Aftercooler คืออะไร? ต่างกับ Intercooler ยังไง ประวัติจากเครื่องอัดลมถึงเครื่องบิน Spitfire และหลักการทำงานในเครื่องปั่นไฟ

Aftercooler กับ Intercooler ต่างกันยังไง? ทั้งสองตัวคืออุปกรณ์ชนิดเดียวกัน คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้ทำให้อากาศที่ถูกอัดเย็นลง (เรียกรวม ๆ ว่า Charge Air Cooler) ความต่างอยู่ที่ตำแหน่ง ตามนิยามดั้งเดิม Intercooler คือตัวที่อยู่ระหว่างการอัดอากาศ 2 ครั้ง ส่วน Aftercooler คือตัวที่อยู่หลังการอัดครั้งสุดท้าย ก่อนอากาศจะเข้าเครื่องยนต์ เครื่องปั่นไฟดีเซลที่มีเทอร์โบลูกเดียว เช่น Cummins KTA19 จึงใช้ Aftercooler ตามนิยาม และตัว A ในชื่อรุ่นก็มาจากคำว่า Aftercooled แม้วงการรถยนต์จะเรียกตำแหน่งเดียวกันนี้ว่า Intercooler ก็ตาม

ถ้า เทอร์โบชาร์จเจอร์ คือปอดเหล็กที่อัดอากาศให้เครื่องยนต์ Aftercooler ก็คือหลอดลมที่คอยทำให้ลมหายใจนั้นเย็นลงก่อนถึงปอด บทความนี้จะพาไปดูว่าอุปกรณ์หน้าตาเหมือนหม้อน้ำแผ่นเล็ก ๆ นี้มีที่มาอย่างไร ทำไมชื่อของมันถึงสับสนกันทั้งวงการ มันทำงานอย่างไร และในเครื่องปั่นไฟมีแบบไหนบ้าง

ปริศนาจากสเปกชีต: เครื่องยนต์ตัวเดียวกัน แต่ถูกเรียกทั้ง Aftercooler และ Intercooler

เริ่มจากของจริงที่เราขายอยู่ทุกวัน เครื่องปั่นไฟ Cummins TC500T ใช้เครื่องยนต์ KTA19-G3 ถ้าเปิดสเปกชีตของเครื่องยนต์รุ่นนี้ (เอกสาร DS-4780-B ของ Chongqing Cummins) บรรทัด Aspiration จะเขียนไว้สั้น ๆ ว่า Turbocharged and Aftercooled

แต่ถ้าเปิดหน้าข้อมูลของเครื่องยนต์รุ่นเดียวกันบนเว็บไซต์ของผู้จำหน่ายเครื่องยนต์ CCEC รายหนึ่ง กลับเจอคำว่า Turbocharged & Aftercooled Intercooler และในหน้ารวมรุ่นยังเขียนสั้นลงอีกว่า TC & Water-Air Intercooler แปลว่าชิ้นส่วนชิ้นเดียวกัน ถูกเรียกทั้ง 2 ชื่อในบรรทัดเดียว

ความสับสนนี้ไม่ได้เกิดแค่ในวงการเครื่องปั่นไฟ หน้า Wikipedia ของเครื่องยนต์เครื่องบิน Rolls-Royce Merlin ที่โด่งดังในสงครามโลกครั้งที่ 2 ก็เรียกชิ้นส่วนเดียวกันว่า Intercooler ในเนื้อเรื่อง แต่ในตารางสเปกท้ายหน้ากลับเขียนว่า Aftercooler ที่อยู่ระหว่างการอัดชั้นที่ 2 กับเครื่องยนต์ สรุปแล้วใครถูก คำตอบซ่อนอยู่ในฟิสิกส์ของอากาศ และในประวัติศาสตร์ที่เริ่มก่อนจะมีเทอร์โบเสียอีก

ทำไมอากาศที่ถูกอัดถึงร้อน และทำไมความร้อนนั้นเป็นศัตรูของเครื่องยนต์

ใครเคยสูบลมยางจักรยานนาน ๆ จะรู้ว่าตัวสูบร้อนขึ้นเรื่อย ๆ นั่นคือความร้อนจากการอัด (Heat of Compression) เมื่อเราบีบอากาศให้เล็กลง งานที่ใส่เข้าไปจะกลายเป็นความร้อนสะสมอยู่ในอากาศ คอมเพรสเซอร์ของเทอร์โบก็ทำแบบเดียวกัน เพียงแต่ทำเร็วกว่าและแรงกว่ามาก

