ถ้าจะพูดถึงระบบทำความเย็น หรือระบบปรับอากาศที่ใกล้ตัวเรามากที่สุด เครื่องทำความเย็นที่เราคงจะหนีไม่พ้นก็คือ เครื่องปรับอากาศตามบ้านเรือน หรือที่เราเรียกกันติดปากว่า “แอร์” มาจากภาษาอังกฤษที่เรียกกันเต็ม ๆ ว่า Air Conditioner (แอร์คอนดิชั่นเนอร์) และอีกชิ้นหนึ่งที่ทุกบ้านเรือนจะขาดไม่ได้ คือ ตู้เย็น (Refrigerator)
ทั้งสองอย่างที่กล่าวมาด้านบนนี้ นับว่าเป็นเครื่องใช้ไฟฟ้าหลัก ที่หลายๆ คนจะขาดไม่ได้ในโลกปัจจุบัน ทำให้เรามีความสะดวก สบาย มากขึ้น
วันนี้เราลองมารู้จักชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่อยู่ภายในอุปกรณ์เครื่องทำความเย็น และปรับอากาศโดยทั่ว ๆ ไป กันก่อนครับ
วงจรการทำความเย็นแบบอัดไอ
อุปกรณ์ต่างๆ และหน้าที่เบื้องต้นในวงจรการทำความเย็นแบบอัดไอ
1. คอมเพรสเซอร์ (Compressor)
คอมเพรสเซอร์ มีหน้าที่ ดูด-อัด สารทำความเย็นในสถานะก๊าซ ทำให้ความดันของน้ำยาสูงขึ้น และเมื่อความดันน้ำยาสูงขึ้น ก็จะทำให้จุดเดือดของสารทำความเย็นสูงขึ้นตาม
2. คอนเดนเซอร์ (Condenser) หรือ คอยล์ร้อน
คอนเดนเซอร์ มีหน้าที่ควบแน่นสารทำความเย็น คือ เปลี่ยนสารทำความเย็นจากสถานะก๊าซ ให้กลายเป็นของเหลว โดยการแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศที่ผ่านแผงคอนเดนเซอร์ ในเงื่อนไขที่ว่าอุณหภูมิของอากาศที่มาแลกเปลี่ยนจะต้องต่ำกว่าจุดเดือดของสารทำความเย็น
3. อุปกรณ์ลดความดัน (Expansion Device)
อุปกรณ์ลดความดัน ที่นิยมใช้ในเครื่องปรับอากาศ หรือตู้เย็น จะเรียกว่า แคปทิ้ว (Capillary Tube) มีลักษณะเป็นท่อทองแดงขนาดเล็กๆ มีเส้นผ่านศูนย์กลาง และความยาวแตกต่างต่างกันตามขนาดของเครื่องทำความเย็น หรือถ้าเป็นแอร์แบบอินเวอร์เตอร์ (Inverter) จะมีการใช้วาล์วแบบอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Expansion Valve) ที่มีความแม่นยำในการควบคุมปริมาณการฉีดสารทำความเย็นมากขึ้น
หน้าที่ของอุปกรณ์ลดความดัน คือ การลดความดันของสารทำความเย็น และเมื่อลดความดันของสารทำความเย็นลงแล้ว จุดเดือดของสารทำความเย็นก็จะลดลงเช่นกัน ทำให้สารทำความเย็นสามารถเดือด และแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศที่ผ่านแผงคอยล์เย็นได้ ในเงื่อนไขที่ว่าอุณหภูมิของอากาศที่มาแลกเปลี่ยนจะต้องสูงกว่าจุดเดือดของสารทำความเย็น
4. อีวาเปอเรเตอร์ (Evaporator) หรือ คอยล์เย็น
อีวาเปอเรเตอร์ มีหน้าที่ระเหยสารทำความเย็น หรือทำให้สารทำความเย็นเดือดเป็นก๊าซ ในระหว่างที่สารทำความเย็นเดือดเป็นก๊าซนั้น จะมีการดึงพลังงาน หรือความร้อนจากอากาศที่ผ่านเข้าคอยล์เย็นมาใช้ในกระบวนการ ทำให้อากาศที่ผ่านเข้ามาหลังแลกเปลี่ยนความร้อนกันแล้วมีอุณหภูมิลดลง และในส่วนของสารทำความเย็นก็จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น
5. อุปกรณ์อื่น ๆ
5.1 มอเตอร์พัดลม (Fan Motor) และใบพัด (Fan Blade)
มอเตอร์พัดลมและใบพัด ทำหน้าที่นำพาอากาศรอบข้าง เข้ามาแลกเปลี่ยนพลังงาน หรือความร้อนกับสารทำความเย็นที่คอยล์ร้อน และคอยล์เย็น
5.2 สารทำความเย็น หรือน้ำยา (Refrigerant)
