ระบบเครื่องทำความเย็น ระบบอัดไอ

ระบบการทำความเย็น ที่จะกล่าวถึงต่อไปนี้เป็นระบบการทำความเย็นแบบอัดไอ ประกอบด้วย กฎการทำความเย็น วัฏจักรการทำความเย็นแบบอัดไอ และส่วนประกอบเครื่องทำความเย็นแบบอัดไอ

1. กฎการทำความเย็น (Refrigeration’s laws)

ระบบการทำความเย็นส่วนใหญ่อาศัยกฎของความร้อนหรือกฎการทำความเย็น 5 ข้อดังต่อไปนี้

1.1 สารทำความเย็นเมื่อถูกลดแรงดันจะทำให้เกิดการเดือด และจะดูดความร้อนจากบริเวณรอบ ๆ เข้ามาช่วยในการเดือด ทำให้บริเวณรอบ ๆ นั้นเย็นลง

1.2 สารทำความเย็นเมื่อเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นแก๊สจะดูดความร้อน และคายความร้อนเมื่อเปลี่ยนสถานะจากแก๊สเป็นของเหลว

1.3 การเคลื่อนที่ความร้อนจะเคลื่อนที่จากที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังที่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า

1.4 คุณสมบัติของวัสดุที่นำมาใช้สำหรับการทำความเย็นจะต้องมีคุณสมบัติเป็นตัวนำความร้อนที่ดี

1.5 พลังงานความร้อนสามารถเปลี่ยนสลับเป็นพลังงานรูปอื่น ๆ ได้

2. วัฏจักรการทำความเย็นแบบอัดไอ (Circle of Refrigeration)

วัฏจักรการทำความเย็นแบบอัดไอหมายถึง การเปลี่ยนแปลงสถานะของสารทำความเย็นระหว่างของเหลวและก๊าซ ในลักษณะเปลี่ยนแปลงสถานะกลับไปกลับมาภายในระบบที่มีการอัดไออย่างต่อเนื่องไม่มีสิ้นสุด ดังแสดงในภาพ

2.1 คอมเพรสเซอร์ดูดสารทำความเย็นเข้ามาทางท่อทางดูด (Suction Line) สถานะเป็นแก๊สความดันและอุณหภูมิต่ำ จากอีแวปปอเรเตอร์ (Evaporator) อัดสารทำความเย็นออกไปทางท่อทางอัด (Discharge Line) สถานะเป็นแก๊สร้อนความดันและอุณหภูมิก็สูง ส่งไปยังคอนเดนเซอร์ (Condenser)

2.2 คอนเดนเซอร์ซึ่งทำหน้าที่ระบายความร้อน รับสารทำความเย็นสถานะเป็นแก๊สร้อนความดันสูง เมื่อถูกระบายความร้อนด้วยน้ำหรืออากาศ ทำให้เกิดการกลั่นตัวเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวที่มีความดันสูง ถูกส่งเข้าไปในถังเก็บน้ำยา (Receiver Tank)

2.3 ถังเก็บน้ำยาซึ่งทำหน้าพักสารทำความเย็น สถานะเป็นของเหลวไว้ด้านล่างส่วนแก๊สที่ไม่กลั่นตัวจะลอยอยู่ด้านบน และสารทำความเย็นที่มีสถานะเป็นของเหลวจะถูกส่งไปยังตัวควบคุมสารทำความเย็น (Refrigerant Control)

2.4 ตัวควบคุมสารทำความเย็นจะลดความดันและปริมาณของสารทำความเย็นลง ฉีดเข้าไปในอีแวปปอเรเตอร์ ทำให้เกิดการเดือดเปลี่ยนสถานะเป็นแก๊ส และในการเปลี่ยนสถานะของสารทำความเย็นจะดูดความร้อนจากบริเวณรอบ ๆ ทำให้บริเวณดังกล่าวเย็นลงสังเกตได้จากมีเกล็ดหิมะจับเป็นสีขาว เรียกว่า ฟรอสไลน์ (Frost Line) ในการควบคุมจะต้องควบคุมให้สารทำความเย็นเดือดและระเหยหมดพอดีในอีแวปปอเรเตอร์ กลายเป็นแก๊สที่มีความดันต่ำและถูกดูดเข้าไปยังคอมเพรสเซอร์อีกครั้ง เป็นวัฏจักรอย่างนี้ตลอดไป

3. ส่วนประกอบเครื่องทำความเย็นแบบอัดไอ

3.1 คอมเพรสเซอร์ (Compressor)

เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ดูดและอัดสารทำความเย็นให้ไหลเวียนในระบบการทำความเย็นแบบอัดไอ แบ่งตามลักษณะโครงสร้างมีดังนี้

3.2 คอนเดนเซอร์ (Condenser)

เป็นอุปกรณ์ที่ทำให้สารทำความเย็นกลั่นตัวเปลี่ยนสถานะจากแก๊สกลายเป็นของเหลว โดยรับสารทำความเย็นสถานะแก๊สที่มีความดันและอุณหภูมิสูงจากคอมเพรสเซอร์เข้ามาแล้วระบายความร้อนกลั่นตัวเป็นของเหลว แบ่งตามลักษณะการระบายความร้อนได้ดังนี้ คอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยอากาศ คอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำ และคอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำและอากาศ

3.3 อุปกรณ์ลดความดัน (Metering Device)

