การทำความเย็นและการปรับอากาศ

93 รูปที่4.11 เครื่องอัดไอแบบโรตำรี่ที่ใช้ในเครื่องปรับอำกำศขนำดเล็ก (ดัดแปลงจำก [9]) เครื่องอัดไอโรตำรี่หรือใบกวำดเลื่อนนี้อยู่ในระดับของกำรกระจัดเชิงบวกเนื่องจำก กำรอัดสำรท ำควำมเย็นท ำได้โดยกำรลดปริมำณของสำรท ำควำมเย็น เครื่องอัดไอประเภทนี้ ต ำแหน่งเส้นศูนย์กลำงของเพลำจะเป็นต ำแหน่งเดียวกับเส้นศูนย์กลำงของกระบอกสูบ แต่จะ เยื้องกับต ำแหน่งเส้นศูนย์กลำงของลูกกลิ้งดังรูปที่ 4.12 ดังนั้น เมื่อลูกกลิ้งหมุนมันจะมีส่วนที่ สัมผัสกับกระบอกสูบเสมอ และจะมีใบพัดถูกกดด้วยสปริงแบ่งห้องในกระบอกสูบออกเป็น 2 ส่วน ด้ำนดูด และด้ำนส่ง เครื่องอัดไอประเภทนี้ได้รับกำรพัฒนำและใช้กันอย่ำงกว้ำงขวำง ส ำหรับเครื่องท ำควำมเย็นที่ใช้ในครัวเรือนทั่วไปจนมีขนำดของกำรท ำควำมเย็นสูงถึง 15 kW รูปที่4.12 เครื่องอัดไอโรตำรี่ลูกสูบหมุน (ดัดแปลงจำก [10])

94 เครื่องอัดไอโรตำรี่แบบใบกวำดเลื่อนมีข้อดีดังนี้ • ไม่สลับซับซ้อน ออกแบบให้กะทัดรัด โครงสร้ำงแข็งแรงพร้อม ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้น้อย มีชิ้นส่วนน้อย ง่ำยต่อกำรเปลี่ยนชิ้นส่วน ท ำงำนได้อย่ำงดี ทนทำน และง่ำยต่อกำรบ ำรุงรักษำ • กำรบีบอัดแบบชั้นเดียว (Single-stage compression) ลักษณะของ กำรออกแบบท ำให้เกิดกำรบีบอัดที่เพียงพอในชั้นเดียว ส่งผลให้อัตรำส่วนกำรบีบอัดสูงมำกใน ระหว่ำงวัฏจักร ตลอดจนประสิทธิภำพกำรใช้พลังงำนที่ดีลดควำมเสี่ยงของควำมผิดพลำดและ ลดควำมต้องกำรกำรบ ำรุงรักษำ • ส่งก ำลังโดยตรงกับแกนมอเตอร์ถ่ำยทอดก ำลังจำกมอเตอร์ต้นก ำลัง ขับด้วยคัปปลิ้งหรือข้อต่อโดยตรงได้เนื่องจำกอัตรำส่วนก ำลังอัดสูงท ำให้มีควำมเร็วในกำรหมุน ต ่ำ ท ำให้ไม่จ ำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ระบบส่งก ำลังช่วยทดควำมเร็วรอบหรือเกียร์มีชิ้นส่วนที่ น้อยลง นั่นหมำยถึงกำรลดกำรสูญเสียพลังงำนและกำรบ ำรุงรักษำที่ง่ำยขึ้น • ควำมเร็วในกำรหมุนต ่ำ ควำมเร็วที่ต ่ำจะช่วยลดกำรสั่นสะเทือนจึง ลดเสียงรบกวนและกำรสึกหรอ ลดอุณหภูมิและขจัดควำมจ ำเป็นในกำรจัดท ำฐำนจับยึด • วัฏจักรมีอุณหภูมิต ่ำอุณหภูมิที่ต ่ำช่วยลดกำรสึกหรอลดกำรเผำผลำญ น ้ำมันหล่อลื่นและกำรรั่วไหลที่เกิดจำกกำรขยำยตัวของชิ้นส่วนใช้พลังงำนน้อยในกำรท ำควำมเย็น และเพิ่มควำมบริสุทธิ์ของอำกำศที่ถูกส่งออกมำ • ควำมต้องกำรกำรบ ำรุงรักษำต ่ำ ด้วยชิ้นส่วนที่น้อยลงที่จะมีส่วนที่ เกิดกำรสึกหรอน้อย ชุดใบกวำดแบบหมุนของเครื่องอัดแบบชั้นเดียวให้กำรท ำงำนที่สะอำดและ เชื่อถือได้มำกขึ้น นั่นจะช่วยลดควำมต้องกำรกำรบ ำรุงรักษำลงอย่ำงมำก [6] 4.2.2.2 เครื่องอัดไอโรตำรี่แบบสโครล (Scroll compressor) หรือเครื่องอัดไอแบบ ก้นหอยเป็นเครื่องอัดไอที่มีประสิทธิภำพกำรท ำงำนและอำยุกำรใช้งำนเหนือกว่ำเครื่องอัดไอ ชนิดอื่นๆ ถูกคิดค้นโดย Leon Creux ในปี1905 กระบวนกำรบีบอัดของอุปกรณ์นี้คือกำร สัมพัทธ์ระหว่ำงกำรสัมผัสกันของเส้นโค้งเกลียวสองเส้น ปัญหำส ำคัญในกำรออกแบบคือรูปร่ำง ของสโครลซึ่งมีผลกระทบอย่ำงมำกต่อประสิทธิภำพกำรบีบอัด เครื่องอัดไอชนิดนี้ก ำลังได้รับ ควำมนิยมเพิ่มขึ้นตั้งแต่ขนำดเล็กและขนำดกลำงขนำดที่ควำมสำมำรถในกำรท ำควำมเย็น 1-50 ตันควำมเย็น และเมื่อเทียบกับเครื่องอัดไอแบบลูกสูบแล้วจะมีส่วนที่เคลื่อนที่น้อยกว่ำถึง 64% และมีแรงบิดต ่ำกว่ำแบบลูกสูบถึง 70% จึงลดกำรสั่นสะเทือนได้ดีนอกจำกนี้ยังถูกออกแบบให้ ป้องกันข้อบกพร่องในเรื่องของสำรท ำควำมเย็นเหลวที่กลับเข้ำเครื่องอัดไอและกำรท ำงำนที่มี เสียงดัง หรือปัญหำจำกอุปกรณ์ในกำรอัดตัวต่ำงๆ ไม่ว่ำจะเป็นในเรื่องของลูกสูบหรือวำล์ว แตกหัก ลักษณะของเครื่องอัดไอสโครลจะเป็นแผ่นวงกลมก้นหอยสองแผ่นประกบคู่กัน ดังรูปที่ 4.13 ก้นหอยตัวหนึ่งจะถูกยึดติดกับที่ ส่วนอีกตัวจะถูกเหวี่ยงเป็นวงโคจรโดยก ำลังขับจำก มอเตอร์ซึ่งขับโดยตรง ระหว่ำงแผ่นประกบของสโคลทั้งสองจะมีทิปซีล (Tip seal) ดังรูปที่ 4.14 เพื่อกักสำรท ำควำมเย็นในขดก้นหอยไม่ให้รั่วไหลออกมำ ก้นหอยท ำด้วยเหล็กหล่อหรือ

95 อลูมิเนียมเพื่อลดกำรสึกหรอของตัวก้นหอยกับทิปซีลเพื่อให้น ้ำหนักเบำ และประหยัดพลังงำนใน กำรขับเคลื่อนแนวแกนของก้นหอยตัวหมุนซึ่งสวมอยู่ในรูของ swing link (แนวศูนย์กลำงเบี่ยง, Off set) จำกแกนของเพลำมอเตอร์เล็กน้อยจุดประสงค์เพื่อที่จะให้ท ำให้เกิดกำรขยับเหวี่ยงเป็น โคจรของก้นหอยล่ำงเมื่อมอเตอร์ท ำงำน) รูปที่ 4.13 ครีบหมุนของสโครลคอมเพรสเซอร์[11] รูปที่ 4.14 Tip seal (ดัดแหลงจำก [12]) หลักกำรท ำงำนของเครื่องอัดไอแบบสโครล จำกรูปที่ 4.15 ดังนี้ กำรดูด (Suction) จำกรูป 4.15(a) ขอเริ่มกล่ำวถึงตั้งแต่กำรดูดสำรท ำควำมเย็นโดยกำรหมุน (ไม่หมุน เป็นวงกลมตำมแนวแกนแต่ท ำงำนแบบแกว่งด้วยอุปกรณ์ swing link) ของก้นหอยหรือสโครล เพื่อเริ่มสร้ำงห้องดูด ปลำยของก้นหอยหรือสโครลตัวเคลื่อนที่และตัวอยู่กับที่จะประกบกันโดย ปลำยจะปิดสนิทกันท ำให้เกิดช่องว่ำงระหว่ำงสโครลตัวเคลื่อนที่กับขดถัดไปของสโครลตัวอยู่กับ ที่และปล่อยให้สำรท ำควำมเย็นเข้ำสู่ส่วนนี้หรือห้องดูด จนเต็มห้องดูด จำกนั้นกำรเลื่อนสโครลก็ ยังคงเคลื่อนที่ต่อไปตำมวงโคจร และค่อยๆ ปิดช่องว่ำงเพื่อดักหรือขังสำรท ำควำมเย็นไว้นั่นคือ

96 ปลำยสโครลตัวเคลื่อนที่จะไปชิดกับสโครลตัวอยู่กับที่ในขดที่เปิดช่องดูดและจะปิดอีกครั้งเพื่อกัก สำรท ำควำมเย็นจำกด้ำนดูดไว้และเมื่อเพลำหมุนต่อไปกับสโครลจะรีดอัดไอสำรท ำควำมเย็น ปริมำตรลดลงเรื่อยๆ จนถึงศูนย์กลำงของสโครล กำรอัด (Compression) ในขณะสโครลยังหมุนตำมวงโคจรไป สำรท ำควำมเย็นที่ ถูกกักจะถูกพำไปที่กึ่งกลำงของสโครล ดังรูปที่ 4.15(b) สโครลจะท ำกำรบีบอัดสำรท ำควำมเย็น หลำยขั้นเพื่อพำสำรท ำควำมเย็นไปตำมห้องที่เกิดขึ้นไปตำมวงจรของกำรหมุนนั้นและสร้ำง ควำมดัน ช่องว่ำงภำยในที่กักสำรท ำควำมเย็นจะท ำหน้ำที่เป็นห้องอัดด้วยกำรลดขนำดของห้อง ลง เมื่อสโครลหมุนไปสโครลทั้งสองจะท ำให้ปริมำตรห้องกักสำรท ำควำมเย็นลดลงเมื่อเคลื่อนที่ เข้ำใกล้จุดศูนย์กลำง ดังรูปที่ 4.15(c) ดังนั้นสำรท ำควำมเย็นก็จะมีควำมดันสูงขึ้น ซึ่งเป็นกำร สร้ำงแรงอัดให้สำรท ำควำมท ำควำมเย็นนั่นเอง เมื่อสโครลท ำกำรอัดอยู่ใกล้ศูนย์กลำงส่วนปลำย ของสโครลเคลื่อนที่ก็เปิดห้องดูดท ำให้สำรท ำควำมเย็นไหลเข้ำห้องดูดไปพร้อมกัน กำรคำยหรือปล่อย (Discharge) สำรท ำควำมเย็นที่มีแรงดันจำกกำรอัด ซึ่งเป็น จังหวะหรือล ำดับสุดท้ำยของกำรท ำงำน โดยเมื่อสำรท ำควำมเย็นถูกอัดถึงจุดศูนย์กลำงของ สโครล สำรท ำควำมเย็นก็ถูกปล่อยออกจำกเครื่องอัดไอที่ศูนย์กลำงของสโครล ดังรูปที่ 4.15(d) ไอสำรนี้จะมีควำมดันสูงและถูกส่งออกไปที่ discharge chamber โดยผ่ำนเช็ควำล์วหรือวำล์วกัน กลับ ไอสำรท ำควำมเย็นจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นเนื่องจำกกำรอัด กระบวนกำรทั้งหมดจะท ำงำนอย่ำง ต่อเนื่องกันไม่หยุด และด ำเนินกำรต่อไปตรำบที่ยังมีสำรท ำควำมเย็นในระบบและมอเตอร์ยังขับ แกนของเครื่องอัดหรือสโครลตัวหมุน (a) (b) (c) (d) รูปที่ 4.15 จังหวะกำรท ำงำนดูด อัด คำย ของเครื่องอัดไอแบบสโครล (ดัดแปลงจำก [5]) จำกรูปที่ 4.16 แสดงให้เห็นส่วนประกอบของ swing link หรือแขนแกว่ง ซึ่งท ำ หน้ำที่ให้สโครลเคลื่อนที่แบบแกว่ง หรือเบี่ยงศูนย์ไปตำมแนวเส้นปะ เมื่อมีของเหลวหรือสิ่งที่อัด ตัวไม่ได้เข้ำมำระหว่ำงสโครลจะไม่สำมำรถผ่ำนเข้ำมำได้ แต่เมื่อ swing link และสโครลตัวล่ำง เบี่ยงออกจะท ำให้ผนังของก้นหอยทั้งสองแยกออกจำกกัน และอยู่ในลักษณะขนำนกัน ท ำให้สำร ท ำควำมเย็นในห้องสโครลไหลกลับเข้ำไปทำงด้ำนดูดได้เมื่อสำรท ำควำมเย็นไหลเข้ำหมดแล้ว

97 swing link ก็จะกลับมำอยู่ในต ำแหน่งเดิมท ำกำรอัดสำรท ำควำมเย็นต่อไป ลักษณะกำรท ำงำน ของ swing link เพื่อป้องกันกำรแตกเสียหำยของคอมเพรสเซอร์เมื่อมีของเหลว หรือสิ่งสกปรกที่ อัดตัวไม่ให้หลุดเข้ำไปคอมเพรสเซอร์ เป็นกำรยืดอำยุเครื่องอัดไอได้เป็นอย่ำงดี รูปที่ 4.16 ส่วนประกอบของแขนแกว่ง (ดัดแปลงจำก [13]) ลักษณะเด่นของเครื่องอัดไอแบบสโครลพอสรุปได้ดังนี้ 1. ชิ้นส่วนภำยในน้อยกว่ำเครื่องอัดไอแบบลูกสูบที่ขนำดเดียวกันถึง 64% เมื่อมีชิ้นส่วนน้อยก็กำรสึกหรอจะต ่ำกว่ำจึงท ำให้มีอำยุที่ยำวนำนกว่ำ 2. ไม่ต้องใช้ลูกสูบ ก้ำนสูบและวำล์วด้ำนดูดและส่ง ใช้เพียงก้นหอยในกำร หมุนอัดซึ่งมีน ้ำหนักเบำกว่ำ ควำมเสียดทำนต ่ำกว่ำ จึงให้ประสิทธิภำพในกำรท ำงำนดีกว่ำและ ประหยัดพลังงำนกว่ำ 3. กำรเปลี่ยนแปลงแรงบิดในจังหวะต่ำงๆ ของกำรท ำงำนจะต ่ำกว่ำแบบ ลูกสูบถึง 70% จึงท ำให้กำรสั่นสะเทียนต ่ำกว่ำ จึงท ำงำนได้เงียบกว่ำ 4. ด้วยกำรท ำงำนของ swing link ดังที่กล่ำวข้ำงต้น จึงลดควำมเสียหำยจำก ของเหลว และสิ่งสกปรกซึ่งท ำไม่ได้ในคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ 4.2.2.3 เครื่องอัดไอแบบสกรู(Screw compressor) หรือสกรูคอมเพรสเซอร์เป็น เครื่องอัดไอที่นิยมใช้กันอย่ำงแพร่หลำยในอุตสำหกรรมเคมี และกำรกลั่นน ้ำมัน โดยส่วนใหญ่จะ เห็นในระบบท ำควำมเย็นที่ใช้สำรท ำควำมเย็นไฮโดรคำร์บอน ไฮโดรฟลูโอโรคำร์บอน และ แอมโมเนีย เป็ นต้น ชนิดของสกรูคอมเพรสเซอร์แบ่งออกได้เป็ นสอง ชนิดคือ สกรู คอมเพรสเซอร์แบบเดี่ยว (Single-screw compressor) และ สกรูคอมเพรสเซอร์แบบแฝด (Twin-screw compressor) ดังรูปที่ 4.17 และรูปที่4.18

98 สกรูคอมเพรสเซอร์ที่เห็นกันอยู่เป็นกำรพัฒนำมำจำกเกียร์ปั๊ม ส ำหรับกำรสูบก๊ำซ นั้นตัวรูปทรงของโรเตอร์จะถูกออกแบบมำเพื่อให้ปริมำตรกำรกวำดที่สูงและไม่มีระยะห่ำงของ ปริมำตรกวำดตัวโรเตอร์จะถูกวำงให้ชิดติดกัน ระยะห่ำงของเกลียวทั้งช่องทำงเข้ำและช่องทำง ออกจะเกิดขึ้นที่ส่วนปลำยเกลียวแทนที่จะอยู่ที่ด้ำนข้ำง ด้วยควำมแข็งแรงของสกรูจึงไม่ จ ำเป็นต้องใช้วำล์วที่ทำงเข้ำและออก ข้อได้เปรียบของเครื่องอัดไอแบบสกรูเมื่อเทียบกับเครื่องอัดไอแบบลูกสูบก็คือมี ขนำดที่เล็กมีส่วนที่เคลื่อนไหวน้อยกว่ำ กำรท ำงำนของเครื่องอัดไอแบบสกรูแฝด (Twin-screw compressor) เนื่องจำกเครื่องอัดไอแบบสกรูเดี่ยวไม่มีกำรใช้งำนในปัจจุบันแล้วเนื่องจำกปัญหำ จำกวัสดุที่ใช้สร้ำงมีอำยุกำรใช้งำนสั้น ในรูปที่ 4.17 แสดงรูปภำคตัดของชิ้นส่วนเคลื่อนไหวของ เครื่องอัดไอแบบสกรูเดี่ยว และในรูปที่ 4.18 โรเตอร์ตัวผู้มี 4 พู(Lobes) จะเป็นตัวขับโรเตอร์ตัว เมียซึ่งจะอยู่ในตัวเสื้อที่อยู่กับที่ ร่องพูในโรเตอร์ตัวเมียจะเป็นทำงเดินของสำรท ำควำมเย็น ส่วน พูตัวผู้จะท ำหน้ำที่เป็นตัวอัดสำรท ำควำมเย็นในร่องพูตัวเมียดังในรูป เครื่องอัดไอแบบนี้ ไอสำร ท ำควำมเย็นจะเข้ำมำทำงช่องดูดของเครื่องอัดไอทำงด้ำนขวำและถูกอัดออกทำงช่องจ่ำย รูปที่ 4.17 เครื่องอัดไอแบบสกรูเดี่ยว (ดัดแปลงจำก [1]) รูปที่ 4.18 เครื่องอัดไอแบบสกรูคู่ (ดัดแปลงจำก [1])

