ระบบเครื่องทำความเย็นระบบอัดไอ
ระบบเครื่องทำวามเย็นแบบอัดไอ
ระบบทำความเย็นเริ่มจากน้ำยาเหลวในท่อพักน้ำยาเหลว (หรือสารทำความเย็น) ที่มีสถานะเป็นของเหลวที่มีอุณหภูมิและความดันสูงถูกส่งเข้าไปยังเอกซ์แพนชันวาล์วผ่านทางท่อลิควิด โดยเอกแพนชันวาล์วจะทำหน่าที่ควบคุมการไหลของน้ำยาเหลวที่ผ่านเข้าไปยังอิแวโพเรตอร์เพื่อการลดความดันน้ำยาเหลวให้มีความดันต่ำลงจนสามารถระเหยเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซดูดรับปริมาณความร้อนได้ที่อุณหภูมิต่ำภานในอิแวโพเรเตอร์ ขณะที่น้ำยาเหลวภายในอิแวโพเรเตอร์ระเหยตัวเป็นก๊าซจะดูดรับปริมาณความร้อนจากอากาศโดยรอบๆ จึงทำให้อากาศโดยรอบอิแวโพเรเตอร์มีอุณหภูมิที่ต่ำลง ทำให้อุณหภูมิภายในบริเวณหรือในพื้นที่ที่ต้องการทำความเย็นมีอุณหภูมิลดต่ำลง ระบบการทำความเย็นแบบอัดไอนี้จะประกอบด้วยอุปกรณ์ต่างๆ ร่วมกัน ที่สำคัญได้แก่คอมเพรสเซอร์ คอนเดนเซอร์ แอกแพนชันวาล์ว หรือ อุปกรณ์ควบคุมอัตราการไหลของสารความเย็นและอิแวโพเรเตอร์
1. เครื่องดูดสารทำความเย็น (คอมเพรสเซอร์)
คอมเพรสเซอร์ หรือ อุปกรณ์อัดแก๊ส คือ ปั๊มที่ทำหน้าที่อัดแก๊สที่ได้จากน้ำยาที่กลายเป็นไอในอิแวปโพเรเตอร์ ให้มีความดันสูงขึ้น ซึ่งขณะเดียวกันอุณหภูมิของแก๊สจะสูงขึ้นด้วยเมื่อได้แก๊สความดันสูงแล้ว จึงจะให้ผ่านไปยังคอนเดนเซอร์ เพื่อระบายความร้อนออกและทำให้แก๊ส
เหล่านี้กลั่นตัวเป็นน้ำยาเหลวอีกครั้งหนึ่ง การอัดแก๊สดังกล่าวจะอัดจนกระทั่งอุณหภูมิของแก๊สสูงกว่าอุณหภูมิของสารตัวกลางที่ใช้หล่อเย็น คอนเดนเซอร์ คอมเพรสเซอร์ที่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ ต้องทำงานโดยมีการสูญเสียความดันจากการรั่วของแก๊สและใช้กำลังงานในการขับคอมเพรสเซอร์น้อยที่สุด ซึ่งในปัจจุบัน คอมเพรสเซอร์ มีราคาอยู่ที่ประมาณ30-40%ของราคาเครื่องปรับอากาศทั้งชุด ดังนั้น ควรให้ความสำคัญในการดูแลรักษาคอมเพรสเซอร์ให้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานตามมาตรฐาน เพื่อเป็นการยืดอายุให้คอมเพรสเซอร์ทำความเย็นให้คุณได้ตามอายุการใช้งานที่สมควรของตัวมันเอง
1.1 การแบ่งประเภทของคอมเพรสเซอร์จากลักษณะภายนอกสามารถแบ่งออกได้ 3 ประเภท
1.1.1 ชนิดปิดสนิท (Hermetic Compressor)
เป็นคอมเพรสเซอร์ที่มีการรวมระบบกลไกและระบบต้นกำลัง(มอเตอร์)ไว้ในชุดเดียวกัน(รูปแบบเป็นก้อน)เชื่อมปิดสนิท ใช้กันแพร่หลายในระบบเครื่องทำความเย็นตามบ้านเรือน เครื่องทำความเย็นในทางพานิช และเครื่องปรับอากาศที่ใช้ในบ้านเรือน
1.1.2 ชนิดกึ่งปิดสนิท (Semi Hermetic Compressor)
เป็นคอมเพรสเซอร์ที่มีระบบต้นกำลังและระบบกลไกล รวมอยู่ในเปลือกเดียวกัน แต่ไม่มีการเชื่อมปิดหมด จะมีน็อตยึดโครงต่างๆเอาไว้ สามารถถอดออกเพื่อการซ่อมแซมและบำรุงรักษาได้
1.1.3 ชนิดเปิด (Open Type)
