اجزای اصلی برج خنک کننده و نحوه عمل کرد

اجزاء اصلی یک برج خنک کن عبارتند از:

بدنه و پوسته(frame&casing):
اغلب برج ها در ساختار خود بدنه ای دارند که آنها را محافظت می کند و موتورها، فن ها و دیگر اجزاء را پوشش می دهد. در طرح های کوچک تر مانند بعضی واحدهای فایبرگلاس پوسته و بدنه یکی هستند.

پخش کننده(fill):
بیشتر برج ها سینی هایی دارند(از چوب یا پلاستیک ساخته شده) تا از طریق افزایش سطح تماس بین آب و هوا انتقال حرارت را تسهیل کند.

حوضچه آب خنک(cold water basin):
حوضچه آب خنک در پایین برج قرار دارد آب خنکی که از پخش کننده ها فرود می آید را جمع آوری می کند. حوضچه اغلب یک چاهک برای تخلیه آب خنک دارد. در بیشتر برج ها حوضچه آب خنک در زیر تمام سینی ها قرار دارد.

قطره برگردانها(drift eliminator):
آنها قطرات آب موجود در بخار را به تله می اندازند تا وارد اتمسفر نشوند.

ورودی هوا(air inlet):
دریچه ای برای ورود هوا به برج وجود دارد. ورودی هوا ممکن است در طرح های متقاطع در اطراف بالا قرار داشته باشد یا مثل طرح های متقابل در کف یا قسمت پایین برج قرار گیرد.

کرکره ها(louvers):
معمولا برج های با جریان متقاطع دارای کرکره های ورودی هستند که وظیفه آنهاست که جریان هوا را به طوریکنواخت روی سینی ها پخش کند و آب را نگه دارند. بعضی طرح های با جریان متقابل کرکره لازم ندارند.

نازل ها(nozzles):
اینها آب را به صورت اسپری روی سینی ها می پاشند. توزیع یکنواخت آب روی سینی ها باعث می‌شود سطوح سینی ها به خوبی خیس شوند. نازل ها می توانند ثابت باشند و طرح های اسپری مربعی یا گرد داشته باشند یا قسمتی از یک جزء دوار باشند که در برج های با مقطع متقاطع دیده می‌شود.

فن ها(fans):
هم فن های جریان محوری و هم فن های سانتریفیوژ در برج های خنک کن استفاده می‌شوند. معمولا در برج های با جریان هوای دمیده شده از فن های محوری و در برج های با جریان هوای مکیده شده از هردو نوع فن های محوری و شعاعی استفاده می‌شود.

نحوه عملکرد برج خنک کننده:

