| การใช้ Heat Pipe |
HEAT PIPE คือ อุปกรณ์ที่สามารถนำความร้อนจาก Heat Source ไปสู่ Heat Sink ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แบบ Passive และไม่มี Moving Part อย่างไรก็ตาม ถึงแม้ว่าหลักการทำงานของ Heat Pipe จะรู้กันมานานแล้ว แต่ที่ผ่านมา การนำ Heat Pipe ไปใช้ให้ได้ผล ก็ยังอยู่ในวงจำกัด เนื่องจากความสามารถในการนำความร้อนที่จำกัด อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพก็อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ ในปัจจุบัน มีผู้นำเทคโนโลยีนี้ไปใช้งานในรูปแบบต่างๆ และเชื่อว่า ในอนาคตอันใกล้นี้เทคโนโลยีนี้จะเป็นที่แพร่หลายมากขึ้น และจะมีให้เห็นในอุปกรณ์ปรับอากาศ คอมพิวเตอร์ หรือแม้กระทั่งเครื่องใช้ในบ้าน หลักการทำงาน หลักการทำงานของ Heat Pipe นั้นง่ายมาก โดยที่โครงสร้างพื้นฐานของ Heat Pipe เป็นท่อทองแดงปิดหัวปิดท้าย ภายในบรรจุด้วยสารทำความเย็น เช่น ฟรีออน แอมโมเนีย ออกซิเจน มีเทน และน้ำ สารที่บรรจุอยู่ภายในท่อ เมื่อได้รับความร้อนจะระเหยกลายเป็นไอและเคลื่อนตัวไปสู่ปลายอีกด้านหนึ่ง ในระหว่างการเคลื่อนตัวนี้จะคลายความร้อนและกลายเป็นของเหลวที่ผิวภายในของท่อแล้วไหลกลับไปสู่ปลายท่อที่รับความร้อน
เคล็ดลับของเทคโนโลยีนี้ อยู่ที่การออกแบบให้ภายในท่อสามารถแยกสารที่เป็นของเหลวออกจากสารที่เป็นไอ เนื่องจากการเคลื่อนตัวของสารทั้งสองสถานะนี้ตรงข้ามกัน หากไม่สามารถแยกออกจากกันได้ก็จะเคลื่อนชนกันเองและจะไม่ไปไหน วิธีการแยกสารที่เป็นของเหลวและ ที่เป็นไอออกจากกันนี้โดยทั่วไป อาศัยแผ่นตะแกรงตาละเอียดใส่ซ้อนเข้าไป ภายในท่อ เพื่อแยกของเหลว ที่เกาะอยู่กับผิวภายในของท่อออกจากไอซึ่งอยู่กลางในท่อ แผ่นตะแกรงนี้จะทำเป็นรูป ท่อซ้อนเข้าไปภายในและเรียกว่า วิก ( Wick ) นอกจากนี้การนำ Heat Pipe ไปใช้งาน ยังต้องให้ท่อมีความยาวเพิ่มขึ้น สามารถขดเป็นรูปคอยล์ได้ หรือขดไปมาตามที่ต้องการได้ ดังนั้น ส่วนของ Know How ของผู้ผลิต Heat Pipe แต่ละรายจึงอยู่ที่ ความสามารถในการนำไปใช้งาน และประสิทธิภาพในการนำความร้อน ในปัจจุบัน Heat Pipe ได้ถูกพัฒนาจนมีประสิทธิภาพสูง ไม่ต้อใช้ วิก และสามารถนำไปใช้ในการอบแห้งในการเกษตรด้วย จุดเด่นของ Heat Pipe คือ ไม่มีการเคลื่อนไหว ( No Moving Part ) ไม่มีปั๊ม ไม่มีพัดลม ไม่ใช้ไฟฟ้าไม่ใช้น้ำมัน มีลักษณะการทำงานตามธรรมชาติ และนอกจากการทำความสะอาดเป็นครั้งคราวแล้ว ไม่ต้องดูแลรักษาอะไรเลย การลดความชื้น เมื่อนำไปใช้ประกอบกับคอยล์เย็นในเครื่องปรับอากาศ โดยให้ ชุดหนึ่งอยู่หน้าคอยล์ และอีกชุดหนึ่งอยู่หลังคอยล์ ชุดที่อยู่หน้าคอยล์จะทำหน้าที่ลดอุณหภูมิของอากาศก่อนเข้าคอยล์ให้ลดลง ( Precool ) และชุดที่อยู่หลังคอยล์จะเพิ่มอุณหภูมิอากาศหลังคอยล์ให้สูงกลับขึ้นมาเท่ากับที่ลดลงไป ( Reheat ) ผลที่ได้รับก็คือ คอยล์เย็นจะรีดความชื้นออกจากอากาศได้มากขึ้น และอากาศที่ผ่านคอยล์เย็นจะแห้งมากขึ้น ดังนั้นอุปกรณ์นี้จึงเหมาะเป็นอย่างยิ่งสำหรับห้องที่ต้องการความชื้นต่ำ เช่น โรงงานอิเลคทรอนิคส์ ศูนย์คอมพิวเตอร์ โรงงานยา โรงงานอาหาร โรงพยาบาล ห้องผ่าตัด โดยไม่ต้องใช้วิธี Overcooling และ Reheat เหมือนที่ผ่านมาซึ่งเป็นวิธีที่สิ้นเปลืองพลังงานเป็นอย่างมาก โดยทั่วไป ปัญหาความชื้นในระบบปรับอากาศเกิดเนื่องจาก การกำหนดขนาดเครื่องที่ใหญ่เกินไป หรือที่ Peak Load แต่ใช้งานจริงที่ Part Load ทำให้ Sensible Heat Ratio ต่ำกว่าสเปคของเครื่อง ความชื้นจึงสูงกว่าที่กำหนดไว้ ปัญหาความชื้นในประเทศไทยนับว่าค่อนข้างวิกฤติ เพราะประเทศไทยมีอุณหภูมิอากาศร้อนชื้นตลอดปี และอาคารส่วนใหญ่มักจะไม่มีระบบป้องกันความชื้นที่ดี ปัญหาส่วนใหญ่จึงเป็นปัญหาความชื้นมากเกินไป ปัญหาที่ตามมาจากการที่ห้องปรับอากาศมีความชื้นสูงก็คือ
จะเห็นได้ว่า ลำพัง Heat Pipe ไม่ใช่อุปกรณ์ประหยัดพลังงานด้วยตัวของมันเอง แต่หากนำไปใช้อย่างเหมาะสม ก็จะสามารถช่วยในการประหยัดพลังงานได้ โดยวิธีกาดดังต่อไปนี้ คือ
ส่วนผลพลอยได้ที่ตามมาก็คือ การที่อายุของวัสดุภายใน หนังสือที่มีค่าอุปกรณ์อิเลคทรอนิค จะอยู่ในสภาพที่ดี ไม่มีปัญหาเชื้อรา เช่น ที่พบมากในโรงพยาบาล และสำหรับบางคนที่คัดจมูกอยู่ตลอดเวลา เมื่อมีความชื้นลดลง อาการนี้ก็จะทุเลาลง การนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ เนื่องจากคุณสมบัติในการนำความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงสามารถที่จะนำไปใช้เก็บความร้อนหรือความเย็นที่ทิ้งกลับมาใช้ใหม่ได้ ( Heat Recovery ) เช่น การใช้เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนให้กับอากาศ ( Air to Air Heat Exchanger )อย่างไรก็ตาม ความร้อนนี้ จะได้เฉพาะในส่วนของความร้อนสัมผัส ( Sensible Heat ) และก็มีข้อดีที่เห็นได้ชัดคือมีราคา ไม่แพงเมื่อเทียบกับ Heat Wheel และไม่ต้องดูแลรักษา นอกจากนี้ ยังสามารถนำไปใช้ในระบบ Co-generation เพื่อนำความร้อนจากเครื่องผลิตไฟฟ้าที่ทิ้ง กลับมาใช้ในการทำความร้อน หรือใช้ทำความเย็นได้ ระบายความร้อนให้วงจรอิเลคทรอนิค มีการใช้ Heat Pipe