Equipments in a refrigeration system

CompressorCondenserExpansion valve or throttling valveEvaporator

อธิบายระบบการทํางานเบื้องตนของอุปกรณตางๆไดอธิบายระบบการทํางานเบื้องตนของอุปกรณตางๆได

รูจักหนาที่ของสวนประกอบตางๆรูจักหนาที่ของสวนประกอบตางๆ

สิ่งที่จะไดจากบทนี้

Equipments in a refrigeration system

COMPRESSORCOMPRESSOR

• ทําหนาที่นําไอสารทําความเย็นมาอัดตัวซึ่งไหลจากอีเวปปอเรเตอรมาทําใหมีความดันสูงขึ้น และขณะเดียวกันอุณหภูมิของสารทําความเย็นก็สูงขึ้นดวย

• ทําหนาที่เก็บกักสารทําความเย็นซึ่งแพรกระจายตลอดระบบใหมารวมกัน

คอมเพรสเซอรที่ทํางานอยางประสิทธิภาพตองมีการสูญเสียความดันจากการรั่วของสารทําความเย็นนอยที่สุด และใชกําลังงานนอยที่สุดสําหรับการทําความเย็น

สามารถแบงคอมเพรสออกไดเปน 3 แบบ• Reciprocating compressor• Rotary compressor• Centrifugal compressor

Reciprocating Compressor ใชมากในวงการอุตสาหกรรม มขีนาดการทําความเย็นตั้งแต เศษสวนของกิโลวัตต ถึงรอยๆ กิโลวัตต

Pressure – volume diagram for reciprocating compressor

Max. volumeMin volume

vavolume flow rate entering compressor

displacement rate of compressorη =

Volumetric efficiency

Clearance volumetric efficiency

vcg

100 100 1suctionA

C A dischar e

vVV V v

⎛ ⎞⎛ ⎞η = − × × −⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟−⎝ ⎠ ⎝ ⎠

Percent clearance

vsuction = specific volume of vapor entering compressor

vdischarge = specific volume of vapor after isentropic compression to TDC

TDC BDC

BDC

TDC

Vcompression ratio = V

Depend on the re-expansion of gas trapped in the clearance volume

Refrigeration capacity

คาความจุการทําความเย็นหรือคาความจุของการอัดเปนการวัดความ สามารถของสารทําความเย็นในคอมเพรสเซอร

คาความจุการทําความเย็น = อัตราการไหลเชิงมวล × ผลการทําความเย็น

คาความจุทางทฤษฎีมากกวาคาความเปนจริงเพราะ เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลงเกิดการดูดไอซึ่งดูดไดนอยกวาทางทฤษฎี ความหนาแนนของไอในกระบอกนอยกวาทางดูด

คาความจุการทําความเย็นจริง = คาทางทฤษฎี × ประสิทธิภาพปริมาตรva

volume flow rate entering compressordisplacement rate of compressor

⎛ ⎞η =⎜ ⎟⎝ ⎠

(R.E.)

Clearance volumetric efficiency

vcg

100 100 1suctionA

C A dischar e

vVV V v

⎛ ⎞⎛ ⎞η = − × × −⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟−⎝ ⎠ ⎝ ⎠

Percent clearance

vsuction = specific volume of vapor entering compressor

vdischarge = specific volume of vapor after isentropic compression to TDC

TDC BDC

BDC

TDC

Vcompression ratio = V

Depend on the re-expansion of gas trapped in the clearance volume

Clearance volumetric efficiency & mass flow rate of ideal compressor, R-22, 4.5% clearance, 50 L/s rate of displacement, and 35OC condensing temperature

Clearance volumetric efficiency

vc

suction

/100m = displacement rate vη

×

Mass flow rate

Work of compression and power required by an ideal compressor, R-22, 4.5% clearance, 50 L/s rate of displacement, and 35OC condensing temperature

Work of compression

Power

Power = m ih× Δ

ihΔ = isentropic work of compression

Piston rings and oil ring in a compressor

Rotary compressor ใชมากในตูแชแข็ง และเครื่องปรับอากาศตามบานเรือน

Hermetic compressor

Centrifugal compressor ใชในงานเชิงการคาสําหรับระบบการทําความเย็น ใชไดกับระบบทําความเย็นตั้งแต 200 ถึง 1000 กิโลวัตต การทํางานใหของเหลวไหลเขามาทางชองของใบจักรที่กําลังหมุน และโดนเหวี่ยงดวยแรงเหวี่ยงไปตามแนวเสนรอบวงของใบจักร

Compressor

Reciprocating compressor

ตั้งแตขนาดเล็กจนถึง 300 กิโลวัตตRotary compressor

ใชในงานขนาดเล็กตามบาน

Centrifugal compressor

ใชงานมากตั้งแต 500 กิโลวัตต

EVAPORATOREVAPORATOR

โครงสรางที่สําคัญของอีเวปปอเรเตอร มี 4 ชนิดคือ ทอเปลือย แผนโลหะ ครีบระบายความรอน แบบทอและถัง

