برج خنک کننده برج خنک کننده (ترنسلیت انگلیسی: cooling tower) نوعی مبدل انرژی بوده که وظیفه «برج خنک کن» تولید آب خنک برای سایر ماشین آلات صنعتی می‌باشد. برج خنک کننده یک مبدل حرارتی بزرگ (heat exchanger) بین آب و هوا به حساب می‌آید. هدف اصلی برج خنک کن کاهش دمای آب برگشتی تجهیزاتی همانند چیلر، بویلر و کوره‌های ذوب فلزات است. این تجهیز با ایجاد یک عملکرد تبخیری در کاربری کاهش دمای آب تا محدوده خاص بکار می‌رود. افت دمای سیال آب گرم در کولینگ تاور همواره تابع شرایط محیط اقلیم محل نصب بوده است. این ماشین سرمایشی بواسطه مایعی مثل آب حرارت مازاد و اضافی ماشین‌آلات را جذب و آن را به محیط هدایت می‌کند

نحوه عملکرد کولینگ تاور )برج خنک کننده) 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. نمودار تغییرات دمایی در کولینگ تاور (برج خنک کننده) 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

کاربردها برج خنک کننده گرد با توجه به سیستم توزیع آب دوار و عدم وجود حوضچه نگهداری بیشتر در سیستم تهویه ساختمان ها اعم از مجتمع تجاری، اداری و مسکونی و صنایع سبک که آب در گردش آنها آلودگی کمتری دارد، کاربرد دارد. هم چنین به دلیل نوع سازه، نصب آنها زمان بر بوده و جابجایی آنها بدون دمونتاژ دستگاه امکان پذیر نیست. به دلیل شکل هندسی توزیع و گردش هوا در آنها به خوبی صورت میگیرد

مزایای برج خنک کننده یکی از مهم ترین مزایای برج خنک کننده این است که این مبرد به دلیل تولید آسان و انبوه به راحتی در دسترس است. همان طور که اشاره کردیم این دستگاه برای خنک کنندگی آب و سیالات دیگر است اما معمولا مصرف آب در این دستگاه ها بیشتر است. دلیل این امر هم این است که قدرت سرد کنندگی آب نسبت به سایر سیالات در حجم برابر بیشتر است. به دلیل کم بودن هد پمپ در این مبدل حرارتی، هزینه کمی برای بهره برداری آن نیاز است. از دیگر مزایای این مبرد مصرف انرژی بسیار پایین و نگهداری بسیار ﺁسان آن است.

تاریخچه کاربرد برج‌های خنک‌کننده قرن نوزدهم، آغاز انقلاب صنعتی و اختراع چگانده برای استفاده درموتور بخار برمی‌گردد. در چگالنده‌ها سیال شونده غالباً آب است؛ به این صورت که آب با گرفتن گرمای بخاری که از خروجی توربین یا`پیستون به چگالنده رسیده‌است، بخا را به حالت مایع تبدیل می‌کند. وجود این مرحله در چرخه موتور بخار باعث افت فشار بخار خروجی می‌شود ولی در عوض مصرف بخار و در نتیجه مصرف سوخت را کاهش می‌دهد و هم‌زمان کارایی سیستم را نیز بالا می‌برد. البته باید در نظر داشت که چگالنده‌ها در عمل نیاز به برج خنک‌کن به نسبت بزرگی دارند و در صورت عدم وجود برج خنک‌کننده، استفاده از آن‌ها اقتصادی نیست؛ چرا که هزینه‌های فراهم کردن آب بیش از سرمایه ذخیره شده از صرفه‌جویی انرژی می‌شود. فارق از موتورهای آبی که فراهم کردن آب هزینه‌ای برای آن‌ها محسوب نمی‌شود و استفاده از چگالنده بدون برج خنک‌کن امری عادی است، استفاده از چگالنده و برج خنک‌کن موضوعی حساس در صنعت به‌شمار می‌رود. با آغازقرن بیستم قوانین و روش‌های فراوانی در زمینه چرخه‌های دارای برج خنک کن برای مناطقی که با مشکل کم‌آبی رو به رو بودند، طرح‌ریزی شد و احداث برج خنک‌کننده را وابسته به نظر شهرداری آن منطقه و کم و کیف منابع آبی آن منطقه کرد. در مناطقی که منابع آبی قادر به فراهم کردن آب برج خنک‌کن هستند، از سیستم حوضچه‌های آبی استفاده می‌شود و در مناطقی که محدودیت منابع دارند، مثل شهرهای بزرگ، از برج‌های خنک‌کننده استفاده می‌شود.

