Refrigerant  flow control

 

อุปกรณ์ควบคุมปริมาณสารความเย็น

            ตัวควบคุมปริมาณสารความเย็นมีความสำคัญและจำเป็นกับเครื่องทำความเย็น  จึงมีการพัฒนาตัวควบคุมปริมาณสารความเย็น (Liquid  Control  Device – LCD)  เป็นรูปแบบต่างๆ  แบบ  คือ

1.      ควบคุมโดยใช้มือปรับ  (Hand  expansion  valve – HEV)

2.      ควบคุมโดยอัตโนมัติ  (Automatic  expansion  valve – AEV)

3.      ควบคุมโดยระดับความร้อน  (Thermostatic  expansion  valve – TEV)

4.      ควบคุมโดยลูกลอยแรงดันต่ำ  (Low – pressure  side  float  - LSF)

5.      ควบคุมโดยลูกลอยด้านแรงดันสูง  (High – pressure  side  float – HSF)

6.      ควบคุมโดยท่อรูเข็ม  (Capillary  tube  - Cap. Tube)

7.      ควบคุมโดยไฟฟ้า  (Thermal – electric  expansion  valve – THEXV)

1. ควบคุมโดยใช้มือปรับ (Hand  expansion  valve – HEV) LCD  แบบนี้ควบคุมปริมาณสารความเย็นที่ไหลเข้าอีเวปอเรเตอร์โดยผู้ควบคุมเครื่องซึ่งปริมาณสารความเย็นที่ไหลผ่านเข้าในอีเวปอเรเตอร์ขึ้นอับแรงดันแตกต่างเปรียบเทียบระหว่างทางเข้าและทางออกของ  LCD  ข้อเสียของวาล์วแบบ  HEV  ก็คือหากปรับให้ปริมาณสารความเย็นสามารถผ่านได้จำนวนหนึ่งแล้ว  วาล์วจะคงสภาพอยู่เช่นนั้นตลอดไปไม่ว่าภาระจะมากขึ้นหรือน้อยลง  วิธีแก้ปัญหาลักษณะนี้ก็คือ  ต้องมีการปรับการเปิดมากหรือเปิดน้อยทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนขนาดของภาระเพื่อเป็นการป้องกันการที่สารความเย็นในอีเวปอเรเตอร์น้อยเกินไป (Starving) หรือมากเกินไป (Overfeeding)

            ด้วยวิธีปฏิบัติดังกล่าว  HEV  จึงเหมาะกับงานทำความเย็นขนาดใหญ่  ภาระค่อนข้างคงที่และมีคนดูและเครื่องตลอดเวลา  ซึ่งหากต้องการให้การควบคุมปริมาณสารความเย็นเป็นไปโดยอัตโนมัติ  หรือมีการเปลี่ยนขนาดของภาระบ่อยๆ  ก็จะต้องเปลี่ยนแบบตัวควบคุมปริมาณสารความเย็น

2. ควบคุมโดยอัตโนมัติ (Automatic  expansion  valve – AEV)  แบบโครงสร้างระบบการทำงานของ  AEV  องค์ประกอบส่วนใหญ่ประกอบด้วยหัวลูกศร (Needle) บ่ารับหัวลูกศร  (Seat)  แผ่นรับแรงดัน (Bellow  or  diaphragm)  และสปริงที่สามารถปรับให้กดหนักหรือเบาจากภายนอกตัวเรือนไดโดยสกรู  (adjusting  screw)  ที่ทางเข้าของสารความเย็นเหลวมีอุปกรณ์กรองสารความเย็นที่จะไหลผ่าน  AEV  ไปอีเวปอเรเตอร์เพื่อเป็นการป้องกันสิ่งแปลกปลอมติดสารความเย็นเข้าไปใน  AEV  อันอาจเป็นสาเหตุให้  AEV  ไม่สามารถทำงานตามปกติได้  อุปกรณ์ภายในของ  AEV

            การทำงานของ  AEV  จะเป็นอัตโนมัตต่อการควบคุมปริมาณสารความเย็นที่จะไหลเข้าอีเวปอเรเตอร์ตามความมากน้อยของภาระ

