การทำความเย็นและการปรับอากาศ

143 14. ชญำนนท์ แสงมณีและวุฒิชัย สิทธิวงษ์. (สิงหำคม 2563). ระบบท าความเย็นแบบอัดไอ ร่วมกับอีเจ็คเตอร์.วำรสำรเกษตรศำสตร์และเทคโนโลยี ปีที่ 1 ฉบับที่ 2. หน้ำ 110-122. 15. Suhas D Kshirsagar, M M Deshmukh. (February 2013). Combined Vapour Compression-Ejector Refrigeration System: A Review. International Journal of Engineering Research and Development Volume 6, Issue, PP. 41-52 16. Walter Grondzik. (2021). Air Conditioning System Design Manual. 2 nd Edition. ASHRAE Technical Committee 9.1 17. Sudheer Punem. (2008). Refrigeration-and-Air-Conditioning 2. EE IIT, Kharagpur, India. 18. Jussi Saari. (2021).HEAT EXCHANGER DIMENSIONING. LAPPEENRANTA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. Faculty of Technology. LUT Energy. 19. Ramesh Chandra Arora. (2010). Refrigeration and Air Conditioning. Department of Mechanical Engineering Indian Institute of Technology, Asoke K. Ghosh. 20. ASHRAE HANDBOOK. (2010). REFRIGERATION. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.

144 หน่วยที่5 การควบคุมและอุปกรณ์ประกอบอื่นของวงจร (Controlsand other circuit components) วัตถุประสงค์ของหน่วยเรียน 1. อธิบำยวัตถุประสงค์ของกำรควบคุมอัตโนมัติได้ 2. อธิบำยประเภทของกำรด ำเนินกำรควบคุมได้ 3. ร่ำงแผนภำพกำรควบคุมและอธิบำยกำรท ำงำนของระบบควบคุมพื้นฐำนบำงอย่ำงได้ 4. อธิบำยประเภทของวำล์วตำมลักษณะกำรท ำงำนได้ 5. ระบุและอธิบำยอุปกรณ์ประกอบของในระบบควบคุมได้ 6. อธิบำยหน้ำที่และกำรท ำงำนของอุปกรณ์ต่ำงๆ ในระบบท่อสำรท ำควำมเย็นได้ หน่วยที่ 5 นี้จะกล่ำวถึงรำยละเอียดของกำรควบคุมและส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบ นอกเหนือจำกหน่วยที่ 4 ซึ่งกล่ำวถึงอุปกรณ์ท ำงำนในระบบกำรท ำควำมเย็นหลักในวัฏจักรท ำ ควำมเย็นแบบอัดไอ ซึ่งอุปกรณ์ควบคุมและอุปกรณ์ประกอบในระบบจะช่วยให้ระบบท ำควำม เย็นมีประสิทธิภำพกำรท ำงำนที่ดีขึ้น แม่นย ำ ปลอดภัยต่ออุปกรณ์หลักในระบบ และผู้ใช้งำน 5.1 บทน า ระบบท ำควำมเย็นแบบอัดไอจะมีส่วนประกอบหลักเพียง 4 ส่วนเท่ำนั้นที่จะท ำให้ระบบ ท ำงำนได้ ซึ่งอุปกรณ์หลักที่ประกอบขึ้นดังที่ได้กล่ำวไปแล้วในหน่วยที่ 4 ได้แก่ 1. เครื่องอัดไอ (Compressor) 2. เครื่องควบแน่น (Condenser) 3. วำล์วระเหยสำรท ำควำมเย็นหรือวำล์วขยำย (Expansion valve) 4. เครื่องระเหย (Evaporator) แต่อย่ำงไรก็ตำม เพื่อควำมสะดวก ประหยัดและควำมปลอดภัยในกำรใช้งำนและเพื่อช่วย ในกำรบ ำรุงงรักษำ จะมีกำรติดตั้งระบบควบคุมและส่วนประกอบอื่นๆ ดังเช่นในรูปที่5.1 ที่แสดง อุปกรณ์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับเครื่องอัดไอ และรูปที่ 5.2 แสดงส่วนประกอบของวงจรที่ใช้บ่อย หรือวงจรขยำยโดยตรง (Direct expansion) 5.2เทอร์โมสตรัท (Thermostats) เนื่องจำกวัตถุประสงค์ของระบบท ำควำมเย็นหรือเครื่องปรับอำกำศคือกำรลดหรือรักษำ อุณหภูมิดังนั้น โดยปกติเทอร์โมสตัท (ดังรูปที่ 5.3) จะติดตั้งเพื่อหยุดอุปกรณ์หรือลดวิสัย สำมำรถเมื่อถึงสภำวะที่ต้องกำร เทอร์โมสตัทที่ใช้งำนหลำยประเภทดังนี้

145 1. โลหะคู่ bimetallic 2. กำรขยำยตัวของของเหลว 3. ควำมดันไอของของเหลวระเหย เทอร์โมสตัทข้ำงต้นท ำงำนด้วยหลักกำรทำงกลซึ่งสำมำรถใช้งำนเป็นสวิตช์ควบคุมไฟฟ้ำได้ โดยตรงหรือปรับควำมดันของเจ๊ทอำกำศ (ระบบนิวเมติก) 4. ควำมต้ำนทำนไฟฟ้ำ 5. อิเล็กทรอนิกส์–ประเภทอื่นๆ รูปที่ 5.1 อุปกรณ์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับเครื่องอัดไอ (ดัดแปลงจำก [1]) รูปที่ 5.2 อุปกรณ์ประกอบในวงจรขยำยโดยตรง (ดัดแปลงจำก [1])

146 รูปที่ 5.3 เทอร์โมสตรัท (ภำพจำกผู้เขียน) สองประเภทหลังนี้ ซึ่งต้องวัดและขยำยสัญญำณไฟฟ้ำเพื่อใช้งำนอุปกรณ์ควบคุม 1. เทอร์โมสตัทแบบแถบโลหะคู่ (Bimetallic) ค่อนข้ำงมีควำมแม่นย ำต ่ำ ตอบสนองช้ำและ มีฮิสเทรีซิส (Hysteresis เป็นหนึ่งในคุณลักษณะสถิตของเครื่องมือวัด เป็นกำรสูญเสียพลังงำน ในรูปของควำมร้อน) แต่อุปกรณ์มีต้นทุนต ่ำ ดังนั้นจึงใช้กันอย่ำงแพร่หลำยในกำรน ำมำใช้งำน ประเภทตัดต่อวงจร หรือส ำหรับกำรใช้งำนอนำล็อกในพื้นที่ที่ไม่ต้องกำรควำมแม่นย ำสูง แต่ปกติ ไม่ได้ใช้เพื่อให้สัญญำณอนำล็อกระยะไกล อุปกรณ์เหล่ำนี้ท ำงำนบนหลักกำรที่ว่ำโลหะมีควำม ยืดหยุ่น และโลหะที่แตกต่ำงกันมีค่ำสัมประสิทธิ์กำรขยำยตัวที่แตกต่ำงกัน จำกสองแถบของ โลหะที่แตกต่ำงกัน เช่น ทองเหลืองและโลหะผสม (เช่น โลหะผสมทองแดง - นิกเกิล) จะถูกยึด ติดเข้ำด้วยกันตำมควำมยำว และจะงอโค้งเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง และแถบ bimetallic อำจจะ ถูกออกแบบเป็นขดเพื่อควำมกะทัดรัดดังในรูปที่ 5.4 รูปที่ 5.4 เทอร์โมสตรัทแบบแถบโลหะคู่ (ดัดแปลงจำก [2]) จำกรูปที่ 5.4 สวิตช์ที่ติดอยู่ที่ปลำยสปริงในหลอดแก้วปรอทจะถูกเคลื่อนย้ำยโดยอัตโนมัติ และใช้เพื่อ "เปิด" หรือ "ปิด" อุปกรณ์ที่สวิตช์ปรอทซึ่งท ำให้ต่อหรือตัดทำงไฟฟ้ำ จำกรูปจะเห็น สำยไฟออกจำกหลอดแก้วปรอทไปยังหน้ำสัมผัสอื่นๆ ภำยในเทอร์โมสตัท

147 ในรูปที่ 5.5(a) ภำพด้ำนซ้ำยมือ ขดโลหะคู่ bimetallic ได้เอียงหลอดแก้วปรอท เพื่อให้หยด ของปรอทออกจำกกำรสัมผัสกันของโลหะหรือสำยไฟทั้งสองเส้นในหลอดแก้ว ในภำพด้ำนขวำมือ รูปที่ 5.5(b) ขดโลหะค่ำ bimetallic หดตัว ท ำให้ปลำยของหลอดแก้ว ปรอทเอียงลง หยดปรอทหลอดจะกลิ้งลงและสัมผัสกับสำยไฟสองเส้นภำยในหลอดไฟ เกิดกำร ต่อทำงไฟฟ้ำ เพื่อให้เครื่องปรับอำกำศหยุดท ำงำนหรือเครื่องท ำควำมร้อนเริ่มท ำงำน ขึ้นอยู่กับ โหมด (กำรระบำยควำมร้อนหรือควำมร้อน) ที่ใช้เทอร์โมสตัท (a) (b) รูปที่ 5.5 กำรท ำงำนของหลอดแก้วปรอท (a) ตัดวงจร (b) ต่อวงจร [2] องค์ประกอบของเทอร์โมสตัทสวิตช์bimetallic แบบ snap-action หรือเทอร์โมสตัทสวิตช์ ปรอทเทอร์โมสตัทที่ท ำงำนบนหลักกำรด้วยหน้ำสัมผัสสวิตช์เคลื่อนที่ได้กับหน้ำสัมผัสยึดอยู่กับที่ มีอุปกรณ์เสริมยึดติดอยู่กับขดโลหะคู่ bimetal ที่ตอบสนองต่อกำรเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเกิดกำร ขยำยตัวหรือกำรหดตัวมีผลต่อแม่เหล็กให้เกิดเคลื่อนที่ แม่เหล็กติดอยู่กับปลำยของขดโลหะคู่ และควบคุมกำรเคลื่อนที่ด้วยโลหะคู่นี้ในรูปที่ 5.6(a) กรณีที่ขดลวดโลหะมีอุณหภูมิสูง แม่เหล็ก จะถูกดึงออกจำกหลอดแก้ว หน้ำสัมผัสสวิทย์จะตัดวงจรไฟฟ้ำ ในรูปที่ 5.6(b) กรณีที่ขดลวด โลหะมีอุณหภูมิต ่ำ ขดโลหะคู่เคลื่อนที่ม้วนเข้ำ แม่เหล็กจะดูดให้หน้ำสัมผัสในหลอดแก้วต่อวงจร (a) (b) รูปที่ 5.6 กำรท ำงำนของเทอร์โมสตัทสวิตช์(a) ตัดวงจร (b) ต่อวงจร [2]

148 2. เทอร์โมสตัทแบบขยำยตัวของของเหลว ท ำงำนบนหลักกำรเดียวกับของเหลวใน เทอร์โมมิเตอร์หลอดแก้ว thermal bulb จะเชื่อมต่อกับถุงลมโดยท่อรูเข็ม (Capillary tube) ที่เต็ม ไปด้วยของเหลวระเหย กระเปำะถูกยึดเข้ำกับท่อของเครื่องระเหย เมื่ออุณหภูมิของเครื่องระเหย สูงขึ้น กำรเพิ่มอุณหภูมิของกระเปำะที่หนีบอยู่กับท่อสำรท ำควำมเย็นจะเพิ่มควำมดันของ ของเหลวระเหยซึ่งท ำให้ถุงลมขยำยตัว สิ่งนี้จะกระตุ้นจุดสัมผัสซึ่งท ำให้วงจรไฟฟ้ำต่อและสตำร์ท เครื่องอัดไอ รูปที่ 5.7 เทอร์โมสตรัทแบบขยำยตัวของของเหลว[2] 3. เทอร์โมสตัทแบบควำมดันไอ กลไกเทอร์โมสตัทแบบควำมดันไอส ำหรับกำรควบคุม อุณหภูมิในงำนอุตสำหกรรม พื้นที่ภำยในร่มและอำคำรพำณิชย์ท ำงำนบนหลักกำรเดียวกับเทอร์ โมสตัทแบบขยำยตัวของของเหลว นั่นคือ ตรวจจับอุณหภูมิด้วยกระเปำะที่เต็มไปด้วยของเหลว ระเหย กระเปำะของเหลวระเหยเชื่อมต่อกับไดอะแฟรมหรือถุงลมด้วยท่อรูเข็ม เมื่ออุณหภูมิ สูงขึ้น ของเหลวระเหยจะขยำยตัวและดันไดอะแฟรมหรือถุงลมออก ซึ่งต่อสวิตช์ไฟฟ้ำให้ระบบท ำ ควำมเย็นท ำงำน เมื่ออุณหภูมิลดลง ปริมำตรไอระเหยลดลง ถุงลมยุบตัวและเปิดสวิตช์ตัดดระบบ ดังรูปที่ 5.8 เทอร์โมสตัทจะท ำกำรตรวจจับอุณหภูมิในพื้นที่ร่มเทียบกับอุณหภูมิที่ผู้ใช้ตั้งไว้อุปกรณ์ ควบคุมเครื่องปรับอำกำศอัตโนมัตินี้ท ำงำนเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของอุณหภูมิห้อง อุปกรณ์ ควบคุมหลักคือ ตู้เย็น เครื่องปรับอำกำศ ตู้แช่แข็ง ตู้น ้ำดื่ม เครื่องท ำควำมร้อน วำล์วไฟฟ้ำ เป็นต้น 4. เทอร์โมสตัทแบบควำมต้ำนทำนไฟฟ้ำ โดยปกติจะใช้ตัวตรวจจับอุณหภูมิชนิดควำม ต้ำนทำน (Resistant Temperature Detector, RTD) RTD คือตัวรับอุณหภูมิ (Temperature sensor) ที่ค่ำควำมต้ำนทำน (Resistance) เปลี่ยนแปลงตำมอุณหภูมิแบบแปรผันตำม เช่น ที่ อุณหภูมิ 0ºC จะมีค่ำควำมต้ำนทำนที่ 100 และเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นค่ำควำมต้ำนทำนจะเพิ่มขึ้น

149 รูปที่ 5.8 เทอร์โมสตรัทแบบขยำยตัวของของเหลว[2] 5. เทอร์โมสตัทแบบอิเล็กทรอนิกส์(Digital thermostat) จะวัดอุณหภูมิโดยรับสัญญำณ อินพุตจำกเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิประเภทเทอร์มิสเตอร์ (Thermistor) หรือ Positive Temperature Coefficient (PTC) ซึ่งเทอร์มิสเตอร์เป็ นเซ็นเซอร์เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นค่ำควำมต้ำนทำนจะ เพิ่มขึ้น เทอร์มิสเตอร์เป็นเซ็นเซอร์ที่เหมำะกับกำรควบคุมอุณหภูมิย่ำนต ่ำ โดยเทอร์โมสตัทจะมี รุ่นที่มีเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิในตัว (Internal input) และสำมำรถต่อเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิจำก ภำยนอก (External input) โดยรูปแบบกำรควบคุมเป็นแบบเปิด-ปิด (เย็นหรือร้อน) 5.3 ฮิวมิดิสตัท (Humidistat) ในกรณีที่จ ำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เพื่อรักษำควำมชื้นตำมที่ก ำหนดไว้อำจใช้ฮิวมิดิสตัท (ในรูป ที่ 5.9) แทน หรือเพิ่มเติมนอกเหนือจำกเทอร์โมสตัท รูปที่ 5.9 เทอร์โมสตรัทแบบขยำยตัวของของเหลว[3]

150 หน้ำที่ปกติของฮิวมิดิสตัทจะท ำงำนเป็นสวิตช์ไฟฟ้ำ กลไกของฮิวมิดิสตัทจะใช้วัสดุที่เปลี่ยน มิติหรือขนำดตำมควำมชื้น เช่น ขนสัตว์ พลำสติก เซลลูโลส เป็นต้น ฮิวมิดิสตัทสำมำรถท ำงำน เป็นสวิตช์ได้โดยตรง ส่วนฮิวมิดิสตัทแบบอิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปจะใช้สำรดูดควำมชื้น ต้องวัด และขยำยสัญญำณขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสำรดูดควำมชื้น 5.4 สวิทยค์วามดนั(Pressure switches) ควำมดันของระบบท ำควำมเย็นด้ำนควำมดันสูงหรือด้ำนเครื่องควบแน่นจะถูกจ ำกัดไว้ที่ ค่ำสูงสุดที่อนุญำตเสมอ และต้องหยุดก่อนที่จะถึงแรงดันดังกล่ำวด้วยตัวควบคุมแรงดัน เพื่อหยุด กำรท ำงำนของเครื่องอัดไอหำกจ ำเป็น สวิทย์ควำมดันสูงจะติดตั้งได้กับทุกระบบยกเว้นระบบที่ เล็กมำก ในกรณีที่เครื่องอัดไอติดตั้งวำล์วปิดระบบ หรือ shut-off valve ควรติดตั้งสวิทย์แรงดัน ไว้ก่อนวำล์ว ในรูปที่5.10 แรงดันทำงออกของเครื่องอัดไอเข้ำไปด้ำนล่ำงของถูงลมหรือไดอะแฟรม และ สมดุลด้วยสปริงที่ปรับได้ด้ำนบน สเกลบนตัวควบคุมระบุกำรตั้งค่ำแรงดันเพื่อควำมแม่นย ำใน กำรท ำงำนตำมที่ก ำหนดของระบบ รูปที่ 5.10 สวิทย์ควำมดันด้ำนสูง (ดัดแปลงจำก [1]) High-pressure cut-outs: กำรตัดกำรท ำงำนของระบบที่แรงดันสูงโดยปกติหน้ำสัมผัสที่อยู่ บนคัทเอำท์จะต่อวงจร หำกแรงดันในระบบเอำชนะแรงดันสปริงได้สวิตช์จะเปิดและหยุดเครื่อง อัดไอ จุดตัดวงจรจะต้องสูงกว่ำแรงดันใช้งำนในฤดูร้อนที่คำดไว้ที่ 2 บำร์ แต่มีแนวโน้มที่จะตั้งค่ำ กำรควบคุมดังกล่ำวให้สูงขึ้นมำก บำงครั้งสูงถึง 8 บำร์ในช่วงฤดูร้อน ค่ำที่ตั้งนี้ผู้ใช้งำนจะไม่ได้ รับกำรแจ้งเตือนในกำรท ำงำนที่ผิดปกติจนกว่ำควำมผิดพลำดจะถึงค่ำที่รุนแรง เนื่องจำกแรงดันที่สูงเกินบ่งบอกถึงควำมผิดปกติของระบบซึ่งโดยปกติจะเป็นควำม ผิดพลำดของเครื่องควบแน่นหรือกำรปิดวำล์วที่ไม่ถูกต้องดังนั้นจึงควรรีเซ็ตสวิตช์แรงดันสูงด้วย ตนเองอย่ำงถูกต้อง