99 เครื่องอัดไอแบบสกรูถูกสร้ำงขึ้นมำในปีค.ศ. 1930 และเริ่มมีกำรใช้กันแพร่หลำยใน ยุโรป ในปีค.ศ. 1950 และ 1960 ในยุคแรกๆ เฟืองของโรเตอร์ทั้งสองจะขับกันโดยตรงโดยไม่ มีกำรหล่อลื่น แต่ในทำงปฏิบัติปัจจุบันนั้น ในขณะที่เฟืองตัวผู้ขับเฟืองตัวเมียจะมีกำรฉีดน ้ำมัน เข้ำไประหว่ำงโรเตอร์ทั้งสองเพื่อท ำหน้ำที่ในกำรหล่อลื่นและกันกำรรั่วซึม รูปที่ 4.19 เป็นรูปของ เครื่องท ำน ้ำเย็นที่สมบูรณ์แล้วจะเห็นเครื่องอัดไอแบสกรูนี้ทำงด้ำนขวำของแผงควบคุม (ด้ำนบน) ซึ่งจะมีขนำดใหญ่เมื่อเทียบกับเครื่องควบแน่นที่อยู่ด้ำนล่ำงและเครื่องระเหย (หุ้ม ฉนวนด ำ) ส่วนถังที่อยู่กับเครื่องควบแน่นจะเป็นเครื่องแยกน ้ำมันออกจำกสำรท ำควำมเย็น (Oil separator) ที่เป็นอุปกรณ์มำตรฐำนตัวหนึ่งของระบบที่ใช้เครื่องอัดไอแบบนี้ รูปที่ 4.19 ชุดท ำน ้ำเย็นด้วยเครื่องอัดไอแบบสกรู เครื่องอัดไอประเภทไดนำมิคส์ (Dynamic compressors) เครื่องอัดแบบนี้ให้พลังงำน แก่ก๊ำซให้เกิดควำมเร็วหรือแรงเหวี่ยงแล้วแปลงเป็นแรงดันไอ เป็นกำรเพิ่มแรงดันสำรท ำควำม เย็นผ่ำนกำรแลกเปลี่ยนโมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งประเภทที่พบมำกที่สุดคือเครื่องอัดไอแบบแรง เหวี่ยง (ในกลุ่มเครื่องอัดไอเทอร์โบตำมรูปที่ 4.1) ก๊ำซดูดเข้ำสู่แนวแกนกลำงของโรเตอร์(Eye of a rotor) ซึ่งมีใบพัด (Blades) โค้ง และถูกเหวี่ยงออกตำมเส้นสัมผัสของเส้นรอบวงใบพัด [1] 4.2.3 เครื่องอัดไอแบบเทอร์โบ ในเทคโนโลยีกำรท ำควำมเย็นเครื่องอัดไอแบบเทอร์โบจะหมำยถึงเครื่องอัดไอแบบ แรงเหวี่ยง (Centrifugal compressors) แต่ประสิทธิภำพของจะอยู่ในระดับต ่ำ เครื่องอัดไอ ประเภทนี้แรงดันปล่อยจะถูกจ ำกัดด้วยควำมเร็วปลำยสูงสุดที่ท ำได้ของชุดใบพัดที่ถูกจัดเรียง เป็นชุดส ำหรับสร้ำงแรงดันอัดสูง เครื่องอัดไอเหล่ำนี้ใช้งำนในระบบปรับอำกำศและระบบ ท ำควำมเย็นด้วยกำรสร้ำงน ้ำเย็นที่ปริมำณกำรดูดสูงที่แรงดันดูดสูง

100 พลังงำนที่ให้กับก๊ำซที่ผ่ำนเครื่องดังกล่ำวขึ้นอยู่กับควำมเร็วและควำมหนำแน่นของ ก๊ำซ เนื่องจำกควำมหนำแน่นของสำรท ำควำมเย็นเปลี่ยนแปลงตำมสถำนะกำรท ำงำน ประสิทธิภำพกำรออกแบบของเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงจะขึ้นอยู่กับควำมเร็วปลำยโรเตอร์ เนื่ องจำกไอสำรท ำควำมเย็นมีควำมหนำแน่นต ่ำ ควำมเร็วปลำยโรเตอร์ปกติสูงถึง 300 เมตร/วินำทีที่ควำมเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ำ 2,900 รอบ/นำทีเครื่องอัดไอแบบ single-stage จะต้องมีใบพัดเส้นผ่ำนศูนย์กลำง 2 เมตร เพื่อลดขนำดของเครื่องอัดไอลงให้มีขนำดที่สำมำรถ จัดกำรได้ระบบขับเคลื่อนจะเพิ่มชุดเกียร์ทดเพื่อให้ได้ควำมเร็วตำมมำตรฐำน หรือเพิ่มควำมถี่ ในกำรจ่ำยกระแสไฟฟ้ำเพื่อให้ได้ควำมเร็วมอเตอร์ที่สูงขึ้น มอเตอร์ขับเคลื่อนเป็นส่วนส ำคัญของ ชุดเครื่องอัดไออำจที่เป็นเครื่องอัดไอประเภทเปิดหรือหุ้มปิด ส ำหรับเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยง แบบ single-stage ควำมเร็วของโรเตอร์จะอยู่ที่ประมำณ 10,000 รอบ/นำที[1] เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยง หรือเครื่องอัดไอแบบหอยโข่ง (Centrifugal compressors) ตัวแรกที่ใช้งำนในทำงกำรค้ำส ำหรับระบบกำรท ำควำมเย็นโดย Willis Carrier ในปี ค.ศ.1920 และ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมำเครื่องอัดไอชนิดนี้ก็เข้ำยึดครองตลำดส่วนใหญ่ของเครื่องอัดไอที่ใช้กับระบบ ขนำดใหญ่ เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงนี้ใช้ได้กับระบบกำรท ำควำมเย็นที่มีวิสัยสำมำรถสูง (Capacity) อุณหภูมิที่เครื่องระเหยส ำหรับเครื่องจักรแบบหลำยขั้น อำจจะต ่ำได้ถึง -50๐C จนถึง -100๐C เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยง มักใช้แทนเครื่องอัดไอแบบกำรกระจัดเป็ นบวกหรือ คอมเพรสเซอร์ดิสเพลสเมนต์เชิงบวกส ำหรับระบบขนำดใหญ่มำกหรือส ำหรับต้องกำรอัตรำกำรไหล ของสำรท ำควำมเย็นที่สูง แรงดันแตกต่ำงกันต ่ำและปัจจุบันสำมำรถใช้งำนกับระบบที่ออกแบบให้ ใช้งำนได้ในช่วง 300 kW - 20 MW (400 -10,000 TR) เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงยังเหมำะกับกำร ใช้งำนเครื่องท ำควำมเย็นแบบ multistage โดยที่กำรบีบอัดแบบสองขั้นตอนขึ้นไปอำจรวมอยู่ในตัว เรือนกังหันเดียวกันโดยกำรอัดจำกใบพัดใบหนึ่งไปอีกใบพัดหนึ่ง เครื่องอัดไอเหล่ำนี้สร้ำงแรงอัด โดยใช้ใบพัดควำมเร็วสูงที่เชื่อมต่อกับมอเตอร์ไฟฟ้ำหรือเครื่องยนต์แก๊ส รูปที่4.20 แสดงภำพตัด ภำยในของเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงซึ่งใช้ตลับลูกปืนไฮบริด กำรใช้ตลับลูกปืนไฮบริดในกำร ออกแบบคอมเพรสเซอร์ช่วยให้สำมำรถใช้สำรท ำควำมเย็นเป็นน ้ำมันหล่อลื่นได้รูปที่4.21 แสดง ชุดเครื่องท ำควำมเย็นที่มีเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงโดยใช้ตลับลูกปืนไฮบริด เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงที่มีอยู่จ ำหน่ำยและใช้R-123, R-22 และ R-134a และมี ควำมต้องกำรให้มีกำรออกแบบเครื่องอัดไอแบบกึ่งปิด (Semi hermetic) โดยมีใบพัดเดี่ยวหรือ แบบ multistage กำรท ำควำมเย็นในงำนอุตสำหกรรมจะใช้เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงหลำย ขั้นตอนที่ผลิตด้วยเหล็กหล่อ เหล็กหล่อเหนียว หรือ เหล็กหล่อโนดูล่ำ (Nodular cast iron) หรือ เหล็กหล่อแกรไฟต์ก้อนกลม (Spheroidal cast iron) และเรือนเครื่องอัดเป็นเหล็กหล่อส ำหรับรับ แรงดันด้ำนจ่ำยสูงสุด 40 บำร์ด้วยกำรออกแบบสร้ำงให้เครื่องอัดไอมีชุดใบพัดสร้ำงแรงอัดได้สูง ถึงแปดชุดในเรือนเดียวกัน เครื่องอัดไอจึงมีควำมสำมำรถกำรท ำงำนถึง 42,000 ลูกบำศ์เมตร/ ชั่วโมง และ 9,000 กิโลวัตต์[6]

101 รูปที่4.20ส่วนประกอบของเครื่องอัดไอ (ดัดแปลงจำก [1]) ระบบท ำควำมเย็นที่ใช้แอมโมเนียเป็นสำรท ำควำมเย็นโดยทั่วไปไม่สำมำรถใช้ได้ กับเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยง เฉพำะเครื่องอัดไอแบบสกรูแบบเปิดหรือเครื่องอัดไอลูกสูบ เท่ำนั้นที่เข้ำกันได้กับแอมโมเนีย ส่วนใหญ่เป็นเพรำะสมบัติของแอมโมเนียที่เกิดกำรกัดกร่อน และท ำปฏิกิริยำกับทองแดง เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงใช้ใบพัดหมุนอย่ำงน้อยหนึ่งชุดเพื่อเพิ่มควำมดันไอสำร ท ำควำมเย็นจำกเครื่องระเหยให้เพียงพอที่จะท ำให้ควบแน่นในเครื่องควบแน่นได้ซึ่งแตกต่ำง จำกกำรกระจัดบวก คือ เครื่องอัดไอแบบลูกสูบหรือเครื่องอัดไอแบบสกรูเครื่องอัดไอแบบแรง เหวี่ยงใช้กำรรวมกันของควำมเร็วในกำรหมุน (รอบต่อนำที) และควำมเร็วปลำยเพื่อสร้ำงควำม แตกต่ำงของแรงดันนี้ ไอระเหยของสำรท ำควำมเย็นจำกเครื่องระเหยของเครื่องท ำควำมเย็นจะถูกดูดน ำ ด้วยใบพัดน ำทำงเข้ำแบบแปรผัน (รูปที่ 4.21) กำรด ำเนินกำรหมุนวนอย่ำงต่อเนื่องจะช่วยเพิ่ม ควำมสำมำรถในกำรรับภำระและเพิ่มประสิทธิภำพ จำกนั้นไอระเหยจะเข้ำสู่เครื่องอัดไอแบบแรง เหวี่ยงตำมแกนหมุน ทำงเดินไอในเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงที่ล้อมรอบใบพัดที่ยื่นออกมำจำก คอมเพรสเซอร์ฮับ (Compressor hub) ซึ่งจะหุ้มเส้นทำงกำรไหลเพื่อประสิทธิภำพ กำรรวมกัน ของควำมเร็วในกำรหมุนและเส้นผ่ำนศูนย์กลำงของใบพัดรวมกันเพื่อสร้ำงควำมเร็วปลำยที่เป็น หลักในกำรเร่งกำรเคลื่อนที่ไอระเหยของสำรท ำควำมเย็นให้มีแรงดันสูงส่งไปยังเครื่องควบแน่น เนื่องจำกลักษณะควำมสำมำรถในกำรไหลของไอที่สูงมำก เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงจึงท ำงำน ได้ถึงระดับ 200 TR แรงเหวี่ยงที่เกิดขึ้นจำกใบพัดของเครื่องอัดไอจะถูกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ ไฟฟ้ำแต่ยังสำมำรถขับเคลื่อนด้วยกังหันไอน ้ำและเครื่องยนต์ก๊ำซขึ้นอยู่กับกำรออกแบบของ ผู้ผลิต เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงที่ใช้ถูกสร้ำงเป็นชุดเดียวซึ่งอำจเป็น single-stage หรือ twostage หรือ three-stage และใช้มอเตอร์กึ่งหุ้มปิดหรือมอเตอร์แบบเปิด

102 รูปที่ 4.21 ระบบท ำน ้ำเย็นด้วยเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยง (ดัดแปลงจำก [6]) เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงแบบขั้นตอนเดียว หรือ single-stage centrifugal compressor ส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนประกอบ 4 ส่วนหลักได้แก่ 1. เปลือกหรือเรือนทำงเข้ำ (Inlet casing) ท ำหน้ำที่เร่งควำมเร็วของเหลวไป ยังทำงเข้ำใบพัด 2. ใบพัด (Impeller) ท ำหน้ำที่ถ่ำยโอนพลังงำนไปยังของเหลวในรูปแบบของ กำรเพิ่มขึ้นของควำมดันคงที่และพลังงำนจลน์ 3. ตัวกระจำย (Diffuser) หรือครีบผันน ้ำ ท ำหน้ำที่เปลี่ยนพลังงำนจลน์ที่ ทำงออกใบพัดให้เป็นพลังงำนที่ควำมดัน (เอนทำลปีแบบคงที่) และ 4. ปลอกก้นหอย (Volute casing) เพื่อรวบรวมของเหลวและแปลง พลังงำนจลน์ให้เป็นพลังงำนควำมดัน (เอนทำลปีแบบคงที่) ดังแสดงในรูปที่ 4.22 นอกจำกนี้แล้ว ในเครื่องอัดไอแบบหลำยขั้นตอน หรือ multistage compressor จะ มีกำรติดตั้งอินเตอร์คูลเลอร์เพิ่มรวมเข้ำกับเรือนปั๊ม เรือนปั๊มจะท ำจำกเหล็กหล่อ ส่วนใบพัดจะ ท ำจำกโลหะผสม (โครเมี่ยม-นิกเกิล) และควำมเค้นสูงสุดที่จะเกิดขึ้นกับปั๊มในส่วนโคนของ ใบมีด ส่วนของดิฟฟิวเซอร์(Diffuser) หรือครีบผันน ้ำมักเป็นชนิดที่ไม่มีครีบ หรือ vaneless type เนื่องจำกจะท ำให้ระบบมีประสิทธิภำพกำรท ำงำนสูงในช่วงภำระโหลด part load (pard load เป็นส่วนที่ส ำคัญมำกในกำรพิจำรณำเครื่องท ำน ้ำเย็นของระบบท ำควำมเย็นแบบ chiller เย็นส ำหรับกำรประหยัดพลังงำน เพรำะโหลดควำมร้อนของอำคำรจะ เกิดขึ้นในช่วง part load เป็นเวลำถึง 99% ของทั้งปี) ซึ่งเป็นเรื่องปกติในโรงงำนที่ท ำกำรปรับอำกำศทุกแห่ง ซึ่งต่ำงจำก vaned diffuser ซึ่งเป็น diffuser ชนิดที่มีครีบที่จะท ำให้เกิดกำรอำกำร shock losses หำก เครื่องอัดไอท ำงำนที่ต้องลดควำมสำมำรถและกำรไหลลง รูปที่ 4.23 เป็นส่วนประกอบของเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยง เพื่ออัดใช้สำรท ำ ควำมเย็นที่ปรำศจำกน ้ำมันโดยใช้ตลับลูกปืนแม่เหล็ก โดยเฉพำะอย่ำงยิ่งส ำหรับกำรใช้งำน

103 เครื่องท ำควำมเย็นและกำรอัดก๊ำซที่มีขนำดใหญ่มำกตัวเลือกแบริ่งแม่เหล็กช่วยขจัดข้อเสีย ทั้งหมดของกำรซื้อและบ ำรุงรักษำระบบหล่อลื่น ในควำมเป็นจริง ตลับลูกปืนแม่เหล็กช่วยเพิ่ม ประสิทธิภำพและกำรท ำงำนของเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยง เครื่องอัดไอเหล่ำนี้มีให้เลือกทุก ขนำดและหลำกหลำยรูปแบบ และรูปที่ 4.22 แสดงคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงชนิดใหม่ซึ่ง เพิ่งได้รับกำรพัฒนำโดย York International รูปที่4.22 เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงที่ใช้ตลับลูกปืนแม่เหล็ก (ดัดแปลงจำก [6]) รูปที่4.23 เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงที่พัฒนำโดย York International [6] เนื่องจำกเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงมีขนำดใหญ่เกินกว่ำที่จะควบคุมได้โดยกำร หยุดและรีสตำร์ทบ่อยครั้งจึงต้องลดก ำลังกำรท ำงำนบ้ำง วิธีกำรทั่วไปคือเบี่ยงเบนกำรไหลของ ก๊ำซดูดเข้ำไปในใบพัดที่จะลดควำมสำมำรถในกำรสูบลงเหลือ 10 - 15% ของกำรไหลเต็ม กำร

104 ท ำงำนด้วยกำรใช้อินเวอร์เตอร์เป็นตัวปรับควำมเร็วรอบมอเตอร์จะช่วยเพิ่มประสิทธิภำพเครื่อง อัดไอแบบแรงเหวี่ยงได้แต่อย่ำงไรก็ตำมวิธีนี้ไม่สำมำรถแทนที่ควำมต้องกำรตำมข้อก ำหนดของ กำรไหลแบบ low head (Brasz, 2007) ของใบพัดน ำ (ทำงเข้ำ) แบบแปรผันได้โดยสิ้นเชิง เนื่องจำกในช่วงเริ่มต้น ที่ low head จะเกิดไฟกระชำก ในรูปที่4.24แสดงตัวอย่ำงของเครื่องอัด ไอแบบแรงเหวี่ยงแปรผัน ในปัจจุบันเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงเปลี่ยนแปลงควำมเร็วด้วยกำรใช้ มอเตอร์ขับไฟฟ้ำกระแสตรง (D.C.) และตลับลูกปืนแม่เหล็กรูปที่4.25 [1] รูปที่4.24 เครื่องอัดไอแรงเหวี่ยงแปรผันกำรไหล (ดัดแปลงจำก [1]) รูปที่4.25 ภำพตัดเครื่องอัดไอแรงเหวี่ยงแปรผันควำมเร็ว D.C มอเตอร์(ดัดแปลงจำก [1])

105 4.2.4 หัวฉีดลดควำมดัน หรือเครื่องอัดไอล ำพุ่ง (Jet compressor) เครื่องอัดไอเจ็ทเป็นเครื่องอัดไอแบบไดนำมิกส์ที่แตกต่ำงจำกเครื่องอัดไออื่นๆ เป็น กำรออกแบบด้วยหลักกำรของควำมแตกต่ำงของควำมดันสองด้ำนของหัวฉีด หรือ อีเจ็คเตอร์ (Ejector) ซึ่งในปัจจุบันยังไม่เป็นที่นิยมเชิงพำณิชย์(Eames, 2005) มำกนัก อีเจ็คเตอร์คืออุปกรณ์ที่ใช้หลักกำรท ำงำนของปรำกฏกำรณ์กำรไหลผ่ำนคอคอด (Venturi) โดยกำรเปลี่ยนควำมดันสถิต (Static head) ของไหลปฐมภูมิให้กลำยเป็นควำมดัน พลศำสตร์ซึ่งจะท ำให้เกิดบริเวณที่มีควำมดันต ่ำ (ควำมดันสถิต) จนเป็นสุญญำกำศภำยใน อีเจ็คเตอร์และเกิดกำรเหนี่ยวน ำหรือดูดเอำของไหลทุติยภูมิเข้ำมำผสมกับของไหลปฐมภูมิ ก่อนที่จะไหลออกจำกอีเจ็คเตอร์ส่วนประกอบหลักของอีเจ็คเตอร์จะประกอบด้วย หัวฉีด (Primary nozzle), ห้องดูด (Nozzle suction chamber), ห้องผสม (Mixing chamber), คอคอด (Throat) และช่องออก (Diffuser) ดังรูปที่4.26 รูปที่4.26 ส่วนประกอบของอีเจ็คเตอร์(ดัดแปลงจำก [14]) ที่ต ำแหน่งหัวฉีด ของไหลปฐมภูมิที่มีควำมดันสูงจำกเครื่องก ำเนิดไอขยำยตัวและ เร่งควำมเร็วผ่ำนหัวฉีด ในต ำแหน่งทำงออกของหัวฉีดของไหลจะพุ่งออกจำกคอคอดหัวฉีดด้วย ควำมเร็วเหนือเสียง (Supersonic) ซึ่งท ำให้เกิดบริเวณที่มีควำมดันต ่ำที่ปำกทำงออกของหัวฉีด และห้องผสม จำกควำมแตกต่ำงของควำมดันของทั้งสองต ำแหน่ง ของไหลทุติยภูมิที่มีควำมดัน สูงกว่ำห้องผสมจึงถูกเหนี่ยวน ำเข้ำสู่ห้องผสม ในช่วงแรกนี้ของไหลปฐมภูมิและทุติยภูมิจะยังไม่ ผสมกันทันที แต่จะผสมกันก็ต่อเมื่อของไหลทุติยภูมิมีควำมเร็วเท่ำกับควำมเร็วเสียงและเกิดกำร ไหลแบบวิกฤต (Choke flow) ซึ่งบริเวณห้องผสมนี้ของไหลทั้งสองจะผสมกัน ที่ต ำแหน่งปลำย ทำงออกของห้องผสม ของไหลทั้งสองชนิดจะผสมกันอย่ำงสมบูรณ์จนควำมดันมีค่ำคงที่ไปจนถึง ช่วงคอคอดของอีเจ็คเตอร์ ในต ำแหน่งทำงเข้ำของคอดคอด พื้นที่หน้ำตัดของอีเจ็คเตอร์จะถูกลด ขนำดลงท ำให้ควำมดันลดลงและควำมดันที่ปำกทำงออกของอีเจ็คเตอร์ที่มีค่ำสูงเมื่อเทียบกันจึง ส่งผลต่อกำรไหลท ำให้เกิดปรำกฏกำรณ์คลื่นกระแทก (Shock wave) ขึ้น ส่วนต ำแหน่งก่อน ทำงออกของคอด คลื่นกระแทกที่เกิดขึ้นจะส่งผลให้เกิดปรำกฏกำรณ์กดอัด (Compression effect) ทำให้ควำมเร็วในกำรไหลของของไหลผสม (Mixed fluid) ลดลงอย่ำงรวดเร็วจำก

