เครื่องทำความเย็นคืออะไร มีหลักการทำงานอย่างไร ใช้ในอุตสาหกรรมแบบใดบ้าง

[พรสัก ส่องแสง]

เครื่องทำความเย็นคืออะไร

เครื่องทำความเย็น เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีระบบความเย็น (Refrigeration System) เป็นองค์ประกอบหลัก เครื่องทําความเย็นจึงเป็นอุปกรณ์ทําความเย็นที่มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิต รวมไปถึงเครื่องทำความเย็นยังเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญต่ออุตสาหกรรมต่าง ๆ เป็นอย่างมาก

โดยทั่วไปโครงสร้างของเครื่องทำความเย็นในปัจจุบันจะเป็นรูปทรงต่าง ๆ ที่มีหลากหลายขนาด นอกจากนี้เครื่องทำความเย็นยังสามารถเลือกใช้งานได้หลายรูปแบบ เช่น

• เครื่องทำความเย็นแบบตั้งพื้น
• เครื่องทำความเย็นแบบติดผนัง
• เครื่องทำความเย็นแบบติดเพดาน
• เครื่องทำความเย็นแบบแบบเคลื่อนที่ได้

เครื่องทำความเย็นแต่ละรูปแบบจะมีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกันไป ทั้งในเรื่องของการติดตั้ง การเคลื่อนย้ายความสะดวกในใช้งาน นอกจากนี้เครื่องทำความเย็นยังมีระบบทำความเย็นที่แตกต่างกันออกไป การเลือกเครื่องทำความเย็นให้เกิดประสิทธิภาพมากที่สุด ผู้ประกอบการควรเลือกใช้เครื่องทำความเย็นให้เหมาะสมกับการใช้งานมากที่สุด

หลักการทำงานของเครื่องทำความเย็น

เครื่องทำความเย็นโดยทั่วไปจะมีหลักการการทำงานที่คล้ายคลึงกัน โดยการทำให้สารตัวกลางในการทำความเย็น (refrigerant) เปลี่ยนสถานะ เนื่องจากการเปลี่ยนสถานะของสารทุกชนิดจะมีความร้อนแฝงเข้ามาช่วยในการเปลี่ยนสถานะเสมอ เครื่องทำความเย็นจึงใช้หลักการจากทำให้สารต่าง ๆ เปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นไอ ที่จะส่งผลให้เกิดการดูดความร้อนจากบริเวณใกล้เคียง และส่งผลให้บริเวณที่ต้องการทำความเย็นมีอุณหภูมิลดลงนั่นเอง

ประเภทของเครื่องทําความเย็นและปรับอากาศ สามารถแบ่งตามหลักการทำงานของเครื่องทำความเย็นได้เป็น 8 ประเภท ได้แก่

1.การทำความเย็นแบบระบบทําความเย็นแบบอัดไอ หรือระบบคอมเพรสเซอร์อัดไอ (Vaporcompression system)


เป็นระบบเครื่องทําความเย็นที่พบได้มากในปัจจุบัน นิยมนำไปใช้เป็นเครื่องทำความเย็นภายในบ้านและระบบห้องเย็นในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ส่วนประกอบเครื่องทําความเย็นประเภทนี้ แบ่งออกได้เป็น 5 ส่วนที่สำคัญ ดังนี้

-ท่อพักน้ำยาเหลว (Receiver Tank)
-เอกซ์แพนชันวาล์ว (Expansion valve)
-อีวาพอเรเตอร์ (Evaporator)
-คอมเพรสเซอร์ (Compressor)
-คอนเดนเซอร์ (Condenser)

2.การทำความเย็นแบบระบบแอบซอร์ปชันหรือแบบดูดซึม (Absorption system)