151 Low-pressure cut-out: กำรตัดกำรท ำงำนของระบบที่แรงดันต ่ำมักจะติดตั้งเพื่อหยุดเครื่อง อัดไอภำยใต้สถำนกำรณ์ที่ควำมดันต ่ำมำก กำรตั้งค่ำอำจต ่ำกว่ำแรงดันเครื่องระเหยที่ถูก ออกแบบไว้0.6-1.0 บำร์แต่ส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับประเภทของระบบ หำกเป็นไปได้กำรตั้งค่ำ กำรตัดควรสูงกว่ำควำมดันบรรยำกำศเพื่อป้องกันกำรรั่วเข้ำของอำกำศผ่ำนจุดรั่วไหลนั้นๆ ควำมดันที่ต ่ำผิดปกติอำจไม่ใช่สภำพที่ไม่ปลอดภัยและสวิตช์แรงดันต ่ำอำจถูกรีเซ็ตให้ ท ำงำนอัตโนมัติหำกระบบถูกปิดนำนพอ แรงดันในระบบจะเท่ำกันและระบบจะเริ่มท ำงำนใหม่ แรงดันดูดจะถูกดึงลงให้ต ่ำกว่ำปกติจนกว่ำสำรท ำควำมเย็นเหลวจะเริ่มไหลเวียนในระบบ ภำยใต้สถำนกำรณ์เช่นนี้สวิตช์แรงดันต ่ำอำจท ำงำนซึ่งเป็นเหตุกำรณ์ปกติจึงอำจต้องเพิ่มตัว หน่วงเวลำเพื่อป้องกันกำรสตำร์ทมอเตอร์เครื่องอัดไอบ่อยครั้ง สวิตช์แรงดันต ่ำยังสำมำรถใช้ ร่วมกับเทอร์โมสตัทและโซลินอยด์วำล์วในวงจรปั๊มดำวน์(Pump-down) ในวิธีกำรควบคุมนี้ เทอร์โมสตัทไม่หยุดเครื่องอัดไอ แต่ลดพลังงำนให้กับโซลินอยด์วำล์วของท่อสำรท ำควำมเย็น เหลวเพื่อหยุดกำรจ่ำยสำรท ำควำมเย็นไปยังเครื่องระเหย เครื่องอัดไอยังคงท ำงำนต่อไปและปั๊มเครื่องระเหยลงจนกว่ำจะหยุดด้วยสวิตช์แรงดันต ่ำ เมื่อระบบต้องสร้ำงควำมเย็น เทอร์โมสตัทจะเปิดโซลินอยด์วำล์วของเหลวเข้ำสู่เครื่องระเหยและ สวิตช์แรงดันต ่ำจะต่อวงจรอีกครั้งเพื่อรีสตำร์ทเครื่องอัดไอ วิธีนี้ใช้เพื่อให้แน่ใจว่ำเครื่องระเหยจะ ไม่มีสำรท ำควำมเย็นเหลวค้ำงอยู่เมื่อระบบปิดอยู่ หำกมีกำรรั่วไหลที่โซลินอยด์วำล์วจะท ำให้ เครื่องอัดไอรีสตำร์ทเป็นระยะเพื่อเอำของเหลวส่วนเกินออกจำกขดท่อ (ดูรูปที่5.11) สวิตช์ควำม ดันขนำดเล็กซึ่งส่วนใหญ่ตั้งค่ำไว้ล่วงหน้ำเพื่อใช้ในวงจรควบคุมแบบร่วมกันกับอุแกรณ์อื่น รูปที่ 5.11 วงจรปั๊มดำวน์กับโซลินอยด์วำล์วควบคุมอุณหภูมิและเครื่องอัดไอควบคุมแรงดันต ่ำ (ดัดแปลงจำก [1]) 5.5 สวิตชแรงดัน ์ น ้ามัน (Oilpressure switch) เครื่องอัดไอทั้งหมดยกเว้นเครื่องอัดไอขนำดเล็กที่สุดมีกำรหล่อลื่นเชิงกลและจะล้มเหลวหำก แรงดันน ้ำมันลดลงเนื่องจำกควำมผิดพลำดของปั๊มหรือกำรขำดแคลนน ้ำมัน ในกรณีที่ใช้ ปั๊มน ้ำมันตัดวงจรหยุดเครื่องอัดไอในกรณีที่แรงดันน ้ำมันไม่เพียงพอ สิ่งนี้จะใช้สวิตช์ควำมดัน แตกต่ำงที่มีกำรหน่วงเวลำตอนเริ่มท ำงำน กำรควบคุมควำมปลอดภัยนี้พบได้บ่อยในวงจร

152 ควบคุมของอุปกรณ์ท ำควำมเย็นคือกำรควบคุมควำมล้มเหลวของแรงดันน ้ำมัน หน้ำที่ของกำร ควบคุมนี้คือกำรปิดเครื่องอัดไอเมื่อแรงดันน ้ำมันหล่อลื่นต ่ำกว่ำค่ำต ่ำสุดที่ก ำหนดไว้หรือในกรณี ที่แรงดันน ้ำมันไม่สำมำรถสะสมได้ถึงระดับควำมปลอดภัยขั้นต ่ำภำยในช่วงเวลำที่ก ำหนดไว้ ล่วงหน้ำหลังจำกเครื่องอัดไอท ำงำน สวิตช์แรงดันน ้ำมันแสดงในรูปที่ 5.12 ในกำรศึกษำลักษณะกำรท ำงำนของกำรควบคุมควำมล้มเหลวของแรงดันน ้ำมันเป็นสิ่ง ส ำคัญที่จะต้องตระหนักว่ำแรงดันน ้ำมันทั้งหมดวัดโดยเกจวัดแรงดันน ้ำมัน คือผลรวมของแรงดัน เหวี่ยง (ดูด) และแรงดันที่สร้ำงขึ้นโดยปั๊มน ้ำมัน ดังนั้นจึงไม่ใช่แรงดันน ้ำมันที่แท้จริงหรือที่ น ำไปใช้งำน รูปที่ 5.12 สวิตช์แรงดันน ้ำมัน (ภำพจำกผู้เขียน) เพื่อให้เกิดประสิทธิภำพ สวิตช์ควำมล้มเหลวของแรงดันน ้ำมันจะต้องถูกกระตุ้นโดย แรงดันนน ้ำมันที่มีประโยชน์มำกกว่ำแรงดันน ้ำมันทั้งหมด สิ่งนี้ท ำได้โดยใช้ถุงลมแรงดันสองตัว ตรงข้ำมกัน ดังแสดงในรูปที่5.13 รูปที่ 5.13 กำรควบคุมระบบของสวิตช์แรงดันน ้ำมัน (ดัดแปลงจำก [4])

153 จำกรูป 5.13 ถุงลมด้ำนหนึ่งด้ำนเชื่อมต่อกับห้องข้อเหวี่ยงและแสดงถึงแรงดันของห้องข้อ เหวี่ยง ในขณะที่ถุงลมอื่นเชื่อมต่อกับด้ำนจ่ำยของปั๊มน ้ำมันและแรงดันน ้ำมันในห้องข้อเหวี่ยง ควำมแตกต่ำงของแรงดันระหว่ำงแรงดันถุงลมทั้งสองเท่ำกับแรงดันน ้ำมันที่น ำไปใช้งำนและใช้ เพื่อสั่งสวิตช์ควำมแตกต่ำงของควำมดันของกำรควบคุมควำมล้มเหลวของแรงดันน ้ำมัน รีเลย์ หน่วงเวลำที่รวมอยู่ในกำรควบคุมควำมล้มเหลวของแรงดันน ้ำมันช่วยให้เครื่องอัดไอสำมำรถ ท ำงำนได้90 ถึง 120 วินำทีโดยแรงดันน ้ำมันต ่ำกว่ำระดับที่ปลอดภัย รีเลย์นี้ท ำให้เครื่องอัดไอ เริ่มต้นที่แรงดันน ้ำมันเป็นศูนย์และยังป้องกันกำรปิดเครื่องอัดไอโดยไม่จ ำเป็นในกรณีที่แรงดัน น ้ำมันลดลงต ่ำกว่ำขีดจ ำกัดควำมปลอดภัยขั้นต ่ำชั่วขณะ อย่ำงไรก็ตำม หำกแรงดันน ้ำมันไม่ เพิ่มขึ้นถึงระดับที่ปลอดภัยภำยในเวลำที่ก ำหนดกำรควบคุมควำมล้มเหลวของแรงดันน ้ำมันจะ ปิดคอมเพรสเซอร์ก่อนที่จะสำมำรถรีสตำร์ทเครื่องอัดไอได้ต้องรีเซ็ตกำรควบคุมควำมล้มเหลว ของแรงดันน ้ำมันด้วยตนเอง ในรูปที่ 5.13 จะสังเกตว่ำรีเลย์หน่วงเวลำประกอบด้วยสวิตช์จับเวลำและฮีตเตอร์สวิตช์จับ เวลำต่อแบบอนุกรมกับขดลวดยึดของสตำร์ทเตอร์ของแม่เหล็ก และฮีตเตอร์ต่อขนำนกับขดลวด ยึด ส่วนสวิตช์ควำมแตกต่ำงแรงดันต่อแบบอนุกรมและควบคุมกำรท ำงำนของตัวรีเลย์ฮีตเตอร์ ตัวต้ำนทำนแบบอนุกรมพร้อมรีเลย์ฮีตเตอร์จะจ ำกัดกำรไหลของกระแสไฟฟ้ำผ่ำนฮีตเตอร์และ ท ำให้กำรควบคุมควำมล้มเหลวของแรงดันน ้ำมันสำมำรถปรับให้เข้ำกับวงจรควบคุม 115V และ 230V ได้ เนื่องจำกปั๊มน ้ำมันท ำงำนเฉพำะเมื่อเครื่องอัดไอท ำงำน แรงดันน ้ำมันทั้งหมดจะเท่ำกับ แรงดันห้องข้อเหวี่ยงในระหว่ำงรอบเครื่องอัดไอปิด และทั้งรีเลย์หน่วงเวลำตัวท ำควำมร้อนและ ขดลวดยึดจะได้ยังรับพลังงำน หลังจำกเครื่องอัดไอเริ่มท ำงำน แรงดันน ้ำมันที่ใช้งำนจะสะสม จนถึงแรงดันตัดของกำรควบคุมควำมปลอดภัยของแรงดันน ้ำมัน สวิตช์ควำมแตกต่ำงของควำม ดันจะเปิดและตัดวงจรรีเลย์ตัวท ำควำมร้อน กำรกระท ำนี้จะช่วยให้เครื่องอัดไอท ำงำนต่อไปได้ ตำมปกติในทำงตรงกันข้ำม หำกแรงดันน ้ำมันที่ใช้งำนไม่สะสมตำมแรงดันตัดของตัวควบคุม ภำยในเวลำที่ก ำหนด สวิตช์ควำมแตกต่ำงของควำมดันจะไม่เปิดและตัวท ำควำมร้อนจะไม่ ท ำงำน กำรท ำงำนอย่ำงต่อเนื่องของรีเลย์ตัวท ำควำมร้อนจะท ำให้bimetal ของสวิตช์จับเวลำบิด เบี้ยวและเปิดหน้ำสัมผัสสวิทย์รีเลย์เวลำ สิ่งนี้จะหยุดวงจรขดลวดยึดและหยุดคอมเพรสเซอร์ หำกแรงดันน ้ำมันใช้งำนต ่ำกว่ำจุดตัดกำรควบคุมควำมล้มเหลวของแรงดันน ้ำมันในขณะที่ เครื่องอัดไอก ำลังท ำงำน สวิตช์ควำมดันแตกต่ำงจะปิดและต่อวงจรให้กับรีเลย์ตัวท ำควำมร้อน กำรท ำงำนอย่ำงต่อเนื่องของตัวท ำควำมร้อนจะเปิดสวิตช์จับเวลำและหยุดเครื่องอัดไอ 5.6 โซลีนอยด์วาล์ว (Solinoid valve) โซลีนอยด์วำล์วเป็นวำล์วที่ท ำงำนด้วยไฟฟ้ำ (รูปที่ 5.14) จ ำเป็นส ำหรับสำรท ำควำมเย็น และวงจรอื่นๆ ด้วย กำรท ำงำนอยู่ในรูปของลูกสูบ (Pluger) ที่ถูกสั่งงำนโดยโซลินอยด์และ ท ำงำนโดยตรงบนบ่ำวำล์วหรือผ่ำนเซอร์โว โดยกำรให้พลังงำนไฟฟ้ำโซลินอยด์เพื่อเปิดวำล์ว

154 และตัดพลังงำนไฟฟ้ำเพื่อปิดวำล์ว ขนำดของท่อต่อสูงสุด 50 มม. นอกเหนือจำกนี้โซลินอยด์ยัง ท ำหน้ำที่เป็นตัวน ำร่องไปยังเซอร์โวหลักดังรูปที่ 5.15 โซลินอยด์วำล์วใช้กันอย่ำงแพร่หลำยในท่อระบบน ้ำและน ้ำเกลือเป็นสำรท ำควำมเย็นแทน stop valve เพื่อให้กำรท ำงำนอัตโนมัติดังที่กล่ำวไว้แล้ว โซลินอยด์วำล์วเป็นวำล์วที่ท ำงำนด้วย ไฟฟ้ำซึ่งประกอบด้วยขดลวดทองแดงหุ้มฉนวนและแกนเหล็กหรืออำเมเจอร์ (Armature) บำงครั้งเรียกว่ำลูกสูบ ซึ่งถูกดึงเข้ำสู่ศูนย์กลำงของขดลวดสนำมแม่เหล็ก เมื่อขดลวดได้รับ พลังงำนไฟฟ้ำ โดยกำรติดก้ำนวำล์วเข้ำกับขดลวดอำเมเจอร์พอร์ตวำล์วหรือช่องทำงเดินสำรท ำ ควำมเย็นจะสำมำรถเปิดและปิดได้เนื่องจำกขดลวดมีพลังงำนและหมดพลังงำน ตำมล ำดับ รูปที่ 5.14 โซลีนอยด์วำล์ว (ดัดแปลงจำก [1]) รูปที่ 5.15 วำล์วควบคุมควำมดันเครื่องระเหย (ดัดแปลงจำก [1]) แม้ว่ำจะมีรูปแบบทำงกลหลำยประกำรแต่โซลินอยด์วำล์วมีสองประเภทหลัก คือ (1) ท ำงำนโดยตรง และ (2) ใช้เป็นตัวน ำร่อง โดยปกติโซลินอยด์วำล์วขนำดเล็กมักจะท ำหน้ำที่ โดยตรงดังรูปที่5.14 ในขณะที่วำล์วขนำดใหญ่จะท ำงำนเป็นตัวน ำร่อง (Pilot) ดังรูปที่ 5.16 [4] โซลินอยด์วำล์วท ำหน้ำที่โดยตรงจะใช้ก้ำนวำล์วที่ติดอยู่กับอำเมเจอร์ของขดลวดควบคุม พอร์ตวำล์วหลักโดยตรง ในโซลินอยด์วำล์วน ำร่อง อำเมเจอร์คอยล์จะควบคุมเฉพำะพอร์ตน ำ

155 ร่องแทนที่จะเป็นพอร์ตวำล์วหลัก เมื่อขดลวดมีพลังงำนไฟฟ้ำ อำเมเจอร์จะถูกดึงเข้ำไปใน ขดลวดสนำมแม่เหล็กและพอร์ตน ำร่อง A จะเปิดขึ้น ซึ่งจะท ำกำรปล่อยให้แรงดันที่ด้ำนบนของ ลูกสูบหลัก B ลอยตัวผ่ำนพอร์ตน ำร่องเปิด จึงท ำให้เกิดควำมไม่สมดุลของแรงดันของลูกสูบ ควำมดันที่สูงขึ้นภำยใต้ลูกสูบจะบังคับให้ลูกสูบเลื่อนขึ้นด้ำนบนโดยเปิดพอร์ตวำล์วหลัก C เมื่อ ขดลวดหมดพลังงำน อำเมเจอร์หลุดออกจำกขดลวดสนำมแม่เหล็กและปิดพอร์ตน ำร่อง ควำม ดันจะก่อตัวขึ้นที่ด้ำนบนของลูกสูบหลักทันทีท ำให้ลูกสูบหล่นและปิดพอร์ตวำล์วหลัก รูปที่ 5.16 โซลินอยด์วำล์วแบบน ำร่องประเภทลูกสูบ (ดัดแปลงจำก [4]) กำรติดตั้งโซลินอยด์วำล์วจะต้องติดตั้งในแนวตั้งโดยมีขดลวดอยู่ด้ำนบนเสมอ ยกเว้นใน กรณีที่โซลินอยด์วำล์วที่ได้รับกำรออกแบบมำเป็นพิเศษ ในกำรเลือกโซลินอยด์วำล์ว ขนำดของวำล์วจะถูกก ำหนดโดยอัตรำกำรไหลที่ต้องกำรผ่ำน วำล์วและไม่ได้เลือกตำมขนำดของท่อที่จะติดตั้งวำล์ว ต้องพิจำรณำถึงควำมแตกต่ำงของแรงดัน สูงสุดที่วำล์วรับได้และแรงดันตกคร่อมที่วำล์วด้วย 5.7 วาล์วควบคุมความดันเครื่องระเหย (Evaporatorpressureregulation valve) วำล์วควบคุมควำมดันเครื่องระเหย หรือ Evaporator Pressure Regulation (EPR) (รูปที่ 5.15) หรือวำล์วควบคุมแรงดันย้อนกลับ (Back pressure regulation valves) ใช้ในท่อด้ำนดูด ของระบบ ท ำหน้ำที่ป้องกันไม่ให้ควำมดันระเหยลดลงต ่ำกว่ำค่ำที่ก ำหนดไว้แม้ว่ำแรงดันดูด เครื่องอัดไออำจต ่ำกว่ำ กำรใช้วำล์ว EPR เพื่อ 1. ป้องกันควำมเสียหำยของเครื่องระเหยแบบแช่เย็นซึ่งอำจเป็นผลมำจำกกำรแช่แข็งของ ของเหลว

156 2. ป้องกันกำรเกิดน ้ำแข็งที่ก่อตัวขึ้นบนเครื่องระเหยจำกอำกำศเย็น ซึ่งอยู่ใกล้กับจุดเยือก แข็ง หรือในกรณีที่กำรท ำงำนผิดปกติ 3. อนุญำตให้ใช้เครื่องระเหยสองเครื่องขึ้นไปท ำงำนที่อุณหภูมิภำระต่ำงกันเมื่อท ำงำนกับ เครื่องอัดไอตัวเดียวกัน 4. ปรับควำมดันเครื่องระเหยตำมภำระที่แตกต่ำงกันซึ่งควบคุมโดยอุณหภูมิของภำระ 5. ท ำหน้ำที่เป็นโซลินอยด์วำล์วควบคุมโดยโซลินอยด์วำล์วน ำร่อง 5.8 แอกคิวมูเลเตอร์(Accumulator) แอกคิวมูเลเตอร์หรือ Suction line accumulatorsในรูปที่ 5.17 หรือตัวสะสม ท ำหน้ำที่เป็น ตัวเก็บส่วนผสมของน ้ำมันกับสำรท ำควำมเย็นเหลวส่วนเกินไว้ชั่วครำว หรือเก็บสำรควำมเย็น เหลวที่ระเหยไม่หมดจำกเครื่องระเหยและส่งคืนในอัตรำที่เครื่องอัดไอสำมำรถจะรับได้อย่ำง ปลอดภัย (a) (b) รูปที่ 5.17แอกคิวมูเลเตอร์(a) แบบธรรมดำ (b) แบบมีขดลวดควำมร้อน (ดัดแปลงจำก [1]) เป็นที่ทรำบกันดีว่ำเครื่องอัดไอได้รับกำรออกแบบมำเพื่อบีบอัดไอระเหยไม่ใช่ของเหลว ใน กำรท ำงำนระบบอำจมีสำรท ำควำมเย็นเหลวปริมำณที่มำกเกินไปไหลกลับคืนเครื่องอัดไอ สำร ท ำควำมเย็นเหลวที่กลับไปที่เครื่องอัดไอจะเจือจำงน ้ำมันหล่อลื่นและชะล้ำงน ้ำมันออกจำกตลับ ลูกปืน และในบำงกรณีท ำให้สูญเสียน ้ำมันไปอย่ำงถำวร สภำวะนี้เรียกว่ำกำร oil pumping หรือ slugging ซึ่งจะส่งผลให้หลีดวำล์วแตก ลูกสูบ ก้ำนสูบ เพลำข้อเหวี่ยงและอื่นๆ เสียหำย ตัว สะสมบำงตัวมีขดลวดควำมร้อนเพื่อช่วยในกำรต้มสำรท ำควำมเย็นเหลวช่วยให้ระบบท ำงำนได้ อย่ำงมีประสิทธิภำพมำกขึ้นดังรูปที่ 5.17(b) กำรติดตั้งตัวสะสมที่เหมำะสมในท่อด้ำนดูดหลังจำก

157 วำล์วกันกลับและก่อนที่จะเข้ำเครื่องอัดไอจะช่วยป้องกันควำมเสียหำยที่อำจเกิดขึ้นดังกล่ำว ข้ำงต้นได้ ในระบบตู้เย็นและตู้แช่แข็งขนำดใหญ่ สำรท ำควำมเย็นจะสะสมในท่อดูดเมื่อเครื่องอัดไอไม่ ท ำงำน เมื่อเริ่มต้นท ำงำน สำรท ำควำมเย็นเหลวนี้จะไหลเข้ำเครื่องอัดไอได้ทันทีแต่เมื่อติดตั้งตัว สะสมในท่อดูดของเครื่องอัดไอ จะช่วยปกป้องเครื่องอัดไอจำกของเหลวนี้โดยค่อยๆ ป้อนสำรท ำ ควำมเย็นเหลวให้เครื่องอัดไอ 5.9 รีซีฟเวอร์(Receivers) รีซีฟเวอร์หรือถังสะสม (Receiver tank) แสดงในรูปที่ 5.18 ถูกติดตั้งในระบบท ำควำมเย็น หำกเครื่องควบแน่นมีพื้นที่ไม่เพียงพอต่อปริมำณสำรท ำควำมเย็นที่จ ำเป็นส ำหรับกำรท ำงำนถัง สะสมควรมีขนำดที่เหมำะสมกับระบบ ระบบจะเป็นตัวก ำหนดว่ำจ ำเป็นต้องใช้รีซีฟเวอร์หรือไม่ ในทำงปฏิบัติเมื่อระบบที่กำรท ำงำนต้องใช้สำรท ำควำมเย็นประมำณ 3.6 กิโลกรัมขึ้นไป จ ำเป็นต้องใช้รีซีฟเวอร์แต่หำกเครื่องท ำควำมเย็นมีพื้นที่ภำยในเครื่องควบแน่นเพียงพอเพื่อ รองรับปริมำณสำรท ำควำมเย็นทั้งหมดของระบบก็ไม่มีควำมจ ำเป็นต้องติดตั้งรีซีฟเวอร์ซึ่ง พิจำรณำจำกประเด็นต่อไปนี้ รูปที่5.18 ถังสะสม (Receiver tank) (ดัดแปลงจำก [1]) กรณีที่ต้องใช้รีซีฟเวอร์: ระบบท ำควำมเย็นที่ใช้แอ็กแพนชั่นวำล์วในกำรควบคุมสำรท ำ ควำมเย็น รีซีฟเวอร์เป็นสถำนที่เก็บสำรท ำควำมเย็นส่วนเกินในระบบเมื่อวำล์วขยำยตัวจ ำกัด กำรไหลไปยังเครื่องระเหย กรณีที่ไม่จ ำเป็นต้องใช้รีซีฟเวอร์: เมื่อระบบใช้ท่อรูเข็ม (Capillary tube)

