ประสิทธิภาพของแวคิวมเบรกเกอร์｜กลไกปกป้องอุปกรณ์จากการไหลย้อนและปรากฏการณ์กาลักน้ำ

แวคคัมเบรกเกอร์ (Vacuum Breaker) คือวาล์วที่ทำหน้าที่ดูดอากาศเข้าเมื่อภายในท่อเกิดสภาวะความดันลบ (แรงดันติดลบ) เพื่อฟื้นความดันให้กลับมาใกล้เคียงกับความดันบรรยากาศ จึงช่วยป้องกันและยับยั้งการไหลย้อนกลับของคอนเดนเสท (ดรีน) และปรากฏการณ์ไซฟอนย้อนกลับ (reverse siphon) ที่มีสาเหตุจากความดันลบ โดยเฉพาะในอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำ หลังจากปิดไอน้ำแล้ว ไอน้ำที่ตกค้างอาจควบแน่นทำให้ภายในท่อเกิดความดันลบได้ หากปล่อยความดันลบนี้ไว้ คอนเดนเสทหรืออากาศจะถูกดูดเข้าสู่ฝั่งอุปกรณ์ และกลายเป็นสาเหตุหนึ่งของการให้ความร้อนไม่สม่ำเสมอและการกัดกร่อน แวคคัมเบรกเกอร์ทำหน้าที่ตัดแรงดูดนั้นออกไปโดยตรง

สาระสำคัญของบทความนี้

• เมื่อไอน้ำควบแน่นจนภายในท่อเกิดความดันลบ อาจเกิดการไหลย้อนกลับของคอนเดนเสทและปรากฏการณ์ไซฟอนย้อนกลับได้
• แวคคัมเบรกเกอร์จะดูดอากาศเข้าเพื่อฟื้นความดันให้กลับมาใกล้เคียงความดันบรรยากาศ และยับยั้งการดูดที่เกิดจากความดันลบ
• กุญแจสำคัญที่ทำให้เกิดประสิทธิภาพคือ การติดตั้งอย่างถูกต้องในระบบที่เกิดความดันลบ ณ ตำแหน่งที่ไม่จมน้ำ

ลำดับเหตุการณ์ที่ความดันลบทำให้อุปกรณ์เสียหาย

เมื่อไอน้ำควบแน่น ภายในท่อจะเกิดความดันลบ

ไอน้ำเป็นแก๊ส เมื่อเย็นตัวลงจะกลับกลายเป็นน้ำ (คอนเดนเสท) และปริมาตรหดตัวลงอย่างรวดเร็ว หากไอน้ำที่ตกค้างควบแน่นในขณะที่ช่องว่างของไอน้ำถูกปิดกั้นไว้ อากาศจะไม่มีทางเข้ามาชดเชยปริมาตรที่หดหายไป ทำให้ภายในท่ออาจเกิดความดันลบได้

ความดันลบไม่ได้เกิดขึ้นเสมอไปเพียงเพราะหยุดจ่ายไอน้ำ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของระบบ การเปิด-ปิดวาล์ว และระดับการทำความเย็นจากอากาศภายนอก บางกรณีจึงเกิดขึ้น บางกรณีก็ไม่เป็นปัญหา ในทางปฏิบัติ การคิดว่า “ดำเนินมาตรการกับระบบที่ความดันลบเป็นปัญหา” จะสมจริงกว่า

การไหลย้อนกลับและปรากฏการณ์ไซฟอนที่เกิดจากความดันลบ

เมื่อภายในท่อเกิดความดันลบ จะเกิดแรงดูดน้ำหรืออากาศจากบริเวณโดยรอบ ซึ่งนำไปสู่การไหลย้อนกลับของคอนเดนเสทและปรากฏการณ์ที่เรียกว่าไซฟอนย้อนกลับ เมื่อคอนเดนเสทหรืออากาศสะสมอยู่ภายในอุปกรณ์ พื้นผิวให้ความร้อนจะร้อนไม่สม่ำเสมอ และกลายเป็นสาเหตุหนึ่งของการให้ความร้อนไม่สม่ำเสมอและการกัดกร่อน

แม้จะดูเหมือนตัวอุปกรณ์เองทำงานผิดปกติ แต่สาเหตุที่แท้จริงอาจอยู่ที่ฝั่งความดันลบ หากตรวจสอบไม่เพียงแค่อาการ แต่รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของความดันภายในท่อก่อนและหลังหยุดจ่ายไอน้ำด้วย จะช่วยให้แยกแยะสาเหตุได้ง่ายขึ้น

กลไกที่แวคคัมเบรกเกอร์ตัดความดันลบ

“รับอากาศเข้าไปข้างใน” เพื่อฟื้นความดันให้กลับสู่ใกล้เคียงความดันบรรยากาศ

ในขณะที่วาล์วไล่อากาศ (air vent valve) เป็นวาล์วที่ “ปล่อยอากาศออกไปข้างนอก” แวคคัมเบรกเกอร์เป็นวาล์วที่ “รับอากาศเข้าไปข้างใน” เมื่อภายในท่อเกิดความดันลบ วาล์วจะเปิดเพื่อรับอากาศภายนอกเข้ามา และฟื้นความดันให้กลับมาใกล้เคียงความดันบรรยากาศ ด้วยเหตุนี้จึงป้องกันและยับยั้งการไหลย้อนกลับและปรากฏการณ์ไซฟอนย้อนกลับที่มีสาเหตุจากความดันลบ อย่างไรก็ตาม ต้องระวังว่านี่ไม่ใช่อุปกรณ์ที่ขจัดการไหลย้อนกลับจากทุกสาเหตุ

ในการเดินเครื่องปกติที่ภายในถูกอัดความดันอยู่ วาล์วจะปิดสนิทเพื่อป้องกันไม่ให้ไอน้ำรั่วไหลออกไป หากเข้าใจว่ามันเป็นวาล์วแบบพาสซีฟที่ทำงานเฉพาะเมื่อเกิดความดันลบเท่านั้น ก็จะใช้งานได้ง่ายขึ้น

แนวคิดเกี่ยวกับตำแหน่งการติดตั้ง

ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับตำแหน่งการติดตั้งเป็นอย่างมาก แวคคัมเบรกเกอร์สำหรับไอน้ำบางรุ่นระบุให้ติดตั้งที่ “จุดสูงสุดของระบบที่ไม่จมด้วยน้ำควบแน่น” หากติดตั้งในตำแหน่งที่จมน้ำ เมื่อเกิดความดันลบก็จะดูดน้ำเข้ามา ทำให้ยากที่จะได้ประสิทธิภาพตามที่ควรจะเป็น

ตำแหน่งการติดตั้งและขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่แท้จริงนั้น ให้พิจารณาโดยอ้างอิงจากคู่มือการใช้งานของผลิตภัณฑ์ที่เลือกใช้และโครงสร้างของอุปกรณ์ สำหรับระบบที่ฝั่งทุติยภูมิเกิดความดันลบ มีคำแนะนำให้ใช้ร่วมกับวาล์วปล่อยสุญญากาศ (vacuum relief valve / vacuum breaker valve) ด้วย

คำถามที่พบบ่อย

Q1. แวคคัมเบรกเกอร์กับวาล์วไล่อากาศต่างกันอย่างไร

A1. วาล์วไล่อากาศเป็นวาล์วที่ระบายอากาศภายในท่อออกไปข้างนอก ส่วนแวคคัมเบรกเกอร์เป็นวาล์วที่รับอากาศเข้าไปข้างในเมื่อเกิดความดันลบ ทั้งสองมีวัตถุประสงค์ตรงข้ามกันและมีบทบาทต่างกัน

Q2. หยุดจ่ายไอน้ำแล้วจะเกิดความดันลบเสมอไปหรือไม่

A2. ไม่เสมอไป แม้จะมีกรณีที่เกิดความดันลบจากการควบแน่นของไอน้ำที่ตกค้าง แต่ระดับความรุนแรงจะเปลี่ยนไปตามโครงสร้างของระบบและเงื่อนไขการทำความเย็น จึงควรพิจารณามาตรการกับระบบที่ความดันลบเป็นปัญหา

Q3. ใช้อุปกรณ์นี้แล้วจะหยุดการไหลย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่

A3. วัตถุประสงค์คือป้องกันและยับยั้งการไหลย้อนกลับและปรากฏการณ์ไซฟอนย้อนกลับที่มีสาเหตุจากความดันลบ ไม่ใช่อุปกรณ์ที่ป้องกันการไหลย้อนกลับได้ทั้งหมดจากสาเหตุอื่นนอกเหนือความดันลบ เช่น ความแตกต่างของความดันหรือการไหลเข้าจากระบบอื่น

Q4. ควรติดตั้งไว้ที่ไหน

A4. หลักการพื้นฐานคือตำแหน่งที่สูงและไม่จมด้วยน้ำควบแน่นในระบบที่เกิดความดันลบ ส่วนตำแหน่งและขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เฉพาะเจาะจง ให้เลือกให้สอดคล้องกับคู่มือการใช้งานของผลิตภัณฑ์และโครงสร้างของอุปกรณ์

Q5. จะใช้แยกกับวาล์วปล่อยสุญญากาศอย่างไร

A5. สำหรับระบบที่ฝั่งทุติยภูมิเกิดความดันลบ มีคำแนะนำให้ใช้วาล์วปล่อยสุญญากาศ (vacuum relief valve / vacuum breaker valve) เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมจะเปลี่ยนไปตามเงื่อนไขของระบบ จึงขอแนะนำให้เลือกให้สอดคล้องกับโครงสร้างของระบบ

สรุปและการปรึกษา

ความดันลบที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ หากปล่อยทิ้งไว้จะนำไปสู่การไหลย้อนกลับของคอนเดนเสทและการให้ความร้อนไม่สม่ำเสมอ แวคคัมเบรกเกอร์เป็นวาล์วที่ดูดอากาศเข้าเมื่อเกิดความดันลบ เพื่อฟื้นความดันให้กลับมาใกล้เคียงความดันบรรยากาศและยับยั้งการดูด การจะดึงประสิทธิภาพออกมาได้นั้น จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องติดตั้งอย่างเหมาะสมในระบบที่เกิดความดันลบ ณ ตำแหน่งที่ไม่จมน้ำ

ในสถานการณ์เช่น “ไม่สามารถตัดสินได้ว่าสาเหตุของความผิดปกติของอุปกรณ์คือความดันลบหรือไม่” “ไม่ทราบว่าจะกำหนดตำแหน่งการติดตั้งและขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างไร” หรือ “ต้องการเลือกผลิตภัณฑ์เทียบเท่ากับวาล์วที่ติดตั้งอยู่เดิม” การเลือกโดยจัดระเบียบเงื่อนไขของระบบไว้ก่อนจะเป็นวิธีที่ได้ผล Yoshitake ยินดีให้คำปรึกษาทางเทคนิคและคำปรึกษาในการเลือกแวคคัมเบรกเกอร์และวาล์วปล่อยสุญญากาศให้เหมาะกับโครงสร้างของอุปกรณ์ไอน้ำ กรุณาเตรียมแบบแปลนและเงื่อนไขการเดินเครื่องไว้เพื่อปรึกษากับเรา