เราลองคำนวณคร่าว ๆ ด้วยสมการของก๊าซอุดมคติ โดยสมมติว่าอากาศเข้าที่ 35 °C (อากาศร้อนแบบไทย) และคอมเพรสเซอร์มีประสิทธิภาพ 75% ส่วนคอลัมน์ขวาเทียบความหนาแน่นที่แรงดันเท่ากัน ผลที่ได้เป็นตัวเลขตัวอย่างของเราเอง ไม่ใช่ค่าที่ผู้ผลิตรุ่นใดระบุ

อัดอากาศกี่เท่า (Pressure Ratio)	อุณหภูมิหลังคอมเพรสเซอร์	ถ้าทำให้เย็นลงเหลือ 50 °C อากาศแน่นขึ้น
2.0 เท่า	ประมาณ 125 °C	ประมาณ 23%
2.5 เท่า	ประมาณ 158 °C	ประมาณ 33%
3.0 เท่า	ประมาณ 186 °C	ประมาณ 42%

ตัวเลขจริงในงานหนักอาจสูงกว่านี้ สิทธิบัตรสหรัฐฯ เลขที่ US4000725 ซึ่งเป็นเรื่องการคุมน้ำหล่อเย็นของ Aftercooler ระบุว่าที่โหลดเต็ม อากาศที่ออกจากคอมเพรสเซอร์อาจร้อนถึงราว 400-500 °F หรือประมาณ 204-260 °C

ความร้อนนี้สร้างปัญหา 3 ข้อ

• อากาศร้อนคือลมเบา: ที่แรงดันเท่ากัน อากาศร้อนขยายตัวจนมีมวลน้อยกว่า ออกซิเจนต่อลิตรจึงน้อยลง เท่ากับเทอร์โบอัดอากาศเข้าไปแล้วเสียผลไปส่วนหนึ่ง ข้อมูลใน Wikipedia อธิบายว่าการทำให้อากาศเย็นลงทำให้อากาศแน่นขึ้น จึงฉีดน้ำมันได้มากขึ้นและได้กำลังเพิ่ม
• ห้องเผาไหม้ร้อนเกินไป: อากาศที่เข้าไปร้อนตั้งแต่ต้น ทำให้ทุกอย่างในกระบอกสูบร้อนตามไปด้วย เอกสารของ Cummins สำหรับ KTA19 เขียนว่าการมี Aftercooler ช่วยให้เผาไหม้มีประสิทธิภาพขึ้นและลดความเค้นภายในเครื่องยนต์ ทำให้อายุการใช้งานยาวขึ้น
• ไอเสียและมาตรฐานมลพิษ: คู่มือการติดตั้งเครื่องปั่นไฟของ Cummins (Application Manual T-030 บทที่ 6) ระบุว่าเครื่องปั่นไฟหลายรุ่นต้องมีระบบระบายความร้อนอากาศอัด เพื่อคุมอุณหภูมิท่อร่วมไอดีให้อยู่ในระดับที่ผ่านมาตรฐานไอเสีย

ในเครื่องยนต์เบนซินยังมีปัญหาเพิ่มอีกข้อ คืออากาศและไอน้ำมันที่ร้อนเกินไปอาจจุดระเบิดเองก่อนเวลา (Knocking) ข้อนี้เองที่ทำให้เครื่องบินยุคสงครามต้องพึ่ง Intercooler อย่างจริงจัง

ยุคที่ 1: คำว่า Aftercooler เกิดก่อนเทอร์โบ 10 ปี (เครื่องอัดลม 1895-1910)

เรื่องนี้เริ่มในโลกของเครื่องอัดลม ไม่ใช่ในเครื่องยนต์ วิศวกรที่ทำเครื่องอัดลมเจอปัญหา 2 ข้อจากความร้อนของการอัด และทางแก้ของแต่ละข้อก็กลายเป็นชื่อของอุปกรณ์ทั้ง 2 ตัว

ปัญหาแรก คืออัดลมให้แรงทีเดียวมันเปลืองพลังงาน ทางแก้คือแบ่งการอัดเป็น 2 ชั้น แล้ววางตัวระบายความร้อนคั่นกลาง ตัวนี้แหละคือ Intercooler ตัวแรกในความหมายดั้งเดิม คำว่า inter แปลว่าระหว่าง Wikipedia อธิบายว่าการดึงความร้อนออกหลังการอัดชั้นแรก ทำให้อากาศแน่นขึ้นก่อนเข้าชั้นที่ 2 และเป็นเหตุผลหลักที่เครื่องอัดลม 2 ชั้นประหยัดพลังงานกว่า