158 นอกเหนือจำกกำรรองรับควำมผันผวนของกำรประจุสำรท ำควำมเย็นแล้วรีซีฟเวอร์ยังมี เป้ำหมำยเพื่อช่วยเก็บรักษำปริมำณของเหลวที่ออกจำกเครื่องควบแน่น ป้องกันไม่ให้ระดับ ของเหลวสะสมในเครื่องควบแน่นและลดปริมำณพื้นที่ผิวเครื่องควบแน่นให้มีประสิทธิภำพ รีซีฟ เวอร์ทั่วไปที่เหมำะส ำหรับระบบขนำดใหญ่ นอกจำกนี้แล้วรีซีฟเวอร์ยังท ำหน้ำที่เป็นถังเก็บสำรท ำควำมเย็นของระบบหรือกำร pumpdown (สูบกลับ) ของปริมำณสำรท ำควำมเย็นได้ถึง 85% (ไม่ควรเกิน) เพื่อให้สำมำรถขยำยตัว ได้และควำมปลอดภัย เมื่อต้องท ำกำรเคลื่อนย้ำยหรือซ่อมแซม บ ำรุงรักษำ หรือตรวจสอบ ในทำงปฏิบัติรีซีฟเวอร์จะท ำงำนประมำณหนึ่งในหกของปริมำตรเต็มในช่วงที่ระบบท ำ ควำมเย็นท ำงำนปกติมีวิธีกำรที่จะระบุระดับของเหลวภำยใน เช่น 1. มีตัวบอกระดับจำกภำยนอกที่เหมำะสมและมีวำล์วปิด ดังรูปที่ 5.18 2. มีกระจกมอง (Sight glass) จัดเรียงที่ควำมสูงต่ำงๆ กันที่เปลือก 3. กระจกมองคู่หนึ่งจัดเรียงบนหน้ำตัดเดียวกันหรือวำงท ำมุมกัน 45° จำกระดับ แนวนอนของเส้นผ่ำนศูนย์กลำงของเปลือก เพื่อให้มีแสงส่องผ่ำนด้ำนหนึ่งและให้ผู้สังเกตกำรณ์ มองผ่ำนได้อีกด้ำนหนึ่ง 5.10 เครื่องแยกน ้ามัน (Oil separators) เครื่องแยกน ้ำมันในรูปที่ 5.19 ท ำหน้ำที่แยกน ้ำมันและกักเก็บน ้ำมันไว้ในช่วงจังหวะกำร บีบอัดของเครื่องอัดไอแบบลูกสูบ ไอสำรท ำควำมเย็นจะร้อนขึ้นและน ้ำมันบำงส่วนบนผนัง กระบอกสูบจะผ่ำนออกไปพร้อมกับก๊ำซที่ปล่อยออกมำ เครื่องอัดไอบำงประเภทจะมีกำรกักเก็บ น ้ำมันเพื่อใช้หล่อลื่น และในระบบขนำดเล็กน ้ำมันหล่อลื่นที่ออกจำกเครื่องอัดไอจะกลับไปที่ เครื่องอัดไอได้เองอย่ำงรวดเร็ว กำรเริ่มต้นระบบหลังจำกไม่ได้ใช้งำนเป็นเวลำนำนอำจส่งผลให้ น ้ำมันจ ำนวนมำกถูกพัดพำไปในช่วงเวลำสั้นๆ เนื่องจำกกำรเกิดฟองระเหย ด้วยระบบที่ซับซ้อน มำกขึ้นจึงต้องป้องกันไอระเหยน ้ำมันถูกพำจำกเครื่องอัดไอไปไกล เพื่อลดกำรพำไอน ้ำมันไหล เข้ำไปในระบบจึงมีควำมจ ำเป็นต้องติดตั้งตัวแยกน ้ำมันในท่อด้ำนจ่ำยของเครื่องอัดไอ กำรติดตั้งเครื่องแยกน ้ำมันขึ้นอยู่กับลักษณะของระบบ เช่น สภำพกำรใช้งำนสำรท ำควำม เย็น กำรเริ่ม/หยุดท ำงำนของระบบ ควำมถี่ของกำรรับภำระและไม่มีภำระท ำควำมเย็น และอื่นๆ โดยปกติตัวแยกน ้ำมันนี้จะใช้ส ำหรับสำรท ำควำมเย็นหลำกหลำยชนิด ตัวอย่ำงเช่น แอมโมเนีย R-134a และโพรเพน หลักกำรท ำงำนของเครื่องแยกน ้ำมันดังรูปที่ 5.19 นี้เมื่อไอสำรท ำควำมเย็นร้อนเข้ำสู่เครื่อง ดักที่ทำงเข้ำ ใบเกลียวจะขวำงกำรเคลื่อนที่และไอน ้ำมันจะกระทบลงบนพื้นผิวเกิดกำรเหวี่ยง หมุนไปตำมเกลียว น ้ำมันประมำณ 95 - 98% จะถูกแยกออกจำกก๊ำซร้อนและตกลงไปที่ ด้ำนล่ำงและสำมำรถกลับไปที่ห้องข้อเหวี่ยงของเครื่องอัดไอได้ท่อน ้ำมันกลับจะถูกควบคุมโดย วำล์วลูกลอย หรือออริฟิส และจะมีโซลินอยด์วำล์วช่วยในกำรปิดกำรไหลอีกครั้งเมื่อเครื่องอัดไอ หยุดท ำงำน ตัวแยกน ้ำมันนี้ถูกติดตั้งที่แรงดันด้ำนอัดและท่อทำงกลับน ้ำมันถูกต่อไปยังด้ำนดูด ของเครื่องอัดไอ

159 เมื่อปิดเครื่องท ำควำมเย็น ก๊ำซแรงดันสูงในตัวแยกน ้ำมันจะเย็นลงและบำงส่วนจะควบแน่น เป็นของเหลวผสมกับน ้ำมันหล่อลื่น และเจือจำงน ้ำมันที่เหลืออยู่ด้ำนล่ำง เมื่อเครื่องอัดไอเริ่ม ท ำงำนใหม่ น ้ำมันเจือจำงนี้จะผ่ำนไปยังห้องพักด้ำนล่ำง ในระบบใหญ่ๆ มีกำรลดกำรเจือจำง ของน ้ำมันด้วยกำรติดตั้งเครื่องท ำควำมร้อนกับส่วนล่ำงของเครื่องแยกน ้ำมันเพื่อให้สำรท ำควำม เย็นระเหยออกจำกน ้ำมัน รูปที่ 5.19เครื่องแยกน ้ำมัน ((ดัดแปลงจำก [1]) 5.11 ฟิลเตอร-์ดรายเออร์(Filter-Driers) ฟิลเตอร์-ดรำยเออร์เป็นอุปกรณ์ที่ท ำหน้ำที่กรอง และดูดควำมชื้นในระบบ รวมถึงสิ่งสกปรก ที่ติดมำกับสำรท ำควำมเย็นไม่ให้ผ่ำนเข้ำไปอุดตันที่วำล์ว ในระบบท ำควำมเย็น ควำมชื้นเป็น ปัจจัยที่อันตรำยที่สุดในระบบ ด้วยเหตุนี้ระบบท ำควำมเย็นส่วนใหญ่จึงต้องติดตั้งดรำยเออร์ ปัจจัยบำงอย่ำงมีอิทธิพลต่อกำรเลือกขนำดของดรำยเออร์ที่ถูกต้อง เช่น ชนิดและปริมำณของ สำรท ำควำมเย็น ขนำดของระบบท ำควำมเย็น (Refrigeration system tonnage) ขนำดท่อสำร ท ำควำมเย็น และแรงดันตกคร่อมในระบบที่ยอมรับได้ สำรท ำควำมเย็นกลุ่มฮำโลคำร์บอน (Halocarbons) จ ำเป็นต้องลดปริมำณน ้ำภำยในระบบให้ เหลือน้อยที่สุดโดยฟิลเตอร์-ดรำยเออร์ ฟิลเตอร์-ดรำยเออร์จะถูกติดตั้งในท่อของเหลวก่อนเข้ำ วำล์วขยำยตัวและออกแบบให้เป็นแคปซูลที่ภำยในมีสำรดูดควำมชื้นที่เป็นของแข็ง เช่น อลูมินำ

160 หรือซีโอไลต์ (สำรดูดควำมชื้น) บรรจุอยู่ภำยในแคปซูลจะมีกรองเพื่อป้องกันไม่ให้สำรดูดควำมชื้น เข้ำสู่วงจร และเป็นตัวกรองปกป้องบ่ำวำล์วจำกควำมเสียหำยจำกสิ่งสกปรกขนำดเล็ก รูปที่ 5.20 แสดงฟิลเตอร์-ดรำยเออร์ขนำดใหญ่ที่ถูกออกแบบขึ้นเพื่อให้สำมำรถเปิดได้และ เปลี่ยนสำรดูดควำมชื้นที่ใช้แล้วออกได้ หำกเป็นฟิลเตอร์-ดรำยเออร์ขนำดเล็กดังรูป 5.21 จะถูก เปลี่ยนใหม่ทั้งตัว ฟิลเตอร์-ดรำยเออร์จะถูกท ำควำมสะอำดหรือเปลี่ยนใหม่ทุกครั้งเมื่อมีกำร ซ่อมแซมระบบท ำควำมเย็น รูปที่ 5.20 ฟิลเตอร์-ดรำยเออร์ขนำดใหญ่ (ภำพจำกผู้เขียน) รูปที่5.21 ฟิลเตอร์-ดรำยเออร์ขนำดเล็ก (ภำพจำกผู้เขียน) 5.12 กระจกมอง (Sight glass) ในรูปที่ 5.22 แสดงกระจกมอง สำมำรถใช้เพื่อระบุว่ำมีก๊ำซอยู่ในท่อซึ่งควรมีของเหลว เท่ำนั้น โดยถูกติดตั้งไว้ที่ท่อของเหลวจำกรีซีฟเวอร์(Receiver) ไปยังวำล์วขยำย (Expansion valve) และติดตั้งให้ใกล้กับวำล์วขยำยที่สุดเพื่อให้สังเกตเห็นสถำนะของสำรท ำควำมเย็นเหลวที่ เข้ำวำล์วได้และติดตั้งปลำยทำงของฟิลเตอร์-ดรำยเออร์ซึ่งสำมำรถใช้เพื่อระบุควำมจ ำเป็นใน กำรเปลี่ยนตัวฟิลเตอร์-ดรำยเออร์ด้วย หำกระบบและอุปกรณ์ท ำงำนอย่ำงถูกต้องสิ่งที่มองเห็น จะมีเฉพำะของเหลว หำกสิ่งที่เห็นเป็นฟองก๊ำซนั่นแสดงว่ำสำรท ำควำมเย็นไม่เพียงพอ กระจก มองส ำหรับฮำโลคำร์บอนมักท ำจำกทองเหลืองและควรมีกำรบัดกรีเชื่อมต่อ ส ำหรับแอมโมเนีย กระจกท ำจำกเหล็กหรือเหล็กหล่อ

161 รูปที่ 5.22 กระจกมอง (ภำพจำกผู้เขียน) 5.13 กรอง (Strainers) กรองจะท ำหน้ำที่ขจัดสิ่งแปลกปลอม เช่น สิ่งสกปรกและเศษโลหะออกจำกระบบท่อสำรท ำ ควำมเย็น ซึ่งหำกปล่อยทิ้งไว้ในระบบ วัตถุที่ไม่ต้องกำรอำจอุดตันวำล์วหรือช่องทำงเล็กๆ ของ อุปกรณ์ควบคุมกำรไหล วำล์วกันกลับและเข้ำสู่เครื่องอัดไอ สเตนเนอร์มีหลำยแบบทั้งแบบสำร ท ำควำมเย็นไหลผ่ำนชนิดที่ถูกปิดผนึกไว้ไม่สำมำรถถอดได้ หรือแบบที่ท ำควำมสะอำดได้ ชนิด angle type และ Y type ดังรูปที่ 5.23(a) และส ำหรับระบบท ำควำมเย็นขนำดเล็กดังรูปที่ 5.23(b) (a) (b) รูปที่ 5.23 กรอง (a) Y type (b) ส ำหรับระบบขนำดเล็ก (ภำพจำกผู้เขียน) 5.14 เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน Suction-liquid(Suctiontoliquid heat exchangers) สำรท ำควำมเย็นสถำนะไอเย็นจำกเครื่องระเหยไปยังเครื่องอัดไอสำมำรถใช้เพื่อท ำให้ ของเหลวอุ่นเย็นลงก่อนจะเข้ำเครื่องควบแน่นออกไปยังวำล์วขยำยตัว กำรใช้เครื่องแลกเปลี่ยน ควำมร้อนแบบ suction-liquid (รูปที่5.24) ในกำรท ำให้ของเหลวเย็นลงและลดเอนทำลปีจะได้รับผลกำรท ำควำมเย็นที่มำกขึ้น ผลที่ได้ จะมำกหรือน้อยขึ้นกับควำมร้อนของก๊ำซด้ำนดูดกับกำรลดลงของกำรไหลของมวลเข้ำเครื่องอัด ไอ ผลกระทบโดยรวมของกำรติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อนในแง่ของประสิทธิภำพทำง อุณหพลศำสตร์จะแตกต่ำงกันไปตำมสำรท ำควำมเย็นและสภำพกำรท ำงำน

162 รูปที่ 5.24 เครื่องแลกเปลี่ยนควำมร้อน Suction-to-liquid(ดัดแปลงจำก [5]) 5.15วาล์วปิด-เปิด (Shut-off valves) ระบบท ำควำมเย็นจ ำเป็นต้องมีวำล์วหยุดแบบปิดด้วยมือทั้งวงจร เพื่อให้สำมำรถแยกวงจร ได้ในขณะท ำงำน กำรบริกำรหรือกำรบ ำรุงรักษำในบำงส่วน เป็นวำล์วขนำดเล็กที่ต้องใช้งำน บ่อยๆ อำจเป็น แบบบอลวำล์วดังรูปที่ 5.25 หรือลูกหมำกที่ไม่มีประเก็นอัด (Pack less gland) ดังรูปที่ 5.26 หรืออำจจะเป็นไดอะแฟรมหรือสูบลมที่เป็นมือหมุน วำล์วจะถูกใช้งำนเป็นครั้งครำวเท่ำนั้น และจะมีกำรปิดผนึกด้วยโอริงที่แกนวำล์วเพื่อ ป้องกันกำรรั่วไหล วำล์วจะไม่มีกงล้อใช้หมุนด้วยมือ (Handwheel) และที่ก้ำนมีฝำปิดซึ่งจะถอด ออกเฉพำะเมื่อต้องใช้งำนวำล์วเท่ำนั้น ปลำยก้ำนวำล์วจะมีปลำยสั้นๆ ส ำหรับหมุนด้วยประแจ วำล์วดังกล่ำวส่วนใหญ่สำมำรถถอดส่วนบนเพื่อให้เปลี่ยนโอริงได้ ไม่ควรติดตั้งวำล์วโดยให้ก้ำนวำล์วชี้ลง เนื่องจำกสิ่งสกปรกภำยในจะตกลงไปในก้ำนแกน หมุน ภำยใต้สภำวะอุณหภูมิต ่ำ น ้ำแข็งจะก่อตัวขึ้นบนแกนหมุนและจะต้องใช้แรงบังคับเมื่อ ต้องกำรให้วำล์วท ำงำนอย่ำงรวดเร็ว ภำยใต้สถำนกำรณ์เช่นนี้แกนหมุนควรทำจำระบีอย่ำงดีหรือ ต้องละลำยน ้ำแข็งออก รูปที่ 5.25 บอลวำล์ว(ดัดแปลงจำก [1])

163 รูปที่ 5.26 วำล์วปิด-เปิด (ดัดแปลงจำก [1]) วำล์วปิด-เปิดในเครื่องอัดไอขนำดเล็กมักจะมีจุดเชื่อมต่อส ำหรับกำรตัดแรงดันและต่อเกจวัด หรือส ำหรับกำรติดตั้งมำตรวัดหรือสำยชำร์จชั่วครำวเมื่อต้องท ำกำรบริกำรระบบจึงมักเรียกว่ำนี้ ว่ำ “วำล์วบริกำร” ดังรูปที่ 5.27 รูปที่ 5.27 วำล์วบริกำร (ภำพจำกผู้เขียน) วัตถุประสงค์ขององค์ประกอบทำงกลและไฟฟ้ำต่ำงๆ ของวงจร คือกำรตรวจสอบ ควำม ปลอดภัยและกำรควบคุมอัตโนมัติและสิ่งเหล่ำนี้อำจเชื่อมต่อหรือแยกต่ำงหำกในระบบที่สร้ำง ขึ้น ควำมพร้อมใช้งำนของวงจรลอจิกอิเล็กทรอนิกส์ให้ท ำงำนไปได้ของระบบรวมและกำร ควบคุมระบบให้ดีขึ้นด้วยสัญญำณอินพุตจ ำนวนมำก พำรำมิเตอร์ที่สังเกตได้คือ ระบบควบคุมที่ มีกำรท ำงำนของอุปกรณ์แบบบูรณำกำรร่วมกันส่วนใหญ่พบได้ในอุปกรณ์ที่ประกอบจำกโรงงำน แต่กำรใช้ตัวควบคุมลอจิกตั้งโปรแกรมได้ส ำหรับกำรควบคุมกระบวนกำรต่ำงๆ และกลไกกำร ติดตั้งที่เพิ่มขึ้นเองจะท ำให้นักออกแบบมีประสบกำรณ์ในกำรใช้วิธีกำรเหล่ำนี้กับระบบท ำควำม เย็นที่สร้ำงขึ้น

164 ค าถามท้ายบท 1. จงอธิบำยวัตถุประสงค์ของกำรควบคุมอัตโนมัติ 2. แหล่งพลังงำนที่พบบ่อยที่สุดส ำหรับระบบควบคุมคืออะไร 3. จงอธิบำยเซ็นเซอร์เทอร์โมสตัทสำมประเภท 4. จำกลักษณะกำรไหลของสำรท ำควำมเย็นสำมสถำนะ จงอธิบำยประเภทของวำล์ว ควบคุม กำรใช้งำนของแต่ละประเภทคืออะไร 5. จงอธิบำยว่ำเทอร์โมสตัทคืออะไร จุดประสงค์คืออะไร

165 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. Bryan. (Mar 27, 2021). How Room Thermostats Work to Respond to Changes in Room Temperature, สืบค้นเมื่อ 27 กรกฎำคม 2566 จำก https://inspectapedia.com/heat/Thermostat_Temperature_Response.php 3. Schneider Electric. (October, 2009). Electric Duct Humidistat, Two-Position General Instructions. Schneider Electric All Rights Reserved, USA. 4. Roy J. Dossat. (1961). Principles of refrigeration. John Willey & Sons, Inc. New York and London Toppan Company, Ltd. Tokyo, Japan. 5. A.R.Trott, T.Welch. (2000). Refrigeration and Air-Conditioning. 3rd edition, Butter worth-Heinemann.