EVAPORATOREVAPORATOR

อุปกรณที่น้ํายาเกิดการระเหยขึ้นภายใน

แบบทอ• ทอวางเรียงไปมา (Flat zigzag coil)

• ทอวน (Oval trombone coil)

แบบแผนแบบแผน

พบเห็นในงาน ชองน้ําแข็งของตูเย็นและตูแชตางๆ

แบบครบีแบบครบี

ใชมากในงานปรับอากาศ ประกอบดวย ทอโลหะทําหนาที่เปนทอน้ํายา และมคีรีบ

หรือแผนโลหะบางๆ ติดอยูเพื่อถายเทความรอน

มีพืน้ที่ผิวรับความรอนมากกวาแบบทออยางเดียว

แบบทอและถังแบบทอและถัง (Shell and tube)(Shell and tube) มีประสิทธิภาพการถายเทความรอนสูง ตองการเนื้อที่ติดตั้งนอย ทั้งทางดานราบและดานสูง (สะดวกบํารุงรักษา) ใชมากในระบบทําความเย็นและปรับอากาศ (2 ถึงหลายพันตันความเย็น)

การลําเลียงสารทําความเย็น

ในการนําสารทําความเย็นเขาไปในอีแวปอเรเตอรมี 2 วิธี คือ

1. แบบแหง ( Dry expansion )

2. แบบเปยก ( flooded )

A Dry expansion evaporators น้ํายาเขาอีเวปปอเรเตอรโดยผานทางวาวลลดความดัน ทําใหน้ํายากลายเปนละอองในปริมาณที่เหมาะสมกับการใชงาน (cooling load ∝ mass flow rate)

Flooded evaporators เปนอีเวปปอเรเตอรซึ่งภายในบรรจุดวยน้ํายาที่ยังเปนของเหลวอยูเต็ม ระดับของน้ํายาถูกควบคุมดวยลูกลอย น้ํายาที่ระเหยกลายเปนไอจะถกูคอมเพรสเซอรดูดออกไปทางดานบนของอีเวปปอเรเตอร

ขอด ีผิวดานในของอีเวปปอเรเตอรจะถูกหลอเลี้ยงดวยน้ํายาตลอดเวลา ทําใหการถายเทความรอนดี ขอเสีย ขนาดของอีเวปปอเรเตอรจะใหญและใชปรมิาณน้ํายามาก

พบในระบบทําความเย็นมากกวาระบบปรับอากาศ

Defrosting ปดสวิทซสําหรับเครื่องทําความเย็นขนาดเล็ก สําหรับเครื่องทําความเย็นขนาดใหญ• ใชน้ําอุนฉีดลงบนน้ําแข็งที่เกาะอยู• ใชกาซรอนผานทอดานนอกของอีเวปปอเรเตอร• ใชอุปกรณไฟฟาติดอยูขางในอีเวปปอเรเตอร

Electrical defrosting

CONDENSERCONDENSER

CONDENSERCONDENSER

คอนเดนเซอรรับน้ํายาที่มีสภาพเปนไอดงจากคอมเพรสเซอร และทําการหลอเย็นใหน้ํายากลายเปนของเหลว

สามารถแบงคอนเดนเซอรตามลักษณะการหลอเย็นออกไดเปน 2 ประเภทคือ แบบหลอเย็นดวยน้ํา แบบหลอเย็นดวยอากาศ

แบบหลอเย็นดวยน้ําแบบหลอเย็นดวยน้ํา

คอนเดนเซอรแบบหลอเย็นดวยน้ํามักใชกับระบบการความเย็นขนาดใหญคอนเดนเซอรแบบหลอเย็นดวยน้ํามักใชกับระบบการความเย็นขนาดใหญ ตองใชรวมกับระบบหอผึ่งลมเย็นตองใชรวมกับระบบหอผึ่งลมเย็น

ใชกับอาคารทั่วไปใชกับอาคารทั่วไป

ไมมีปญหาเรื่องตระกรันและการกัดกรอนของน้ําไมมีปญหาเรื่องตระกรันและการกัดกรอนของน้ํา

คาติดตั้งและการบํารุงรักษาต่ําคาติดตั้งและการบํารุงรักษาต่ํา

ขนาดของทอน้ํายายาวกวาระบบหลอเย็นดวยน้ําขนาดของทอน้ํายายาวกวาระบบหลอเย็นดวยน้ํา

แบบหลอเย็นดวยอากาศแบบหลอเย็นดวยอากาศ

หอผึ่งลมเย็นหอผึ่งลมเย็น

DRYERDRYER&&

OIL FILTEROIL FILTER

ติดตั้งกอนทางเขาวาวลลดความดัน กําจัดความชื้นในระบบ - ความชื้นในระบบสารทําความเย็นจะทําใหเกิดสภาวะเปนกรด ซึ่งจะไปกัดกรอนและลดความแข็งแรงของเหล็ก เชนทอน้ํายา และปองกันการเกิดน้ําแข็งในทอ

