برج خنک کن یا کولینگ تاور

برج خنک کن یا کولینگ تاور در اصل وسایل خنک کردن آب می باشند و وسیله ای می باشد که گرمای تولید شده توسط کندانسور را به محیط آزاد منتقل میکند. آب گرم خروجی از کندانسور به بالای خنک کن پمپ میشود و از آنجا به تشتک برج میریزد . آب گرم شده برای خنک شدن به برج خنک کن بازمیگردد. آب در برج به گردش در می آید و از بالای برج به طرف پایین ریخته میشود . این آب در حین سقوط از درون پوشش های داخلی برج با هوا برخورد کرده و گرمای خود را به هوا می دهد.

نمای داخلی و نمایش جریان در سیستم برج خنک کننده

 برج خنک کن سیستم توزیع و پخش آبگرم دارند که آب را به صورت یکنواخت روی شبکه مشبک نزدیک به هم می پاشد. این شبکه ها آکنه یا پر کننده نامیده میشود. آکنه ها آب سرازیر شده از بالای برج را باهوایی که از میان آن حرکت می کند کاملا مخلوط کرده به طوری که آب به صورت یک قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر توسط نیروی ثقل خود میریزد . هرچند در این برج ها مقداری انتقال حرارت محسوس از آب به هوا وجود دارد ولی تقریبا اثر خنک کنندگی تماما از تبخیر قسمتی از آب اسپری شونده در برج حاصل میشود. بخار حاصل از فرایند تبخیر در برج توسط جریان هوایی که یک دمنده ایجاد میکند از برج خنک کن خارج می شود. با توجه به این که دماو رطوبت هوای از برج افزایش می یابد بدیهی است که میزان تاثیر برج حنک کن تا حد زیادی به درجه حرارت مرطوب هوای ورودی بستگی دارد و باکاهش آن افزایش می یابد و عوامل دیگری که عملکرد برج های خنک کن را تحت تاثیر قرار می دهند عبارت اند از :

 1. سطح و زمان تماس آب و هوا

 2.  سرعت هوای عبوری از برج

 3. جهت جریان هوا نسبت به سطح تماس آب ( هم سو و غیر هم سو)

 سطح تماس آب با هوا شامل :

 1. سطح آب در تشتک برج

 2. کلیه سطوح خیس شده در برج

 3. سطح کل قطرات آب پاشیده شده در برج می شود.

 از نظر تئوری پایین ترین دمای قابل حصول برای آب در برج خنک کن دمای مرطوب هوای ورودی می باشد که در آن شرایط هوای خروجیاز بخار آب  اشباع خواهد بود ولی اغلب دمای آب خروجی از برج 4 تا 5.5 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای مرطوب هوای ورودی می باشد. بنابراین هوای خروجی از برج همواره مقداری از حالت اشباع پایین تر خواهد بود.

 نکته: دمای مطوب هوای ورودی برج هر چه کمتر باشد راندمان برج افزایش می یابد بنابراین در مناطق مرطوب کندانسور آبی مقرون به صرفه نیست و از کندانسور هوایی استفاده میشود.

 نزدیکی approach  :  با اختلاف بین درجه حرارت آب خروجی از برج و  دمای مرطوب هوای وردی به برج خنک کن می باشد. هرقدر نزدیکی را بخواهیم کمتر کنیم ( دمای آب خروجی از برج را به  دمای تر محیط نزدیکتر کنیم ) باید برج خنک کن بزرگتر و یا پر کننده های بیشتری را انتخاب کنیم. در عمل می توان به نزدیکی حدود 5 درجه فارنهایت رسید ولی اکثر اوقات ، نزدیکی را برای موارد متعارف حدود 7 درجه فارنهایت انتخاب می کنند.

 دامنه range  : درجه حرارت آب در عبور از برج یعنی اختلاف بین درجات حرارت ورودی و خروجی آب دامنه برج نامیده می شود.

 محاسبه بار برج : بار یک برج خنک کن را می توان با اندازه گیری دبی آب برج و دمای آب و خروجی برج با استفاده از معادله زیر بدست آورد:

 بار برج kw  = دبی آب kg * 4.19 kj/kg * (دمای آب ورودی c – دمای آب خروجی  c )

 اجزای اصلی برج خنک کن عبارت اند از :

 بدنه و پوسته casing - frame : اغلب برج ها در ساختار خود بدنه ای دارند که آنها را محافظت می کند و موتورها ، فن ها و دیگر اجزا را پوشش می دهد.

