برج خنک کننده جریان متقاطع یا برج خنک‌کن کراس‌فلو (Cross Flow Cooling Tower)
برج خنک کننده جریان متقاطع یا برج‌خنک‌کن کراس‌فلو (Cross Flow Cooling Tower) نوعی سیستم مدارباز جهت خنک نمودن آب محسوب میشود. برج خنک‌کن جریان متقاطع برای اولین بار توسط شرکت ابارا در ژاپن برای خنک‌کردن آب در مناطق شرجی ارائه گردید و به همین دلیل در صنایع برودتی تحت عنوان برج خنک کننده ابارا نیز شناخته میشود. در برج خنک کننده جریان متقاطع جریان آب از بالای برج به سمت پایین پاشیده شده و هوا از قسمت پایین توسط یک فن یا پروانه در جهت عمود بر جریان آب دهش یا مکش‌شده و در این ارتباط جریان آب در سطح عرضی کولینگ تاور خنک می‌گردد. نوع ساختار برج خنک کننده کراس فلو به شکل هندسی مستطیل می‌باشد و جریان هوا از دو طرف توسط لوور یا دریچه های ورودی سرتاسری به داخل کشیده میشود.
چرا برج خنک کننده جریان متقاطع؟
وظیفه دفع گرمای حاصل از تجهیزات‌صنعتی گرمازا را به عهده دارد و از آنجا که خود نوعی مولد سرمایش تبخیری محسوب میشود سبب افزایش رطوبت محیط می‌گردد و درنتیجه با افزایش رطوبت هوا ظرفیت‌برودتی کولینگ تاور نیز کاهش می‌یابد. باتوجه به مطالب ذکرشده، برج‌خنک‌کننده مخالف دستگاه مناسبی برای خنک‌کاری آب در مناطق مرطوب به حساب نمی‌آید. در این طور مناطق از چیلرها جهت خنک‌سازی آب در یک سیکل تراکمی یا جذبی استفاده می‌شد. به دلیل مشکلات متعدد از جمله هزینه‌بالای خرید چیلر و تعمیر و نگهداری سخت این تجهیز شرکت ابارا تصمیم به طراحی برج‌خنک‌کننده ابارا یا کراس فلو با سیستم گردش‌هوا به صورت متقاطع شد.
پس از تکمیل این طراحی در واقع هوای محیط‌های مرطوب که دارای رطوبت زیادی بودند در تمامی لایه‌ها به صورت یکنواخت در تماس با آب قرار می‌گرفت و راندمان برجهای خنک‌کن با تغییر نوع گردش هوای ورودی بسیار افزایش پیدا کرد. به بیانی علمی‌تر و واضح‌تر برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع سبب تماس هوای‌تازه در تمامی سطوح و لایه‌های پکینگ با جریان‌آب میشود و دیگر همانند برج‌خنک‌کننده جریان‌مخالف هوا خاصیت رطوبت‌گیری خود را در لایه‌های بالاتر از دست نخواهد داد. یکی از لوازم پر مصرف که برای بالا بردن راندمان برج های خنک کننده استفاده می شود، پکینگ ها می باشند. برای خرید پکینگ برج خنک کننده و کسب اطلاعات بیشتربه سایت ما مراجعه نمایید.
نحوه کارکرد برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس‌فلو
برج‌خنک‌کننده کراس‌فلو همانطور که از نام آن مشخص است با ورود جریان هوا به صورت عرضی در سراسر سطوح خنک‌کننده(پکینگ ها) سبب برخورد هوا و آب به صورت عمودی و درنتیجه کاهش دمای آب میشود. به دلیل ورود هوا به صورت عرضی در تمامی لایه‌های پکینگ‌مدیا هوای‌تازه در ارتباط با آب قرار خواهدگرفت و از این رو اگر هوای‌تازه ورودی به برج‌خنک‌کن دارای رطوبت بالایی باشد قابلیت خوبی است که برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع از هوای تازه بهترین استفاده را می‌نماید.
