برج خنک کننده یکی از انواع مبدل‌های مورد استفاده در صنایع است که هدف استفاده از آن کاهش دمای آب مورد استفاده می باشد. برج خنک کننده مدل های مختلفی دارد، که یکی از مدل‌های آن برج خنک کننده هیبریدی است.
برج خنک کننده هیبریدی چیست؟
برج خنک کننده یکی از انواع مبدل های مورد استفاده در صنایع است که هدف استفاده از آن کاهش دمای آب مورد استفاده می باشد. برج خنک کننده مدل های مختلفی دارد، که یکی از مدل‌های آن برج خنک کننده هیبریدی است. برج خنک کننده بعضی از صنایع از سیکل و یا فرآیند به آب نیاز دارد که حرارت را به خود جذب کنند. برای آنکه در مصرف آب صرفه جویی شود، باید به شکلی حرارت اضافی آب دفع شود تا دمای آب پایین بیاید و دوباره مورد استفاده قرار بگیرد.
برای این کار از برج های خنک کننده یا کولینگ تاور استفاده می شود. کولینگ تاور دستگاهی است که آب را به کمک هوا، خنک می کند. از برج خنک کننده در سیستم های مختلفی مثل سیستم برودتی، تهویه مطبوع، پالایشگاه و در سیستم های فرایند غذایی، سیستم‌های شیمیایی، نیروگاه و … استفاده می شود. برج های خنک کننده در مدل ها و طراحی های مختلفی تولید می شوند. از نظر اندازه، کولینگ تاور می تواند از مدل های پشت بامی تا برج های غول پیکر نیروگاه ها متغیر باشد.
هدف استفاده از این وسیله، جذب حرارت اضافی آب به عنوان سیال خنک شونده توسط هوا به عنوان سیال خنک کننده است. هر برج خنک کننده ای دارای مکانیزم انتقال آب می باشد که توسط آن آب با حرارت بالا به داخل کولینگ تاور منتقل شده و در آنجا آب با افزایش سطح مقطع، در مجاورت جریان هوا قرار می‌گیرد. پس هوا از یک سمت به داخل برج وارد شده و حرارت آب را جذب کرده و از سمت دیگر خارج می کند. در نتیجه آن دمای آب کاهش پیدا کرده و آماده است تا مجدداً به سیکل کاری باز گردد.
برج های خنک کننده اجزای متفاوتی دارند که البته بستگی به نوعشان دارند. کولینگ تاورهای جریان اجباری دارای فن بوده تا به این وسیله جریان هوا برقرار شود. برج های خنک کننده مرطوب معمولاً دارای پکینگ می باشند که توسط آن، سطح انتقال حرارت افزایش پیدا می کند. کولینگ تاور‌ها را بر اساس مواردی از جمله شکل ظاهری، نوع جریان دو سیال، نوع جریان هوا و … دسته بندی کنیم.
برج خنک کننده را به سه دسته تقسیم بندی می کنیم:
·برج خنک کننده مرطوب
·برج خنک کننده خشک
·برج خنک کننده هیبریدی (ترکیبی)
برج خنک کننده هیبریدی
در یک کولینگ تاور هدف خنک کردن آب به وسیله جریان هواست. اما آب و هوا را، به عنوان سیالات خنک شونده و خنک کننده می توان به شکل های مختلفی در مجاورت هم قرار داد. در روش اول آب از بالای برج به روی پکینگ ها می ریزد و در به طور مستقیم در تماس با جریان هوا قرار می گیرد و بعد آب خنک شده در انتهای برج ته نشین می شود. این مدل کولینگ تاور که به برج خنک کننده مرطوب معروف است، ساختمان ساده تری و همین طور هزینه بسیار کمتری دارد.
