เครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำ

ต่อเนื่องจากบทความที่ผ่านมา เครื่องระบายความร้อน (Aftercoolers) บทความนี้เราจะมาศึกษาเกี่ยวกับเครื่องระบายความร้อนอีกรูปแบบหนึ่ง นั้นคือ เครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำ

หลักการทำงานของเครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำ
การระบายความร้อนแบบนี้ เมื่อลมอัดจากคอมเพรสเซอร์ไหลผ่านในท่อ ซึ่งมีครีบที่ทำจากท่อนำความร้อนที่ดีบรรจุอยู่ภายในท่อขนาดใหญ่ และมีน้ำเย็นอยู่รอบๆ ท่ออัดลม ลมอัดจะถ่ายเทความร้อนผ่านครีบให้แก่น้ำทำให้อุณหภูมิลดลง ไอน้ำที่กลั่นตัวเป็นหยดน้ำจะไหลออกมาผ่านส่วนที่แยกน้ำออกจากลมอัดและระบายลงมาด้านล่าง ส่วนลมอัดจะออกทางด้านบน ส่วนน้ำเย็นเมื่อได้รับความร้อนจากลมอัดแล้วอุณหภูมิจะสูงขึ้น ต้องนำไประบายความร้อนด้านนอกแล้ว จึงนำกลับมาใช้ใหม่ อุณหภูมิของลมอัดที่ออกที่ปลายท่ออีกด้านหนึ่งควรมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิน้ำเย็นประมาณ 10๐C ที่เครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำควรติดตั้งอุปกรณ์ระบายน้ำเข้าไปเพื่อระบายน้ำที่กลั่นตัวออกมา

เครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำควรติดตั้งอุปกรณ์เสริมเข้าไปตัวอย่างเช่น วาล์วควบคุมความปลอดภัย (Safety Valve) , เกจความดัน (Pressure Gauge) , และสิ่งที่แนะนำเพิ่มเติมก็คือเครื่องมือวัดอุณหภูมิหรือเทอร์โมมิเตอร์สำหรับวัดอุณหภูมิลมและน้ำ

เครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำ
รูปตัวอย่างการระบายความร้อนด้วยน้ำ

วิธีการคำนวณอุณหภูมิของลมอัดทางด้านขาออกจากเครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำ
การคำนวณอุณหภูมิของลมอัดทางด้านขาออกจากเครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำสามารถหาค่าได้เมื่อทราบค่า อุณหภูมิลมอัดทางด้านเข้าของเครื่องระบายความร้อน อุณหภูมิของน้ำเย็นและปริมาณอัตราการไหลของลมอัด ซึ่งการคำนวณสามารถยกตัวอย่างได้ดังต่อไปนี้

ตัวอย่างที่ 1 กำหนดให้อุณหภูมิลมอัดทางด้านข้าวของเครื่องระบายความร้อนเท่ากับ 100 องศาเซลเซียส อุณหภูมิของน้ำเย้นที่ 20 องศาเซลเซียส ปริมาณอัตราการไหลของน้ำเย็นเท่ากับ 17 l/min การไหลของลมอัด 2,000 l/min (ANR) ความดันลมที่ 0.7 Mpa

คำนวณอุณหภูมิเครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำ
ตารางแสดงค่า Outlet Air Temperature

จากเงื่อนไขที่กำหนดมาให้สามารถหาค่าอุณหภูมิลมอัดทางขาออกจากเครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำได้ดังนี้

1. จากค่าเงื่อนไขต่าง ๆ ที่กำหนดมาให้ทำให้สามารถทราบค่าอุณหภูมิลมอัดทางขาออกและโมเดลของเครื่องระบายความร้อนที่มีความเหมาะสมในการเลือกไปใช้งาน ในที่นี้เครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำจะเป็นโมเดล HAW22 จากแสดงค่า Outlet Air Temperature ค่าอุณหภูมิลมอัดทางขาออก เท่ากับ 37 และ correction factor line คือ A

