برج خنک کننده مدار بسته؛ کولینگ تاور هیبریدی

اساس کار برج خنک کننده 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 کننده آب گرم خروجی از سیستم توسط لوله‌هایی از بالای برج خنک کننده وارد شده و در آنجا به صورت طبیعی یا با آب فشان‌هایی به سمت پایین برج به جریان می‌افتد که در طول این مسیر با توجه به نوع برج خنک کننده به شیوه‌های مختلف با جریان هوای سرد برخورد میکند.
برج خنک کننده مدار بسته دقیقاً همانند نوع مدارباز عمل می‌کند، با این تفاوت که بار گرمایی سیال فرآیند از طریق کویل حرارتی کویل به محیط منتقل می‌گردد. این عملکرد سیال فرآیند را از هوای بیرون ایزوله می‌کند و سیال در یک سیکل بسته کاملاً تمیز و جدا از هرگونه آلودگی جریان می‌یابد. در این حالت دو جریان مجزا در برج خنک کننده در گردش می‌باشد:

اجزای برج خنک کننده مدار بسته:
•    الکتروموتور(Motor): وظیفه اصلی الکتروموتور ایجاد توان لازم برای حرکت فن می‌باشد.
•    فن (پروانه) (Axial Fan): وظیفه اصلی فن، فراهم کردن میزان هوادهی مورد نیاز برای سرد کردن کویل در داخل برج (لازم به ذکر است که فن برج خنک کننده مدار بسته همانند سایر برج‌های مدار باز از نوع مکنده می‌باشد)
•    انتقال قدرت‌: سیستم انتقال قدرت در برج‌های خنک کننده مدار بسته به 3 صورت می‌باشد‌:

الف) سیستم انتقال قدرت از مدل تسمه پولی(Pole)‌: در این نوع انتقال قدرت عموماً دورموتور در الکتروموتور کاهش می‌یابد زیرا باید متناسب با سرعت خطی فن و هوادهی مورد نیاز، توان موتور به اندازه مورد نیاز به پروانه یا فن انتقال یابد به همین دلیل به این نوع سیستم، کاهنده دور هم می‌گویند.
ب)سیستم انتقال قدرت کوپل مستقیم (Direct Drive)‌: در این نوع انتقال قدرت که عموما در الکتروموتور با توان‌های کمتر از 2 کیلو وات استفاده می‌شود، الکتروموتور با دور کم انتخاب می‌شود و قدرت الکتروموتور به صورت مستقیم و به واسطه یک رابط به فن انتقال می‌یابد.
ج) سیستم انتقال قدرت گیربکسی: در این نوع سیستم صفحه چرخش فن بر صفحه چرخش شفت الکتروموتور عمود می‌باشد و انتقال فن از طریق گیربکس از الکتروموتور به فن صورت میگیرد.
 

 
د) کویل(Coil)‌: مهمترین بخش برج‌های مداربسته کویل در برج‌های مدار بسته می‌باشد. انتخاب کویل در برج‌های مدار بسته به پارامترهای متفاوتی وابسته میشود که برای هر سیستم متفاوت میباشد. به عنوان مثال انتخاب کویل برای سرد کردن آب مورد استفاده در محیط‌های اسیدی با انتخاب کویل برای خنک کردن در محیط‌هایی که آب‌های سخت و یا دارای املاح و نمک‌ها و در حالت کلی امکان رسوب وجود دارد و یا با انتخاب کویل برای اعمال درجه حرارتی زیاد برای دبی کم و یا بالعکس، متفاوت میباشد. به طور کلی انتخاب نوع و جنس کویل به پارامتر‌های متفاوتی وابسته میباشد.

