برج خنک کننده اتمسفریک

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 خنک کننده دارای اشکال مختلفی هستند.

گاهی شکل آنها به صورت گرد، مکعب و یا هذلولی است 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

برج خنک کننده

هزینه های اقتصادی پایین استفاده از پکینگ برج 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 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 بوده 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.

(کولینگ تاور) 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 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 کن 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.

• برج خنک کننده جریان متقاطع
• برج خنک کن آبگردان با جریان طبیعی
• تولید برج خنک کننده آبگردان با جریان مکانیکی
• برج خنک کن آبگردان با جریان اجباری
• برج خنک کن مدار باز
• برج خنک کننده مدار بسته
• برج خنک کننده هیبریدی

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

انواع کولینگ تاور از نظر جریان هوا به موارد زیر دسته بندی می شوند.

• برج خنک کننده جریان طبیعی

• برج خنک کننده جریان مکانیکی

• برج خنک کننده جریان اجباری

• برج خنک کننده جریان القایی

• برج خنک کننده جریان مرکب

“این دسته از مبدل های جذب گرما دارای انواع مختلفی هستند 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 داده 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 مطمینی ندارند و در مقابل باد و شرایط آب و هوایی به شدت تاثیرپذیر هستند. 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 است 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 برج خنک کننده بسیار پرهزینه است، ولی عملکرد بسیار مطمینی 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 مطمین 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 تاثیر 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 است 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 بوده 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 است. 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 بخش ورودی 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 شده و خود شاهدی بر گسترش روز افزون استفاده از این مدل کولینگ تاور است.