สารทำความเย็น หรือน้ำยาแอร์ ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการแลกเปลี่ยนความร้อน โดยใช้การเปลี่ยนสถานะของสารทำความเย็น ซึ่งการเปลี่ยนสถานะของสารทำความเย็นนี้จะเป็นกระบวนการหลักของการสร้างความเย็นให้กับระบบ
สารทำความเย็น ( Refirgerants ) หรือที่ช่างแอร์เรียกสั้นๆว่าน้ำยาแอร์ ในเชิ่งวิศวกรรม หมายถึง สารที่ทำให้เกิดความเย็นโดยการดูดความร้อนเมื่อขยายตัวหรือเปลี่ยนสภาพจากของเหลวเป็นไอ สารนี้ในสภาพเป็นไอ ถ้าได้ระบายความร้อนออก จะคืนสภาพเป็นของเหลวอีกครั้ง
เลือกอ่านหัวข้อที่สนใจ
คุณสมบัติของสารทำความเย็น
น้ำยาทำความเย็นเป็นของเหลวที่มีคุณสมบัติในการทำความเย็นโดยการดูดความร้อนจากวัตถุหรือสิ่งของที่ต้องการทำให้เย็นน้ำยาทำความเย็นที่ดี ต้องมีคุณสมบัติทาง ฟิสิกส์ ทางเคมี ที่มีความปลอดภัยในการใช้
- ความปลอดภัย เป็นสิ่งแรกที่ต้องคำนึงถึง สารทำความเย็นบางชนิดมีคุณสมบัติในการทำความเย็นดี แต่มีขีดจำกัดในการใช้งาน สารทำความเย็นที่ดีต้องไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี ไม่ไวไฟ หรือ ระเบิดง่าย และไม่เป็นพิษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้องไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำมันหล่อลื่น คอมเพรสเซอร์ หรือชิ้นส่วนต่างๆภายในระบบ
- ความเป็นพิษของสารทำความเย็น อาจกล่าวได้ว่าไม่มีแก๊สใด ๆ ที่ปลอดภัยแก่มนุษย์เท่ากับอากาศ ความเป็นพิษของสารทำความเย็นจะขึ้นอยู่กับปริมาณและระยะเวลาของสารทำความเย็นที่ผสมกับอากาศ
- การไวไฟและระเบิดของสารทำความเย็น สารทำความเย็นที่มีสารประกอบของ ไฮโดรคาร์บอน จะไวไฟและระเบิดได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นการใช้สารประเภทนี้ จึงต้องมีผู้ชำนาญคอยควบคุมตลอดเวลา
- การประหยัดและคุณสมบัติอื่นๆ ของสารทำความเย็น สารทำความเย็นจะต้องมีการดูดรับปริมาณความร้อนได้ดีและต้องการกำลังในการอัดตัวของคอมเพรสเซอร์น้อยที่สุด ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของระบบสูงขึ้น
สารทำความเย็นเป็นตัวกลางในการทำความเย็น ขณะที่สารทำความเย็นในระบบในอีวาพอเรเตอร์ ( Evaporator ) เดือดเปลี่ยนสถานะเป็นไอที่อุณหภูมิและความดันต่ำจะต้องการความร้อนแฝง ดูดรับปริมาณความร้อนจากอากาศภายในห้องโดยรอบอีวาพอเรเตอร์ ปริมาณความร้อนจำนวนนี้จะถูกระบายออกทิ้งภายนอกห้องที่คอนเดนเซอร์ ( Condenser ) เพื่อให้สารทำความเย็นกลั่นตัวเป็นของเหลวอีกครั้งหนึ่ง
วงจรของสารทำความเย็นในระบบทำความเย็น
สารทำความเย็นเป็นตัวกลางในการทำความเย็น ขณะที่สารทำความเย็นในระบบในอีวาพอเรเตอร์ ( Evaporator ) เดือดเปลี่ยนสถานะเป็นไอที่อุณหภูมิและความดันต่ำจะต้องการความร้อนแฝง ดูดรับปริมาณความร้อนจากอากาศภายในห้องโดยรอบอีวาพอเรเตอร์ ปริมาณความร้อนจำนวนนี้จะถูกระบายออกทิ้งภายนอกห้องที่คอนเดนเซอร์ ( Condenser ) เพื่อให้สารทำความเย็นกลั่นตัวเป็นของเหลวอีกครั้งหนึ่ง
ประเภทของสารทําความเย็น (Refrigerants)
