جزا مهم برج خنک کن‌ها عبارتند از:
۱- فن(پنکه)
فن‌ها نقش مهمی در خنک سازی دارند و از نوع فن محوری یا سانتریفیوژ می‌باشند.
۲- پکینگ ها
برای افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب و هوا در داخل برج خنک کن از پکینگ‌ها استفاده میگردد که با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب، در خنک سازی جریان آب نقش موثری دارند. پکینگ‌ها بصورت شبکه‌ای بوده و در دو نوع غشایی(Film Packing) و اسپلاش (Splash Packing)در برج خنک کن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۳- حوضچه یا باسین
در قسمت زیرین برج خنک کن قرار دارد و آب خنک شده در آن جمع آوری شده و به سمت سیستم‌های سردسازی هدایت میشود.
۴- قطره گیرها
تیغه‌های قطره گیر برای جلوگیری از پخش ذرات آب و ممانعت از خروج آنها به محیط بیرون از برج خنک کن بکار می‌روند.
جنس ساختاری
برج خنک کن‌ها معمولاً به سه صورت فلزی، فایبر گلاسی و بتنی ساخته می‌شوند.
دسته بندی
برج خنک کن‌ها را با توجه به موارد زیر می‌توان دسته بندی کرد. البته باید توجه داشت که یک برج خنک کن می‌تواند ترکیبی از هر کدام از دسته‌های زیر باشد و این دسته بندی صرفاً برای نشان دادن وضعیت عملکرد برج خنک کن‌ها در حالات زیر می‌باشد:
۱-نیروی محرک جریان هوا
برج خنک کن‌ها از لحاظ اینکه نیروی جریان دهنده هوای طبیعی یا مکانیکی باشد به دو دسته تقسیم می‌شوند.
برج خنک‌کن فن‌دار(مکانیکی)
در برجهای فن‌دار یک یا چند فن وظیفه به جریان در آوردن هوا را در داخل برج خنک کن دارند . در این نوع تا زمانی که فن روشن است جریان هوا بین محیط داخل برج و بیرون برقرار است همچنین نسبت به برجهای بدون فن فضای کمتری را اشغال میکنند.اما مهمترین عیب این نوع صدا و لرزشی است که فن یا فن‌ها ایجاد میکنند.
برج خنک کن بدون فن (طبیعی)
در برجهای بدون فن جریان هوا بصورت طبیعی ما بین برج و محیط بیرون جابجا میشود . از جمله مزایا این دسته می‌توان به مصرف کمتر انرژی الکتریکی، صدای کم، قطعات متحرک کمتر و عدم پاشیدن آب به فضای اطراف و از معایب آن می‌توان به راندمان پایین تر و هزینه بیشتر جهت ساخت آن، اشاره کرد.
۲-مکانیسم انتقال حرارت
از نظر شیوه‌های انتقال حرارتی به سه دسته تقسیم می‌شوند.
برج خنک کن مرطوب
در برج خنک کن‌های مرطوب (Wet-Cooling Tower) آب گرم از بالای برج با عبور از پکینگ‌ها و برخورد با جریان هوای تازه که از محیط بیرون توسط فن و یا بصورت طبیعی وارد برج میشود ضمن تبادل حرارتی و خنک شدن در پایین برج ته نشین میشود. مهمترین عیب این سیستم پاشیدن ذرات آب به اطرف و همچنین تبخیر بیش از حد آب می‌باشد.
برج خنک کن خشک
در مناطقی که بعلت عدم وجود آب کافی باید از اتلاف آب و تبخیر بیشتر جلوگیری نمود از برج خنک کن‌های خشک HLLER (هِلِر)((Dry-Cooling Tower استفاده میشود. در این دسته، آب گرم، بجای عبور از پکینگ‌ها از لوله‌های پره دار که با هوای سرد در تماس می‌باشند عبور کرده و خنک میگردد. از معایب این سیستم کاهش راندمان با افزایش دمای محیط اطراف می‌باشد.
برج خنک کن خشک-مرطوب
این نوع، ترکیبی از برج خنک کن‌های خشک و مرطوب بوده و برای کاهش عوارض و معایب دو سیستم فوق بکار می‌رود. برج خنک کن‌های خشک-مرطوب(Dry-Wet Cooling Tower) دارای دو مسیر هوا بصورت موازی و دو مسیرآب بصورت سری می‌باشند. آب گرم ابتدا وارد لوله‌های پره دار و سپس وارد پکینگ‌ها میشود و در طول این مسیر با هوای سرد تبادل حرارتی داشته و آب سرد در پایین برج جمع میگردد.
۳-نحوه برخورد جریان‌های آب و هوا
برج خنک کن‌ها بر مبنای جهت برخورد جریان‌های آب گرم با هوای سرد به دو دسته تقسیم می‌شوند .
برج خنک کن با جریان هوای متقاطع
دراین حالت هوایی که از محیط بیرون وارد برج میشود بصورت متقاطع با جریان آب برخورد میکند .
برج خنک کن با جریان هوای مخالف
در این حالت جریان هوا بصورت مخالف با جریان آب برخورد میکند.
اساس کار
اساس کار تمام برج خنک کن‌ها بر مبنای ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب گرم و هوای سرد و در نتیجه تبادل حرارتی بین این دو می‌باشد. عموماً در برج خنک کن‌ها آب گرم توسط لوله‌هایی به بالای برج منتقل شده و در آنجا یا بصورت طبیعی و یا با آبفشانهایی به سمت پایین برج به جریان می‌افتد که در طول این مسیر با توجه به نوع برج به شیوه‌های مختلف با جریان هوای سرد برخورد میکند.
محل نصب
محل نصب برج خنک کن باید بگونه‌ای باشد که مانعی در اطراف آن برای ورود جریان هوای تازه به داخل برج وجود نداشته باشد همچنین در صورت استفاده از چندین برج در کنار هم باید تدبیری اندیشه شود که هوای گرم خروجی از برجها مستقیماً وارد همدیگر نشده تا باعث کاهش راندمان و عدم کارایی برج شوند.
اگر بتوان برج خنک کن را در فضای باز با جریان هوای آزاد قرار داد در حصول یک بازده مناسب از برج مشکلی وجود نخواهد داشت اما چنانچه قرار باشد برج در داخل ساختمان و محصور بین دیوارها نصب شود موارد زیر بایستی مورد توجه قرار گیرد:
۱- باید فضای کافی و بدون مانع مزاحم در اطراف برج وجود داشته باشد تا هوای لازم به برج برسد
۲- هوای گرم خروجی از برج باید به گونه‌ای تخلیه شود که امکان بازگشت و گردش مجدد آن به برج وجود نداشته باشد زیرا گردش مجدد چنین هوایی در برج دمای مرطوب هوای ورودی به برج را افزایش می‌دهد و باعث گرم ماندن آب در خروج از برج میشود
گردش مجدد هوا به داخل برج هنگامی مورد توجه قرار می‌گیرد که چند برج در مجاورت هم باشند
تعیین محل نصب برج به عوامل دیگری هم بستگی دارد از قبیل استحکام محل نصب، تجهیزات اضافی برای تقویت آن، هزینه فراهم کردن تجهیزات اضافی برای برج و مسائل مربوط به معماری ساختمان و …
مشکلات برج خنک کن‌ها
عمده‌ترین مشکلات بوجود آمده برای یک برج خنک کن عبارتند: خوردگی قطعات داخلی برج، رشد جلبک‌ها و باکتری‌های بیولوژیکی و همچنین تشکیل رسوب در قسمت‌های مختلف برج.
برج خنک کن دستگاهی جهت خنک کردن آب در گردش می باشد. اساس کار تمام برج خنک کن ها بر مبنای ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب گرم و هوای سرد و در نتیجه تبادل حرارتی بین این دو می باشد. عموماً در برج خنک کن ها آب گرم خروجی از سیستم توسط لوله هایی از بالای برج وارد شده و در آنجا به صورت طبیعی یا با آب فشان هایی به سمت پایین برج به جریان می افتد که در طول این مسیر با توجه به نوع برج به شیوه های مختلف با جریان هوای سرد برخورد میکند.
برجهای خنک کننده از لحاظ مکانیزم انتقال حرارت به دو گروه برجهای مرطوب (مدار باز) و برجهای خشک(مداربسته)تقسیم می شوند.