            ข้อด้อยในประสิทธิภาพการทำงานเมื่อเปรียบเทียบ  AEV  กับตัวควบคุมปริมาณสารความเย็นอื่นๆ  ก็คือ  เมื่อพิจารณาถึงความเกี่ยวพันระหว่างอีเวปอเรเตอร์กับเครื่องอัดจะเห็นว่า  การรักษาสภาพความดันคงที่ในอีเวปอเรเตอร์จะต้องมีสารความเย็นจำนวนหนึ่งซึมเข้าตลอดเวลา  และเพื่อจุดประสงค์นี่จะต้องมีช่องเล็กๆ  ระบายสารเหลวเข้าอีเวปอเรเตอร์ตลอดเวลาเพื่อรักษาพื้นที่รับความร้อนของอีเวปอเรเตอร์ไว้  แต่ถ้าภาระน้อย  สารความเย็นเหลวมีโอกาสที่จะท่วมขดท่ออีเวปอเรเตอร์   เข้าท่อดูด (Suction  line)  เข้าเครื่องอัดซึ่งเป็นผลเสียอย่างมากต่อเครื่องอัด  แต่เหตุการณ์ดังกล่าวมักไม่ค่อยเกิดในการปฏิบัติงานจริง  เพราะตัวควบคุมระดับความเย็น  (thermostat)  จะหยุดการทำงานของเครื่องอัดก่อนที่อุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่าจุดปลอดภัย

            สรุปการด้อยประสิทธิภาพของ  AEV  จะมีเฉพาะเมื่อมีภาระมาก  แต่จะใช้งานได้ดีกับภาระน้อยๆ  และค่อยข้างคงที่  เช่น  ตู้เย็น  ตู้แช่  เป็นต้น  แต่ปัจจุบันไม่ค่อยนิยมเพราะอุปกรณ์อื่นดีกว่าและถูกกว่า

 

3. ควบคุมโดยระดับความร้อน (Thermostatic  expansion  valve – TEV)  TEV  เป็นตัวควบคุมปริมาณสารความเย็นที่สามารถใช้งานกับสารความเย็น (Refrigerants)  ได้ทุกชนิด  การทำงานของ  TEV  ต่างกับการทำงานของ  AEV  (Automatic  expansion  valve)  ที่  AEV  ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมความดันในอีเวปอเรเตอร์ให้คงที่ขณะที่  TEV  ทำหน้าที่ควบคุมอุณหภูมิของความร้อนยิ่งยวด  (Superheated) ของไอสารความเย็นที่ทางออกของอีเวปอเรเตอร์ให้คงที่  โดยวิธีนี้สามารถทำให้วงจรท่อของอีเวปอเรเตอร์มีสารความเย็นเต็มอยู่ตลอดเวลาไม่ว่าภาระจะมีมากหรือน้อย  และไม่มีเหตุการณ์สารความเย็นเหลวไหลท่วมท่อดูด (Suction  line)  สู่เครื่องอัดซึ่งทราบแล้วว่าเป็นอันตรายกับเครื่องอัด

4. ควบคุมโดยลูกลอยด้านแรงดันต่ำ (Low – pressure  side  float – LSF)  โดยวิธีนี้เป็นการควบคุมระดับสารความเย็นเหลวในอีเวปอเรเตอร์แบบเปียก (Flooded  evaporator) ให้คงที่ซึ่งลูกลอยมีหน้าที่ควบคุมปริมาณสารความเย็นเหลวที่ไหลเข้าในอีเวปอเรเตอร์ในปริมาณที่พอดีกับสารควาเย็นที่ระเหยกลายเป้นไอเนื่องจากความร้อนจากภาระและเป็นไปตลอดเวลาไม่ว่าภาระจะมากหรือน้อย

            การทำงานของลิ้นลูกลอยมีสองลักษณะคือ  ทำงานแบบต่อเนื่องและทำงานเป็นช่วง  โดยวิธีทำงานแบบต่อเนื่อง  ลิ้นลูกลอยจะปล่อยให้สารความเย็นไหลผ่านทุกขณะที่ระดับสารความเย็นลดลงเนื่องจากการระเหยไม่อันเป็นผลจากความร้อนของภาระ  ส่วนแบบทำงานเป็นช่วงของลิ้นลูกลอยจะทำให้ลักษณะที่  เมื่อระดับสารความเย็นเหลวลดลงจนถึงขีดที่กำหนดแล้ว  ลิ้นลูกลอยจะเปิดกว้างเพื่อให้สารความเย็นเหลวไหลเข้าถังรับ  และเมื่อระดับสารความเย็นเหลวไหลเข้าถังมากจนถึงขีดที่กำหนด  ลิ้นลูกลอยจะปิดสนิท

