ระบบทําความเย็นมีกี่ประเภท? แต่ละประเภททำหน้าที่อย่าไงบ้าง?

ระบบทําความเย็นมีกี่ประเภท? แต่ละประเภททำหน้าที่อย่าไงบ้าง?

หลายคนคงทราบว่าระบบทําความเย็น ส่วนมากจะพบในการปรับอากาศ เพื่อควบคุมอุณหภูมิ ความชื้น และความสะอาดของอากาศ และระบบทําความเย็นเป็นหนึ่งในระบบสำคัญในโรงงานอุตสาหกรรมอีกด้วยครับ เช่น อุตสาหกรรมอาหารแช่แข็งอาหาร หรือ ระบบห้องเย็น Cold room, Cold Storage เพื่อต้องการความเย็นสําหรับเก็บรักษา อาหาร ให้มีความสดเป็นเวลานาน

ทั้งเครื่องทําความเย็นและปรับอากาศต่างทำหน้าที่เหมือนกัน นั่นคือ สร้างอากาศเย็น ส่วนที่แตกต่างกันคือ วิธีที่ใช้ในการทำให้อากาศเย็น 

ระบบทําความเย็นหมายถึง กระบวนการถ่ายเทความร้อนออกจากบริเวณที่ต้องการทำความเย็น เช่น การดึงเอาปริมาณความร้อนจากอากาศในห้องปรับอากาศผ่านฟินคอยล์หรือดึงเอาปริมาณความร้อนภายในห้องเย็นออกไประบายทิ้งภายนอก ทำให้อากาศภายในมีอุณหภูมิลดต่ำลง เป็นต้น หรือถ้าจะกล่าวโดยเฉพาะยิ่งขึ้นก็ คือ ระบบทําความเย็นเป็นวิทยาศาสตร์สาขาหนึ่งที่ว่าด้วยกระบวนการในการลดและรักษาระดับอุณหภูมิของเนื้อที่หรือวัสดุให้มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบ ซึ่งกระบวนการทำงานของแอร์ (Air conditioner) คือ ทำงานโดยการนำอากาศที่อุ่นชื้นมาเปลี่ยนให้เป็นอากาศที่แห้งและเย็นโดยใช้สารเคมีที่เรียกว่า สารทำความเย็น

การทํางานของแอร์ หรือ หลักการทํางานของเครื่องปรับอากาศ 

เครื่องปรับอากาศ หรือ แอร์ ที่เราคุ้นเคยกันดี หลักการทําความเย็นหมายถึง ใช้สารทำความเย็นหรือน้ำยาแอร์เป็นตัวกลางในการดูดซับความร้อนภายในห้อง แล้วส่งความร้อนออกไปภายนอกห้อง โดยอาศัยกระบวนการเปลี่ยนสถานะสารทำความเย็น(น้ำยา) ให้เป็นไอ(ก๊าซ) เพื่อการดูดซับความร้อนภายในบ้านของคุณ และเปลี่ยนสถานะกลับเข้าสู่ของเหลวเพื่อคายความร้อนออกไปยังภายนอกบ้าน วงจรทําความเย็นแอร์จะเริ่มจากการที่เราเปิดเครื่องปรับอากาศ หลักการง่ายๆคือการทำให้สารทำความเย็นไหลเวียนไปยังส่วนต่างๆจนครบและต่อเนื่อง

วัฏจักรการทําความเย็นเครื่องปรับอากาศ

สารทำความเย็นหรือน้ำยาแอร์ ทำหน้าที่เป็นตัวกลางดูดเอาความร้อนภายในห้อง (Indoor) ออกมานอกห้อง (Outdoor) จากนั้นน้ำยาจะถูกทำให้เย็นอีกครั้งแล้วส่งกลับเข้าห้องเพื่อดูดซับความร้อนอีก โดยกระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ตลอดการทำงานของคอมเพรสเซอร์

ประเภทของ ระบบทําความเย็น มีอะไรบ้าง?

