برج خنک کننده یا کولینگ تاور چیست؟

برج خنک کننده یا کولینگ تاور (cooling tower)، فضایی است شبیه به یک برج استوانه ای یا مکعبی که وظیفه دریافت گرما از سیال را به عهده دارد. وظیفه برج خنک کننده یا کولینگ تاور کاهش دمای آب یا هر سیالی است که ظرفیت گرمای ویژه بالایی دارد. به یکی از دو منظور تهویه مطبوع و یا گرفتن گرمای تجهیزات صنعتی کارخانجات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

پایین ترین دمایی که می توان بر اثر خنک کردن آب در برج خنک کن به آن رسید معادل دمای مرطوب هواست. در عمل این دما هرگز دست نیافتنی نیست. معمولا دمای نهایی آب حدود ۲۱ درجه سانتی گراد و بالاتر از دمای تر هوا در همان زمان است. در فصل تابستان بر اثر اتلاف ۰/۹٪ آب در گردش، معمولا ۱۸ درجه سانتی گراد سرمایش حاصل می شود.

انواع برج خنک کننده یا کولینگ تاور

برج های خنک کن یا کولینگ تاور را با توجه به عوامل مختلف تقسیم بندی می کنند. برج های خنک کن از نظر نحوه برخورد جریان آب و هوا به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

• جریان هوای متقاطع

در این حالت هوایی که از محیط بیرون وارد برج می‌شود به صورت متقاطع با جریان آب برخورد می‌کند. (نمایش در شکل زیر)

• جریان هوای مخالف

در این حالت جریان هوا به صورت مخالف با جریان آب برخورد می‌کند. (نمایش در شکل زیر)

اجزای برج خنک کننده یا کولینگ تاور

مهم ترین اجزای برج خنک کننده یا کولینگ تاور عبارتند از:

• فن

فن‌ها نقش مهمی در خنک سازی دارند و از نوع فن آکسیال یا فن سانتریفیوژ می‌باشند.

• پکینگ ها

برای افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب و هوا در داخل برج خنک کننده یا کولینگ تاور از پکینگ‌ها استفاده می‌گردد. این مهم باعث شده که با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب، در خنک سازی جریان آب نقش موثری داشته باشند. پکینگ ‌ها به صورت شبکه‌ای هستند. پکینگ ‌ها در دو نوع Film Packing (غشایی) و Splash Packing (اسپلش) در برج خنک کن‌ها  مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• حوضچه یا باسین

حوضچه در قسمت زیرین برج خنک کننده یا کولینگ تاور قرار دارد. آب خنک شده در آن جمع آوری شده و به سمت سیستم‌های سردسازی هدایت می‌شود.

• قطره گیرها

تیغه‌های قطره گیر برای جلوگیری از پخش ذرات آب و ممانعت از خروج آنها به محیط بیرون از برج خنک کننده یا کولینگ تاور بکار می‌روند.

انواع برج خنک کننده از نظر جنس بدنه

برج های خنک کن از نظر جنس بدنه نیز به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

• بدنه آهنی
• فایبرگلاس

درون برج خنک کننده یا کولینگ تاور که از بدنه آهنی ساخته می شود از بالا به پایین و در فواصل مساوی تعداد زیادی تخته به صورت افقی قرار می گیرد. توسط پمپ آب از کف برج به بالا منتقل شده و بر روی چوب ها پاشیده می شود. همزمان با ریزش آب از تخته های بالا بر روی تخته های پایینی مقداری از ذرات آب تبخیر می شود. درنتیجه امکان سرد شدن آب را فراهم می کنند.

در برج های خنک کن فایبرگلاس به جای تخته های چوبی از پکینگ های PVC استفاده می شود. این پکینگ ها با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب در خنک سازی جریان آب نقش مؤثری دارند. پکینگ ها به صورت شبکه ای ساخته می شوند و از عمر طولانی برخوردارند.

در صورت کاهش دمای هوای بیرون در فصل زمستان کندانسورهای آبی مشکل کاهش بیش از حد فشار روی مبرد قبل از شیر انبساط دارند. زمانی که درجه حرارت آب به 24 درجه سانتی گراد افت نماید، در اولین مرحله برای کاهش ظرفیت برج خنک کن و جبران افت فشار مایع مبرد، فن برج را خاموش می کنیم.

در مرحله دوم از طریق بای پاس کردن آب برج به وسیله شیرهای دوراهه و سه راهه شکل های زیر ظرفیت برج را کم می کنیم. در هر کدام از این روش ها درجه حرارت آب خروجی از برج توسط سنسور حس می شود. اگر دما به پایین تر از نقطه تنظیم (معمولا بین 15 تا 20 درجه سانتیگراد) برسد، شیر بای پاس عمل می نماید. تمام یا قسمتی از آب برج بای پاس می شود. تا فشار روی مبرد در کندانسور و قبل از شیر انبساط در حد قابل قبول ثابت بماند.

با توجه به بحث بای پاس نمودن برج، اگر احتمال یخ زدگی آب برج وجود داشته باشد از طریق المنت حرارتی یا تزریق بخار مانع از آن می شویم. شکل زیر شیر دو راهه کندانسور و ساختمان و طرز کار آن را نشان می دهد.