انواع پر کاربرد برج های خنک کننده . نوع مدار باز (تر یا مرطوب) . نوع مدار بسته (خشک یا هوا خنک)

. برج خنک کننده مدار باز )یا همان تر یا مرطوب) منظور از مدار باز این است که آبگرم و هوا تماس و برخورد مستقیم با هم دارند و در نتیجه قسمتی از آبگرم تبخیر شده و به همراه هوا از دستگاه خارج می شود و بنابرین در این نوع از برج ها مصرف آب خواهیم داشت. همچنین از نوع مدار باز نمی توان در مناطق با آب و هوای مرطوب استفاده کرد زیرا وقتی رطوبت هوای محیط بالا باشد، راندمان دستگاه برای خنک کردن آبگرم شدیدا افت می کند . برج خنک کننده مدار بسته )یا همان خشک یا هوا خنک) منظور از مدار بسته این است که آبگرم و هوا تماس و برخورد مستقیم با هم ندارند و در نتیجه قسمتی از آبگرم تبخیر نشده و به همراه هوا از دستگاه خارج نمی شود و بنابرین در این نوع از برج ها مصرف آب نخواهیم داشت. در واقع آبگرم از درون یک سری لوله به نام کویل عبور کرده و هوا هم از سطح پیرامونی لوله ها و توسط فن دمیده می شود تا حرارت اضافه آبگرم از جداره لوله ها به هوا منتقل شود. از این نوع می توان در هر شرایط آب و هوایی استفاده نمود و همچنین به جای آبگرم می توان هر نوع گاز یا مایع داغ دیگری را از درون لوله ها عبور داد و آن را خنک نمود. نکته اینکه راندمان نوع مدار بسته نسبت به مدار باز کمتر بوده و قیمت آن نیز بالاتر است.

اجزای اصلی برج خنک کننده

الکتروموتور (motor): فراهم کننده گشتاور لازم جهت چرخش فن یا مولد انرژی مکانیکی فن یا پروانه (fan): بوجود آورنده فشار نسبی در هوا و جابجا کردن حجم مشخصی از آن در طی زمان معین انتقال قدرت تسمه ای (speed reducer): کاهش دهنده سرعت زاویه‌ای موتور یا دور موتور به دور گردشی استاندارد فن انتقال قدرت گیربکسی: جایگزین سیستم تسمه پولی در سیستم کاهندگی دور از دینام به پروانه محوری یا حلزونی سطوح خنک‌کن (fill): برقراری ارتباط بین سیالات مختلف و ایجاد سطح مفید انتقال حرارت بین آب و هوا کویل (coil): فراهم کننده سطح موثر از جهت انتقال گرمایشی از آب به هوا نازل (nozzle): تقسیم کننده و توزیع دهنده جریان آب گرم آب پخش کن ( head sprinkler): توزیع کننده سیال داغ در نوع مدور یا چرخشی سیستم پاشش آب لوله و انشعابات داخلی (pipe and fittings): منتقل کننده جریان آب در بخش‌های داخلی بست کمربندی (belt fastener): متصل کننده انشعابات داخلی به نازلها یا افشانکها قطره‌گیر (drift eliminator): بازدارنده پرتاب قطرات آب به سمت فن مکنده القایی تشتک (basin): محل جمع آوری آب سرد یا مخزن تجمیع آب با دمای پایین کرکره‌ها (louvre): دریچه داخل شدن هوای خشک و سرد محیط تنوره خروج هوا (fan deck): دهانه خروجی هوای اشباع داغ پنل (panel): دیواره های اصلی استراکچر یا بدنه ساپورت‌های حائل یا نگهدارنده (supports): قوطی‌های نگهدارنده پکینگ‌ها قطره گیر و سایر تجهیزات درونی محافظ پروانه (fan Guard): محافظ فن در مقابل ضربات احتمالی یا ورود اشیاء خارجی شاسی موتور(motor Chassis): فریم نگهدارنده دینام یا الکتروموتور فلنچ ورودی(inlet Flange): اتصال ورودی آب برگشتی فلنچ خروجی(outlet Flange): محل خروجی آب رفت فلوتر (floater): شناور تنظیم کننده ورود جریان آب جبرانی شیر تخلیه(drain valve): محل خروجی جریان بلودان یا تخلیه زیرآب فلنچ سرریز (overflow): مقطع خروج یا تخلیه جریان مازاد آب