کولر هوایی چیست؟
مبدل های حرارتی هوا خنک که به مبدل های حرارتی Fin Fan نیز معروف هستند، معمولاً در مواردی که آب در دسترس نیست یا با توجه به حداکثر دمای محیط می توان دمای خروجی فرآیند مورد نظر را به دست آورد، استفاده می شوند.
تجهیزات خنک کننده هوا می توانند راه حل ساده تری در مقایسه با خنک شدن با آب باشند؛ زیرا در سیستم های آب خنک، نیاز به پمپ های بیشتر، لوله کشی، چیلر مرکزی یا برج های خنک کننده می باشد که باعث افزایش هزینه عملکرد و نگهداری سیستم می شود.
کولر هوایی در کاربردهای بسیار متنوعی مورد استفاده قرار می گیرد.
چرا باید از کولرهای هوایی استفاده نمود؟
بی گمان با توجه به شرایط کنونی کمبود آب و افزایش هزینه ها، همراه با نگرانی های اخیر در مورد آلودگی آب و برج های خنک کننده، استفاده صنعت از مبدل های حرارتی آب خنک را بسیار کاهش داده است. در نتیجه، هنگامی که وجود گرمای بیشتر در داخل کارخانه امکان پذیر نیست، بهترین انتخاب مبدل های هوا خنک می باشند. اکنون بخش عمده ای از فرآیند خنک سازی در پالایشگاه ها و کارخانه های شیمیایی در مبدل های حرارتی با خنک کننده هوا انجام می شود. همچنین از کندانسورهای خنک کننده هوا برای نیروگاه ها استفاده می شود. اصول کار یکسان است؛ اما کندانسورها ممکن است بسیار بزرگ باشند.
مدل های مختلف کولرهای هوایی:
به طور کلی کولر هوایی Air Cooler با توجه به محل قرار گیری فن، دو دسته هستند:
· نوع اول: کولر هوایی Air Cooler نوع دمشی (Force Draft Air Cooler)
· نوع دوم: کولر هوایی Air Cooler نوع مکشی (Induced Draft Air Cooler)
کولر هوایی نوع دمشی
در این حالت فن پایین لولهها قرار می گیرد و با دمیدن هوای خنک بر روی تیوبها باعث خنک شدن سیال درون آنها میشود. عملیات خنک کنندگی در این کولرها، با نیروی کمتر و جابجایی حجم کمتری از هوا انجام می گیرد. اکثر کولرهای هوایی در صنعت از این نوع هستند.
مزیت ها
- جهت کارکرد به توان کمتری نیاز است،
- تعمیر و نگهداری آسان بدلیل دسترسی بهتر به فن و سایر قطعات مکانیکیراحتتر انجام می گیرد
- دسترسی بهتر به دسته لولهها برای سرویس و تعویض تیوب ها،بسیار آسان است
- قابلیت کارکرد جهت دماهای ورودی بالاتر سیال فرآیندیتسهیل شده است.
کولر هوایی نوع مکشی
در این حالت فن در بالای لولهها قرار میگیرد و با مکش هوا به سمت بالا از روی لولهها باعث خنک شدن سیال داخل لوله میشود. این نوع کولر هوایی به علت ایجاد توزیع یکنواخت جریان هوا دارای بازدهی زیادی هستند.
مزیت ها
- دسته لولهها در سمت مکش فن (پایین فن) قرار دارند و پلنیوم ۶۰٪ سطح تیوب باندل را پوشانده است که باعث محافظت در برابر عوامل جوی میشود و کنترل و پایداری بهتر فرآیند را به همراه دارد
- توزیع هوا بر روی کل دسته لوله ها، احتمال کمتر گردش مجدد هوای گرم بهتر صورت می گیرد.
- در اثر بروز نقص و یا خرابی فن اثر بیشتری دارد
- در این نوع کولر میزان صدای کمتری بر روی زمین شنیده میشود.
عوامل تاثیر گذار بر طراحی و بهینه سازی کولر هوایی
- تعداد لوله ها
- طول لوله ها
- قطر لوله ها
- تعداد ردیفهای لوله
- نوع پره و تعداد پره در هر اینچ طول لوله بسیار مهم میباشند
- افزایش هر کدام از عوامل فوق باعث افزایش هزینه ساخت مبدل میشود.
میدانیم که افزایش طول و یا تعداد لولهها باعث افزایش سطح خارجی لولهها و افزایش میزان انتقال حرارت میشود، اما افزایش افت فشار در لولهها را نیز به همراه دارد. همچنین کاهش یا افزایش قطر لولهها بر سرعت سیال درون لولهها و متعاقب آن بر میزان انتقال حرارت و افت فشار تأثیر گذار است.
بنابراین واضح است که در طراحی مبدل خنک کننده هوایی با در نظر گرفتن این اثرات باید تعداد بهینه لولهها تعیین شود همچنین نسبت طول به عرض یک مبدل هوایی میبایست منطقی باشد. برخلاف مایعات، گازها تراکم پذیر هستند که معمولا سبب افت فشار کمی در بخش هوایی این مبدلها میشوند. از طرفی پایین بودن ضریب هدایت حرارتی گازها حتی در افت فشارهای کم موجب پایین آمدن ضریب انتقال حرارت کلی مبدل خواهد شد. به دلیل اجتناب ناپذیر بودن این کاهش در ضریب انتقال حرارت کلی، سازندگان و طراحان این نوع مبدلها تلاش نموده اند تا با استفاده از لوله -های با سطوح پره دار و گسترده این محدودیت را جبران کنند و به همین خاطر است که از پرهها برای لولهها استفاده میشود تا سطح بیشتری را در برابر هوا ایجاد کنند و ضریب انتقال گرمای نسبتا پایین هوا را جبران کنند.
اما همیشه پره دار نمودن تیوبها نمیتواند کاربرد لازمه را داشته باشد و آن هنگامی است که ضریب انتقال گرمای سیال داخل لوله پایین بوده و دارای مقداری مشابه با ضریب انتقال گرمای هوای سمت تیوب بدون پره باشد، در این حالت تاثیر پره دار نمودن تیوب به میزان چشمگیری کاهش مییابد و شایسته است استفاده از تیوب بدون پره مورد بررسی قرار گیرد.
کولر هوایی چگونه ساخته می شوند؟
به طور معمول، یک مبدل هوا خنک، برای استفاده در فرآیند از یک لوله پره ای با جعبه مستطیل شکل در دو انتهای لوله ها تشکیل شده است.
هوای خنک کننده توسط یک یا چند فن تامین می شود.
معمولاً هوا از طریق لوله ای افقی به سمت بالا حرکت می کند.
بسته به فشار یا کشیده شدن هوا از طریق لوله، فن ها می توانند به صورت اجباری یا القایی باشند.
فضای بین فن و لوله توسط یک محفظه پلنوم محصور شده است که هوا را هدایت می کند.
فن ها معمولاً موتور الکتریکی هستند که از طریق نوعی کاهنده سرعت عمل می کنند.
گیرنده های سرعت معمولاً تسمه های V، درایوهای HTD یا دنده های زاویه راست هستند.
مجموعه فن درایو توسط سیستم پشتیبانی از درایو مکانیکی فولادی پشتیبانی می شود.
آن ها معمولاً دارای سوئیچ ارتعاشی روی هر فن هستند تا به طور خودکار فنی را که به دلایلی از تعادل خارج شده است، خاموش کند.