ایرکولر (Air Cooler)

ایرکولر (Air Cooler) وسیله‌ای برای دفع گرما از یک سیال به طور مستقیم به هوای محیط است. برخلاف مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله یا برج خنک کننده که نیاز به آب دارند در این سیستم جهت خنک کردن نیازی به آب وجود ندارد.

یکی از مزیت‌های آشکار Air Cooler این است که به آب نیاز ندارد؛ یعنی این امکان وجود دارد که در مکان‌های بدون آب و خشک، سیال مورد نظر را خنک کند. یک Air Cooled Heat Exchanger ممکن است به اندازه یک رادیاتور خودرو کوچک باشد یا به اندازه کافی بزرگ باشد که گرمای میعان بخار خروجی توربین را از یک نیروگاه 1200 مگاواتی دفع کند.

جهت آشنایی بیشتر، قصد داریم تا در این مقاله از کارا فناور اطلس پارسی، به معرفی ایر کولر و انواع آنها بپردازیم.

کویل (Coil)

کویل یا کوئل، مجموعه‌‌ای از لوله‌ها و فین‌های آلومینیومی و تکیه گاه‌های لوله است که همان طور که در شکل نشان داده شده، معمولاً سطح لوله‌ای که در معرض عبور هوا قرار می‌گیرد، دارای سطح گسترده‌ای به شکل پره‌هایی است تا سرعت انتقال حرارت پایین را جبران نماید.

لوله‌ها معمولاً گرد بوده و جنس آنها از هر فلزی که برای این فرآیند مناسب باشد، ممکن است باشد. البته باید به محدودیت‌های خوردگی و فشار و دما برای انتخاب لوله توجه شود. پره‌ها نیز از نوع سینوسی یا تخت می‌باشند که معمولاً به دلیل رسانایی خوب و همچنین صرفه جویی در ساخت، غالباً آلومینیومی هستند. پره‌های آهنی و فولادی دیگری نیز اغلب برای مواردی که دمای بسیار بالایی وجود دارد، استفاده می‌شود.

روش‌های اتصال پره‌ها به لوله‌ ها در ایرکولر

پره‌های ایر کولر به روش‌های مختلفی به لوله‌ ها متصل می‌شود که عبارتند از:

1. توسط اکسترود که در آن لوله‌ها اکسترود شده و پره‌ها نیز محکم به لوله‌ ها متصل می‌شوند که این حالت بهترین نوع اتصال بوده و تا دمای بالا قابل استفاده می‌باشند
2. از طریق پیچیدن یک نوار آلومینیومی برش خورده در یک شیار مارپیچ به دور لوله
3. با پیچیدن روی یک نوار آلومینیومی پایه‌دار که پایه بر روی لوله پیچیده شده است

شکل زیر نمای بریده‌ای از این لوله‌های پره‌دار را نشان می‌دهد.

فین (Fin)

فین‌ها معمولاً به دو صورت دارای پوشش یا بدون پوشش می‌باشند. در صورتی که پوشش‌دار باشند به دو دسته‌ ی Blue fin و Gold fin تقسیم بندی می‌شوند. این پوشش‌ها یا همان پره‌ها از جنس آلومینیوم بوده که باعث محافظت در مقابل رطوبت و خوردگی می‌گردد و از طرفی نیز بر روی راندمان دستگاه تاثیر نامطلوب نخواهد گذاشت.

انواع فین ایر کولر

فین‌ در ایرکولر به انواع مختلفی تقسیم بندی می‌شود که عبارتست از

• فین صاف
• فین سینوسی
• فین با پره‌های کوتاه
• فین با پره‌های بلند
• و…

که این فین‌ها بر بازده کویل و انتقال حرارت تاثیر می‌گذارند.

لوله‌ها در طول‌های به اندازه 6 تا 60 فوت و در قطرهایی به اندازه 5/8 اینچ تا 6 اینچ تولید می‌شوند که رایج‌ ترین اندازه آنها 1 اینچ است. پره‌ها غالباً سینوسی شکل بوده و به تعداد 8 تا 12 پره در هر اینچ می‌باشند. گام لوله‌ها نیز معمولاً 2 تا 2.5 برابر قطر لوله است.

کویل‌ها معمولاً به صورت افقی چیده می‌شوند که در این حالت، هوا از بخش زیرین وارد شده و به صورت عمودی تخلیه می‌گردد. گاهی نیز کویل‌ها به صورت عمودی قرار گرفته و هوا به صورت افقی از آنها عبور می‌کند.

“برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد مشخصات ایرکولر و استعلام قیمت با کارشناسان شرکت بادران تهویه صنعت تماس بگیرید.”