166 หน่วยที่6 สารท าความเย็นและการออกแบบท่อสารท าความเย็น (Refrigerants and refrigerant pipingdesign) วัตถุประสงค์ของหน่วยเรียน 1. บอกรำยกำรสำรท ำควำมเย็นต่ำงๆ ที่ใช้ก่อนเกิด CFCs ได้ 2. บอกรำยกำรสำรท ำควำมเย็น CFC ต่ำงๆ และผลต่อกำรท ำควำมเย็นได้ 3. ระบุปัญหำสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับกำรใช้ CFCs ได้ 4. ระบุกำรพัฒนำสำรท ำควำมเย็นหลังจำก Montreal protocol ได้ 5. อธิบำยผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของสำรท ำควำมเย็นได้ 6. อธิบำยควำมส ำคัญของกำรเลือกสำรท ำควำมเย็นได้ 7. แยกควำมแตกต่ำงระหว่ำงสำรท ำควำมเย็นหลักและรองได้ 8. บอกเกณฑ์ที่ใช้ในกำรเลือกสำรท ำควำมเย็นได้ 9. บอกสมบัติทำงอุณหพลศำสตร์และสิ่งแวดล้อมที่ส ำคัญที่มีอิทธิพลต่อกำรเลือกสำร ท ำควำมเย็นได้ 10. เขียนสูตรทำงเคมีของสำรท ำควำมเย็นจำกหมำยเลขได้ 11. ระบุวัสดุ อุปกรณ์ ที่เหมำะสมส ำหรับกำรติดตั้งท่อระบบ HVAC ได้ 12. บอกควำมจ ำเป็นในกำรขยำยท่อและกำรลดกำรสั่นสะเทือนได้ หน่วยที่ 6 นี้จะกล่ำวถึงรำยละเอียดของสำรท ำควำมเย็นและกำรออกแบบระบบท่อสำรท ำ ควำมเย็นซึ่งเป็นปัจจัยส ำคัญในกำรค ำนวณและออกแบบระบบ รวมถึงกำรเลือกใช้อุปกรณ์ดังที่ ได้กล่ำวไว้ในหน่วยที่ 5 เนื่องจำกสำรท ำควำมเย็นเป็นสำรตัวกลำงในระบบท ำควำมเย็นแบบอัด ไออยู่ในสถำนะของเหลว และก๊ำซ ตำมหน้ำที่ในอุปกรณ์ต่ำงๆ ของระบบ และผลจำกควำมดันใน อุปกรณ์นั้น ซึ่งก็ได้กล่ำวไว้ถึงในเนื้อหำวัฏจักรทำงอุณหพลศำสตร์และวัฏจักรแบบอัดไอไว้บ้ำง แล้วนั้น 6.1 บทน า สำรท ำควำมเย็นเป็นสื่อกลำงที่ท ำงำนทำงควำมร้อนในวัฏจักร เช่น ควำมร้อนจำกกำรอัด ของเครื่องอัดไอ กำรควบแน่น กำรขยำยตัวและกำรระเหยในระบบท ำควำมเย็น สำรท ำควำมเย็น จะดูดซับควำมร้อนจำกระบบด้ำนอุณหภูมิต ่ำและปล่อยทิ้งควำมร้อนที่ดูดซับในระบบที่อุณหภูมิ สูงกว่ำ [1] น ้ำแข็งจำกธรรมชำติและส่วนผสมของน ้ำกับเกลือเป็นสำรท ำควำมเย็นตัวแรก น ้ำและกรด ก ำมะถันถูกน ำมำใช้เป็นสำรท ำงำนในระบบท ำควำมเย็นกับเครื่องท ำควำมเย็นแบบอัดไอเครื่อง แรกที่ถูกสร้ำงขึ้น ในปี ค.ศ.1834 โดย Jacob Perkins ในปีเดียวกันนี้ อีเธอร์(Ether), แอมโมเนีย

167 (Ammonia), ซัลเฟอร์ไดออกไซด์(Sulphur dioxide), เมทิลคลอไรด์(Methyl chloride) และ คำร์บอนไดออกไซด์(Carbon dioxide) ถูกน ำมำใช้เป็นสำรท ำควำมเย็นในเครื่องท ำควำมเย็น ในวัฏจักรอัดไอ สำรท ำควำมเย็นในยุคแรกส่วนใหญ่ไม่ได้รับควำมสนใจ ด้วยเหตุผลด้ำนควำมปลอดภัยหรือ ขำดควำมเสถียรทำงเคมีหรือควำมร้อน สำรท ำควำมเย็นในช่วงของยุคแรกๆ ส่วนใหญ่จะติดไฟ ได้ หรือเป็นพิษ หรือทั้งสำมำรถติดไฟและเป็นพิษ ดังนั้นจึงเกิดอุบัติเหตุขึ้นอยู่เสมอ จนกระทั่งใน ปี ค.ศ.1926 Thomas Midgley ได้พัฒนำสำรท ำควำมเย็นที่ไม่ติดไฟ และเกือบไม่เป็นพิษหำกไม่ สูดดมโดยตรงหรือไม่สัมผัสกับเปลวไฟ ไม่กัดกร่อนและยังสำมำรถเข้ำกันได้ดีกับวัสดุอื่นๆ ใน ระบบ ปัจจุบันสำรท ำควำมเย็นชนิดใหม่ๆ จ ำนวนมำก รวมถึงสำรประกอบเฮโลคำร์บอน (Halocarbon) สำรประกอบไฮโดรคำร์บอน (Hydrocarbon) ถูกน ำมำใช้ส ำหรับเครื่องปรับอำกำศ และเครื่องท ำควำมเย็น ควำมเหมำะสมของสำรท ำควำมเย็นส ำหรับกำรใช้งำนจะถูกก ำหนดโดยคุณสมบัติทำง กำยภำพ อุณหพลศำสตร์เคมีและจำกปัจจัยในทำงปฏิบัติอื่นๆ ไม่มีสำรท ำควำมเย็นชนิดใดที่ สำมำรถใช้ได้กับกำรใช้งำนทุกประเภท นั่นคือ ไม่มีสำรท ำควำมเย็นในอุดมคติ 6.2 คุณสมบตัิที่พึงประสงค์ของสารท าความเย็นในอดุมคติ ดังที่ได้กล่ำวถึงข้ำงต้นว่ำ ไม่มีสำรท ำควำมเย็นในอุดมคติกล่ำวกันว่ำสำรท ำควำมเย็นที่ดี ต้องมีคุณสมบัติทั้งหมดดังต่อไปนี้ 1. จุดเดือดและจุดเยือกแข็งต ่ำ 2. ควำมดันและอุณหภูมิวิกฤตสูง 3. ควำมร้อนแฝงของกำรระเหยสูง 4. ควำมร้อนจ ำเพำะของของเหลวต ่ำและควำมร้อนจ ำเพำะของไอสูง 5. ปริมำตรไอระเหยจ ำเพำะต ่ำ 6. กำรน ำควำมร้อนสูง 7. ไม่กัดกร่อนโลหะ 8. ไม่ติดไฟและไม่ระเบิด 9. ปลอดสำรพิษ 10. รำคำถูก 11. พร้อมใช้งำนเสมอ 12. เป็นของเหลวได้ง่ำยที่ควำมดันและอุณหภูมิปำนกลำง 13. ง่ำยต่อกำรค้นหำรอยรั่วด้วยกลิ่นหรือตัวบ่งชี้ที่เหมำะสม 14. ผสมเข้ำกันกับน ้ำมัน 15. ค่ำสัมประสิทธิ์ของสมรรถนะสูง และ 16. เป็นมิตรกับโอโซน

168 กำรเปรียบเทียบมำตรฐำนของสำรท ำควำมเย็นที่ใช้ในอุตสำหกรรมเครื่องท ำควำมเย็น ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิกำรระเหยที่ -15ºC และอุณหภูมิควบแน่น 30ºC 6.3 การจ าแนกประเภทของสารท าความเย็น สำรท ำควำมเย็นอำจแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม คือ สำรท ำควำมเย็นหลักหรือปฐมภูมิและสำร ท ำควำมเย็นรอง สำรท ำควำมเย็นที่ท ำงำนร่วมในระบบท ำควำมเย็นโดยตรงเรียกว่ำสำรท ำควำม เย็นหลัก ในขณะที่สำรท ำควำมเย็นที่ถูกท ำให้เย็นลงโดยสำรท ำควำมเย็นหลักแล้วใช้เพื่อควำม เย็นเรียกว่ำสำรท ำควำมเย็นรอง สำรท ำควำมเย็นหลักแบ่งออกเป็นสี่กลุ่มต่อไปนี้ 1. สำรท ำควำมเย็นเฮโลคำร์บอน หรือสำรท ำควำมเย็นอินทรีย์ 2. สำรท ำควำมเย็นอะซิโอโทรป (Azeotrope) 3. สำรท ำควำมเย็นอนินทรีย์ และ 4. สำรท ำควำมเย็นไฮโดรคำร์บอน สำรท ำควำมเย็นที่กล่ำวถึงข้ำงต้นนี้จะได้กล่ำวถึงในรำยละเอียดในส่วนต่อไปนี้ 6.4 สารท าความเย็นฮาโล-คาร์บอน (Halo-carbonrefrigerants) สมำคมวิศวกรกำรท ำควำมร้อน กำรท ำควำมเย็นและกำรปรับอำกำศแห่งสหรัฐอเมริกำ หรือ American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers ( ASHRAE) ระบุสำรประกอบคำร์บอน 42 ชนิดเป็นสำรท ำควำมเย็น แต่มีเพียงไม่กี่รำยกำรเท่ำนั้นที่เป็นสำร ท ำควำมเย็นฮำโลคำร์บอนที่ใช้กันทั่วไป ดังตำรำงที่ 6.1 สำรประกอบฮำโลคำร์บอนทั้งหมดผลิตขึ้นโดยกำรสังเครำะห์และได้รับกำรพัฒนำเป็นสำร ท ำควำมเย็นตระกูลฟรีออน (Freon) โดยฟรีออนเป็นเครื่องหมำยกำรค้ำจดทะเบียนของ E.I. Du Pont de Nemours and Co., America สำรท ำควำมเย็นฮำโลคำร์บอนส่วนใหญ่มีจ ำหน่ำย จำกผู้ผลิตรำยอื่นภำยใต้ชื่อทำงกำรค้ำต่ำงๆ เช่น Genetron, lsotron เป็นต้น สำรท ำควำมเย็น ฮำโลคำร์บอนตัวแรก เช่น R-12 ได้รับกำรพัฒนำในปีค.ศ. 1930 โดย Thomas Midgley สำร ท ำควำมเย็นต่ำงๆ ที่กล่ำวถึงข้ำงต้นมีรำยละเอียดดังต่อไปนี้: 1. R-11, Trichloro-monofluoro-methane (CCl3F) เป็นผลิตภัณฑ์เคมีสังเครำะห์ที่สำมำรถ ใช้เป็นสำรท ำควำมเย็นได้สำรท ำควำมเย็นนี้มีควำมเสถียร ไม่ติดไฟและไม่เป็นพิษ เป็นสำร ท ำควำมเย็นแรงดันต ่ำ มีแรงดันด้ำนต ่ำ 0.202 บำร์ที่ -15ºC และแรงดันด้ำนสูง 1.2606 บำร์ที่ 30ºC ควำมร้อนแฝง 195 kJ/kg ที่อุณหภูมิ15ºC จุดเดือด 23.77ºC ที่ควำมดันบรรยำกำศ สำร ท ำควำมเย็นนี้จึงใช้เฉพำะในระบบเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงขนำดใหญ่ 200 TR ขึ้นไป กำร ตรวจพบกำรรั่วไหลโดยใช้สำรละลำยสบู่ ตะเกียงตรวจรั่ว (Halide gas torch) หรือโดยใช้เครื่อง ตรวจจับอิเล็กทรอนิกส์ดังรูป 6.1

169 ตารางที่6.1 สำรท ำควำมเย็นฮำโลคำร์บอนที่ใช้กันทั่วไป [1] ชนิดของสาร ท าความเย็น ชื่อทางเคมี สูตรทางเคมี R-11 R-12 R-13 R-14 R-21 R-22 R-30 R-40 R-100 R-113 R-114 R-115 R-123 R-124 R-134a R-152a Trichloro-monofluoro-methane Dichloro-difluoro-methane Monocblorc-trifluore-methane Carbontetrafluoride Dicbloro-monofluoro-methane Monochloro-difluoro-methane Methylene chloride Methyl chloride Ethyl chloride Trichloro-trifluoro-ethane Dichloro-tetrafluoro-ethane Monochloro-pentaflooro-ethane Dichloro-trifluoro-ethane Monochloro-tetrafluoro-ethane Tetratluoro-ethane Difluoro-ethane CCl3F CCl2F2 CClF3 CF4 CHCl2F CHClF2 CH2Cl2 CH3Cl C2H5Cl CCl2FCClF2 หรือ C2Cl3F3 CClF2CCLF2 หรือ C2Cl2F4 CClF2CF2 หรือ C2ClF5 CF3CHCl2 CF3CHClF CF3CH2F CH3CHF2 (a) (b) รูปที่ 6.1 เครื่องตรวจรั่ว (a) ตะเกียงตรวจรั่ว (b) อิเล็กทรอนิกส์ (ภำพจำกผู้เขียน)

170 R-11 มักใช้โดยช่ำงเทคนิค ใช้เป็นตัวล้ำงท ำควำมสะอำดชิ้นส่วนภำยในของเครื่องอัดไอ เมื่อท ำกำรซ่อมใหญ่ (Overhaul) ระบบ หลังจำกที่ระบบมีกำรเปลี่ยนมอเตอร์ที่ไหม้ออกหรือ หลังจำกที่ระบบมีควำมชื้นมำก โดยกำรล้ำงควำมชื้นออกจำกระบบด้วย R-11 และสีส้มจะถูก เป็นรหัสสีถังสำรท ำควำมเย็น ดังรูปที่ 6.2 รูปที่ 6.2 ถังสำรท ำควำมเย็น R-11 (ภำพจำกผู้เขียน) 2. R-12, Dichloro-difluoro-methane (CCl2F2 ) เป็ นสำรท ำควำมเย็นที่ได้รับควำมนิยม อย่ำงมำก ไม่มีสีเป็นของเหลวเกือบไม่มีกลิ่น มีจุดเดือด -29ºC ที่ควำมดันบรรยำกำศ ไม่เป็น พิษ ไม่กัดกร่อน ไม่ระคำยเคืองและไม่ติดไฟ ค่ำควำมร้อนแฝงค่อนข้ำงต ่ำซึ่งเหมำะสมกับเครื่อง ท ำควำมเย็นขนำดเล็ก สำรท ำควำมเย็นนี้ใช้ในงำนอุตสำหกรรมและเครื่องท ำควำมเย็นเชิง พำณิชย์หลำยประเภท เช่น ตู้เย็น ตู้แช่แข็ง เครื่องท ำน ้ำเย็น เครื่องปรับอำกำศในห้องและแบบ หน้ำต่ำง เป็นต้น กำรใช้งำนหลักกับเครื่องอัดไอแบบลูกสูบและโรตำรี่แต่กำรใช้งำนในเครื่องอัด ไอแบบแรงเหวี่ยงส ำหรับเครื่องปรับอำกำศเชิงพำณิชย์ขนำดใหญ่ก็มีใช้อยู่บ้ำง R-12 มีแรงดัน 0.82 บำร์ที่ -15ºC และแรงดัน 6.4 บำร์ที่ 30ºC ควำมร้อนแฝง 159 kJ/kg ที่อุณหภูมิ15ºC กำรรั่วไหลตรวจด้วยสำรละลำยสบู่ ตะเกียงตรวจรั่ว (Halide gas torch) หรือโดยใช้เครื่องตรวจจับอิเล็กทรอนิกส์R-12 สำมำรถละลำยในน ้ำได้เพียงเล็กน้อย สำรละลำย ที่เกิดขึ้นมีฤทธิ์กัดกร่อนเล็กน้อยต่อโลหะที่ใช้ในกำรสร้ำงตู้เย็น กำรเติมน ้ำมันแร่ (Mineral oil) ลงในสำรท ำควำมเย็นท ำให้ไม่มีผลต่อกำรกัดกร่อน ปริมำณควำมชื้นใน R-12 มีวิกฤตอันตรำยมำกกว่ำเมื่อเทียบกับ R-22 และ R-502 และ สำมำรถละลำยผสมกับในน ้ำมันได้ถึง -68ºC น ้ำมันจะเริ่มแยกที่อุณหภูมินี้และเนื่องจำกควำม เบำกว่ำสำรท ำควำมเย็น น ้ำมันจึงลอยอยู่บนพื้นผิวของสำรท ำควำมเย็นเหลว ถังเก็บสำร ท ำควำมเย็นมีให้เลือกหลำยขนำดและรหัสสีถังเป็นสีขำว ดังรูปที่ 6.3 3. R-13, Monochloro·trifluoro-methane (CClF3 ) มีอุณหภูมิเดือด -81.4ºC ที่ควำมดัน บรรยำกำศและอุณหภูมิวิกฤต 28.8ºC สำรท ำควำมเย็นนี้ใช้ส ำหรับด้ำนอุณหภูมิต ่ำของระบบ cascade เหมำะส ำหรับเครื่องอัดไอแบบลูกสูบ

171 รูปที่ 6.3 ถังสำรท ำควำมเย็น R-12 (ภำพจำกผู้เขียน) 4. R-14, Carbontetrafluoride (CF4 ) มีอุณหภูมิเดือด -128ºC ที่ควำมดันบรรยำกำศและ อุณหภูมิวิกฤต -45.5ºC ท ำหน้ำที่เป็นสำรท ำควำมเย็นอุณหภูมิต ่ำพิเศษส ำหรับใช้ในระบบ คำสเคด (Cascade system) 5. R-21, Dichloro-monojluoro-methane (CHCl2F) มี อุ ณ ห ภู มิ เดื อ ด 9ºC ที่ แ รงดัน บรรยำกำศ พบว่ำกำรใช้งำนหลักในระบบเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงส ำหรับควำมต้องกำรเครื่อง ท ำควำมเย็นที่อุณหภูมิสูง 6. R-22, Monochloro-difluoro-methane (CHClF2 ) เป็นสำรท ำควำมเย็นที่มนุษย์สร้ำงขึ้น ส ำหรับกำรติดตั้งเครื่องท ำควำมเย็นที่ต้องกำรอุณหภูมิกำรระเหยต ่ำ เช่น เครื่องแช่แข็งที่รวดเร็ว ซึ่งต้องกำรอุณหภูมิ-29ºC ถึง -40ºC นอกจำกนี้ยังใช้ในเครื่องปรับอำกำศและในตู้เย็นใน ครัวเรือน และใช้กับเครื่องอัดไอแบบลูกสูบและแบบแรงเหวี่ยง จ ำเป็นต้องใช้R-22 ที่ควำมดันต ่ำ กว่ำบรรยำกำศเพื่อให้ได้อุณหภูมิต ่ำ จุดเดือดของ R-22 คือ -41ºC ที่ควำมดันบรรยำกำศ ค่ำควำมร้อนแฝง 216.5 kJ/kg ที่ -15ºC เฮดควำมดันปกติ10.88 บำร์ที่ 30ºC สำรท ำควำมเย็นมีควำมเสถียรและไม่เป็นพิษ ไม่ ติดไฟ R-22 ผสมกับน ้ำได้ดีกว่ำ R-12 ดังนั้นจึงควรใช้ตัวท ำแห้ง (สำรดูดควำมชื้น) เพื่อขจัด ควำมชื้นส่วนใหญ่เพื่อให้มีน ้ำน้อยที่สุด สำรท ำควำมเย็นนี้มีควำมสำมำรถในกำรละลำยได้ดีใน น ้ำมันจนถึง -9ºC อย่ำงไรก็ตำม น ้ำมันยังคงเป็นเหลวที่จะไหลในท่อด้ำนดูดที่อุณหภูมิต ่ำถึง -40ºC น ้ำมันจะเริ่มแยกออกจำกกัน ณ จุดนี้ เนื่องจำกน ้ำมันมีน ้ำหนักเบำ ดังนั้นน ้ำมันจะรวมกันบนผิวของสำรท ำควำมเย็นเหลว ส่วน วิธีกำรตรวจพบกำรรั่วไหลจะใช้สำรละลำยสบู่ ตะเกียงตรวจรั่ว (Halide gas torch) หรือโดยใช้ เครื่องตรวจจับอิเล็กทรอนิกส์สีเขียวเป็นรหัสสีถังส ำหรับ R-22 ดังรูปที่ 6.4