หากคุณสนใจในเรื่องระบบทําความเย็น บทความนี้อาจจะช่วยให้คุณเข้าใจมากยิ่งขึ้น ในเรื่องของการทำงานของระบบเครื่องทําความเย็น ระบบทําความเย็นและปรับอากาศ รวมไปถึงวัฏจักรการทําความเย็นเครื่องปรับอากาศ ก่อนอื่นมารู้จักกับประเภทของระบบทําความเย็น ว่ามีอะไรบ้าง? แต่ละประเภทมีการทำงานอย่างไร?

ระบบทําความเย็นแบบอัดไอ (Vapor Compression System)

ระบบทําความเย็นแบบอัดไอหรือระบบคอมเพรสเซอร์อัดไอ ( Vapor compression system) ในปัจจุบันจะใช้กันมากที่สุด สามารถพบเห็นได้ใน เครื่องปรับอากาศหรือแอร์บ้านที่ใช้ในปัจจุบัน ระบบห้องเย็นและระบบทําความเย็นในโรงงานอุตสาหกรรม 

 

วงจรระบบทําความเย็น แบบอัดไอหรือระบบคอมเพรสเซอร์อัดไอ ( Vapor  compression system) เอกซ์แพนชันวาล์ว ( Expansion valve )

วัฏจักรการทําความเย็นแบบอัดไอ (Circle of Refrigeration)

วัฏจักรการทําความเย็นแบบอัดไอ หมายถึง การเปลี่ยนแปลงสถานะของสารทำความเย็นระหว่างของเหลวและก๊าซ ในลักษณะเปลี่ยนแปลงสถานะกลับไปกลับมาภายในระบบที่มีการอัดไออย่างต่อเนื่องไม่มีสิ้นสุด

หน้าที่การทำงานของอุปกรณ์เครื่องทําความเย็น แบบอัดไอ

ในเครื่องทําความเย็น แบบอัดไอจะมีอุปกรณ์ในการทำงานอย่างไร มาดูกันว่าแต่ะอุปกรณ์มีหน้าที่อะไรบ้าง อุปกรณ์เครื่องทําความเย็นมีหลักการดังนี้ คือ

1.อีวาพอเรเตอร์ ( Evaporator ) หรือคอยล์เย็น

คอยล์เย็น ทำหน้าที่ดูดรับปริมาณความร้อนจากบริเวณหรือเนื้อที่ที่ต้องการทำความเย็น ขณะที่น้ำยาทำความเย็นภายในระบบตรงบริเวณนี้ระเหยเปลี่ยนสถานะเป็นแก๊สจะดูรับปริมาณความร้อนผ่านผิวท่อทางเดินน้ำยาเข้าไปยังน้ำยาภายในระบบ ทำให้อุณหภูมิโดยรอบอีวาพอเรเตอร์หรือคอยล์เย็นลดลง

สังเกตได้ว่าคอยล์เย็นส่วนใหญ่จะมีระบบท่อลมหรือพัดลมอยู่ ซึ่งมีหน้าที่เป่าลมหรือดูดลมเพื่อช่วยในการระบายความเย็นของคอยล์เย็น และอากาศที่ไหลผ่านคอยล์เย็นนี้จะถูกดูดเอาความร้อนออกเพื่อเปลี่ยนเป็นความเย็น

2.คอมเพรสเซอร์ ( Compressor )

ทำหน้าที่ในการดูดและอัดน้ำยาในสถานะที่เป็นแก๊ส โดยดูดแก๊สที่มีอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำจากอีวาพอเรเตอร์หรือคอยล์เย็น และอัดให้มีความดันสูงและอุณหภูมิสูง จนถึงจุดที่แก๊สพร้อมจะควบแน่นเป็นของเหลวเมื่อมีการถ่ายเทความร้อนจากน้ำยา

3.คอนเดนเซอร์ ( Condenser )