เป็นระบบทำความเย็นภายในเครื่องทำความเย็นที่อาศัยพลังงานความร้อนเหลือทิ้งจากแหล่งอื่นๆ มาใช้ในการขับเครื่องทำความเย็นให้ทำงาน ส่วนมากความร้อนจะอยู่ในรูปของไอน้ำ น้ำร้อน หรือก๊าซร้อน เป็นต้น ระบบนี้จึงเป็นการประหยัดพลังงาน รวมถึงช่วยป้องกันและรักษาสิ่งแวดล้อมไปในตัวอีกด้วย

3.ระบบการทำความเย็นโดยการทำให้สารทำความเย็นระเหย (Expendable refrigerant cooling system)

เครื่องทำความเย็นที่มีระบบทำความเย็นรูปแบบนี้ มีหลักการทำงาน คือ การปล่อยให้น้ำยาเหลวระเหยตัวเป็นแก๊ส ภายในบริเวณที่ต้องการทำความเย็น ขณะที่สารเปลี่ยนสถานะจะใช้ไนโตรเจนเหลว (Liquid nitrogen) เป็นตัวกลางในการทำความเย็น ไนโตรเจนเหลวจะระเหยเพื่อตัวดูดรับปริมาณความร้อน ทำให้บริเวณนั้น ๆ มีอุณหภูมิต่ำลง

4.การทำความเย็นโดยใช้น้ำแข็ง (Ice refrigeration)

ระบบทำความเย็นภายในเครื่องทำความเย็นชนิดนี้ใช้หลักการการไหลเวียนของอากาศ ที่พบได้บ่อยในเครื่องทำความเย็นสมัยก่อน ระบบนี้จะวางน้ำแข็งไว้บนสุด เมื่อน้ำแข็งละลายเป็นน้ำจะดูดรับปริมาณความร้อนจากอากาศรอบตัว ที่ส่งผลให้อากาศเย็นลง และมีความหนาแน่นสูงขึ้น อากาศเย็นจะเกิดการไหลลงสู่ตอนล่างของตู้ เพื่อไปดูดรับปริมาณความร้อนจากอาหาร

5.ระบบการทำความเย็นแบบใช้น้ำแข็งแห้ง (Dry ice refrigeration)

เป็นระบบภายในเครื่องทำความเย็นที่ใช้น้ำแข็งแห้งยังมีให้เห็นอยู่ในปัจจุบัน เช่น เค้กไอศครีมจาก Swensen ซึ่งน้ำแข็งแห้งจะเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นแก๊ส การใช้น้ำแข็งแห้งในการทำความเย็นมักจะใส่ลงกับภาชนะที่ต้องการเก็บอาหาร หรืออาจใส่ไว้ข้างบนก็ได้

6.ระบบการทำความเย็นแบบใช้การระเหยตัวของน้ำ (Water evaporative refrigeration)

เป็นระบบทำความเย็นที่พบเห็นได้ทั่วไปของภาคเหนือและภาคอีสาน เครื่องทำความเย็นรูปแบบนี้จะใช้หลักการการระเหยตัวกลายเป็นไอของเหลว ที่จะช่วยจะดูดรับความร้อนแฝง นอกจากนี้ยังสามารถใช้ตุ่มดินที่มีรูพรุน เมื่อใส่น้ำในตุ่มน้ำจะซึมผ่านออกมายังผิวนอกและถูกระเหยไป ในขณะที่น้ำระเหยจะเกิดการดูดรับความร้อนแฝง ที่ส่งผลให้น้ำที่เหลือในตุ่มเย็นลงได้เช่นกัน

7.ระบบการทำความเย็นแบบใช้เทอร์โมอิเล็กทริก (Thermoelectric refrigeration)

เป็นหนึ่งในระบบเครื่องทำความเย็นที่ใช้หลักฟิสิกส์ จากการถ่ายเทพลังงานความร้อนจากที่หนึ่งไปสู่อีกที่หนึ่ง โดยใช้อิเล็กตรอนเป็นตัวกลางในการทำความเย็น อิเล็กตรอนจะดูดรับความร้อนนำออกไปถ่ายเทยังภายนอกของบริเวณที่ทำความเย็น และเพื่อช่วยเพิ่มอัตราการดูดรับปริมาณความร้อนจากทางด้านคอยล์เย็นได้อีกด้วย

