การทำความเย็นเบื้องต้น

การทำความเย็น เป็นการถ่ายเทความร้อนออกจากบริเวณที่ต้องการทำความเย็น เพื่อที่จะให้พื้นที่บริเวณดังกล่าวมีอุณหภูมิลดลงหรือให้เย็นลงตามที่เราต้องการ การทำความเย็นจึงไม่ใช้เป็นการทำลายความร้อน แต่เป็นการถ่ายเท หรือนำพาความร้อนออกไปนั่นเอง


หลักการทำความเย็นเบื้องต้น เปรียบง่ายๆก็เหมือนกับการที่เราไปวิ่งหรือออกกำลังกายจนมีเหงื่อออกเปียกชุ่ม เมื่อเรานั่งพักเราจะรู้สึกว่าร่างกายเย็นขึ้น เป็นผลมาจากของเหลวที่ร่างกายขับออกมาในรูปแบบเหงื่อเกิดการระเหยไปกับอากาศที่มะปะทะตัวเรา การระเหยของเหงื่อ ได้นำพาเอาความร้อนออกจากตัวเราไปด้วย หลักการทำความเย็นในเครื่องทำความเย็น และเครื่องปรับอากาศ ก็เปรียบได้เช่นเดียวกันนี้

การถ่ายเทความร้อนของร่างกายเรา จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการถ่ายเทความร้อย ซึ่งนั่นก็คือของเหลวอย่างเหงื่อ มาเป็นตัวกลางในการช่วยนำพาความร้อน

ในเครื่องทำความเย็นก็เช่นกัน จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางมาเป็นตัวช่วยนำพาความร้อน จากที่หนึ่งไปยังที่หนึ่ง 

โดยที่ตัวกลางในระบบเครื่องทำความเย็นนั้น ก็คือสารทำความเย็น (Refrigerant) หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า “น้ำยา” ซึ่งเป็นตัวกลางในการถ่ายเทหรือนำพาความร้อน



สารทำความเย็น ในปัจจุบัน มีการผลิตขึ้นมาหลากหลายชนิด ซึ่งแต่ละชนิด ก็ได้ถูกคิดค้นและพัฒนาขึ้นมา เพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานในระบบเครื่องทำความเย็นแบบต่างๆ แต่เดิมในอดีต สารทำความเย็น มีชื่อเรียกที่หลากหลาย ตามแต่ผู้ผลิตจะกำหนด โดยจะแบ่งออกหลักได้ 3 กลุ่ม 

1. กลุ่ม ฟรีออน (Freon) F-12,F-22 

2. กลุ่ม (Genetron) G-12,G-22  

3. กลุ่ม (Keiser) K-12,K-22 

ชื่อชนิดสารทำความเย็นที่หลากหลายเหล่านี้ ก่อให้เกิดความสับสนตามมา ส่งผลให้ สมาคมเครื่องเย็นแห่งสหรัฐอเมริกา (ASHRAE) ประกาศข้อตกลงอันเป็นมาตรฐานสากล กำหนดให้ใช้อักษร R ที่ย่อมาจากคำว่า Refrigerant แปลว่า สารทำความเย็น เป็นอักษรกำกับนำหน้าสารทำความเย็น โดยยังคงใช้เบอร์ของสารทำความเย็นตามเดิม จึงกลายเป็น R-12,R-22 ที่เราคุ้นหูกันอยู่ในทุกวันนี้ แต่ในบางตำราหรือเอกสารทางวิชาการแบบเก่าๆ เราอาจจะยังคงพบเห็นการใช้คำว่า Freon “F” อยู่บ้าง

สารทำความเย็นที่ใช้ในเครื่องทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศสามารถจำแนกได้เป็น 2 ชนิดหลักๆ คือ

- สารทำความเย็นภายในตู้เย็น,ตู้แช่ ใช้สารทำความเย็น R-12 แต่ในปัจจุบันได้มีการคิดค้นสารทำความเย็นเบอร์ใหม่ เพื่อนำมาทดแทนสารทำความเย็น R-12 อันเนื่องมาจาก สารทำความเย็น R-12 มีสารที่ทำให้เกิดปัญหาสภาวะเรือนกระจกเป็นองค์ประกอบ จึงมีการคิดค้นสารทำความเย็นเบอร์ R-134a ขึ้นมาทดแทน ตามกระแสตื่นตัวรักโลก ดังนั้น ตู้เย็น,ตู้แช่,ตู้น้ำเย็น ที่ผลิตขึ้นในปัจจุบัน ส่วนใหญ่จะใช้เป็นระบบ R-134a แต่ในส่วนสารทำความเย็น R-12 ปัจจุบันก็ยังมีการผลิตอยู่บางส่วน เพื่อรองรับงานซ่อมบำรุงในรายที่ใช้ระบบของ R-12

