انواع برج خنک کننده از نظر عملکرد

انواع برج خنک کننده (Cooling Tower Types) از لحاظ مسیر جریان آب و هوا، نحوه ساخت و روش انتقال حرارت تقسیم بندی می  شوند. برج های خنک کننده () دارای اشکال مختلفی هستند. گاهی شکل آنها به صورت گرد، مکعب و یا هذلولی می  باشد و گاهی پروانه در قسمت کنار یا در قسمت بالا قرار گرفته و یا به طور کل فاقد پروانه می  باشد. ممکن است تفاوت  هایی در توزیع آب داخل دستگاه وجود داشته باشد که می  تواند به صورت دورانی، اسپری نازل و یا ثقلی باشد. در این مطلب از سایت قصد داریم تا به دسته بندی انواع کولینگ تاور بپردازیم و ضمن معرفی هر کدام، معایب و مزایای آنها را نیز توضیح دهیم. در ادامه نیز این برج  ها را از نظر مدار آب بررسی کرده و اشکال آن را معرفی نماییم.

علت استفاده از برج خنک کننده

هزینه های اقتصادی پایین استفاده از برج های خنک کننده، در عین افزایش در راندمان تولید، مهمترین دلیل مصرف بالای کولینگ تاور در صنعت عنوان شده است. بسیاری از کارخانه های صنعتی و نیمه صنعتی که از ماشین آلات سبک و سنگین استفاده می کنند، باعث شده است تا امروزه از این تجهیز در افزایش راندمان خود بهره برداری نمایند. در واقع بکارگیری برج خنک کن در صنعت یک اصل جدایی ناپذیر از هر صنعتی به حساب می آید. صنایع مختلفی چون فولاد، ساخت قطعات پلاستیکی، صنایع فرمدهی فلزات رنگین، تولید لباس، صنایع ریخته گری، چوب، نفت، پتروشیمی و نیروگاه ها بزرگترین مصرف کنندگان برج خنک کننده به شمار می آیند. در یک توصیف کلی از کولینگ تاور، این دستگاه در دو کاربری اصلی مورد استفاده قرار می گیرد.

طرز کار کولینگ تاور (برج خنک کننده) نحوه کار برج خنک  کننده ابارا نحوه کار برج خنک کن به این صورت است که داخل برج خنک کننده، هوایی که مقداری رطوبت همراه خود دارد در تماس با آب گرم قرار می  گیرد. در این حالت به دلیل وجود اختلاف انرژی و همچنین میزان گرادیان غلظت، انتقال انرژی و جرم از آب به هوا انجام می  شود. در ادامه کار، آب نیز از فاز مایع تبخیر شده و به فاز بخار تبدیل می  شود. در این حالت به علت تبخیر، مقداری انرژی را نیز به فاز گازی می برد؛ قابل ذکر است که میزان این انرژی بسیار بالا می  باشد که دلیل آن بالا بودن گرمای نهان آب است.

به این ترتیب بخاطر تبخیر مقداری آب و خارج شدن گرما از فاز مایع، دمای آب کم می  شود. شرط انجام گرفتن این فرایند این است که هوای مورد استفاده در برج همراه با مقدار کمی رطوبت بوده تا ظرفیت پذیرش آب تبخیر شده را داشته باشد. کاربری  های بسیاری دارد؛ به همین دلیل در نقاط مختلفی که شرایط آب و هوایی و شرایط کاری متفاوتی را دارا هستند به راحتی استفاده می شوند. به عنوان مثال یک پکینگ برج خنک کننده در صنعت تزریق پلاستیک وظیفه خنک کردن قالب و روغن گردشی را برعهده دارد. این نوع کولینگ تاور باید برای برای دمای آب خروجی بین 25 تا 30 درجه سانتیگراد طراحی ساخته شود. انواع برج خنک کننده را می توان از نظر مواردی چون نوع جریان هوای جاری، مدار باز یا مدار بسته بودن، جنس بدنه خارجی و همچنین شکل ظاهری به انواع مختلفی طبقه بندی نمود.

انواع کولینگ تاور (برج خنک کننده) شامل برج خنک کننده جریان متقاطع و جریان مخالف (از نظر نحوه ورود هوا)، برج خنک کننده مدار بسته یا هوا خنک و مدار باز یا آب خنک (از نظر نوع تبادل حرارت) و سایر طبقه بندی ها از جمله شکل ظاهری، جنس بدنه، کاربردهای متفاوت (مواردی همچون چیلر یا کاربردهای صنعتی) و غیره است که در ادامه این بخش، تک تک این موارد را با هم مقایسه کرده و مزایا و معایب آنها را مورد بررسی قرار خواهیم داد. با معرفی و شناخت انواع برج های خنک کننده، آشنایی با محدودیت ها، مزایا و معایب آنها می توان مناسب ترین نوع برج خنک کن متناسب با کاربری خودمان را برای پروژه انتخاب نمود. انواع کولینگ تاور از نظر جریان هوا انواع برج خنک کننده بر اساس جریان هوا کولینگ تاور از نظر جریان هوا به موارد زیر دسته  بندی می  شوند.