مهمترین عیب آن تبخیر و هدر رفتن آب است. روش دوم به جای پکینگ از کویل استفاده می شود به این صورت که آب در لوله های آن جریان پیدا می کند و جریان هوای سرد از روی لوله ها عبور می کند، به این ترتیب آب و هوا در تماس مستقیم با یکدیگر نبوده و از اتلاف آب جلوگیری می شود. ایراد این نوع کولینگ تاور که به برج خنک کننده خشک معروف است، کاهش راندمان با افزایش دمای محیط می باشد. مدل دیگری از کولینگ تاور وجود دارد که به برج خنک کننده هیبریدی یا ترکیبی معروف است، که می تواند از هر دو روش خشک و مرطوب استفاده کند که این کار باعث می شود تاثیر مثبتی بر روی محیط زیست داشته باشد.
این برج ها باعث کاهش مصرف آب می شوند که همین امر سبب شده خروجی بخار کاهش یابد و در هوای سرد زمستانی مانع یخ زدگی و آلوده شدن محیط می شود. با حذف شدن بخار امکان انجماد در مناطق شهری , صنعتی که قابلیت انجاد دارند سودمند می باشد.
روش کار برج خنک کننده هیبریدی
روش کار برج خنک کننده هیبریدی به این صورت است که از دو راه می توان انجام داد که روش کارشان مقداری متفاوت است. اما اصول کلی آن، خنک شدن آب توسط هوا و آب است، به عبارتی خنک شدن آب هم از طریق روش خشک یعنی عبور از کویل و هم از طریق روش مرطوب یا تبخیری صورت می‌گیرد. در نوع اول برج خنک کننده هیبریدی ابتدا آب وارد کویل می شود.
کویل لوله هایی از جنس مس دارد که به صورت مارپیچی امتداد داشته و بر روی آن‌ها پره های آلومینیومی وجود دارد که نرخ انتقال حرارت را افزایش می دهند، به این پره ها فین می‌گویند. آب با طی کرن مسیر کویل، با هوایی که توسط فن جریان پیدا کرده است، بدون تماس مستقیم تبادل حرارت انجام می دهد. این قسمت همان برج خنک کننده خشک است. در ادامه آب خروجی از کویل، توسط افشانک ها اسپری شده و به روش مرطوب یا تبخیری حرارت آن کاهش می یابد.
سپس در انتهای برج که به حوضچه معروف است جمع می‌شود. در روش دیگر برج خنک کننده هیبریدی، آب در کل مسیر برج داخل لوله های کویل قرار دارد اما سیال خنک کننده هم هوا و هم آب خنک می باشد. به این شکل که بر روی لوله های کویل اول جریان هوا وجود دارد و در کویل دوم آب توسط نازل های مخصوص پاشیده می‌شود. به این ترتیب حرارت آب خنک شونده توسط هوا و آب خنک کننده جذب می‌شود.
اجزاء برج خنک کننده هیبریدی
برج خنک کننده هیبریدی از چند جزء تشکیل دهنده است:
·فن برای برقراری جریان هوا
·کویل برای ایجاد تبادل حرارت بدون تماس مستقیم
·نازل آب جهت اسپری کردن آب
·قطره گیر برای جلوگیری از خروج قطرات آب
·پوسته بیرونی
·حوضچه خنک کننده
·ماژول های مخلوط
کاربرد کولینگ تاور هیبریدی در صنایع
صنایع انرژی
صنعت پتروشیمی
صنایع شیمیایی
مهندس صنایع و متالوژی
صنعت پلاستیک و لاستیک
صنایع کاغذی
صنعت تولید (مواد غذایی, پلایش شکر)
مزایا و معایب برج خنک کننده هیبریدی
مزایا:
مهم ترین مزیت برج خنک کننده هیبریدی (ترکیبی)، کاهش مصرف آب است. که با کاهش مصرف آب، آلودگی آب هم کاهش پیدا می کند. همچنین راندمان این مدل برج خنک کننده بالاتر می رود.
معایب:
ایرادی که به برج خنک کننده هیبریدی می توان گرفت هزینه ی زیاد و همینطور ابعاد بزرگتر آن در مقایسه کولینگ تاور خشک و مرطوب است. از برج خنک کننده هیبریدی در انواع سیکل های نیروگاهی، پتروشیمی، متالوژی، تهویه مطبوع، سردخانه و … استفاده می‌شود.