درواقع به دلیل همین عملکرد ورودی جریان هوا از برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع بیشتر در مناطق با اقلیم رطوبتی و مرطوب (شرجی) استفاده میشود. ورودی هوا در برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع از دو طرف این دستگاه طراحی‌شده و به دلیل نحوه چگونگی ورود هوا این لوورهای مکش هوا به صورت سرتاسری در دو طرف برج‌خنک‌کاری تعبیه می‌گردد.
برای دریافت اطلاعات بیشتر می توانید به سایت دلتا کولینگ مراجعه نمایید. شرکت ما بزرگترین تولید کننده برج های خنک کننده در کشور می باشد.
مقایسه بین برج خنک کننده جریان متقاطع و جریان مخالف
- دارای ارتفاع کمتری در مقایسه با انواع کولینگ‌تاور جریان‌مخالف می‌باشد.
- نیازمند مساحت بیشتری جهت خنک‌سازی می‌باشد و آب در برج‌خنک‌کن جریان‌متقاطع در یک جریان سطحی خنک میشود تا در ریزش در لایه‌های مختلف(ارتفاع).
- نوع پکینگ یا سطوح خنک‌کن در برج خنک‌کننده جریان‌متقاطع از نوع شانه تخم‌مرغی می‌باشد ولی نوع پکینگ‌مدیا در برج خنک کننده جریان‌مخالف از نوع فیلمی یا آبشاری می‌باشد.
- افت فشار کمتری دارد(به دلیل ارتفاع کمتر) و این موضوع سبب کاهش توان مصرفی پمپ سیرکولاتور نسبت به انواع برج‌خنک‌کن جریان‌مخالف میشود.
- امکان ارسال در ظرفیت‌های بالا به صورت غیرترافیکی و مونتاژ درب کارخانه (به دلیل تولید به صورت مستطیلی)
- نوع نازلهای بکاررفته در برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع از نوع پروانه‌ای می‌باشد و درحالی که در کولینگ‌تاور کانترفلو از انواع نازلهای دایره‌پاش و نازل مربع‌پاش جهت پاشش آب استفاده میشود.
- ورودی آب از قسمت‌های بالا در دو طرف و تشتک‌های سوراخ داری صورت می‌پذیرد و همانند برجهای مدور و مکعبی دارای فلنچ ورودی و خروجی آب نمی‌باشد.
- دارای درب منهول(یا دریچه ورودی) در بخش پنل مرکزی به منظور عبور و مرور اپراتور در زمان‌های انجام امور بازدید، تعمیر و نگهداری می‌باشد.
- ارتفاع چیدمان سطوح خنک‌کننده یا پکینگ‌مدیا در کولینگ‌تاور جریان‌متقاطع خیلی بیشتر از جریان‌مخالف می‌باشد چرا که در طراحی این مدل برج‌خنک‌کاری حتی تا 5 لایه پکینگ با ارتفاع هر لایه 50 سانتی‌متر نیز استفاده میشود.
- برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع بیشتر در مناطقی با نسبت رطوبت بالا (هوای نزدیک به حالت اشباع) یا خیلی مرطوب مورد استفاده قرار می‌گیرد و برج‌خنک‌کن جریان‌مخالف بیشتر در مناطق خشک مورد کاربری واقع میشود.
- چیدمان پکینگ‌ها در برج‌خنک‌کن جریان‌متقاطع در نزدیکی دهانه‌ی لوورها یا دریچه‌های ورود هوا می‌باشد در صورتی که در برجهای خنک‌کننده جریان‌مخالف این سطوح تبادل حرارت در مرکز برج قرار می‌گیرد.
- جریان ورودی هوا در برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع از دو طرف وارد دستگاه میشود در صورتی که در کولینگ‌تاورهای مکعبی و مخروطی با جریان ناهمسو هوا از چهارطرف به داخل مکش می‌گردد.