ทำหน้าที่ให้น้ำยาในสถานะที่เป็นแก๊สกันตัวเป็นของเหลวด้วยการระบายความร้อนออกจากน้ำยานั้น กล่าวคือน้ำยาในสถานะแก๊ส อุณหภูมิสูง ความดันสูง ซึ่งถูกอัดส่งมาจากคอมเพรสเซอร์ เมื่อถูกระบายความร้อนแฝงออกจะกลั่นตัวเป็นของเหลว แต่ยังมีความดันและอุณหภูมิสูงอยู่

4.ท่อพักน้ำยาเหลว ( Receiver Tank )

น้ำยาเหลวที่มีความดันสูงและอุณหภูมิสูงซึ่งกลั่นตัวมาแล้วจากคอนเดนเซอร์จะถูกส่งเข้ามาพักในท่อพักน้ำยานี้ ก่อนจะถูกส่งไปยัง expansion Valve อีกทีนึ่ง ท่อพักน้ำยาเหลวนี้จะไม่ค่อยพบในระบบแอร์บ้านและระบบทําความเย็นขนาดเล็ก ส่วนใหญ่จะใช้ในระบบ Chiller ที่มีขนาดใหญ่ๆ 40 Ton ขึ้นไป

5.เอกซ์แพนชั่นวาล์ว ( Expansion valve )

ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของน้ำยาเหลวที่ผ่านเข้าไปยังอีวาพอเรเตอร์หรือคอยล์เย็น ลดความดันของน้ำยาให้มีความดันต่ำลง จนสามารถระเหยเปลี่ยนสถานะเป็นไอได้ที่อุณหภูมิต่ำ ๆ ในอีวาโปเรเตอร์

หลักการทำงานของวงจร ระบบทําความเย็น แบบอัดไอ ( Vapor compression system)

หลักการทำงานของวงจรระบบทําความเย็น ดังแสดงในรูปข้างล่าง เริ่มที่ท่อพักน้ำยาเหลว ( Receiver tank ) น้ำยาในท่อพักมีสถานะเป็นของเหลวที่ อุณหภูมิสูง ความดันสูง ถูกส่งเข้าไปยัง Expansion valve โดยผ่าน ท่อLiquidซึ่ง Expansion valve นี้จะทำหน้าที่ควบคุมการไหลของน้ำยาเหลวที่ผ่านเข้าไปยัง อีวาพอเรเตอร์ ( Evaporator )หรือ คอยล์เย็น ลดความดันของน้ำยาเหลวให้มีความดันต่ำลงจนสามารถระเหยเปลี่ยนสถานะเป็นแก๊สและดูดรับปริมาณความดันได้ที่อุณหภูมิต่ำ ๆ ภายในอีวาพอเรเตอร์หรือคอยล์เย็น

ระบบทําความเย็นแบบดูดซึม (Absorption Refrigeration System)

ระบบทําความเย็นโดยระบบแอบซอร์ปชัน ( Absorption system ) เป็นระบบทําความเย็นที่อาศัยพลังงานความร้อนเหลือทิ้งจากแหล่งอื่นๆ มาใช้ในการขับเครื่องทำความเย็นให้ทำงาน หลักการทำงานของเครื่องทำความเย็น คือ ความร้อนที่ป้อนให้ Absorption system ส่วนมากจะอยู่ในรูปของไอน้ำ น้ำร้อน หรือก๊าซร้อน ต้นกำลังที่ใช้ในการทำงานใช้ได้หลากหลายอย่างเช่น น้ำจากหม้อไอน้ำ น้ำร้อนจากพลังแสงอาทิตย์เป็นต้น ระบบนี้นอกจากจะเป็นการประหยัดพลังงานแล้ว ยังช่วยป้องกันและรักษาสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

 

อุปกรณ์เครื่องทําความเย็นมีอะไรบ้าง?