5. ควบคุมโดยลูกลอยด้านแรงดันสูง  (High – pressure  side  float – HSF)  ลิ้นลูกลอยควบคุมปริมาณสารความเย็นด้านแรงดันสูงมีหลักการทำงานเช่นเดียวกันกับลิ้นลูกลอยควบคุมปริมาณสารความเย็นด้านแรงดันต่ำ  คือ  ควบคุมระดับสารความเย็นเหลวที่ไหลสู่อีเวปอเรเตอร์ให้อยู่ในปริมาณที่พอดีกับสารความเย็นที่ระเหยกลายเป็นไอเนื่องจากความร้อนจากภาระ  เปรียบเทียบโดยในขณะที่ลิ้นลูกลอยสำหรับด้านแรงดันต่ำควบคุมระดับสารความเย็นเหลวในถังที่จะไหลสู่อีเวปอเรเตอร์  ลูกลอยควบคุมด้านแรงดันสูงจะอยู่ทางด้านแรงดันสูง  (High  pressure  side)  ของระบบและควบคุมปริมาณสารความเย็นที่ไหลสู่อีเวปอเรเตอร์ให้อยู่ในระดับที่กำหนดโดยตรง

6.  ควบคุมโดยท่อรูเข็ม  (Capillary  tube – Cap. Tube)  การควบคุมปริมาณสารความเย็นโดยท่อรูเข็ม (Cap. Tube)  นับเป็นอุปกรณ์ควบคุมที่ง่ายที่สุด  เพียงแต่กำหนดขนาดและความยาวของท่อรูเข็มแล้วติดตั้งระหว่างคอนเดนเซอร์กับอีเวปอเรเตอร์  ด้วยความเล็กของท่อรูเข็มทำให้มีความต้านทางต้านการไหลของสารความเย็นซึ่งจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความยาวของท่อ  ความดันแตกต่างระหว่างด้านความดันสูงคือ  คอนเดนเซอร์กับด้านความดันต่ำคืออีเวปอเรเตอร์มีผลต่อปริมาณการไหลของสารความเย็นด้วย

                ด้วยเหตุที่ท่อรูเข็มต่ออนุกรม (Series)  กับเครื่องอัด  ปริมาณไหลของสารความเย็นต้องสมดุลกับสมรรถนะของเครื่องอัด  หมายความว่า  หากต้องการให้ระบบทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ  ขนาดของรูและความยาวของท่อรูเข็มจะต้องพอดีกับปริมาณไหลของสารความเย็นที่จะระเหยกลายเป็นไอที่อีเวปอเรเตอร์  นอกจากนี้ความดันเพื่อการกลั่นตัวของสารความเย็น  (Condensing  pressure)  จะต้องเหมาะสมกับสมรรถนะของเครื่องอัดด้วย

7.  ควบคุมโดยไฟฟ้า  (Thermal – electric  expansion  valve – THEXV)  อุปกรณ์ควบคุมปริมาณสารความเย็นโดยไฟฟ้าเป็นการประกอบอุณหภูมิสองชิ้นให้ทำงานร่วมกันคือวาล์วควบคุมปริมาณสารความเย็น  และตัวรับรู้การเปลี่ยนของอุณหภูมิ  (Sensor  package)  ซึ่งตัวรับรู้หน้าที่ทำให้วาล์วเปิดมากหรือน้อยโดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน  (Voltage)  ถ้าแรงดันมากจะทำให้ประตูเปิดกว้างและสารความเย็นไหลมาก  แต่ถ้าแรงดันน้อยประตูจะเปิดให้สารความเย็นไหลผ่านได้น้อย

การเปลี่ยนขนาดของแรงดัน (Voltage) ให้สูงขึ้นหรือต่ำลงกระทำได้หลายวิธี  เช่น  อาศัยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ  ความดัน (Pressure)  หรือสถานะของสารความเย็นที่กระทบตัวรับรู้  การทำงานของประตูควบคุมปริมาณสาความเย็น (Valve)  จะตอบรับการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน  (voltage)  ที่เกิดกับสารทำความเย็นทุกชนิดนอกจากแอมโมเนีย  ความดันตกในอีเวปอเรเตอร์  หรือระดับอุณหภูมิของอีเวปอเรเตอร์จะไม่มีผลต่อการทำงานของวาล์วควบคุมปริมาณสารความเย็น