انواع برج خنک کننده

 برج های خنک کن دارای کاربردهای نسبتا مشابهی با سیستم های خنک کاری دارند در نتیجه برای سیستم هایی که نیاز به خنک کاری است باید یک برج خنک کننده مهدسی انتخاب شود. از همین رو پیش‌ تر به بررسی آن میپردازیم. 

دراکثر کارخانه جات کوچک و بزرگ یکی از مهمترین و اساسی ترین دستگاهها می توان انواع برجهای خنک کننده (کولینگ تاور )  را نام برد. برج های خنک کننده ( کولینگ تاور ) علاوه بر آب به منظور خنک کردن سیالاتی دیگر در صورت لزوم مورد استفاده واقع می شود .

با توجه به اینکه برج های خنک کننده ( کولینگ تاور ) معمولاً حجیم می باشند و بعلت پاشیدن آب در محیط اطراف خود و خرابی تجهیزات آن را معمولاً در انتهای فرایند نصب می کنند.

اگراز تجهیزات برجهای خنک کننده صرف نظر نشود برای ساخت برج تکنولوژی بالایی نیاز نیست همانطور که در ایران در حال حاضر ساخت این برجها در حد وسیعی صورت می گیرد. برجها با توجه به شرایط فیزیکی و شیمیایی خاص خود دچار مشکلاتی می شوند ولی معمولاٌ زمانی لازم است تا این مشکلات برج را از کار بیاندازد طولانی است.، ولی عملاٌ اجتناب ناپذیر است.

برج خنک کننده 

در برج خنک کننده آب گرم از بالای برج با عبور از پکینگ‌ها و برخورد با جریان هوای تازه که از محیط بیرون توسط فن و یا بصورت طبیعی وارد برج می‌شود ضمن تبادل حرارتی و خنک شدن در پایین برج ته نشین می‌شود.مهمترین عیب برج خنک کننده های مرطوب پاشیدن ذرات آب به اطرف و همچنین تبخیر بیش از حد آب می‌باشد.در برج خنک کننده ‌های مرطوب (Wet-Cooling Tower) آب گرم از بالای برج با عبور از پکینگ‌ها و برخورد با جریان هوای تازه که از محیط بیرون توسط فن و یا بصورت طبیعی وارد برج می‌شود ضمن تبادل حرارتی و خنک شدن در پایین برج ته نشین می‌شود.مهمترین عیب برج خنک کننده های مرطوب پاشیدن ذرات آب به اطرف و همچنین تبخیر بیش از حد آب می‌باشد.

طرز کار برج خنک کننده

اگر داخل بالن شیشه ای مقداری آب مقطر بریزیم سپس با درپوش و اتصالات مناسب بوسیله پمپ خلاء و یا واکیوم نمائیم ومانومتری دقیق ( جیوه ای ) میزان خلاء را نشان دهد. با توجه به دمای محیط مشاهده خواهیم کرد در درجه ای از فشار ( وکیوم نسبی ) آب داخل بالن شروع به جوشیدن می کند. ( بدون اینکه چراغ یا هیتری جهت گرم کردن ظرف بکار گرفته باشیم ) و نهایتا بعد از چند لحظه جداره ظرف کاملا سرد خواهد شد.

اساس کار چیلرهای جذبی را می توان با آزمایش فوق شرح داد.

اکنون بر اساس این آزمایش می توان به چند اصل فیزیکی و نهایتا تولید برودت پی برد. در وهله اول باید توضیح دهیم چگونه آب بدون اینکه توسط شعله یا هیتری گرم شود شروع به جوشیدن نموده است؟ پدیده جوش یا به اصطلاح علمی تغییر فاز از حالت مایع به بخار به رابطه دو عامل دما و فشار مایع و همچنین ساختار ملوکولی آن بستگی دارد.

-

به عنوان مثال: آب یا H2O در شرایط فشار یک اتمسفر در ۱۰۰ درجه سانتیگراد به جوش خواهد آمد حال اگر عامل فشار تغییر یابد و در ظرفی در بسته فشار آب را به ۲ اتمسفر برسانیم در ۱۲۰ درجه بجوش می آید ( مانند آنچه در دیگهای زود پز اتفاق می افتد ) عکس این عمل نیز صادق است یعنی اگر داخل این ظرف را به وسیله پمپ واکیوم، خلاء نمائیم یعنی از شرایط طبیعی که فشار یک اتمسفر است به سمت کاهش فشار حرکت کنیم مثلا در نیم اتمسفر، آب در ۸۱ درجه سانتیگراد به جوش خواهد آمد. و اگر خلاء را بیشتر کنیم تا ۶ mmHg ( حدود یک صدم فشار جو ) آب با دمای حدود ۶ درجه سانتیگراد به جوش خواهد آمد. این خاصیت در مایعات مختلف فرق می کند، مثلا مایع آمونیاک یا الکل یا مایع فریونهای مختلف هر کدام در فشار معیین تغییر فاز خواهند داد و تبخیر خواهند شد. مانند آنچه در یخچالهای خانگی اتفاق می افتد، بنابر این از نقش دو عامل فشارو دمای مایع در تبخیر آگاه شدیم.