ปัญหาที่สอง คือลมอัดร้อนพาไอน้ำมาด้วย เมื่อลมเย็นตัวในท่อ ไอน้ำก็ควบแน่นเป็นน้ำ ผู้ผลิตอุปกรณ์ลมอัดอย่าง Nigen อธิบายว่าการกำจัดน้ำออกช่วยปกป้องอุปกรณ์ที่ไวต่อความชื้นจากการกัดกร่อน ทางแก้คือวางตัวระบายความร้อนไว้หลังการอัดครั้งสุดท้าย ให้น้ำควบแน่นแล้วแยกทิ้งก่อน ตัวนี้คือ Aftercooler คำว่า after แปลว่าหลัง

พจนานุกรม Merriam-Webster บันทึกว่าคำว่า aftercooler ถูกใช้ครั้งแรกเท่าที่ทราบในปี 1895 ในความหมายอุปกรณ์ทำให้ลมที่ออกจากเครื่องอัดลมเย็นลงเพื่อแยกความชื้น ส่วนคำว่า intercooler ใช้ครั้งแรกเท่าที่ทราบในปี 1899 คำว่า aftercooler จึงเกิดก่อนสิทธิบัตรเทอร์โบของ Alfred Büchi ในปี 1905 ราว 10 ปี ส่วน intercooler เกิดก่อนราว 6 ปี และพจนานุกรมเล่มเดียวกันยังเก็บความหมายที่ 2 ของ aftercooler ไว้ คืออุปกรณ์ทำให้ส่วนผสมอากาศที่ร้อนจากการอัดของซูเปอร์ชาร์จเจอร์เย็นลง ซึ่งเป็นความหมายที่ใช้กับเครื่องยนต์มาจนถึงวันนี้

ยุคที่ 2: เครื่องบินที่ต้องอัดอากาศ 2 ชั้น (B-17 และ Spitfire 1938-1942)

เครื่องบินคือที่ที่นิยามทั้ง 2 คำได้ใช้งานพร้อมกันจริง ๆ เพราะยิ่งบินสูง อากาศยิ่งเบาบาง เครื่องยนต์ต้องอัดอากาศหลายชั้นถึงจะหายใจพอ (เรื่องเทอร์โบในเครื่องบินยุคแรก อ่านต่อได้ที่ เทอร์โบชาร์จเจอร์คืออะไร)

ฝั่งอเมริกา: Boeing B-17 ข้อมูลใน Wikipedia ระบุว่าเครื่องบินทิ้งระเบิด B-17 ใช้เทอร์โบของ General Electric ตั้งแต่ปี 1938 บทความประวัติเครื่องบินของ Aero Vintage Books อธิบายว่าเทอร์โบของ GE ทำหน้าที่เป็นการอัดชั้นแรก แล้วส่งต่อให้ซูเปอร์ชาร์จเจอร์ที่เครื่องยนต์ขับเป็นการอัดชั้นที่สอง และอากาศหลังเทอร์โบมักต้องผ่าน Intercooler ก่อนเข้าคาร์บูเรเตอร์ ตัวระบายความร้อนตัวนี้อยู่ระหว่างการอัด 2 ชั้นจริง ๆ จึงเป็น Intercooler ตามนิยามแบบไม่มีข้อโต้แย้ง ราคาที่ต้องจ่ายคือท่อลมจำนวนมาก เพราะต้องดึงลมจากภายนอกตัวเครื่องบินมาเป่าผ่านแผงระบายความร้อน แล้วระบายออกไปอีกทาง

ฝั่งอังกฤษ: Rolls-Royce Merlin และ Spitfire ปี 1940 กระทรวงการผลิตเครื่องบินของอังกฤษขอเครื่องยนต์ Merlin ที่ทำงานได้สูงถึง 40,000 ฟุต Rolls-Royce จึงพัฒนาซูเปอร์ชาร์จเจอร์แบบ 2 ชั้น เครื่องต้นแบบเริ่มทดสอบบนแท่นในเดือนเมษายน 1941 และ Merlin 61 รุ่นผลิตจริงเครื่องแรกออกจากสายการผลิตวันที่ 2 มีนาคม 1942 จุดที่น่าสนใจคือ Wikipedia ระบุว่ามีการวาง Intercooler ระบายความร้อนด้วยน้ำไว้บนตัวเรือนซูเปอร์ชาร์จเจอร์ เพื่อไม่ให้ส่วนผสมอากาศกับน้ำมันร้อนจนจุดระเบิดเองก่อนเข้ากระบอกสูบ และวงจรน้ำของมันแยกขาดจากระบบหล่อเย็นหลักของเครื่องยนต์

ผลลัพธ์คุ้มค่ามาก Merlin ซีรีส์ 60 ได้กำลังเพิ่ม 300 แรงม้าที่ความสูง 30,000 ฟุต เมื่อเทียบกับ Merlin 45 และที่ความสูงนั้น Spitfire IX บินเร็วกว่า Spitfire V เกือบ 70 ไมล์ต่อชั่วโมง ส่วนเรื่องชื่อ ตัวระบายความร้อนตัวนี้อยู่หลังการอัดชั้นที่ 2 ก่อนเข้าเครื่องยนต์ ตามนิยามจึงควรเป็น Aftercooler ซึ่งตารางสเปกบนหน้าเดียวกันก็เรียกแบบนั้น แต่เนื้อเรื่องหลักกลับเรียกมันว่า Intercooler ความสับสนของชื่อจึงมีมาตั้งแต่ยุคสงครามแล้ว

มีรายละเอียดเล็ก ๆ ที่ชวนยิ้ม หลังสงคราม Merlin รุ่นสำหรับเครื่องบินโดยสารมีให้เลือกทั้งแบบระบายความร้อนอากาศอัดเต็มที่ และแบบระบายความร้อนครึ่งเดียวหรืออุ่นอากาศอัด (Charge Heating) สำหรับบินในพื้นที่หนาวจัดอย่างแคนาดา ความร้อนจากการอัดที่ปกติต้องรีบทิ้ง จึงกลายเป็นของมีค่าเมื่ออยู่ในที่หนาวพอ

ยุคที่ 3: รถบรรทุก เครื่องปั่นไฟ และวันที่ชื่อเริ่มสับสน

หลังสงคราม เทอร์โบย้ายจากเครื่องบินลงมาสู่รถบรรทุก เรือ และเครื่องยนต์อุตสาหกรรม ระบบส่วนใหญ่เหลือการอัดเพียงชั้นเดียวจากเทอร์โบลูกเดียว ตำแหน่งระหว่างการอัด 2 ชั้นจึงหายไป เหลือแต่ตำแหน่งหลังการอัดครั้งสุดท้าย ซึ่งตามนิยามคือ Aftercooler

Wikipedia สรุปสถานการณ์นี้ไว้ว่า ในเครื่องยนต์ที่มีเทอร์โบ 2 ชั้น คำว่า Intercooler หมายถึงตัวระหว่างเทอร์โบ 2 ลูก และ Aftercooler หมายถึงตัวระหว่างเทอร์โบชั้นที่ 2 กับเครื่องยนต์ แต่ในทางปฏิบัติ คนมักใช้คำว่า Intercooler หรือ Charge Air Cooler โดยไม่สนตำแหน่ง วงการรถยนต์ส่วนใหญ่เลือกคำว่า Intercooler ส่วนวงการเครื่องยนต์งานหนักอย่าง Cummins เลือกใช้คำว่า Aftercooler ตามนิยามเดิม

ตัวอย่างที่ชัดที่สุดคือชื่อรุ่นเครื่องยนต์ของ Cummins บทความวิชาการของ SAE เลขที่ 800668 ปี 1980 บรรยายถึงเครื่องยนต์ KTA-3067 แบบ 16 สูบ กำลัง 1,600 แรงม้าในเวอร์ชันติดเทอร์โบและ Aftercooler ซึ่งเป็นส่วนขยายของเครื่องยนต์ตระกูล K ที่ใช้กระบอกสูบและช่วงชัก 6.25 นิ้ว ชื่อรุ่นจึงอ่านได้แบบนี้

• K คือเครื่องยนต์ตระกูล K ของ Cummins
• T คือ Turbocharged ติดเทอร์โบ
• A คือ Aftercooled มีตัวระบายความร้อนอากาศอัด
• AA อย่างใน KTAA19 คือ Air-to-Air Aftercooled หน้าเว็บของ Cummins ระบุว่า KTAA19 เป็นเครื่องยนต์ติดเทอร์โบและระบายความร้อนอากาศอัดด้วยอากาศ

ส่วนตัวเลข 19 คือความจุ 18.9 ลิตร เมื่อเข้าใจตรงนี้ ปริศนาตอนต้นก็คลายลง สเปกชีตของ Cummins ใช้คำตามนิยามคือ Aftercooled ส่วนคำว่า Aftercooled Intercooler บนเว็บผู้จำหน่ายก็คือการเรียกชิ้นส่วนเดียวกันด้วยทั้ง 2 ชื่อพร้อมกัน

หลักการทำงานของ Aftercooler ทีละขั้น แบบเข้าใจง่าย

1. ดูดอากาศผ่านไส้กรอง: อากาศภายนอกถูกดูดผ่านไส้กรองอากาศเข้าสู่ฝั่งคอมเพรสเซอร์ของเทอร์โบ ในตัวอย่างนี้อากาศเข้าที่ 35 °C
2. คอมเพรสเซอร์อัดอากาศ: ใบพัดคอมเพรสเซอร์ที่ถูกขับด้วยไอเสียอัดอากาศให้แน่นขึ้น ได้อากาศมากขึ้นก็จริง แต่อากาศก็ร้อนขึ้นจากการอัด ในตัวอย่างที่อัด 2.5 เท่า อากาศร้อนขึ้นไปราว 158 °C
3. อากาศร้อนวิ่งเข้าแผง Aftercooler: แผง Aftercooler ทำจากท่อเล็ก ๆ จำนวนมากที่มีครีบบาง ๆ อยู่รอบ อากาศร้อนไหลผ่านช่องทางหนึ่ง ขณะที่สารทำความเย็นไหลผ่านอีกช่องทางหนึ่ง ทั้งสองไม่ได้ผสมกัน แต่ความร้อนถ่ายเทผ่านผนังโลหะ
4. ความร้อนถูกส่งต่อ: ถ้าเป็นแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ ความร้อนจะไปอยู่ในน้ำหล่อเย็น แล้วไปถูกทิ้งที่หม้อน้ำอีกทอดหนึ่ง ถ้าเป็นแบบอากาศสู่อากาศ ลมจากพัดลมหม้อน้ำจะพาความร้อนออกไปโดยตรง
5. อากาศเย็นและแน่นเข้ากระบอกสูบ: อากาศที่เย็นลงเหลือราว 50 °C แน่นขึ้นประมาณ 33% ในปริมาตรเท่าเดิม เครื่องยนต์จึงฉีดน้ำมันได้มากขึ้นและเผาไหม้ได้หมดขึ้น

เพื่อให้เห็นภาพขนาดของเครื่องจริง สเปกชีต KTA19-G3 ระบุว่าที่พิกัด Prime 50 Hz เครื่องยนต์รับอากาศ 486 ลิตรต่อวินาที และทิ้งความร้อนเข้าสู่น้ำหล่อเย็นรวม 247 kW ส่วนคู่มือ Cummins T-030 ระบุว่าความร้อนที่ระบบหล่อเย็นต้องรับโดยทั่วไปคือราว 25% ของพลังงานจากน้ำมันที่เผาไป Aftercooler จึงไม่ใช่อุปกรณ์เสริมเล็ก ๆ แต่เป็นส่วนหนึ่งของระบบที่ต้องคำนวณไปพร้อมกับหม้อน้ำ

หน้าที่ของแต่ละตัว: Intercooler กับ Aftercooler ต่างกันตรงไหน

หัวข้อ	Intercooler	Aftercooler
ตำแหน่งตามนิยาม	ระหว่างการอัด 2 ครั้ง	หลังการอัดครั้งสุดท้าย ก่อนถึงผู้ใช้อากาศ
หน้าที่หลักในเครื่องอัดลม	ลดงานของการอัดชั้นถัดไป ทำให้ประหยัดพลังงาน	ทำให้ลมเย็นลงเพื่อแยกไอน้ำออก ปกป้องท่อและเครื่องมือ
หน้าที่หลักในเครื่องยนต์	ให้อากาศแน่นขึ้นก่อนเข้าการอัดชั้นที่ 2	ให้อากาศที่เข้ากระบอกสูบเย็นและแน่น คุมอุณหภูมิท่อร่วมไอดี
พบได้ที่ไหน	เครื่องอัดลม 2 ชั้น เครื่องบินที่อัดอากาศ 2 ชั้น เครื่องยนต์เทอร์โบ 2 ชั้น	เครื่องปั่นไฟเทอร์โบลูกเดียว เช่น Cummins KTA19, KTA38, KTA50
หน้าตา	เหมือนกัน คือแผงท่อและครีบระบายความร้อน ระบายด้วยอากาศหรือน้ำก็ได้