ทำหน้าที่ ลดความดันและควบคุมการไหลของสารทำความเย็นเหลวให้มีความดันต่ำลงจนสามารถเดือดเป็นไอที่อุณหภูมิต่ำในเครื่องระเหย

3.4 เครื่องระเหย (Evaporator)

เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนสถานะสารทำความเย็นจากของเหลวกลายเป็นแก๊ส เมื่อสารทำความเย็นถูกลดความดันฉีดเข้ามาในอีแวปปอเรเตอร์ก็จะเกิดการเดือดและระเหยกลายเป็นแก๊ส ในการเปลี่ยนสถานะของสารทำความเย็นจะดูดเอาความร้อนจากอากาศที่อยู่รอบ ๆ ทำให้บริเวณนั้นเย็น

3.5 อุปกรณ์ประกอบอื่นๆ

1) รีซีพเวอร์ (liquid receiver) ทำหน้าที่พักสารทำความเย็นเหลวที่ควบแน่นจากคอนเดนเซอร์ และส่งไปยังตัวควบคุมสารทำความเย็น และอีแวปปอเรเตอร์ต่อไป ติดตั้งตำแหน่งทางออกของคอนเดนเซอร์ นิยมใช้ในเครื่องทำความเย็นขนาดใหญ่ แต่ห้ามใช้กับเครื่องทำความเย็นที่มีตัวควบคุมสารทำความเย็นแบบท่อรูเข็ม

2) ฟิลเตอร์ไดรเออร์ (Filter Drier) ทำหน้าที่กรองสิ่งสกปรกและเก็บความชื้นที่ปนมากับสารทำความเย็น ติดตั้งตำแหน่งช่วงก่อนเข้าตัวควบคุมสารทำความเย็น การเลือกใช้จะต้องคำนึงถึงชนิดของสารทำความเย็นที่ใช้ในระบบ ขนาดของเครื่องทำความเย็น ขนาดท่อสารทำความเย็น และค่าความดันลด (Pressure drop) นิยมใช้ในเครื่องทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศทั่วไป

3) อุปกรณ์แยกน้ำมัน (Oil separator) ทำหน้าที่แยกน้ำมันหล่อลื่นที่ปนออกมากับสารทำความเย็นให้กลับไปอ่างน้ำมันหล่อลื่น สารทำความเย็นที่แยกออกจะถูกส่งไปยังคอนเดนเซอร์เพื่อไปใช้งานต่อไป ติดตั้งตำแหน่งทางออกของคอมเพรสเซอร์

4) แอคคิวมูเลเตอร์ (Accumulator) ทำหน้าที่ป้องกันสารทำความเย็นสถานะของเหลวเข้าคอมเพรสเซอร์ เนื่องจากการเดือดไม่หมดที่อีแวปปอเรเตอร์ น้ำมันหล่อลื่นที่ปนอยู่กับสารทำความเย็นเหลวจะตกลงด้านล่างคอมเพรสเซอร์และถูกดูดผ่านรูเล็ก ๆ (Aspirator hole) การเลือกขนาดของอุปกรณ์แยกน้ำยาเหลวจะต้องมีความจุที่สามารถเก็บน้ำยาเหลวได้ไม่น้อยกว่า 50 % ของปริมาณน้ำยาทั้งหมดในระบบ

5) อุปกรณ์เก็บเสียง (Baffle) ทำหน้าที่ลดเสียงฉีดของสารทำความเย็นที่ออกจากคอมเพรสเซอร์ และลดการสั่นของท่อสารทำความเย็น ติดตั้งตำแหน่งใกล้กับทางดูดของคอมเพรสเซอร์การติดตั้งจะต้องระวังสารทำความเย็นเหลวและน้ำมันหล่อลื่นตกค้าง ในตัวอุปกรณ์เก็บเสียง

6) อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน (Heat exchanger) เป็นอุปกรณ์ที่แลกเปลี่ยน ความร้อน ทำให้สารทำความเย็นเหลวก่อนเข้าตัวควบคุมสารทำความเย็นมีสถานะของเหลว และทำให้สารทำความเย็นมีสถานะเป็นแก๊สก่อนเข้าคอมเพรสเซอร์ ติดตั้งช่วงระหว่างไดรเออร์กับตัวควบคุมสารทำความเย็นและระหว่างอีแวปปอเรเตอร์กับคอมเพรสเซอร์โดยนำท่อน้ำยาทั้ง 2 ส่วนมาแนบสัมผัสกัน เพื่อเป็นการสร้างประโยชน์ให้กับน้ำยาทั้งสองส่วนและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้กับระบบ

สรุปส่วนประกอบหลักของเครื่องทำความเย็นแบบอัดไอประกอบด้วยคอมเพรสเซอร์ คอนเดนเซอร์ อีแวปปอเรเตอร์ และอุปกรณ์เสริม ซึ่งส่วนประกอบแต่ละส่วนมีหน้าที่การทำงานแตกต่างกันไป เช่น คอมเพรสเซอร์ทำหน้าที่ดูดและอัดสารทำความเย็นที่เป็นแก๊ส คอนเดนเซอร์ทำหน้าที่เปลี่ยนสถานะของสารทำความเย็นจากแก๊สเป็นของเหลว อีแวปปอเรเตอร์ทำหน้าที่เปลี่ยนสถานะ สารทำความเย็นจากของเหลวเป็นแก๊ส และอุปกรณ์เสริมทำหน้าที่ช่วยเสริมให้วงจรน้ำยาทำงานได้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น เป็นต้น