مهمترین مزایای برج خنک کننده جریان متقاطع
- راندمان بالا در مناطق رطوبتی و کاهش دمای آب در تا دماهای پایین
- امکان تولید به صورت چندسلولی و کنترل مصرف انرژی(خاموش نمودن یک یا چندموتور در زمان بار کم)
- کاهش هزینه‌های حمل(هزینه‌های بارترافیکی و بزرگ) به دلیل ابعاد مستطیلی در ظرفیت‌های بالا
- امکان تولید به صورت یکپارچه در ظرفیت‌های بالا به دلیل استراکچر مستطیلی
- اشغال فضای کمتر نسبت به مدل مخروطی و اشغال ارتفاع کمتر نسبت به مدل مکعبی
- کاهش هزینه مونتاژ در محل در ظرفیت‌های بالا به دلیل امکان تولید به صورت مونتاژ درب کارخانه
- تعمیر و نگهداری آسان و دسترسی راحت به تمامی اجزای داخلی برج‌خنک‌کننده
اساسی ترین معایب برج خنک کننده جریان متقاطع
- راندمان بسیار ضعیف در مناطق خشک و گرم
- توزیع آب نامناسب در نازلهای پاشش آب
- اشغال فضای زیاد و جانمایی سخت و دشوار
- ایجاد افت فشار زیاد در هوا و افزایش توان مصرفی موتور
- رسوب و گرفتگی بیشتر نسب به برج‌خنک‌کن جریان‌مخالف
- یخ‌زدگی مدارآب چرخشی در زمستان
- پرتاب قطرات آب به سمت فن و تخریب سیستم هوادهی و هوارسانی در برج‌خنک‌کننده
روش‌های کنترل دمای آب در برج خنک کننده جریان متقاطع
روش اول) برای کنترل دمای آب خروجی از برج‌خنک‌کن کراس‌فلو راه‌های گوناگونی وجود دارد که ساده‌ترین آن استفاده از سنسور دما به علاوه ترموستات و درنتیجه روشن و خاموش‌کردن فن های کولینگ تاور می باشد. در این روش حسگر ترموستات دمای آب خروجی برج خنک کننده را سنجیده و در صورت کمتر بودن دمای آب سرد از دمای ایده آل مورد انتظار فرمان خاموش شدن فن یا پروانه را صادر می کند.
روش دوم) در برج های خنک کننده ای که دارای یک فن جریان محوری بزرگ هستند می توان با استفاده از یک کنترل‌کننده فرکانس (اینورتر) دور فن را کاهش یا افزایش دهیم و یا حتی می توان آن را خاموش یا روشن نمود. به منظور کنترل بهتر دمای خروجی آب در برج خنک کننده جریان متقاطع می توان از یک درایو دور متغیر یعنی اینورتر در مدارتابلوکنترل استفاده نمود که با کاهش فرکانس و دور خروجی موتور سبب کاهش دور فن یا پروانه و کاهش میزان هوادهی گردد. در این روش موتور دیگر به تعداد زیاد خاموش و روشن نمی گردد و با کاهش دور فن و موتور هم مصرف انرژی به شدت کاهش پیدا می کند و همچنین استهلاک قطعاتی همچون پروانه و موتور نیز به شدت کمتر خواهد شد.
نکته مهم و اساسی در بکارگیری سیستم کنترل دمای آب در برج خنک کننده جریان متقاطع
در برجهای خنک کننده جریان متقاطع با ظرفیت بالا که در طراحی آن ها از یک یا چند فن بزرگ استفاده می شود کنترل دمای آب از طریق خاموش روشن کردن موتور و فن می تواند مشکلاتنی را همچون افزایش سریع دمای آب و لزوم آغاز به کار فن در مدت زمان کوتاه است در این صورت مدت خاموشی فن کاهش یافته و دفعات راه اندازی آن بیشتر می شود. در این طور مواقع راه حل دوم یعنی استفاده از اینورتر جهت کنترل دور فن در برج خنک کن جریان متقاطع پیشنهاد می شود.
