หน่วยที่ 4

หนว่ ยที่ 4 เครื่องทำความเยน็ ระบบอดั ไอ ครอู ภัย สดุ จิตร แผนกวชิ าช่างไฟฟา้ กำลัง หน่วยท่ี 4

เนือ้ หาสาระการเรียนรู้ 1. ระบบการทำความเย็นแบบดดู ซึม หลกั การทำงานจะอาศยั ความร้อนทเ่ี กิดจากการเผาไหม้ ให้ความร้อนแก่แอมโมเนยี มผสมน้ำที่บรรจุอยู่ในเจ เนอเรเตอร์ ซ่งึ แอมโมเนยี จะทำหนา้ ท่ีเป็นสารทำความเย็น สว่ นนำ้ จะทำหน้าที่เป็นตวั ดูดซึม แอมโมเนียมีจุดเดือด ตำ่ กวา่ นจี้ ะระเหยเปน็ ไอผา่ นทอ่ เข้าไปในคอนเดนเซอรแ์ ละถูกระบายความรอ้ นออกมา แอมโมเนยี จะควบแน่นเป็น ของเหลวผ่านวาล์วกันกลับ (Check Valve) เข้าไปยังรซี ีฟเวอร์ แต่ความร้อนที่ให้แก่แอมโมเนยี มและน้ำยงั สูงอยู่ ทำใหอ้ ณุ หภูมิและความดันสูง สารทำความเยน็ จึงไม่สามารถเปลี่ยนสถานะในอีวาปอเรเตอรไ์ ด้ เมื่อหยุดให้ความร้อนแก่รีซีฟเวอร์ทำให้ความดันลดลง สารทำความเย็นจากรีซีฟเวอร์จะไหลผ่านตวั ควบคุม เข้าไปยังอีวาปอเรเตอร์และระเหยกลายเป็นไอ โดยดูดความร้อนจากบริเวณรอบๆ อีวาปอเรเตอร์ ทำให้บริเวณ รอบๆ อวี าปอเรเตอร์เกดิ ความเยน็ ข้นึ ไอของแอมโมเนียจะไหลผา่ นตามทอ่ เขา้ ไปผสมกบั นำ้ ในเจเนเรเตอร์ และถูก น้ำดูดซึมความรอ้ นไว้ ส่วนแอมโมเนียพร้อมที่จะแยกตัวออกจากน้ำกลับไปใช้งานใหม่เมือ่ ใหค้ วามรอ้ นแกเ่ จเนเร เตอรอ์ กี ครง้ั 2. ระบบการทำความเย็นแบบใชไ้ อนำ้ การทำงานจะใช้น้ำเป็นสารทำความเย็นโดยใช้ไอน้ำความดันประมาณ 30 – 150 Psig ผ่านหัวฉีดเพื่อลด ความดนั ทอ่ี วี าปอเรเตอร์ และทำให้อณุ หภูมิของน้ำลดลลงเหลอื ประมาณ 4 °C (39.2°F) น้ำในอีวาปอเรเตอร์ส่วน หนึ่งจะกลายเป็นไอและดูดความร้อนจากน้ำส่วนที่เหลือ ทำให้น้ำในอีวาปอเรเตอร์มีอณุ หภูมอิ ยู่ประมาณ 10 °C (50 °F) และถูกสบู เข้าไปในคอลยเ์ ย็น ซง่ึ จะมีใช้ในระบบปรบั อากาศขนาดใหญ่ขนาด 100 ตนั ข้ึนไป เพราะต้องใช้ ไอน้ำภายใต้ความดันสูงในปรมิ าณมาก และทำอุณหภูมิได้ต่ำสุดประมาณ 4 °C (39.2 °F) เพราะถ้าหากอุณหภูมิ เท่ากับ 0 °C (32 °F) น้ำที่ใช้จะถงึ จุดเยอื กแข็งและใช้งานงานไม่ได้ จึงเหมาะสำหรับเครือ่ งปรับอากาศขนาดใหญ่ เช่น ตามโรงแรม ห้างสรรพสินคา้ ฯลฯ 3. ระบบการทำความเยน็ แบบใช้การขยายตัวของอากาศ หลักการทำงานจะอาศัยอากาศเป็นสารความเย็น โดยเมื่ออากาศขยายตัวจากความดันสูงไปยังความดันตำ่ ตามหลกั ของ Joule-Thomson Effect จะทำใหเ้ กดิ ความเย็นขึน้ ขอ้ ดีคือ มอี ปุ กรณป์ ระกอบนอ้ ยชนิ้ น้ำหนักเบา และขณะทำงานไม่มีการสัน่ สะเทือน เหมาะที่จะใช้กับระบบปรับอากาศในอากาศยานเพราะถงึ แม้เกิดการรัว่ ไหล ของสารทำความเย็นก็ไม่เกดิ อนั ตราย เพราะสารทำความเยน็ เป็นอากาศ