106 ควำมเร็วระดับ supersonic ลงเหลือน้อยกว่ำควำมเร็วเสียง ในต ำแหน่งทำงออกคอคอดนั้นของ ผสมจะไหลออกจำกอีเจ็คเตอร์สู่ต ำแหน่งช่องทำงออกที่พื้นที่หน้ำตัดสูงขึ้นท ำให้ควำมเร็วของ ผสมลดลงและมีควำมดันสูงขึ้นจนมีควำมดันเท่ำกับควำมดันบริเวณปำกทำงออกของอีเจ็คเตอร์ จำกประวัติของอีเจ็คเตอร์และระบบท ำควำมเย็นแบบอีเจ็คเตอร์นั้นเกิดขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1858 Henry Giffard คิดค้นหัวฉีดแบบควบแน่น หรืออีเจ็คเตอร์ (Ejector) ในรูปที่ 4.27 เพื่อแก้ปัญหำกำรป้อนน ้ำให้หม้อไอน ้ำของเครื่องยนต์ไอน ้ำ ตั้งแต่นั้นมำอีเจ็คเตอร์จึงได้รับ กำรศึกษำอย่ำงจริงจังส ำหรับกำรใช้งำนที่แตกต่ำงกัน ในปีค.ศ. 1910 Leblanc ได้เปิดตัววงจรที่ มีอีเจ็คเตอร์พ่นไอ และได้เครื่องท ำควำมเย็นโดยใช้พลังงำนเกรดต ่ำจำกไอน ้ำทิ้งเนื่องจำกไอน ้ำมี จ ำหน่ำยอย่ำงกว้ำงขวำงในเวลำนั้น ระบบท ำควำมเย็นแบบ stream jet จึงได้รับควำมนิยมใน เครื่องปรับอำกำศของอำคำรขนำดใหญ่และตู้รถไฟ รูปที่4.27 อีเจ็คเตอร์ของ Henri Giffard พร้อมวำล์วมือหมุนในตัวส ำหรับควบคุม [15] ในปัจจุบันนี้วัฏจักรดังกล่ำวถูกใช้ด้วยกำรใช้ควำมร้อนจำกแสงอำทิตย์หรือแหล่ง ควำมร้อนเกรดต ่ำอื่นๆ แทน ในสิทธิบัตรของ Gay (1931) ได้อธิบำยว่ำสำมำรถใช้อีเจ็คเตอร์ที่ ท ำงำนได้กับสำรท ำงำนที่มีสถำนะสองสถำนะ (Two-phase ejector) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภำพ ของระบบท ำควำมเย็นโดยกำรลดกำรสูญเสียกำรควบคุมปริมำณโดยธรรมชำติของวำล์วขยำยได้ เป็นครั้งแรกที่มีกำรศึกษำเกี่ยวกับเครื่องท ำควำมเย็นอีเจ็คเตอร์โดยใช้สำรท ำควำม เย็นที่แตกต่ำงจำกน ้ำด้วย R-11 และ R-12 โดย Martynowsky (1954) เป็นของเหลวท ำงำนและ ใช้พลังงำนควำมร้อนจำกขยะอุตสำหกรรมขับเคลื่อนระบบ ต่อมำ Mizrahi et al. (1957) ได้พบว่ำ ระบบท ำงำนได้ดีมำกหำกใช้R-22 และ R-12 เป็นสำรท ำงำนในระบบ [14] และมีกำรพัฒนำและ วิจัยอย่ำงต่อเนื่องแม้ว่ำระบบท ำควำมเย็นแบบอีเจ็คเตอร์ (Ejector refrigeration systems; JCRS) จะมีช่วงกำรใช้งำนที่น่ำสนใจ แต่สภำพกำรใช้งำนหรือรูปทรงของตัวอีเจ็คเตอร์เป็น JCRS เดียว ไม่สำมำรถสร้ำงอัตรำส่วนก ำลังอัดที่สูงกว่ำ 4.0 ได้ซึ่งเป็ นช่วงกำรใช้งำนเฉพำะกับ เครื่องปรับอำกำศเท่ำนั้น นอกจำกนี้แล้วระบบยังมีค่ำ COP ต ่ำ ตั้งแต่ 0.11 ถึง 0.6 ส ำหรับช่วง อุณหภูมิในเครื่องก ำเนิดระหว่ำง 70ºC ถึง 90ºC ในเครื่องควบแน่น 20 - 50ºC และในเครื่อง ระเหย 5ºC [14] 4.2.5 กำรควบคุมวิสัยสำมำรถของเครื่องอัดไอ (Capacity control) ในขณะที่ระบบกำรท ำควำมเย็นท ำงำนที่สภำวะคงตัว (Steady-state) แล้วมีกำรลด ภำระกำรท ำควำมเย็นลง โดยธรรมชำติระบบจะลดอุณหภูมิและควำมดันที่เครื่องระเหยลง ซึ่งจะ

107 มีผลให้วิสัยสำมำรถ (Capacity) ท ำควำมเย็นลดลง เพื่อให้สอดคล้องกับภำระกำรท ำควำมเย็น แต่กำรลดอุณหภูมิระเหยลงจะเป็นสิ่งที่ไม่ต้องกำรในหลำยๆ กรณี เช่น ในระบบกำรปรับอำกำศ จะมีผลให้มีน ้ำแข็งจับตัวที่คอยล์เย็นหรือเครื่องระเหยท ำให้กีดขวำงกำรไหลของควำมร้อนจำก วัตถุหรืออำกำศที่ต้องกำรสร้ำงควำมเย็น ซึ่งท ำให้เกิดควำมเสียหำยกับวัตถุ เช่น อำหำรสดเน่ำ เสียหำกอุณหภูมิต ่ำเกินไป หรือถ้ำเป็นเครื่องระเหยที่ใช้ในกำรท ำควำมเย็นให้ของเหลว ก็อำจท ำ ให้ของเหลวนั้นแข็งตัว และท ำให้ท่อแตกได้ มีหลำยวิธีที่นิยมใช้ในกำรลดวิสัยสำมำรถ (Capacity) ของเครื่องอัดไอลงได้ คือ 1. ให้เครื่องอัดไอท ำงำนและหยุดเป็นจังหวะซึ่งวิธีนี้จะเหมำะสมกับระบบท ำควำม เย็นขนำดเล็ก 2. ลดควำมดันด้ำนดูดของเครื่องอัดไอ โดยวิธีนี้ควำมดันในเครื่องระเหยจึงยังคงที่ และเป็นกำรควบคุมอุณหภูมิระเหยได้เป็นอย่ำงดีแต่เป็นวิธีที่ประสิทธิภำพต ่ำ 3. ท ำทำงเลี่ยง (Bypass) ก๊ำซที่ออกจำกเครื่องอัดไอกลับเข้ำยังท่อทำงดูดใหม่วิธี นี้จะลด capacity ลงได้แม่นย ำ แต่ไม่มีประสิทธิภำพและยังท ำให้เครื่องอัดไอร้อนจัด วิธีที่น่ำจะ ดีกว่ำ คือ เดินท่อ bypass น ำก๊ำซทำงออกนี้ ส่งกลับมำที่ทำงเข้ำเครื่องระเหย 4. อีกวิธีหนึ่งที่มักใช้กับเครื่องอัดไอแบบหลำยสูบ คือกำรปลดภำระ (Unloading) ให้กระบอกสูบลูกใดลูกหนึ่งหรือหลำยลูกด้วยกำรเปิดวำล์วดูดให้ค้ำงไว้ กำรยกวำล์วดูดให้ค้ำงไว้ ท ำให้กระบอกสูบนั้นไม่ดูดและไม่สร้ำงก ำลังอัดไอสำรท ำควำมเย็นในกระบอกสูบนั้นเป็นกำรปลด ภำระกำรท ำงำนของลูกสูบ ประสิทธิภำพที่สูญเสียไปโดยวิธีนี้ไม่มำกนัก 4.3เครื่องควบแน่น (Condensers) เครื่องควบแน่นหรือคอนเดนเซอร์หรือเรียกว่ำ “คอยล์ร้อน” เป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนควำมร้อน โดยวัตถุประสงค์ของเครื่องควบแน่น คือเพื่อลดควำมร้อนของไอสำรท ำควำมเย็นที่ควำมดันสูงด้วย กำรควบแน่นไอสำรท ำควำมเย็นให้เป็นของเหลวเย็นยิ่ง (Sub-cool liquid) ควำมร้อนจำกสำรท ำ ควำมเย็นร้อนสถำนะก๊ำซจะถูกขจัดออกเกิดกำรควบแน่นในเครื่องควบแน่นโดยใช้อำกำศหรือด้วย น ้ำเป็นสำรตัวกลำงในกำรน ำหรือกำรพำควำมร้อน อำกำศและน ้ำถูกเลือกเพรำะหำได้ง่ำยตำม ธรรมชำติซึ่งอุณหภูมิปกติของอำกำศหรือน ้ำที่สำมำรถใช้ควบแน่นสำรท ำควำมเย็นได้ ในรูปที่ 4.28 แผนภำพ p-h แสดงควำมร้อนที่จะก ำจัดที่เครื่องควบแน่น ซึ่งเป็นควำมร้อน จำกภำระกำรท ำควำมเย็น คือผลกำรท ำควำมเย็น หรือ ค่ำ R.E กับควำมร้อนอีกเล็กน้อยที่เกิด จำกกำรบีบอัดของเครื่องอัดไอ ซึ่งคือ ความร้อนที่ถ่ายโดยเครื่องระเหย + ความร้อนของการอัดไอ= ภาระของเครื่องควบแน่น ควำมร้อนจำกกำรอัดไอนี้แตกต่ำงกันไปตำมวิธีกำรระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำมัน [1]

108 รูปที่4.28 แผนภำพ p-h ภำระกำรถ่ำยเทควำมร้อนของเครื่องควบแน่น (ดัดแปลงจำก [1]) ควำมร้อนหลักของเครื่องควบแน่น คือภำระจำกเครื่องระเหยในกำรออกแบบจะคิดภำระ เครื่องระเหยร่วมกับปัจจัย ‘de-rating’ หรือตัวคูนค่ำพิกัด (Factor) ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิกำร ระเหยและกำรควบแน่น ดังนั้น ภำระของคอนเดนเซอร์จะเป็น [5] ภาระจากเครื่องระเหย × ตัวคูณค่าพิกัดประกอบระเหย = ภาระของเครื่องควบแน่น วิธีที่นิยมใช้ในกำรแยกประเภทของเครื่องควบแน่นก็คือสำรท ำควำมเย็นไหลอยู่ภำยในท่อ หรือภำยนอกท่อ และของไหลที่ใช้หล่อเย็นเครื่องควบแน่นนั้นเป็นก๊ำซหรือของเหลว ตัวอย่างที่ 4.1 ตัวเลขต่อไปนี้จำกแคตตำล็อกเครื่องอัดไอ ให้ควำมสำมำรถในกำรท ำควำม เย็นในหน่วยควำมร้อนของอังกฤษต่อชั่วโมง × 10–3 และแรงม้ำเพลำส ำหรับช่วงอุณหภูมิ ควบแน่น และอุณหภูมิเครื่องระเหยหนึ่งเครื่อง ค ำนวณควำมจุเครื่องควบแน่นในแต่ละกรณี อุณหภมูิควบแน่น (ºF) 75 80 85 90 95 100 Btu/h x 10-3 874.6 849.7 824.3 798.3 771.7 744.6 แรงม้ำเพลำ 54.3 58.1 61.7 65.1 68.3 71.4

109 จำกผลที่ได้ หำรหน่วยควำมร้อนของอังกฤษต่อชั่วโมง (British Thermal Unit, BTU) ด้วย 3,412 เพื่อให้หน่วยเป็นกิโลวัตต์และคูณแรงม้ำเพลำด้วย 0.746 เป็นกิโลวัตต์จะได้condenser capacity เป็น since pf pg c c อุณหภูมิสิ่งแวดล้อม (ºF) 75 80 85 90 95 100 ภำระกำรท ำควำมเย็น (kW) 256 249 242 234 226 218 ก ำลังเครื่องอัดไอ (kW) 41 43 46 49 51 53 ภำระของเครื่องควบแน่น (kW) 297 292 288 283 277 271 ตัวอย่างที่ 4.2 ผู้ผลิตคอนเดนเซอร์ก ำหนดให้ ‘ปัจจัยควำมสำมำรถในกำรปฏิเสธควำมร้อน’ หรือ ‘heat rejection capacity factor’ ที่อุณหภูมิกระเปำะเปียก 26°C มีค่ำ 1.22 จงหำค่ำภำระ ที่เครื่องควบแน่นถ้ำควำมสำมำรถในกำรท ำควำมเย็นคือ 350 kW ภาระของเครื่องควบแน่น = ภาระจากเครื่องระเหย × ตัวคูณค่าพิกัดประกอบระเหย = 350 x 1.22 = 427 kW 4.3.1 ชนิดของเครื่องควบแน่น เครื่องควบแน่นสำมำรถแบ่งได้3 ชนิด ได้แก่ ชนิดระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศ (Air cooled) ชนิดระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำ (Water Cooled) และชนิดระเหย (Evaporative) 4.3.1.1 เครื่องควบแน่นชนิดระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศ (Air cooled condensers) จะใช้อำกำศเป็นสำรตัวกลำงในกำรระบำยควำมร้อนออกจำกสำรท ำควำมเย็น เพื่อให้สำรท ำ ควำมเย็นที่อยู่ในสถำนะก๊ำซควบแน่นเป็นสำรท ำควำมเย็นในสถำนะของเหลว ตำมปกติแล้ว เครื่องควบแน่นชนิดนี้จะใช้ครีบและท่อซึ่งท่อจะท ำด้วยทองแดง (Copper tubing) และมีครีบ (Fin) เป็นตัวช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวให้ในกำรระบำยควำมร้อนออกจำกสำรท ำควำมเย็นในเครื่อง ควบแน่น เครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศที่ง่ำยที่สุดประกอบด้วยท่อธรรมดำที่มีสำร ท ำควำมเย็นอยู่ภำยใน วำงไว้ในอำกำศนิ่งและอำศัยกำรไหลเวียนของอำกำศตำมธรรมชำติ ตัวอย่ำงคือเครื่องควบแน่นหรือคอนเดนเซอร์ของตู้เย็นที่ใช้กันในครัวเรือนทั่วไป เครื่องควบแน่นชนิดระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศสำมำรถแบ่งออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่ 1.) กำรพำควำมร้อนตำมธรรมชำติ(Natural convection condenser) และ 2.) กำรพำควำมร้อน แบบบังคับ (Forced-air circulation condenser) 1.) เครื่องควบแน่นชนิดกำรพำควำมร้อนตำมธรรมชำติ(Natural convection condenser) นี้กำรเคลื่อนที่ของอำกำศผ่ำนพื้นผิวของท่อเครื่องควบแน่นเกิดจำกกำรพำควำม ร้อนตำมธรรมชำติซึ่งท่อจะถูกวำงห่ำงกันเพื่อช่วยระบำยควำมร้อนเมื่ออำกำศสัมผัสกับท่อ เครื่องควบแน่นร้อน อำกำศจะพำควำมร้อนจำกสำรท ำควำมเย็นออกจำกผิวท่อ ท ำให้อุณหภูมิ

110 ของอำกำศเพิ่มขึ้น อำกำศที่ร้อนจะมีควำมหนำแน่นต ่ำจึงเบำและลอยขึ้นและอำกำศโดยรอบที่ กว่ำจะเข้ำแทนที่แต่เนื่องจำกกำรพำควำมร้อนตำมธรรมชำตินี้อำกำศจึงเคลื่อนที่ช้ำมำก กำรพำ ควำมร้อนสู่อำกำศจะท ำได้ในจ ำนวนไม่มำกนัก ดังนั้นเพื่อให้กำรถ่ำยเทควำมร้อนออกจำกเครื่อง ควบแน่นได้อย่ำงเพียงพอจึงต้องเพิ่มพื้นที่ผิวของเครื่องควบแน่นให้เพียงพอ เครื่องควบแน่น แบบใช้อำกำศหมุนเวียนตำมธรรมชำตินี้จึงมีข้อจ ำกัดในกำรใช้งำน คือจะใช้ส ำหรับเครื่องท ำ ควำมเย็นขนำดเล็กๆ เช่น ตู้เย็นที่ใช้ตำมบ้ำนเรือนเท่ำนั้น ส ำหรับในระบบท ำควำมเย็นเล็กๆ ดังเช่นในตู้เย็น เครื่องควบแน่นจะถูกติดตั้งด้ำนหลังของตู้เย็นซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ท่อเหล็ก เนื่องจำกเหล็กมีรำคำถูกกว่ำทองแดง เพื่อเพิ่มพื้นที่ถ่ำยเทควำมร้อนจึงใช้เส้นลวดเชื่อมเข้ำกับ ท่อคอนเดนเซอร์แต่ละท่อติดกัน เส้นลวดเหล่ำนี้จะช่วยสร้ำงควำมแข็งแรงให้กับขดท่อ คอนเดนเซอร์ด้วยเช่นกัน และกำรออกแบบจะวำงท่อให้มีระยะห่ำงกันให้กำรถ่ำยเทควำมร้อน ให้กับอำกำศได้ดีขึ้น ลดควำมต้ำนทำนต่อกำรเคลื่อนที่ของอำกำศ ดังแสดงดังรูป 4.29 รูปที่ 4.29 เครื่องควบแน่นชนิดระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศ (ภำพจำกผู้เขียน) กำรพำควำมร้อนตำมธรรมชำติยังมีอีกหลำยแบบ คือ เครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อน แบบแผ่น (Plate type heat exchanger) ดังรูปที่ 4.30 และรูปที่ 4.31 แสดงส่วนประกอบของ