مزایا و معایب استفاده از کولر‌ هوایی (Air Cooler)

یک روش جهت خنک کردن مایعات استفاده از دو منبع مقرون به صرفه آب و هوا است. کولر هوایی Air Cooler بدلیل استفاده از هوا به عنوان سیال عامل خنک کننده دارای مزایا و معایبی نسبت به مبدل‌هایی که از آب برای خنک کنندگی استفاده می‌کنند، می‌باشند.

مزایای استفاده از کولر‌ هوایی (Air Cooler)

• عدم نیاز به منبع آب
• کاهش هزینه بدلیل عدم استفاده از تجهیزات سیستم‌های انتقال آب
• خورنده نبودن هوا نسبت به آب و کاهش تاثیرات مربوطه
• رسوب‌گذاری بسیار ناچیز هوا نسبت به آب
• خطر ایجاد آلودگی در منابع آبی در صورت نشتی سیال خنک شونده وجود ندارد
• عدم ایجاد آلودگی در محیط زیست، رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و دریاها
• دسترسی آسان و نامحدود به هوا
• نصب آسان و هزینه‌های تعمیرات و نگهداری پایین
• دارای قابلیت طراحی برای انواع سیستم‌ها

معایب استفاده از ایر کولر Air Cooler

• در محل نصب، جای زیادی را اشغال می‌کنند
• دارای سر و صدای زیادی هستند
• بدلیل تغییر دمای هوا در شرایط جوی مختلف، نیاز به سیستمهای کنترلی بیشتری دارند
• هوای بیشتری نسبت به آب برای یک بار گرمایی مشخص نیاز می‌باشد (حدود ۴ برابر در جرم و ۳۲۰۰ برابر در حجم)
• دانسیته کم هوا نسبت به آب (در دما و فشار اتمسفر دانسیته آب ۸۰۰ برابر بیشتر از هوا است)
• حرارت ویژه کم هوا نسبت به آب (حرارت ویژه Specific Heat آب ۴ برابر بیشتر از هوا است)
• هدایت گرمایی کم هوا نسبت به آب (هدایت گرمایی Thermal Conductivity آب در دمای ۳۵ درجه سانتیگراد، ۲۳ برابر بیشتر از هوا است)

مقایسه Induced and Forced Draft Units

معمولاً مبدل‌های خنک کننده هوایی در دو حالت زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند:

1. Forced Draft
2. Induced Draft

در این مبدل‌ها بخارهای گرم، درون مجموعه‌ ای از لوله‌ها که به صورت افقی کنار هم قرار گرفته اند توزیع می‌شود. جداره خارجی لوله‌ها به پره مجهز شده تا سطح انتقال حرارت بین سیال داخل لوله‌ها با هوای خنک افزایش یابد.

مزایای Induced Draft

1. توزیع بهتر هوا در سراسر کویل
2. امکان کمتر گردش هوای گرم
3. خروج هوای گرم به سمت بالا تقریبا 2.5 برابر سرعت ورودی است حدود FPM1500
4. کنترل و پایداری بهتر فرآیند مثل کاهش اثرات آفتاب، باران و تگرگ

معایب Induced Draft

1. کنترل دمای هوای خروجی جهت آسیب نرسیدن به پره‌های فن و الکتروموتور فن

مزایای Forced Draft

1. توان الکتروموتور کمتر مورد نیاز فن اگر هوای خروجی خیلی گرم‌تر باشد
2. دسترسی بهتر به فن‌ها و یاتاقان‌ها برای تعمیرات و نگهداری
3. می‌توان برای دماهای بالاتر مورد استفاده قرار گیرد

معایب Forced Draft

1. توزیع یکنواخت کمتر هوا روی کویل
2. قرار گرفتن کامل لوله‌های پره دار در معرض آفتاب، باران، تگرگ
3. افزایش امکان گردش مجدد هوای گرم

طبقه‌بندی ایرکولر بر اساس نحوه ایجاد جریان هوا (دمشی و مکشی)

از نظر نوع ایجاد جریان هوا، کولر هوای خنک به دو دسته دمشی و مکشی تقسیم می‌شود. در هر دو روش ما به دنبال ایجاد جریان هوا به کمک فن هستیم. اگر فقط شرایط انتخاب پره (بلید) را در نظر بگیریم، وقتی فن وظیفه دمیدن هوا را بر عهده دارد و در موقعیت آن در زیر ایرکولر (Air Cooler)باشد، نیاز به هوادهی و فشار بیشتری خواهد بود.