172 รูปที่6.4 ถังสำรท ำควำมเย็น R-22 สีเขียว (ภำพจำกผู้เขียน) 7. R-30, Methylene chloride (CH2Cl2 ) มีควำมใส ไม่มีกลิ่น ไม่ระคำยเคือง กลิ่นคล้ำยกับ คลอโรฟอร์ม มีจุดเดือด 39.8ºC ที่ควำมดันบรรยำกำศ ไม่ติดไฟ ไม่ระเบิด และไม่เป็นพิษ เนื่องจำกมีจุดเดือดสูง สำรท ำควำมเย็นนี้อำจเก็บไว้ในกระป๋องปิดแทนในถังแก๊สอัด เนื่องจำก ปริมำตรไอที่สภำวะกำรดูดสูงมำกดังนั้นกำรใช้R-30 จึงจ ำกัดเฉพำะเครื่องอัดไอแบบโรตำรี่หรือ แบบแรงเหวี่ยง สำรท ำควำมเย็นนี้ถูกใช้อย่ำงกว้ำงขวำงส ำหรับเครื่องปรับอำกำศของโรง ภำพยนต์ หอประชุมและอำคำรส ำนักงำน ในปัจจุบันสำรท ำควำมเย็น R-11 ถูกใช้แทน R-30 เพื่อตรวจจับกำรรั่วไหลของระบบที่ใช้R-30 ควำมดันจะต้องเพิ่มขึ้นให้สูงกว่ำควำมดัน บรรยำกำศ ใช้ตะเกียงตรวจรั่วส ำหรับตรวจจับกำรรั่วไหล 8. R-40, Methyl-chloride (CH3Cl) เป็นของเหลวเจือจำงไม่มีสีไม่มีกลิ่นที่ระคำยเคือง จุด เดือด -23.7ºC ที่ควำมดันบรรยำกำศ และควำมดันเครื่องควบแน่นปกติ5 ถึง 6.8 บำร์ควำม ร้อนแฝงของกำรระเหย 423.5 kJ/kg ที่อุณหภูมิ15ºC สำรท ำควำมเย็นนี้ติดไฟและระเบิดได้เมื่อ ผสมกับอำกำศที่มีควำมเข้มข้นตั้งแต่ 8.1 ถึง 17.2 เปอร์เซ็นต์สำรท ำควำมเย็นสถำนะบริสุทธิ์ จะไม่กัดกร่อน แต่จะกลำยเป็นสำรกัดกร่อนเมื่อมีควำมชื้น ไม่ควรใช้อลูมิเนียม สังกะสีและ แมกนีเซียมอัลลอยด์เนื่องจำกจะกัดกร่อนอย่ำงมำกและก่อให้เกิดมลพิษต่อน ้ำมันหล่อลื่น เนื่องจำกสำรท ำควำมเย็น R-40 เป็นตัวท ำละลำยส ำหรับวัสดุหลำยชนิดที่ใช้ในเครื่องอัดไอ ท ำควำมเย็นทั่วไป ดังนั้นจึงไม่ควรใช้ยำงและปะเก็นที่เป็นยำง อย่ำงไรก็ตำมยำงสังเครำะห์ไม่ได้ รับผลกระทบจำก R-40 ดังนั้นจึงควรใช้ปะเก็นโลหะหรือใยหินที่มีสำรยึดเกำะที่ไม่ละลำยน ้ำ ส่วน น ้ำมันแร่จะละลำยในสำรท ำควำมเย็นนี้ได้ในระดับเล็กน้อย สำรท ำควำมเย็นนี้ถูกใช้ในระบบของเครื่องอัดไอแบบลูกสูบและแบบโรตำรี่และในระบบ ท ำควำมเย็นเชิงพำณิชย์ที่มีเครื่องอัดไอแบบลูกสูบที่มีวิสัยสำมำรถประมำณ 10 TR กำรรั่วไหล ของ R-40 อำจตรวจพบได้โดยสำรละลำยสบู่หรือเครื่องตรวจจับกำรรั่วไหลอิเล็กทรอนิกส์

173 9. R-100, Ethyl chloride (C2H5Cl) เป็ นของเหลวไม่มีสีและมีควำมคล้ำยคลึงกับ R-40 (เมทิลคลอไรด์) ในหลำยๆ ด้ำน แต่มีแรงดันในกำรท ำงำนต ่ำกว่ำ มีจุดเดือด 13.1ºC ที่ควำมดัน บรรยำกำศ เป็นสำรที่มีพิษและไวไฟ และเนื่องจำกแรงดันใช้งำนต ่ำจึงไม่ถูกใช้ในระบบท ำควำมเย็น 10. R-113, Trichloro-trifluoro-ethane (CCl2FCClF2 หรือ C2Cl3F3 ) มีจุดเดือด 47.6ºC ที่ ควำมดันบรรยำกำศ ใช้ในเครื่องปรับอำกำศเชิงพำณิชย์และอุตสำหกรรมที่ใช้เครื่องอัดไอแบบ แรงเหวี่ยง เนื่องจำกสำรท ำควำมเย็นนี้มีข้อได้เปรียบในกำรคงควำมเป็นของเหลวไว้ที่อุณหภูมิ และควำมดันในห้อง ดังนั้นจึงสำมำรถพกพำในกระป๋ องที่ปิดสนิทแทนที่จะเป็นถังทรงกระบอก 11. R-114, Dichloro-tetrafluoro-ethane (CClF2CClF2 หรือ C2Cl2F) มีจุดเดือด 3.6ºC ที่ ควำมดันบรรยำกำศ อุณหภูมิระเหยตัว -15ºC ที่ควำมดัน 0.54 บำร์และควบแน่นที่ 30ºC ที่ ควำมดัน 1.5 บำร์ควำมร้อนแฝงของกำรระเหย 143 kJ/kg ที่ -15ºC สำรท ำควำมเย็นนี้จะไม่ ระเบิดและไม่กัดกร่อนแม้ในที่ที่มีน ้ำ ใช้ในระบบท ำควำมเย็นในครัวเรือนที่ใช้พลังงำนไม่มำก เช่น เครื่องท ำน ้ำเย็น (น ้ำดื่ม) ที่ใช้เครื่องอัดไอชนิดใบพัด Vane rotary 12. R-123, Dichloro- trifluoro-ethane (CF3CHCl2 ) เป็นสิ่งทดแทน R-11 มีจุดเดือดสูงกว่ำ R-11 ประมำณ 4.3ºC ดังนั้นจึงลดแรงดันให้ต ่ำกว่ำ R-11 ท ำให้ปริมำณไอระเหยดูดมำกขึ้น ส่งผล ให้วิสัยสำมำรถลดลง 10 ถึง 15% หำกใช้กับเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงของ R-11 ที่มีอยู่เดิม 13. R-134a, Tetrafluoro-ethane (CF3CH2F) เป็ นสำรทดแทนส ำหรับสำรท ำควำมเย็น R-12 สำรท ำควำมเย็น R-134a มีจุดเดือด -26.15ºC ซึ่งใกล้เคียงกับจุดเดือดของ R-12 ซึ่งก็คือ -29ºC (ที่ควำมดันบรรยำกำศ) เนื่องจำกสำรท ำควำมเย็น R-134a ไม่มีอะตอมของคลอรีน ดังนั้น สำรท ำควำมเย็นนี้จึงมีศักยภำพในกำรท ำลำยโอโซน (Ozone หรือ O3 เป็นก๊ำซที่ถือก ำเนิด ขึ้นมำโดยธรรมชำติ ซึ่งจะได้กล่ำวถึงต่อไป) ของชั้นบรรยำกำศ (ชั้นสตรำโตสเฟียร์) และมี ศักยภำพในกำรท ำให้เกิดภำวะโลกร้อน (GWP หรือ Global Warming Potential) น้อยกว่ำ 74% เมื่อเทียบกับ R-12 ระบบที่ใช้R-134a จะมีแรงดันดูดต ่ำกว่ำและปริมำณไอดูดสูงกว่ำสำร ท ำควำมเย็นนี้ไม่ละลำยในน ้ำมันแร่ ดังนั้น ส ำหรับตู้เย็นในครัวเรือน (รวมถึงเครื่องท ำ สุญญำกำศ) จะต้องใช้น ้ำมันสังเครำะห์(ที่มีโพลีสเตอร์เป็นหลัก) ที่เหมำะสม และต้องระมัดระวัง ไม่ให้ควำมชื้นเข้ำสู่ระบบท ำควำมเย็น ปัจจุบันใช้กันอย่ำงแพร่หลำยในเครื่องปรับอำกำศรถยนต์ แต่หำกจะใช้สำรท ำควำมเย็นนี้ในเครื่องอัดไอแบบลูกสูบ R-12 ที่มีอยู่เดิมจะต้องเพิ่มควำมเร็ว เครื่องอัดไอขึ้นโดยเฉลี่ย 5 ถึง 8% หรือเพิ่มปริมำตรกระบอกสูบขึ้น เนื่องจำกโมเลกุลของ R-134a มีขนำดเล็กกว่ำ R-12 ดังนั้นจึงใช้เครื่องตรวจจับกำรรั่วไหลที่ละเอียดอ่อนมำกเพื่อ ตรวจจับกำรรั่วไหล รหัสสีถังส ำหรับ R-134a เป็นสีฟ้ำ ดังรูปที่ 6.5 14. R-152a, Difluoro-ethane (CH3CHF2 ) R-152a มีลักษณะคล้ำยกับ R134a แต่ R-152a มีสุญญำกำศเล็กน้อยในเครื่องระเหยที่ -25ºC และอุณหภูมิกำรคำยประจุสูงกว่ำเนื่องจำก อัตรำส่วนควำมร้อนจ ำเพำะสูง

174 รูปที่ 6.5 ถังสำรท ำควำมเย็น R-134a (ภำพจำกผู้เขียน) 6.5 สารท าความเย็น Azeotrope(Azeotrope Refrigerants) ค ำว่ำ ‘azeotrope’ หมำยถึงส่วนผสมที่เสถียรของสำรท ำควำมเย็นที่มีสถำนะไอและ ของเหลวยังคงมีองค์ประกอบที่เหมือนกันในช่วงอุณหภูมิที่หลำกหลำย อย่ำงไรก็ตำมส่วนผสม เหล่ำนี้มักจะมีสมบัติที่แตกต่ำงกันตำมส่วนประกอบนั้น ดังตำรำง 6.2 ตารางที่6.2 สำรท ำควำมเย็น Azeotrope [1] หมายเลข สารท าความเย็น ส่วนผสมของ Azeotropic ชื่อทางเคมี สารท าความเย็น R-500 73.8% R-12 กับ 26.2% R-152 CCl2F2 / CH3CHF2 R-502 48.8% R-22 กับ 51.2% R-115 CHClF2 / CClF2CF3 R-503 40.1% R-23 กับ 59.9% R-13 CHF3 / CClF3 R-504 48.2% R-32 กับ 51.8% R-115 CH2F2 / CClF2CF รำยละเอียดของสำรท ำควำมเย็นเหล่ำดังกล่ำวข้ำงต้นมีรำยละเอียดดังต่อไปนี้ 1. R-500 เป็น ส่วนผ สม ข อง azeotropic ของ R-12 (CCl2F2 ) 73.8% และ R-152 (CH3CHF2 ) 26.2% สำรท ำควำมเย็นนี้ไม่ติดไฟ มีควำมเป็นพิษต ่ำ และไม่กัดกร่อน ใช้ในงำน อุตสำหกรรมและเชิงพำณิชย์แต่เฉพำะในระบบที่มีเครื่องอัดไอแบบลูกสูบ มีเส้นโค้งอุณหภูมิ ควำมดันไอค่อนข้ำงคงที่ซึ่งแตกต่ำงจำกเส้นโค้งกำรระเหยของ R-152a หรือ R-12 สำรท ำควำมเย็นนี้มีควำมสำมำรถในกำรท ำควำมเย็นมำกกว่ำ R-12 ประมำณ 20% ส ำหรับ มอเตอร์ขนำดเดียวกันเมื่อใช้เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน ควำมดันระเหยของอยู่ที่ 1.37 บำร์ อุณหภูมิ -15ºC และควำมดันควบแน่น 7.78 บำร์อุณหภูมิ30ºC มีจุดเดือด -33ºC ที่ควำมดัน บรรยำกำศ ควำมร้อนแฝง 192 kJ/kg ที่อุณหภูมิ15ºC สำมำรถน ำมำใช้งำนเมื่อต้องกำรวิสัย สำมำรถที่สูงกว่ำ R-12 นอกจำกนี้ควำมสำมำรถในกำรละลำยน ้ำใน R-500 ยังมีค่ำที่สูงกว่ำ

175 และมีควำมสำมำรถในกำรละลำยน ้ำมันได้ค่อนข้ำงสูง อำจตรวจพบกำรรั่วไหลโดยใช้สำรละลำย สบู่ ตะเกียงตรวจรั่ว เครื่องตรวจจับกำรรั่วไหลอิเล็กทรอนิกส์หรือสำรติดตำมสี กำรให้บริกำรเครื่องท ำควำมเย็นที่ใช้สำรท ำควำมเย็น R-500 นี้ไม่มีปัญหำใดๆ ที่ซับซ้อน น ้ำค่อนข้ำงละลำยได้ในสำรท ำควำมเย็นนี้ดังนั้นต้องเอำควำมชื้นออกจำกระบบโดยกำรดึงน ้ำ ออกและโดยใช้ตัวท ำแห้ง หรือดรำยเออร์ด้วย ถังเก็บสำรท ำควำมเย็นนี้จะใช้สีเหลืองเป็น สัญลักษณ์ดังรูปที่6.6 รูปที่ 6.6 ถังสำรท ำควำมเย็น R-500 สีเหลือง (ภำพจำกผู้เขียน) 2. R-502เป็นส่วนผสมของ R-22 (CHClF2 ) 48.8% กับ R-115 (CClF2CF3 ) 51.2% สำร ท ำควำมเย็นนี้เป็นของเหลวที่ไม่ติดไฟ ไม่กัดกร่อนและไม่เป็นพิษ เป็นสำรท ำควำมเย็นส ำหรับ ระบบที่ต้องท ำอุณหภูมิปำนกลำงและต ่ำได้เหมำะส ำหรับที่อุณหภูมิท ำควำมเย็นที่ต้องกำรช่วง 18ºC ถึง -51ºC ซึ่งมักจะใช้ในตู้แช่แข็ง กระบวนกำรแปรรูปอำหำรแช่แข็ง ห้องเก็บอำหำรแช่ แข็งและไอศกรีม สำรท ำควำมเย็นนี้ใช้เฉพำะเครื่องอัดไอแบบลูกสูบเท่ำนั้น สำรท ำควำมเย็นมี อุณหภูมิจุดเดือด -46ºC ที่ควำมดันบรรยำกำศ ควำมดันระเหย 2.48 บำร์ที่ -15ºC และควำมดัน ควบแน่น 12.06 บำร์ที่30ºC ควำมร้อนแฝง 168.6 kJ/kg ที่ -29ºC R-502 รวมคุณสมบัติที่ดีหลำยอย่ำงของ R-12 และ R-22 ให้ควำมสำมำรถในกำรแปรรูป เท่ำกับ R-22 โดยมีอุณหภูมิกำรควบแน่นของระบบโดยใช้R-11 เนื่องจำกสำรท ำควำมเย็นนี้มี ควำมดันและอุณหภูมิควบแน่นค่อนข้ำงต ่ำ สำรท ำควำมเย็นให้วิสัยสำมำรถของเครื่องเท่ำกับ R-22 พร้อมด้วยอุณหภูมิกำรควบแน่นของระบบเช่นเดียวกับ R-12 เนื่องจำกสำรท ำควำมเย็นนี้ มีควำมดันและอุณหภูมิควบแน่นค่อนข้ำงต ่ำ ดังนั้นจึงเพิ่มอำยุกำรใช้งำนของวำล์วเครื่องอัดไอ และชิ้นส่วนอื่นๆ เป็นไปได้ที่กำรหล่อลื่นจะดีด้วยเนื่องจำกควำมหนืดที่เพิ่มขึ้นของน ้ำมัน เนื่องจำกอุณหภูมิควบแน่นต ่ำนี้ สำรท ำควำมเย็นนี้มีคุณสมบัติทั้งหมดที่พบในสำรท ำควำมเย็นฮำโลเจน (ฟลูออโรคำร์บอน) อื่นๆ คือ ไม่เป็นพิษ ไม่ติดไฟ ไม่ระคำยเคือง มีควำมเสถียรและไม่กัดกร่อน กำรตรวจรั่วไหล อำจตรวจพบได้โดยสำรละลำยสบู่ ตะเกียงตรวจรั่ว หรือเครื่องตรวจจับกำรรั่วไหลอิเล็กทรอนิกส์

176 เก็บควำมชื้นได้สูงมำกกว่ำ R-12 ถึง 1.5 เท่ำที่ 180ºC มีควำมสำมำรถในกำรละลำยน ้ำมันได้ที่ อุณหภูมิสูงกว่ำ 82ºC ถ้ำต ่ำกว่ำอุณหภูมินี้น ้ำมันพยำยำมจะแยกออกจำกสำรท ำควำมเย็น และ มีแนวโน้มที่จะสะสมบนพื้นผิวของสำรท ำควำมเย็นเหลว อย่ำงไรก็ตำมน ้ำมันจะถูกพำกลับมำที่ เครื่องอัดไอที่อุณหภูมิต ่ำกว่ำ -40ºC รหัสสีของถังบรรจุสำรท ำควำมเย็นนี้คือสีดอกกล้วยไม้หรือ ม่วงอ่อน ดังรูปที่6.7 3. R-503 เป็นส่วนผสมของ R-23 (CHF3 ) 40.1% และ R-13 (CClF3 ) 59.9% เป็นสำรท ำ ควำมเย็นที่ไม่ติดไฟ ไม่กัดกร่อนและไม่เป็นพิษ อุณหภูมิเดือด -88ºC ที่ควำมดันบรรยำกำศ ซึ่ง ต ่ำกว่ำ R-23 หรือ R-13 ควำมดันระเหย 17.15 บำร์ที่ -15ºC อุณหภูมิวิกฤต 20ºC และควำม ดันวิกฤต 41.15 บำร์จึงเป็นสำรท ำควำมเย็นอุณหภูมิต ่ำและเหมำะส ำหรับใช้ในสถำนะด้ำนต ่ำ ของระบบคำสเคด (Cascade system) ซึ่งต้องกำรอุณหภูมิในช่วง -73ºC ถึง -87ºC ควำมร้อน แฝงของกำรระเหย 173 kJ/kg ที่ควำมดันบรรยำกำศ กำรตรวจพบกำรรั่วไหลของ R-503 ด้วยสำรละลำยสบู่ไฟ ตะเกียงตรวจรั่ว หรือเครื่อง ตรวจจับกำรรั่วไหลอิเล็กทรอนิกส์สำรท ำควำมเย็นนี้จะเก็บควำมชื้นได้มำกกว่ำสำรท ำควำมเย็น อุณหภูมิต ่ำอื่นๆ กำรใช้งำนที่อุณหภูมิต ่ำทั้งหมดต้องมีควำมแห้งสูงมำก เนื่องจำกควำมชื้นที่มีใน สำรท ำควำมเย็นมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นน ้ำแข็งที่อุปกรณ์ควบคุมสำรท ำควำมเย็น ที่อุณหภูมิต ่ำ น ้ำมันจะไหลเวียนได้ไม่ดีส ำหรับรหัสสีถัง R-503 จะเป็นสีฟ้ำน ้ำทะเล (Aquamarine) รูปที่ 6.7 ถังสำรท ำควำมเย็น R-502 สีกล้วยไม้(ภำพจำกผู้เขียน) 4. R-504 เป็นส่วนผสมของ R-32 (CH2F2 ) 48.2% กับ R-115 (CClF2CF3 ) 51.8% เป็นสำร ท ำควำมเย็นไม่ติดไฟ ไม่กัดกร่อน และไม่เป็นพิษ อุณหภูมิเดือด -57ºC ที่ควำมดันบรรยำกำศ ควำมดันระเหย 5.88 บำร์ที่ -15ºC และควำมดันวิกฤต 48 บำร์เช่นเดียวกับสำรท ำควำมเย็น อุณหภูมิต ่ำอื่นๆ ทั้งหมดอำจประสบปัญหำบำงอย่ำงกับกำรไหลเวียนของน ้ำมันจึงแก้ปัญหำด้วย กำรเติม R-170 (อีเทน) 2-5% น ้ำมันจะถูกน ำเข้ำสู่สำรละลำยด้วยสำรท ำควำมเย็นและจะ ไหลเวียนผ่ำนระบบได้