8.ระบบการทำความเย็นแบบสตีมเจ็ต (Steam jet refrigeration)

เป็นระบบในเครื่องทำความเย็นที่มีน้ำเป็นตัวกลางในการทำความเย็น หลักการทำงานของระบบนี้จะอาศัยหลัก เมื่อลดความดันที่ผิวหน้าของน้ำในภาชนะปิดมิดชิดแล้ว น้ำจะระเหยตัว และเปลี่ยนสถานะเป็นไอได้ที่อุณหภูมิต่ำ ๆ น้ำเย็นจะถูกหมุนเวียนเข้าไปทำความเย็นให้แก่บริเวณที่ต้องการได้

เครื่องทำความเย็นนำมาใช้ในอุตสาหกรรมใดได้บ้าง?

อุตสาหกรรมการผลิตอาหาร (food processing)


ในอุตสาหกรรมการผลิตมักจะมีวัตถุดิบจำนวนมาก เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการผลิต จึงมักใช้เครื่องทำความเย็นแบบห้องแช่แข็ง (Frozen Room) สำหรับลดอุณหภูมิของวัตถุดิบต่าง ๆ ในระยะเวลาสั้น ๆ ตามหลักการถนอมรักษาอาหาร เพื่อให้วัตถุดิบสามารถคงความสดได้นานมากขึ้น

อุตสาหกรรมการเก็บรักษาอาหาร (food storage)


อุตสาหกรรมเก็บรักษาอาหารมักจะใช้เครื่องทำความเย็นเพื่อเป็นระบบห้องเย็น (Cold Room) ที่ช่วยควบคุมอุณหภูมิและความชื้นให้เหมาะสมกับวัตถุดิบต่าง ๆ เพื่อชะลอการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์และแบคทีเรียทำให้สามารถเก็บรักษาอาหารให้สดเป็นเวลานาน และช่วยชะลอการเน่าเสียของวัตถุดิบต่าง ๆ ได้เป็นอย่างดี

อุตสาหกรรมการผลิต (industrial process)


เครื่องทำความเย็นมักถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท เนื่องจากบางอุตสาหกรรมต้องอาศัยการทำความเย็นช่วยในกระบวนการผลิต เพื่อช่วยควบคุมอากาศให้มีความเหมาะสมกับกระบวนการผลิตภายในโรงงาน อีกทั้งเครื่องทำความเย็นมักถูกนำมาใช้เพื่อช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักรได้เป็นอย่างดี

อุตสาหกรรมการการทำความเย็นเพื่อการขนส่ง (transportation refrigeration)


การขนส่งอาหารหลาย ๆ ประเภทจำเป็นที่จะต้องใช้ความเย็นในการคงสภาพของอาหารให้มีความสมบูรณ์จนถึงมือของลูกค้า เครื่องทำความเย็นจึงเหมาะกับการขนส่งอาหารที่ต้องมีการควบคุมอุณหภูมิ และใช้ระยะเวลาในการขนส่ง เช่น ห้องเย็นในเรือประมง และห้องเย็นในรถขนส่ง เป็นต้น

อุตสาหกรรมการปรับอากาศ (air condition)


อุตสาหกรรมปรับอากาศเป็นอุตสาหกรรมที่นำเครื่องทำความเย็นมาประยุกต์ใช้มากที่สุด โดยเครื่องทำความเย็นจะทำงานร่วมกับระบบควบคุมความชื้น การกรองอากาศ การทำให้อากาศหมุนเวียน และการระบายอากาศ ทั้งที่เป็นเครื่องปรับอากาศในครัวเรือนทั่วไป หรือเป็นระบบทําความเย็นในโรงงานอุตสาหกรรมที่ใช้ในกระบวนการผลิตต่าง ๆ ซึ่งจะเป็นเครื่องทำความเย็นขนาดใหญ่ขึ้นกว่าเครื่องทำความเย็นทั่วไปนั่นเอง