• جریان طبیعی
• جریان مکانیکی
• جریان اجباری
• جریان القایی
• جریان مرکب

این دسته از مبدل  های جذب گرما دارای انواع مختلفی می  باشند که هرکدام متناسب با شرایط اقلیمی مشخص و کاربردی متفاوت طراحی شده  اند. ولی بطور کلی وظیفه برج  های خنک کن، جذب حرارت اضافی سیالات مایع است که بوسیله هوای تازه امکان پذیر می باشد.  به عبارت دیگر، برج خنک کننده دستگاهی است که گرمای بوجود آمده در فرآیندها، ماشین  ها و دستگاه  های صنعتی را از آب در حال جریان دریافت و از طریق تبخیر آن را به اتمسفر انتقال می  دهد و مجدداً آب خنک را به سیستم برمی  گرداند.

کولینگ تاور جریان طبیعی کولینگ تاور اتمسفریک ساده یا اتمسفری فاقد پروانه بوده و از هیچ قطعه  ای برای به جریان انداختن هوا استفاده نمی  کند. در این نوع برج، آب در داخل آن فقط اسپری می  شود و هوا هم به صورت طبیعی جریان پیدا می  کند. این برج  ها بسیار ارزان هستند و عملکرد مطمئنی ندارند و در مقابل باد و شرایط آب و هوایی به شدت تأثیر پذیرند. در شکل کولینگ تاور اتمسفریک ساده را مشاهده می  فرمایید که آب از طریق نازل  ها توزیع شده و همزمان هوا نیز به صورت طبیعی در داخل برج به جریان می  افتد. اجزاء برج خنک کننده (کولینگ تاور) جریان طبیعی

• سازه بتنی و فولادی
• پکینگ
• قطره گیر
• سیستم توزیع آب
• حوضچه آب

برج خنک کننده هذلولی برج خنک کننده هذلولی کولینگ تاور هذلولی از نوع جریان طبیعی می  باشد که از بتن ساخته شده و دارای ابعاد و ارتفاع بسیار بلندی است و معمولاً در نیروگاه  ها و کارخانجاتی که به آب خنک فراوان احتیاج دارند، استفاده می  شود. جریان هوا در این برج  ها به دلیل اختلاف فشار در ارتفاع بوجود می  آید. ساخت این نوع پکینگ رندوم اسپلش بسیار پرهزینه می  باشد، ولی عملکرد بسیار مطمئنی داشته و برای صنایع حساس به کار می  رود. مزایای برج خنک کننده جریان طبیعی

• مصرف انرژی پایین (عدم مصرف برق و انرژی)
• مناسب محیط زیست
• سر و صدای بسیار کم
• عملکرد مطمئن و ایمن
• بدون امکان چرخش مجدد هوا
• اشغال فصای محدود
• نگهداری و تعمیرات محدود
• طول عمر بسیار بالا

کولینگ تاور جریان مکانیکی برج خنک کننده جریان مکانیکی از یک یا چند پروانه برای به جریان درآوردن هوا استفاده می  نماید. این نوع دستگاه خنک کننده از عملکرد پایداری برخوردار است و کمتر تحت تأثیر باد و شرایط محیطی قرار می  گیرد. در این نوع برج خنک کننده از فن به عنوان محرک جهت ایجاد جریان هوا استفاده می  شود. همانطور که در شکل بالا مشاهده می  کنید، هوا به وسیله فن از دو طرف دستگاه وارد شده و به سمت بالا خارج می  شود. مزایای برج خنک کننده (کولینگ تاور) جریان مکانیکی

• سازه بسیار کوچک
• اشغال فضای کم
• راندمان و عملکرد بالا
• پایداری نسبت به شرایط جوی

اجزای برج خنک کننده مکانیکی

• الکتروموتور
• پروانه
• قطره گیر
• پکینگ
• سیستم توزیع آب
• سازه
• حوضچه آب

کولینگ تاور جریان اجباری برج خنک کن جریان اجباری از نوع جریان مکانیکی می  باشد که در این دستگاه پروانه یا پروانه  ها در قسمت ورودی هوا قرار دارند. سرعت ورود هوا بالا بوده، ولی سرعت خروج هوا پایین می  باشد که این امر موجب ایجاد ضعف در جلوگیری از گردش مجدد هوا می  گردد. مسیر جریان آب و هوا در برج خنک کننده جریان اجباری این نوع کولینگ تاور از نظر ساخت اقتصادی می باشد و برای اکثر صنایع مناسب است. این نوع برج خنک کننده در سایزهای کوچک معمولاً از فلز ساخته می شود و در سایزهای بزرگ از بتن ساخته می شود.