เพื่อช่วยระบายความร้อนใน PC และ Lap Top รุ่นใหม่ที่มีกำลังสูง เนื่องจากเครื่องเหล่านี้ใช้ IC รุ่นใหม่ที่มีกำลังสูงขึ้น นอกจากนี้ยังมีการนำไปใช้ ระบายความร้อนในแผงควบคุม แผงวงจร เครื่องเสียง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการระบายความร้อน และทำให้มีขนาดและน้ำหนักลดลง เทคโนโลยีนี้ได้ถูกนำไปใช้ในโครงการอวกาศของนาซาด้วย คุณสมบัติในการนำความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพนี้ ยังได้ถูกนำไปใช้ ในแผงรับแสงอาทิตย์รุ่นใหม่ที่มีลักษณะเป็นท่อรูปทรงกระบอก ซึ่งเมื่อรับพลังงานแสงอาทิตย์แล้วจะรวมพลังงานแสงอาทิตย์เข้าสู่แกนกลางของกระบอกที่มีแท่ง Heat Pipe อยู่ แท่ง Heat Pipe นี้ก็จะนำความร้อนที่ได้ไปใช้ แผงดังกล่าวนี้ มีประสิทธิ ภาพสูงกว่าเดิมมาก และสามารถใช้เพิ่มอุณหภูมิน้ำได้สูงกว่าจุดเดือด การอบเมล็ดพืช การอบเมล็ดพืช รวมทั้งเม็ดข้าวในชนบท ใช้วิธีตาก หรือใช้เปลือกข้าว แกลบ มาเผาให้อากาศร้อนแล้วจึงนำมาใช้ในการอบ วิธีการเหล่านี้ มักจะมีการสูญเสียมาก คุณภาพไม่แน่นอน มีปัญหาความชื้นและเสียหายในหน้าฝน และเมล็ดพืชมักจะเปลาะและแตกได้ง่าย การนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้กับเครื่องอบเมล็ดพืช จะทำให้สามารถอบแห้งที่อุณหภูมิต่ำ และใช้เวลาในการอบแห้งน้อย จึงไม่แตกเปราะได้ง่าย มีคุณภาพแน่นอน ลดการสูญเสีย ทำให้เมล็ดพืชเก็บไว้ได้นานและมีคุณภาพดี สำหรับประเทศไทย มีสามารถนำไปใช้ในการอบแห้งลำใย กระเทียม ซึ่งหากมีปัญหาเรื่องกลิ่น ก็สามารถใช้ระบบแบบปิดได้ INDIRECT COOLING โดยใช้หลักการของพัดลมน้ำ ที่เมื่อน้ำระเหยก็จะทำให้อากาศเย็นลงได้ แต่ที่พัดลมน้ำไม่เหมาะที่จะนำมาใช้ เนื่องจากจะไปเพิ่มความชื้นให้สูงขึ้น การใช้ ( Heat Pipe ) จะทำให้สามารถนำความเย็นจากพัดลมน้ำได้ โดยไม่นำความชื้นเข้ามาด้วย บทสรุป เทคโนโลยีนี้ นับว่าเป็นนวัตกรรมสำหรับอนาคต และยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในงานต่างๆ ได้อีกมาก ลำพังตัวมันเอง คงทำอะไรได้ไม่มาก แต่จะแสดงความสามารถทันที เมื่อถูกนำไปประกอบอย่างชาญฉลาด HEAT PIPE ไม่ได้ลดความชื้นเอง แต่ช่วยให้คอยล์เย็นดึงความชื้นออกได้มากขึ้น HEAT PIPE ไม่ได้ประหยัดพลังงานด้วยตัวเอง แต่ช่วยให้ระบบ ประหยัดพลังงานได้อุปกรณ์นี้จึงเป็นอุปกรณ์เสริม แต่ก็มีคุณค่าเป็นอย่างยิ่ง
ที่มา : Heat Pipe นวัตกรรมสำหรับอนาคต, เกชา ธีระโกเมน, วิสัยทัศน์ งานวิศวกรรมปรับอากาศในอนาคต, สมาคมวิศวกรรมปรับอากาศแห่งประเทศไทย |