دلیل کاهش دما توسط تبخیر در برج خنک کننده

در اصل این یک پدیده فیزیکی است که بهره‌گیری از این قانون فیزیکی در برج های خنک کن مورد استفاده قرار گرفته است. اکنون توضیح خواهیم داد که چرا در اثر تبخیر، کاهش دما اتفاق می افتد . چرا جداره ظرف سرد می شود، بر اساس آنچه که شرح داده شد وقتی دمای آب در شرایط طبیعی به ۱۰۰ درجه سانتیگراد می رسد آب تبخیر می شود، اگر حین تبخیر یا بخار شدن عامل گرمایش ( چراغ یا هیتر ) را خاموش کنیم عمل جوش یا تبخیر متوقف می شود، بنابر این درمی یابیم که عمل تبخیر نیاز به دریافت انرژی دارد ( اصطلاحا تبخیر یک فرآیند گرماگیر است )، و این فرآیند می تواند در فشار بالاتر از فشار جو باشد ( مانند دیگهای زود پز ) یا پایین تر از فشار جو مانند آنچه در بالن مورد آزمایش یا چیلر جذبی عمل می شود. اما باید دانست که جسمی که از دمای ۲۷۳ – درجه سانتیگراد گرمتر باشد می تواند برای جسم سردتر خود مولد گرما باشد.  مثلا آب ۱۰ درجه سانتیگراد که از طریق لوله های آب چیلد وارد چیلر جذبی می شود می تواند تامین کننده گرمای نهان تبخیر جهت آب مقطری که داخل چیلر جذبی به علت پایین بودن فشار در حال تبخیر شدن است باشد و در اثر این گرمادهی دمای خود آب چیلد کاهش می یابد و مثلا به ۶ درجه سانتیگراد تغییر خواهد نمود مانند آنچه در چیلر جذبی آب و لیتیوم بروماید اتفاق می افتد و این آن چیزی است که ما به آن نیاز داریم و از آن جهت خنک نمودن هوا در هواسازها و فن کوئلها یا پروسه های صنعتی استفاده می نمائیم. مثال فوق کاملا اساس وپایه کارچیلرهای جذبی آب ولیتیوم بروماید می باشد.

در قسمت اواپراتور چیلرهای جذبی ( برج خنک کننده ) که آب سرد جهت مصارف برودتی استفاده می شود خلاء یا فشار واقعی حدود ۴ الی ۶ میلیمتر جیوه است و آب فقط تحت این فشاربعنوان مبرد تبخیر می شود. و گرمای نهان تبخیر را از آب جاری درلوله های اواپراتوردریافت می کند و درنتیجه آنرا سرد می نماید. اما بخارحاصل توسط لیتیوم بروماید درقسمت جاذب یاابزربرجذب می گردد .

و مانع از افزایش فشار داخل اواپراتور می گردد. این محلول ( LiBr ) که بخار آب را جذب و خود رقیق گشته به قسمت ژنراتور هدایت می شود و در آنجا توسط بخار یا آب داغ که داخل لوله های ژنراتور در جریان است غلیظ می گردد. برای جذب مجدد بخار راهی قسمت ابزربر می شود و بخار جدا شده کندانس شده و به قسمت اواپراتور باز می گردد.

موارد گفته شده در بالا عمل علمی و نحوه کار برج خنک کننده را مشخص می‌کند و در صورتی که به صورت کامل گفته های بالا را متوجه نشده باشید پیشنهاد ما این است که با افرادی تماس گرفته و نحوه کار را بپرسید، فقط توجه داشته باشید که در این حوزه باید از متخصصان کمک گرفت.

با این اوصاف، 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 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.

بخش مهم برج خنک کننده 

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.

جمع بندی نهایی

اکنون میتوانیم در یک تعریف ساده بگوییم که برج خنک کننده یک مبدل حرارتی ویژه است که در آن هوا و آب به  منظور کاهش دمای آب در تماس مستقیم با یکدیگر قرار می گیرند با وقوع این امر حجم کمی از آب تبخیر می شود وباعث کاهش دمای آب در حال گردش از طریق برج می شود. یک برج خنک کننده برای از بین بردن گرما از یک ساختمان یا تاسیسات با پاشش آب به پایین برج برای تبادل گرما در داخل ساختمان طراحی شده است هوا از کناره های برج وارد می شود و از میان آب در حال سقوط عبور می کند.

با عبور هوا از آب تبادل گرما انجام می شود و مقداری از آب تبخیر می شود این گرما و آب تبخیر شده به شکل ابر ریز از بالای برج خارج می شود آب خنک شده در پایین برج جمع می شود و برای استفاده مجدد به داخل ساختمان پمپ می شود. آبی که در یک فرآیند صنعتی یا در یک کندانسور تهویه هوا گرم می شود از طریق لوله ها به برج خنک کننده منتقل می شود آب از طریق نازلها به داخل ارسال می شود و تا آنجا که ممکن است سطح آب برای حداکثر تماس  با هوا قرار می گیرد هنگامی که آب از برج خنک کننده عبور می کند ، در معرض هوا قرار می گیرد ، که توسط فن موتور الکتریکی از طریق برج کشیده می شود.

وقتی آب و هوا به هم می رسند مقدار کمی آب تبخیر می شود و یک عمل خنک کننده ایجاد می کند. سپس آب خنک شده مجددا به کندانسور یا تجهیزات فرآوری شده در محل جذب گرما پمپ می شود . سپس دوباره به برج خنک کننده پمپ می شود تا بار دیگر خنک شود. برج های خنک کننده در درجه اول برای سرمایش ، تهویه و تهویه مطبوع و مصارف صنعتی استفاده می شوند برج های خنک کننده عملکرد مقرون به صرفه و کم مصرف را برای سیستم های نیازمند به خنک کننده فراهم می کنند.