روش سوم) کنترل دبی آب با استفاده از شیر سه راهی با مسیرکنارگذر در ورودی آب برج خنک کننده جریان متقاطع است. در این روش بخشی از آب رفت به مدار برگشت وارد شده و موجب تعدیل دمای آب خروجی از برج خنک کننده می شود. استفاده از کنترل کننده دور برای پمپ های سیرکولاتور چرخش آب نیز از دیگر روش های کنترل دبی برج خنک کننده جریان متقاطع می باشد.
بررسی انواع برج خنک کننده
کولینگ تاور از نظر جریان هوا به دسته بندی زیر تقسیم می شوند:
- جریان طبیعی
- جریان مکانیکی
- جریان اجباری
- جریان القایی
- جریان مرکب
برج خنک کن چیست؟ برج خنک کننده دستگاهی است که گرمای بوجود آمده در فرآیند ها، ماشین ها و دستگاه های صنعتی را از آب در حال جریان دریافت و از طریق تبخیر آن را به اتمسفر انتقال می دهد و مجددا آب خنک را به سیستم برمیگرداند.
انواع برج خنک کننده : کولینگ تاور جریان طبیعی
یا اتمسفری فاقد پروانه است و از هیچ قطعه ای برای به جریان انداختن هوا استفاده نمی کند. آب در داخل این برج ها فقط اسپری می شود و هوا هم به صورت طبیعی جریان پیدا می کند، بسیار ارزان هستند و عملکرد مطمئن ندارند و در مقابل باد و شرایط آب و هوایی به شدت تأثیر پذیر هستند. در شکل بالا کولینگ تاور اتمسفریک ساده را مشاهده میفرمایید ، آب از طریق نازل ها توزیع می شود و همزمان هوا به صورت طبیعی در داخل برج به جریان می افتد.
برج خنک کننده جریان طبیعی
برج خنک کننده هذلولی از نوع جریان طبیعی می باشد که از جنس بتن ساخته می شود و دارای ابعاد و ارتفاع بسیار بلندی است. معمولا در نیروگاه ها و یا کارخانجاتی که به آب خنک فراوان احتیاج دارند استفاده می شود. جریان هوا در این برج ها به دلیل اختلاف فشار در ارتفاع بوجود می آید. ساخت این نوع برج خنک کننده بسیار پرهزینه می باشد ولی عملکرد بسیار مطمئن دارد و برای صنایع حساس به کار می رود.
کولینگ تاور جریان مکانیکی
از که از یک یا چند پروانه برای به جریان درآوردن هوا استفاده می نماید. این نوع دستگاه از عملکرد پایدار برخوردار است و کمتر تحت تأثیر باد و شرایط محیطی قرار می گیرد. در این نوع برج خنک کننده از فن به عنوان محرک جهت ایجاد جریان هوا استفاده می شود. در شکل زیر مشاهده می کنید که هوا به وسیله فن از دو طرف دستگاه وارد شده و به سمت بالا خارج می شود.
کولینگ تاور جریان اجباری
از نوع جریان مکانیکی می باشد، در این دستگاه پروانه یا پروانه ها در قسمت ورودی هوا به قرار دارند، سرعت ورود هوا بالا و سرعت خروج هوا پایین می باشد که موجب ایجاد ضعف در جلوگیری از گردش مجدد هوا می شود. پروانه این نوع برج خنک کننده ها معمولا از نوع سانتریفیوژ می باشد، فشار استاتیکی بالایی دارد ولی برق زیادی مصرف می کند و سر و صدای بالایی دارد. پروانه این برج به دلیل قرار گرفتن در مسیر ورود هوا در آب و هوای سرد در معرض یخ زدن قرار دارد.
