ความรู้เกี่ยวกับระบบทำความเย็นแบบบีบอัดไอน้ำ
เปิดอ่าน 15,022
วงจรการทำความเย็นแบบบีบอัดจะมีข้อดีตรงที่ของไหลที่ถูกบีบอัดสูงมาก ณ อุณหภูมิค่าหนึ่งนั้นจะเย็นลงก็ต่อเมื่อยอมให้ มีการขยายได้อีก ถ้าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมีค่าสูงเพียงพออากาศที่ถูกบีบอัดนี้จะร้อนมากกว่าแหล่งทำความเย็น ภายนอก (ตัวอย่างเช่น อากาศภายนอก) และก๊าซที่ขยายตัวจะเย็นลงมากกว่าค่าอุณหภูมิที่กำหนดไว้ ในกรณีเช่นนี้อากาศจะถูกใช้ไปในการทำให้พื้นที่ว่างเย็นลงไปแล้วกำจัดความร้อนไปยังสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่า
วงจรการทำความเย็นแบบบีบอัดไอน้ำจะมีข้อดีอยู่ 2 ประการ อย่างแรกคือมีความต้องการใช้พลังงานความร้อนไปเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอน้ำ เพราะฉะนั้นจึงสามารถขจัดความร้อนในพื้นที่ว่างที่มีการปรับอากาศได้ อย่างที่สองก็คือ ธรรมชาติของการแบ่งแบบความร้อนเท่ากันจะยอมให้มีการถอนความร้อนออกโดยไม่มีการเพิ่มอุณหภูมิของของไหลที่ใช้ทำงานต่ออุณหภูมิของอะไรก็ตามที่กำลังถูกทำให้เย็นนั่นหมายความว่าการถ่ายเทความร้อนจะอยู่ในอัตราที่สูง เพราะว่าถ้าหากอุณหภูมิของของเหลวที่ใช้งานอยู่มีค่าใกล้เคียงกับสภาพแวดล้อมก็จะทำให้มีอัตราการถ่ายเทความร้อนลดลง
วงจรการทำความเย็น แสดงไว้แล้วในรูปที่ 3 และรูปที่ 4 และถูกแยกย่อยออกมาอีกตามขั้นตอนต่างๆ ดังนี้
- 1 – 2. สารทำความเย็นที่เป็นของเหลวซึ่งอยู่ในเครื่องทำระเหยนั้น จะดูดกลืนความร้อนจากสภาพแวดล้อม เช่น อากาศ น้ำ หรือของเหลวบางส่วนในกระบวนการ ในระหว่างขั้นตอนนี้มันจะเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นก๊าซ และที่ทางออกจากเครื่องทำระเหยนั้น จะเป็นการดงไอด้วยเล็กน้อย
- 2 – 3. ไอร้อนยิ่งยวด (ไอดง) จะเข้าไปยังเครื่องอัดอากาศซึ่งจะเพิ่มความดันอุณหภูมิก็จะเพิ่มขึ้นด้วย เพราะว่าสัดส่วนของพลังงานที่ใส่เข้าไปในกระบวนการบีบอัดนั้น จะถูกถ่ายเทสารทำความเย็นต่อไป
- 3 – 4. ก๊าซร้อนยิ่งยวดแรงดันสูง จะผ่านมาจากเครื่องอัดอากาศไปยังเครื่องควบแน่น ส่วนแรกเริ่มของกระบวนการหล่อเย็น (3 – 3a) จะลดความร้อนยิ่งยวดของก๊าซก่อนที่จะกลายเป็นของเหลว (3a – 3b) การหล่อเย็นสำหรับ กระบวนการนี้ทำได้โดยใช้อากาศหรือน้ำ การลดอุณหภูมิลงอีกจะมีขึ้นที่ระบบท่อและอ่างรับของเหลว (3b – 4) ซึ่ง สารของเหลวทำความเย็นก็จะถูกทำให้มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิอิ่มตัวในขณะที่มันเข้าไปยังอุปกรณ์ลดความดัน
- 4 - 1 ของเหลวยิ่งยวด ซึ่งมีแรงดันสูงนี้จะผ่านอุปกรณ์ลดแรงดัน ซึ่งจะลดทั้งแรงดันและการควบคุมการไหลเข้าสู่เครื่องทำระเหย
รูปที่ 3. รูปแบบของการอัดไอในวัฏจักรของการทำความเย็น
รูปที่ 4. รูปแบบของการอัดไอในวัฏจักรของการทำความเย็นซึงรวมการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน
(Bureau of Energy Efficiency, 2004)
เครื่องควบแน่นจะต้องสามารถกำจัดความร้อนที่เข้ามาในเครื่องทำระเหยและเครื่องอัดอากาศได้หรือกล่าวได้ว่า (1 – 2) + (2 – 3) จะต้องเหมือนกับ (3 – 4) โดยไม่มีการสูญเสียหรือได้รับความร้อนเพิ่มในอุปกรณ์ลดแรงดัน
ประเภทของสารทำความเย็นที่ใช้ในระบบการอัดไอ
สารทำความเย็นหลายชนิดได้ถูกนำมาใช้ในระบบการอัดไอ อุณหภูมิการหล่อเย็นที่ต้องการจะเป็นตัวกำหนดทางเลือกของสารเหล่านี้ สารทำความเย็นที่มักจะถูกนำมาใช้นั้นจะอยู่ในกลุ่มของคลอริเนต ฟลูออโรคาร์บอน (CFCs หรือที่เรียกว่า ฟรีออน) ได้แก่ R–11, R–12, R–21, R–22 และ R–502 คุณสมบัติของสารทำความเย็นเหล่านี้สรุปไว้ในตารางที่ 1 และสมรรถภาพของมันก็แสดงไว้ในตารางที่ 2 ดังต่อไปนี้
ตารางที่ 1. คุณสมบัติของสารทำความเย็นที่มักจะถูกนำมาใช้ (ดัดแปลงมาจาก Arora, C.P., 2000)
- ที่ -10 oC
- ที่แรงดันบรรยากาศมาตรฐาน (101.325 kPa)
ตารางที่ 2. สมรรถภาพของสารทำความเย็นที่มักจะถูกนำมาใช้ (ดัดแปลงมาจาก Arora, C.P., 2000)
- ที่ -15 oC อุณหภูมิของเครื่องทำระเหย, และ 30 oC อุณหภูมิของเครื่องควบแน่น
- COP carnot = ค่าสัมประสิทธิ์ของสมรรถภาพ = Temp.Evap. / (Temp.Cond. -TempEvap.)
ทางเลือกของสารทำความเย็นและอุณหภูมิหล่อเย็นที่ต้องการและโหลด จะเป็นตัวกำหนดทางเลือกของเครื่องอัดไอ เช่นเดียวกับการออกแบบของเครื่องควบแน่น เครื่องทำระเหยและอุปกรณ์เสริมอื่น ๆ (น้ำ กำลังไฟฟ้า ฯลฯ) ก็มีอิทธิพลต่อการเลือกส่วนประกอบต่างๆ เช่นกัน