ระบบตู้ทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกชนิดไฮบริดระบายความร้อนด้วยน้ำโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง

Array ( [0] => Array ( [0] => 42000 [SQLSTATE] => 42000 [1] => 102 [code] => 102 [2] => [Microsoft][ODBC Driver 11 for SQL Server][SQL Server]Incorrect syntax near '-'. [message] => [Microsoft][ODBC Driver 11 for SQL Server][SQL Server]Incorrect syntax near '-'. ) [1] => Array ( [0] => 01000 [SQLSTATE] => 01000 [1] => 16954 [code] => 16954 [2] => [Microsoft][ODBC Driver 11 for SQL Server][SQL Server]Executing SQL directly; no cursor. [message] => [Microsoft][ODBC Driver 11 for SQL Server][SQL Server]Executing SQL directly; no cursor. ) ) 1

วิศวกรรมศาสตร์ - พลังงาน

ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการทำความเย็นนับเป็นปัจจัยสำคัญที่มีบทบาทอย่างยิ่งต่อการดำรงชีวิต การสาธารณสุข การเกษตร และภาคอุตสาหกรรม โดยเฉพาะการเก็บรักษาอาหาร ยา วัคซีน เครื่องดื่ม ตลอดจนผลิตผลทางการเกษตร ซึ่งจำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม เพื่อรักษาคุณภาพ ลดการเสื่อมสภาพ และยืดอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ ระบบทำความเย็นที่นิยมใช้งานโดยทั่วไปคือระบบทำความเย็นแบบอัดไอ (Vapor Compression Refrigeration System) ซึ่งอาศัยสารทำความเย็นและคอมเพรสเซอร์เป็นองค์ประกอบหลักในการถ่ายเทความร้อนและสร้างความเย็นภายในระบบ อย่างไรก็ตาม ระบบทำความเย็นแบบอัดไอดังกล่าวยังคงมีข้อจำกัดหลายประการ กล่าวคือ มีโครงสร้างการทำงานที่ซับซ้อน ประกอบด้วยอุปกรณ์ที่มีการเคลื่อนที่เชิงกลหลายส่วน เช่น คอมเพรสเซอร์ คอนเดนเซอร์ อีวาพอเรเตอร์ และวาล์วลดความดัน ส่งผลให้เกิดการสึกหรอระหว่างการใช้งาน และจำเป็นต้องได้รับการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ นอกจากนี้ ระบบดังกล่าวยังใช้พลังงานไฟฟ้าในปริมาณค่อนข้างสูง โดยเฉพาะกรณีที่ต้องทำงานต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน อีกทั้งสารทำความเย็นบางชนิดยังส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ทั้งในด้านการทำลายชั้นโอโซนและการก่อให้เกิดภาวะโลกร้อน จึงทำให้เกิดแนวโน้มในการศึกษาและพัฒนาเทคโนโลยีการทำความเย็นรูปแบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ใช้พลังงานต่ำลง และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากยิ่งขึ้น ปัจจุบันมีการพัฒนาเทคโนโลยีตู้ทำความเย็นหลากหลายรูปแบบ เช่น สิทธิบัตร การประดิษฐ์ เลขที่คำขอ 0001003960 ได้กล่าวถึงระบบทำความเย็นด้วยเทอร์โมอิเล็กทริกแบบระบายความร้อนด้วยอากาศ เป็นชุดสำเร็จรูปที่มีขนาดกะทัดรัด แข็งแรง ติดตั้งง่าย และใช้งานสะดวกเพียงปรับอุณหภูมิให้เหมาะสมกับการใช้งาน ระบบดังกล่าวมีข้อดีคือมีน้ำหนักเบา เสียงเงียบ และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าระบบทำความเย็นทั่วไป ขณะที่ระบบทำความเย็นแบบเดิมมีน้ำหนักมาก มีเสียงดัง อายุการใช้งานสั้น และใช้สารทำความเย็นที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้น ระบบทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกจึงมีแนวโน้มเข้ามาทดแทนระบบทำความเย็นแบบใช้สารทำความเย็นในอนาคต อนุสิทธิบัตรเลขที่คำขอ 0603001406 ได้กล่าวถึงการประดิษฐ์อุปกรณ์รักษาความเย็นสำหรับกระป๋องเครื่องดื่ม โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้เครื่องดื่มคงความเย็นได้นานขึ้นขณะใช้งาน โดยเฉพาะในรถยนต์ หลักการทำงานใช้แผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกในการถ่ายเทความร้อนออกจากกระป๋อง ร่วมกับชุดระบายความร้อนและพัดลม เพื่อช่วยลดอุณหภูมิ และใช้พลังงานไฟฟ้ากระแสตรงประมาณ 12 โวลต์จากแหล่งจ่ายไฟ ทำให้เครื่องดื่มภายในกระป๋องยังคงความเย็นได้ตามต้องการ อนุสิทธิบัตรเลขที่คำขอ 2103003325 ได้กล่าวถึงชุดซับคูลเทอร์โมอิเล็กทริกที่ถูกออกแบบมาเพื่อเพิ่มสมรรถนะและช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้าของเครื่องทำความเย็นระบบอัดไอ โดยใช้แผ่นเทอร์โมอิเล็กทริก (TEC) ทำหน้าที่เป็นแหล่งความเย็นช่วยลดอุณหภูมิสารทำความเย็นให้ต่ำกว่าจุดอิ่มตัว (Sub cooling) ก่อนเข้าสู่ท่อลดความดัน อุปกรณ์ประกอบด้วยกล่องนำความร้อน แผงระบายความร้อน และพัดลม ซึ่งสามารถนำไปติดตั้งประกบกับท่อสารทำความเย็นเดิมได้ทันทีโดยไม่ต้องดัดแปลงระบบ ส่งผลให้การระเหยสารทำความเย็นมีประสิทธิภาพสูงขึ้นกว่าระบบดั้งเดิม