- สารทำความเย็นภายในเครื่องปรับอากาศ ใช้สารทำความเย็น R-22 แต่ในปัจจุบันได้มีการคิดค้นสารทำความเย็นเบอร์ใหม่ เพื่อนำมาทดแทนสารทำความเย็น R-22 อันเนื่องมาจาก สารทำความเย็น R-22 มีสารที่ทำให้เกิดปัญหาสภาวะเรือนกระจกเป็นองค์ประกอบ จึงมีการคิดค้นสารทำความเย็นเบอร์ R-410a ขึ้นมาทดแทน ตามกระแสตื่นตัวรักโลกอีกเช่นกัน แต่ในส่วนของเครื่องปรับอากาศ ปัจจุบันยังคงนิยมใช้ R-22 อยู่ ซึ่งสารทำความเย็นชนิดใหม่ R-410a ในขณะนี้ยังคงไม่เป็นที่แพร่หลายมากนัก อันเนื่องมาจากยังคงมีราคาสูงและกระบวนการขั้นตอนค่อนช้างยุ่งยาก การนำมาใช้งานในปัจจุบัน R-410a ส่วนใหญ่จะเห็นได้ว่าการนำไปใช้ในเครื่องปรับอากาศ จะนำมาใช้ในรุ่นท็อปของแต่ละยี่ห้อ เช่นในรุ่น Inverter



การหมุนเวียนในระบบการทำความเย็น

การเกิดความเย็นในระบบเครื่องทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศ จะมีรูปแบบการทำงานที่เป็นวัฏจักร 

โดยเริ่มจาก การที่สารทำความเย็นถูกทำการอัดด้วยเครื่องอัดสารทำความเย็น (Compressor) และเมื่อผ่านกระบวนการอัดแล้ว ก็จะได้สารทำความเย็นที่มีสถานะเป็นไอหรือแก๊ส มีแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง

จากนั้นสารทำความเย็นที่ถูกอัดออกมานี้ ก็จะถูกส่งตามท่อทางเดินสารทำความเย็น ซึ่งจะนำสารทำความเย็นที่ถูกอัดออกมานี้ ไปเข้าสู่กระบวนการขั้นต่อไปซึ่งจะเป็นกระบวนการควบแน่น ด้วยชุดอุปกรณ์คอนเด็นเซอร์ (Condenser) 

และเมื่อสารทำความเย็นไหลผ่านกระบวนการควบแน่นแล้ว ก็จะเปลี่ยนสถานะ จากเดิมที่เป็นแก๊สแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง เมื่อได้ไหลผ่านส่วนควบแน่นแล้ว ก็จะกลายเป็น สารทำความเย็นที่มีสถานะเป็นของเหลว แต่ก็ยังคงมีแรงดันสูงและยังคงมีอุณหภูมิสูงอยู่ 

เมื่อออกจากส่วนควบแน่น ในรูปของเหลวแรงดันสูงอุณหภูมิสูง สารทำความเย็นก็จะถูกส่งต่อผ่านทางท่อ เพื่อไปยังขั้นตอนต่อไปที่อุปกรณ์ควบคุมสารทำความเย็น (Refrigerant Control) หรือตัวควบคุมน้ำยา

และเมื่อสารทำความเย็นที่เป็นของเหลวแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง ผ่านเข้ามายังอุปกรณ์ควบคุมสารทำความเย็น และในกระบวนการขั้นตอนนี้ ตัวของสารทำความเย็นจะถูกลดแรงดันให้ต่ำลง จากที่เป็นของเหลวแรงดันสูง ก็ถูกลดแรงดันให้ต่ำลงอย่างกระทันหัน การที่ของเหลวแรงดันสูงถูกลดแรงดันลงในทันที ก็ทำให้สารทำความเย็นในขณะนั้นระเหยเป็นไอหรือเป็นแก๊ส กระบวนการที่สารทำความเย็นระเหยนั้นจำเป็นต้องใช้ความร้อนเข้ามาช่วย ทำให้สารทำความเย็นในท่อ ดึงเอาความร้อนที่อยู่รอบๆเข้ามา ส่งผลให้มีอุณภูมิต่ำหรือความเย็นเกิดขึ้น ที่พื้นผิวของท่อทางเดินสารทำความเย็นในส่วนนี้   

และสารทำความเย็นที่ถูกลดแรงดันลงจากขั้นตอนที่ผ่านมา ซึ่งมีอุณหภูมที่ต่ำ และมีแรงดันต่ำ ก็จะถูกส่งต่อไปยังแผงทำความเย็น (Evaporator) ระหว่างที่ไหลผ่านแผงทำความเย็น สารทำความเย็นในระบบก็ยังมีการดึงเอาความร้อนรอบๆมาใช้อย่างต่อเนื่อง จึงเกิดเป็นอุณภูมิต่ำหรือความเย็นขึ้นในส่วนนี้

