จุดประสงค์หลักของตู้เย็น

ตู้เย็นคือตู้ที่ให้ความเย็น  ซึ่งช่วยเก็บรักษาอาหารให้สดและใหม่อยู่เสมอ    เพราะความเย็นจะช่วยหยุดยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ที่ทำให้อาหารเกิดการบูดเน่าได้

       ยกตัวอย่างเช่น ถ้าเราวางนมไว้ในห้อง ที่อุณหภูมิปกติ   ประมาณ 2-3 ชั่วโมง จะเกิดกลิ่นบูดขึ้นแล้ว   แต่ถ้าเรานำไปใส่ไว้ในตู้เย็น   มันสามารถอยู่ได้ 2-3  อาทิตย์    ความเย็นในตู้ทำให้แบคทีเรีย  หยุดกิจกรรม  และชลอการเจริญเติบโตทันที    และถ้าคุณแช่จนนมเป็นน้ำแข็ง  แบคทีเรียจะหยุดการเจริญเติบโตทันที   นมสามารถยืดอายุเวลาการเก็บได้เป็นเดือน 

ส่วนประกอบของตู้เย็น

      แนวคิดพื้นฐานการทำงานของตู้เย็นมาจากหลักการทางฟิสิกส์   โดยใช้หลักที่ว่า   ขณะที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะเป็นแก๊ส   มันจะดูดความร้อน   ทดลองทา อัลกฮอลล์ ลงบนผิว  จะรู้สึกเย็น  เพราะว่าอัลกฮอลล์ระเหยได้เร็ว  มันจึงดูดความร้อนออกจากผิวและทำให้เกิดความเย็นขึ้น  ของเหลวที่เราใช้ในตู้เย็น   เรียกว่า สารทำความเย็น  (refrigerant)  ซึ่งระเหยที่อุณหภูมิต่ำ    ดังนั้นจึงสามารถลดอุณหภูมิภายในตู้เย็นลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งได้

     คุณลองนำสารทำความเย็นทาลงหลังแขน   (ไม่ควรทำ) และทำให้มันระเหย  ผิวของคุณจะเย็นเหมือนถูกแช่แข็งอย่างไงอย่างงั้น

     ตู้เย็นมีส่วนสำคัญ  5  ส่วนคือ

• คอมเพรสเซอร์  (Compressor)
• ท่อแลกเปลี่ยนความร้อน  ส่วนที่เป็นคอยส์ร้อน   มีลักษณะขดไปมาอยู่นอกตู้
• วาวล์ขยาย  (Expansion  vavle) 
• ท่อแลกเปลี่ยนความร้อน ส่วนที่เป็นคอยส์เย็น  มีลักษณะขดไปมาอยู่ภายในตู้เย็น
• สารทำความเย็น   เป็นของเหลวบรรจุอยู่และไหลเวียนอยู่ภายในตู้

     ในวงการอุตสาหกรรม  ส่วนใหญ่จะใช้ แอมโมเนีย  (Ammonia)  เป็นสารทำความเย็น   แอมโมเนียบริสุทธ์ระเหยที่อุณหภูมิ  -32 องศาเซลเซียส

      กลไกพื้นฐานการทำงานของตู้เย็นเป็นดังนี้

1. คอมเพรสเซอร์อัดสารทำความเย็นที่อยู่ในสถานะแก๊ส  ทำให้อุหภูมิและความดันเพิ่มขึ้น (สีส้ม)  ผ่านไปยังคอยส์ร้อน   อยู่ด้านหลังตู้เย็น ความร้อนถูกระบายออก (ตู้เย็นสมัยใหม่ออกแบบให้สวยงามโดยหลบคอยส์ร้อนไว้ จึงมองไม่เห็น) 
2. สารทำความเย็นถูกเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว  (สีม่วง)  ไหลผ่านไปยังวาวล์ขยาย  (Epansion vavle)
3. เมื่อผ่านวาวล์ขยาย   ความดันจะลดลงอย่างรวดเร็ว   สารทำความเย็นที่อยู่ในสถานะของเหลว เปลี่ยนเป็นแก๊สในทันที   (สีน้ำเงิน) 
4. สารทำความเย็นไหลผ่านเข้าไปในคอยส์เย็น  และดูดความร้อนจากภายในตู้ออกมา  ต่อจากนั้นผ่านเข้าไปในคอมเพรสเซอร์  และถูกอัด เป็นวัฎจักรเข้าสู่ขั้นตอนที่หนึ่ง

   วัฏจักรทำความเย็น

        ตู้เย็นที่อยู่ในครัวของคุณ  ใช้วัฎจักรทำความเย็นที่มีการดูดความร้อนอย่างต่อเนื่อง   ให้เราใช้แอมโมเนียเป็นสารทำความเย็น  ซึ่งเดือดที่อุณหภูมิ  -33  องศาเซลเซียส  วัฎจักรเป็นดังนี้

   
   

   
   

   1. คอมเพรสเซอร์อัดแอมโมเนียที่อยู่ในสถานะแก๊ส  ทำให้อุหภูมิกับความดันเพิ่มขึ้น (สีส้ม)
   2. คอยส์ร้อน  อยู่ด้านหลังของตู้เย็น  ข่วยระบายความร้อนของแอมโมเนีย  ทำให้แอมโมเนียเปลี่ยนสถานะจากแก๊ส เป็นของเหลว (สีม่วง)
   3. แอมโมเนียความดันสูงขยายผ่านวาวล์ขยาย ( วาวล์ขยายเป็นช่องแคบ เมื่อแก๊สผ่านช่องนี้มันจะขยายตัว  ความดันจะลดลง)  ทำให้แอมโมเนียเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นแก๊ส  ดูดความร้อนออกจากตู้
   4. แก๊สแอมโมเนียไหลกลับเข้าสู่คอมเพรสเซอร์  และถูกอัดวนกลับสู่วัฏจักรข้อแรก

          ลองสังเกตขณะขับรถ  และเปิดแอร์  คุณจะได้ยินเสียงน้ำยาไหลผ่านวาวล์ขยาย

           เป็นที่น่าเสียดายที่ว่า  แก๊สแอมโมเนีย เป็นพิษ    ถ้าในระบบของตู้เย็นมีการรั่วไหล ย่อมเป็นอันตรายยิ่ง  ดังนั้นภายในบ้านจึงไม่ใช้แอมโมเนียเป็นสารทำความเย็น 

           สารทำความเย็น ที่นิยมใช้กันมาก เรียกว่า  CFC  (ย่อมาจาก  Chlorofluorocarbons)  ถูกผลิตขึ้นมาครั้งแรกโดยบริษัท  Dupont  ในปี ค.ศ. 1930  เป็นสารไม่มีพิษ ใช้ทดแทนแอมโมเนีย   

           ในปี 1970  นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่า  สาร CFC  เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะชั้นโอโซน  ในบรรยากาศ   ดังนั้น ในปี  ค.ศ.  1990  ทั่วโลก  จึงตัดสินใจหาสารตัวใหม่แทน  CFC    หน้าถัดไปเรามาดูการทำความเย็นแบบอื่นๆ

   
   การทำความเย็นแบบอื่น

        การทำความเย็นไม่ต้องใช้สารทำความเย็นแต่เพียงอย่างเดียว   มีอุปกรณ์บางชนิด  เพียงแต่คุณเสียบปลั๊กเข้ากับที่สูบบุหรี่  มันก็สามารถให้ความเย็นได้   การทำความเย็นแบบนี้  เป็นปรากฎการณ์ทางวิทยาศาสตร์  เรียกว่า  Peltier  effect  หรือ  Thermo electric  effect   

        คุณสามารถสร้างปรากฎการณ์นี้อย่างง่ายๆ  โดยอุปกรณ์ประกอบด้วย  แบตเตอรี่   สายทองแดง 2 เส้น   และเส้นลวดเหล็กผสมบิสมัท   ให้ต่อสายทองแดงทั้งสองเข้ากับขั้วทั้งสองของแบตเตอรี่   และเชื่อมเส้นลวดเข้ากับสายทองแดงทั้งสอง 

         เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลจากสายทองแดงไปที่เส้นลวด  ผ่านจุดเชื่อมเกิดความร้อนขึ้น  และเมื่อกระแสไหลจากเส้นลวด ไปที่สายทองแดง  จุดเชื่อมจะเย็น  อุณหภูมิสามารถลดลงได้ถึง  4.4  องศาเซลเซียส

         ถ้าเราจะสร้างตู้เย็นแบบนี้   ให้นำจุดเชื่อมที่ร้อนไว้นอกตู้  และจุดเชื่อมที่เย็นไว้ภายในตู้  และต้องการความเย็นมากๆ   ก็ให้ต่อจุดเชื่อมหลายๆจุด   ทำให้ความเย็นลดลงไปถึงระดับเย็นเจี๊ยบ