สรุปให้จำง่าย ถ้าหลังจากตัวระบายความร้อนยังมีการอัดอีกครั้ง มันคือ Intercooler ถ้าหลังจากมันคือเครื่องยนต์เลย มันคือ Aftercooler ส่วนในชีวิตจริง ถ้าช่างรถยนต์เรียก Intercooler และช่าง Cummins เรียก Aftercooler ทั้งคู่ก็กำลังพูดถึงชิ้นเดียวกัน

4 แบบที่เจอในเครื่องปั่นไฟ: JWAC, ATA, 1P2L และ 2P2L

สำหรับคนที่ดูแลเครื่องปั่นไฟ คำถามที่สำคัญกว่าชื่อคือ Aftercooler ของเครื่องเราระบายความร้อนด้วยอะไร เพราะมันกำหนดว่าต้องเดินท่ออย่างไร ต้องมีหม้อน้ำกี่แผง และติดหม้อน้ำแยกห่างจากเครื่องได้หรือไม่ คู่มือ Cummins T-030 แบ่งไว้ 4 แบบ

1. JWAC (Jacket Water Aftercooling)

Aftercooler ใช้น้ำหล่อเย็นวงจรเดียวกับเสื้อสูบและฝาสูบ มีปั๊มน้ำตัวเดียว และความร้อนทั้งหมดไปทิ้งที่หม้อน้ำหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชุดเดียว คู่มือ Cummins เรียกแบบนี้ว่าการออกแบบดั้งเดิม สเปกชีตของ Cummins KTA19-G4 ก็ระบุระบบระบายความร้อนไว้ว่า Jacket Water After Cooled

ข้อสังเกตที่หลายคนไม่รู้ น้ำหล่อเย็นของเครื่องยนต์ร้อนกว่าอากาศภายนอกมาก สเปกชีต KTA19-G3 ระบุว่าเทอร์โมสตัทเริ่มทำงานที่ 82-93 °C ดังนั้น Aftercooler แบบนี้ทำให้อากาศเย็นลงได้ไม่ต่ำกว่าอุณหภูมิน้ำ สิทธิบัตร US4000725 ยังเล่าว่าตอนเครื่องรับโหลดน้อย อากาศที่แทบไม่ได้ถูกอัดเข้า Aftercooler ที่ราว 29 °C แต่น้ำหล่อเย็นอยู่ที่ราว 77 °C ผลคือ Aftercooler กลับอุ่นอากาศขึ้นไปเป็นราว 74 °C ตัวระบายความร้อนจึงกลายเป็นตัวอุ่นในบางจังหวะ ส่วนตอนโหลดเต็ม อากาศจากคอมเพรสเซอร์ร้อนกว่าน้ำมาก มันจึงกลับมาทำหน้าที่ระบายความร้อนตามปกติ

2. ATA (Air-to-Air Aftercooling)

อากาศอัดจากเทอร์โบถูกส่งออกไปยังแผงระบายความร้อนแบบอากาศสู่อากาศที่ติดอยู่กับหม้อน้ำ แล้ววนกลับเข้าเครื่องยนต์ ลมจากพัดลมหม้อน้ำเป็นตัวพาความร้อนทิ้ง คู่มือ Cummins ระบุว่านี่เป็นวิธีหนึ่งในการทำ Low Temperature Aftercooling (LTA) ที่จำเป็นต่อการผ่านมาตรฐานไอเสียสมัยใหม่ ตัวอย่างคือเครื่องยนต์ตระกูล KTAA ที่มี AA ในชื่อ

ข้อจำกัดสำคัญคือ Cummins ไม่แนะนำให้ใช้ ATA กับหม้อน้ำที่ติดแยกห่างจากเครื่อง (Remote Radiator) ด้วยเหตุผล 2 ข้อ คือท่อและแผงทั้งหมดต้องรับแรงดันอากาศจากเทอร์โบ ซึ่งอาจเกิน 40 psi (276 kPa) และท่ออากาศที่ยาวไปกลับทำให้การตอบสนองของเทอร์โบหน่วงและเกิดแรงดันกระเพื่อม

3. 1P2L (One-Pump Two-Loop)