مزایای برج خنک کننده مدار بسته:
خنک کاری سیال سیکل داخلی بدون آلودگی
قایلیت سرمایش خشک در زمستان
کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری سیستم
کاهش هزینه‌های کلی سیستم به خاطر صرفه جویی در هزینه‌های تعمیر و نگهداری
دارای گواهینامه استاندارد از CTI و Euro vent.
موارد استفاده برج‌های خنک کننده مدار بسته
کولینگ تاور‌های مدار بسته نسبت به مورد استفاده به دو نوع تقسیم می‌شوند که نوع اول برای مجتمع‌های مسکونی و سایر ساختمان‌ها مناسب بوده و نوع دوم برای مراکز صنعتی مناسب است. قیمت برج خنک کننده مدار بسته صنعتی به دلیل قطعات گران قیمتی که در آن استفاده می‌شود بیشتر است. موارد استفاده کولینگ تاور در حالت کلی به این شرح است:
1.    کوره‌های حرارتی
2.    مبدل‌های القایی
3.    مجتمع‌ها تولید صنایع غذایی
4.    مجتمع‌ها و مراکز هسته ای

عوامل موثر در خرید برج خنک کننده
در طراحی مبدلهای(کویلهای) برجهای خنک کننده مدار بسته با توجه به اهمیت ویژه پدیده انتقال حرارت متریال مسبهترین گزینه و به عنوان پیش فرض مطرح است از آنجایی که این فلز در انتقال حررات از رتبه بالایی برخوردار است و دسترسی به اختلاف دماهای بالا را مقدور میسازد همیشه اولین انتخاب مهندسین و طراحان مبدل است ولی در برخی شرایط و وجود عوامل نامساعد محیطی و سختی و خورنده بودن سیالهای اولیه و ثانویه گزینه بعدی متریال استنلس استیل و یا حتی به دلیل پایین آوردن قیمت تمام شده و آنهم در مواردی که نیاز به ایجاد اختلاف دمای چندانی وجود ندارد متریال کربن استیل به کار برده میشود.شایان ذکر است خواص ترمودینامیکی متریال مس نسبت به استنلس استیل و کربن استیل بسیار متفاوت و تعیین کننده است.

بر خلاف باور غلط عامیانه که در بین صنعتگران فاقد تحصیلات آکادمیک وجود دارد که هرچه ضخامت تیوبها ی یک مبدل بالاتر باشد مبدل از کیفیت بالایی برخوردار است قاطعانه باید گفت که این باور و پندار ناصحیح باید از اذهان محو شده و واقعیتی که در ادامه مطلب بیان خواهد شد جایگزین این پندار غلط شود و آن واقعیت انکار ناپذیر است که با در نظر گرفتن جمیع جهات و شرایط کارکرد یک مبدل اعم از فشار کاری نوع سیال خنک کننده و خنک شونده عوامل موثر محیطی و غیره لوله‌هایی برای ساخت مبدل استفاده شوند که با در نظر گرفتن شرایط مذکور ضمن داشتن توان تحمل فشار و مقاومت در برابر خوردگی و عوامل محیطی دارای کمترین ضخامت جداره باشند که سیال خنک کننده و خنک شونده بهترین مبادله انرژی را داشته باشند.

برترین و متداول ترین تکنیک موجود در صنعت ساخت مبدلها آرایش مثلث است بدین معنی که موقعیت سوراخ شماره ۱ در ردیف یک نسبت به موقعیت سوراخ شماره یک در ردیف ۲ یک خط عمود ۹۰ درجه نیست بلکه یک خط مورب ۴۵ درجه است که در این نوع آرایش سیال خنک کننده و خنک شونده بهترین و بیشترین سطح تماس را دارا می‌باشند و بهترین راندمان را دریافت خواهیم کرد و بالعکس در آرایش مربع شکل بخشی از سیال خنک شونده دائما خارج از دسترس یا به اصطلاح خارج از هدف سیال خنک کننده مانده و سطح راندمان در این نوع مبدل پایین خواهد بود و از نظر فنی دارای مشکل بسیار برجسته و مهمی است.
نکته بسیار مهمی که یادآوری آن بسیار حائز آهمیت است نوع مداربندی است در این مبدلها منظور از مدار بندی صحیح امکان ایجاد وقفه و تاخیر در ورود و خروج سیال خنک شونده است و منطقی آن است که با ایجاد مدار گردش طولانی در مسیر چرخش سیال خنک شونده این امکان و فرصت به سیال دو طرف داده شود که تایم بیشتری جهت مبادله حرارات در مجاورت یکدیگر قرار گیرند.