در عوض چون فن در معرض هوای گرم شده خروجی نیست، حرارت کمتری را جذب می‌کند و نیاز به تولید آن با متریال خاص نیست.در مقابل حالت فن مکنده، نیازمند فن و پره‌ هایی است که در دماهای بالا مقاوم باشند، اما می‌تواند مقدار فشار کمتری را برای آن در نظر گرفت و مصرف برق کمتری دارند.

محاسبه و طراحی ایرکولر

در طراحی ایرکولر (Air Cooler)نسبت به مبدل‌های پوسته و لوله، پارامترهای بیشتری را باید در نظر گرفت؛ چون شرایط آب و هوایی دائماً در حال تغییر است. سرعت جریان هوا و دمای خروجی هوای خشک در ابتدا ناشناخته هستند که این عوامل می‌توانند در طراحی متفاوت باشند که با تغییر تعداد ردیف‌های لوله و در نتیجه تغییر سطح، امکان دست یابی به آنها میسر می‌گردد.

Q = U × A × (T – t) _mean

_{T – t) mean} = ((T1-t2)-(T2-t1))/(ln⁡(((T1-t2)/(T2-t1))))₎

A=N_{umber of tubes} × π × Do × L_{ength of tube}

N_{umber of tubes} = A / ( π × Do × L_{ength of tube})

با استفاده از رابطه بالا، تعداد لوله مورد نظر برای سطح انتقال حرارت را می‌توان به دست آورد. سرعت هوای عبوری از سطح روی کویل معمولاً طبق استانداردها برابر با 2.5 متر بر ثانیه یا 500 فوت بر دقیقه می‌باشد که اگر سطح مورد نظر هم طبق روابط بالا محاسبه شود، آنگاه مقدار CFM فن نیز مشخص می‌گردد. البته گاهی اوقات نیز بر عکس این حالت اتفاق می‌افتد که ما CFM فن را داشته و قصد داریم تا سطح کویل را مشخص کنیم.

مثل تعیین سطح کویل در هواساز یا Air Handling Unit که ابتدا از روی تقسیم CFM بر روی 500FPM مقدار ft² کویل ما به دست می‌آید که حال کویل می‌تواند مربعی یا مستطیلی باشد و بر طبق میزان ظرفیت خود تعداد ردیف به دستگاه اضافه می‌شود.

در کولر هوایی Air Cooler معمولاً با توجه به اینکه فن‌های Axial، خیلی فشار استاتیک تولید نمی‌کنند، نمی‌توانیم تعداد ردیف‌ها را بیشتر کنیم و معمولاً تا 4 ردیف در این گونه سیستم‌ها با 12FPI، تراکم فین خواهیم داشت. ایرکولر (Air Cooler)اغلب برای خنک کردن آب با هوا و پدهای سلولزی یا مبرد به صورت کندانسوری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مصرف انرژی Air Cooler مربوط به مصرف فن‌های آنها می‌باشد که به هر تعداد که فن وجود داشته باشد، آنها نیز برق مصرف می‌کنند. اگر بخواهیم دمای آبی که در صنعت، بالاتر از حداکثر دمای خشک محیط می‌باشد را با ACHE خنک کنیم، ایر کولر Air Coolr را می توان نوعی برج خنک کننده هم نامید.

به عنوان مثال فرض کنید در نظر داریم تا در صنعت دمای آبی را از دمای 90 درجه سانتی گراد به دمای 60 درجه سانتی گراد با دبی 300 متر مکعب در ساعت در شهر تبریز برسانیم. در این صورت بهترین وسیله برای این کار، Air Cooled Heat Exchanger یا درای کولر است. زیرا دمای شهر تبریز در بیشترین حالت خود به حدود 36 درجه سانتی گراد می‌رسد.

همچنین اختلاف حداقل دمای آبی که می‌خواهیم خنک کنیم با دمای حداکثر شهر تبریز برابر 24 درجه سانتی گراد می‌باشد، لذا هوای عبوری از روی کویل این توانایی را دارد که آب را از 90 درجه سانتی گراد به 60 درجه سانتی گراد برساند. در مثال ذکر شده می‌توان مشاهده کرد که با استفاده از Air Cooled Heat Exchanger به جای استفاده از برج خنک کننده بدون مصرف آب، دمای سیال مورد نظر خودمان را کاهش داد.

شرکت بادران تهویه صنعت به عنوان بزرگترین تولید کننده انواع برج‌ های خنک کننده و فن های محوری در ایران جهت فن ایرکولر، فن برج خنک کننده و کولینگ تاور فعالیت داشته و از این رو سالیانه تعداد بسیار زیادی فن جهت استفاده در انواع ایرکولرهای صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و فولاد و … تولید و عرضه می‌نماید.

سوالات تکمیلی