มี 2 วงจรน้ำและหม้อน้ำ 2 แผง แต่ใช้ปั๊มตัวเดียว หน้าเว็บ Cummins ของเครื่องยนต์ KTA50 อธิบายว่าวงจร Aftercooler ใช้น้ำจากระบบเดียวกัน แต่ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าเพราะมีเทอร์โมสตัทแยกที่ตั้งไว้ต่ำกว่า คู่มือ T-030 ไม่แนะนำแบบนี้สำหรับหม้อน้ำติดแยก เพราะปรับสมดุลการไหลของ 2 วงจรได้ยาก

4. 2P2L (Two-Pump Two-Loop)

2 วงจรแยกขาดจากกัน มีหม้อน้ำ 2 แผง ปั๊ม 2 ตัว และน้ำหล่อเย็นของแต่ละวงจรไม่ปนกัน วงจรหนึ่งดูแลเสื้อสูบและฝาสูบ อีกวงจรดูแลอากาศอัดจากเทอร์โบ คู่มือ Cummins กำหนดว่าระบบ 2P2L ต้องมีวาล์วเทอร์โมสตัทและท่อบายพาส เพื่อคุมอุณหภูมิท่อร่วมไอดี เครื่องยนต์ใหญ่อย่าง KTA38 บังคับให้ใช้ระบบนี้ และสเปกชีต KTA50-G9 ระบุแบบระบายความร้อนเป็น Low-temp aftercooled แบบ 2 pump / 2 loop

อีกกติกาที่ดูเล็กแต่สำคัญ เมื่อติดแผง LTA ซ้อนกับหม้อน้ำหลักโดยใช้พัดลมตัวเดียว คู่มือ Cummins กำหนดให้แผง LTA อยู่ด้านต้นลม เพื่อรับอากาศที่เย็นที่สุดก่อน

เอาความรู้นี้ไปเลือกและดูแลเครื่องปั่นไฟอย่างไร

• ดูตัวอักษรในชื่อเครื่องยนต์ก่อน: T คือมีเทอร์โบ TA คือมีเทอร์โบและ Aftercooler TAA คือ Aftercooler แบบอากาศสู่อากาศ ข้อมูลนี้บอกได้ทันทีว่าต้องเตรียมหม้อน้ำแบบไหน ดูตัวอย่างสเปกจริงได้ในหมวด เครื่องปั่นไฟ Cummins
• ถ้าห้องเครื่องต้องใช้หม้อน้ำติดแยก ให้คุยเรื่องนี้ตั้งแต่แรก: Cummins ไม่แนะนำ ATA และ 1P2L กับหม้อน้ำติดแยก ส่วน 2P2L ต้องใช้หม้อน้ำหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 2 ชุดที่มีสเปกแยกกัน ทั้งหมดนี้ส่งผลต่อแบบห้องเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• เผื่ออากาศร้อนหน้าหม้อน้ำ: คู่มือ Cummins ระบุว่าอากาศที่ผ่านแผงหม้อน้ำจริงมักร้อนกว่าอุณหภูมิห้อง หม้อน้ำจากโรงงานหลายรุ่นจึงถูกออกแบบให้รับอากาศหน้าแผงที่ร้อนกว่าอุณหภูมิที่ระบุ 8-17 °C ส่วนสเปกชีต KTA19-G3 กำหนดให้ลดพิกัดลง 2% ทุก 11 °C เมื่ออุณหภูมิเกิน 40 °C
• รักษาแผงให้สะอาด: Cummins แนะนำให้ออกแบบระบบระบายความร้อนเผื่อไว้ 115% เพราะประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อแผงสกปรก และให้เลือกแผงที่มีครีบห่าง ไม่เกิน 9 ครีบต่อนิ้ว ในพื้นที่ฝุ่นเยอะ การล้างแผงหม้อน้ำและ Aftercooler ควรอยู่ในรอบ PM เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือใช้ บริการบำรุงรักษาเครื่องปั่นไฟ
• ทดสอบตอนรับโหลดจริง: ตอนโหลดน้อยอากาศแทบไม่ได้ถูกอัด (ตามที่สิทธิบัตร US4000725 อธิบายไว้ข้างต้น) ปัญหาของระบบระบายความร้อนอากาศอัดจึงมักเห็นชัดเมื่อรับโหลดหนักต่อเนื่อง วิธีที่ตรวจได้ชัดที่สุดคือ Load Test ด้วย Load Bank และอ่านพิกัดเครื่องให้ถูกตาม Standby, Prime, Continuous Rating

