برج خنک کننده

برج خنک کننده وسیله‌ای است برای دفع حرارت مازاد در چرخه مورد نظر که به وسیله آب این حرارت مازاد در ارتباط با هوا از دست می رود ، به عبارت ساده‌تر، برج خنک‌کننده سیستمی هستند که از آن برای خنک‌کاری استفاده میشود.

از نظر ابعاد و اندازه، برج‌ خنک‌کننده در مدل‌های کوچک پشت‌بامی برای ساختمان‌های مسکونی تا سازه‌هایی غول‌پیکر و هذلولی شکل مانند برج‌ خنک‌کننده نیروگا‌ها که ارتفاع‌شان در حدود دویست متر و قطرشان در حدود یک‌صد متر می باشد، وجود دارند.

آب در فرایندهای سردسازی سیستم‌های تهویه مطبوع، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و غیره استفاده می‌گردد. دسته‌بندی برج خنک‌کننده بر اساس نوع تماس هوا با آب صورت می‌گیرد؛ متداول‌ترین گونه‌های برج خنک‌کننده بر اساس مکانیزم‌های جابه‌جایی طبیعی و جابه‌جایی اجباری تقسیم‌بندی می‌شوند.

انواع برج خنک کننده

برج خنک کننده مرطوب مدار باز   :

برج خنک کننده مرطوب حرارت تلف شده به وسیله دستگاه را به وسیله مکانیزمهای زیر به محیط می دهند:

 .1بوسیله افزایش حرارت هوای اطراف

 .2بوسیله تبخیر بخشی ازآب در حال گردش در سیستم

 .3بوسیله افزایش دمای مخزن طبیعی آب جمع آوری سرد شده

برج خنک کنندهیک سیستم توزیع و پخش آب گرم دارند که آب را بصورت یکنواخت روی یک شبکه کاری مشبک از تخته های افقی نزدیک به هم می باشد که این شبکه ها آکنه نامیده می شوند .

آکنه ها آب سرازیر شده از بالای برج خنک کننده را با هوایی که از میان آنها حرکت می کند کاملاً مخلوط کرده بطوریکه آب بصورت یک قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر توسط نیروی ثقل خود می ریزد . هوای بیرونی از طریق منافذی که بصورت میله های افقی در اطراف برج قرار دارند وارد می شوند .

این میله ها بمنظور نگهداری آب در داخل خود بطرف پائین مایل هستند . در اثر اختلاط آب و هوا ، انتقال حرارت و انتقال جرم اتفاق افتاده و در نتیجه آب سرد می گردد . آب سرد شده در حوضچه بتنی که در انتهای برج قرار دارد جمع آوری شده و سپس بطرف کندانسور پمپ می شود . اکنون هوای مرطوب و گرم از بالای برج خارج می گردد . برجهای خنک کننده مرطوب بصورت برجهای خنک کننده با کشش طبیعی و برج خنک کننده با کشش مکانیکی دسته بندی می شوند .

2-برج خنک کننده خشک مدار بسته:

در مکانهای که آب کافی برای برج خنک کنندهمرطوب وجود ندارد ، می بایست از اتلاف بر اثر تبخیر حداکثر جلوگیری بعمل آورد ، از این نوع برج استفاده می شود .در برجهای خنک کننده خشک ، آب در حال گردش از میان لوله های پره دار عبور کرده بطوریکه هوای سرد از روی آنها عبور می کند .بنابراین حرارت آب در حال گردش از طریق لوله ها خارج شده و جذب هوای سرد می گردد.

برج خنک کننده خشک می توانند با کشش طبیعی و یا با کشش مکانیکی عمل نمایند .یک افشانک هوا که با بخار کار می کند با خارج کردن هوا و سایر گازهای غیر قابل تراکم به برقراری خلا کمک می کند.برای جلوگیری از نشت هوا به داخل دستگاه پمپ گرادیان اصلی فشار در داخل برج را مثبت نگه می دارد ممکن است قسمتی ازکار پمپ توسط توربین هیدرولیک بازیابی گردد . این عمل پس از خروج آب از برج در مسیر آب فشانه های جتی انجام می گیرد .

فشار متراکم و درجه حرارتهایی که یک برج خنک کننده خشک بکار می برد بطور قابل ملاحظه ای بیشتر از برج مرطوب است . برای دستیابی به فشار بیشتر ، مساحت کوچکتری برای فضای بین دو تیغه آخرین مرحله در بوربین با فشار کم ضروری است . در یک برج خنک کنندهخشک  با کشش طبیعی ، شناوری هوای گرم شده باعث جریان یافتن هوا در سرتاسر سطوح مولد حرارتی می گردد که برای انتقال حرارت آب داغ به جریان هوا ضروری است .