เป็นแบบที่ตัวคอมเพรสเซอร์แยกออกมาอาศัยสายพานหรือตัวต่อเชื่อมต่อเพื่อส่งกำลังมาจากระบบต้นกำลังมายังระบบกลไกลในตัวคอมเพรสเซอร์ ซึ่งในที่นี้ จะใช้เป็นมอเตอร์หรือเครื่องยนต์เป็นระบบต้นกำลังในการขับเคลื่อนก็ได้ ขึ้นอยู่กับความต้องการใช้งานซึ่งคอมเพรสเซอร์แบบเปิดจะนิยมใช้ในระบบห้องเย็น เครื่องทำความเย็นขนาดใหญ่ หรือที่เห็นได้ชัดคือ ระบบปรับอากาศของรถยนต์แต่ในที่นี้ผมจะขอกล่าวถึงคอมเพรสเซอร์แบบปิด เพราะเป็นชนิดที่ใช้ในกันอย่างแพร่หลาย และใช้กันในระบบปรับอากาศและเครื่องทำความเย็นในที่พักอาศัย
1.2 คอมเพรสเซอร์แบบปิดสนิทที่ใช้งานในปัจจุบันแบ่งออกได้ตามระบบการทำงานเป็น 3 ชนิด
1.2.1 คอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ
คอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบมาตรฐานหมายถึงคอมเพรสเซอร์ ที่มีส่วนประกอบคล้ายกับเครื่องยนต์ กล่าวคือ ลูกสูบของคอมเพรสเซอร์
จะเคลื่อนที่ไปในแนวเส้นตรงภายในกระบอกสูบ เป็นการดูดหรืออัดแก๊ส ลูกสูบต่ออยู่ก้านลูกสูบและเพล้าข้อเหวี่ยง
1.2.2 คอมเพรสเซอร์แบบโรตารี่
คอมเพรสเซอร์แบบโรตารี่ชนิดใบพัดอยู่กับที่ประกอบด้วยเพลาลูกเบี้ยวสวมอยู่ในโรเตอร์ ทั้งหมดนี้ประกอบอยู่ในเรือนคอมเพรสเซอร์โดยจุดศูนย์กลางของเพลาลูกเบี้ยวและคอมเพรสคอมเพรสเซอร์จะอยู่ในจุดเดียวกัน ใบพัดสอดและเคลื่อนที่ขึ้นลงอยู่ในช่อง คอมเพรสเซอร์จะสัมผัสกับโรเตอร์ตลอดเวลาด้วยแรงสปริง
1.2.3 คอมเพรสเซอร์แบบสโครล
สมรรถนะของคอมเพรสเซอร์ คือ ค่าที่ใช้บอกความสามารถในการทำงานของคอมเพรสเซอร์ซึ่งจะมีความสัมพันธ์โดนตรงกับสมรรถนะของระบบทำความเย็น การศึกษาสมรรถนะของคอมเพรสเซอร์ชนิดต่างๆนั้น โดยอาจจะใช้คอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบเป็นแนวทางหรือเป็นตัวอย่างในการศึกษา ส่วนประกอบต่างๆ ที่มีผงต่อสมรรถนะของคอมเพรสเซอร์ มีดังนี้
2.1 วัฏจักรการอัด
คอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบทำงานโดยอาศัยการเคลื่อนที่ทั้งในลักษณะขึ้นลงของลูกสูบหรือเคลื่อนที่สลับระหว่างศูนย์ตายบนและศูนย์ตายล่างภายในกระบอกสูบ
2.2 ความดันด้านดูด
ในระบบการทำงานภายใต้ความดันด้านดูดมีค่าต่ำ จะทำให้ค่าประสิทธิภาพเชิงปริมาณลดลง เนื่องจากสารความเย็นภายนอกไหลเข้ากระบอกสูบได้น้องลง
2.3 ระยะช่องว่างระหว่างลูกสูบและแผ่นลิ้นจะต้องให้มีค่าน้อยที่สุด
เพราะจะมีผลต่อปริมาตรของด้านดูดและทางด้านจ่าย ซึ่งจะมีผลโดยตรงต่อการบรรจุสารความเย็นเข้าในกระบอกสูบและการส่งสารความเย็นออกจากกระบอกสูบออกไปใช้งาน
นอกจากนี้ประสิทธิภาพจองคอมเพรสเซอร์ยังขึ้นอยู่กับสาวยประกอบอื่น ๆ อีก เช่น ขนาดของวาล์วทั้งทางด้านดูดและทางด้านจ่าย ซึ่งเหล่านี้ล้วนแต่มีผลต่อการบรรจุสารทำความเย็นเข้าในกระบอกสูบทั้งสิ้น
3. คอนเดนเซอร์ ( Condenser )
