کولر هوایی (Air Cooled Heat Exchanger)
کولر هوایی یا مبدل حرارتی هوا خنک (Air Cooled Heat Exchanger – ACHE) یکی از پرکاربردترین تجهیزات در صنایع فرایندی است که به‌منظور خنک‌سازی سیالات فرآیندی (مایعات یا گازها) بدون استفاده از آب طراحی می‌شود. در این مبدل‌ها، گرمای سیال از طریق سطح لوله‌ها به هوا منتقل شده و توسط فن‌های محوری (Axial Fans) به محیط دفع می‌گردد.
سیستم‌های هوا خنک به‌عنوان جایگزینی برای برج‌های خنک‌کننده آبی (Cooling Towers) در مناطقی که با محدودیت منابع آبی مواجه هستند، بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند و طراحی آن‌ها نیازمند بررسی دقیق پارامترهای ترمودینامیکی، مکانیکی و محیطی است.
اجزای اصلی کولر هوایی
✅ لوله‌های پره‌دار (Fin Tubes):
لوله‌های پره‌دار با افزایش سطح تبادل حرارت، نقش کلیدی در بهبود راندمان حرارتی دارند. این لوله‌ها می‌توانند از نوع Embedded Fin، Extruded Fin یا Welded Fin باشند که بسته به نوع سیال، فشار کاری و دمای عملیاتی انتخاب می‌شوند.
✅ فن‌های محوری (Axial Fans):
فن‌ها با قطر و سرعت مشخص، جریان هوا را روی دسته لوله‌ها برقرار می‌کنند. انتخاب نوع پروفیل تیغه‌ها، سرعت محیطی و طراحی درایو (Direct Drive یا Belt Drive) از عوامل تعیین‌کننده عملکرد فن هستند.
✅ Plenum Chamber و سازه فلزی:
سازه نگهدارنده و محفظه هوا برای هدایت مناسب جریان و کاهش نویز آیرودینامیکی طراحی می‌شوند و می‌بایست مقاومت کافی در برابر ارتعاش و شرایط محیطی را داشته باشند.
✅ سیستم درایو و موتور الکتریکی:
موتورها با درجه حفاظت مناسب (IP55 یا بالاتر) و کلاس حرارتی متناسب با شرایط محیطی انتخاب می‌شوند تا عملکرد پایدار فن‌ها تضمین شود.
انواع آرایش کولر هوایی
🔹 Forced Draft (پره‌دمنده):
در این طراحی، فن‌ها در قسمت پایین لوله‌ها نصب شده و هوا را به سمت بالا دمش می‌کنند. مزیت اصلی این آرایش، محافظت نسبی فن‌ها و موتورها از تابش مستقیم خورشید است.
🔹 Induced Draft (پره‌مکش):
در این آرایش، فن‌ها در قسمت فوقانی قرار دارند و هوا را از روی دسته لوله‌ها مکش می‌کنند. این روش باعث توزیع یکنواخت‌تر هوا و کاهش احتمال Hot Spot می‌شود.
🔹 A-Frame (آرایش مثلثی):
مناسب برای فضاهای محدود و دبی هوای بالا. این آرایش به دلیل زاویه‌دار بودن لوله‌ها، بهبود در راندمان حرارتی و زهکشی طبیعی آب باران را فراهم می‌کند.
کاربردها
📌 صنایع نفت و گاز: خنک‌سازی گازهای فرآیندی و کندانس بخارات
📌 صنایع پتروشیمی: کاهش دمای سیالات خروجی از راکتورها و کمپرسورها
📌 نیروگاه‌ها: خنک‌کاری سیکل‌های بخار و ژنراتورها
📌 صنایع غذایی و دارویی: کنترل دمای فرآیندهای حساس حرارتی