หลายคนอาจสงสัยว่าอุปกรณ์เครื่องทําความเย็นประกอบด้วยเครื่องมืออะไรบ้าง แต่ละเครื่องมือมีหน้าที่ความสำคัญอย่างไร โดยอุปกรณ์เครื่องทําความเย็น มี 4 เครื่องด้วยกัน ดังนี้

1.เครื่องทําระเหย (Evaporator) เป็นตัวทําความเย็น คืออุปกรณ์หรือส่วนที่ใช้แลกเปลี่ยน ความร้อนระหว่างสารทําความเย็นกับน้ำของระบบ Chiller หรือน้ำเย็นที่จะนําไปใช่กับระบบ ปรับอากาศ

2.เครื่องดูดซึมความร้อน (Absorber) คืออุปกรณ์ดูดซึมความร้อน เป็นส่วนที่บรรจุสารทําความ เย็นและตัวทําละลาย เช่น ในกรณีที่ใช่สารลิเธี่ยมโบร์ไมด์ (Lithium Bromide: LiBr) และน้ำ นั้น น้ำจะเป็นสารทําความเย็นและลิเธี่ยมโบร์ไมด์จะเป็นตัวทําละลาย

3.อุปกรณ์ให้ความร้อน (Generator) เป็นอุปกรณ์หรือส่วนให้ความร้อนกับระบบในตัวดูดซึม ความร้อนสารละลายลิเธี่ยมโบรไมด์ ถูกสูบมารับความร้อนทําให้น้ำระเหยกลายเป็นไอ ทํา ให้สารละลายลิเธี่ยมโบร์ไมด์เข้มข้นขึ้นอีกครั้งแล้วส่งกลับไปยังตัวดูดซึมความร้อน

4.เครื่องควบแน่น (Condenser) เป็นจุดที่ไอน้ำใน Generator คายความร้อนแล้วกลั่นตัวเป็น น้ำเพื่อส่งกลับไปที่ตัวทําความเย็นใหม่

ระบบทําความเย็นโดยการทำให้สารทำความเย็นระเหย ( Expendable refrigerant cooling system )

การทำความเย็นโดยการทำให้สารทำความเย็นระเหย ( Expendable refrigerant cooling system ) หลักการทำงานของระบบนี้ คือการปล่อยให้น้ำยาเหลวระเหยตัวเป็นแก๊ส ภายในบริเวณหรือเนื้อที่ที่ต้องการทำความเย็นซึ่งบริเวณเหล่านี้ต้องมีฉนวนกันความร้อนหุ้มโดยรอบ ขณะที่สารเปลี่ยนสถานะจะต้องการความร้อนแฝงทำให้อุณหภูมิในบริเวณนี้ลดต่ำลง น้ำยาที่ใช้เป็นตัวกลางในการทำความเย็นนี้ใช้ไนโตรเจนเหลว ( Liquid nitrogen ) บรรจุท่อซึ่งตั้งอยู่ภายในบริเวณที่ต้องการทำความเย็น ไนโตรเจนเหลวจากภายในท่อที่เก็บไว้ จะถูกปล่อยให้ฉีดผ่านวาล์วควบคุมลดความดันของไนโตรเจนเหลวลง แล้วเข้าตามท่อไปยังหัวฉีด ซึ่งจะฉีดไนโตรเจนเหลวให้เป็นฝอย เข้ายังบริเวณหรือเนื้อที่ ที่ต้องการทำความเย็นโดยตรง ไนโตรเจนเหลวจะระเหยตัวดูดรับปริมาณความร้อน ทำให้บริเวณนี้มีอุณหภูมิต่ำลง

ระบบการทำความเย็นแบบใช้น้ำแข็ง ( Ice refrigeration )

