh hoạt. Nó có thể dùng để tách biệt nước nóng cho các mục đích như làm nóng hồ bơi bằng lò sưởi ngoài hoặc hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời. Ngoài ra, nó cũng dùng tốt cho việc làm lạnh nhanh bia—tuy nhiên nếu dùng cho nấu bia, tôi khuyên bạn nên dùng linh kiện thép không gỉ. Lưu ý nhiệt độ ứng dụng của bạn. Với in nhựa resin, thiết lập này thậm chí có thể dùng cho một số tác vụ ngưng tụ hơi.

Bộ trao đổi nhiệt hoàn thiện dài khoảng 30 cm, đạt hiệu suất ổn định ở 22°C với công suất danh định 1 kW. Trong mạch chính của tôi, nước lưu thông 2 lít/phút, đầu vào 13°C và đầu ra khoảng 24°C.

Cập nhật:

• 17 Tháng 12, 2024: Đã thử nghiệm lắp ráp mới (xem bước 9) giúp tăng khả năng truyền nhiệt thêm 30%.
• 3 Tháng 12, 2024: Hub 7 đầu vào lưu lượng cao khá nặng. Tôi đã thêm phiên bản gắn bảng điều khiển.
• 2 Tháng 12, 2024: Tôi đã thêm hub 7 đầu vào lưu lượng cao cho những ai cần công suất làm mát lớn. Cổng ra đã được thiết kế lại để vừa với ống đồng 22/20.
• 30 Tháng 11, 2024: Phiên bản 3 đã ra mắt, cấu trúc cứng cáp hơn, chống cong vênh khi lắp ráp và sử dụng.

Hướng dẫn lắp ráp phiên bản dán keo

Lưu ý: Tôi dùng keo epoxy Loctite vì đã kiểm tra độ bền với nước và thấy nó rất đáng tin cậy.

1. Chuẩn bị ống:

• Cắt ống 28 mm và 15 mm theo độ dài mong muốn. Nhớ chừa thêm 2 cm mỗi đầu để lắp vào hub.
• Mài ba-via cả bên trong và bên ngoài ống để khớp nối trơn tru.

2. Xử lý bề mặt:

• Dùng miếng bọt biển nhám để làm sạch kỹ mặt trong và ngoài ống 15 mm. Điều này giúp tăng hiệu quả truyền nhiệt.
• Làm sạch mặt trong ống 28 mm để keo bám tốt nhất.

3. Thêm lưới đồng:

• Hàn lưới đồng vào bên ngoài ống 15 mm. Tôi khuyên dùng các dải kích thước khoảng 30 x 10 cm.
• Đảm bảo lưới được hàn chắc chắn, không có mảnh vụn rơi ra.

4. Gắn ống 15 mm vào hub:

• Dán chặt ống 15 mm vào hub bằng keo epoxy chịu nước. Để keo khô theo hướng dẫn.

5. Quấn lưới:

• Cuộn lưới đồng quanh ống 15 mm, đảm bảo đều tay và theo một hướng cố định.

6. Lắp ống ngoài:

• Cẩn thận luồn ống 28 mm qua lớp lưới. Khi đẩy, hãy xoay ống 28 mm theo cùng chiều với chiều cuộn lưới để khớp chặt và tránh lưới bị xô.

7. Bôi keo vào ống 28 mm:

• Phết keo epoxy đều lên mặt trong ống 28 mm và dọc theo rãnh.

8. Lắp vào và xoay:

• Đẩy ống 28 mm vào vị trí. Khi đã vào hết, hãy xoay ngược chiều một chút. Thao tác này ép lưới chặt vào ống ngoài, giúp truyền nhiệt tốt hơn và làm kín các khe hở.

9. Chuẩn bị lưới bên trong:

• Cắt một dải lưới dài hơn ống một chút (thừa khoảng 4 cm).
• Cuộn lại và nhét vào ống 15 mm sao cho vừa khít.
• TÙY CHỌN: Tôi phủ một lớp kem hàn bên trong ống 15 mm và hơ nóng để hàn lưới vào ống, giúp tăng 30% hiệu suất truyền nhiệt.

10. Nới lỏng lưới bên trong:

• Dùng hai chiếc tua vít dẹt xoay để lưới bung nhẹ ra, ép sát vào thành ống 15 mm.

11. Dán đầu còn lại:

• Bôi keo epoxy vào đầu còn lại của các ống và rãnh.

12. Gắn hub:

• Trượt hub vào ống, căn chỉnh đúng hướng mong muốn. Kiểm tra lại khớp nối trước khi keo khô.

13. Chuẩn bị cụm ống đồng:

• Hoàn thiện mọi mối hàn ống đồng trước khi gắn vào hub. Tránh hàn gần hub sau khi đã dán keo để nhiệt không làm hỏng keo.
• Với ống 15 mm, nên hàn cách hub ít nhất 10 cm. Có thể quấn khăn ướt quanh khu vực gần hub để tản nhiệt.

14. Lắp đặt mạch của bạn!

Đây là ví dụ về một mạch nhỏ dùng để làm mát nam châm mạnh. Cả mạch chính và phụ đều có bộ lọc cặn. Mạch chính có van điều khiển, phản hồi thông tin với mạch phụ. Một bình nhỏ với van một chiều giúp đảm bảo đủ nước trong mạch kín và loại bỏ khí. Tôi dùng máy bơm sưởi trung tâm Wilo cho mạch phụ để tuần hoàn nước hiệu quả.