หลักการของเครื่องทำความเย็นและปรับอากาศ บทที่ 1 หลักการของเครื่องทำความเย็นและปรับอากาศ สื่อชุดนี้เป็นลิขสิทธิ์ของสำนักพิมพ์วังอักษรใช้ประโยชน์เพื่อการศึกษาเท่านั้น

วิวัฒนาการของการทำความเย็น การทำความเย็นในสมัยโบราณ จะใช้ความเย็นของน้ำแข็งหรือหิมะจากธรรมชาติ ต่อมามีผู้คิดค้นวิธีการผลิตน้ำแข็งเพื่อทดแทนน้ำแข็ง และหิมะที่ได้จากธรรมชาติ จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2377 ได้ประดิษฐ์เครื่องทำความเย็นระบบอัดไอ (Vapor Compression System) โดยวิศวกรชาวอเมริกันชื่อ Jacob Perkins หลังจากนั้นในปี พ.ศ. 2398 มีการประดิษฐ์เครื่องทำความเย็นระบบดูดซึม (Absorption Refrigeration System) ซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันทั่วไปในอดีต อุตสาหกรรมเครื่องเย็นได้รับการพัฒนา จนสามารถผลิตตู้เย็นที่มี คอมเพรสเซอร์แบบเชื่อมปิดมิดชิด (Hermetic Compressor) หมายถึง รวมเอาตัวคอมเพรสเซอร์ และตัวมอเตอร์ไว้ในชุดเดียวกัน

หลักการทำความเย็น หลักการเบื้องต้นของการทำความเย็น คือ การทำให้น้ำยาหรือสารทำความเย็น (Refrigerant) ซึ่งเป็นตัวกลางในการทำความเย็น เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะ เพราะว่าการเปลี่ยนแปลงสถานะ ของสารทำความเย็นต้องการความร้อนแฝง (Latent Heat) เข้ามาดูดรับความร้อน ดังนั้นถ้าหากทำให้ ของเหลวเปลี่ยนสถานะกลายไปเป็นไอจะเกิดการดูดความร้อนจากบริเวณข้างเคียง จึงทำให้ บริเวณนั้นมีอุณหภูมิลดลงหรือเกิดความเย็นขึ้นนั่นเอง หลักการ ของการทำความเย็นที่ควรทราบมี 2 ระบบ คือ เครื่องทำความเย็นระบบดูดซึม และเครื่องทำความเย็น ระบบอัดไอ

เครื่องทำความเย็นระบบดูดซึม ส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่ 1. Generator 2. อุปกรณ์แยกน้ำ 3. คอนเดนเซอร์ 4. อีแวปปอเรเตอร์ 5. อุปกรณ์ดูดซึม (Absorber) อุปกรณ์สนับสนุน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำความเย็นประกอบด้วย 1. Analyzer 2. Rectifier 3. อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน

ระบบทำความเย็นแบบอัดไอ การทำความเย็นระบบอัดไอ (Vapor Compression System) เป็นระบบที่นิยมแพร่หลาย และใช้กันทั่วไป อุปกรณ์หลักที่สำคัญในระบบอัดไอมี 5 ชนิด ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ คอนแดนเซอร์ ถังพักน้ำยาเหลว เอกซ์แพนชันวาล์ว และอีแวปปอเรเตอร์ ซึ่งทำงานร่วมกันเป็นวัฏจักร และทำให้เกิดความเย็นขึ้นมาได้ แต่ถ้าหากเป็นเครื่องทำความเย็นขนาดเล็ก เช่น ตู้เย็น ตู้แช่ ไม่จำเป็นต้องติดตั้งถังพักน้ำยาเหลว

