برج خنک کننده: چیستی،نحوه کار و انواع آشنایی با برج خنک کننده و انواع آن

برج خنک کننده یا کولینگ تاور ( به انگلیسی : Cooling tower ) ساختاری است که گرمای ایجاد شده در فرایندها ، ماشین ها و دستگاه های صنعتی را از آب در حال جریان دریافت کرده و با تبخیر به اتمسفر منتقل میکند و آب خنک شده را به سیستم برمیگرداند.

برج های خنک کننده با تبخیر آب حرارت ایجاد شده در واحدهای صنعتی ، سیستم های تهویه مطبوع ، پالایشگاها ، نیروگاه ها و غیره را دفع میکنند. اغلب برجهای خنک کننده تجهیزات کوچکی هستند که در صنایع خاص یا ساختمان های مسکونی برای تهویه هوا استفاده می شوند. برج های خنک کننده از نظر اندازه در مدل های کوچک پشت بامی برای ساختمان های مسکونی تا سازه های هذلولی شکل غول پیکر 200 متری در نیروگاه های هسته ای ساخته می شوند. 

برج های خنک کننده از نظر جریان هوا به چند دسته تقسیم می شوند:

جریان طبیعی ، جریان مکانیکی ، جریان اجباری ، جریان القایی ، جریان مرکب.

جنس سازه برج های خنک کننده به چهار دسته تقسیم می شود :

فایبرگلاس ، گالوانیزه یا فلزی ، بتنی ، چوبی.

اساس کار همه برج های خنک کننده بر مبنای ایجاد سطح تمام هر چه بیشتر بین جریان آب گرم و هوای سرد است برای تبادل حرارتی است. 

شرح کار برج خنک کننده

این برج خنک کننده طبیعی یا اتمسفری بدون پروانه یا قطعه ای برای به جریان انداختن هواست. آب در داخل این برج ها اسپری می شود و هوا به صورت طبیعی جریان دارد.  این برج ها بسیار ارزان هستند ولی عملکرد مطمئنی ندارند و در مقابل باد و شرایط آب و هوایی تاثیر پذیر هستند. 

برج های خنک کننده هذلولی از انواع جریان طبیعی هستند که از جنس بتن ساخته می شوند و ارتفاع بسیار بلندی دارند. این برج های خنک کننده معمولا در نیروگاه ها یا کارخانه هایی که به آب خنک فراوان احتیاج دارند ، استفاده می شوند. جریان هوا در این برج ها به دلیل اختلاف فشار در ارتفاع ایجاد می شود. با وجودی که ساخت این نوع برج خنک کننده بسیار پرهزینه است ولی از آنجا که عملکرد بسیار مطمئنی دارد برای صنایع حساس به کار برده می شود. 

در برج های خنک کننده جریان مکانیکی از یک تا چند پروانه یا فن برای به حرکت در آوردن هوا استفاده می شود به همین دلیل عملکرد پایداری دارد و کمتر تحت تاثیر شرایط آب و هوایی قرار می گیرد. 

در این برج ها از فن به عنوان محرکی برای ایجاد جریان هوا استفاده می شود ، هوای خنک وارد برج شده و گرمای آب را جذب نموده و سپس هوای گرم از برج خارج می شود. 

برج خنک کننده جریان اجباری هم از انواع کولینگ تاورهای جریان مکانیکی است. در این خنک کننده ها پروانه ها در قسمت وروردی هوا قرار دارند. سرعت ورود هوا به این نوع کولینگ تاور بالا و سرعت خروج هوا پایین است که باعث جلوگیری از ایجاد ضعف در گردش مجدد هوا می شود. 

پروانه ها در این برج های خنک کننده از نوع سانتریفیوژ هستند که فشار استاتیکی بالایی دارند و برق زیادی مصرف می کنند و پر سر صدا هستند. 

پروانه این برج ها در مسیر ورود هوا قرار می گیرد و در دمای زیر صفر در معرض یخ زدن خواهد بود. 