111 เครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบแผ่น และเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบครีบ (Finned types heat exchanger) ดังรูปที่4.32 รูปที่ 4.30 ส่วนประกอบของเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบแผ่น (ดัดแปลงจำก [18]) รูปที่ 4.31 เครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบแผ่น (ภำพจำกผู้เขียน)

112 รูปที่ 4.32 เครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบครีบ (ภำพจำกผู้เขียน) เครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบแผ่น หรือเพลท (Plate type heat exchanger) สำมำรถถ่ำยเทควำมร้อนจำกของเหลวหนึ่งไปยังอีกของเหลวหนึ่งได้อย่ำงมีประสิทธิภำพสูง (2ºF ถึง 3ºF หรือ 1.1ºC ถึง 1.7ºC) อุปกรณ์นี้ประกอบด้วย ปะเก็น ชุดแผ่นโลหะนูน (โดยปกติ จะเป็นสแตนเลส) ที่ยึดระหว่ำงเฟรมปลำยแข็งสองโครงด้วยสลักเกลียวและน็อต ส่วนของแผ่น เพลทโลหะนูน (ล่องนูนบนแผ่นเพลทที่สร้ำงเป็นร่องทำงเดินของสำรตัวกลำง) ถูกวำงสลับกัน เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนด้วยตัวกลำงเย็นด้ำนหนึ่งและตัวกลำงอุ่นอีกด้ำนหนึ่งของแผ่น เพลทเพื่อให้สำรตัวกลำงทั้งสำรร้อนและสำรเย็นไหลสวนทำงกันในทำงเดินช่องแคบ โดย หลักกำรนี้ท ำให้อัตรำกำรถ่ำยเทควำมร้อนสูงมำก ถึงแม้ว่ำจะเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อน แผ่นเล็กๆ เนื่องจำกพื้นที่ผิวของเพลทมีมำก และเนื่องจำกกำรเกิดควำมปั่นป่วนของของไหลที่ เกิดจำกลำยในแผ่นลอนนูนด้วย ซึ่งบังคับให้ฟิล์มของไหลเกิดกำรปั่นป่วนบำงๆ ในพื้นที่เล็กๆ นั้น ส่วนของแรงดันตกคร่อมในเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบเพลทเทียบได้กับเครื่อง แลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบเปลือกและท่อ เนื่องจำกมีเส้นทำงคู่ขนำนมำกมำยในเครื่อง แลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบนี้และเมื่อจ ำเป็นต้องท ำควำมสะอำดเครื่องแลกเปลี่ยนจะถูกเปิดโดย กำรคลำยเกลียวน็อต และกระจำยแผ่นเพลทออกเพื่อให้ล้ำงท่อและพื้นผิวแผ่นได้แต่ควรระวังคือ สิ่งปกติที่จะเข้ำไปในตกต้ำงอยู่ในเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อน [16] เครื่องควบแน่นชนิดครีบติดตั้งอยู่มุมด้ำนล่ำงของตู้เย็นหรือด้ำนหลังของตู้เย็น ดัง ในรูปที่ 4.29 ระยะห่ำงของครีบมำกเพื่อลดผลกระทบจำกกำรเปรอะเปื้อนจำกฝุ่ นและเพื่อให้ อำกำศไหลได้อย่ำงอิสระ มีควำมต้ำนทำนเพียงเล็กน้อย ในเครื่องควบแน่นแบบดั่งเดิม (แบบคด เคี้ยว) ติดอยู่กับเพลทและติดตั้งแผ่นที่ด้ำนหลังของตู้เย็น เพลทจะท ำหน้ำที่เหมือนครีบ ในกำร ออกแบบที่ใช้กันทั่วไปด้วยกำรใช้ลวดเล็กๆ เชื่อมเข้ำกับขดลวดท่อคดเคี้ยว ลวดนี้ก็จะท ำหน้ำที่

113 เหมือนครีบเพื่อเพิ่มพื้นที่ถ่ำยเทควำมร้อน ตู้เย็นที่ใช้เครื่องควบแน่นแบบพำควำมร้อนตำม ธรรมชำติควรวำงอยู่ในพื้นที่ที่อำกำศสำมำรถไหลได้อย่ำงอิสระ [17] 2.) เครื่องควบแน่นชนิดพำควำมร้อนแบบบังคับ (Forced convection type condensers) เครื่องควบแน่นชนิดนี้จะใช้พัดลมหรือโบลเวอร์เพื่อหมุนเวียนอำกำศผ่ำนขดท่อ เครื่องควบแน่นด้วยควำมเร็วที่ก ำหนดดังแสดงในรูปที่ 4.33 ขดท่อเครื่องควบแน่นเป็นชนิดครีบ ครีบอำกำศ หรือ air side fins จะช่วยถ่ำยเทควำมร้อนให้ดีขึ้น ครีบในขดลวดดังกล่ำวมีระยะชิดกัน ตั้งแต่ 8 ถึง 17 ครีบต่อนิ้ว ครีบมีทั้งแบบแผ่นหรือชนิดวงแหวน (Plate type หรือ Annular type) ช่องว่ำงระหว่ำงครีบจะอุดตันจำกสิ่งสกปรกได้ง่ำย ดังนั้นเพื่อให้ได้ควำมสำมำรถในกำรถ่ำยเท ควำมร้อนที่เพียงพอและเหมำะสมจึงต้องรักษำควำมสะอำดครีบให้ดีส ำหรับกำรไหลเวียนของ อำกำศเหนือเครื่องควบแน่นชนิดกำรพำควำมร้อนแบบบังคับนั้นพัดลมจะถูกติดตั้งกับมอเตอร์ โดยทั่วไปแล้วอัตรำกำรไหลเวียนของอำกำศของขดท่อหรือคอยล์ของเครื่องควบแน่นอยู่ที่12 ถึง 20 cmm. (Cubic meter per minute หรือ ลูกบำศก์เมตรต่อนำที) ต่อตันของเครื่องท ำควำมเย็น (TR) ค่ำควำมร้อนจ ำเพำะของอำกำศคือ 1.005 kJ kg-K และควำมหนำแน่น 1.2 kg/m3 ดังนั้น ส ำหรับ 1 TR อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ΔTa = 3.5167/(1.2 x 1.005 x 16/60) = 10.9ºC ส ำหรับอัตรำกำร ไหลของอำกำศเฉลี่ย 16 cmm ดังนั้นอุณหภูมิของอำกำศจึงเพิ่มขึ้น 10ºC ถึง 15ºC เมื่อเทียบกับ น ้ำที่3ºC ถึง 6ºC (ในเครื่องควบแน่นแบบระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำ) รูปที่ 4.33 เครื่องควบแน่นชนิดพำควำมร้อนแบบบังคับ (ภำพจำกผู้เขียน) พื้นที่ของควบแน่นที่มองจำกภำยนอกในทิศทำงกำรไหลของอำกำศ เรียกว่ำ พื้นที่ ผิวหน้ำคอยล์ (Face area) ควำมเร็วลมที่ผ่ำนพื้นที่ผิวหน้ำเรียกว่ำควำมเร็วลมหน้ำคอยล์ (Face velocity) สิ่งนี้ถูกก ำหนดโดยอัตรำกำรไหลของปริมำตรหำรด้วยพื้นที่ผิวหน้ำคอยล์

114 ควำมเร็วลมหน้ำคอยล์มักจะอยู่ที่ประมำณ 2 m/s ถึง 3.5 m/s เพื่อป้องกันควำมดันตกเนื่องจำก ควำมต้ำนทำนแรงเสียดทำน ขดท่อของท่อในทิศทำงกำรไหลเรียกว่ำ แถว หรือเรียกได้ว่ำคอยล์ แยกแถว อำจมีท่อที่บรรทุกสำรท ำควำมเย็นสองถึงแปดแถว อำกำศชื้นจะไหลผ่ำนครีบภำยนอก ท่อในขณะที่สำรท ำควำมเย็นไหลภำยในท่อ ครีบมักเป็นอลูมิเนียมและท่อท ำจำกทองแดง ครีบ จะมีรูที่ถูกเจำะเข้ำไปในแผ่นมีเส้นผ่ำนศูนย์กลำงแตกต่ำงกับเส้นผ่ำนศูนย์กลำงของท่อเล็กน้อย และแผ่นจะเลื่อนไปมำในชุดท่อจำกนั้นท่อทองแดงจะถูกอัดแรงดันภำยในซึ่งจะท ำให้ท่อขยำยอัด ติดกับครีบและท ำให้กำรสัมผัสระหว่ำงท่อและครีบได้ดีเกิดกำรถ่ำยเทควำมร้อนที่ดีขึ้น รูปที่ 4.34 ครีบแบบ disc และ helical (ดัดแปลงจำก [18]) กำรพำควำมร้อนแบบบังคับด้วยอำกำศที่มีปริมำณมำกมีผลให้เกิดควำมต้ำนทำน สูง เป็นผลให้ต้องใช้มอเตอร์ที่มีขนำดใหญ่หำกยังคงต้องใช้พัดลมชนิดไหลแนวแกนแบบขั้นตอน เดียว หำกต้องกำรลดควำมต้ำนทำนอำกำศลงจึงใช้พัดลมขนำดเล็กหลำยตัว ซึ่งให้ข้อดีคือ ควำมเร็วและเสียงรบกวนที่ต ่ำกว่ำ และควำมยืดหยุ่นของกำรท ำงำน ในพื้นที่ที่อยู่อำศัยจะต้องมี กำรควบคุมควำมเร็วพัดลมเพื่อลดระดับเสียงรบกวน ซึ่งหำกกำรไหลของอำกำศลดลงจะท ำให้ กำรควบแน่นลดลงด้วย ดังนั้นผู้ผลิตต้องออกแบบให้ผลิตภัณฑ์มีทั้งมำตรฐำนในกำรถ่ำยเทควำม ร้อนและเสียงเงียบ อำกำศมีค่ำควำมจุควำมร้อนจ ำเพำะต ่ำและปริมำตรจ ำเพำะสูง นั่นหมำยถึงต้องใช้ ปริมำณมำกในกำรขจัดควำมร้อนออกจำกเครื่องควบแน่น หำกกำรไหลเชิงมวลลดลง อุณหภูมิ จะเพิ่มขึ้น กำรที่อุณหภูมิเครื่องควบแน่นเพิ่มขึ้นควำมดันควบแน่นจะสูงขึ้นด้วยท ำให้ ประสิทธิภำพของเครื่องควบแน่นลดลง ในทำงปฏิบัติอุณหภูมิของอำกำศจะเพิ่มขึ้นอยู่ระหว่ำง 9 ถึง 12 K หำกสมมติว่ำเพิ่มขึ้น 10.5 K อัตรำกำรไหลเชิงมวลจะได้เป็น : 1 = 0.093 kJ/s (kW) 10.5 x 1.02 โดยที่1.02 คือควำมจุควำมร้อนจ ำเพำะของอำกำศแวดล้อม ในหน่วย kJ/kg.K ตัวอย่ำงกำรไหลของอำกำศของเครื่องควบแน่นเครื่องปรับอำกำศส ำหรับอำคำร ใหญ่ซึ่งเป็นส ำนักงำนของหลำยบริษัท มีควำมสำมำรถในกำรท ำควำมเย็น 350 kW และควำม ร้อนถ่ำยเทออกจำกะบบ 430 kW ต้องกำรอำกำศ 40.85 กก./วินำทีหรือประมำณ 36 ลบ.ม/

115 วินำทีอำกำศเย็นที่ใช้ในกำรระบำยควำมร้อนนี้ควรเย็นที่สุดเท่ำที่จะเป็นไปได้ดังนั้นจึง จ ำเป็นต้องติดตั้งเครื่องควบแน่นในที่ที่มีกำรไหลของอำกำศบริสุทธิ์โดยไม่ต้องหมุนเวียน กำรไหลของอำกำศที่จ ำเป็นในปริมำณมำก จะใช้พลังในกำรเคลื่อนย้ำยและระดับ เสียงที่เกิดขึ้นเป็นปัจจัยที่จ ำกัดในกำรใช้เครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศ เมื่อภำระ หรือโหลดของเครื่องควบแน่นเพิ่มขึ้น ควำมแตกต่ำงของอุณหภูมิระหว่ำงอุณหภูมิอำกำศขำเข้ำ (สิ่งแวดล้อมโดยรอบ) และอุณหภูมิอำกำศหลังจำกผ่ำนเครื่องควบแน่นจะเพิ่มขึ้นในอัตรำกำร ไหลของอำกำศคงที่ อัตรำเครื่องควบแน่น (Condenser rating), kW/K โดยที่ภำระเครื่อง ควบแน่นเป็นหน่วยกิโลวัตต์และ K คือควำมแตกต่ำงของอุณหภูมิที่เป็นค่ำคงที่ ซึ่งค่ำที่ได้จะ เป็นค่ำโดยประมำณ [1] ตัวอย่างที่ 4.3เครื่องควบแน่นมีขนำดกำรขจัดควำมร้อน 12 กิโลวัตต์ที่อุณหภูมิควบแน่น 50ºC เมื่ออุณหภูมิสิ่งแวดล้อมกลำงแจ้งสูงสุดคือ 35ºC จงหำอัตรำและอุณหภูมิกำรควบแน่น โดยประมำณ เมื่ออุณหภูมิภำยนอกอยู่ที่ 15ºC และโหลดลดลงเหลือ 8 kW ภำระ 12 อตัรำควบแน่น = = = ควำมแตกต่ำงของอ ุ ณหภ ู มิ15 0.8 kW/K ควำมแตกต่ำงของอุณหภูมิที่ 15ºC 8 = = 10 0.8 อุณหภูมิควบแน่น ที่ 15ºC = 15ºC +10ºC = 25ºC เครื่องควบแน่นต้องมีขนำดตรงกับภำระกำรออกแบบที่สภำพแวดล้อมสูงสุด แต่ ในช่วงสภำวะกำรท ำงำนทั่วไปที่มีอุณหภูมิอำกำศที่15ºC ภำระจะลดลงเนื่องจำกภำระกำรท ำควำม เย็นจะน้อยลงและพลังงำนของเครื่องอัดไอก็จะน้อยลงอย่ำงแน่นอน ในสภำพกำรออกแบบหรือ เงื่อนไขของสภำพแวดล้อม เครื่องควบแน่นซึ่งอำจต้องมีขนำดเล็กและต้องกำรอุณหภูมิกำร ควบแน่นสูง และจะปรับสมดุลเพื่อให้อุณหภูมิกำรควบแน่นที่ยอมรับได้เกือบตลอดเวลำ ส่วนของวัสดุในกำรสร้ำงเครื่องควบแน่นพำควำมร้อน คือ ครีบท ำจำกอลูมิเนียมบน ท่อสแตนเลสหรือเหล็กกล้ำคำร์บอนส ำหรับสำรท ำควำมเย็นเป็นแอมโมเนีย ส่วนสำรท ำควำม เย็นกลุ่มฮำโลคำร์บอน (Halocarbon) ได้แก่ R-22, R-134a, R-404a นั้น ครีบอลูมิเนียมหรือ ทองแดงบนท่ออลูมิเนียมหรือทองแดง ท่ออลูมิเนียมยังไม่นิยมใช้มำกนักแต่กำรใช้งำนคำดว่ำจะ เพิ่มขึ้น เครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศมีกำรใช้กันอย่ำงแพร่หลำยในขนำดตั้งแต่ ไม่กี่กิโลวัตต์ถึงหลำยร้อยกิโลวัตต์สำมำรถเห็นในกำรใช้งำนกับเครื่องปรับอำกำศทั้งแบบติด ผนัง แบบ แขวน ระบบขนำดใหญ่ ในยำนพำหนะต่ำงๆ มำกมำย และใช้ในพื้นที่ทะเลทรำยที่กำร จัดหำน ้ำหล่อเย็นท ำได้ยำก [1] 4.3.1.2 เครื่องควบแน่นชนิดระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำ (Water cooled condensers) เครื่องควบแน่นชนิดนี้จะใช้น ้ำเป็นตัวกลำงในกำรระบำยควำมร้อนให้กับสำรท ำควำมเย็นร้อน

116 แทนอำกำศในเครื่องควบแน่นชนิดระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศ ด้วยค่ำควำมจุควำมร้อนและ ควำมหนำแน่นของน ้ำที่สูงท ำให้เป็นตัวกลำงที่เหมำะส ำหรับกำรระบำยควำมร้อนของเครื่อง ควบแน่น เครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำโดยใช้น ้ำเป็นของเหลวจำกภำยนอก เครื่อง ควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำสำมำรถจ ำแนกออกเป็นประเภทได้ดังนี้[17] 1.) เครื่องควบแน่นท่อสองชั้น (Double pipe condensers) จะใช้กับระบบท ำ ควำมเย็นที่มีควำมสำมำรถสูงสุด 10 TR เครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนชนิดนี้อำจอยู่ในลักษณะที่ ท่อสองท่อสวมเข้ำด้วยกัน ส่วนกำรไหลของของไหลอำจไหลสวนทำงกัน เรียกว่ำ Counter flow หรือไหลขนำนกัน เรียกว่ำ Parallel flow น ้ำเย็นหรือน ้ำหล่อเย็นจะไหลผ่ำนท่อด้ำนใน ในขณะที่ สำรท ำควำมเย็นไหลผ่ำนท่อวงแหวนตัวนอกในทิศทำงกำรไหลสวนทำงกันกับน ้ำดังรูปที่ 4.35 ค่ำสัมประสิทธิ์กำรถ่ำยเทควำมร้อนมักจะต ่ำเนื่องจำกกำรระบำยควำมร้อนของสำรท ำควำมเย็น เหลวไม่ดีหำกท่อยำว 2.) เครื่องควบแน่นเปลือกและขดท่อ (Shell and coil condensers) ในรูปที่4.36 เครื่องควบแน่นชนิดนี้ใช้ในระบบที่มีควำมสำมำรถสูงสุด 50 TR น ้ำหล่อเย็นจะไหลผ่ำนขดลวด หลำยขดลวด ซึ่งอำจมีครีบที่ท่อเพื่อช่วยเพิ่มค่ำสัมประสิทธิ์กำรถ่ำยเทควำมร้อน สำรท ำควำม เย็นจะไหลผ่ำนเปลือกในเครื่องควบแน่นที่มีควำมสำมำรถที่น้อยหรือขนำดเล็กจะให้สำรท ำควำม เย็นไหลผ่ำนขดลวดในขณะที่น ้ำไหลผ่ำนเปลือก รูปที่ 4.35 เครื่องควบแน่นแบบท่อสองชั้น (ดัดแปลงจำก [1]) 3.) เครื่องควบแน่นชนิดระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำแบบเปลือกและท่อ (Shell and tube condensers) เครื่องควบแน่นชนิดนี้เป็นชนิดที่ใช้กันทั่วไปในระบบที่มีควำมสำมำรถในกำร ท ำควำมเย็นตั้งแต่ 2 TR จนถึงหลักพัน TR หลักกำรท ำงำนของเครื่องควบแน่นชนิดนี้คือสำรท ำ ควำมเย็นจะไหลผ่ำนเปลือกนอก ในขณะที่น ้ำหล่อเย็นจะไหลผ่ำนท่อด้ำนในตั้งแต่ 1 รอบ ถึง 4 รอบ สำรท ำควำมเย็นจะควบแน่นสะสมที่ด้ำนล่ำงของเปลือก น ้ำหล่อเย็นที่เย็นที่สุดจะถ่ำยเท ควำมร้อนออกจำกสำรท ำควำมเย็นเหลวเพื่อให้เกิดกำร subcooling ได้สำรท ำควำมเย็นเหลวจะ ถูกระบำยออกจำกด้ำนล่ำงไปยังอุปกรณ์ receiver ก่อนเข้ำวำล์วลดควำมดัน ตัวเปลือกหรือ