177 กำรรั่วของสำรท ำควำมเย็น R-504 ตรวจพบได้ง่ำยโดยใช้สำรละลำยสบู่ ตะเกียงตรวจรั่ว หรือเครื่องตรวจจับกำรรั่วไหลอิเล็กทรอนิกส์สำรท ำควำมเย็นนี้ใช้ในกระบวนกำรทำง อุตสำหกรรมที่ต้องกำรช่วงอุณหภูมิต ่ำ -40ºC ถึง -62ºC รหัสสีถังส ำหรับ R-504 เป็นสีแทน (Tan) หรือสีน ้ำตำลอมเหลือง 6.6 สารท าความเย็นอนินทรีย์(Inorganic refrigerants) สำรท ำควำมเย็นอนินทรีย์ถูกน ำมำใช้ก่อนที่จะมีสำรท ำควำมเย็นเฮโลคำร์บอน สำรท ำควำม เย็นเหล่ำนี้ยังคงใช้งำนอยู่เนื่องจำกคุณสมบัติทำงอุณหพลศำสตร์และทำงกำยภำพโดยธรรมชำติ สำรท ำควำมเย็นอนินทรีย์ต่ำงๆ ที่มีใช้งำนดังตำรำง 6.3 สำรท ำควำมเย็นในตำรำงนี้ มี รำยละเอียดดังต่อไปนี้ 1. R-717 (Ammonia)ได้แก่ แอมโมเนีย (NH3 ) เป็นหนึ่งในสำรท ำควำมเย็นที่เก่ำแก่ที่สุด และใช้แพร่หลำยที่สุด กำรใช้งำนสำรท ำควำมเย็นนี้ ใช้กับระบบขนำดใหญ่เชิงพำณิชย์และกับ ระบบที่ใช้เครื่องอัดไอแบบลูกสูบ นอกจำกนี้ยังใช้กันอย่ำงแพร่หลำยในระบบดูดกลืน (Absorption systems) เป็นสำรท ำควำมเย็นสำรประกอบทำงเคมีของไนโตรเจนและไฮโดรเจน และภำยใต้สภำวะปกติเป็นก๊ำซที่ไม่มีสีจุดเดือด -33.3ºC ที่ควำมดันบรรยำกำศ และจุด หลอมเหลว -78ºC จุดเดือดต ่ำท ำให้สำมำรถแช่เย็นที่อุณหภูมิต ่ำกว่ำ 0ºC โดยเครื่องระเหยไม่ ต้องใช้ควำมดันต ่ำกว่ำบรรยำกำศ ควำมร้อนแฝงของกำรระเหย 1,315 kJ/kg ที่ -15ºC ดังนั้น จึง เป็นไปได้ว่ำผลกระทบจำกกำรท ำควำมเย็น หรือ Refrigerating Effects (R.E) ในระบบขนำด ใหญ่ที่จะเกิดจำกเครื่องจักรขนำดเล็ก คือ ระบบท ำควำมเย็นขนำดเล็กสำมำรถสร้ำง R.E ได้สูง เช่นเดียวกับระบบใหญ่ๆ แรงดันเครื่องควบแน่น 10.78 บำร์ที่30ºC ส ำหรับ R-117 มักจะเป็น แบบระบำยควำมร้อนด้วยน ้ำ สำรท ำควำมเย็น R-117 เป็นก๊ำซพิษถ้ำสูดดมในปริมำณมำก หำกปริมำณที่น้อยจะ ระคำยเคืองต่อดวงตำ จมูกและคอ สำรท ำควำมเย็นนี้จะติดไฟและถ้ำผสมกับอำกำศในอัตรำส่วน 25% ของก๊ำซโดยปริมำตร จะก่อตัวเป็นส่วนผสมที่ระเบิดได้กำรรั่วไหลของสำรท ำควำมเย็นนี้ อำจตรวจพบได้อย่ำงรวดเร็วและง่ำยโดยกำรใช้เทียนก ำมะถันหำกเทียนเผำไหม้ในพื้นที่ที่มี แอมโมเนียรั่วไหลจะเกิดควันสีขำวของแอมโมเนียมซัลไฟต์ขึ้น ในที่ที่มีควำมชื้นเล็กน้อย สำร ท ำควำมเย็นจะกัดกร่อนทองแดงและบรอนซ์แต่ไม่กัดกร่อนเหล็กหรือเหล็กกล้ำ เนื่องจำกสำรท ำควำมเย็น R-717 มีน ้ำหนักเบำกว่ำน ้ำมัน ดังนั้น กำรแยกจึงไม่เป็น ปัญหำใดๆ น ้ำมันส่วนเกินในเครื่องระเหยอำจถูกถ่ำยออกโดยกำรเปิดวำล์วที่ด้ำนล่ำงของเครื่อง ระเหย สำรท ำควำมเย็นนี้ใช้ในเครื่องอัดไอขนำดใหญ่แบบลูกสูบ และใช้ในระบบดูดกลืน กำรใช้ สำรท ำควำมเย็นนี้พบได้อย่ำงกว้ำงขวำงในห้องเย็น คลังสินค้ำ กำรผลิตไอศกรีม กำรผลิตน ้ำแข็ง กำรผลิตเบียร์ห้องแช่แข็งอำหำร ฯลฯ 2. R-729 (Air) อำกำศแห้งใช้เป็นสำรท ำควำมเย็นก๊ำซในระบบบีบอัดไอ โดยเฉพำะอย่ำงยิ่ง ในเครื่องปรับอำกำศของเครื่องบิน

178 ตารางที่6.3 สำรท ำควำมเย็นอนินทรีย์[1] หมายเลข สารท าความเย็น ชื่อทางเคมี ชื่อทางเคมี สารท าความเย็น R-717 Ammonia NH3 R-729 Air - R-744 Carbon dioxide CO2 R-764 Sulphur dioxide SO2 R-118 Water H2O 3. R-744 (Carbon dioxide) หลักของกำรท ำควำมเย็นด้วยคำร์บอนไดออกไซด์เเหมือนกับ น ้ำแข็งแห้ง ไม่เป็นพิษ ไม่ระคำยเคืองและไม่ติดไฟ จุดเดือดของสำรท ำควำมเย็นนี้ต ่ำมำก (-73.6ºC) ที่ -15ºC ต้องใช้แรงดันมำกกว่ำ 20.7 บำร์เพื่อป้องกันกำรระเหย ที่อุณหภูมิเครื่อง ควบแน่น 30ºC ต้องใช้แรงดันประมำณ 70 บำร์เพื่อท ำให้ก๊ำซเป็นของเหลว อุณหภูมิวิกฤตคือ 31ºC และ Triple point ควำมดันและอุณหภูมิที่จะมีสำรปรำกฏอยู่ทั้งสำมสถำนะ คือ ของแข็ง ของเหลว และก๊ำซ คือ -56.6 ºC ในกำรท ำงำนของระบบที่ใช้แรงดันใช้งำนสูง แต่เครื่องอัดไอของ เครื่องท ำควำมเย็นคำร์บอนไดออกไซด์จะมีขนำดเล็กมำก แม้ส ำหรับระบบที่มีวิสัยสำมำรถของ เครื่องท ำควำมเย็นที่ค่อนข้ำงสูง แต่อย่ำงไรก็ตำม เนื่องจำกประสิทธิภำพของค่อนข้ำงต ่ำเมื่อ เทียบกับสำรท ำควำมเย็นทั่วไปอื่นๆ จึงไม่ได้ใช้ในหน่วยครัวเรือน แต่ใช้ในงำนอุตสำหกรรมและ บนเรือ 4. R-764 (Sulphur dioxide) เป็นสำรท ำควำมเย็นที่ผลิตโดยกำรเผำไหม้ของก ำมะถันใน อำกำศ ในอดีตสำรท ำควำมเย็นชนิดนี้ถูกใช้กันอย่ำงแพร่หลำยในระบบเล็กๆ ส ำหรับครัวเรือน หรือส ำหรับธุรกิจขนำดเล็ก จุดเดือดของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่ควำมดันบรรยำกำศคือ -10ºC แรงดันควบแน่นอยู่ระหว่ำง 4.1 บำร์และ 6.2 บำร์ภำยใต้สภำวะกำรท ำงำนปกติควำมร้อนแฝง ของซัลเฟอร์ไดออกไซด์396 kJ/kg ที่อุณหภูมิ15ºC สำรท ำควำมเย็น R-764 มีควำมเสถียร มำก มีอุณหภูมิวิกฤตสูง ไม่ติดไฟและไม่ระเบิด แต่มีกลิ่นที่ไม่พึงประสงค์และมีระคำยเคืองสูง ไม่ เป็นอันตรำยต่ออำหำรและใช้ในเชิงพำณิชย์เป็นสำรท ำให้สุกและสำรกันบูดของอำหำร อย่ำงไรก็ ตำม R-764 เป็นอันตรำยต่อดอกไม้พืชและไม้พุ่มอย่ำงมำก ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในสถำนะ บริสุทธิ์ไม่กัดกร่อน แต่เมื่อมีควำมชื้นส่วนผสมจะก่อตัวเป็นกรดก ำมะถันซึ่งกัดกร่อนเหล็ก ดังนั้น จึงเป็นสิ่งส ำคัญมำกที่ต้องก ำจัดควำมชื้นออกจำกระบบท ำควำมเย็นหรือท ำให้มีน้อยที่สุด ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไม่ผสมกับน ้ำมัน ดังนั้นอำจใช้น ้ำมันที่เบำกว่ำน ้ำมันที่ใช้กับสำร ท ำควำมเย็นอื่นๆ ในเครื่องอัดไอ สำรท ำควำมเย็นในเครื่องระเหยที่มีน ้ำมันลอยอยู่ด้ำนบนมี แนวโน้มที่จะมีจุดเดือดสูงกว่ำอุณหภูมิที่สัมพันธ์กับควำมดันนั้น กำรรั่วไหลซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ในระบบตรวจพบได้ง่ำยโดยใช้สำรละลำยสบู่หรือชุดตรวจแอมโมเนีย (Ammonia swab) จะเกิด ควันสีขำวหนำแน่นขึ้นเมื่อควันซัลเฟอร์ไดออกไซด์และแอมโมเนียสัมผัสกัน

179 5. R-118 (Water) กำรใช้น ้ำในกำรท ำควำมเย็นส่วนใหญ่คือน ้ำแข็ง อุณหภูมิเยือกแข็งสูง ของน ้ำเป็นขีดจ ำกัดของกำรใช้งำนในระบบอัดไอ น ้ำถูกใช้เป็นสำรท ำควำมเย็นในระบบดูดกลืน และในระบบสตรีมเจ็ท 6.7 สารท าความเย็นไฮโดรคาร์บอน (Hydrocarbon refrigerants) สำรท ำควำมเย็นไฮโดรคำร์บอนถูกน ำมำใช้อย่ำงประสบควำมส ำเร็จในอุตสำหกรรมและเชิง พำณิชย์เนื่องจำกคุณสมบัติทำงอุณหพลศำสตร์ที่น่ำพอใจ แต่ไวไฟสูงและระเบิดได้สำร ท ำควำมเย็นไฮโดรคำร์บอนต่ำงๆ ก ำหนดไว้ในตำรำง 6.4 แต่เนื่องจำกควำมอันตรำยของกำรติด ไฟและระเบิดสำรท ำควำมเย็นไฮโดรคำร์บอนจึงไม่ได้ถูกใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน ดังนั้นจึงไม่ได้ กล่ำวถึงรำยละเอียด ตารางที่6.4 สำรท ำควำมเย็นไฮโดรคำร์บอน [1] หมายเลข สารท าความเย็น ชื่อทางเคมี ชื่อทางเคมี สารท าความเย็น R-170 Ethane C2H6 R-290 Propane C3H3 R-600 Butane C4H10 R-600a Isobutane C4H10 R-1120 Trichloroethylene C2H4Cl3 R-1130 Dichloroethylene C2H4Cl2 R-1150 Ethylene C2H4 R-1270 Propylene C3H6 6.8 การก าหนดหมายเลขสารท าความเย็น ก่อนกำรคิดค้นคลอโรฟลูออโรคำร์บอน (CFCs) สำรท ำควำมเย็นถูกเรียกตำมชื่อทำงเคมี เนื่องจำกควำมซับซ้อนของชื่อเหล่ำนี้โดยเฉพำะ CFCs, fully halogenated CFCs และไฮโดร คลอโรฟลูออโรคำร์บอน (HCFCs), not fully halogenated HCFCs ระบบหมำยเลขได้รับกำร พัฒนำส ำหรับไฮโดรคำร์บอนและฮำโลคำร์บอน และใช้กันอย่ำงแพร่หลำยในอุตสำหกรรมเครื่อง ท ำควำมเย็น สำรท ำควำมเย็นถูกก ำหนดให้เป็น ‘R’ ตำมด้วยตัวเลข เช่น R-11, R-12, R-114 เป็นต้น สำรท ำควำมเย็นตำมด้วยตัวเลขสองหลักบ่งชี้ว่ำสำรท ำควำมเย็นได้มำจำกฐำนมีเทน (Methane) ในขณะที่ตัวเลขสำมหลักแสดงถึงฐำนอีเทน (Ethane) ตัวเลขที่ก ำหนดให้กับสำรท ำควำมเย็น ไฮโดรคำร์บอน (Hydro-carbon) และเฮโลคำร์บอน (Halo-carbon) มีควำมหมำยพิเศษหมำยถึง ตัวเลขหลักแรกทำงด้ำนขวำคือจ ำนวนอะตอมของฟลูออรีน (F) ในสำรท ำควำมเย็น ตัวเลขหลัก

180 ที่สองจำกด้ำนขวำคือมำกกว่ำจ ำนวนอะตอมไฮโดรเจน (H) ที่มีอยู่หนึ่งค่ำ หลักที่สำมจำก ด้ำนขวำคือน้อยกว่ำจ ำนวนอะตอมของคำร์บอน (C) อยู่หนึ่งค่ำ แต่เมื่อตัวเลขนี้เป็นศูนย์จะถูกละ เว้น สูตรทำงเคมีทั่วไปส ำหรับสำรท ำควำมเย็นไม่ว่ำจะเป็นก๊ำซมีเทนหรือฐำนอีเทนจะเป็น CmHnClpFq ซึ่ง n + p+ q = 2m + 2 เมื่อ m= จ ำนวนอะตอมของคำร์บอน n = จ ำนวนอะตอมไฮโดรเจน p = จ ำนวนอะตอมของคลอรีน และ q = จ ำนวนอะตอมของฟลูออรีน ตำมที่กล่ำวไว้ข้ำงต้น จ ำนวนสำรท ำควำมเย็นจะได้รับจำก R(m-1)(n+1)(q) ให้เรำพิจำรณำ สำรท ำควำมเย็นต่อไปนี้เพื่อค้นหำสูตรทำงเคมีและจ ำนวน 1. ไดคลอโร-ดิจลูโอโร-มีเทน (Dichloro-difluoro-methane, CCl2F2 ) จะเห็นว่ำในสำร ท ำควำมเย็นนี้มีจ ำนวนอะตอมของคลอรีน p= 2 จ ำนวนอะตอมฟลูออรีน q= 2 และจ ำนวน อะตอมไฮโดรเจน n= 0 จำกที่ทรำบว่ำ n+ p+ q = 2m + 2 คือ 0 + 2 + 2 = 2m + 2 หรือ m = 1 เช่น จ ำนวน อะตอมของคำร์บอน = 1 ดังนั้นสูตรทำงเคมีส ำหรับไดคลอโรไดฟลูออโรมีเทนจะกลำยเป็น CCl2F2 และจ ำนวนสำรท ำควำมเย็นจะกลำยเป็น R (1-1)(0+1)(2) หรือ R-012 หรือ R-12 2. ไดคลอโร-เตตระฟลูโอโร-อีเทน (Dichloro-tetrafluoro-ethane, CClF2CClF2 หรือ C2Cl2F) จะเห็นว่ำในจ ำนวนอะตอมคลอรีนสำรท ำควำมเย็นนี้จ ำนวนอะตอมของฟลูออรีน p = 2 อะตอมฟลูออรีน q = 4 และจ ำนวนอะตอมไฮโดรเจน n = 0 จำก n + p + q = 2m + 2 คือ 0 + 2 + 4 = 2m + 2 หรือ m = 2 ดังนั้นสูตรทำงเคมี ส ำหรับ ไดคลอโร - เตตระฟลูออโร - อีเทนจะกลำยเป็น C2Cl2F4 และจ ำนวนสำรท ำควำมเย็นจะ กลำยเป็น R(2-1)(0+1)(4) หรือ R-114 นั่นเอง 3. ไดคลอโร-ไตรฟลูออโร-อีเทน (Dichloro-trifluoro-ethane, CF3CHCl2 ) จะเห็นว่ำในสำร ท ำควำมเย็นนี้มีจ ำนวนอะตอมของคลอรีน p= 2 จ ำนวนอะตอมของฟลูออรีน q = 3 และจ ำนวน อะตอมไฮโดรเจน n = 1 จำก n+ p+ q = 2m+ 2 คือ 1 + 2 + 3 = 2m+ 2 หรือจ ำนวนอะตอมคำร์บอน = 2 หรือ m = 2 ดังนั้นสูตรทำงเคมีส ำหรับไดคลอโรไตรฟลูออโรอีเทนจะกลำยเป็น CHCl2CF3 และจ ำนวน สำรท ำควำมเย็นจะกลำยเป็น R(2-1)(1+1)(3) หรือ R-123 สำรท ำควำมเย็นอนินทรีย์700 ถูกเพิ่มลงไปในสำรท ำควำมเย็นลงในมวลโมเลกุลของ สำรประกอบ ตัวอย่ำงเช่น มวลโมเลกุลของแอมโมเนียคือ 17 ดังนั้นจึง R(700 + 17) หรือ R-717 6.9 สารทดแทนคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (Chloro-Fluoro-Carbon (CFC) refrigerants) สำรท ำควำมเย็นเฮโลคำร์บอนหรือสำรอินทรีย์ที่ใช้กันมำกที่สุดคือคลอโร-ฟลูออโร (Chlorofluoro) เป็นอนุพันธ์ของมีเทน (CH4 ) และอีเทน (C2H6 ) สำรท ำควำมเย็น fully halogenated ที่มี

181 อะตอมคลอรีน (Chlorine, Cl) ในโมเลกุลของสำรท ำควำมเย็นนี้เรียกว่ำสำรท ำควำมเย็นคลอโร ฟลูออโรคำร์บอน (Chloro-Fluoro-Carbon, CFC) สำรท ำควำมเย็นนี้เหล่ำนี้เช่น R-11, R-12, R-13, R-113, R-114 และ R-115 เป็นสำรท ำควำมเย็น CFC สำรท ำควำมเย็นที่มีอะตอมไฮโดรเจน (H) ในโมเลกุลพร้อมกับคลอรีน (Cl) และอะตอม ฟลูออรีน (F) เรียกว่ำสำรท ำควำมเย็นไฮโดรคลอโรฟลูออโรคำร์บอน (Hydro-Chloro-FluoroCarbon, HCFC) สำรท ำควำมเย็น HCFC เหล่ำนี้เช่น R-22, R-123 สำรท ำควำมเย็นที่ไม่มีอะตอมของคลอรีนในโมเลกุลเรียกว่ำสำรท ำควำมเย็นไฮโดรฟลูออโร คำร์บอน (Hydro-Fluoro-Carbon, HFC) สำรท ำควำมเย็น HFC เหล่ำนี้เช่น R-134a, R-152a สำรท ำควำมเย็นที่ไม่มีอะตอมของคลอรีนและฟลูออรีนในโมเลกุล เรียกว่ำสำรท ำควำมเย็น ไฮโดรคำร์บอน (Hydrocarbon, HC) สำรท ำควำมเย็น HC เหล่ำนี้เช่น R-290, R-600a อำจสังเกตได้ว่ำอะตอมของฟลูออรีน (Fluorine, F) ในโมเลกุลของสำรท ำควำมเย็นท ำให้ พวกมันเป็นที่นิยมมำกขึ้น อะตอมของคลอรีน (Cl) ในโมเลกุลของสำรท ำควำมเย็นถือเป็นสำเหตุ ของกำรสูญเสียชั้นโอโซนในชั้นบรรยำกำศซึ่งท ำให้รังสีอัลตรำไวโอเลตที่เป็นอันตรำยจำกดวง อำทิตย์แทรกซึมผ่ำนชั้นบรรยำกำศและไปถึงพื้นผิวโลกท ำให้เกิดมะเร็งผิวหนัง สำรท ำควำมเย็น คลอโร-ฟลูออโร-คำร์บอน (CFC) มีส่วนเกี่ยวข้องกับกำรสูญเสียชั้นโอโซนนี้ในระดับศักยภำพ กำรท ำลำยโอโซน (Ozone Depletion Potential, ODP) ที่แตกต่ำงกัน นอกจำกผลกระทบจำกกำรสูญเสียโอโซนต่อสิ่งแวดล้อมแล้ว สำรท ำควำมเย็น halo-carbon ก่อให้เกิดผลกระทบจำกภำวะโลกร้อน ซึ่งอำจท ำให้เกิดกำรเปลี่ยนแปลงสภำพแวดล้อมอย่ำง รุนแรง ตำมข้อตกลงระหว่ำงประเทศ (Montreal Protocol, 1987) พิธีสำรมอนทรีออลจึงถูกจัดท ำ ขึ้นเมื่อ 16 กันยำยน พ.ศ. 2530 กำรใช้สำรท ำควำมเย็น CFC ฮำโลเจนที่ถือว่ำมีODP สูง (เช่น สำรท ำควำมเย็นที่ใช้กันทั่วไป R-11, R-12, R-113, R-114 และ R-502) ได้ถูกยกเลิก สำรท ำควำมเย็น R-22 ซึ่งเป็นสำรท ำควำมเย็นไฮโดรคลอโรฟลูออโรคำร์บอน (HCFC) ไม่ได้รับกำรคุ้มครองภำยใต้พิธีสำรมอนทรีออลดั้งเดิม (ถูกจัดไว้เป็นสำรใช้ชั่วครำว) เนื่องจำก ODP เป็นหนึ่งในยี่สิบของ R-11 และ R-12 แต่เนื่องจำก GWP (Global Warming Potential) เป็นค่ำที่เทียบกับก๊ำซคำร์บอนไดออกไซด์ หรือค่ำที่จะแสดงสภำวะเรือนกระจก) R-22 จึงจะต้อง เลิกใช้แต่อย่ำงไรก็ตำม ก็ยังว่ำมีกำรใช้งำน R-22 มำกขึ้นในปัจจุบันเนื่องจำกมีกำรใช้งำนไม่ เพียง แต่ในกำรใช้งำนเฉพำะที่มีระบบอยู่เท่ำนั้น และยังใช้แทน R-11 กับเครื่องปรับอำกำศ ควำมจุสูงด้วยเช่นในเครื่องอัดไอแบบสกรูหรือเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยง สำรท ำควำมเย็นไฮโดรคำร์บอน (HC) และไฮโดรฟลูออโรคำร์บอน (HFC) เป็นทำงเลือก แทน fully halogenated CFC เนื่องจำกไม่มีอะตอมของคลอรีนเลย ดังนั้นจึงมีODP เป็นศูนย์ แม้แต่สำรท ำควำมเย็นไฮโดรคลอโรฟลูออโรคำร์บอน (HCFC) ที่มีอะตอมของคลอรีน (Cl) บำงส่วน แต่ร่วมกับอะตอมไฮโดรเจน (H) ก็มีODP ลดลงมำก อย่ำงไรก็ตำม ไฮโดรฟลูออโร คำร์บอน (HFCs) มีปริมำณไฮโดรเจน (H) เล็กน้อย อำจติดไฟได้ระดับควำมไวไฟขึ้นอยู่กับ จ ำนวนอะตอม H ในโมเลกุล แน่นอนว่ำไฮโดรคำร์บอนบริสุทธิ์(HCs) นั้นไวไฟสูง ปัจจุบันมีสำรทดแทนดังต่อไปนี้