รูปกราฟแสดง Correction Factor by Cooling Water Temperature

2. จากกราฟด้านบนและจากเงื่อนไขที่กำหนดให้อุณหภูมิน้ำเย็นเท่ากับ 20 องศาเซลเซียส และ Cooling water temperature correction factor ที่ A ทำให้ทราบค่าสัมประสิทธิ์ (Coefficient) เท่ากับ 1.3
3. ค่าอุณหภูมิลมอัดทางขาออกจากเครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำที่แท้จริงคือ 37/1.3 = 28.5 องศาเซลเซียส

ข้อควรระวังในการออกแบบ

  • ถ้าแหล่งจ่ายน้ำเย็นถูกทำลายลง ระบบจะมีความร้อนสูงเกินไป ก่อให้เกิดสถานการณ์ที่อาจก่อให้เกิดอันตรายได้ อย่างไรก็ตามเพื่อความมั่นใจในความปลอดภัยควรมีการวัดค่าเพื่อใช้เฝ้าระวังป้องกันมิให้หมดลงภายในระบบ
  • การไหลของน้ำเย็นที่ไม่เพียงพอหรือมากเกินไปนั้น จะส่งผลก่อให้เกิดความเสียหายกับท่อแลกเปลี่ยนความร้อน ดังนั้นในขั้นตอนของการออกแบบควรคำนึงถึงขอบเขตอัตราในย่านการไหลของน้ำเย็นด้วย

คำเตือนในการออกแบบ

  • การออกแบบการเดินท่อสำหรับน้ำเย็น และลมอัดควรมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่โตกว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่ถูกนำมาใช้ในการเชื่อมต่อ
  • คุณภาพของน้ำเย็นที่ถูกนำมาใช้กับเครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำ จะต้องมีมาตรฐานคุณภาพของน้ำเย็นสูงกว่าที่ทาง Japan Refrigeration and Air Conditioning Industry Association กำหนด เมื่อไรก็ตามที่น้ำเย็นที่นำมาใช้ด้วยคุณภาพกว่าเกณฑ์มาตรฐานตามที่กล่าวมาข้างต้น จะก่อให้เกิดความเสียหายกับกระบวนการในการแลกเปลี่ยนความร้อน และทำให้ประสิทธิภาพในการทำงานของเครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำลดลงด้วย
  • ไม่ควรจะนำน้ำทะเลมาใช้เป็นน้ำเย็น

ข้อควรระวังในการติดตั้ง

  • ติดตั้งเครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำในแนวนอน
  • ต้องมั่นใจว่าการเชื่อมต่อท่อลมอัดทางด้านขาเข้า และท่อลมอัดทางขาออก และท่อน้ำเย็นทางด้านขาเข้า และขาออกของเครื่องระบายความร้อนด้วยน้ำ มีการเชื่อมต่อการเดินท่อที่ถูกต้องแล้ว
  • ควรใช้ข้อต่อ (Union Joints) เพื่อใช้ในการเชือมต่อการเดินท่อน้ำเย็นเนื่องจากจะก่อให้เกิดความง่ายและสะดวกในการถอดท่อในระหว่างเมื่อมีการซ่อมบำรุงระบบทางเดินท่อ
  • ควรทำการติดตั้งท่อระบายน้ำทิ้ง เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิของลมอัดเย็นตัวลงจะทำให้เกิดน้ำขึ้นมาทันที ท่อที่นำมาใช้ในการทำท่อระบายน้ำทิ้งควรมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่ออย่างน้อย 10 มม. และควรมีความยาวไม่เกิน 5 เมตร (เมื่อมีการติดตั้งอุปกรณ์ระบายน้ำแบบอัตโมมัติ)

ข้อควรระวังในการบำรุงรักษา

  • ตรวจสอบคุณภาพของน้ำเย็น และเปลี่ยนน้ำเย็นที่ไหลเวียนในระบบอย่างสม่ำเสมอ
  • ถ้าพบว่าน้ำเย็นมีท่าทีจะแข็งตัว ให้ระบายน้ำเย็นทิ้งให้หมดเพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นในระบบ และการระบายน้ำทิ้งควรทำในเวลาที่หยุดการใช้งานระบบเป็นระยะเวลานาน ๆ
  • เมื่อสมรรถภาพของน้ำเย็นลดลง ทำความสะอาดด้านในของท่อน้ำเย็น

 

ข้อมูลจาก SMC Thailand

Tagged with: