کولینگ تاور (Cooling tower) یا برج خنک کننده نوعی سیستم دفع حرارت است، مبتنی بر فرآیند سرمایش تبخیری که جهت تولید آب خنک مورد نیاز در صنایع مختلفی از جمله نیروگاه های تولید برق، پتروشیمی ها، تولید مواد غذایی و همچنین برای تأمین آب خنک کاری لازم در چیلر آب خنک (چیلرهای تراکمی آبی) و چیلر جذبی نیز به کار می رود.
کولینگ تاورها انواع مختلفی دارند که در ادامه مقاله به طور جامع آن ها را بررسی می کنیم.
اساساً دفع حرارت از جریان آب داغ ورودی به برج خنک کننده، بواسطه تبخیر مقداری از جریان آب صورت می گیرد. به نحوی که پس از تماس ایجاد شده میان آب و جریان طبیعی یا اجباری هوا درون برج، بخشی از آب در گردش، تبخیر شده و به این ترتیب دمای آب باقی مانده کاهش می یابد. به عبارت ساده تر، گرمای آب داغ ورودی از طریق فرایند تبخیر به جریان هوای عبوری منتقل شده و این چنین ضمن پایین آمدن دمای آب، گرمای نهان هوا و در واقع دمای مرطوب آن به شدت افزایش می یابد.
بنابراین، میزان توانایی کولینگ تاور در کاهش دمای آب، بستگی به مقدار رطوبتی دارد که هوای ورودی به برج می تواند جذب کند. چنانکه کاهش دمای آب در برج خنک کننده تا نزدیک به 3 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای مرطوب هوای محیط، امکان پذیر خواهد بود.
به همین علت، عملکرد سیستم هایی مانند کولینگ تاور و کولر آبی که بر مبنای فرآیند سرمایش تبخیری کار می کنند، در محیطی با هوای مرطوب و شرجی، نمی تواند کارایی مناسبی داشته باشد.
برج خنک کننده از قسمت های مختلفی تشکیل شده است که مهم ترین آن ها عبارتند از:
فن: مکانیزمی جهت جابجایی اجباری هوا درون برج خنک کننده می باشد. یا از نوع محوری (مکنده) است که در بالای برج قرار می گیرد و یا از نوع سانتریفیوژ (دمنده) که در جلوی برج تعبیه می شود.
نازل های آب پاش: نازل هایی نصب شده در کلکتور آب ورودی به برج، که جریان آب داغ واردشده را بر روی پکینگ ها توزیع می کنند. اتمیزه شدن آب توسط نازل ها، علاوه بر پراکندگی بهتر آن روی سطوح پکینگ، منجر به کاهش فشار آب شده که دمای تبخیر آن را پایین می آورد. ضمن آنکه با تبدیل شدن آب به قطرات متعدد، سطح تماس میان آب و هوا نیز افزایش می یابد.
پکینگ: عاملی است جهت افزایش سطح تماس میان آب و هوا که منجر به تشدید فرایند تبخیر می شود. به طوری که پس از پاشش آب توسط نازل ها، آب به صورت لایه های نازک در سطوح پکینگ، کاملاً پخش شده و این چنین در تماس با هوای بیشتری قرار می گیرد. علاوه بر این، بواسطه به تله افتادن آب درون پکینگ، زمان بیشتری برای تبخیر آن به وجود خواهد آمد.
در واقع پکینگ در کولینگ تاور نوعی مبدل حرارتی به حساب می آید.
پورت آب جبرانی: متصل به شناوری است که با پایین آمدن سطح آب درون تشتک برج (ناشی از تبخیر و تخلیه آب) آب جبرانی را تغذیه می کند. اساس کار شناور متصل به این پروت دقیقا مشابه شناور در کولرهای آبی است. زمانی که سطح آب داخل تشتک کاهش می یابد، شناور به سمت پایین حرکت می کند و آب بیشتری به داخل کولینگ تاور وارد می شود و بالعکس، زمانی که سطح آب داخل تشتک افزایش می یابد، شناور بر اساس قانون شناوری پاسکال، به سمت بالا حرکت می کند و مسیر آب ورودی به داخل تشتک را محدود تر می کند. در واقع وظیفه شناور و پورت آب جبرانی این است که سطح آب داخل تشتک برج خنک کننده را در سطح بهینه ای حفظ کند.
پورت آب سر ریز: در صورت خرابی شناور و عمل نکردن آن هنگام پر شدن تشتک برج، از طریق این پورت، آب اضافی از تشتک سرریز می شود. چراکه در صورت تجمع بیش از حد برج و رسیدن سطح آب به پکینگ ها، عملکرد برج خنک کننده دچار اختلال می شود.
پورت آب تخلیه: با توجه به ارتباط مستقیم آب با هوا و در نتیجه کثیف شدن آن، آب آلوده شده از طریق این پورت تخلیه شده و بوسیله پورت آب جبرانی، آب تمیز جایگزین می شود. پورت آب تخلیه همواره در پایین ترین قسمت از تشتک کولینگ تاور نصب می شود.
پورت آب داغ ورودی: محل ورود آب داغ به برج خنک کننده می باشد. این آب داغ می تواند از خروجی کندانسور چیلر تراکمی آب خنک و یا خروجی کندانسور یک چیلر جذبی باشد که حامل گرمای جذب شده از داخل ساختمان هستند.
پورت آب سرد خروجی: محل خروج آب سرد از برج خنک کننده می باشد، در واقع آب سرد شده مجددا در دستگاه یا سیستم مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرد.
تفاوت کولینگ تاور با کندانسور؟
یکی از سؤالات رایج مشتریان این است که کولینگ تاورها یا برج خنک کننده مداربسته، عملکردی مشابه کندانسورهای تبخیری دارند، تفاوت اصلی آن ها کجاست؟!
اگرچه کولینگ تاورهای مدار بسته مانند کندانسورهای تبخیری از فرایند سرمایش تبخیری برای دفع حرارت استقاده می کنند، اما هیچ یک از کولینگ تاورهای مدار بسته، عمل چگالش گاز مبرد یا بخار آب را انجام نمی دهند؛ بلکه صرفاً دمای آب مایع را کاهش می دهند. بنابراین هدف از بکارگیری این دو دستگاه اساساً با یکدیگر متفاوت می باشد.
با توجه به تمیزی و خلوص بیشتر مبرد در مقایسه با آب، قطر لوله های کویل در کندانسورهای تبخیری که به منظور چگالش گاز مبرد استفاده می شوند، کمتر از کولینگ تاورهای مدار بسته می باشد.
کاربرد برج خنک کننده در صنعت امروز به چه شکل است؟
هر کارخانه بزرگ و کوچک امروزه نیاز مبرم به استفاده از تجهیزی با نام کولینگ تاور می باشد چرا که بواسطه آن می تواند گرمای اضافی تجهیزات خود را به بیرون انتقال دهد. کارخانجات قند، کارخانه رب، کارگاه های تزریق پلاستیک، شرکتهای فولاد و نیروگاه از مهمترین مصرف کنندگان این دستگاه حساب می شوند. لازم به ذکر است که هم اکنون کمتر صنعتی را می توان نام برد که از وجود برج خنک کن در مجموعه خود بهره نجسته باشد.
رشد و نموی صنعت تولید برج خنک کننده هم به واسطه همین موضوع پیشرفت چشمگیری داشته است. برجهای خنک کننده امروزه در محیط بیرون و در هوای آزاد قرار می گیرند و دلیل اصلی این موضوع هم نحوه کارکرد کولینگ تاور قلمداد می شود. یک برج خنک کننده با جذب هوای آزاد و ایجاد درصدی تبخیر موجب خنک کاری آب می شود که در ادامه به توضیح مفصل نحوه کارکرد ان خواهیم پرداخت.
منبع:برای مطالعه بیشتر راجع به برج خنک کننده به وبسایت ویرگول مراجعه کنید.