หลักการทำความเย็นเป็นกระบวนการถ่ายเทความร้อนออกจากพื้นที่หนึ่ง ซึ่งต้องการทำความเย็นโดยความร้อนจะถูกส่งผ่านน้ำยาจากนั้นน้ำยาจะถ่ายเทความร้อนให้กับอากาศภายนอกพื้นที่น้ำยาจะเป็นตัวกลางในการถ่ายเทความร้อนโดยอาศัยกระบวนการอัดน้ำยาให้เป็นไอ กระบวนการควบแน่นกระบวนการขยายตัวและกระบวนการระเหย ซึ่งกระบวนการเหล่านี้จะเกิดตามส่วนต่าง ๆ ของระบบ เช่น ที่คอมเพรสเซอร์ ที่คอนเดนเซอร์ที่อุปกรณ์ควบคุมการไหล เป็นต้นดังนั้นการเรียนรู้เกี่ยวกับหลักการทำความเย็นใน ที่นี้จึงเป็นสิ่งจำเป็น ทั้งนี้เพื่อให้สามารถวิเคราะห์ระบบทำความเย็นได้ถูกต้อง และสามารถซ่อมบำรุงระบบให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

การทำความเย็น (Refrigeration) คือกระบวนการถ่ายเทความร้อนออกจากพื้นที่หรือ วัตถุที่ต้องการทำความเย็น หรือเป็นกระบวนการลดอุณหภูมิ และรักษาอุณหภูมิของพื้นที่หรือวัตถุ ที่ต้องการทำ ความเย็นให้ต่ำ กว่าอุณหภูมิรอบๆ ซึ่งระบบการทำความเย็นที่จะเล่าถึงต่อไปนี้เป็นระบบการทำความเย็นแบบอัดไอ 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

ภาพแสดงวัฏจักรการทำความเย็นแบบอัดไอ

3. ส่วนประกอบเครื่องทำความเย็นแบบอัดไอ

3.1 คอมเพรสเซอร์ (Compressor)

เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ดูดและอัดสารทำความเย็นให้ไหลเวียนในระบบการทำความเย็นแบบอัดไอ แบ่งตามลักษณะโครงสร้างมีดังนี้

3.2 คอนเดนเซอร์ (Condenser)

เป็นอุปกรณ์ที่ทำให้สารทำความเย็นกลั่นตัวเปลี่ยนสถานะจากแก๊สกลายเป็นของเหลว โดยรับสารทำความเย็นสถานะแก๊สที่มีความดันและอุณหภูมิสูงจากคอมเพรสเซอร์เข้ามาแล้วระบายความร้อนกลั่นตัวเป็นของเหลว แบ่งตามลักษณะการระบายความร้อนได้ดังนี้ คอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยอากาศ คอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำ และคอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำและอากาศ

ภาพแสดงคอนเดนเซอร์ระบายความด้วยอากาศแบบแผ่นโลหะ

3.3 อุปกรณ์ลดความดัน (Metering Device)

ทำหน้าที่ ลดความดันและควบคุมการไหลของสารทำความเย็นเหลวให้มีความดันต่ำลงจนสามารถเดือดเป็นไอที่อุณหภูมิต่ำในเครื่องระเหย

3.4 เครื่องระเหย (Evaporator)

เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนสถานะสารทำความเย็นจากของเหลวกลายเป็นแก๊ส เมื่อสารทำความเย็นถูกลดความดันฉีดเข้ามาในอีแวปปอเรเตอร์ก็จะเกิดการเดือดและระเหยกลายเป็นแก๊ส ในการเปลี่ยนสถานะของสารทำความเย็นจะดูดเอาความร้อนจากอากาศที่อยู่รอบ ๆ ทำให้บริเวณนั้นเย็น

ภาพแสดงอีแวปปอเรเตอร์ตามลักษณะการทำงาน

ภาพแสดงอีแวปปอเรเตอร์ตามลักษณะการสร้าง

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

ภาพแสดงอุปกรณ์ประกอบอื่นๆ

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

วงจรการทำความเย็นแบบบีบอัดจะมีข้อดีตรงที่ของไหลที่ถูกบีบอัดสูงมาก ณ อุณหภูมิค่าหนึ่งนั้นจะเย็นลงก็ต่อเมื่อยอมให้ มีการขยายได้อีก ถ้าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมีค่าสูงเพียงพออากาศที่ถูกบีบอัดนี้จะร้อนมากกว่าแหล่งทำความเย็น ภายนอก (ตัวอย่างเช่น อากาศภายนอก) และก๊าซที่ขยายตัวจะเย็นลงมากกว่าค่าอุณหภูมิที่กำหนดไว้ ในกรณีเช่นนี้อากาศจะถูกใช้ไปในการทำให้พื้นที่ว่างเย็นลงไปแล้วกำจัดความร้อนไปยังสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่า

วงจรการทำความเย็นแบบบีบอัดไอน้ำจะมีข้อดีอยู่ 2 ประการ อย่างแรกคือมีความต้องการใช้พลังงานความร้อนไปเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอน้ำ เพราะฉะนั้นจึงสามารถขจัดความร้อนในพื้นที่ว่างที่มีการปรับอากาศได้ อย่างที่สองก็คือ ธรรมชาติของการแบ่งแบบความร้อนเท่ากันจะยอมให้มีการถอนความร้อนออกโดยไม่มีการเพิ่มอุณหภูมิของของไหลที่ใช้ทำงานต่ออุณหภูมิของอะไรก็ตามที่กำลังถูกทำให้เย็นนั่นหมายความว่าการถ่ายเทความร้อนจะอยู่ในอัตราที่สูง เพราะว่าถ้าหากอุณหภูมิของของเหลวที่ใช้งานอยู่มีค่าใกล้เคียงกับสภาพแวดล้อมก็จะทำให้มีอัตราการถ่ายเทความร้อนลดลง

สนใจสอบถามเกี่ยวกับระบบความเย็น งานติดตั้ง ซ่อมแซม ปรับปรุง ติดต่อ

P.P. COOLING (ไพจิตร เครื่องเย็น)
14/1 หมู่ 4 ตำบลบางน้ำจืด อำเภอเมืองสมุทรสาคร จังหวัดสมุทรสาคร 74000
โทร : 097-091-7997, 081-172-3181

รับข่าวสารก่อนใคร ฉับใวถึงมือคุณ
เพิ่มเราเป็นเพื่อน แอดไลน์ @610nusdc