4. ระบบการทำความเย็นแบบอัดไอ หลกั การทำงานจะอาศัยหลกั การทำให้สารทำความเย็นสถานะของเหลวเดอื ดกลายเปน็ ไอภายใต้ความดันต่ำ โดยดึงอุณหภูมิจากบรเิ วณรอบข้างมาทำใหส้ ารทำความเย็นเดอื ด แล้วอัดให้เปน็ สารทำความเย็นสถานะไอความ ดันสูงส่งไประบายความร้อนออกจากสารทำความเยน็ ทำใหส้ ารทำความเยน็ กลัน่ ตวั เปน็ ของเหลวภายใต้ความดัน สูง ต่อจากนั้นสารทำความเย็นจะถูกลดความดันลง ทำให้สารทำความเย็นเดือดกลายเป็นไอโดยดงึ ความร้อนจาก บริเวณรอบข้างมาทำให้มันเดือดอีกครั้ง และถูกส่งออกไประบายความร้อนเพื่อให้สารทำความเย็นกลั่นตัวเป็น ของเหลว เปน็ วฏั จกั รหมุนเวียนอยู่เช่นนี้ของระบบทำความเย็นแบบอัดไอระบบปิด ซึ่งเปน็ ระบบท่ีมีประสิทธิภาพ มาก นิยมใช้ในอาคารบ้านเรือนและในเชิงพาณิชย์ ในหน่วยการเรียนรู้นี้เราจะศึกษาเฉพาะเครื่องทำความเย็น ระบบอัดไอแบง่ การทำงานไดเ้ ป็น 2 บรเิ วณ คือ 4.1 บรเิ วณทที่ ำใหส้ ารทำความเยน็ เหลวเดอื ดกลายเป็นไอ เปน็ พน้ื ทท่ี คี่ วามรอ้ นบรเิ วณน้นั ถูกถ่ายเทให้ อวี าปอเรเตอร์ ทำใหส้ ารทำความเยน็ เหลวในอีวาปอเรเตอรเ์ ดอื ดกลายเปน็ ไอ (Vaporazing) โดยดึงความรอ้ นจาก บริเวณรอบๆ อีวาปอเรเตอร์เพื่อทำใหส้ ารทำความเยน็ เหลวเดือดกลายเปน็ ไอจึงทำใหพ้ ืน้ ท่ีบริเวณรอบๆ อีวาปอเร เตอร์มอี ุณหภูมลิ ดลง 4.2 บริเวณทที่ ำใหไ้ อสารทำความเยน็ กลน่ั ตัวเป็นของเหลว เปน็ บริเวณที่ความร้อนจากไอสารทำความ เย็นที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงในคอนเดนเซอร์ ถูกอากาศหรือน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าเป็นตัวกลางในการพา ความร้อนออกจากไอของสารทำความเย็นในคอนเดนเซอร์ ทำให้สารทำความเย็นในคอนเดนเซอร์กลั่นเป็น ของเหลว (Condensing) นอกจากอีวาปอเรเตอรซ์ ่งึ เปน็ พ้ืนที่ที่สารทำความเยน็ เดือดกลายเป็นไอ และคอนเดนเซอร์ซึ่งเป็นพื้นท่ีท่ี สารทำความเย็นกลั่นตัวเป็นของเหลวแล้ว ยังมีอุปกรณ์ประกอบในวงจรทางกลของระบบอัดไออีก 2 ตัว คอมเพรสเซอร์ ซ่ึงเป็นหัวใจหลักของเคร่ืองทำความเยน็ ระบบอัดไอ ทำหนา้ ท่ีดดู สารทำความเยน็ สถานะไอความ ดนั ตำ่ จากอวี าปอเรเตอร์ แล้วอัดใหเ้ ป็นสารทำความเย็นระบบอดั ไอ ทำหน้าท่ีดดู สารทำความเยน็ สถานะไอความ ดนั ตำ่ จากอวี าปอเรเตอร์ แลว้ อดั ให้เปน็ สารทำความเยน็ สถานะไอความดันสูงเพือ่ ส่งไประบายความร้อนและกลั่น ตวั เปน็ ของเหลวี่คอนเดนเซอร์ และตัวควบคุมสารทำความเย็น ทำหนา้ ทีล่ ดความดันจากสารทำความเย็นสถานะ ของเหลวความดันสูงจากคอนเดนเซอร์ให้เป็นสารทำความเย็นสถานะของเหลวความดันต่ำแล้วส่งเข้าไปเดือด กลายเป็นไอในอีวาปอเรเตอร์ตอ่ ไป