117 shell จะท ำหน้ำที่เป็นตัว receiver พร้อมไปด้วย และเครื่องควบแน่นชนิดที่พบมำกที่สุดคือ ประเภทเปลือกแนวนอน ดังแสดงในรูปที่ 4.37 รูปที่4.36 เครื่องควบแน่นแบบเปลือกและขดท่อ (ภำพจำกผู้เขียน) รูปที่ 4.37 เครื่องควบแน่นชนิดเปลือกและท่อแนวนอน (ภำพจำกผู้เขียน) เครื่องควบแน่นนี้มีโครงสร้ำงและหลักกำรเหมือนกับเครื่องระเหยแบบเปียก (Flooded evaporator) โครงสร้ำงของเครื่องควบแน่นนี้ที่มีกำรออกแบบและพบมีหลำยขนำด ตั้งแต่เส้นผ่ำนศูนย์กลำง 100 มม. ถึง 1.5 ม. และมีควำมยำวตั้งแต่ 600 มม. ถึง 6 ม. ซึ่งเป็น ควำมยำวของท่อที่มีจ ำหน่ำยทั่วไปสำมำรถเลือกวัสดุส ำหรับกำรใช้งำนและเหมำะสมกับสำร ท ำควำมเย็นได้ กรณีที่ใช้น ้ำจืดเป็นสำรท ำงำน เหล็กกล้ำคำร์บอน (Carbon steel) หรือ “Mild steel” ก็สำมำรถน ำมำใช้เป็นวัสดุในกำรออกแบบได้หำกเป็นน ้ำทะเลต้องใช้โลหะผสมทองแดง

118 นิกเกิลหรือที่เรียกว่ำ คิวโปรนิกเกิล (Cupronickel) หรือต้องใช้ท่อทองเหลืองอลูมิเนียม เพื่อ ป้องกันกำรกัดกร่อน [1] กรณีสำรท ำควำมเย็นเป็นแอมโมเนีย เนื่องจำกแอมโมเนียมีผลต่อทองแดง ท่อ เหล็กจึงถูกใช้ส ำหรับเครื่องควบแน่นของแอมโมเนีย น ้ำระบำยควำมร้อนจะไหลผ่ำนท่อน ้ำของ เครื่องควบแน่นในขณะที่สำรท ำควำมเย็นยังคงอยู่ในเปลือก ท่อตรงจ ำนวนหนึ่งที่มีครีบรวมกัน วำงซ้อนกันอยู่ภำยในเปลือกทรงกระบอก ท่อตรงจะมีครีบรวมกับท่อจะซ้อนกันภำยในเปลือก ทรงกระบอก ปลำยท่อขยำยเป็นแผ่น ท่อซึ่งเชื่อมกับเปลือกที่ปลำยทั้งสองข้ำงและจะถูกรองรับ ตรงกลำงท่อด้ำนในเปลือกเพื่อป้องกันควำมหย่อนของท่อและกำรสั่นของท่อ เนื่องจำกท ำควำม สะอำดด้ำนน ้ำได้ง่ำยมำกและสำมำรถซ่อมแซมได้ง่ำย เครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำ ประเภทนี้จึงเป็นที่นิยมอย่ำงมำก ตัวอย่างที่4.4 เครื่องควบแน่นใช้น ้ำจืดจำกแม่น ้ำที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น 5.2 K. ภำระรวมของ เครื่องควบแน่น คือ 930 kW จงหำอัตรำกำรไหลเชิงมวลของน ้ำที่เครื่องควบแน่นนี้ต้องใช้ 930 = 43 kg/s 5.2 x 4.187 ต้องใช้ปั๊มน ้ำที่สร้ำงอัตรำกำรไหลที่ 43 kg/s (หรือ 43 x 1.282 = 55.13 L/s) ตัวอย่างที่ 4.5 เครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำขนำดเล็ก น ้ำที่ใช้มีอุณหภูมิ13°C และร้อนขึ้นไปถึง 24°C ก่อนที่จะถ่ำยเทออก ภำระของเครื่องระเหยคือ 4.2 kW และมอเตอร์1.7 kW จงหำอัตรำกำรไหลเชิงมวลของน ้ำ ภำระของเครื่องควบแน่น = 4.2 + 1.7 = 5.9 kW 5.9 อต ั รำกำรไหลเชง ิ มวลของน ้ ำ = (24-13)x 4.187 = 0.13 kg/s 4.3.1.3 เครื่องควบแน่นชนิดกำรระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำและอำกำศ หรือชนิด ระเหย (Evaporative condensers) ส ำหรับเครื่องควบแน่นแบบนี้จะใช้ทั้งอำกำศและน ้ำในกำรน ำ ควำมร้อนออกจำกสำรท ำควำมเย็น ในรูปที่ 4.38 แสดงแผนภำพของเครื่องควบแน่นแบบระเหย หลักกำรของเครื่องควบแน่นแบบระเหยนี้จะใช้หลักกำรของหอหล่อเย็น หรือ cooling กับเครื่อง ควบแน่นแบบระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำไว้ในด้วยกัน tower ดังรูปที่4.39

119 รูปที่ 4.38 แผนภำพของเครื่องควบแน่นแบบระเหย (ภำพจำกผู้เขียน) รูปที่4.39 หอหล่อเย็น (ภำพจำกผู้เขียน) หลักกำรกำรท ำงำนของเครื่องควบแน่น คือ จะใช้น ้ำฉีดพ่นจำกส่วนบนของท่อสำร ท ำควำมเย็นและใช้อำกำศเหนี่ยวน ำควำมร้อนนี้ขึ้นไปด้ำนบน น ้ำที่ฉีดพ่นจะเป็นฟิล์มน ้ำบำงๆ รอบๆ ท่อเครื่องควบแน่นซึ่งเป็นกำรระบำยควำมร้อนแบบระเหยเกิดขึ้น ค่ำสัมประสิทธิ์กำร ถ่ำยเทควำมร้อนส ำหรับกำรท ำควำมเย็นแบบระเหยจะสูงมำก เป็นแบบที่เหมำะสมกับระบบที่มี

120 ขนำดใหญ่มำกที่ระบบท ำควำมเย็นสำมำรถท ำงำนได้ที่อุณหภูมิควบแน่นต ่ำ (อุณหภูมิอำกำศ กระเปำะเปียกประมำณ 11 ถึง 13 องศำเคลวิน) ทิศทำงกำรสเปรย์น ้ำจะสวนทำงกันกับทิศ ทำงกำรไหลของอำกำศ คือน ้ำจะสเปรย์จำกด้ำนบนลงด้ำนล่ำงผ่ำนลงบนท่อสำรท ำควำมเย็นร้อน น ้ำสเปรย์จะรับควำมร้อนจำกท่อสำรท ำควำมเย็น และน ้ำส่วนที่ร้อนกลำยเป็นไอน ้ำร้อนจะระเหย ขึ้น น ้ำในสถำนะของเหลวร้อนจะตกลงด้ำนล่ำงสู่ถังพักด้ำนล่ำงของเครื่องควบแน่น ส่วนบนสุด ของเครื่องควบแน่นจะติดตั้งพัดลมเพื่อดึงอำกำศภำยนอกจำกด้ำนล่ำง อำกำศเย็นจำกด้ำนล่ำงจะ ไหลสวนทำงกับน ้ำที่สเปรย์เป็นกำรพำควำมร้อนของน ้ำและพำไอน ้ำที่ร้อนไหลออกจำกเครื่อง ควบแน่นซึ่งท ำหน้ำที่เป็นหอท ำควำมเย็น หลักกำรใช้อำกำศนี้เป็นหลักในกำรเพิ่มอัตรำกำรระเหย ให้น ้ำ อัตรำกำรไหลของอำกำศที่ต้องกำรส ำหรับระบบนี้จะอยู่ในช่วง 350 ถึง 500 ลบ.ม./ชม. ต่อ TR ของเครื่องท ำควำมเย็น เพื่อให้แน่ใจว่ำพื้นผิวท่อเปียก กำรไหลของน ้ำเหนือท่อคอนเดนเซอร์ต้องมีจ ำนวน มำกเพียงพอ และจะต้องกำรเป็น 80 - 160 เท่ำของปริมำณระเหย และกำรไหลของมวลอำกำศ ต้องเพียงพอที่จะน ำไอน ้ำที่เกิดขึ้นออกไป ตัวเลขเฉลี่ยอยู่ที่ 0.06 kg/(s kW) ในฤดูหนำว น ้ำใน เครื่องควบแน่นแบบระเหยอำจแข็งตัวหำกปล่อยให้ท ำงำนที่ภำระต ่ำ กำรจัดกำรทั่วไปคือกำรปิด พัดลมด้วยเทอร์โมสตัทเพื่อป้องกันกำรก่อตัวของน ้ำแข็ง และถังเก็บน ้ำด้ำนล่ำงจะมีเครื่องท ำ ควำมร้อนแบบแช่เพื่อลดควำมเสี่ยงในกำรแช่แข็งเมื่อไม่ได้ใช้งำนอุปกรณ์วัสดุก่อสร้ำงถูก ออกแบบให้ทนต่อกำรกัดกร่อนจำกน ้ำ ส่วนที่เป็นเหล็กชุบสังกะสีร้อนและเคลือบเรซิน หรือบำง ผู้ผลิตใช้ GRP หรือ Glass Reinforced Polyester Pipe เป็นวัสดุที่ผลิตจำกส่วนประกอบหลัก คือ โพ ลีเอสเตอร์เรซิน (Polyester Resin) เส้นใยแก้วเสริมแรง (Glass fiber filament reinforcement) และทรำยซิลิกำ ซึ่ง GRP มีสมบัติทนต่อกำรกัดกร่อนได้ดี ไม่เป็นสนิม มี น ้ำหนักเบำ และมีอำยุกำรใช้งำนที่ยำวนำน ส่วนของชุดกระจำยน ้ำหล่อเย็นท ำจำกไม้ที่ผ่ำนกำร เคลือบบ ำบัดหรือแผ่นพลำสติกลูกฟูก [5] ตัวอย่างที่ 4.6เครื่องควบแน่นมีหอหล่อเย็นท ำหน้ำที่ระบำยควำมร้อน 880 kW และควำม ร้อนจำกปั๊มหมุนเวียนน ้ำขนำด 15 kW จงหำอัตรำกำรระเหย อัตรำกำรหมุนเวียนของน ้ำ โดยประมำณและอัตรำกำรไหลเชิงมวลอำกำศ วิธีทา ภำระของหอหล่อเย็นทั้งหมด = 880 + 15 = 895 kW อัตรำกำรระเหย = 895 x 0.41 x 10-3 = 0.37 kg/s อัตรำกำรหมุนเวียนของน ้ำ ที่ 80 เท่ำของปริมำณระเหย = 30 kg/s (∆T = 7.1 K) ที่160 เท่ำของปริมำณระเหย = 60 kg/s (∆T = 3.6 K) อัตรำกำรไหลเชิงมวลอำกำศ = 895 × 0.06 = 54 kg/s

121 จะเห็นได้ว่ำอัตรำกำรไหลของน ้ำและมวลอำกำศเหนือหอหล่อเย็นนั้นเท่ำกันโดยประมำณ อย่ำงไรก็ตำมเครื่องควบแน่นแบบระเหยจะมีควำมต้ำนทำนต่อกำรไหลของอำกำศสูงกว่ำหอหล่อ เย็น เนื่องจำกมีชุดท่อควำมร้อนจำกระบบท ำควำมเย็นจึงมักใช้พัดลมแบบแรงเหวี่ยง [1,5] แล้ว น ำมำติดตั้งที่ด้ำนล่ำงแทนดังรูปที่ 4.40 4.3.2 เปรียบเทียบเครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศกับน ้ำ ในส่วนแรกเป็นตำรำงที่ 4.1 แสดงสมบัติเด่นของเครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วย อำกำศและระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำ จำกนั้นจะกล่ำวถึงข้อดีและข้อเสียของแต่ละประเภทดัง ตำรำง 4.1 รูปที่ 4.40 เครื่องควบแน่นแบบระเหยพัดลมเป่ำล่ำง (ดัดแปลงจำก [1]) ตารางที่ 4.1 สมบัติเด่นของเครื่องควบแน่น [17] ปัจจัยที่ก าหนด (Parameter) ระบายความร้อน ด้วยอากาศ ระบายความร้อน ด้วยน ้า ควำมแตกต่ำงของอุณหภูมิ, TC-TCoolant 6 – 22ºC 6 – 12ºC อัตรำกำรไหลของน ้ำหล่อเย็น ต่อ TR 12 – 20 m 3 /min 0.007 – 0.02 m 3 /min พื้นที่ถ่ำยเทควำมร้อน ต่อ TR 10 – 15 m 2 0.5 – 1.0 m 2 ควำมเร็วลมหน้ำท่อดูดอำกำศ 2.5 – 6 m/s 2 – 3 m/s ก ำลังของพัดลมหรือปั๊ม ต่อ TR 75 – 100 W เล็กน้อย ข้อดีและข้อเสีย : เครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศนั้นง่ำยต่อกำรสร้ำง เนื่องจำกไม่จ ำเป็นต้องใช้ท่อล ำเลียงส ำหรับอำกำศ นอกจำกนี้แล้วกำรจัดอำกำศที่มีอุณหภูมิ

122 เพิ่มขึ้นไม่ใช่ปัญหำและอำกำศมีจ ำนวนมำกมำยทั่วไปที่หำได้กำรสกปรก เปรอะเปื้อนของ เครื่องควบแน่นมีน้อยและค่ำบ ำรุงรักษำต ่ำ แต่อย่ำงไรก็ตำมเนื่องจำกควำมร้อนจ ำเพำะของ อำกำศเป็นหนึ่งในสี่ของน ้ำและควำมหนำแน่นเป็นหนึ่งในพันของน ้ำ อัตรำกำรไหลของอำกำศที่ ต้องกำรจึงมีปริมำณมำก ค่ำกำรน ำควำมร้อนมีค่ำน้อยมำก ดังนั้นค่ำสัมประสิทธิ์กำรถ่ำยเทควำม ร้อนจึงน้อยมำก นอกจำกนี้อำกำศมีอุณหภูมิเท่ำกับอุณหภูมิกระเปำะแห้งซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ ใช้ได้แต่ในขณะที่น ้ำสำมำรถใช้ได้ที่อุณหภูมิต ่ำกว่ำอำกำศ ซึ่งสูงกว่ำอุณหภูมิกระเปำะเปียก เพียง 2 - 3ºC เมื่ออุณหภูมิของอำกำศสูงกว่ำน ้ำ อุณหภูมิที่เครื่องควบแน่นจึงสูงกว่ำ ค่ำ COP หรือสัมประสิทธิ์ของสมรรถนะของระบบท ำควำมเย็นจึงจะลดลง ดังนั้นกำรใช้งำนปกติจะถูก จ ำกัดไว้ที่10 TR แม้ว่ำก ำลังโบลเวอร์จะสูงกว่ำ 5 TR แต่ในประเทศตะวันออกกลำงที่ขำดแคลน น ้ำจืดจะมีเครื่องควบแน่นด้วยอำกำศขนำดใหญ่ถึง 100 TR หรือสูงกว่ำ ดังรูปที่ 4.41 รูปที่ 4.41 เครื่องควบแน่นแบบระเหยขนำดใหญ่ (ภำพจำกผู้เขียน) เครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศมีรำคำสูงกว่ำเครื่องควบแน่นระบำย ควำมร้อนด้วยน ้ำสองถึงสำมเท่ำ เครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำต้องใช้หอหล่อเย็น เนื่องจำกน ้ำขำดแคลนในพื้นที่เมืองและต้องน ำกลับมำใช้ใหม่ น ้ำจำกทะเลสำบและแม่น ้ำไม่ สำมำรถปล่อยทิ้งกลับในสิ่งแวดล้อมได้เนื่องจำกสภำพที่ร้อนจะส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในแหล่ง น ้ำ ค่ำบ ำรุงรักษำหอหล่อเย็นเป็นต้นทุนที่เพิ่มขึ้นกับเครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำ และกำรเปรอะเปื้อนของพื้นผิวแลกเปลี่ยนควำมร้อนก็เป็นปัญหำใหญ่มำกในกำรใช้น ้ำ 4.3.3 กำรบ ำรุงรักษำเครื่องควบแน่น เช่นเดียวกับอุปกรณ์เครื่องจักรกลอื่นๆ ที่ต้องกำรกำรบ ำรุงรักษำ ซ่อมแซม ดังนั้น เครื่องควบแน่นไม่ควรอยู่ในที่ที่เข้ำถึงได้ยำก เนื่องจำกจะเป็นอุปสรรคและมีโอกำสน้อยที่จะได้ กำรบ ำรุงรักษำตำมปกติ ท ำควำมสะอำดพื้นผิวส่วนที่ต้องระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศด้วยแปรงปัดฝุ่นขนอ่อน ที่ช่องอำกำศเข้ำสู่ขดท่อ และใช้ลมแรงดันสูงช่วยเป่ำและใช้เครื่องดูดฝุ่ นร่วมกันด้วยควำม ระมัดระวังไม่ให้เกิดควำมเสียหำยกับท่อ นอกจำกนี้ยังสำมำรถใช้ผงซักฟอกโฟมหรือผงซักฟอก ที่มีฟอง ควรมีแผนกำรบ ำรุงรักษำและบันทึกกำรท ำงำน กำรสะสมของหินปูนที่พื้นผิวที่ถูก