کولینگ تاور جریان القایی
از نوع جریان مکانیکی می باشد، در این نوع دستگاه پروانه یا پروانه ها در قسمت خروجی هوا قرار دارند و سرعت خروج هوا در ناحیه فن سرعت بالاتری نسبت به ورود هوا در ناحیه ورود دارد. به دلیل قرار گرفتن پروانه در قسمت خروج هوای گرم امکان یخ زدن پروانه در فصول سرد وجود ندارد. در این نوع دستگاه گردش مجدد هوا به خودی خود به وجود نمی آید. بسیاری از مدل های برج خنک کننده کوچک از نوع القایی هستند که در یک سایز کوچک به کمک پروانه قابلیت کاهش دمای مقدار مشخصی از دبی آب را دارند.
کولینگ تاور جریان مرکب
از است که ظاهری شبیه کولینگ تاور جریان طبیعی دارد ولی ارتقاع آن معمولا کمتر است و درون آن از یک یا چندیدن پروانه برای به جریان انداختن هوا استفاده شده است. در این نوع دستگاه در فصول سرد ممکن است پروانه ها خاموش باشند و ممکن است در صورت نیاز و در بار شدید پروانه ها شروع به کار کنند. نوع دیگری از برج خنک کننده می باشد که در ترکیبی از دو برج خنک کننده خشک و مرطوب می باشد. در این برج خنک کننده ابتدا آب با دمای بسیار بالا وارد کوئل شده و به وسیله هوای جریان یافته در برج خنک می شود و سپس آب بروی سطوح انتقال حرارت پاشیده شده و مانند برج خنک کن معمولی خنک می شود.
تقسیم بندی کولینگ تاور بر اساس مسیر جریان آب و هوا نسبت به هم
تقسیم بندی دیگری وجود دارد که با توجه به مسیر هوا و آب نسبت به هم درون برج خنک کننده است. این تقسیم بندی به دو دسته است:
کولینگ تاور جریان مخالف
مسیر جریان آب در جهت مخالف مسیر جریان هوا می باشد. معمولا جریان آب از بالا به پایین و مسیر جریان هوا از پایین رو به بالا است. در شکل برج خنک کن جریان مخالف را مشاهده می فرمایید.
کولینگ تاور جریان متقاطع
مسیر جریان آب و مسیر جریان هوا متقاطع می باشد. معمولا جریان آب از بالا به پایین و مسیر جریان هوا به صورت افقی است. در شکل برج خنک کن جریان متقاطع را مشاهده می فرمایید.
تقسیم بندی کولینگ تاور بر اساس مدار آب
تقسیم بندی دیگری بر اساس مدار جریان آب در انواع برج خنک کننده وجود دارد. در این تقسیم بندی به دو دسته است:
کولینگ تاور مدار باز
برج خنک کننده مدار باز به همان برج خنک کن معمولی گفته میشود که آب در هنگام ورد به کولینگ تاور از لوله خارج شده و داخل دستگاه پاشیده می شود و با هوا در تماس است و به اصطلاح مدار باز است و کل مسیر آب داخل لوله نیست.
کولینگ تاور مدار بسته
در داخل کوئل به کار رفته است و آب سیستم از درون این کوئل ها عبور کرده و خنک می شود. تنها تفاوت در عملکرد برج خنک کننده مدار بسته نسبت برج خنک کننده معمولی ، جلوگیری از تبخیر و رسوب گرفتن در آب سیستم می باشد، به نحوی که آب سیستم با دلیل عبور از داخل کوئل با هوا در تماس نیست، تبخیر نمی شود و ناخالصی وارد آن نمی شود ولی در برج خنک کننده مدار بسته همزمان در مدار دیگری آب به روی کوئل ها می ریزد، این آب در مجاورت جریان هوای به وجود آمده به وسیله فن، از روی سطح کوئل ها تبخیر می شود، بنابراین کوئل ها را خنک می کند.
تقسیم بندی کولینگ تاور بر اساس جنس سازه
تقسیم بندی دیگری بر اساس جنس سازه کولینگ تاور وجود دارد. در این تقسیم بندی برج های خنک کننده به چهار دسته:
- برج خنک کننده فایبرگلاس
- برج خنک کننده گالوانیزه یا فلزی
- برج خنک کننده بتنی
- برج خنک کننده چوبی
تقسیم می گردند.