- ความชื้นจะทําใหเกิดน้ําแข็งในวาวลลดความดัน กําจัดสิ่งสกปรกในน้ํายา

DRYERS & OIL FILTERDRYERS & OIL FILTERDryer

Oil filter ติดตั้งกอนทางเขาคอมเพรสเซอร กรองน้ํามันเครือ่งไมใหไหลเขาไปในกระบอกสูบของคอมเพรสเซอร• ไมใหน้ํามันหลอลื่นปนเปอนในสารทําความเย็น

DRYERDRYER

Oils streaks (A), constant bubbles (B) or foam (C) indicate there is not enough refrigerant in the system. If the glass is clouded with a milky white substance, have the receiver/dryer checked by a certified air conditioning specialist

OIL FILTEROIL FILTER

จาก sight glass ถาหากสารทําความเย็นมีลักษณะเปนฟอง แสดงวาสารทําความเย็นในระบบมีไมเพียงพอ

EXPANSION DEVICESEXPANSION DEVICES

Expansion devicesExpansion devices

ลดความดันของสารทําความเย็นกอนเขาลดความดันของสารทําความเย็นกอนเขาอีเวปปอเรเตอรอีเวปปอเรเตอร

เปนอุปกรณควบคุมปริมาณน้ํายาที่ปอนเขาสูเปนอุปกรณควบคุมปริมาณน้ํายาที่ปอนเขาสูอีเวปปอเรเตอรอีเวปปอเรเตอรเพื่อรักษาอุณหภูมิเพื่อรักษาอุณหภูมิ และและ

ความดนัของความดนัของอีเวปปอเรเตอรอีเวปปอเรเตอรใหเทากับที่ออกแบบไวใหเทากับที่ออกแบบไว

นิยมใชทั่วไปคอืนิยมใชทั่วไปคอื

-- Automatic expansion valveAutomatic expansion valve-- Thermostatic expansion valveThermostatic expansion valve-- Low pressure side floatLow pressure side float-- High pressure side floatHigh pressure side float-- Capillary tubeCapillary tube

Automatic expansion valveAutomatic expansion valve อาศัยการเปลี่ยนแปลงความดันภายในอีเวปปอเรเตอรสําหรับ

ควบคุมการปดเปดลิ้น

P3

P2

P1

• เมื่อน้ํายาภายในอีเวปปอเรเตอรนอย P2 จะตกลง ทําใหน้ํายาไหลเขาอีเวปปอเรเตอรมากขึ้น

• ขนาดของวาวลชนิดนี้ตองมีขนาดที่พอเหมาะกับคอมเพรสเซอร ไมเชนนั้นแลว จะทําใหมีน้ํายาตกคางในอีเวปปอเรเตอรแลวไหลเขา

คอมเพรสเซอร ทําใหคอมเพรสเซอรเสียหาย

Thermostatic expansion valveThermostatic expansion valve

อาศัยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในอาศัยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในอีเวปปอเรเตอรอีเวปปอเรเตอร

ทําใหความดันภายในถุงลมของทําใหความดันภายในถุงลมของวาวลวาวลเปลี่ยนแปลงเพื่อเปลี่ยนแปลงเพื่อ เปดเปด ปดปด วาวลวาวล

อุณหภูมิสูงขึ้นอุณหภูมิสูงขึ้นวาวลวาวลเปดมากขึ้นเปดมากขึ้น

Low pressure side floatLow pressure side float ควบคมุอัตราการไหลของน้ํายาควบคมุอัตราการไหลของน้ํายา

น้ํายาจากคอนเดนเซอรแลวจะนําเขาสูถังเก็บกอนแลวจึงผานน้ํายาจากคอนเดนเซอรแลวจะนําเขาสูถังเก็บกอนแลวจึงผานวาวลวาวลลดความดันเขาสูลดความดันเขาสู

อีเวปปอเรเตอรอีเวปปอเรเตอร อาศัยลูกลอยเพื่อรักษาระดับน้ํายาภายในอาศัยลูกลอยเพื่อรักษาระดับน้ํายาภายในอีเวปปอเรเตอรอีเวปปอเรเตอร ลิ้นจะปดเมื่อระดับน้ํายาลิ้นจะปดเมื่อระดับน้ํายา