หลังจากกระบวนการข้างต้นเสร็จสมบูรณ์แล้ว สารทำความเย็นที่ออกมาจากแผงทำความเย็น ก็จะถูกดูดเข้ามาผ่านกระบวนการอัดใหม่อีกครั้ง ด้วยเครื่องอัด หรือคอมเพรสเซอร์ และกระบวนการนับจากนั้น ก็จะเป็นไปตามวัฎจักร แบบเดียวกับที่อธิบายมาข้างต้น ซึ่งมันจะเป็นวัฏจักรการทำงานแบบนี้ ต่อเนื่องไปตลอดเวลา ที่เครื่องอัดยังทำงานอยู่

อุปกรณ์ที่จำเป็นในระบบการทำความเย็น

1. เครื่องอัด หรือ คอมเพรสเซอร์ ในกระบวนการทำความเย็นที่นิยมใช้ในปัจจุบัน คอมเพรสเซอร์นั้นเปรียบได้เหมือนหัวใจ ของระบบเครื่องทำความเย็น และเครื่องปรับอากาศ เนื่องจากเป็นส่วนสำคัญซึ่งทำหน้าที่ในการดูดและอัดสารทำความเย็น ให้ไหลเวียนอยู่ในระบบทำความเย็น เกิดเป็นวัฏจักรของการทำความเย็น

2. ส่วนควบแน่น หรือคอนเดนเซอร์ ทำหน้าที่ควบแน่นสารทำความเย็นที่ไหลผ่านเข้ามา ซึ่งเป็นผลให้สารทำความเย็นที่เข้ามาในสถานะแก๊ส ถูกกลั่นตัวเป็นของเหลว 

ในระบบเครื่องทำความเย็นที่เราคุ้นเคยกันอยู่นั้น กระบวนการของส่วนควบแน่นก็อาจจะเรียกได้ว่าเป็นการระบายความร้อน ให้กับสารทำความเย็นที่ถูกอัดออกมาจากคอมเพรสเซอร์ มีสถานะเป็นแก๊ส อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง แต่เมื่อผ่านกระบวนการควบแน่น ก็ถูกจะระบายความร้อนส่วนหนึ่งออกไป และจะกลั่นตัวเป็นของเหลว แต่ยังคงมีความดัน และอุณหภูมิสูงอยู่

3. อุปกรณ์ควบคุมน้ำยา ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของสารทำความเย็นเหลว ก่อนที่จะผ่านเข้ามาในอีวาปอเรเตอร์ ให้มีความดันต่ำลง การที่สารทำความเย็นมีความดันต่ำจะสามารถระเหยกลายเป็นไอได้ง่ายเมื่อได้รับความร้อนเพียงเล็กน้อย 

ที่นิยมใช้กันทั่วไปจะป็นแบบแคปทิ้ว หรือ เอกซ์แพนชั่นวาล์ว

4. อีวาปอเรเตอร์ เป็นส่วนที่สารทำความเย็นแรงดันต่ำและอุณหภูมิต่ำจะเข้ามา และไหลวนตามท่อที่ขดไว้ในส่วนนี้ ซึ่งจะดูดความร้อนในห้องหรือในพื้นที่ ที่ต้องการทำความเย็น โดยที่สารทำความเย็น ที่เข้ามาในอีวาปอเรเตอร์ จะดูดเอาความร้อนบริเวณรอบๆเข้ามา ทำให้บริเวณรอบๆนี้มีอุณหภูมิต่ำลง

5. รีซีฟเวอร์ หรือถังพักสารทำความเย็น เป็นอุปกรณ์ที่ต่อพวงขึ้นสำหรับระบบทำความเย็นขนาดใหญ่ ถ้าเป็นระบบทำความเย็นขนาดเล็กก็ไม่จำเป็น การที่ระบบทำความเย็นขนาดใหญ่จำเป็นต้องมี ก็เพื่อให้สารทำความเย็นที่มีสถานะเป็นของเหลวมีปริมาณมากเพียงพอที่จะจ่ายให้ไประเหยที่อีวาปอเรเตอร์

ท่อนำสารความเย็นในระบบเครื่องทำความเย็น

ท่อซักชั่น (Suction line) เป็นท่อทางเดินสารทำความเย็นที่ต่ออยู่ระหว่างอีวาพอเรเตอร์กับทางดูดของคอมเพรสเซอร์ สารทำความเย็นในสถานะแก๊ส อุณหภูมิและความดันต่ำ จากอีวาพอเรเตอร์จะถูกดูดผ่านท่อซักชั่นเข้าไปยังคอมเพรเซอร์

ท่อดิสชาร์จ (Discharge line) เป็นท่อทางเดินสารทำความความเย็นที่ต่ออยู่ระหว่างท่อทางอัดของคอมเพรสเซอร์กับคอนเดนเซอร์ สารทำความเย็นในสถานะที่เป็นแก๊สซึ่งถูกคอมเพรสเซอร์อัดให้มีความดันและอุณหภูมิสูงขึ้นจะถูกส่งไปยังคอนเดนเซอร์โดยผ่านท่อนี้