สารทำความเย็นแบ่งออกเป็นกลุ่มตามองค์ประกอบทางเคมี ซึ่งในปัจจุบันค้นพบว่าสารประกอบทางเคมีบางชนิดในสารทำความเย็นอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้สารทำความเย็นบางชนิดถูกแทนที่ด้วยสารทำความเย็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น โดยประเภทของสารทำความเย็น มีดังนี้
1. CFC = คลอโรฟลูออโรคาร์บอน
คลอโรฟลูออโรคาร์บอนเป็นสารทำความเย็นที่มีคลอรีน ซึ่งถูกห้ามตั้งแต่ต้นปี 90 เนื่องจากผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในเชิงลบ ตัวอย่างของ CFC ได้แก่ R11, R12 และ R115
2. HCFC = ไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน
HCFCs ไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน ได้ถูกระบุอย่างเป็นทางการว่าเป็นสารทดแทน CFC ชั่วคราว (จนถึงปี 2030) โดย HCFCs มีคลอรีนน้อยกว่า CFCs แต่ก็ยังเป็นสารที่ส่งผลกระทบเชิงลบต่อสิ่งแวดล้อมอยู่ ซึ่งปัจจุบันบางประเทศ เริ่มมีการสั่งห้ามใช้สารกลุ่ม HCFC แล้ว ตัวอย่างของไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน เช่นR22, R123 และ R124
3. HFC = ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน
ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอนเป็นสารทำความเย็นที่ไม่มีคลอรีนและไม่เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซน (ODP = 0) เนื่องจากปัจจุบันมีความกังวลต่อผลกระทบต่อภาวะโลกร้อนมากขึ้น สารทำความเย็น HFC จึงถูกพัฒนาขึ้นมาแทนสารทำความเย็นแบบดั้งเดิม ซึ่งในปัจจุบันสารทำความเย็น HFC เป็นสารทำความเย็นที่อยู่ใช้งานอย่างแพร่หลายมากที่สุด เช่น R32 R125 R134a R404A A407C R410A R507A R508B ตัวอย่างการใช้งานสารทำความเย็น เช่น
- R404A ส่วนใหญ่ใช้กับงานตู้เย็นและตู้แช่แข็ง ซึ่งเป็นน้ำยาที่ได้รับบการพัฒนาเป็นทางเลือกแทน R502
- R134a เป็นสาร HFC ที่นำมาใช้ในระบบทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศที่ประสบความสำเร็จอย่างมาก เพราะแทบไม่ต้องเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับ R22 อย่างไรก็ตาม มันมีประสิทธิภาพที่จำกัดมาก เนื่องจากประสิทธิซึ่งต่ำกว่าที่ได้รับจาก R22 ประมาณ 40% ดังนั้นผู้ผลิตจึงต้องเพิ่มขนาดเครื่องทำความเย็นเพื่อให้ได้ความจุที่เท่ากัน ซึ่ง R134a จึงถูกใช้ในระบบเครื่องทำความเย็นขนาดใหญ่เป็นหลัก (มากกว่า 250 KW)
- R407C เหมือนกับ R134a ซึ่งมีลักษณะคล้ายกันทางอุณหพลศาสตร์กับ R22 โดย R407C มีความลื่นไหลสูงทำให้ไม่นิยมใช้งานได้ในเครื่องทำความเย็นในครัวเรือนขนาดเล็ก สารทำความเย็นนี้จึงใช้เฉพาะในระบบความจุปานกลาง (50-250 KW) ซึ่งมักจะให้บริการโดยบุคลากรที่มีทักษะ
- R410A มีคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่น่าสนใจมาก ประหยัดพลังงานได้สูงกว่า R22 ไม่ลื่นไหล และด้วยเหตุนี้จึงไม่มีปัญหากับส่วนผสมที่เหลือหลังจากการสูญเสียประจุและเติมใหม่ อย่างไรก็ตาม มีแรงดันใช้งานเกือบสองเท่าของ R22 ดังนั้นจึงต้องมีการออกแบบใหม่ทั้งระบบด้วยคอมเพรสเซอร์ขนาดใหญ่ วาล์วขยายตัว ฯลฯ
- R507A ประสบความสำเร็จในการใช้งานในระบบทำความเย็นเชิงอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์
4. FC = ฟลูออโรคาร์บอน