همچنین می توان جریان هوا را با ایجاد کشش القائی یک بادبزن افزایش داد . کشش مکانیکی استفاده شده از یک بادبزن ابعاد برج را تقلیل داده ولی باعث اتلاف انرژی بیشتری در دستگاه می گردد .

برج خنک کنندهخشک فقط باعث اضافه شدن انتالپی به هوا می گردد . در نتیجه مشکلاتی از قبیل یخ زدگی که در برج خنک کنندهمرطوب در شرایط خاص جوی با آن مواجه است، ایجاد نمی شود

3.برج خنک کننده خشک-مرطوب یا هیبریدی :

با توضیحاتی که در مورد دو نوع برج قبلی داده شد مشخص می شود که برج مرطوب همیشه مقداری آب بصورت تبخیر ، مکش توسط هوا و نشتی مصرف می کنند. همچنین این برج دچار مشکل پراکندن ذرات آب هست . برج خنک کننده خشک مشکلی بر کارکرد نیروگاه بخصوص در موقع گرم شدن هوای محیط تحمیل می کند . در چنین مواردی برای کاهش عوارض حاصل از دو نوع برج ذکر شده از برجهای خنک کننده خشک-مرطوب استفاده می شود .

-همانطوری که از نام این نوع برج خنک کننده (کولینگ تاور) استنباط می شود یک برج خنک کننده خشکمرطوب بوسیله ترکیبی از برجهای خشک و مرطوب  عمل می کند . این سیستم دارای دو مسیر هوای موازی و دو مسیر آب سری می باشد . قسمت بالای برج قسمت خشک می باشد که شامل لوله های پره دار است و قسمت پائین برج دارای آکنه ها است قسمت مرطوب است .

-آب گرم پروسس از قسمت فوقانی برج وارد لوله های پره دار شده و ضمن عبور ماپیچ از لوله ها قسمت خشک را ترک کرده و تحت اثر نیروی جاذبه از میان آکنه ها در قسمت مرطوب به حوضچه آب سرد می ریزد . هوای محیط بصورت دو جریان از میان قسمتهای خشک ومرطوب کشیده می شود .این دو جریان بهم پیوسته و قبل از ترک برج در داخل آن مخلئط می شود . چون اولین جریان بصورت خشک گرم شده و حتی خشک تر از هوای محیط می گردد . در حالیکه جریان دوم بطور معمول اشباع است ، بنابراین مخلوط هوای که برج را ترک می کند زیر اشباع است .

پارامتر مهم در طراحی برج خنک کنندهنده

1.دمای حباب مرطوب

پایین ترین دمایی است که با تبخیر آب در هوا می توان آن را خنک کرد، این حالت زمانی اتفاق می افتد که هوا به حالت 100 درصد اشباع از رطوبت برسد. در برج های خنک کننده، این پارامتر بیانگر یک حالت تعادلی است.

در واقع دانستن این دما در یک محیط جغرافیایی به ما می گوید که با استفاده از این مکانیزم خنک سازی،

در نهایت به این مقدار دما می توان رسید.

2.دبی آب

طبیعی است که هرچه مقدار آبی که می خواهیم خنک کنیم بیشتر باشد،باید از برج بزرگتری برای این کار استفاده کنیم.

3.دمای Approach

عبارت است از اختلاف دمای هوای خروجی و دمای حباب مرطوب که هرچه کمتر باشد،ظرفیت بالاتری از برج های خنک کننده نیاز است.چون کم بودن این پارامتر بیانگر نزدیکتر شده به دمای حباب مرطوب است.

4.دمای Range

به اختلاف دمای هوای ورودی و خروجی Range می گویند.هرچه میزان این پارامتر بیشتر باشد طبیعی است که به برج بزرگتری نیاز داریم.

5.آب جبرانی در برج خنک کننده(Make Up)

در برج خنک کنندهگرمای فرایند از طریق تبخیر مقداری آب صورت می گیرد.هم چنین مقداری آب نیز توسط هوا به بیرون می رود که به این پدیده همراه بری آب می گویند.از این رو مقدار مواد معدنی در آب به تدریج و با گذشت زمان افزایش می یابد،که این موضوع پدیده نامطلوبی است.برای حل این مشکل همواره مقداری آب تحت عنوان آب جبرانی یا Make Up به برج وارد می شود که دبی این جریان از نوشتن موازنه جرم برای آب موجود در برج به سادگی به دست می آید.