برج های خنک کن در ظرفیت های از 10 گالن بر دقیقه تا 250000 گالن در دقیقه و بزرگتر ساخته می‌شوند. برج خنک کن در واقع مبدل حرارتی است تا هوا و آب در آن به طور مستقیم تماس پیدا می کنند و حرارت را با یکدیگر تبادل می نمایند . مراحل کار برج خنک کن روی چارت سایکرومتریک نشان داده شده است . مقدار حرارتی که آب از دست می دهد برابر مقدار حرارتی است که هوا می گیرد. لذا مقدار حرارتی که هوا می گیرد:
Q = G (h2-h1)
که در آن مقدار حرارت جذب شده توسط هوا Q1= btu / min (kcal / min )
ساختار برج خنک کن
وزن مقدار جریان هوای خشک G = Ib/min (kg/min)
انتلاپی (حرارت کل) هوای ورودی بر اساس هوای خشک h1 = Btu/Ib (J/kg)
انتلاپی هوای خروجی h2=Btu/Ib (J/kg) بر اساس هواس سرد
و مقدار حرارتی که آب از دست می دهد : Q2=L(t1-t2)
که در آن :
مقدار حرارتی که آب از دست می دهد Q2 = Btu / hr (kal/min)
وزن مقدار آب ورودی به برج L = Ib/min
درجه حرارت آب داغ ورودی به برجt1=0F(0C)
درجه حرارت آب سرد خروجی از برج t2=0F(0C)
ولی مقدار وزنی آب خروجی کمتر از مقدار وزنی آب ورودی به برج است زیرا مقداری از آن تبخیر شده و جذب هوا می‌شود. (مقدار رطوبت هوا را افزایش می دهد ، معمولا به ازای هر تن برودت مقدار 1.6 تا 2 گالن در ساعت آب تبخیر می‌شود که باید توسط لوله بر کن تامین گردد ) .
این مقدار رطوبت برابر است با :
که در آن نسبت رطوبت هوای ورودی (kg/kg)هوای خشک H2 = Ib/Ib (وزن مقدار رطوبت به وزن هوای خشک )
نسبت رطوبت هوای خروجی از برج H1= Ib/Ib (kg/kg)
مقدار حرارتی که این رطوبت به هوا می دهد برابر است : Q3 = G(H2-H1(T2-32))
در نتیجه Q1 = Q2 + Q3
Gdh = Ld1 + GdH (t2-32)
قسمت دوم رابطه مقدار قابل ملاحظه ای نیست لذا رابطه بصورت زیر درمی آید: Gdh = Ldt
در واقع قسمت دوم رابطه Ldt نشان دهنده ظرفیت حرارتی برج خنک کن می باشد. همچنین راحت خواهد بود اگر مقدار آبی که از برج خنک کن عبود می کند با گالن در دقیقه مشخص می‌شود لذا :
Q = Ldh -> Q = F (t1-t2) * 8.33 * 60
=500 F(t1-t2)
که در آن مقدار حرارتی که هوای برج باید از آب Q = Btu / hr بگیرد
مقدار حجمی آب flow که از برج عبور می کند.
درجه حرارت آب ورودی به برج t1=0F(0C)
درجه حرارت آب خروجی از برج t2=0F(0C)
هر گالن آب 8.33 lb وزن دارد 8.33 = 0.998
هر سک ساعت 60 دقیقه می باشد
فاکتور دیگری در تعیین ظرفیت برج خنک کن مقدار هوایی است. که برج باید با توجه به شرایط هوای هر منطقه از خود عبور دهد.
بجای وزن هوا راحت تر است از حجم هوا در دقیقه در رابطه استفاده کرد و چون دانسیته هوا در هر شرایطی متفاوت است با توجه به رابطه وزن و حجم و وزن مخصوص m=pv داریم:
G = Gdh
60 = 60 pv (h2-h1) * Q = pv(h2-h1)
که در آن :
مقدار حرارتی که هوای برج باید از آب بگیرد Q=Btu/hr
مقدار هوایی که برج باید تامین کند V = Ft / min (m/min)
وزن مخصوص هوا که بطور مستقیم برابر است با 0.075 Ib/ft
آفتالپی هوای ورودی به برج h1(h2-h1) = Btu/Ib
انتالپی هوای خروجی از برج h2=Btu /Ib
دقیقه در هر ساعت = 60
لذا Q = 4.5 V (H2-H1)
انتالبی هوا را با داشتن درجه حرارت مطلوب هوا از روی چارت سایکرومتریک می توان تعیین کرد. در واقع خط انتالبی هر هوایی روی خط wb خود منطبق است.
برای سیستم هایی که در زمستان از مخلوط کردن هوای سرد و گرم استفاده می کنند و برای جلوگیری از یخ زدن برج هایی که در زمستان کار نمی کنند باید آب آنها تخلیه گردد و شیر تامین کسری آب نیز بسته شود. قطر لوله های رفت و برگشت از برج خنک کن به کندانسور چیلر باید بر اساس سرعت 5 تا 12 فوت در ثانیه تعیین شود.
چون آب در مدار بسته بین برج و کندانسور در جریان است و برج مقداری از آن تبخیر می‌گردد لذا سختی آن بالا می رود که می توان با تخلیه مداوم و جانشینی آب مقداری از سختی آب را کاهش داد ولی بهترین راه حل استفاده از سختی گیر می باشد که از رسوب املاح موجود در آب در جداره کندانسور و لوله های رفت و برگشت و نیز پره های برج خنک کن به مقدار قابل توجهی جلوگیری می نماید.