ฟลูออโรคาร์บอน ไม่มีคลอรีนและไม่เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซน เช่น R218 R403 R408
5. HC = ไฮโดรคาร์บอน
ไฮโดรคาร์บอน เป็นสารทำความเย็นที่ถูกผลิตขึ้นมาเพื่อแก้ไขปัญหาผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมและเป็นสารทำความเย็นที่ไม่เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซน (ODP = 0) และแทบไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยตรง (GWP<5) แต่ติดไฟได้สูง การใช้ HCs เป็นสารทำความเย็นจำกัดเฉพาะในยุโรป เนื่องจากบางประเทศได้สั่งห้ามการใช้ก๊าซไวไฟในที่สาธารณะ
6. NH3 = แอมโมเนีย
แอมโมเนีย R717 เป็นสารทำความเย็นทางเลือกที่น่าสนใจ มีการใช้ในระบบทำความเย็นตั้งแต่ปี พ.ศ. 2383 และในระบบอัดไอตั้งแต่ปี พ.ศ. 2403 ในแง่ของคุณสมบัติของสารทำความเย็นควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นสารทำความเย็นชั้นสูง ซึ่งค่า ODP และ GWP ของมันคือ 0 อย่างไรก็ตาม แอมโมเนียเป้นสารทำความเย็นที่มีกลิ่น ทำให้กลิ่นสามารถตรวจพบการรั่วไหลได้ง่าย แอมโมเนียเป็นอันตรายอย่างยิ่งแม้ในระดับความเข้มข้นต่ำ เนื่องจากกลิ่นมักทำให้เกิดความตื่นตระหนก นี่คือเหตุผลหลักที่ทำให้แอมโมเนียจึงถูกถอนออกจากการใช้งานสำหรับคนไม่มีทักษะและเก็บไว้สำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมเท่านั้น
7. CO2 = คาร์บอนไดออกไซด์
R744 คาร์บอนไดออกไซด์ มีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายประการ ได้แก่ ไม่ติดไฟ ไม่ก่อให้เกิดการทำลายโอโซน ดัชนีความเป็นพิษต่ำมาก (ความปลอดภัย A1) มีปริมาณมาก และต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตาม ยังมีประสิทธิภาพต่ำและมีแรงดันใช้งานสูง (สูงกว่า R134a ประมาณ 10 เท่า) ด้วยเหตุผลสองประการหลัง จำเป็นต้องมีความพยายามในการปรับปรุงวงจรการทำความเย็นและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง โดย CO2 ถูกใช้ในเครื่องปรับอากาศในอุตสาหกรรมยานยนต์ เป็นต้น
สามารถเปลี่ยนสารทำความเย็นในระบบทำความเย็น ได้หรือไม่ ?
สารทำความเย็นในปัจจุบันมีออกมามากมาย ซึ่งสารแต่ละตัวจะมีจุดเดือดที่ต่างกัน จะส่งผลให้ความดันในระบบทำความเย็นของแต่ละสารทำความเย็นต่างกัน การเปลี่ยนสารทำความเย็นจากชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่งจึงเป็นสิ่งที่ไม่ควรทำอย่างยิ่ง
เพราะต้องดูปัจจัยหลายๆอย่าง ในระบบความคุมของเครื่องทำความเย็นจะถูกออบแบบมาเพื่อสารทำความเย็นนั้นๆ และใน Compressor แต่ละรุ่น ก็จะออกแบบมาสำหรับสารทำความเย็นเฉพาะตัว
ถ้ามีการเปลี่ยนสารทำความเย็น อาจสงผลให้ การทำความเย็นมีประสิทธิภาพที่แย่ลง และอาจส่งผลให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์เครื่องทำความเย็นมีอายุสั้นลง
สรุป การเลือกใช้สารทำความเย็น ควรเลือกอย่างไร ?
การเลือกใช้สารทำความเย็นควรคำนึงถึงการใช้งานของเครื่องทำความเย็นเป็นหลัก เพราะสารทำความเย็นแต่ละชนิดมีคุณสมบัติและราคาที่ต่างกัน จึ่งต้องพิจารณาจากการใช้งานเป็นหลักเพื่อที่จะตอบสนองต่อประสิทธิภาพของเครื่องทำความเย็น