หน้าที่การทำงานของอุปกรณ์ในระบบอัดไอ 1. คอมเพรสเซอร์ (Compressor) ทำหน้าที่ดูดและอัดน้ำยาในสถานะที่เป็นแก๊ส 2. คอนเดนเซอร์ (Condenser) ทำหน้าที่ระบายความร้อนออกจากน้ำยา เพื่อควบแน่นให้น้ำยาที่เป็นแก๊ส กลั่นตัวกลายเป็นของเหลว ก่อนส่งไปถังพักน้ำยา 3. ถังพักน้ำยาเหลว (Liquid Receiver หรือ Receiver Tank) ทำหน้าที่สะสมหรือใช้เป็นที่พักน้ำยาเหลวที่กลั่นตัวแล้วจากคอนเดนเซอร์ เพื่อจ่ายให้กับ เอกซ์แพนชันวาล์วได้อย่างเพียงพอ 4. เอกซ์แพนชันวาล์ว (Expansion Valve) ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของน้ำยาเหลวที่จะผ่านเข้าไปยัง อีแวปปอเรเตอร์ 5. อีแวปปอเรเตอร์ (Evaporator) ทำหน้าที่รับน้ำยา เหลวความดันต่ำ ซึ่งถูกลดความดันแล้วจากเอกซ์แพนชันวาล์ว

นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์และส่วนประกอบอย่างอื่น ที่ช่วยให้การทำงานของระบบเครื่องทำความเย็น มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น ได้แก่ ตัวแยกน้ำมัน ไดรเออร์ ที่ดูน้ำยา ตัวระเหยน้ำยา ท่อซักชั่น ท่อดิสชาร์จ ท่อลิควิด ตัวแยกน้ำมัน (Oil Seperator) จะติดตั้งไว้ระหว่างคอมเพรสเซอร์กับท่อดิสชาร์จ (ท่อทางอัด) ทำหน้าที่แยกน้ำมันออกจากน้ำยา เพื่อส่งกลับเข้าไปหล่อลื่นให้กับคอมเพรสเซอร์ โดยทั่วไปตัวแยกน้ำมันจะติดตั้งเข้ากับระบบ เครื่องทำความเย็นขนาดใหญ่เท่านั้น ตัวแยกน้ำมัน

ไดรเออร์ - ฟิลเตอร์ (Drier Filter) ติดตั้งไว้ที่ท่อ ทางออกจากคอนเดนเซอร์กับท่อแคปทิ้ว ความเย็นที่ใช้แคปทิ้วเป็นตัวควบคุมน้ำยา จะต้องการระบบที่สะอาดปราศจากสิ่งสกปรกและความชื้น (Moisture) ดังนั้นจึงต้องติดตั้งตัวกรองความชื้น หรือไดเออร์ - ฟิลเตอร์ เพื่อดูดจับความชื้น และกรองเศษขี้ผงต่าง ๆ ออกจากน้ำยา สารเคมีที่ใช้ดูดความชื้นภายในไดรเออร์ - ฟิลเตอร์ คือ สารซิลิกาเยล (Silica Gel) สำหรับข้อควรคำนึง ก็คือไม่ควรเปิดฝาครอบทิ้งไว้ และเมื่อซ่อมระบบเครื่องเย็นควรเปลี่ยนไดรเออร์ - ฟิลเตอร์ตัวใหม่ ทุกครั้ง

ที่ดูน้ำยา (Sight Glass) จะติดตั้งไว้ที่ท่อทางออก จากคอนเดนเซอร์ เพื่อตรวจสอบดูว่า ในระบบมีน้ำยาเต็มพอดีหรือไม่ - ถ้ามีน้ำยาไม่เพียงพอ จะปรากฏเห็นฟองอากาศไหลคู่ไปกับน้ำยา - ถ้าปริมาณน้ำยาในระบบเพียงพอ จะไม่มีฟองอากาศแต่จะมองเห็นเป็นน้ำใส ๆ ไหลผ่านช่องกระจก - ถ้ามีปริมาณน้ำยาในระบบมากเกินไป จะไม่มีฟองอากาศเกิดขึ้นให้เห็นเช่นกัน กรณีนี้ ให้ตรวจสอบความดันในท่อด้านความดันสูงและด้านความดันต่ำ ที่ดูน้ำยาบางชนิดจะบอกสภาพความชื้นของระบบได้ เช่น ถ้ามีสีเขียวแสดงว่าในระบบ ไม่มีความชื้น แต่ถ้ามีสีเหลืองแสดงว่ามีความชื้นในระบบ