برج خنک کننده جریان اجباری بزرگ مورد استفاده در صنایع بر اساس نیازهای کاربری طراحی و ساخته می شود. پروانه این نوع برج خنک کننده  ها معمولاً از نوع سانتریفیوژ می  باشد. این برج  ها فشار استاتیکی بالایی دارد، ولی مصرف برق بالا و سر و صدای زیادی را دارا است. پروانه این برج به دلیل قرار گرفتن در مسیر ورود هوا، در محیط با آب و هوای سرد، در معرض یخ زدن قرار دارد. کولینگ تاور جریان القایی از نوع جریان مکانیکی است. در این برج خنک کن، پروانه یا پروانه  ها در قسمت خروجی هوا قرار گرفته و سرعت خروج هوا در ناحیه فن، سرعت بالاتری نسبت به ورود هوا در ناحیه ورود دارد.

به دلیل قرار گرفتن پروانه در قسمت خروج هوای گرم، امکان یخ زدن پروانه در فصول سرد وجود ندارد. همچنین در این نوع برج، گردش مجدد هوا به خودی خود به وجود نمی  آید. بسیاری از مدل  های برج خنک کننده کوچک از نوع القایی هستند که در یک سایز کوچک به کمک پروانه قابلیت کاهش دمای مقدار مشخصی از دبی آب را دارند. برج خنک کننده جریان القایی در این نوع برج به دلیل شکل و مکانیزم کارکرد، امکان گردش مجدد هوا وجود ندارد. این مدل برج  ها، از دبی  های کوچک 15 گالن بر دقیقه تا 700000 گالن بر دقیقه و بیشتر ساخته می  شود و خود شاهدی بر گسترش روز افزون استفاده از این مدل کولینگ تاور می  باشد.

از انواع برج خنک کننده است که ظاهری شبیه کولینگ تاور جریان طبیعی دارد، ولی ارتقاع آن معمولاً کمتر بوده و درون آن از یک یا چندیدن پروانه برای به جریان انداختن هوا استفاده شده است. همچنین در این نوع برج، در فصول سرد ممکن است پروانه  ها خاموش باشند و در صورت نیاز و در بار شدید، پروانه  های سیستم شروع به کار کنند. معمولاً طراحی برج خنک کننده جریان مرکب به صورتی است که فقط در زمان اوج بار و یا گرمای شدید هوا، فن ها مجبور به کار شوند. عمدتاً فن  ها در ناحیه ورود هوا قرار گرفته  اند و به مانند جریان اجباری فن را به داخل برج خنک کننده می  دمند و هوا از بالای برج خنک کننده خارج می  شود.

ساخت و استفاده از برج خنک کننده جریان مرکب در مصرف انرژی صرفه جویی قابل ملاحظه به دنبال دارد. در هنگام استفاده می  توان فن  ها را ابتدا با دور پایین به گردش در آورد و در صورت نیاز دور پروانه  ها را بالا برد تا میزان خنک کاری افزایش یابد. برج خنک کننده (کولینگ تاور) هیبریدی برج خنک کننده هیبریدی نوع دیگری از برج خنک کننده است که در ترکیبی از دو و می  باشد. در این برج خنک کننده ابتدا آب با دمای بسیار بالا وارد کوئل شده و به وسیله هوای جریان یافته در برج خنک شده و سپس آب بروی سطوح انتقال حرارت پاشیده و مانند برج خنک کن معمولی خنک می  شود.

در داخل ، کوئل به کار رفته و آب سیستم از درون این کوئل  ها عبور کرده و خنک می  شود. تنها تفاوت در عملکرد برج خنک کننده مدار بسته نسبت به عملکرد برج خنک کننده معمولی (مدار باز)، جلوگیری از تبخیر و رسوب گرفتن در آب سیستم است؛ به نحوی که آب سیستم با دلیل عبور از داخل کوئل با هوا در تماس نبوده، بنابراین آب تبخیر نمی  شود و ناخالصی نیز وارد آن نمی  شود. ولی در برج خنک کننده مدار بسته همزمان در مدار دیگری آب به روی کوئل  ها ریخته شده، که این آب در مجاورت جریان هوای به وجود آمده به وسیله فن، از روی سطح کوئل  ها تبخیر می  گردد و در نهایت کوئل  ها را خنک می  کند.