เครื่องยนต์ Cummins ตระกูล K19 ที่ผลิตโดย Chongqing Cummins (อ่านประวัติได้ที่ Chongqing Cummins CCEC) เป็นตัวอย่างของเครื่องยนต์ TA ที่ใช้ในเครื่องปั่นไฟช่วงหลายร้อย kVA เช่น Cummins TC500T ที่ใช้ KTA19-G3 ถ้าต้องการใช้งานชั่วคราวหรือสัญญาระยะยาวตั้งแต่ 1 เดือนขึ้นไป ดูรายละเอียดได้ที่ เช่าเครื่องปั่นไฟ สอบถามเพิ่มเติม โทร 097-146-3594

แหล่งอ้างอิง

• Chongqing Cummins: KTA19-G3 Engine Data Sheet DS-4780-B และ Performance Curve FR-4128
• CCEC Engine: KTA19-G3-A G-Drive Engine และ CCEC KTA19 Generator Drive Engine
• Cummins G-Drive: KTA19-G4 Specification Sheet
• Cummins: KTAA19 for Commercial Industrial
• Cummins Application Manual T-030 Liquid Cooled Generator Sets บทที่ 6
• Cummins: Diesel KTA50-Series G-Drive และ Diesel KTA38-Series G-Drive
• Cummins: KTA50-G9 Specification Sheet
• Cummins: KTA19 G-Drive Brochure
• SAE Technical Paper 800668: Cummins KTA-3067 Engine (1980)
• US Patent 4000725: Aftercooler coolant flow control for internal combustion engine
• Merriam-Webster: aftercooler และ intercooler
• Wikipedia: Intercooler
• Nigen: Aftercoolers vs. Intercoolers
• Wikipedia: Rolls-Royce Merlin
• Wikipedia: Turbocharger
• Aero Vintage Books: Superchargers, Engines, and the B-17

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Aftercooler และ Intercooler

Aftercooler กับ Intercooler ต่างกันอย่างไร

ทั้งสองคือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดเดียวกันที่ทำให้อากาศอัดเย็นลง ต่างกันที่ตำแหน่ง Intercooler อยู่ระหว่างการอัดอากาศ 2 ครั้ง ส่วน Aftercooler อยู่หลังการอัดครั้งสุดท้ายก่อนเข้าเครื่องยนต์ ในเครื่องยนต์เทอร์โบลูกเดียว ตำแหน่งนี้คือ Aftercooler ตามนิยาม แม้วงการรถยนต์จะเรียกว่า Intercooler

ตัว A ในชื่อเครื่องยนต์ Cummins KTA19 หมายถึงอะไร

K คือเครื่องยนต์ตระกูล K ของ Cummins T คือ Turbocharged และ A คือ Aftercooled สเปกชีตของ KTA19-G3 ระบุ Aspiration ไว้ว่า Turbocharged and Aftercooled ส่วนรุ่นที่มี AA เช่น KTAA19 หมายถึงระบายความร้อนอากาศอัดแบบอากาศสู่อากาศ (Air-to-Air Aftercooled)

JWAC กับ ATA ในเครื่องปั่นไฟต่างกันอย่างไร

JWAC คือ Aftercooler ที่ใช้น้ำหล่อเย็นวงจรเดียวกับเครื่องยนต์และใช้ปั๊มตัวเดียว ส่วน ATA คือส่งอากาศอัดไปยังแผงระบายความร้อนแบบอากาศสู่อากาศที่ติดกับหม้อน้ำ คู่มือ Cummins ไม่แนะนำ ATA สำหรับหม้อน้ำที่ติดแยกห่างจากเครื่อง เพราะท่อต้องรับแรงดันจากเทอร์โบที่อาจเกิน 40 psi และท่อยาวทำให้เทอร์โบตอบสนองช้า

ทำไมต้องดูแลแผง Aftercooler และหม้อน้ำให้สะอาด

เพราะแผงที่สกปรกระบายความร้อนได้น้อยลง อากาศที่เข้าเครื่องยนต์จึงร้อนและแน่นน้อยลง คู่มือ Cummins ระบุว่าระบบที่สกปรกจะทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ ทำให้สมรรถนะและความประหยัดน้ำมันแย่ลง จึงแนะนำให้ออกแบบระบบเผื่อไว้ 115% และเลือกแผงครีบห่างไม่เกิน 9 ครีบต่อนิ้วในพื้นที่ฝุ่นเยอะ