ตัวระเหยน้ำยา (Accumulator) จะติดตั้งไว้ที่ท่อทางออกของ อีแวปปอเรเตอร์ก่อนจะเข้าคอมเพรสเซอร์ ทำหน้าที่เป็นตัวระเหยน้ำยาซึ่งเป็นของเหลวที่ยัง หลงเหลือจากการเดือด ไม่หมดภายในอีแวปปอเรเตอร์ให้กลายเป็นแก๊ส ท่อซักซั่น (Suction Line) เป็นท่อดูดน้ำยากลับเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ จึงนิยมเรียก อีกอย่างว่าท่อทางดูด น้ำยาที่ไหลผ่านจะมีสถานะเป็นแก๊สความดันต่ำ ในทางปฏิบัติจึงใช้ฉนวน ห่อหุ้มท่อซักซั่นนี้ไว้ ท่อดิสชาร์จ (Discharge Line) เป็นท่อน้ำยาออกจากคอมเพรสเซอร์ จึงนิยมเรียกอีกอย่างว่า ท่อทางอัด น้ำยาที่ไหลผ่านจะถูกอัดออกมาจากคอมเพรสเซอร์ มีสถานะเป็นแก๊สความดันสูง อุณหภูมิสูง ท่อลิควิด (Liquid Line) เป็นท่อทางเดินน้ำยาระหว่างถังพักน้ำยากับเอกซ์แพนชันวาล์ว น้ำยาที่ไหลผ่านท่อลิควิดจะมีสถานะเป็นของเหลว อุณหภูมิสูง ความดันสูง

ความดันในระบบอัดไอ 1. ด้านความดันสูง เริ่มจากลิ้นทางอัดของคอมเพรสเซอร์ ท่อดิสชาร์จ คอนเดนเซอร์ ถังพักน้ำยาเหลว ท่อลิควิดจนถึงทางเข้าลิ้นลดความดัน หรือ เอกซ์แพนชันวาล์ว 2. ด้านความดันต่ำ เริ่มจากทางออกของเอกซ์แพนชันวาล์ว อีแวปปอเรเตอร์ ท่อซักชั่น จนถึงลิ้นทางดูดของคอมเพรสเซอร์

ประโยชน์ของการทำความเย็น การทำความเย็นเป็นกระบวนการถ่ายเทความร้อนออกจากวัตถุ หรือภาชนะปิดใด ๆ จนกระทั่งมีอุณหภูมิลดต่ำลง สำหรับการอาศัยระบบการทำความเย็นเพื่อใช้งานในด้านต่าง ๆ สรุปได้ดังนี้ การผลิตอาหาร ขบวนการที่อาศัยความเย็นในการผลิตอาหารมีหลายชนิด เช่น การผลิตไอศกรีม การผลิตนม หรือเบียร์ การเก็บรักษาอาหาร การเก็บรักษาอาหาร พืชผักต่าง ๆ ให้อยู่ได้นานหลายวัน การใช้งานโดยเฉพาะ เช่น ใช้ในวงการแพทย์ การกีฬาประเภทลานสเก็ต เป็นต้น การปรับอากาศ เป็นการนำความเย็นมาใช้เพื่อให้เกิดความสบาย เหมาะสมกับสภาพร่างกายของมนุษย์ ต้องสามารถปรับอุณหภูมิให้สูงหรือต่ำได้ การควบคุมความชื้น การกรองอากาศ ระบบการถ่ายเทของอากาศ ระบบการส่งแรงลม รวมถึงการกำจัดฝุ่นละออง และกลิ่นอับชื้นต่าง ๆ