คอนเดนเซอร์หรืออุปกรณ์ควบแน่นเป็นอุปกรณ์หลักที่สำคัญอีกอันหนึ่งของระบบเครื่องทำความเย็นซึ่งทำหน้าที่ให้น้ำยาทำความเย็นในสถานะแก๊สที่มีความดันสูงและอุณหภูมิสูงที่ถูกอัดตัวส่งมาจากคอมเพรสเซอร์ เพื่อกลั่นตัวให้เป็นน้ำยาเหลวภายในคอนเดนเซอร์ด้วยการระบายความร้อนออก แต่ยังมีความดันและอุณหภูมิสูงอยู่
วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทยได้ให้ความหมายคำศัพท์ทางวิชาการของคอนเดนเซอร์ว่า “อุปกรณ์ควบแน่นคือ อุปกรณ์ที่ทำให้สารทำความเย็นในสภาพที่เป็นไอ เปลี่ยนสภาพเป็นของเหลวโดยการระบายความร้อนออกจากสารทำความเย็น”
ตัวกลางที่ใช้ในการระบายความร้อนออกจากน้ำยาในระบบที่คอนเดนเซอร์ บางครั้งเคยพบว่าใช้ตัวกลางที่มีอุณหภูมิต่ำมากเพื่อการระบายความร้อนออกจากน้ำยา ตัวกลางหลักที่ใช้ในการระบายความร้อนนี้ก็คือ อากาศ หรือน้ำ หรือใช้ทั้งอากาศและน้ำช่วยกัน โดยทั่วไปคอนเดนเซอร์สามารถแบ่งออกได้ 3 ชนิดคือ
3.1 ชนิดระบายความร้อนด้วยอากาศ (air – cooled)
3.2 ชนิดระบายความร้อนด้วนน้ำ (water – cooled)
3.3 ชนิดอีวาพอเรตีฟ (evaporative)
คอนเดนเซอร์ชนิดระบายความร้อนด้วยอากาศจะให้อากาศเป็นตัวกลางในการระบายความร้อนออกจากน้ำยา เพื่อให้น้ำยาในสถานะแก็สกลั่นตัวเป็นน้ำยาเหลว ตามปกติแล้วคอนเดนเซอร์
ชนิดนี้มักจะทำด้วยท่อทองแดง (copper tubing) หรือท่อเหล็ก (steel tubing) และมีครีบ (fin) เป็นตัวช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวในการระบายความร้อนออกจากน้ำยาในคอนเดนเซอร์ ในทำนองเดียวกับคอนเดนเซอร์ชนิดระบายความร้อนด้วยน้ำ ก็จะให้น้ำเป็นตัวกลางในการระบายความร้อนออกจากน้ำยา เพื่อให้น้ำยากลั่นตัวเป็นน้ำยาเหลวเช่นเดียวกัน ซึ่งคอนเดนเซอร์ทั้งสองชนิดนี้จะรับความร้อนที่ถูกคายออกจากน้ำยาในสถานะแก็สเพื่อการกลั่นตัวเป็นน้ำยาเหลว ทำให้อุณหภูมิของอากาศหรือน้ำที่ใช้เป็นตัวกลางมีอุณหภูมิสูงขึ้น
สำหรับอีวาพอเรตีฟคอนเดนเซอร์จะใช้ทั้งอากาศและน้ำเป็นตัวกลางในการระบายความร้อนออกจากน้ำยา เพื่อให้น้ำยาในสถานะแก็สในคอนเดนเซอร์กลั่นตัวเป็นน้ำยาเหลวโดยการฉีดน้ำเย็นให้เป็นฝอยผ่านลงบนคอนเดนเซอร์ พร้อม ๆ กับใช้พัดลมดูด หรือเป่าอากาศผ่านคอนเดนเซอร์ น้ำบางส่วนก็จะระเหยตัวขณะที่รับความร้อนจากแผงคอนเดนเซอร์ และถูกอากาศเป่าสวนทาง ทำให้น้ำที่ตกกลับลงในถังมีอุณหภูมิลดต่ำลงเพื่อนำกลับไปใช้งานได้อีก อย่างไรก็ตามอากาศบ้างส่วนที่ถูกเป่าผ่านคอนเดนเซอร์ชนิดนี้ก็จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นบ้าง ซึ่งจะได้อธิบายคอนเดนเซอร์ทั้งสามชนิดโดยละเอียดต่อไป