รูปแสดงวงจรทางกลของเคร่อื งทำความเย็นระบบอัดไอ จากรปู อธิบายการทำงานของวงจรทางกลระบบอัดไอตามอุปกรณห์ ลกั ต่างๆ ได้ดงั น้ี * คอมเพรสเซอร์ (Compressor) ทำหนา้ ท่ดี ูดสารทำความเยน็ ในสถานะไอในสภาวะความดนั ต่ำจากอี วาปอเรเตอร์ ผ่านเข้ามาทางท่อทองแดงด้านดูด (Suction Line) ซึ่งจะเป็นท่อขนาดใหญ่กว่าท่อทางด้านอัด (Discharge Line) แลว้ อัดให้สารทำความเย็นซง่ึ ยังคงมีสถานะเป็นไอให้มีความดันสงู ข้นึ เพื่อท่ีจะไหลเวยี นในระบบ ไดค้ รบวงจร สารทำความเย็นสถานะไอความดันสูงนี้จะสูงออกไปควบแน่นที่คอนเดนเซอร์ โดยผ่านทางท่อทองแดง ดา้ นอดั ซ่ึงท่อจะมีขนาดเล็กกว่าท่อทองแดงดา้ นดูด * ตัวควบคุมสารทำความเย็น (Refrigerant Control) ทำหน้าที่ลดความดันของสารทำความเย็น สถานะของเหลวความดนั สงู ทอ่ี อกจากคอนเดนเซอร์ให้เป็นของเหลวความดันต่ำ เพอ่ื สง่ เขา้ ไปเดือดเป็นไอในอีวา ปอเรเตอรต์ ่อไป * อีวาปอเรเตอร์ (Evaporator) สารทำความเย็นสถานะของเหลวความดันสูง เมื่อถูกลดความดัน กะทันหันมันจะพยามเดือดโดยดึงอุณหภูมิรอบข้างเพื่อมาทำให้ตัวมันเดือด ทำให้บริเวณรอบข้างมีอุณหภูมิลด ต่ำลง หรือเกิดความเย็นขึ้นนั่นเอง อุณหภูมิจุดเดือดของสารทำความเย็นแต่ละชนิดจะแตกต่างกันไป แสดงดัง ตารางต่อไปน้ี ตารางแสดงอณุ หภมู ิจุดเดอื ดของสารทำความเย็นแต่ละชนิด

สารทำความเยน็ อุณหภูมิจุดเดอื ด (°C) อุณหภูมิจุดเดอื ด (°F) R – 134A -26.2 -15.1 R – 22 -40.8 41.4 สารทำความเย็นสถานะของเหลวความดันต่ำจะถูกส่งเข้าไปเดอื ดในอวี าปอเรเตอร์ โดยทอี่ ีวาปอเรเตอร์จะ ดูดความร้อนบริเวณรอบๆ ตัวมันไปใช้เปน็ ความรอ้ นแฝงในการเปลี่ยนสถานะ เช่น น้ำในตู้ทำน้ำเย็นถูกดูดความ ร้อนออกทำใหม้ อี ณุ หภูมิลดลง หรืออาหารทแ่ี ซ่อย่ภู ายในตู้เยน็ ถกู ดูดความร้อนออกทำให้มอี ุณหภมู ิลดลง คือ เกิด ความเยน็ ข้นึ ในนำ้ หรอื อาหารน้ันอง สารทำความเย็นสถานะของเหลวความดนั ต่ำ เม่ือเดือดแล้วจะเปลี่ยนสถานะกลายเปน็ ไอ แต่ยังคงมคี วาม ดันตำ่ อยู่ และถูกคอมเพรสเซอรด์ ดู และอัดใหเ้ ป็นสารทำความเย็นสถานะไอแตม่ ีความดันสูงขนึ้ จากนน้ั จึงถูกส่งไป ใช้งานในระบบ เป็นลักษณะวัฏจักรหมุนเวียนอยู่ในวงจรทางกลของระบบเคร่ืองทำความเยน็ เช่นนีต้ ลอดไป โดยท่ี สารทำความเย็นจะไมส่ ญู หายหากไม่เกดิ รอยรัว่ ในระบบจงึ ไม่ต้องเตมิ สารทำความเย็นอีก