182 1. ใช้สำรท ำควำมเย็น HCFC, R-123 (CF3CHCl2 ) แทน R-11 (CCl3F) 2. ใช้สำรท ำควำมเย็น HFC, R-134a (CF3CH2F) และ R-152a (CH3CHF2 ) แทนที่ R-12 3. ใช้สำรท ำควำมเย็น HFC, R-143a (CH3CF3 ) และ R-125 (CHF2CF3 ) แทน R-502 (ส่วนผสมของ R-22 และ R-115) 4. ใช้สำรท ำควำมเย็น HC, โพรเพน เช่น R-290 (C3H8 ) และไอโซบิวเทน เช่น R-600a (C4H10) อำจใช้แทน R-12 6.10 เปรียบเทียบสารท าความเย็น ไม่มีสำรท ำควำมเย็นใดๆ (เช่นสำรท ำควำมเย็นในอุดมคติ) ที่สำมำรถใช้งำนได้ภำยใต้ สภำวะกำรท ำงำนทั้งหมด คุณสมบัติของสำรท ำควำมเย็นบำงชนิดเหมำะสมส ำหรับใช้กับเครื่อง อัดไอแบบลูกสูบ หรือสำรท ำควำมเย็นอื่นๆ เหมำะสมที่สุดส ำหรับเครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยง หรืออำจจะเป็นเครื่องอัดไอแบบโรตำรี่ ดังนั้นเพื่อเลือกสำรท ำควำมเย็นที่ถูกต้อง ซึ่งเป็น สิ่งจ ำเป็นที่สำรท ำควำมเย็นจะต้องมีคุณสมบัติที่เหมำะสมกับกำรงำนเฉพำะ ซึ่งสิ่งที่จ ำเป็นและ จะกล่ำวถึงต่อไปจำกนี้คือควำมเหมำะสมของคุณสมบัติทำงอุณหพลศำสตร์คุณสมบัติทำงเคมี และคุณสมบัติทำงกำยภำพของสำรท ำควำมเย็น 6.11 คณุสมบตัิทางอณุหพลศาสตรข์องสารท าความเย็น ในหัวข้อนี้จะกล่ำวถึงคุณสมบัติทำงอุณหพลศำสตร์ของสำรท ำควำมเย็นอย่ำงละเอียด ดังนี้ 1. อุณหภูมิเดือด (Boiling temperature) ของสำรท ำควำมเย็นที่ควำมดันบรรยำกำศควรต ่ำ หำกอุณหภูมิเดือดของสำรท ำควำมเย็นที่ควำมดันบรรยำกำศสูง เครื่องอัดไอควรจะต้องท ำงำนที่ สุญญำกำศสูง อุณหภูมิเดือดสูงจะลดวิสัยสำมำรถลง ตำรำงที่ 6.5 แสดงอุณหภูมิเดือดที่ควำมดัน บรรยำกำศของสำรท ำควำมเย็นที่ใช้กันทั่วไป 2. อุณหภูมิเยือกแข็ง (Freezing temperature) ของสำรท ำควำมเย็นควรต ่ำกว่ำอุณหภูมิ ท ำงำนของเครื่องระเหย เนื่องจำกอุณหภูมิเยือกแข็งของสำรท ำควำมเย็นส่วนใหญ่ต ่ำกว่ำ -35ºC ดังนั้นคุณสมบัตินี้จะถูกน ำมำพิจำรณำเฉพำะในกำรท ำงำนที่อุณหภูมิต ่ำ ตำรำงที่ 6.6 แสดง อุณหภูมิเยือกแข็งของสำรท ำควำมเย็นทั่วไปบำงชนิด 3. ควำมดันเครื่องระเหยและเครื่องควบแน่น (Evaporator and condenser pressure) ทั้ง ควำมดันระเหย (ด้ำนต ่ำ) และกำรควบแน่น (ด้ำนสูง) ควรเป็นบวก (เหนือบรรยำกำศ) และควร อยู่ใกล้กับควำมดันบรรยำกำศมำกที่สุด แรงดันบวกเป็นสิ่งจ ำเป็นเพื่อป้องกันกำรรั่วไหลของ อำกำศและควำมชื้นเข้ำสู่ระบบท ำควำมเย็น นอกจำกนี้ยังช่วยให้ตรวจจับกำรรั่วไหลได้ง่ำยขึ้น หำกแรงดันระเหยและกำรควบแน่นที่สูงเกินไป (เหนือบรรยำกำศ) จะต้องใช้อุปกรณ์ท ำควำม เย็นที่แข็งแรงกว่ำ (เช่น เครื่องอัดไอ เครื่องระเหย และเครื่องควบแน่น) ส่งผลให้ต้นทุนเริ่มต้น สูงขึ้น ตำรำงที่ 6.7 แสดงควำมดันกำรระเหย กำรควบแน่นและอัตรำส่วนก ำลังอัดส ำหรับสำรท ำ ควำมเย็นต่ำงๆ เมื่อท ำงำนบนวงจรมำตรฐำนของอุณหภูมิเครื่องระเหย -15ºC และอุณหภูมิ คอนเดนเซอร์ 30ºC

183 ตารางที่6.5 อุณหภูมิเดือดของสำรท ำควำมเย็น [1] สารท าความเย็น อุณหภมูิเดือด (ºC) ที่ความดันบรรยากาศ R-11 23.77 R-12 -29 R-21 9 R-22 -41 R-30 39.8 R-40 -23.7 R-113 47.6 R-114 3.6 R-123 27.85 R-134a -26.15 R-717 -33.3 R-744 -73.6 R-764 -10 เครื่องอัดไอแบบลูกสูบใช้กับสำรท ำควำมเย็นที่มีปริมำตรจ ำเพำะต ่ำ แรงดันใช้งำนสูง และอัตรำส่วนแรงดันสูง เครื่องอัดไอแบบแรงเหวี่ยงใช้กับสำรท ำควำมเย็นที่มีปริมำตรจ ำเพำะสูง แรงดันใช้งำนต ่ำและอัตรำส่วนแรงดันต ่ำ 4. อุณหภูมิและควำมดันวิกฤต (Critical temperature and pressure) อุณหภูมิวิกฤตของ สำรท ำควำมเย็นคืออุณหภูมิสูงสุดที่สำมำรถควบแน่นเป็นของเหลวได้โดยไม่ค ำนึงถึงควำมดันที่ สูงขึ้น อุณหภูมิวิกฤตควรสูงกว่ำอุณหภูมิกำรควบแน่นสูงสุด หำกอุณหภูมิวิกฤตของสำร ท ำควำมเย็นอยู่ใกล้อุณหภูมิกำรควบแน่นที่ต้องกำรมำกเกินไป ผลคือกำรใช้พลังงำนจะมำก เกินไป ตำรำง 6.8 แสดงอุณหภูมิและควำมดันวิกฤตส ำหรับสำรท ำควำมเย็นที่ใช้กันทั่วไป อุณหภูมิวิกฤตส ำหรับสำรท ำควำมเย็นทั่วไปส่วนใหญ่สูงกว่ำอุณหภูมิกำรควบแน่นปกติยกเว้น คำร์บอนไดออกไซด์(R-744) ที่มีอุณหภูมิวิกฤต 31ºC 5. ค่ำสัมประสิทธิ์ของสมรรถนะ และควำมต้องกำรพลังงำนส ำหรับสำรท ำควำมเย็นในอุดม คติที่ท ำงำนระหว่ำงอุณหภูมิเครื่องระเหย -15ºC และอุณหภูมิเครื่องควบแน่น 30ºC ค่ำ สัมประสิทธิ์ของสมรรถนะทำงทฤษฎีส ำหรับวัฏจักรคำร์โนต์แบบย้อนกลับคือ 5.74 ตำรำงที่6.9 แสดงค่ำสัมประสิทธิ์ของสมรรถนะทำงทฤษฎีและก ำลังต่อตันของเครื่องท ำควำมเย็น (TR.) ส ำหรับสำรท ำควำมเย็นทั่วไปบำงชนิดที่ท ำงำนระหว่ำง -15ºC อุณหภูมิเครื่องระเหยและ อุณหภูมิเครื่องควบแน่น 30ºC

184 ตารางที่6.6 อุณหภูมิเยือกแข็งของสำรท ำควำมเย็น [1] สารท าความเย็น อุณหภูมิเยือกแข็ง (ºC) ที่ความดันบรรยากาศ R-11 -111 R-12 -157.5 R-21 -135 R-22 -160 R-30 -96.6 R-40 -97.5 R-113 -35 R-114 -94 R-134a -101 R-717 -77.8 R-744 -56.7 R-764 -75.6 ตารางที่6.7 ควำมดันเครื่องระเหยและเครื่องควบแน่น [1] สารท า ความเย็น ความดันเครื่องระเหย (PC )ที่ -15ºC, หน่วยบาร์ ความดันเครื่องควบแน่น (PE ) ที่ 30ºC, หน่วยบาร์ อัตราส่วนการ อัด (PC /PE ) R-11 0.2021 1.2607 6.24 R-12 1.8262 7.4510 4.08 R-21 0.3618 2.1540 5.95 R-22 2.9670 12.0340 4.05 R-30 0.0807 0.7310 9.06 R-40 1.4586 6.5310 4.47 R-113 0.0676 0.5421 8.02 R-114 0.4650 2.5161 5.41 R-123 0.0163 0.1095 4.69 R-134a 1.6397 7.7008 6.72 R-717 2.3634 11.67 4.94 R-744 22.90 71.930 3.14 R-764 0.8145 4.5830 5.63

185 ตารางที่6.8 อุณหภูมิและควำมดันวิกฤต [1] ตารางที่6.9 ค่ำสัมประสิทธิ์ประสิทธิภำพและควำมต้องกำรพลังงำนต่อตันเครื่องเย็น [1] สารท าความเย็น อณุหภมูิวิกฤต (ºC) ความดันวิกฤต (bar) R-11 198 43.8 R-12 112 41.2 R-21 178.5 51.65 R-22 96 49.38 R-30 216 44.14 R-40 143 66.83 R-113 214 34.14 R-114 145.8 32.61 R-123 183.8 36.74 R-134a 101.06 40.56 R-717 133 113.86 R-744 31 73.8 R-764 157 78.7 สารท าความเย็น COP. kW/TR. R-11 5.09 0.694 R-12 4.70 0.746 R-21 4.66 0.753 R-22 4.90 0.716 R-30 4.90 0.716 R-40 4.92 0.716 R-113 4.54 0.792 R-114 4.93 - R-123 4.61 0. 762 R-134a 4.76 0.738 R-717 5.74 0.619 R-744 2.56 1.372 R-764 4.87 0.724

186 ตำรำง 6.9 จะเห็นว่ำ R-11 มีค่ำสัมประสิทธิ์ของสมรรถนะเท่ำกับ 5.09 ซึ่งใกล้เคียงกับค่ำ วัฏจักรคำร์โน (5.74) มำกที่สุด สำรท ำควำมเย็นอื่นๆ ยังมีค่ำสัมประสิทธิ์ของสมรรถนะค่อนข้ำง สูงยกเว้น R-744 (คำร์บอนไดออกไซด์) ซึ่งมีค่ำสัมประสิทธิ์ของสมรรถนะเท่ำกับ 2.56 โดยมี ควำมต้องกำรพลังงำน 1.372 กิโลวัตต์ต่อตันควำมเย็นของกำรท ำควำมเย็น นี่เป็นเพรำะจุด วิกฤติต ่ำ (31ºC) และอุณหภูมิกำรควบแน่นอยู่ใกล้กับจุดวิกฤติมำกซึ่งอยู่ที่เกือบ 30ºC ในทำง ปฏิบัติสำรท ำควำมเย็นทั่วไปทั้งหมดมีค่ำสัมประสิทธิ์ของสมรรถนะและควำมต้องกำรพลังงำน ใกล้เคียงกัน 6. ควำมร้อนแฝงของกำรระเหย (Latent heat of vaporization) สำรท ำควำมเย็นควรมี ควำมร้อนแฝงของกำรระเหยสูงที่อุณหภูมิเครื่องระเหย ควำมร้อนแฝงสูงส่งผลให้R.E ต่อ กิโลกรัมของสำรท ำควำมเย็นที่หมุนเวียนในระบบสูง ซึ่งจะช่วยลดมวลของสำรท ำควำมเย็นที่จะ หมุนเวียนต่อตันของกำรท ำควำมเย็น ตารางที่6.10สมบัติของสำรท ำควำมเย็นเหลว [1] ตำรำงที่ 6.10 แสดง R.E ส ำหรับสำรท ำควำมเย็นทั่วไปที่ท ำงำนระหว่ำงอุณหภูมิเครื่อง ระเหย -15ºC และอุณหภูมิเครื่องควบแน่น 30ºC นอกจำกนี้ยังแสดงควำมร้อนแฝงมวลของสำร ท ำควำมเย็นที่หมุนเวียนต่อตันของกำรท ำควำมเย็นและปริมำตรของสำรท ำควำมเย็นเหลวต่อตัน ของกำรท ำควำมเย็น 7. ปริมำตรจ ำเพำะ (Specific volume) ของไอระเหยของสำรท ำควำมเย็นที่อุณหภูมิเครื่อง ระเหย (เช่น ปริมำตรไอดูดไปยังเครื่องอัดไอ) บ่งบอกถึงกำรกระจัดทำงทฤษฎีของเครื่องอัดไอ สารท า ความเย็น R.E Std.Cycle ที่ -15ºC ถึง 30ºC (kJ/kg) ความร้อนแฝง ของการระเหย ที่ -15ºC (kJ/kg) มวลสารท าความ เย็นในระบบต่อ TR. (kg/min) ปริมาตรของเหลว ในระบบต่อ TR.ที่ 30ºC (l/min) R-11 157.3 195.7 1.34 0.918 R-12 116.5 159.0 1.81 1.404 R-22 161.5 218.1 1.31 1.115 R-30 313.6 377.7 0.676 0.507 R-40 350.0 421.0 0.603 0.67 R-113 125.1 164.5 1.7 1.1 R-114 95.6 138.5 2.21 1.54 R-123 142.4 183.4 1.48 1.02 R-134a 148.1 209.5 1.42 1.19 R-717 1105.4 1316.5 0.19 0.32 R-744 129.3 247.0 1.63 2.73 R-764 329.5 394.7 0.64 0.474

187 เครื่องอัดไอแบบลูกสูบใช้กับสำรท ำควำมเย็นที่มีแรงดันสูงและกำรดูดไอที่ปริมำตรต ่ำ ส่วนเครื่อง อัดไอแบบแรงเหวี่ยงหรือเทอร์โบใช้กับสำรท ำควำมเย็นที่มีแรงดันต ่ำและกำรดูดไอในปริมำณที่ สูง และในเครื่องอัดไอแบบโรตำรี่ใช้กับสำรท ำควำมเย็นที่มีแรงดันและปริมำตรของกำรดูดไอ ระเหยปำนกลำง ตำรำงที่ 6.11 แสดงปริมำตรจ ำเพำะของไอระเหยของสำรท ำควำมเย็นและ ปริมำตรกระบอกสูบตำมทฤษฎีส ำหรับสำรท ำควำมเย็นต่ำงๆ ตารางที่6.11 ปริมำตรจ ำเพำะและกำรกระจัดของลูกสูบตำมทฤษฎี[1] 6.12 คณุสมบตัิทางเคมีของสารท าความเย็น คุณสมบัติทำงเคมีของสำรท ำควำมเย็นมีกำรกล่ำวถึงดังนี้ 1. ควำมไวไฟ (Flammability) จำกที่ได้กล่ำวถึงไปข้ำงต้นแล้วถึงสำรท ำควำมเย็น ไฮโดรคำร์บอน (Hydrocarbon) เช่น อีเทน โพรเพน เป็นต้น มีควำมไวไฟสูง แอมโมเนียยัง ค่อนข้ำงติดไฟและระเบิดได้เมื่อผสมกับอำกำศในอัตรำส่วน 16 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ของก๊ำซโดย ปริมำตร ส่วนสำรท ำควำมเย็นฮำโล-คำร์บอน (Halo-carbon) ไม่ติดไฟหรือระเบิดได้ 2. ควำมเป็นพิษ (Toxicity) ของสำรท ำควำมเย็นอำจมีควำมส ำคัญก่อนหรือหลังขึ้นอยู่กับ กำรใช้งำน สำรท ำควำมเย็นปลอดสำรพิษบำงชนิด เช่น สำรท ำควำมเย็นฟลูออโรคำร์บอน (Fluorocarbon) ทั้งหมด เมื่อผสมกับอำกำศในเปอร์เซ็นต์หนึ่งจะกลำยเป็นพิษ ในตำรำงที่ 6.12 จะแสดงควำมสัมพันธ์ของกำรกลำยเป็นพิษของสำรท ำควำมเย็นทั่วไป ขึ้นอยู่กับควำมเข้มข้นและเวลำที่ได้รับ ซึ่งจะเป็นควำมสัมพันธ์ที่จะแสดงควำมรุนแรง สาร ท าความเย็น ปริมาตรจ าเพาะของไอระเหย สารท าความเย็นที่ -15ºC (m 3 /kg) การขจัดไอส าหรับ มาตรฐานของTR. (m3 /min) R-11 0.77 1.016 R-12 0.091 0.163 R-22 0.078 0.101 R-30 3.12 2.08 R-40 0.28 0.167 R-113 1.7 2.08 R-114 0.263 0.58 R-123 0.902 1.33 R-134a 0.121 0.172 R-717 0.51 0.096 R-744 0.0167 0.027 R-764 0.401 0.254