 واسطه های انتقال حرارت Fill: درون هر کولینگ تاور واسطه انتقال حرارت وجود دارد که لاپرکن با آکنه نامیده میشود. مظیفه این قطعات فقط این است که قطرات آب را به ذرات ریز تر تبدیل کنند و سطح انتقال حرارت را افزایش دهند تا انتقال حرارت بین آب و هوای ورودی به سادگی انجام شود. بیشتر از چوب یا پلاستیک ساخته شده اند . آکنه ها باید طوری انتخاب شوند تا هم سطح تماس و هوا برای نسبت های بالای انتقال حرارت و انتقال جرم مناسب باشند و هم مقاومت کمتری در مقابل جریان هوا داشته باشند. آکنه ها باید محکم ، سبک و در برابر خوردگی و خراب شدن مقوام باشند. دو نوع آکنه که در برج خنک کن استفاده می شود عبارت اند از :

پر کننده ترشحی splash packing : در این نوع آکنه ها آب بر اثر برخورد با تیغه ها و پخش به صورت قطره قطره در آمده که در نتیجه ایجاد سطح وسیعی می نماید . از آنجایی که قطرات آب همواره پیوسته بوده و وزن سنگین دارند اینو نوع دسته بندی ممکن است در اثر جریان دائمی از هم گسیخته گردد.

پرکننده فیلمی  Film Packing : در این نوع آکنه ها سطح وسیع از آب در برج خنک کن اثر جریان آن در روی تیغه ها بوجود می آید و به طرق گوناگونی می توان چنین سطح وسیعی ایجاد کرد.

حوضچه آب خنک cold water basin : حوضچه آب خنک در پایین برج قرار دارد . آب خنکی که از پخش کننده ها فرود می آید را جمع آوری میکند . حوضچه اغلت یک چاهک برای تخلیه آب خنک دارد . در بیشتر برج ها حوضچه آب خنک در زیر تمام سینی ها قرار دارد.

 قطره برگردانها یا حذف کننده ها drift eliminator : آنها قطرات آب موجود در بخار را به تله می اندازند تا وراد اتمسفر نشوند . به این وسیله از خارج شدن قطرات آب به وسیله کشش هوا از برج جلوگیری می کند. تیغه ها معوملا طوری نصب می شوند که با سطح افق زاویه ای در حدود 45 درجه بسازد. جنس این طیغه ها از چوب ، فلز یا پلاستیک ممکن است ساخته شده باشد.

قطره گیر

ورودی هوا air inlet : دریچه ای برای ورود هوا به کولینگ تاور وجود دارد. ورودی هوا ممکن است در طرح های متقاطع در اطراف بالا قرار داشته باشد یا مثل طرح های متقابل در کف یا قسمت پایین برج قرار گیرد.

کرکره ها louvers` : معمولا برج های با جریان متقاطع دارای کرکره های ورودی هستند که وظیفه آنهاست که جریان هوا را به طور یکنواخت روی سینی ها پخش کند و آب را نگه دارند. بعضی طرح های با جریان متقابل کرکره لازم ندارند.

نازل ها nozzles: آب را به صورت اسپری روی سینی برج خنک کن می پاشد . توزیع یکنواخت آب روی سینی ها باعث می شود سطوح سینی ها به خوبی خیس شوند. نازل ها می توانند ثابت باشند و طرح های اسپری مربعی یا گرد داشته باشند یا قسمتی از یک جز دوار باشند که در برج های متقاطع دیده می شود.

فن ها  fans : روی بدنه برج سوار می شود و آبی را که از بالای برج توسط نازل ها روی صفحه پایینی پاشیده می شود خنک می کند. فن جریان محوری سانتریفیوژی در برج خنک کن استفاده می شود. معمولا در برج های با جریان هوای دمیده شده از فن محوری و در برج های با جریان هوای مکیده شده از هر دو نوع فن های محوری و سانتریفیوژی استفاده میشود.

فلز مربوط به پوشش موتور باید به پوشش موتور باید به منظور یافتن علامت خوردگی بررسی شود و پیچ هایی که موتور را به اسکلت اصلی متصل می کنند باید از نظر محکم بودن و سفتی مورد بررسی قرار گیرند. هنگام کار کردن فن به صدای آن با دقت گوش کنید تا صدای یاتاقان های فرسوده و برخورد پره های فن به پوشش محافظ را بشنوید.