การทำความเย็นโดยใช้นำแข็ง ( Ice refrigeration ) จะใช้หลักการของ การไหลเวียนของอากาศ ซึ่งอากาศร้อนจะลอยอยู่บน และอากาศเย็นที่มีน้ำหนักมากกว่าจะเข้ามาแทนที่ จะพบในตู้เย็นสมัยก่อน การทำงานของระบบนี้ คือ จะวางถามใส่น้ำแข็งไว้บนสุด เมื่อนำน้ำแข็งใส่ลงในถาดหรือช่องใส่น้ำแข็ง ขณะที่น้ำแข็งหลอมละลายกลายเป็นน้ำ จะดูดรับปริมาณความร้อนจากอากาศรอบตัวทำให้อากาศเย็นลงและมีความหนาแน่นสูงขึ้น ไหลลงสู่ตอนล่างของตู้ ไปดูดรับปริมาณความร้อนจากอาหาร หรือของที่แช่ภายในตู้ อากาศเย็นเมื่อดูดรับปริมาณความร้อน จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น ทำให้ ลอยตัวสูงขึ้น และไปผ่านน้ำแข็งทำให้น้ำแข็งหลอมละลาย อากาศจะมีอุณหภูมิต่ำลงอีกครั้งหนึ่ง และไหลตกลงสู่ตอนล่างของตู้ วนเวียนอยู่เช่นนี้จนกว่า น้ำแข็งจะหลอมละลายหมดก็จะหยุดทำความเย็น

ระบบการทำความเย็นแบบใช้น้ำแข็งแห้ง ( Dry ice refrigeration )

การทำความเย็นโดยใช้น้ำแข็งแห้ง ( Dry ice refrigeration ) นั้น จะใช้น้ำแข็งแห้งซึ่งถูกอัดมาให้มีขนาดและรูปร่างแตกต่างกันไป อาจเป็นก้อนหรือเป็นแผ่น น้ำแข็งแห้งจะเปลี่ยนสถานะโดยตรงจากของแข็งเป็นแก๊สตามปกติการใช้น้ำแข็งแห้งในการทำความเย็นมักจะใส่น้ำแข็งแห้งลงกับภาชนะที่ต้องการเก็บอาหารซึ่งแช่เย็น โดยอาจใส่ไว้ข้างในหรือข้างบนก็ได้ การทำความเย็นแบบนี้ยังมีใช้กันอยู่ในปัจจุบัน เช่นเมื่อเราซื้อเค้กไอศครีมที่ Swensen กลับบ้าน พนักงานจะใส่น้ำแข็งแห้งในกล่องเค้กด้วย ซึ่งกล่องจะออกแบบให้มีช่องใส่น้ำแข็งแห้งไว้อยู่แล้ว เป็นต้น

ระบบการทำความเย็นแบบใช้การระเหยตัวของน้ำ ( Water evaporative refrigeration )

การทำความเย็นโดยใช้การระเหยตัวของน้ำ ( Water evaporative refrigeration ) จะใช้หลักการ ในขณะที่ของเหลวระเหยตัวเปลี่ยนสถานะกลายเป็นไอจะดูดรับความร้อนแฝง วิธีนี้ยังสามารถพบเห็นได้ทั่วไปตามบ้านเรือนของภาคเหนือหรือภาคอีสาน คือการใช้ตุ่มดินที่ภายในจะมีรูพรุ่นเล็กๆ เมื่อใส่น้ำ น้ำในตุ่มจะซึมผ่านออกมายังผิวนอกและถูกระเหยไป ในขณะที่น้ำระเหยเปลี่ยนสถานะเป็นไอ จะดูดรับความร้อนแฝงทำให้น้ำที่เหลือในตุ่มเย็นลง

ระบบการทำความเย็นแบบใช้เทอร์โมอิเล็กทริก ( Thermoelectric refrigeration )