3.1 คอนเดนเซอร์ชนิดระบายความร้อนด้วยอากาศ (air – cooled)คอนเดนเซอร์ชนิดนี้ใช้อากาศเป็นตัวระบายความร้อนออกจากผิวของคอนเดนเซอร์ ซึ่งอาจเป็นอากาศที่หมุนเวียนโดยธรรมชาติหรืออาจใช้พัดลมช่วยก็ได้ สำหรับแบบที่ใช้อากาศพาความร้อนออกจากผิวของคอนเดนเซอร์โดยธรรมชาติ ปริมาณของอากาศที่หมุนเวียนผ่านผิวของคอนเดนเซอร์จะมีจำนวนน้อยและเพื่อให้การถ่ายเทความร้อนออกจากคอนเดนเซอร์เป็นไปอย่างเพียงพอจึงจำเป็นต้องเพิ่มพื้นที่ผิวของคอนเดนเซอร์ให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ฉะนั้นคอนเดนเซอร์แบบใช้อากาศหมุนเวียนโดยธรรมชาตินี้จึงมีขีดจำกัดในการใช้งานคือจะใช้สำหรับเครื่องทำความเย็นขนาดเล็กๆ เช่น ตู้เย็นและตู้แช่ที่ใช้ตามบ้านเรือนเท่านั้น
3.1.1 แบบใช้อากาศหมุนเวียนพาความร้อนออกโดยธรรมชาติ อากาศโดยรอบคอนเดนเซอร์จะมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศปกติ จึงลอยตัวสูงขึ้น อากาศซึ่งเย็นกว่าจะไหลเข้ามาแทนที่เพื่อการระบายความร้อนออกจากผิวของคอนเดนเซอร์ หมุนเวียนเช่นนี้ตามธรรมชาติ
คอนเดนเซอร์แบบให้อากาศหมุนเวียนตามธรรมชาติที่ใช้กับตู้เย็นอาจทำด้วยท่อขดไปมาบนแผ่นโลหะ ( plate surface ) หรืออาจทำด้วยท่อขดไปมาแบบมีครีบ ( finned tubing ) เพื่อช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวในการระบายความร้อน ซึ่งแบบท่อมีครีบนี้อากาศจะไหลหมุนเวียนได้โดยสะดวก แต่ถ้าครีบห่างมากเกินไป ความสามารถในการระบายความร้อนออกของคอนเดนเซอร์ก็จะไม่ดีเท่าที่ควร และถ้ามีฝุ่นหรือสิ่งสกปรกอุดตันที่ครีบของคอนเดนเซอร์ก็จะทำให้อากาศไหลหมุนเวียนไม่สะดวก การระบายความร้อนออกของคอนเดนเซอร์ก็ไม่ดีเช่นกัน
สำหรับตู้เย็นที่ใช้ตามบ้านเรือน คอนเดนเซอร์มักจะถูกติดตั้งอยู่ด้านหลังของตัวตู้ ดังนั้นในการตั้งตู้เย็นเพื่อการใช้งานจึงต้องคำนึงว่าต้องให้มีอากาศหมุนเวียนผ่านคอนเดนเซอร์ได้โดยสะดวก ตู้เย็นจึงควรตั้งให้ด้านหลังของตัวตู้ห่างจากฝาผนังพอควร และไม่ควรตั้งตู้เย็นไว้ใกล้อุปกรณ์ความร้อน เช่น เตาอบ เพราะจะทำให้การระบายความร้อนออกที่คอนเดนเซอร์ไม่ดีเท่าที่ควร
ตู้แช่ที่ใช้ตามบ้านเรือนจำนวนมากสร้างคอนเดนเซอร์โดยใช้ท่อครอบผิวผนังด้านนอกของตัวตู้ให้ผนังรอบนอกของตัวตู้เป็นที่ระบายความร้อน ส่วนซองในของตู้แช่ก็จะมีท่อขดไปมาโดยรอบ ฟรีเซอร์ (freezer) ช่วงระหว่างผนังรอบนอกและซองในควรห่างกันประมาณ 6-8 นิ้ว และมีฉนวนกันความร้อนระหว่างผนังทั้งสองป้องกันไม่ให้ความร้อนจากภายนอกตู้ถ่ายเทเข้าภายใน
3.1.2 แบบมีพัดลมช่วยคอนเดนเซอร์แบบนี้จะใช้พัดลมหรือโบลเวอร์ ช่วยในการเพิ่มปริมาณลมที่ผ่านผิวของคอนเดนเซอร์มากขึ้น ซึ่งจะช่วยให้สามารถลดขนาดของคอนเดนเซอร์มากขึ้น และช่วยให้สามารถลดขนาดของคอนเดนเซอร์ให้เล็กลงได้ เช่น คอนเดนซิ่งยูนิตของตู้แช่บางชนิดใช้พัดลมช่วยในการระบายความร้อนออกจากคอนเดนเซอร์ ซึ่งคอนเดนเซอร์แบบนี้สามารถใช้กับเครื่องทำความเย็นหรือเครื่องปรับอากาศขนาดตั้งแต่ 1 ตันขึ้นไปถึง 100 ตันหรือมากกว่า