ภายในหองลูกลอยไดระดับที่กําหนดไวภายในหองลูกลอยไดระดับที่กําหนดไว -- ขณะที่น้ํายาเหลวภายใตความดันต่ําในหองลูกลอยเดือดเปลี่ยนสถานะเปนขณะที่น้ํายาเหลวภายใตความดันต่ําในหองลูกลอยเดือดเปลี่ยนสถานะเปนไอไอ ระดับน้ํายาภายในหองจะลดลงระดับน้ํายาภายในหองจะลดลง

High pressure side floatHigh pressure side float น้ํายาจากคอนเดนเซอรจะถูกนําเขาหองน้ํายาจากคอนเดนเซอรจะถูกนําเขาหอง

ลูกลอยทันทีลูกลอยทันที และจะปลอยน้ํายาออกเมื่อและจะปลอยน้ํายาออกเมื่อ

ระดับของน้ํายาสูงกวาที่ขีดกําหนดระดับของน้ํายาสูงกวาที่ขีดกําหนด

เมื่อระดับน้ํายาในหองลูกลอยสูงขึ้นเมื่อระดับน้ํายาในหองลูกลอยสูงขึ้น ลูกลูกลอยจะลอยสูงทําใหเข็มของลอยจะลอยสูงทําใหเข็มของวาวลวาวลลดความลดความ

ดันเปดใหน้ํายาไหลผานออกไปจากหองดันเปดใหน้ํายาไหลผานออกไปจากหอง

ลูกลอยไดลูกลอยได

ใชมากในตูแชใชมากในตูแช ซึ่งตองการผลความเย็นสูงซึ่งตองการผลความเย็นสูง จํานวนสารทําความเย็นที่ใชเติมในระบบจํานวนสารทําความเย็นที่ใชเติมในระบบ

จําเปนตองมีปริมาณที่แนนอนจําเปนตองมีปริมาณที่แนนอน ((เพราะมีผลตอการทํางานของลูกลอยเพราะมีผลตอการทํางานของลูกลอย))

Capillary tubeCapillary tube ประกอบดวยทอเล็กๆประกอบดวยทอเล็กๆ ติดตั้งอยูระหวางคอนเดนเซอรและติดตั้งอยูระหวางคอนเดนเซอรและอีเวปปอเรเตอรอีเวปปอเรเตอร เปนแบบเปนแบบ

ขดลวดขดลวด หลักการทํางานคือหลักการทํางานคือ เมื่อน้ํายาไหลผานทอขดลวดเมื่อน้ํายาไหลผานทอขดลวด ความดันจะตกลงความดันจะตกลง ((ขึ้นกับขนาดและขึ้นกับขนาดและ

ความยาวของทอแคความยาวของทอแคปปลาปปลารี่รี่))

วาวลวาวลชนิดนี้ใหน้ํายาไหลผานตลอดเวลาตราบจนที่ความดันของน้ํายาในคอนเดนเซชนิดนี้ใหน้ํายาไหลผานตลอดเวลาตราบจนที่ความดันของน้ํายาในคอนเดนเซอรอร

สูงกวาความดันในน้ําสูงกวาความดันในน้ําอีเวปปอเรเตอรอีเวปปอเรเตอร ขอดีคอืขอดีคอื •• ไมมีสวนที่สึกหรอไมมีสวนที่สึกหรอ •• ภายหลังที่คอมเพรสหยุดการทํางานภายหลังที่คอมเพรสหยุดการทํางาน ความดันในความดันในอีเวปปอเรเตอรอีเวปปอเรเตอรและคอนเดนเซอรและคอนเดนเซอร

จะเทากันจะเทากัน ทําใหภาระในการสตารทคอมเพรสเซอรทําใหภาระในการสตารทคอมเพรสเซอร ต่ําต่ํา

Design of a refrigeration systemDesign of a refrigeration system

อุปกรณแตละตัวมลีักษณะหนาที่การทํางานที่แตกตางอุปกรณแตละตัวมลีักษณะหนาที่การทํางานที่แตกตาง

•• ขึน้กับคุณสมบัติของสารทําความเย็นขึน้กับคุณสมบัติของสารทําความเย็น เชนเชน อุณหภูมิอุณหภูมิ ความดันความดัน สถานะสถานะ และความและความ

ตองการการถายเทพลังงานตองการการถายเทพลังงาน

การออกแบบระบบทําความเย็นที่ดีการออกแบบระบบทําความเย็นที่ดี

•• มีความคิดสรางสรรคสามารถหากระบวนการที่ทําใหไดระบบตามวัตถุประสงมีความคิดสรางสรรคสามารถหากระบวนการที่ทําใหไดระบบตามวัตถุประสงคค

•• มีการสังเคราะห (synthesis) เลือกระบบที่ทํางานไดจริงและอยูภายใตเงื่อนไขที่กําหนด

• มีการคํานึงถึงอายุการใชงานของระบบ ขนาดอุปกรณ และราคา• ตองไมทําใหเกิดอันตราย เสียงดัง มลภาวะ• Optimization