مقایسه برج های خنک کننده مدار بسته نسبت به برج های خنک کننده مدار باز
۱- مقدمه
برجهای خنک کننده مدار بسته عموما در فرایندهای صنعتی و سیستم های تهویه به عنوان ابزاری جهت انتقال حرارت به محیط استفاده می شوند. مکانیزم اصلی انتقال حرارت در این برجها انتقال جرم و حرارت در فرایندهای تبخیر آب و انتقال حرارت محسوس از آب به هوا است. در برجهای مدار بسته بر خلاف برجهای مدار باز آب و بر حسب مورد سیالات دیگری که بایستی خنک شوند در یک مدار بسته وارد برج خنک کننده شده و پس از عبور از درون مجموعه ای از لوله ها و خنک شدن بدون تماس مستقیم با هوای محیط و اتمسفر از طریق مسیر برگشت باز میگردند. در این برجها از مدار دیگری که به آن مدار باز برج مدار بسته گفته میشود آب بصورت دائم و بصورت کاملاً مجزا از آب و بدون اختلاط با آن بر روی کویلها ریخته شده و بر اثر تبخیر سطحی روی کویلها در اثر جریان هوا, لوله ها از بیرون سرد شده و بصورت هدایتی گرمای آب درون مدار بسته را به خارج لوله انتقال میدهند. این فرایند باعث میگردد که دمای آب گرم ورودی به مدار بسته در حین طی مسیر سرد شده و با دمائی پائینتر به سیستم برگردانده شود.
در برجهای مدار بسته، هوای وارد شده از قسمت پایین برج از روی لوله های حاوی سیال گرم که به صورت ردیفی قرار گرفته اند عبور می کند. با عبور هوا از روی سطح خارجی لوله ها و با پاشش آب مدار باز روی لوله ها تبخیر از سطح لوله انجام می گیرد. این امر باعث خنک شدن سیال گرم درون لوله ها می شود.
برجهای خنک کننده مدار باز یا همان برجهای خنک کننده تر به دستگاههائی اطلاق میگردد که در محدوده ای بالاتر از دمای مرطوب هوا، آب را از یک دمای بالا تا دمایی پایینتر خنک میکنند. بطور مثال در حالیکه دمای مرطوب هوای محیط ۲۵ است، آب بادمای ۴۰ وارد برج خنک کننده شده و با دمای ۳۰ از آن خارج میگردد. در این فرایند به کمک جریان هوا , آب بر اثر تبخیر خنک میشود. با توجه به اینکه آب و هوا در تماس مستقیم هستند و آبی که بایستی خنک شود در یک مدار باز به اتمسفر کار میکند به این برجها برجهای مدار باز میگویند. تصاویر زیر بصورت مقایسه ای دو نوع برج خنک کننده ذکر شده در بالا را بصورت شماتیک نشان میدهند.
۱-۱- موارد استفاده برجهای مدار بسته در صنعت
معمولاً از این برجها در زمانی که بخواهند سیال خاصی را خنک کنند و یا کیفیت آب در گردش بسیار مهم باشد و بخواهند که کیفیت آب را ثابت نگهدارند استفاده میکنند. قالباً شرایط بشکلی است که دستگاهی که بوسیله این نوع برج خنک می شود بسیار دقیق و یا بسیار گران قیمت می باشد, گاهاً نیز بخاطر اینکه تعمیرات آتی(بطور مثال رسوب زدائی) بسیار زمانبر و پرهزینه بوده و باعث صدمه به دستگاه و توقف خط تولید میگردد و یا باعث کاهش کیفی یا کمی خروجی ماشین آلات میگردد از این دستگاه استفاده میشود.
عمده صنایعی که از این برجها تا کنون استفاده نموده و یا این برجها در صنایع مورد اشاره مورد مصرف دارند عبارتند از:
۱- صنایع شیشه و بلورسازی
۲- صنایع نورد فولاد و ریخته گری دقیق
۳- صنایع شیمیائی و فرآوری مواد
۴- صنایع خودرو سازی و قالبهای صنعتی
۵- صنایع پتروشیمی و نفتی
۶- صنایع انرژی هسته ای و فرآوری ایزوتوپ
۷- نیروگاهها و پستهای تبدیل و ترانسفورماتورها
۸- صنایع لوله و پروفیل فلزی
۹- ماشین آلات جوش و دستگاههای قوس و القا
۱۰- صنایع ریسندگی و بافت و تولید الیاف مصنوعی
۱۱- صنایع نظامی و تولید جنگ افزار و مهمات
۱۲- صنایع الکتریک و الکترونیک
۱۳- صنایع پلاستیک و پلیمر
۱۴- صنایع داروئی و پزشکی
۱۵- صنایع غذائی ، تبدیلی و سردخانه ها
۱۶- صنایع هوا فضا
۱۷- پژوهشگاهها و آزمایشگاهها