123 ระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำ ท ำควำมสะอำดของเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อน โดยเฉพำะเครื่อง แลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบ shell-and-tube ที่สำมำรถถอดฝำยึดด้ำนหน้ำและหลังออกได้หำก ท่อที่ไม่สำมำรถถอดหรือใช้เครื่องมือจัดกำรได้จะต้องท ำควำมสะอำดด้วยสำรเคมี เป็นระบบที่ดีที่ใช้อำกำศและน ้ำร่วมกันดังเช่นในหอระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำหรือ เครื่องควบแน่นแบบระเหย น ้ำจะท ำหน้ำที่เป็นตัวท ำควำมสะอำดอำกำศ ก ำจัดฝุ่นส่วนใหญ่ออก จำกอำกำศที่ไหลผ่ำน สิ่งสกปรกดังกล่ำวอำจติดอยู่ในเครื่องกรองน ้ำ แต่โดยทั่วไปจะถูกท ำให้ตก ลงสู่ก้นถังและต้องล้ำงออกปีละครั้งหรือสองครั้งขึ้นอยู่กับควำมรุนแรงของกำรปนเปื้อน ในทำง ปฏิบัติ หำกคำดว่ำจะมีกำรปนเปื้อน ฝุ่นละอองจำกอำกำศจ ำนวนมำกจะใช้ถังเก็บน ้ำที่ลึกกว่ำ ปกติในกรณีที่โรงงำนหรือเครื่องจักรที่ส ำคัญต้องกำรควำมปลอดภัยสูงกว่ำปกติ ถังจะถูกแบ่ง ออกเป็นสองส่วนซึ่งอำจท ำควำมสะอำดสลับกันโดยเครื่องควบแน่นสำมำรถใช้งำนได้ตลอดเวลำ ในส่วนของสำหร่ำยและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เช่นตะไครน ้ำที่สำมำรถจะเจริญเติบโตได้ในพื้นที่เปียก โดยเฉพำะอย่ำงยิ่งในเวลำกลำงวันจะต้องป้องกันด้วยกำรใช้สำรเคมี[1] 4.4เครื่องระเหย (Evaporators) วัตถุประสงค์ของเครื่องระเหยคือกำรรับสำรท ำควำมเย็นที่แรงดันและอุณหภูมิต ่ำ จำกวำล์ว ขยำยตัว และเพื่อน ำไปรับภำระกำรท ำควำมเย็นหรือรับควำมร้อน สำรท ำควำมเย็นใช้ควำมร้อน แฝงจำกภำระและระเหยเป็นก๊ำซแห้งออกจำกเครื่องระเหย กระบวนกำรก ำจัดควำมร้อนออกจำก สิ่งที่ต้องกำรท ำควำมเย็นหรือแช่เย็นจะท ำในเครื่องระเหย สำรท ำควำมเย็นเหลวจะถูกท ำให้เป็น ไอภำยในเครื่องระเหย หรืออีวำพอเรเตอร์เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนจะถูกสร้ำงให้มีรูปทรง ที่แตกต่ำงกัน ประเภทและกำรออกแบบเพื่อที่จะให้เหมำะกับลักษณะที่หลำกหลำยของควำม ต้องกำรในกำรระบำยควำมร้อน ดังนั้นจึงมีเครื่องระเหยหลำกหลำยประเภท เช่น แบบท่อเปลือย (Bare tube evaporator) แบบแผ่น (Plate surface evaporator) เป็นต้น 4.4.1 เครื่องระเหยแบบอำกำศเย็น (Air cooling evaporators) หรือเครื่องระเหยแบบแห้ง (Dry expansion evaporator) เครื่องระเหยชนิดนี้จะใช้งำนกับเครื่องท ำควำมเย็นขนำดเล็กเช่น ห้องเย็น ตู้แช่แข็ง และเครื่องปรับอำกำศ จะมีพัดลมเป่ำลมผ่ำนขดท่อ วัสดุที่ใช้สร้ำงเครื่องระเหยแบบแห้งนี้หมือน กับเครื่องควบแน่นระบำยควำมร้อนด้วยอำกำศ คือใช้ครีบอลูมิเนียมกับท่อทองแดง ซึ่งเป็นวัสดุ ที่ใช้กันทั่วไปกับสำรท ำควำมเย็นประเภท halocarbons ซึ่งเป็นเครื่องควบแน่นที่ใช้กันใน เครื่องปรับอำกำศทั่วไป ส่วนแอมโมเนียก็จะใช้ท่อที่ท ำด้วยสแตนเลสหรืออลูมิเนียม น ้ำแข็งหรือ น ้ำควบแน่นจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวครีบ เมื่อเกิดน ้ำแข็งหรือไอน ้ำขึ้นที่เครื่องระเหย เนื่องจำกครีบ ออกแบบเป็นแนวตั้งกับท่อและกำรไหลของอำกำศในแนวนอน น ้ำจะควบแน่นลงถำดระบำยน ้ำ ด้ำนล่ำงและไหลทิ้งออกจำกเครื่องระเหย ดังรูปที่4.42 [1] ในเครื่องระเหยแบบแห้งนี้โดยทั่วไปสำรท ำควำมเย็นเหลวจะถูกป้อนโดยวำล์วขยำย หรือเอ็กซ์แพนชั่นวำล์ว (Expansion valve) ซึ่งจะกล่ำวถึงในหัวข้อต่อไป วำล์วนี้จะควบคุมอัตรำ กำรไหลของสำรท ำควำมเย็นที่เข้ำเครื่องระเหยในปริมำณที่จ ำกัดในลักษณะที่ของเหลวทั้งหมด

124 ถูกท ำให้เป็นไอระเหยจนหมดเมื่อถึงปลำยทำงออกเครื่องระเหยและไอระเหยจะถูกท ำให้เป็นไอ ร้อนยวดยิ่ง (Superheat) ดังนั้นตลอดควำมยำวท่อของเครื่องระเหยจะเต็มไปด้วยส่วนที่เป็นทั้ง ของเหลวและไอระเหย ปริมำณของเหลวที่เข้ำเครื่องระเหยจะมีปริมำณแตกต่ำงกันไปตำมภำระ ของเครื่องระเหย ภำยในของเครื่องระเหยใกล้ทำงเข้ำจะเป็นของเหลวหรือไอเปียกและยิ่งไกล ออกไปจำกทำงเข้ำจะยิ่งเป็นไอแห้งเพิ่มขึ้น เครื่องระเหยที่มีหลักกำรประเภทนี้จึงถูกเรียกว่ำ ระบบกำรขยำยตัวแบบแห้ง (Dry-expansion) รูปที่ 4.42 เครื่องระเหยแบบแห้ง (ภำพจำกผู้เขียน) ขนำดของท่อสำรท ำควำมเย็นมีผลต่อควำมเร็วของสำรท ำควำมเย็นเหลวเดือดภำยใน จะท ำให้เกิดกำรไหลแบบปั่นป่วนเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภำพกำรถ่ำยเทควำมร้อน ขนำดเส้นผ่ำน ศูนย์กลำงท่อจะมีหลำยขนำดตั้งแต่ 9 มม. ถึง 32 มม. ตำมขนำดของเครื่องระเหย ระยะห่ำงของ ครีบจะเป็นควำมเหมำะสมระหว่ำงควำมกะทัดรัด (และต้นทุน) และแนวโน้มที่ช่องว่ำงครีบที่จะ ปิดกั้นกำรไหลของควำมชื้นที่ควบแน่นบนท่อและครีบ หรือน ้ำแข็งที่เกิดขึ้นและละลำย ระยะห่ำง ของครีบจะแตกต่ำงกันไปตั้งแต่ 2 มม. ส ำหรับเครื่องปรับอำกำศขนำดเล็ก ถึง 12 มม. ส ำหรับ ขดท่อเครื่องระเหยของห้องเย็นอุณหภูมิต ่ำ เครื่องระเหยอำกำศเย็นหรือเครื่องระเหยแบบแห้งถือ ว่ำเป็นเครื่องระเหยต่อเนื่องประเภทกำรขยำยตัวโดยตรง 4.4.2 เครื่องระเหยแบบเปียก (Flooded evaporator) เครื่องระเหยแบบเปียก เป็นเครื่องระเหยแบบท ำควำมเย็นด้วยของเหลวเป็นแบบ ขยำยตัวโดยตรง ในเครื่องระเหยแบบเปียกจะรักษำระดับของสำรท ำควำมเย็นเหลวให้คงที่วำล์ว ลูกลอยท ำหน้ำที่ควบคุมปริมำณสำรท ำควำมเย็นเหลวให้รักษำระดับให้คงที่ในเครื่องระเหย เนื่องจำกควำมร้อนที่ได้จำกสิ่งที่ต้องกำรท ำให้เย็นจะถ่ำยเทควำมร้อนนั้นให้สำรท ำควำมเย็น เหลว สำรท ำควำมเย็นจะระเหยท ำให้ระดับของสำรท ำควำมเย็นเหลวลดลง วำล์วลูกลอยก็จะเปิด เพื่อรับสำรท ำควำมเย็นเหลวเข้ำมำและรักษำระดับสำรท ำควำมเย็นเหลวให้คงที่ เป็นผลให้ เครื่องระเหยจะมีสำรท ำควำมเย็นเหลวอยู่ในระดับที่ก ำหนดตลอดเวลำ โดยลูกลอยจะปรับระดับ

125 กำรลอยบนพื้นผิวของสำรท ำควำมเย็นเหลว ดังแสดงในรูปที่ 4.43 ดังนั้นเครื่องระเหยประเภทนี้ จึงเรียกว่ำเครื่องระเหยแบบเปียก รูปที่ 4.43 แผนภำพกำรท ำงำนของเครื่องระเหยแบบเปียก (ดัดแปลงจำก [1]) เครื่องระเหยแบบเปียกประเภทเปลือกและท่อ หรือ shell-and-tube ในรูปที่ 4.44 ใน ของไหลที่เป็นภำระกำรท ำควำมเย็นจะไหลอยู่ในท่อ และส่วนเปลือกของเครื่องแลกเปลี่ยนควำม ร้อนจะเป็นสำรท ำควำมเย็นเหลวประมำณสำมในสี่ส่วน ส่วนที่เหลือส ำหรับสำรท ำควำมเย็นที่จะ เดือดเป็นไอ ประสิทธิภำพกำรถ่ำยเทควำมร้อนจะสูงเนื่องจำกพื้นผิวท่อของสำรที่ต้องกำรให้เย็น ทั้งหมดสัมผัสกับสำรท ำควำมเย็นเหลว ควำมเร็วของของเหลวภำยในท่อควรอยู่ที่ประมำณ 1 m/s หรือมำกกว่ำ กำรไหลแบบปั่นป่วนภำยในจะช่วยให้กำรถ่ำยเทควำมร้อนสูงขึ้น เครื่องระเหยแบบเปียกประเภท flooded tank ดังแสดงในรูปที่ 4.45 เครื่องระเหยแบบ เปียกอำจประกอบด้วยขดลวดท่อในถังเปิด และสำมำรถมีวงจรของระบบสำรท ำควำมเย็นท่วมท่อ หรือมีวงจรส ำหรับสำรท ำควำมเย็นขยำยตัวโดยตรง ขดท่อที่ถูกน ้ำท่วม หรือท่วมคอยล์ (Flooded Coil) จะเชื่อมต่อกับตัวสะสมของเหลวรวม (Liquid accumulator)และตัวแยกกำรดูด (โดยปกติจะ เรียกว่ำ surge drum หรือ หม้อลดจังหวะควำมดัน) ในรูปแบบของถังทรงกลองแนวนอนหรือ แนวตั้ง วำล์วขยำยตัวจะท ำหน้ำที่รักษำระดับของเหลวในถังและเกิดกำรไหลเวียนตำมธรรมชำติ จำกปริมำณของไอสำรท ำควำมเย็นที่เดือดที่พื้นผิวเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อน เครื่องระเหยแบบเปลือกและท่อที่สำรท ำควำมเย็นอยู่ภำยในท่อ เพื่อรักษำควำมเร็ว กำรไหลให้เพียงพอส ำหรับภำระกำรท ำควำมเย็นจำกน ้ำมันและของเหลวในเปลือก สำมำรถท ำ ได้ด้วยกำรควบคุมจ ำนวน passes หรือจ ำนวนกลับของท่อเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อน หรืออำจ เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบเปลือกและขดท่อแทนดังรูปที่ 4.46 และเพิ่มแผ่นกั้นที่ด้ำน น ้ำเพื่อเพิ่มกำรไหลแบบปั่นป่วนและอำจเพิ่มครีบที่ด้ำนนอกท่อ [1]

126 รูปที่4.44 เครื่องระเหยแบบเปียกประเภทเปลือกและท่อ (a) เครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อน (b)เปลือกหุ้ม (c)รำงร่วมของไหล(ดัดแปลงจำก [17]) รูปที่ 4.45 เครื่องระเหยแบบเปียกประเภท Flooded tank(ดัดแปลงจำก [5])

127 รูปที่ 4.46 เครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบเปลือกและขดท่อ (ดัดแปลงจำก [5]) เครื่องระเหยอีกประเภทหนึ่งประกอบด้วยแผ่นเหมือนลูกฟูกเป็นช่องทำงกำรไหลของ สำรท ำควำมเย็นและของเหลวอีกชนิด คล้ำยกับที่แสดงในรูปที่4.30 ซึ่งเป็นเครื่องควบแน่นแบบ แผ่น หรือเพลท (Plate type heat exchanger) ในกรณีที่ต้องท ำให้น ้ำเย็นลงใกล้กับจุดเยือกแข็ง โดยไม่เสี่ยงต่อกำรเกิดควำมเสียหำยต่อเครื่องระเหย โดยกำรจัดวำงส่วนหลังให้จัดเรียงไว้เหนือ ถังเก็บน ้ำและให้ฟิล์มน ้ำบำงๆ ไหลผ่ำนท่อ ฟิล์มของเหลวที่เคลื่อนที่บำงๆ จำกภำยนอกจะช่วย ในกำรถ่ำยเทควำมร้อนที่ได้สูงมำก และหำกมีน ้ำแข็งก่อตัวขึ้น จะเกิดขึ้นด้ำนนอกท่อ เกิดกำร ขยำยตัวอย่ำงอิสระภำยนอกท่อ ซึ่งจะไม่ท ำให้ท่อเสียหำย เครื่องระเหยดังกล่ำวเรียกว่ำเครื่องท ำ ควำมเย็น Baudelot (คูลเลอร์ชนิดนี้ใช้ส ำหรับสำรท ำควำมเย็นที่จะท ำอุณหภูมิของน ้ำใกล้กับกำร แช่แข็งโดยปกติจะอยู่ในช่วงของจุดเยือกแข็ง) ดังรูปที่4.47 [5] รูปที่ 4.47 เครื่องท ำน ้ำเย็น Baudelot (ดัดแปลงจำก [1]) 4.4.3 เครื่องระเหยแบบแผ่น (Plate evaporators) ในรูปที่4.48 เป็นเครื่องระเหยที่เกิดขึ้นจำกกำรหุ้มขดท่อด้วยแผ่นโลหะเชื่อมแผ่นนูน สองแผ่นเข้ำด้วยกัน หรือจำกกำรอัดขึ้นรูปอลูมิเนียม มีพื้นที่ผิวหน้ำแบนกว้ำง (Extended flat face) จะถูกใช้ในกำรท ำควำมเย็นให้อำกำศ และใช้สร้ำงคว่ำมเย็นให้ของเหลวหำกถูกบรรจุลงไป

128 ในถังของเหลว ระบำยควำมร้อนด้วยของเหลวหำกแช่อยู่ในถัง หรือใช้เป็น Baudelot cooler วัตถุประสงค์หลักของเครื่องระเหยแบบแผ่นแบนแนวนอน ในรูปที่4.49 คือ กำรท ำให้ผลิตภัณฑ์ เย็นลงเป็นของแข็งโดยกำรน ำ (Conduction) ผลิตภัณฑ์จะเริ่มแข็งในกล่องสี่หลี่ยมที่มีแผ่นเพลท ยึดติดกันเป็นคู่ๆ ชุดแผ่นเพลทถูกจัดเรียงซ้อนกัน (Stack) บนขำสไลด์เพื่อให้สำมำรถเปิดและ ปิด หรือเลื่อนให้เกิดช่องว่ำงระหว่ำงตรงกลำงได้ถำดหรือกล่องของผลิตภัณฑ์ถูกโหลดเข้ำไปอยู่ ระหว่ำงแผ่นเพลทที่วำงเรียงซ้อนกัน (Stack) นี้ส ำหรับเครื่องระเหยของตู้แช่แข็งแผ่นเพลท แนวตั้ง (รูปที่ 4.50) ใช้ในกำรท ำให้ผลิตภัณฑ์เปียกให้แข็งตัวในกล่อง ซึ่งโดยทั่วไปจะต้องดึง ออกมำเมื่อเกิดกำรแข็งตัวแล้ว เมื่อผลิตภัณฑ์แข็งตัวพื้นผิวจะถูกละลำยและบล็อกถูกดันขึ้นออก จำกตัวเก็บ เพื่อให้แน่ใจว่ำมีกำรถ่ำยเทควำมร้อนที่ดีบนพื้นผิวด้ำนในของแผ่นและมีอัตรำกำร กำรไหลของสำรท ำควำมเย็นใช้งำนสูงพอ สำรท ำควำมเย็นเหลวจะถูกหมุนเวียนโดยปั๊มในอัตรำ 5-12 เท่ำของอัตรำกำรระเหย หำกเครื่องระเหยแบบแผ่นแช่ในน ้ำเกลือ (รูปที่ 4.48(b)) น ้ำเกลือ จะถูกท ำให้เป็นน ้ำแข็งเพื่อสะสมไว้ใช้งำนในช่วงที่มีภำระต ่ำ หรือส ำรองไว้ใช้ท ำควำมเย็นใน ช่วงเวลำอื่นๆ จุดเยือกแข็งของน ้ำเกลือสำมำรถก ำหนดได้ตำมที่ต้องกำรใช้งำน และแผ่น เพลทสำมำรถท ำให้มีควำมหนำได้เท่ำที่ต้องกำรให้เหมำะสมกับกำรจัดเก็บควำมร้อนที่ต้องกำร รูปที่ 4.48 เครื่องระเหยแบบแผ่น (a) ท่อแบบต่ำงๆ (b) ใช้กับน ้ำเกลือ (ดัดแปลงจำก [5]) กำรใช้งำนที่ส ำคัญของอุปกรณ์นี้คือกำรระบำยควำมร้อนที่ใช้ในกำรขนส่งหรือ ยำนพำหนะ แผ่นเพลทจะถูกแช่แข็งสร้ำงควำมเย็นในเวลำกลำงคืนหรือในช่วงเวลำที่

129 ยำนพำหนะไม่ได้ใช้งำนและน ้ำเกลือแช่แข็งจะถูกน ำไปใช้งำนท ำควำมเย็นในขณะที่ยำนพำหนะ มีกำรเดินทำงขนส่ง หรือเคลื่อนที่ [5] รูปที่ 4.49 เครื่องระเหยแบบแผ่นนอน (ดัดแปลงจำก [1]) รูปที่ 4.50 เครื่องระเหยแบบแผ่นตั้ง (ดัดแปลงจำก [1]) 4.5 อุปกรณ์ขยายตัว(Expansion devices) อุปกรณ์พื้นฐำนตัวสุดท้ำยที่มีควำมส ำคัญในวัฏจักรอัดไอ (Vapor compression cycle) นอกจำกเครื่องอัดไอ หรือคอมเพรสเซอร์เครื่องควบแน่น หรือคอนเดนเซอร์และเครื่องระเหย หรืออีวำพอเรเตอร์ก็คือ อุปกรณ์ขยำยตัว (Expansion device) ในระบบท ำควำมเย็นที่ใช้งำนจริง อำจประกอบด้วยอุปกรณ์ทำงกลที่หลำกหลำย และวำล์วขยำยอิเล็กทรอนิกส์(Electronic expansion valves) และอุปกรณ์ควบคุมกำรไหลอื่นๆ ให้เหมำะสมกับระบบท ำควำมเย็นขนำด เล็กและขนำดใหญ่ ประกอบด้วยแอ็คเพนชั่นวำล์ว (Expansion valves) โซลินอยด์วำล์ว (Solenoid valves) สวิทย์ควบคุมอุณ หภูมิ (Thermostats) และสวิทย์ควบคุมควำมดัน (Pressostat) ตัวปรับควบคุมแรงดัน (Pressure regulators) เครื่องกรองแห้ง หรือฟิลเตอร์ดรำย เออร์ (Filter drier) ตัววัดของเหลว หรือช่องตรวจของเหลว (Liquid indicators) วำล์วกันกลับ