مدل های مختلف برج خنک کننده

برج خنک کننده جریان القایی از جریان مکانیکی استفاده میکند. در این دستگاه پروانه ها در قسمت خروجی هوا قرار دارند و سرعت خروج هوا سرعت بالاتری از ورود هوا دارد.

از آنجا که پروانه ها در قسمت خروجی قرار گرفته اند و هوای گرم را خارج میکنند احتمال یخ زدگی پروانه ها در درمانی زیر صفر وجود ندارد. 

از این نوع کولینگ تاور معمولا در سایزهای کوچک استفاده می شود. 

ظاهر برجهای خنک کننده جریان مرکب شبیه به برج های خنک کننده جریان طبیعی است ولی ارتفاع کمتری دارند و داخلشان یک یا چند پروانه برای ایجاد جریان هوا استفاده می شود. در این برجها هنگام سردی هوا پروانه ها خاموش می شوند و زمانیکه دمای اب بالا می رود برای سرعت بخشیدن به خنک کردن آب پروانه ها روشن می شوند. 

برج خنک کننده هیبریدی ترکیبی از برج خنک کننده خشک و مرطوب است. در این برجها آب با دمای بسیار بالا وارد کوئل می شود و به وسیله جریان هوا در برج خنک می شود سپس روی سطح انتقال حرارت پاشیده شده و مانند برج کننده معمولی عمل میکند. 

مسیر جریان آب در برج های خنک کننده

جریان آب در برج های خنک کننده به دو شکل جریان مخالف و جریان متقاطع است. 

کولینگ تاور جریان مخالف : در این کولینگ تاورها مسیر جریان آب مخالف مسیر جریان هوا است و معمولا جریان آب از بالا به پایین است. 

کولینگ تاور جریان متقاطع : در این کولینگ تاور ها مسیر جریان آب و جریان هوا متقاطع است ، جریان آب از بالا به پایین و جریان هوا افقی است. 

کولینگ تاور مدار باز : در این نوع کولنگ تاورها آب از لوله خارج شده و داخل دستگاه پاشیده می شود و با هوا در تماس است و تبخیر می شود به عبارتی دیگر آب در کل مسیر داخل لوله نیست. 

کولینگ تاور مدار بسته : در این برج ها کوئل به کار می رود و آب از درون کوئل ها عبور کرده و وظیفه خنک کنندگی را انجام می دهد و با هوا در تماس نیست بنابراین تبخیر نمی شود و ناخالصی واردش نخواهد شد و دستگاه رسوب نمی گیرد ولی در یک مدار دیگر آب روی کوئل ها می ریزد و به وسیله جرین هوایی که فن ها ایجاد می کنند از روی سطح کوئل ها تبخیر شده و آنها را خنک میکند.

مکانیسم انتقال حرارت در برج خنک کننده

برج خنک کننده مرطوب  Wet-Cooling Tower : در این برج ها آب گرم با عبور از پلینگ ها و برخورد به جربان هوای تازه که از محیط بیرون با فن وارد برج شده است خنک شده و در پایین برج ته نشین می شود. در این فرایند ذرات آب به اطراف پاشیده شده و به صورت بیش از حد تبخیر می شود. 

برج خنک کننده خشک Dry-Cooling Tower یا هلر HELLER : در مناطقی که آب کافی وجود ندارد برای پیشگیری از تبخیر بیش از حد آب ، آب گرم از لوله های پره دار که با هوای سرد در تماس هستند عبور میکند و خنک می شود. با افزایش دمای محیط راندمان این سیستم کاهش پیدا میکند. 

برج خنک کننده خشک – مرطوب  Dry-Wet Cooling Tower : برای کاهش معایب دو سیستم بالا از این سیستم استفاده می شود. این سیستم دارای دو مسیر هوای موازی و دو مسیر آب سری است. آب گرم وارد لوله های پره دار می شود و سپس وارد پکینگ ها می گردد و در طول مسیر با هوای سرد تبادل حرارتی میکند. 

گردآوری : بخش علمی و آموزشی بیتوته