การทำความเย็นโดยใช้เทอร์โมอิเล็กทริก ( Thermoelectric refrigeration ) คือ  จะใช้หลักการฟิสิกส์ การถ่ายเทพลังงานความร้อนจากที่หนึ่งไปสู่อีกที่หนึ่ง โดยใช้อิเล็กตรอนเป็นตัวกลางในการทำความเย็น หลักของเทอร์โมอิเล็กทริกที่สามารถถ่ายเทความร้อนจากภายในบริเวณที่มีฉนวนความร้อนล้อมรอบดูดรับความร้อนด้วยตัวกลางที่เรียกว่าอิเล็กตรอน นำออกไปถ่ายเทยังภายนอกของบริเวณที่ต้องการทำความเย็น และเพื่อช่วยเพิ่มอัตราการดูดรับปริมาณความร้อนจากทางด้านคอยล์เย็น และทางด้านนอกก็จะใช้ครีบช่วยเพิ่มพื้นผิวในการถ่ายเทความร้อนออกให้กับอากาศโดยรอบเช่นกัน

ระบบการทำความเย็นแบบสตีมเจ็ต ( Steam jet refrigeration )
การทำความเย็นโดยใช้ระบบสตีมเจ็ค ( Steam jet refrigeration ) คือ การใช้น้ำเป็นตัวกลางในการทำความเย็น การทำงานของระบบอาศัยหลักที่ว่าเมื่อลดความดันที่ผิวหน้าของน้ำที่อยู่ในภาชนะที่ปิดมิดชิดแล้ว น้ำนั้นจะระเหยตัว เปลี่ยนสถานะกลางเป็นไอได้ที่อุณหภูมิต่ำๆ

หลักการทำงานของระบบสตรีมเจ็ต คือ ไอน้ำซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการทำงานของหม้อไอน้ำ แทนที่จะปล่อยทิ้งโดยเปล่าประโยชน์ จะถูกส่งเข้าท่อไอน้ำ เพื่อฉีดผ่านหัวฉีดไอน้ำ ด้วยความเร็วสูง ทำให้ความดันที่ผิวหน้าของน้ำที่เหลือในอีวาพอเรเตอร์มีอุณหภูมิต่ำลง น้ำเย็นจะถูกปั๊มให้หมุนเวียนเข้าไปทำความเย็นให้แก่บริเวณที่ต้องการทำความเย็น และจะถูกส่งกลับเข้ามาฉีดเป็นฝอยในอีวาพอเรเตอร์อีกครั้งหนึ่ง ละอองน้ำบางส่วนจะถูกระเหยตัวทำให้น้ำที่เหลือในอีวาพอเรเตอร์มีอุณหภูมิต่ำอยู่ตลอดเวลา

ระบบทําความเย็นในโรงงานอุตสาหกรรม

ระบบทําความเย็นในโรงงานอุตสาหกรรมมีหลายรูปแบบ ปรับเปลี่ยนตามรูปแบบการใช้งาน ในปัจจุบันมีอุตสาหกรรมมากมายที่ต้องอาศัยระบบทําความเย็น เช่น

• การผลิตอาหาร (food processing)
• การเก็บรักษาอาหาร (food storage)
• การผลิตในงานอุตสาหกรรม (industrial process)
• การทำความเย็นเพื่อการขนส่ง (transportation refrigeration)
• การปรับอากาศ (air condition)

ในปัจจุบันนอกจากระบบเครื่องทําความเย็นที่ใช้กันแพร่หลายแล้ว อุตสาหกรรมห้องเย็น อาหารและเครื่องดื่ม ระบบทําความเย็นในโรงงานอุตสาหกรรมมีความจำเป็นอย่างมาก เพื่อการเก็บรักษาคุณภาพอาหาร ถนอมอาหารให้สามารถเก็บไว้ได้นาน รวมทั้งขนส่งไปยังลูกค้าและผู้บริโภค แช่แข็ง ผลิตน้ำแข็งและอุตสาหกรรมอีกหลายๆประเภทได้นำเอาระบบทําความเย็น ไปประยุกต์ใช้ในการบวกการ โดยมีพื้นฐานในการทำงานและอุปกรณ์หลักของระบบเหมือนกัน แตกต่างเพียงแค่การนำไปใช้ประโยชน์