130 (Non-return valve หรือ Check valve) วำล์วน ้ำ และนอกจำกนี้ยังมีระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ ควบคุมกำรท ำงำนระบบท ำควำมเย็น ในส่วนนี้จะอธิบำยถึงหลักกำรท ำงำนของอุปกรณ์ขยำยตัวที่ใช้กันอยู่แพร่หลำยทั่วไป วัตถุประสงค์ของอุปกรณ์ขยำยตัวมี2 ส่วน คือ ลดควำมดันของสำรท ำควำมเย็นเหลว และ ควบคุมกำรไหลของสำรท ำควำมเย็นที่จะไหลเข้ำสู่เครื่องระเหย กำรควบคุมกำรไหลของสำร ท ำควำมเย็นจำกด้ำนสำรควบแน่นควำมดันสูงของระบบไปยังเครื่องระเหยควำมดันดันต ่ำ ส่วน ใหญ่กำรลดควำมดันจะท ำด้วยกำรไหลผ่ำนรู(Orifice) แบบแปรผันกำรไหล วำล์วขยำยตัวถูก จ ำแนกตำมวิธีกำรควบคุม อุปกรณ์ควบคุมปริมำณในทำงปฏิบัติจะถูกเรียกว่ำ expansion valves หรือ throttling valves ดังที่กล่ำวไปคือ ใช้เพื่อลดควำมดันควบแน่นของสำรท ำควำมเย็น (ควำมดันสูง) เป็น ควำมดันระเหย (ควำมดันต ่ำ) โดยกำรควบคุมปริมำณและควบคุมกำรไหลของสำรท ำควำมเย็น เหลวไปยังเครื่องระเหยเพื่อให้เหมำะสมกับลักษณะของเครื่องระเหยและภำระกำรท ำควำมเย็น โดยได้รับกำรออกแบบมำเพื่อก ำหนดสัดส่วนของอัตรำกำรไหลของสำรท ำควำมเย็นที่เข้ำสู่คอยล์ เย็นหรือเครื่องระเหยกับอัตรำกำรระเหยของสำรท ำควำมเย็นเหลวในขดท่อเครื่องระเหย ซึ่ง แน่นอนว่ำปริมำณหรืออัตรำกำรไหลของสำรท ำควำมเย็นจะขึ้นอยู่กับปริมำณควำมร้อนที่ ต้องกำรเอำออกจำกพื้นที่แช่เย็นหรือท ำควำมเย็น อุปกรณ์ควบคุมปริมำณที่พบบ่อยที่สุด มี 4 แบบ คือ • แอ็คเพนชั่นวำล์วแบบใช้ควำมร้อน หรือ Thermostatic Expansion Valves (TXV) • แอ็คเพนชั่นวำล์วแบบก ำลังดันคงที่ หรือ constant-pressure expansion valves • แอ็คเพนชั่นวำล์วแบบลูกลอย หรือ float valves และ • ท่อรูเข็ม หรือ capillary tubes [6] 4.5.1 แอ็คเพนชั่นวำล์วแบบใช้ควำมร้อน (Thermostatic expansion valves) วำล์วขยำยตัวแบบใช้ควำมร้อนที่ติดตั้งวงจรขยำยโดยตรง ต้องออกแบบเพื่อไม่ให้มี ควำมเสี่ยงที่สำรท ำควำมเย็นเหลวจะกลับสู่เครื่องอัดไอดังที่เคยได้กล่ำวไปแล้วคือก่อให้เกิด ควำมเสียหำยกับวำล์วและสมบัติของสำรหล่อลื่นในเครื่องอัดไอ เพื่อให้แน่ใจว่ำจะไม่เกิดสถำนะ สำรท ำควำมเย็นหลงเหลือ พื้นผิวกำรแลกเปลี่ยนควำมร้อนในเครื่องระเหยจะถูกใช้เพื่อให้เกิด ควำมร้อนจนก๊ำซอิ่มตัวแห้ง หรือ dry saturated gas เป็นไอร้อนยวดยิ่ง หรือ superheat แอ็คเพนชั่นวำล์วแบบใช้ควำมร้อนมีอุปกรณ์ตรวจจับและองค์ประกอบของควำมร้อน เพื่อประจุสำรท ำควำมเย็นในวงจร ดังรูปที่ 4.51 วิธีกำรท ำงำนของแอ็คเพนชั่นวำล์วแบบใช้ ควำมร้อนจะตรวจจับควำมร้อนสูงของก๊ำซที่ออกจำกเครื่องระเหยดังวงจรในรูปที่ 4.52 ส ำหรับส่วนประกอบของแอ็คเพนชั่นวำล์วแบบใช้ควำมร้อนนี้จะประกอบด้วยหัวลูกศร บ่ำ แผ่นรับแรงดัน และกระเปำะรับอุณหภูมิหรือ phial ที่มีท่อต่อมำจำกส่วนบนของวำล์วและ เติมด้วยสำรท ำควำมเย็นชนิดเดียวกับที่ใช้ในระบบ ของไหลที่อยู่ในกระเปำะรับอุณหภูมิเรียกว่ำ power fluid กระเปำะรับอุณหภูมิจะถูกยึดติดกับทำงออกของคอยล์เย็น ดังนั้น อุณหภูมิของ กระเปำะและ power fluid อุณหภูมิใกล้เคียงกับก๊ำซที่ทำงดูด (ของเครื่องอัดไอ)

131 รูปที่ 4.51แอ็คเพนชั่นวำล์วแบบใช้ควำมร้อน (ภำพจำกผู้เขียน) ส ำหรับกำรท ำงำนของวำล์วจะอำศัยแรง 3 แรงเป็นตัวควบคุมปริมำณกำรไหลของ สำรท ำควำมเย็น ซึ่งประกอบด้วย (1) แรงจำกของ power fluid ที่กระท ำด้ำนบนของผ่ำนแผ่นรับ แรงดัน (2) แรงจำกควำมดันภำยในเครื่องระเหย กับ (3) แรงจำกสปริงที่กระท ำอยู่ด้ำนล่ำงของ แผ่นไดอะแฟรม ที่ไดอะแฟรมมีก้ำนวำล์วติดอยู่ตรงกลำง เมื่ออุณหภูมิของ power fluid สูงกว่ำ อุณหภูมิอิ่มตัวของเครื่องระเหย ควำมดันด้ำนบนจะมำกกว่ำควำมดันด้ำนล่ำงท ำให้วำล์วเปิดซึ่ง หมำยควำมว่ำไอของสำรท ำควำมเย็นที่ออกจำกคอยล์เย็นจะต้องอยู่ในสภำวะของไอดงแสดงถึง ว่ำเมื่อจ ำนวนองศำของอุณหภูมิที่สูงกว่ำอุณหภูมิอิ่มตัววำล์วจะเปิดเต็มที่ รูปที่ 4.52 วงจรของแอ็คเพนชั่นวำล์วแบบใช้ควำมร้อน (ดัดแปลงจำก [19])

132 ในทำงกลับกันหำกภำระกำรท ำควำมเย็นลดลง หรือควำมร้อนสูงตกลงมำไม่ว่ำด้วย เหตุผลใดก็ตำม จะมีควำมเสี่ยงที่ของเหลวจะไปถึงเครื่องอัดไอ อุณหภูมิของ power fluid จะ ลดลงพร้อมกับควำมดันของ phial จะลดลงสอดคล้องกัน แรงดันบนไดอะแฟรมไม่สมดุลและ สปริงจะเริ่มปิดวำล์ว 4.5.2 แอ็คเพนชั่นวำล์วแบบก ำลังดันคงที่ (Constant-pressure expansion valves) แอ็คเพนชั่นวำล์วแบบก ำลังดันคงที่เป็นต้นก ำเนิดของแอ็คเพนชั่นวำล์วแบบใช้ควำม ร้อน แอ็คเพนชั่นวำล์วแบบก ำลังดันคงที่ถูกเรียกว่ำวำล์วลดควำมดันอัตโนมัติ(Automatic Expansion Valve, AEV) เนื่องจำกจะเปิดและปิดโดยอัตโนมัติโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์เครื่องกล ภำยนอกใดๆ ช่วย วำล์วนี้จะเป็นอุปกรณ์รักษำแรงดันที่ทำงออกให้คงที่ วำล์วจะรับรู้ควำมดัน ด้ำนดูดและรักษำควำมดันระเหยไว้ให้คงที่โดยกำรควบคุมกำรไหลของสำรท ำควำมเย็นเหลวเข้ำ สู่เครื่องระเหย สำรท ำควำมเย็นจะไหลในอัตรำที่เหมำะสมกับวิสัยสำมำรถ (Capacity) ของ เครื่องอัดไอ และข้อจ ำกัดของแอ็คเพนชั่นวำล์วแบบก ำลังดันคงที่นี้คือเหมำะส ำหรับระบบที่มี ภำระกำรท ำควำมเย็นคงที่ [6] วำล์วขยำยอัตโนมัติหรืออำจเรียกว่ำ วำล์วขยำยแรงดันคงที่ ท ำหน้ำที่ดังที่กล่ำวไป ข้ำงต้น คือรักษำควำมดันให้คงที่และด้วยเหตุที่อุณหภูมิคงที่นี้อุณหภูมิจุดเดือดจะคงที่ในเครื่อง ระเหย ในรูปที่ 4.53 แสดงแผนภำพของวำล์ว AEV ในรูปวำล์วจะประกอบด้วยสปริงปรับที่ สำมำรถปรับได้เพื่อรักษำอุณหภูมิที่ต้องกำรในเครื่องระเหย สปริงนี้จะออกแรง (Fs ) ที่ด้ำนบน ของไดอะแฟรมรวมกับแรงที่เกิดจำกควำมดันบรรยำกำศ (Po ) คือ แรงของ Fo= Po · Ad เมื่อ Ad คือพื้นที่ของแผ่นไดอะแฟรมที่รับควำมดัน ควำมดันเครื่องระเหย (Pe ) ท ำหน้ำที่ด้ำนใต้ของ ไดอะแฟรม แรงที่เกิดจำกควำมดันระเหยคือ Fe= Pe · Ad ส่วนแรงสุทธิเป็น Fs+Fo -Fe ถูกส่งไป ยังวำล์วเข็มโดยไดอะแฟรม แรงสุทธินี้พร้อมกับแรงเนื่องจำกสปริงติดตำม (Ffs) ท ำหน้ำที่ ควบคุมต ำแหน่งของวำล์วเข็มที่ออริฟิสและควบคุมกำรเปิดของออริฟิส รูปที่4.53 วงจรของวำล์วลดควำมดันอัตโนมัติ(ดัดแปลงจำก [19])

133 4.5.3 แอ็คเพนชั่นวำล์วแบบลูกลอย (Float expansion valves) แบ่งออกเป็นวำล์วลูก ลอยด้ำน (ควำมดัน) สูง (High-side float valves) และวำล์วลอยด้ำน (ควำมดัน) ต ่ำ (Low-side float valves) ใช้เพื่อควบคุมกำรไหลของสำรท ำควำมเย็นไปยังเครื่องท ำควำมเย็นชนิดเครื่อง ระเหยแบบเปียกประเภท flooded tank วำล์วลูกลอยด้ำน high-side ตั้งอยู่ที่ด้ำนแรงดันสูงของ อุปกรณ์ควบคุมปริมำณ ใช้ในระบบท ำควำมเย็นที่มีเครื่องระเหย เครื่องอัดไอและเครื่องควบแน่น เดี่ยว วำล์วลูกลอย low-side ติดตั้งอยู่เฉพำะที่ด้ำนแรงดันต ่ำของอุปกรณ์ควบคุมปริมำณและ อำจใช้ในระบบท ำควำมเย็นที่มีเครื่องระเหยหลำยเครื่อง ในบำงกรณีวำล์วลูกลอยใช้สวิตช์ไฟฟ้ำ ควบคุมโซลินอยด์วำล์วซึ่งจะให้สำรท ำควำมเย็นเหลวไปยังเครื่องระเหยเป็นระยะ ท ำให้ระดับ ของเหลวผันผวนภำยในขีดจ ำกัดที่ก ำหนดไว้ 4.5.3.1 วำล์วลูกลอยแรงดันต ่ำ (Low-pressure float valve) เครื่องระเหยแบบท่วม ต้องกำรระดับของเหลวคงที่ เพื่อให้ท่อยังคงเปียก วำล์วลูกลอยธรรมดำสำมำรถใช้ได้แต่ต้องอยู่ ด้ำนนอกเปลือกเครื่องระเหยเนื่องจำกพื้นผิวของของเหลวเดือดมีควำมปั่นป่วนและกำรเคลื่อนไหว อย่ำงต่อเนื่องจะท ำให้กลไกสึกหรอมำกเกินไป ลูกลอยจึงถูกติดตั้งอยู่ในห้องแยกต่ำงหำก ในระดับ เดียวกันกับระดับสมดุลกับระดับของของเหลวในเปลือกเครื่องระเหย ดังรูปที่ 4.54 รูปที่ 4.54 วำล์วลูกลอยแรงดันต ่ำกับเครื่องท ำควำมเย็นที่แบบท่วม (ดัดแปลงจำก [1]) วำล์วดังกล่ำวเป็นอุปกรณ์วัดระดับ และเมื่อเครื่องอัดไอหยุดท ำงำนวำล์วอำจจะยัง ไม่ปิดสนิท สำรท ำควำมเย็นจะยังคงไหลเข้ำไปในเครื่องระเหยได้จนกว่ำควำมดันทั้งสองด้ำนจะ เท่ำกัน และระดับของเหลวอำจเพิ่มขึ้นใกล้กับทำงท่อทำงด้ำนดูดมำกเกินไป เพื่อให้กำรปิดกำร ไหลเข้ำเครื่องระเหยจ ำเป็นต้องใช้โซลินอยด์วำล์วกับท่อของเหลวนี้

134 เนื่องจำกวำล์วลูกลอยแรงดันต ่ำต้องมีโซลินอยด์วำล์วเพื่อช่วยในกำรปิดของไหล ติดตั้งควบคู่กับวำล์วควบคุมของเหลว โซลินอยด์วำล์วจะสำมำรถใช้เป็นตัวควบคุมกำร เปิด-ปิด และท ำหน้ำที่ควบคุมโดยสวิตช์ลูกลอยผ่ำนชุดควบคุม ดังรูปที่4.55 [1] รูปที่ 4.55สวิตช์ลอยแรงดันต ่ำ (ดัดแปลงจำก [1]) 4.5.3.2 วำล์วลูกลอยแรงดันสูง (High-pressure float valve) ในเครื่องระเหยเดี่ยวแบบ เปียกหรือแบบท่วม สำมำรถติดตั้งวำล์วลูกลอยซึ่งจะส่งของเหลวที่ระบำยออกจำกเครื่อง ควบแน่นไปยังเครื่องระเหยโดยตรง ท ำเหมือนกับดักไอน ้ำ (Steam trap) ห้องลูกลอยเป็นควำม ดันเดียวกันกับเครื่องควบแน่น ดังรูปที่ 4.56 สวิตช์ลูกลอยแรงดันสูงช่วยให้เครื่องควบแน่น ระบำยสำรท ำควำมเย็นออกโดยไม่ต้องใช้ตัวรับสัญญำณแรงดันสูง รูปที่ 4.56 วงจรวำล์วลูกลอยแรงดันสูง (ดัดแปลงจำก [1])

135 กำรใช้วำล์วลูกลอยแรงดันสูงเติมของไหลให้ได้ระดับในเครื่องระเหยใช้แก้ปัญหำจำก ระบบประจุที่ควำมดันต ่ำร่วมกับเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบเปลือกและแบบแผ่น และเครื่อง ท ำควำมเย็นแบบสเปรย์วำล์วลูกลอยประเภทนี้สำมำรถท ำงำนร่วมกับแอมโมเนียหรือสำรท ำ ควำมเย็นคำร์บอนไดออกไซด์ได้วงจรอย่ำง่ำยนี้มีสวิตช์ลูกลอยท ำให้เกิดกำรขยำยตัวของสำรท ำ ควำมเย็นในห้องเล็กๆ ดังรูปที่ 4.57 กำรใช้งำนจะเหมำะกับงำนที่ต้องกำรอุณหภูมิต ่ำ แต่ไม่ สำมำรถใช้กับเครื่องระเหยได้มำกกว่ำหนึ่งเครื่องเนื่องจำกไม่สำมำรถตรวจจับควำมต้องกำรของ เครื่องระเหยสองเครื่องพร้อมกันได้กำรใช้วำล์วลูกลอยแรงดันสูงเติมของไหลให้ได้ระดับในเครื่อง ระเหยใช้แก้ปัญหำจำกระบบประจุที่ควำมดันต ่ำร่วมกับเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนแบบเปลือก และแบบแผ่น และเครื่องท ำควำมเย็นแบบสเปรย์วำล์วลูกลอยประเภทนี้สำมำรถท ำงำนร่วมกับ แอมโมเนียหรือสำรท ำควำมเย็นคำร์บอนไดออกไซด์ได้วงจรอย่ำง่ำยนี้มีสวิตช์ลูกลอยท ำให้เกิด กำรขยำยตัวของสำรท ำควำมเย็นในห้องเล็กๆ ดังรูปที่ 4.57 กำรใช้งำนจะเหมำะกับงำนที่ ต้องกำรอุณหภูมิต ่ำ แต่ไม่สำมำรถใช้กับเครื่องระเหยได้มำกกว่ำหนึ่งเครื่องเนื่องจำกไม่สำมำรถ ตรวจจับควำมต้องกำรของเครื่องระเหยสองเครื่องพร้อมกันได้ รูปที่ 4.57 ภำพตัดของวำล์วลูกลอยแรงดันสูง [1] 4.5.4 ท่อรูเข็ม หรือ capillary tubes [6] ท่อรูเข็มดังรูปที่ 4.58 เป็นอุปกรณ์ควบคุมกำรไหลของสำรท ำควำมเย็นที่ง่ำยที่สุด และอำจใช้แทนแอ็คเพนชั่นวำล์ว ท่อรูเข็มเป็นท่อขนำดเล็กที่ควบคุมสำรท ำควำมเย็นไหลเข้ำสู่ เครื่องระเหย อุปกรณ์นี้ใช้กันอย่ำงแพร่หลำยในระบบท ำควำมเย็นแบบเฮอร์มำติกส์ขนำดเล็ก (วิสัยสำมำรถสูงสุด 30 กิโลวัตต์) จะลดควำมดันควบแน่นเป็นควำมดันระเหยภำยในท่อทองแดง ที่มีเส้นผ่ำนศูนย์กลำงภำยในขนำดเล็ก (เส้นผ่ำนศูนย์กลำง 0.4 - 3 มม. และยำว 1.5 - 5 ม.) ควำมดันระเหยคงที่โดยไม่เปลี่ยนแปลงตำมภำระกำรท ำควำมเย็นที่เปลี่ยนแปลง ท่อรูเข็มอำจ ถูกสร้ำงขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อน โดยเฉพำะในตู้เย็นครัวเรือน ท่อรูเข็ม จะต้องมีควำมยำวของท่อเหมำะสมกับวิสัยสำมำรถของเครื่องอัดไอ ส่วนกำรก ำหนดขนำดท่อรู

136 เข็มควรพิจำรณำถึงประสิทธิภำพของเครื่องควบแน่นและขนำดเครื่องระเหย ท่อรูเข็มจะมี ประสิทธิภำพมำกที่สุดเมื่อใช้ในระบบที่มีขนำดเล็ก สำรท ำควำมเย็นเหลวเมื่อเข้ำสู่ท่อรูเข็ม จะท ำให้ควำมดันลดลงเนื่องจำกแรงเสียดทำน และควำมเร่งของสำรท ำควำมเย็น สำรท ำควำมเย็นเหลวบำงส่วนจะแตกตัวกลำยเป็นไอใน ขณะที่ไหลอยู่ในท่อ กำรติดตั้งท่อแคปปิลำรี่นี้สิ่งส ำคัญที่จะต้องค ำนึงถึงคือเส้นผ่ำศูนย์กลำงและ ควำมยำวของท่อ ท่อแคปปิลำรี่ที่ถูกเลือกและติดตั้งแล้วจะไม่สำมำรถปรับเปลี่ยนควำมดันจำก เครื่องอัดไอและอุปกรณ์ขยำยตัวจะต้องเข้ำสู่สภำวะกำรอัดและกำรดูด เมื่อเครื่องอัดไอดูดสำรท ำ ควำมเย็นจำกเครื่องระเหยอุปกรณ์ขยำยตัวก็จะอัดสำรท ำควำมเย็นให้ไปยังเครื่องระเหยเช่นกัน ท ำให้สภำวะกำรไหลที่ไม่สมดุลอำจเกิดขึ้นหรือเกิดควำมดันต ่ำด้ำนดูด รูปที่ 4.58 ท่อรูเข็ม (ภำพจำกผู้เขียน) ส ำหรับกำรหำจุดสมดุลอัตรำกำรไหลของมวลสำรที่ไหลในท่อรูเข็ม สำมำรถหำได้ จำกกำรพล็อตกรำฟเดียวกับกรำฟอัตรำกำรไหลเชิงมวลสำรของเครื่องอัดไอ ดังรูปที่ 4.59 กำร ไหลในท่อรูเข็มจะเป็นเส้นประ ส่วนกำรไหลในเครื่องอัดไอจะเป็นเส้นทึบ ที่ควำมดันกลั่นตัวสูง ท่อรูเข็มจะจ่ำยสำรท ำควำมเย็นให้เครื่องระเหยมำกกว่ำที่ควำมดันกลั่นตัวต ่ำกว่ำ เนื่องมำจำก ควำมดันระหว่ำงปลำยทั้งสองด้ำนของท่อมีควำมแตกต่ำงกันมำก ที่อุณหภูมิกลั่นตัว 30 ๐C ใน ตัวอย่ำงเครื่องอัดไอและท่อรูเข็มจะต้องหำจุดที่ควำมดันดูดของเครื่องอัดไอที่ท ำให้อัตรำกำรไหล เท่ำกัน ตัวอย่ำงเช่น จุดที่ 1 เป็นจุดที่สมดุลของอุณหภูมิตัวที่ 30๐C ส่วนจุดที่ 2 และ 3 จะเป็น จุดที่สมดุลของอุณหภูมิกลั่นตัวที่ 40 ๐C และ 50 ๐C ตำมล ำดับ เครื่องอัดไอและท่อรูเข็มไม่สำมำรถที่จะสมดุลควำมดันดูดได้อย่ำงสมบูรณ์เนื่องจำก จะต้องปรับควำมดันด้ำนดูดให้สัมพันธ์กับกำรถ่ำยเทควำมร้อนของเครื่องระเหย ถ้ำกำรถ่ำยเท ควำมร้อนของเครื่องระเหยไม่สอดคล้องกับจุดสมดุลของเครื่องอัดไอ ท่อรูเข็มจะจ่ำยสำรท ำควำม เย็นให้แก่เครื่องระเหยมำกหรือน้อยเกินไปได้

