تعریف برج خنک کن
کولینگ تاور یا برج خنک کننده وسیله ای است که برای خنک کردن آب و دفع گرمایی که توسط کندانسور تولید میشود استفاده شده و گرما را به محیط آزاد منتقل می نماید.
دفع حرارت زائد آب مورد استفاده در چگالنده، از طریق تبادل حرارتی با هوا صورت می گیرد. برج های خنک کن معمولا با تبخیر آب، حرارت ایجاد شده را دفع کرده و آب را تا دمای حباب مرطوب هوا پایین می آورند. تمامی برج های خنک کننده با دفع گرما از آب به روش تبخیری عمل می کنند و مقداری از آب تبخیر می شود و مابقی آن دوباره به گردش در می آید. مکانیزم اصلی در برج خنک کننده تبخیر است.
کاربرد برج های خنک کن به قرن نوزدهم و اختراع چگالنده برای استفاده در موتور بخار برمی گردد.
اساس کار برج های خنک کن
اساس کار تمام برج های خنک کن بر مبنای ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب گرم و هوای سرد و در نتیجه تبادل حرارتی بین این دو می باشد. عموماً در برج خنک کن آب گرم توسط لوله هایی به بالایی برج منتقل شده و در آنجا یا به صورت طبیعی و یا با آبفشان هایی به سمت پایین برج به جریان میافتد. در طول این مسیر با توجه به نوع برج به شیوههای مختلف با جریان هوای سرد برخورد میکند. برجهای خنک کن از دو قسمت نسبتاً متمایز تشکیل شده اند. قسمت تحتانی برج که شامل رادیاتورها بوده و آب گرم خروجی از کندانسور، داخل آنها جریان دارد و قسمت فوقانی که دودکش نسبتاً بلند برج خنک کن می باشد. توده هوای محیط در اثر عبور از روی لوله های حاوی آب گرم خارج شده از کندانسور نیروگاه، گرم شده و در اثر کاهش جرم مخصوص هوا نسبت به هوای محیط به سمت بالا حرکت می کند. ستون هوای گرم جای خود را با حجم هوای تازه محیط که از قسمت تحتانی برج وارد می شود عوض می کند. این جریان طبیعی در طول عملکرد برج برقرار می باشد. قسمت دودکش برج خنک کن نقش ماشین جریان را ایفا می کند.
پکینگ ها
برای افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب و هوا در داخل برج خنک کن از پکینگ ها استفاده می گردد که با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب، در خنک سازی جریان آب نقش مؤثری دارند. پکینگ ها بصورت شبکه ای بوده و در دو نوع غشایی و اسپلاش در برجه ای خنک کن مورد استفاده قرار می گیرند.
انواع برج های خنک کن
برج خنک کن از لحاظ اینکه نیروی جریان دهنده هوا طبیعی یا مکانیکی باشد به دو دسته تقسیم می شوند:
- جابه جایی طبیعی Natural Draft
- جابه جایی مکانیکی Mechanical Draft
برج خنک کن بدون فن (طبیعی)
جریان هوا در این نوع برجه ای خنک کن در اثر یک عامل طبیعی مانند اختلاف جرم حجمی بوجود می آید. ارتفاع برج در این حالت به 200 متر می رسد. از جمله مزایا این دسته از برج های خنک کننده می توان به مصرف کمتر انرژی الکتریکی، صدای کم، قطعات متحرک کمتر و از معایب آن میتوان به راندمان پایین تر آن نسبت به برج خنک کننده با جریان اجباری(همراه با فن) اشاره کرد.
برج خنک کن همراه با فن (مکانیکی)
توسط یک یا چند فن با دور ثابت یا متغیر جریان هوا به حرکت در می آید. هوای اجباری در برج به داخل آن کشیده شده و از سوی دیگر به خارج ارسال می شود. بادزن ها بسته به نوع برج ممکن است جریان محوری و یا گریز از مرکز باشند. تمامی برج های خنک کننده سیتم تهویه و تبرید ساختمان از نوع وزش اجباری و مجهز به فن هستند.
- برج خنک کن مکانیکی دمشی: در این نوع از انواع برج خنک کننده مکانیکی هوا به کمک فن به داخل برج خنک کن رانده می شود.
- برج خنک کن مکانیکی مکشی: در این نوع از انواع برج خنک کننده مکانیکی هوا به کمک فن از داخل برج خنک کن مکیده می شود.
برج خنک کننده از لحاظ نحوه خنک کاری به دو حالت کلی تقسیم می گردند:
1- برج خنک کن مرطوب : در این نوع برج خنک کن آب توسط کانال ها و نازل ها پاشیده میشود و پس از برخورد با هوای ورودی و خنک شدن دوباره به مدار بر می گردد. در این حالت به دلیل تبخیرآب در گردش، مصرف آب نسبتا بالا خواهد بود. (به دلیل جبران آب تبخیر شده)
2- برج خنک کن خشک : در مناطقی که بعلت عدم وجود آب کافی باید از اتلاف آب و تبخیر بیشتر جلوگیری نمود از برج های خنک کن خشک (هِلِر) استفاده می شود. این نوع برج های خنک کن دارای رادیاتورهایی در قسمت ورودی می باشند که با جریان هوای عبوری، آب داخل آن خنک می شود. این حالت باعث می شود سیال خنک شونده (آب) با هوا در ارتباط نباشد و مصرف آب در اثر تبخیر در حد صفر باقی بماند. در سیستم هلر آب تماما در درون رادیاتورهایی که درمعرض عبورهوای آزاد قرار دارند خنک می شود.
برج خنک کن از نظر مدار بسته یا باز به دو دسته زیر تقسیم میشود:
1-برج مدار باز: به برجهایی گفته میشود که دمای آب در تماس مستقیم با هوا کاهش مییابد. در اینگونه کولینگ تاورها، آب خنک کننده کندانسورها به طور مستقیم با هوای جو در تماس قرار میگیرد و بخشی از آن تبخیر می شود.
2-برج مدار بسته: در سیستم مدار بسته (غیر مستقیم) آب داخل لوله های مبدل حرارتی با هوای محیط و آب پاشیده شده روی لوله ها تبادل حرارت انجام میدهد و دمای آن کاهش می یابد.
مشکلات برج خنک کن ها
خوردگی قطعات داخلی برج و همچنین تشکیل رسوب در قسمت های مختلف برج عمده ترین مشکلات به وجود آمده برای یک برج خنک کن هستند. علی رغم عملکرد بسیار ساده این نوع برجه ای خنک کن، به علت ارتفاع و حجم بسیار بزرگی که دارند هزینه های ساخت و سرمایه گذاری اولیه آنها بسیار بالا می باشد. همچنین بیشتر برج های خنک کننده در برخورد مستقیم با هوا و نور خورشید می باشند که محیطی مناسب برای رشد باکتری ها و میکروارگانیسم ها بشمار می آید. از این رو برجه ای خنک کن با جنس کامپوزیت علاوه بر رفع مشکلات خوردگی به دلیل مقاومت مطلوب در مقابل هوای محیط و شرایط جوی و همچنین خصوصیات آنتی باکتریال پیشنهاد شرکت صدرآب جهت استفاده در مصارف صنعتی و … می باشد.
