در حقیقت می توان این گونه به مسله نگاه کرد که بحث تبادل حرارت در صنایع گوناگون بمنظور دفع حرارت حاصله از فعالیت ماشین آلات صنعتی و همچنین سیستم های تهویه مطبوع و برج خنک کن چیلر امری مهم برای بسیاری از کارفرمایان تلقی می گردد. در پی رفع همین نیاز تولید کنندگان و مهندسین بسیاری اقدام به طراحی و تولید انواع کولینگ تاور نموده اند.
برج خنک کن (cooling tower) نوعی دستگاه مبدل حرارتی(heat exchanger) است که در داخل آن گرمای آب در تماس مستقیم با هوا، به اتمسفر انتقال می یابد. آب خنک کن مورد نیاز صنایع بعد از انجام ماموریت و گردش در مدار مربوطه به برج خنک کننده باز می‌گردد تا با تبادل حرارت سرد شود .اساس کار برج خنک کننده انتقال گرما از سیال به جو بر مبنای اصول اولیه فرآیند تبخیر است. در این انتقال حرارت و تبخیر آب در واقع حجم زیادی از آب خنک می‌شود تا برای ورود مجدد به تجهیزات صنعتی و سیستم های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار گیرد. برای اکثر مناطق ایران استفاده از برج خنک کننده مدار باز کاربرد دارد و می توان از سیستم تبخیری برای سرد کرد ن آب استفاده نمود.
کاربرد برج خنک کننده :
در حال یکی از تجهیزات بسیار کاربردی و مهم در راستای مدیریت حرارت ماشین آلات صنعتی و میزان مصرف انرژی الکتریکی و آب در بسیاری از صنایع ، برج خنک کننده می باشد. از برج خنک‌کننده در صنایعی مانند نیروگاه‌ها، پتروشیمی‌ها، پالایشگاه‌ها ، صنایع فرآوری موادغذایی، صنایع تزریق پلاستیک و لاستیک سازی و … استفاده می‌شود. متناسب با شرایط اقلیمی و جوی محل تاسیسات صنعتی، انواع مختلفی از برج خنک کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد که در ذیل به بررسی برخی از مدلهای برج خنک کننده می پردازیم. فضای بسیار زیادی از برج خنک‌کننده را به پرکن یا فیلینگ ( پکینگ فیلم ) اختصاص می دهند که بسته به نوع برج خنک کننده ( مکعبی باشد یا مدور ) در داخل برج چیده می شود. آبی که قرار است خنک شود، روی این پرکن‌ها اسپری می‌گردد. پرکن‌ها موجب افزایش سطح و زمان تماس بین هوا و آب می‌شوند.
برج خنک کننده غالبا بر مبنای نحوه‌ی عملکرد و کاربرد دسته‌بندی می‌گردند می گردند.
دسته‌بندی بر اساس جهت حرکت هوا و آب :
برج خنک کننده جریان متقاطع ( کراس فلو ) :
هوا و آب در برج خنک کننده جریان متقاطع به صورت عمود یا متقاطع (cross flow) با یکدیگر برخورد می کنند. جریان هوا از دیواره‌های عمودی وارد می‌گردد و با آب که از بالا در حال اسپری شدن است، تماس پیدا می‌کند. نیروی گرانش آب را به صورت یکپارچه و عمود بر جهت حرکت هوا به پایین می‌کشد. هوای متلاطم بعد از گذر از مسیر ریزش آب روی پرکننده‌ها وارد یک فضای خالی می‌گردد. حین این تماس دمای آب پایین می‌آید. هوا در حقیقت توسط فن‌های نصب شده به بیرون مکیده می‌شود. در برج خنک کننده جریان متقاطع دیگر نیاز به هدپمپ نمی باشد از اینرو هزینه کمتری جهت نصب و راه اندازی و بهره برداری آن صرف می شود و این یکی از مهمترین مزیتهای برج خنک کننده جریان متقاطع به شمار می رود. در کنار این مزیت می توان به نگهداری و تعمیر ساده و مصرف پایین انرژی نیز اشاره نمود. در برج خنک کننده جریان متقاطع به سبب زاویه برخورد آب با هوا، مقادیر بالایی از آب به زوایای نامناسب دریفت می شود. و هدررفت آب در این دسته از برجها بالاست، ضمنا احتمال ورود مواد زائد به قسمت پرکننده در این دسته از برجها بالاست. بیشترین کاربرد برج خنک کننده جریان متقاطع در انواع پتروشیمی ها و صنایع آلومینیوم و فشرده‌سازی هوا می باشد.