137 รูปที่4.59จุดสมดุลของเครื่องอัดไอแบบลูกสูบกับท่อแคปปิลำรี่ (ดัดแปลงจำก [17]) ปริมำณสำรท ำควำมเย็นที่จ่ำยให้เครื่องระเหยจะน้อยเกินไป เมื่อควำมดันด้ำนดูดเพิ่ม สูงขึ้น ท่อรูเข็มจะไม่สำมำรถจ่ำยสำรท ำควำมเย็นให้เครื่องระเหยได้เพียงพอ ในรูปที่4.60 แสดง จุดสมดุลส ำหรับควำมดันกลั่นตัวคงที่ระหว่ำงเครื่องอัดไอและท่อรูเข็มอยู่ที่ควำมดันดูดเป็น A เมื่อภำวะในเครื่องระเหยสูงขึ้น อุณหภูมิส่งและควำมดันส่งจะสูงขึ้นไปยังจุดใดๆ เช่นจุด B ในรูป และควำมดันดูด B นี้ เครื่องอัดไอสำมำรถที่จะดูดสำรท ำควำมเย็นจำกเครื่องระเหยในอัตรำที่สูง กว่ำท่อรูเข็มสำมำรถจ่ำยให้เครื่องระเหยได้ ดังนั้นเครื่องระเหยก็จะมีสำรท ำควำมเย็นไม่เพียงพอ และเนื่องจำกเครื่องระเหยไม่สำมำรถที่จะท ำงำนในสภำพสำรท ำควำมเย็นไม่เพียงพอนี้ ได้ นำนๆ จึงต้องมีกำรแก้ไขบำงอย่ำงเกิดขึ้นเพื่อให้เกิดควำมสมดุลใหม่อีกครั้ง สภำวกำรณ์อย่ำง หนึ่งในกำรปรับควำมสมดุลของระบบส่วนใหญ่ที่ไม่มีreceiver (ถังเก็บสำรท ำควำมเย็นเหลวอยู่ ระหว่ำงเครื่องควบแน่น และอุปกรณ์ขยำยตัว) คือ ของเหลวจะไหลกลับเข้ำเครื่องควบแน่น มีผล ให้พื้นที่กำรกลั่นตัวมีน้อยลง ควำมดันกลั่นตัวจึงสูงขึ้นขนำดควำมจุของเครื่องอัดไอก็จะลดลง ท่อรูเข็มก็จะต้องจ่ำยสำรท ำควำมเย็นในอัตรำที่สูงขึ้นจนกระทั่งได้สมดุลกลับมำใหม่ อีกทำงหนึ่ง ที่เป็นไปได้ในกำรปรับสมดุล คือ สัมประสิทธิ์กำรถ่ำยเทควำมร้อนของเครื่องระเหยที่มีสำรท ำ ควำมเย็นไม่เพียงพอนั้นจะลดต ่ำลง ดังนั้น ควำมแตกต่ำงระหว่ำงอุณหภูมิของไหลที่ต้องกำรท ำ ให้เย็นกับสำรท ำควำมเย็นจะต้องสูงขึ้น ซึ่งจะเกิดขึ้นได้เมื่อควำมดันด้ำนดูดจะต้องลดต ่ำลงมำ ทำงควำมดัน A จึงได้สมดุลใหม่

138 รูปที่ 4.60สภำวะไม่สมดุลเนื่องจำกกำรขำดหรือเกินของสำรท ำควำมเย็น (ดัดแปลงจำก [17]) สภำวะที่เกิดควำมไม่สมดุลในอีกด้ำนหนึ่งคือเมื่อภำวะทำงควำมเย็นลดต ่ำลงจนน้อย กว่ำควำมสำมำรถท ำควำมเย็นที่จุดสมดุล หรือเมื่อภำวะทำงควำมเย็นลดลง อุณหภูมิด้ำนดูด และควำมดันด้ำนดูดจะตกลง สมมติว่ำควำมดันเป็น C ในรูปที่ 4.60 ท่อรูเข็มสำมำรถป้อนสำร ท ำควำมเย็นให้แก่เครื่องระเหยได้มำกกว่ำที่เครื่องอัดไอดูดออกไป เครื่องระเหยก็จะเต็มไปด้วย สำรท ำควำมเย็นเหลวและอำจจะไหลล้นเข้ำเครื่องอัดไอ ซึ่งจะท ำควำมเสียหำยดังที่ได้เคยกล่ำว ไปแล้ว หำกไม่มีกำรป้องกันสำรท ำควำมเย็นเหลวเข้ำสู่เครื่องอัดไอ ท ำได้โดยกำรตั้งขีดจ ำกัดใน กำรจ่ำยสำรท ำควำมเย็นในระบบ ขีดจ ำกัดนี้จะต้องท ำไว้ด้วยควำมระมัดระวัง คือจะต้องมีสำรท ำ ควำมเย็นป้อนให้เครื่องระเหยได้เพียงพอแต่ต้องไม่เกินไป ในกรณีเช่นนี้ควำมสมดุลจะเกิดขึ้น ได้เมื่อมีสำรท ำควำมเย็นบำงส่วนที่เข้ำท่อรูเข็มมีสถำนะเป็นก๊ำซ ก็จะเสมือนเป็นกำรลดอัตรำที่ ป้อนให้ท่อรูเข็ม เนื่องจำกปริมำณจ ำเพำะของไอมีค่ำสูง จุดสมดุลใหม่จึงเป็นจุด D ในรูปที่4.29 ถึงแม้ว่ำจุด D จะแสดงถึงจุดที่ให้สมดุลในกำรไหล แต่ก็ยังไม่ใช่สภำวะเงื่อนไขที่น่ำพอใจ ทั้งนี้ ลองพิจำรณำสภำวะสำรท ำควำมเย็น ณ ต ำแหน่งเข้ำท่อรูเข็มดังแผนภำพควำมสัมพันธ์ของ ควำมดันกับเอนทำลปี(p-h) ในรูปที่ 4.61 สำรท ำควำมเย็นจะอยู่ในสภำพสองสถำนะคือ ของเหลวและแก๊ส หรือของผสม ซึ่งจะมีค่ำผลกำรท ำควำมเย็น (Refrigerating Effect, R.E) น้อย กว่ำเมื่อเทียบกับสำรท ำควำมเย็นที่ทำงเข้ำท่อรูเข็มเนื่องจำกยังอยู่ในสภำวะของเหลวอิ่มตัว หรือ subcooled liquid นั้นหมำยถึง แต่ละกิโลกรัมของสำรท ำควำมเย็นจะให้ค่ำ R.E น้อยลง ในขณะ ที่งำนต่อกิโลกรัมยังไม่เปลี่ยนแปลง

139 รูปที่4.61 กำรลดผลกำรท ำควำมเย็นเมื่อไอสำรท ำควำมเย็นเข้ำสู่ท่อรูเข็ม (ดัดแปลงจำก [17]) ท่อรูเข็ม มีทั้งข้อได้เปรียบและข้อเสียเปรียบ แต่ข้อได้เปรียบของท่อรูเข็มคือมี อิทธิพลสูงเพียงพอเป็นที่ท ำให้ยอมรับกันอย่ำงกว้ำงขวำง นั่นคือ เป็นอุปกรณ์ที่เรียบง่ำย ไม่มี ชิ้นส่วนเคลื่อนไหว และไม่แพง และยังยอมให้ควำมดันของระบบปรับระดับลงมำเท่ำกันใน ระหว่ำงที่หยุดกำรท ำงำน ดังนั้นจึงสำมำรถใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนเครื่องอัดไอที่มีแรงบิดขณะ สตำร์ทต ่ำได้ดีส่วนข้อเสียเปรียบของท่อรูเข็มคือไม่สำมำรถที่จะปรับตัวให้สอดคล้องกับภำระ กำรท ำควำมเย็นที่เปลี่ยนแปลงอย่ำงรวดเร็ว ถูกอุดตันจำกสิ่งแปลกปลอมได้ง่ำย หรือแม้แต่ ควำมชื้นที่ผสมมำกับอำกำศในระบบ ข้อสุดท้ำยที่ส่งผลให้ท่อรูเข็มมีกำรใช้งำนเฉพำะในระบบที่ ใช้เครื่องอัดไอปิดสนิท ที่มีกำรรั่วไหลของสำรท ำควำมเย็นน้อย ท่อรูเข็มถูกออกแบบมำส ำหรับ เงื่อนไขกำรท ำงำนส ำหรับเครื่องท ำควำมเย็นชุดหนึ่งๆ นั้น และเมื่อมีกำรเปลี่ยนแปลงใดๆ เกี่ยวกับภำวะควำมร้อนหรืออุณหภูมิกลั่นตัวต่ำงไปจำกเงื่อนไขที่ออกแบบมำจะมีผลให้ ประสิทธิภำพกำรท ำงำนลดลง

140 ค าถามท้ายบท 1. จงอธิบำยระบบท ำควำมเย็นแบบอัดไอด้วยภำพวำด 2. เครื่องอัดไอดิสเพลสเมนต์เชิงบวกสี่ประเภทคืออะไร 3. จงอธิบำยควำมแตกต่ำงระหว่ำงเครื่องอัดไอแบบเปิดและเฮอร์มำติก 4. จงบอกสองวิธีในกำรควบคุมควำมจุของเครื่องอัดไอลูกสูบและแบบแรงเหวี่ยง 5. จงบอกเครื่องควบแน่นสำมประเภทและคุณสมบัติคืออะไร 6. จงอธิบำยอุปกรณ์กำรไหลของสำรท ำควำมเย็นสำมประเภท 7. จงบอกสำเหตุของกำรสูญเสียน ้ำในหอหล่อเย็น 8. จงอธิบำยระบบท ำควำมเย็นลิเธียมโบรไมด์-น ้ำด้วยภำพร่ำง 9. จงอธิบำยปั๊มควำมร้อนแบบอำกำศสู่อำกำศด้วยภำพงำด 10. อธิบำยควำมหมำยของค ำว่ำจุดสมดุลของปั๊มควำมร้อน 11. จงอธิบำยวงจรกำรละลำยน ้ำแข็งของปั๊มควำมร้อน 12. จงอธิบำยลักษณะของเครื่องอัดไอชนิดดิสเพลสเมนต์เชิงบวก 13. จงเปรียบเทียบกับเครื่องอัดไอสุญญำกำศกับเครื่องอัดไอชนิดเปิด 14. เครื่องอัดไอสุญญำกำศส่วนใหญ่จะใช้ในระบบขนำดเล็ก เนื่องจำกน ้ำถูกใช้ในระบบ ท ำควำมเย็นแบบอัดไอมำตรฐำนแบบขั้นตอนเดียว (SSS) ระบบท ำงำนที่อุณหภูมิเครื่อง ระเหย 4.5ºC (ควำมดัน = 0.8424 kPa) และอุณหภูมิคอนเดนเซอร์38ºC (ควำมดัน = 6.624 kPa) สมมติว่ำไอน ้ำท ำงำนเป็นก๊ำซในอุดมคติที่มี cp v/c = 1.322 และค ำนวณ อุณหภูมิกำรคำยประจุหำกกำรบีบอัดเป็น isentropic ค ำนวณผล COP และปริมำตรกำร ท ำควำมเย็นด้วยหำกผลกำรท ำควำมเย็นอยู่ที่ 2,355 kJ / kg น ้ำหนักโมเลกุลของน ้ำ = 18 Km./Km ค่ำคงที่ของก๊ำซสำกล = 8.314 kJ/kmol.K 15. ควำมสำมำรถในกำรท ำควำมเย็นของเครื่องอัดไอแบบลูกสูบเพิ่มขึ้นเนื่องจำกเหตุผลใด 16. เพื่อควำมสำมำรถในกำรท ำควำมเย็น ต้องก ำหนดขนำดที่ต้องกำรของเครื่องอัดไอให้ เพิ่มขึ้นอย่ำงไร 17. เครื่องอัดไอแบบลูกสูบได้รับกำรออกแบบส ำหรับตู้เย็นในครัวเรือนที่มีควำมสำมำรถใน กำรท ำควำมเย็น 100 W ตู้เย็นท ำงำนที่อุณหภูมิเครื่องระเหย -23.3ºC และอุณหภูมิ ควบแน่น 54.4ºC ผลกำรท ำควำมเย็นที่เงื่อนไขเหล่ำนี้คือ 87.4 kJ/kg ที่ดูดอุณหภูมิของ สำรท ำควำมเย็นคือ 32ºC และปริมำตรเฉพำะคือ 0.15463 m/kg เนื่องจำกกำรถ่ำยเท ควำมร้อนภำยในเครื่องอัดไออุณ หภูมิของสำรท ำควำมเย็นจะเพิ่มขึ้น 15ºC ประสิทธิภำพเชิงปริมำตรที่ระบุของเครื่องอัดไอคือ 0.85 และปัจจัยกำรสูญเสียกำร รั่วไหลคือ 0.04 ควำมเร็วในกำรหมุนของเครื่องอัดไอคือ 2,900 รอบต่อนำที จงหำ a) เส้นผ่ำนศูนย์กลำงและจังหวะของเครื่องอัดไอเป็นซม. b) ค้นหำ COP ของระบบหำกแรงดันที่มีประสิทธิภำพเฉลี่ยที่แท้จริงของเครื่องอัดไอ คือ 5.244 บำร์ 18. ให้ควำมสำมำรถในกำรท ำควำมเย็น (Cooling capacity) , Qe = 100 W = 0.1 kW

141 อุณหภูมิเครื่องระเหย (Evaporator Temperature), Te = -23.3ºC ผลกำรท ำควำมเย็น (Refrigeration effect), qe = 87.4 kJ/kg อุณหภูมิที่ด้ำนดูด (Temperature at suction flange), Ts = 32ºC Sp. vol. ของไอที่เข้ำด้ำนดูด (Sp. vol. of vapour at flange), vs = 0.15463 m/kg อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในคอมเพรสเซอร์(Temperature rise in compressor) = 15ºC ประสิทธิภำพเชิงปริมำตรที่ระบุ(Indicated volumetric efficiency), ηV,th = 0.85 กำรสูญเสียกำรรั่วไหล (Leakage losses), ξL = 0.04 ควำมดันยังผลเฉลี่ย (Mean effective pressure), mep = 5.224 bar ควำมเร็วในกำรหมุนของเครื่องอัดไอ, N = 2900 rpm จงหำ: a) เส้นผ่ำนศูนย์กลำงและระยะชักของเครื่องอัดไอ b) COP 19. จงบอกลักษณะกำรใช้งำนของเครื่องอัดไอโรตำรี่แบบ fixed vane 20. จงบอกลักษณะกำรใช้งำนของเครื่องอัดไอโรตำรี่แบบ multiple vane 21. เครื่องอัดไอสกรูคู่ที่มี 5 แฉกตัวผู้และควำมเร็วในกำรหมุน 3,000 รอบต่อนำทีจงหำ จ ำนวนกำรคำยประจุต่อนำที 22. จงอธิบำยเหตุผลที่เครื่องอัดไอแบบสกรูคู่สำมำรถท ำงำนได้ที่อัตรำส่วนแรงดันสูง

142 เอกสารอ้างอิง 1. G.F.Hundy, A.R.Trott, T.C.Welch. (June 23, 2008). Refrigeration and Air Conditioning. 4 th Edition, Butterworth-Heinemann/Elsevier. 2. Indira Gandhi National Open University. (2023). UNIT3: Refrigeration Equipment, สืบค้น เมื่อ31 พฤษภำคม 2566. จำก http://www.ignou.ac.in/upload/Unit%203-32.pdf 3. E. Leonardi. (2002). Teaching Document: Refrigeration and Air conditioning 1. School of Mechnical and Manufacturing Engineering, The University of new South Wales, Sydney, Australia, Data from Compact Disk.Reciprocating. 4. GRASSO. Reciprocating Compressors for industrial refrigeration, สื บ ค้น เมื่อ 31 พฤษภำคม 2566. จำก www.gearefrigeration.com 5. A.R.Trott, T.Welch. (2000). Refrigeration and Air-Conditioning. 3rd edition, Butter worth-Heinemann. 6. Ibrahim Dincer, Mehmet Kanoglu. (2010). REFRIGERATION SYSTEMS AND APPLICATIONS. 2nd Edition, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex, United Kingdo. John Wiley & Sons Ltd. 7. กุลเชษฐ์ เพียรทอง. (2553). การท าความเย็น. ต ำรำชุดวิชำวิศวกรรมเครื่องกล คณะ วิศวกรรมศำสตร์ มหำวิทยำลัยอุบลรำชธำนี, อุบลรำชธำนี. 8. Sanatron. (2022). Rotary Vane Vacuum Pump, สืบค้นเมื่อ 9 มิถุนำยน 2566. จำก https://www.sanatron.com/articles/vacuum-pumps/rotary-vane-vacuum-pumps-thedefinitive-guide.php. 9. YasutakaIto, Hitoshi Hattori, and Kazuhiko Miura. (May 12, 2014). Lubricating characteristics and motion characteristics of a rolling piston for rotary compressors in air conditioners. Mechanical Engineers Journal. Volume 228, Issue 9. 10. Mehr zum Thema. (April 2009). Rolling Piston Compressor – The key component in Xpressar RCS100. สืบค้นเมื่อ 9 มิถุนำยน 2566. จำก https://www.hartware.de/2009/04/17/rolling-piston-compressor-the-key-component-inxpressar-rcs100/. 11. M. C. Diniz, E. L. L. Pereira, C. J. Deschamps. (2013). Simulation model to predict temperature distribution along scroll wraps. 8 th International Conference on Compressors and their Systems. Pages 301-310. 12. COAIRE. (January, 2013). OILFREE SCROLL AIREND MAINTENANCE MANUAL AND PARTS LIST.สืบค้นเมื่อ 12 มิถุนำยน 2566. จำก http://www2.chem.uic.edu/nmr/downloads/repair3.pdf 13. รัชนีเองปัญญำเลิศ. (2550). เทคโนโลยีใหม่ในการปรับสภาพอากาศ, สำส์นจำกสมำชิก สมำคมวิศวกรรมปรับอำกำศแห่งประเทศไทย ปีที่7. Vol.32, หน้ำ 72-93.