188 ตารางที่6.12 ควำมเป็นพิษขึ้นอยู่กับควำมเข้มข้นและเวลำที่สัมผัส [1] *Underwriters Laboratories (UL), U.S.A., เป็นองค์กรอิสระในประเทศสหรัฐอเมริกำที่ด ำเนินกำรจัดท ำ มำตรฐำนด้ำนควำมปลอดภัย รวมถึงทดสอบและให้กำรรับรองผลิตภัณฑ์ชิ้นส่วน วัสดุ และระบบ, UL จ ำแนก สำรท ำควำมเย็นออกเป็นหกกลุ่มส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับระดับควำมเป็นพิษ สำรท ำควำมเย็นกลุ่มที่หนึ่งเป็นพิษ มำกที่สุดในขณะที่สำรท ำควำมเย็นกลุ่มที่หกมีพิษน้อยที่สุด จำกตำรำง 6.12 ด้ำนบน จะเห็นว่ำ R-717 (แอมโมเนีย) และ R-764 (ซัลเฟอร์ไดออกไซด์) เป็นพิษสูง สำรท ำควำมเย็นเหล่ำนี้ยังเป็นสำรระคำยเคืองที่รุนแรง ดังนั้นสำรท ำควำมเย็นเหล่ำนี้ จึงไม่ใช้ในเครื่องท ำควำมเย็นในครัวเรือนที่และเครื่องปรับอำกำศในที่อยู่อำศัย กำรใช้สำรท ำ ควำมเย็นที่เป็นพิษนั้น จ ำกัดเฉพำะห้องเย็นเท่ำนั้น 3. ควำมสำมำรถในกำรละลำยของน ้ำ (Solubility of water) ใน R-12 น ้ำละลำยได้เพียง เล็กน้อย ในปริมำณหกส่วนต่อล้ำนโดยน ้ำหนักที่อุณหภูมิ18 องศำเซลเซียส, สำรละลำยที่ เกิดขึ้นมีฤทธิ์กัดกร่อนเล็กน้อยต่อโลหะทั่วไป ควำมสำมำรถในกำรละลำยของน ้ำด้วย R-22 มำกกว่ำ R-12 โดยอัตรำส่วน 3 ต่อ 1 หำกมีน ้ำมำกกว่ำที่สำรท ำควำมเย็นจะละลำยได้น ้ำแข็ง จะเกิดขึ้นซึ่งจะอุดตันวำล์วขยำยตัวหรือท่อรูเข็มที่ใช้ส ำหรับกำรควบคุมปริมำณสำรท ำควำมเย็น ในระบบ สิ่งนี้อำจหลีกเลี่ยงได้โดยกำรลดน ้ำในระบบก่อนท ำกำรประจุสำรท ำควำมเย็นและใช้ silica gel drier ในท่อสำรท ำควำมเย็นเหลว แอมโมเนียสำมำรถละลำยในน ้ำได้สูง ด้วยเหตุนี้ให้ ใช้ผ้ำเปียกวำงไว้ที่จุดรั่วเพื่อหลีกเลี่ยงอันตรำยต่อผู้ที่ท ำงำนในโรงงำนท ำควำมเย็นด้วย แอมโมเนีย 4. กำรเข้ำกันได้(Miscibility) ควำมสำมำรถของสำรท ำควำมเย็นในกำรผสมกับน ้ำมัน เรียกว่ำ กำรเข้ำกันได้คุณสมบัติของสำรท ำควำมเย็นนี้ถือเป็นปัจจัยรองในกำรเลือกสำรท ำ ควำมเย็น ระดับหรือควำมเข้มข้นของกำรเข้ำกันได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน ้ำมันและควำมดันของ ไอของกำรท ำควำมเย็น สารท า ความเย็น ความเข้มข้นในอากาศ ต่อผลกระทบร้ายแรง (% โดยปริมาตร) ระยะเวลาของการสัมผัส ก่อให้เกิดผลกระทบ ร้ายแรง (นาที) กลุ่มตัวเลข *Underwriters Laboratories R-11 0.2021 1.2607 6.24 R-12 1.8262 7.4510 4.08 R-22 2.9670 12.0340 4.05 R-30 0.0807 0.7310 9.06 R-40 1.4586 6.5310 4.47 R-113 0.0676 0.5421 8.02 R-717 2.3634 11.67 4.94 R-744 22.90 71.930 3.14 R-764 0.8145 4.5830 5.63

189 กลุ่มสำรท ำควำมเย็นฟรีออนเป็นสำรท ำควำมเย็นที่ผสมกันกับน ้ำมันได้สูง ในขณะที่ แอมโมเนีย คำร์บอนไดออกไซด์ซัลเฟอร์ไดออกไซด์และเมทิลคลอไรด์ค่อนข้ำงไม่สำมำรถผสม กันได้สำรท ำควำมเย็นที่ไม่สำมำรถผสมได้ต้องกำรพื้นผิวกำรถ่ำยเทควำมร้อนที่มำกขึ้น เนื่องจำกคุณสมบัติกำรน ำควำมร้อนที่ไม่ดีของน ้ำมัน สำรท ำควำมเย็นที่ผสมกันได้นั้นได้เปรียบ ในด้ำนกำรถ่ำยเทควำมร้อน ท ำให้กำรหล่อลื่นดีขึ้นเนื่องจำกสำรท ำควำมเย็นท ำหน้ำที่เป็นตัวพำ น ้ำมันไปยังชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว สำรท ำควำมเย็นที่ผสมกันได้ยังช่วยขจัดปัญหำกำรแยกน ้ำมัน และช่วยในกำรส่งคืนเครื่องอัดไอจำกเครื่องระเหยอีกด้วย 5. ผลกระทบต่อวัสดุที่เน่ำเสียง่ำย (Effect on perishable materials) สำรท ำควำมเย็นที่ใช้ ในห้องเย็นและตู้เย็น ในกรณีที่มีกำรรั่วไหล ไม่ควรมีผลต่อวัสดุที่เน่ำเสียง่ำย กลุ่มสำรท ำควำม เย็นฟรีออนไม่มีผลต่อผลิตภัณฑ์นม ผัก เนื้อสัตว์ดอกไม้และขนสัตว์จะไม่ท ำให้มีกำรเปลี่ยนสี รสชำติหรือพื้นผิวของวัสดุเมื่อสัมผัสกับฟรีออน ไอระเหยของเมทิลคลอไรด์(Methyl chloride) ไม่มีผลต่อขนสัตว์ดอกไม้อำหำรรับประทำน หรือเครื่องดื่มต่ำงๆ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์(Sulphur dioxide) ท ำลำยดอกไม้พืชและขนสัตว์แต่ไม่ส่งผลกระทบ ต่ออำหำร ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ละลำยได้ง่ำยในน ้ำและกลำยเป็นกรดในธรรมชำติและส่วนใหญ่ อำหำรมีลักษณะเป็นกรด ดังนั้นซัลเฟอร์ไดออกไซด์จึงไม่ส่งผลกระทบต่ออำหำร ส่วนแอมโมเนีย (Ammonia) ละลำยได้ง่ำยในน ้ำและกลำยเป็นด่ำงในธรรมชำติเนื่องจำกโดยธรรมชำติผักและ ผลไม้ส่วนใหญ่เป็นกรด ดังนั้นแอมโมเนียจึงท ำปฏิกิริยำกับผลิตภัณฑ์เหล่ำนี้และท ำให้เสีย รสชำติ 6.13 คณุสมบตัิทางกายภาพของสารท าความเย็น คุณสมบัติทำงกำยภำพของสำรท ำควำมเย็นที่จะกล่ำวถึงมีดังนี้ 1. ควำมคงตัวและควำมเฉื่อย หรือไม่ท ำปฏิกิรยำ (Stability and inertness) สำรท ำควำม เย็นในอุดมคติไม่ควรสลำยตัวที่อุณหภูมิใดๆ ที่สภำวะกำรท ำงำนปกติในระบบท ำควำมเย็น ไม่ ควรเกิดเป็นของเหลวที่มีจุดเดือดสูงกว่ำจุดเดือดของของเหลว หรือเป็นของแข็งจำกกระบวนกำร พอลิเมอไรเซชัน (Polymerization คือกระบวนกำรเกิดสำรที่มีโมเลกุลขนำดใหญ่ จำกสำรที่มี โมเลกุลเล็ก) สำรท ำควำมเย็นบำงชนิดสลำยตัวเป็นก๊ำซที่ไม่ควบแน่นซึ่งท ำให้เกิดแรงดัน ควบแน่นสูงและล็อคไอระเหย (Vapor lock) กำรสลำยตัวของสำรท ำควำมเย็นอำจเกิดจำกกำร ท ำปฏิกิริยำกับโลหะ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหำนี้สำรท ำควำมเย็นไม่ควรท ำปฏิกิริยำกับวัสดุทั้งหมดที่ ใช้ในระบบท ำควำมเย็น สำรท ำควำมเย็นกลุ่มฟรีออนมีควำมเสถียรสูงถึงอุณหภูมิ535ºC แต่ถ้ำอุณหภูมิสูงกว่ำนี้ จะสลำยตัวและสร้ำงผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและเป็นพิษ สำรท ำควำมเย็นฟรีออนจะไม่ใช้ ร่วมกับปะเก็นยำงเนื่องจำกจะเป็นตัวท ำละลำยยำง ส่วนซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไม่สลำยตัวต ่ำกว่ำ อุณหภูมิ1645ºC ดังนั้นจึงเป็นหนึ่งในสำรท ำควำมเย็นที่เสถียรที่สุด 2. คุณสมบัติกัดกร่อน (Corrosive property) ของสำรท ำควำมเย็นจะต้องน ำมำพิจำรณำใน ขณะที่เลือกสำรท ำควำมเย็น กลุ่มสำรท ำควำมเย็นฟรีออนนั้นไม่กัดกร่อนกับโลหะทุกชนิด ส่วน

190 แอมโมเนียจะใช้กับเหล็กหรือเหล็กกล้ำเท่ำนั้น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไม่กัดกร่อนกับโลหะทุกชนิด ในกรณีที่ไม่มีน ้ำ เนื่องจำกซัลเฟอร์ไดออกไซด์ท ำปฏิกิริยำกับน ้ำและก่อตัวเป็นกรดซัลฟิวริก (Sulfuric acid) 3. ควำมหนืด (Viscosity) สำรท ำควำมเย็นในสถำนะของเหลวและไอควรมีควำมหนืดต ่ำ ควำมหนืดที่ต ่ำของสำรท ำควำมเย็นเป็นที่ต้องกำรเมื่อสำรท ำควำมเย็นมีควำมดันลดลงและผ่ำน ไหลท่อด้ำนดูดที่มีขนำดเล็ก กำรถ่ำยเทควำมร้อนผ่ำนคอนเดนเซอร์และเครื่องระเหยก็จะดีที่ ควำมหนืดต ่ำ ตำรำงต่อไปนี้แสดงควำมหนืด ตำรำง 6.13 แสดงควำมหนืด (หน่วย centipoise (cPs)) ที่ควำมดันบรรยำกำศ ส ำหรับสำรท ำควำมเย็นทั่วไป ตารางที่6.13 ควำมเป็นพิษขึ้นอยู่กับควำมเข้มข้นและเวลำที่สัมผัส [1] 4. กำรน ำควำมร้อน (Thermal conductivity) สำรท ำควำมเย็นในสถำนะของเหลวและไอควรมี กำรน ำควำมร้อนสูง คุณสมบัตินี้เป็นสิ่งจ ำเป็นในกำรหำค่ำสัมประสิทธิ์กำรถ่ำยเทควำมร้อนในเครื่อง ระเหยและเครื่องควบแน่น ตำรำงที่6.14 แสดงค่ำกำรน ำควำมร้อนของสำรท ำควำมเย็นทั่วไป 5. ควำมเป็นฉนวน (Dielectric strength) ของสำรท ำควำมเย็นมีควำมส ำคัญในเครื่องอัดไอ แบบหุ้มปิด ซึ่งมอเตอร์ไฟฟ้ำสัมผัสกับสำรท ำควำมเย็น ควำมเป็นฉนวนสัมพัทธ์ของสำรท ำ ควำมเย็นคืออัตรำส่วนของควำมเป็นฉนวนของไนโตรเจนและส่วนผสมของไอสำรท ำควำมเย็น ต่อควำมเป็นฉนวนของไนโตรเจนที่ควำมดันบรรยำกำศและอุณหภูมิห้อง ตำรำงที่ 6.15 แสดง ควำมเป็นฉนวนสัมพัทธ์ของสำรท ำควำมเย็นทั่วไป 6. แนวโน้มที่จะรั่วไหล (Leakage tendency) ของสำรท ำควำมเย็นควรต ่ำ หำกมีกำรรั่วไหล ของสำรท ำควำมเย็นควรตรวจจับได้ง่ำย กำรรั่วไหลเกิดขึ้นเนื่องจำกจุดต่อ ข้อต่อหรือ ข้อบกพร่องในอุปกรณ์ เนื่องจำกสำรท ำควำมเย็นฟลูออโรคำร์บอนไม่มีสีดังนั้นกำรรั่วไหลจึงเกิด ควำมสูญเสียและเพิ่มค่ำใช้จ่ำย แต่กำรรั่วไหลของแอมโมเนียรู้ได้ง่ำยเนื่องจำกมีกลิ่นฉุน สารท าความ เย็น ความหนืด ที่อุณหภมูิของเหลว ความหนืด ที่อณุหภมูิไอ -15ºC 37.5ºC -15ºC 60ºC R-11 0.650 0.380 0.0096 0.0121 R-12 0.328 0.242 0.0114 0.0136 R-22 0.286 0.223 0.0114 0.0143 R-40 0.293 0.226 0.0095 0.0120 R-113 1.200 0.564 0.0093 0.0112 R-717 0.250 0.200 0.0085 0.0116 R-744 0.115 - 0.0132 0.0165 R-764 0.503 0.260 0.0111 0.0144

191 กำรรั่วไหลของสำรท ำควำมเย็นฟลูออโรคำร์บอนอำจตรวจพบได้โดยสำรละลำยสบู่ ตะเกียง เฮไลด์หรือเครื่องตรวจจับกำรรั่วไหลอิเล็กทรอนิกส์สำรท ำควำมเย็นนี้มักใช้ในโรงท ำควำมเย็น ขนำดใหญ่ส่วนแอมโมเนียตรวจพบกำรรั่วไหลโดยใช้เทียนก ำมะถันที่เผำไหม้ซึ่งในที่ที่มีกำรก่อ ตัวเป็นควันสีขำวของแอมโมเนียมซัลไฟต์ ตารางที่6.14 กำรน ำควำมร้อน [1] 7. แนวโน้มที่จะรั่วไหล (Leakage tendency) ของสำรท ำควำมเย็นควรต ่ำ หำกมีกำรรั่วไหล ของสำรท ำควำมเย็นควรตรวจจับได้ง่ำย กำรรั่วไหลเกิดขึ้นเนื่องจำกจุดต่อ ข้อต่อหรือ ข้อบกพร่องในอุปกรณ์ เนื่องจำกสำรท ำควำมเย็นฟลูออโรคำร์บอนไม่มีสีดังนั้นกำรรั่วไหลจึงเกิด ควำมสูญเสียและเพิ่มค่ำใช้จ่ำย แต่กำรรั่วไหลของแอมโมเนียรู้ได้ง่ำยเนื่องจำกมีกลิ่นฉุน กำรรั่วไหลของสำรท ำควำมเย็นฟลูออโรคำร์บอนอำจตรวจพบได้โดยสำรละลำยสบู่ ตะเกียง เฮไลด์หรือเครื่องตรวจจับกำรรั่วไหลอิเล็กทรอนิกส์สำรท ำควำมเย็นนี้มักใช้ในโรงท ำควำมเย็น สารท าความเย็น อณุหภมูิ(ºC) การน าความร้อน (W/mK) Liquid R11 40 0.1022 R-12 40 0.0814 R-22 40 0.0970 R-30 30 0.1664 R-40 20 0.1612 R-113 40 0.0971 R-717 -10 ถึง 20 0.5026 R-744 20 0.2080 R-764 20 0.3466 Vapor R11 30 8.318 x 10-3 R-12 30 8.318 x 10-3 R-22 30 9.705 x 10 -3 R-30 30 11.784 x 10-3 R-40 0 6.759 x 10-3 R-113 0 8.492 x 10-3 R-717 30 7.798 x 10-3 R-744 0 22.182 x 10-3 R-764 0 8.665 x 10-3

192 ขนำดใหญ่ ส่วนแอมโมเนียตรวจพบกำรรั่วไหลโดยใช้เทียนก ำมะถันที่เผำไหม้ซึ่งในที่ที่มีก่อตัว เป็นควันสีขำวของแอมโมเนียมซัลไฟต์ 8. ค่ำใช้จ่ำย (Cost) ของสำรท ำควำมเย็นไม่ส ำคัญนักในระบบท ำควำมเย็นขนำดเล็ก แต่มี ควำมส ำคัญมำกในระบบท ำควำมเย็นควำมจุสูง เช่นในอุตสำหกรรมและเชิงพำณิชย์แอมโมเนีย มีรำคำถูกที่สุดจึงใช้กันอย่ำงแพร่หลำยในโรงงำนอุตสำหกรรมขนำดใหญ่ เช่น ห้องเย็นและโรง น ้ำแข็ง สำรท ำควำมเย็น R-22 มีรำคำแพงกว่ำสำรท ำควำมเย็น R-12 ค่ำใช้จ่ำยของควำม สูญเสียเนื่องจำกกำรรั่วไหลก็มีควำมส ำคัญเช่นกัน ตารางที่6.15 ควำมเป็นฉนวน [1] สารท าความเย็น R-11 R-12 R-22 R-30 R-40 R-113 R717 R-744 ความเป็ นฉนวน 3 2.4 1.31 1.11 1.06 2.6 0.82 0.88 6.14 สารท าความเย็นทุติยภมูิ- เกลือ เกลือ (Brines) เป็นสำรท ำควำมเย็นทุติยภูมิและโดยทั่วไปจะใช้ในกรณีที่ต้องรักษำ อุณหภูมิให้ต ่ำกว่ำจุดเยือกแข็งของน ้ำ เช่น 0ºC ในกรณีที่อุณหภูมิที่เกี่ยวข้องสูงกว่ำจุดเยือกแข็ง ของน ้ำ (0ºC) น ้ำมักใช้เป็นสำรท ำควำมเย็นทุติยภูมิBrinesเป็นสำรละลำยเกลือในน ้ำ อำจ สังเกตได้ว่ำเมื่อเกลือผสมในน ้ำ อุณหภูมิเยือกแข็งของสำรละลำยจะต ่ำกว่ำน ้ำ นี่เป็นเพรำะควำม จริงที่ว่ำเกลือในขณะที่ละลำยในน ้ำจะขจัดควำมร้อนแฝงออกจำกสำรละลำยและท ำให้เย็นลงใต้ จุดเยือกแข็งของน ้ำ มวลของเกลือในสำรละลำยที่แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของมวลของสำรละลำย เรียกว่ำควำมเข้มข้นของสำรละลำย เมื่อควำมเข้มข้นของสำรละลำยเพิ่มขึ้น จุดเยือกแข็งจะ ลดลง แต่ถ้ำควำมเข้มข้นของเกลือเพิ่มขึ้นเกินจุดจุดหนึ่ง จุดเยือกแข็งเพิ่มขึ้นแทนที่จะลดลง จุด ที่อุณหภูมิเยือกแข็งต ่ำสุดเรียกว่ำอุณหภูมิยูเทคติก (Eutectic temperature) และควำมเข้มข้น ของสำรละลำย ณ จุดนี้เรียกว่ำควำมเข้มข้นของยูเทคติก (Eutectic concentration) น ้ำเกลือที่ใช้ในกำรใช้งำนเฉพำะควรมีควำมเข้มข้นซึ่งสำรท ำควำมเย็นทุติยภูมิเฉพำะ มีจุด เยือกแข็งของน ้ำเกลือต ่ำกว่ำอุณหภูมิน ้ำเกลืออย่ำงน้อย 5ºC ถึง 8ºC จำกที่ต้องกำร เกลือที่ใช้ กันทั่วไปคือแคลเซียมคลอไรด์(CaCl2 ) โซเดียมคลอไรด์(Sodium chloride) เช่น เกลือทั่วไป (NaCl) และไกลคอล เช่น เอทิลีนไกลคอล (Ethylene glycol) โพรพิลีนไกลคอล (Propylene glycol) เป็นต้น น ้ำเกลือแคลเซียมคลอไรด์มีอุณหภูมิยูเทคติก -55ºC ที่ควำมเข้มข้นของเกลือ 30% โดยมวล น ้ำเกลือนี้ใช้เป็นหลักในกรณีที่ต้องกำรอุณหภูมิต ่ำกว่ำ -18ºC โดยมวล โดยทั่วไป จะใช้ในกำรท ำควำมเย็นในกระบวนกำรอุตสำหกรรมและกำรแช่แข็งผลิตภัณฑ์ข้อเสียหลักของ น ้ำเกลือแคลเซียมคลอไรด์คือผลกำรคำยน ้ำและแนวโน้มที่จะให้รสขมแก่ผลิตภัณฑ์อำหำร น ้ำเกลือโซเดียมคลอไรด์มีอุณหภูมิยูเทคติก -21.1ºC ที่ควำมเข้มข้นของเกลือ 23% โดย มวล น ้ำเกลือนี้ใช้ในกำรแช่เย็นและแช่แข็งเนื้อสัตว์และปลำ เกลือ brines ทั้งสองข้ำงต้นมีฤทธิ์ กัดกร่อนตำมธรรมชำติภำชนะโลหะซึ่งมีข้อจ ำกัดในกำรใช้งำน นอกจำกนี้คุณสมบัติทำงควำม ร้อนของ สองตัวข้ำงต้นยังเป็นที่น่ำพอใจน้อยกว่ำ