برج خنک کننده جریان مخالف (جریان ناهم‌جهت ) :
در برج خنک کننده جریان مخالف یا همان کانتر فلو ، جریان هوا دقیقا در خلاف جهت جریان آب وارد می‌گردد. هوا از پایین برج خنک کن نزدیک قسمت پکینگ ها وارد دستگاه و از بالا خارج می‌شود. آب از بالا بر روی پرکننده‌ها اسپری می‌شود و در تماس غیرهم‌جهت (counter current) بیشترین سطح و زمان تماس با هوا را تجربه می‌کند. هوا گرما را از آب می‌گیرد و توسط فن از بالا به بیرون پرتاب می‌شود. در برج خنک کننده کانتر فلو میزان تماس آب با هوا بالاست و پیرو آن تبادل حرارتی در آن بیشتر می باشد. در برج خنک کننده کانترفلو توزیع آب بسیار منظم صورت می گیرد. از معایب آن نیز می توان به تولید صدای زیاد به دلیل اسپری و ریزش آب و تعمیرات و نظافت سخت اشاره نمود. برج خنک کننده کانترفلو در پالایشگاه‌های نفتی و گازی، پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد.
دسته‌بندی برج خنک کننده بر اساس نوع مکش هوا
برج خنک کننده مکش طبیعی
برجهای خنک‌کننده با مکش طبیعی (Natural draft) که نام دیگر آنها برج خنک کننده بدون فن می باشد، گرمای اضافی سیستم را می‌گیرند و به اتمسفر تخلیه می‌کنند. در این فرایند آب گرم با کمک پمپ از ورودی آب گرم نزدیک به بالای برج وارد می‌شود. تعدادی نازل متصل به ورودی آب گرم، آب را درون برج اسپری می‌کنند. هم‌زمان هوا در جهت مخالف از پایین برج بصورت طبیعی و بدون کمک فن وارد می‌شود. آب در تماس با هوا شروع به تبخیر می‌کند. از آنجا که تبخیر فرایندی گرماگیر است، آب باقی‌مانده خنک می‌گردد. آب خنک شده در مخزن زیر برج جمع‌آوری و دوباره به فرایند بازگردانده می‌شود. دمای هوا به دلیل گرفتن گرما از آب در حال تبخیر بالا می‌رود. هر چه دما بالاتر رود چگالی هوا کمتر و در نتیجه میل به صعود بیشتر می‌شود. مشابه این پدیده را در بالا رفتن هوای گرم در خانه یا دود داغ در بخاری مشاهده می‌کنید. به همین دلیل مکشی طبیعی ایجاد می‌گردد که هوا را از پایین تا بالای برج می‌برد و آن را به بیرون پرتاب می‌کند.
برج خنک کننده جریان مکانیکی :
در این دسته از برجهای خنک کننده از فن محوری برای جابجایی هوا به داخل و خارج برج خنک کننده استفاده می گردد.
مشکلات داخلی برج خنک کننده :
برجهای خنک کننده همانند سایر تجهیزات نیازمند بازرسی و بررسی های دوره ای بصورت منظم می باشد. در داخل برج خنک کننده برخی از مشکلات دیگر به مرور زمان رخ خواهد داد . خوردگی قطعات داخلی برج، رشد جلبک‌ها و باکتری‌های بیولوژیکی و همچنین تشکیل رسوب در قسمت‌های مختلف برج عمده‌ترین مشکلات بوجود آمده برای یک کولینگ تاور هستند. در عین حال شرکتهای بسیار اقدام به تولید برج خنک کننده و قطعات برج خنک کن می کنند. از طریق مراجعه به وب سایتهای شرکتهای مذکور و برقراری تماس با کارشناسان فروش می توانید ابتدا انواع برج خنک کننده را از نظر کیفیت و قیمت مقایسه و بعد خرید مناسبی را داشته باشید.