สิทธิบัตร การประดิษฐ์ เลขที่คำขอ 0001004189 ได้กล่าวถึงระบบปรับอากาศด้วยเทอร์โมอิเล็กทริกเป็นระบบที่มีขนาดกะทัดรัด แข็งแรง ติดตั้งได้หลากหลายสถานที่ ใช้งานง่าย และสามารถปรับอุณหภูมิได้รวดเร็วกว่าระบบปรับอากาศทั่วไป อีกทั้งยังมีข้อดีด้านเสียงเงียบ น้ำหนักเบา และมีอายุการใช้งานยาวนานประมาณ 20 ปี ขณะที่ระบบปรับอากาศแบบเดิมใช้สารทำความเย็นที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม มีเสียงดัง และมีน้ำหนักมาก ดังนั้น ระบบปรับอากาศด้วยเทอร์โมอิเล็กทริกจึงมีแนวโน้มเข้ามาทดแทนระบบปรับอากาศแบบใช้สารทำความเย็นในอนาคต เทคโนโลยีเทอร์โมอิเล็กทริก (Thermoelectric Technology) เป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่ได้รับความสนใจอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน เนื่องจากสามารถสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้สารทำความเย็น หลักการทำงานของเทคโนโลยีดังกล่าวอาศัยปรากฏการณ์เพลเทียร์ (Peltier Effect) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีกระแสไฟฟ้ากระแสตรงไหลผ่านวัสดุสารกึ่งตัวนำชนิดพิเศษ ส่งผลให้ด้านหนึ่งของอุปกรณ์เกิดการดูดซับความร้อนและมีอุณหภูมิลดลง ขณะที่อีกด้านหนึ่งเกิดการคายความร้อนและมีอุณหภูมิสูงขึ้น คุณลักษณะดังกล่าวทำให้สามารถนำแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกมาประยุกต์ใช้ในการสร้างระบบทำความเย็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ อุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกมีข้อดีหลายประการ ได้แก่ ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่เชิงกล จึงมีความทนทานสูง ไม่เกิดแรงสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน มีขนาดกะทัดรัด สามารถควบคุมอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ และไม่จำเป็นต้องใช้สารทำความเย็น จึงช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม อีกทั้งยังสามารถทำงานด้วยพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงได้โดยตรง จึงเหมาะสมต่อการประยุกต์ใช้งานร่วมกับระบบพลังงานแสงอาทิตย์และระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้า แม้ว่าเทคโนโลยีเทอร์โมอิเล็กทริกจะมีข้อดีในหลายด้าน แต่ยังคงมีข้อจำกัดสำคัญด้านประสิทธิภาพการทำงาน โดยเฉพาะค่าประสิทธิภาพเชิงพลังงาน หรือค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (Coefficient of Performance: COP) ซึ่งมักมีค่าต่ำกว่าระบบทำความเย็นแบบอัดไอ สาเหตุสำคัญเกิดจากการสะสมความร้อนบริเวณด้านร้อนของแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริก หากไม่สามารถระบายความร้อนออกจากระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ จะทำให้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างด้านร้อนและด้านเย็นลดลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการทำความเย็นลดลงตามไปด้วย ด้วยเหตุนี้ การจัดการความร้อนบริเวณด้านร้อนของแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกจึงถือเป็นปัจจัยสำคัญอย่างยิ่งต่อสมรรถนะของระบบทำความเย็น โดยทั่วไป ระบบทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกมักใช้ฮีตซิงก์ร่วมกับพัดลมระบายอากาศในการถ่ายเทความร้อนออกจากด้านร้อนของแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริก อย่างไรก็ตาม การระบายความร้อนด้วยอากาศยังมีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน โดยเฉพาะในกรณีที่ระบบต้องทำงานต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน หรือใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งอาจทำให้เกิดการสะสมความร้อนบริเวณฮีตซิงก์ และส่งผลให้ประสิทธิภาพของระบบลดลงอย่างต่อเนื่อง จากข้อจำกัดดังกล่าว จึงได้มีการศึกษาการประยุกต์ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ (Water Cooling System) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนออกจากด้านร้อนของแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริก เนื่องจากน้ำมีคุณสมบัติในการดูดซับและถ่ายเทความร้อนได้ดีกว่าอากาศ กล่าวคือ มีค่าความจุความร้อนจำเพาะสูง จึงสามารถลดอุณหภูมิสะสมบริเวณด้านร้อนของแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกได้อย่างมีประสิทธิภาพ การประยุกต์ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำร่วมกับวอเตอร์บล็อก ปั๊มน้ำ หม้อน้ำระบายความร้อน และระบบหมุนเวียนน้ำแบบปิด จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิ และช่วยเพิ่มสมรรถนะการทำงานของระบบทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกได้อย่างมีนัยสำคัญ ในช่วงที่ผ่านมา ได้มีการพัฒนาอุปกรณ์ทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกในหลายรูปแบบ เช่น กล่องเก็บความเย็น ตู้แช่ขนาดเล็ก อุปกรณ์รักษาอุณหภูมิยาและวัคซีน ตลอดจนระบบควบคุมอุณหภูมิสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม ระบบส่วนใหญ่ยังคงใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศผ่านฮีตซิงก์และพัดลมเป็นหลัก ซึ่งอาจไม่เพียงพอต่อการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพสูงหรือการทำงานต่อเนื่องเป็นเวลานาน อีกทั้งระบบจำนวนมากยังใช้แหล่งพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงจากแหล่งจ่ายเพียงรูปแบบเดียว เช่น อะแดปเตอร์หรือแบตเตอรี่ ส่งผลให้เกิดข้อจำกัดด้านระยะเวลาในการใช้งานและความต่อเนื่องของระบบ ขณะเดียวกัน พลังงานแสงอาทิตย์ได้กลายเป็นแหล่งพลังงานทางเลือกที่ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากเป็นพลังงานสะอาด ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างยั่งยืน เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งเหมาะสมต่อการใช้งานร่วมกับระบบเทอร์โมอิเล็กทริกได้โดยตรง อีกทั้งยังเหมาะสมต่อการใช้งานในพื้นที่ชนบทหรือพื้นที่ห่างไกลที่ไม่มีระบบไฟฟ้าหลักเข้าถึง อย่างไรก็ตาม การใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวมีข้อจำกัด เนื่องจากปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงแดด สภาพภูมิอากาศ และช่วงเวลาของวัน ส่งผลให้พลังงานไฟฟ้าที่ได้มีความไม่สม่ำเสมอ และอาจส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพในการทำงานของระบบทำความเย็น ดังนั้น จึงมีการนำระบบกักเก็บพลังงาน เช่น แบตเตอรี่ มาใช้ร่วมกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ เพื่อช่วยสำรองพลังงานและเพิ่มความต่อเนื่องในการทำงานของระบบ แม้ว่าจะมีการพัฒนาระบบทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์อยู่บ้าง แต่จากการศึกษางานวิจัยและสิ่งประดิษฐ์ที่เกี่ยวข้อง พบว่าระบบส่วนใหญ่ยังขาดการออกแบบระบบพลังงานแบบผสม (Hybrid Power System) ที่สามารถทำงานร่วมกันระหว่างพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบกักเก็บพลังงาน และแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ อีกทั้งยังไม่พบการออกแบบระบบที่สามารถเลือกหรือสลับแหล่งพลังงานให้เหมาะสมตามสภาพการใช้งานจริง เพื่อให้ระบบสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องและมีเสถียรภาพสูงสุด นอกจากนี้ ยังพบว่าระบบทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกจำนวนมากยังมิได้ให้ความสำคัญกับการพัฒนาระบบระบายความร้อนด้านร้อนอย่างเพียงพอ โดยเฉพาะการประยุกต์ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำแบบหมุนเวียนปิดร่วมกับระบบพลังงานแบบไฮบริด ส่งผลให้ระบบยังมีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อน และไม่สามารถรักษาสมรรถนะการทำงานได้อย่างต่อเนื่องในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง จากปัญหาและข้อจำกัดดังกล่าว จึงมีความจำเป็นในการพัฒนาระบบตู้ทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกชนิดไฮบริดระบายความร้อนด้วยน้ำ โดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนของแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริก ลดอุณหภูมิสะสมบริเวณด้านร้อน เพิ่มประสิทธิภาพในการสร้างความเย็น และช่วยให้ระบบสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน การประดิษฐ์ดังกล่าวยังช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการใช้งาน เนื่องจากสามารถเลือกใช้พลังงานจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ แบตเตอรี่ หรือแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงจากภายนอกได้ตามความเหมาะสม อีกทั้งยังช่วยลดการพึ่งพาพลังงานจากระบบไฟฟ้าหลัก ส่งเสริมการใช้พลังงานสะอาด และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการไม่ใช้สารทำความเย็นในกระบวนการทำความเย็น นอกจากนี้ ระบบตู้ทำความเย็นดังกล่าวยังเหมาะสมต่อการประยุกต์ใช้งานในพื้นที่ชนบท พื้นที่ห่างไกล หรือพื้นที่ที่มีข้อจำกัดด้านพลังงานไฟฟ้า เช่น การเก็บรักษาอาหาร ยา วัคซีน เครื่องดื่ม และผลิตผลทางการเกษตร ซึ่งต้องการระบบทำความเย็นที่มีขนาดกะทัดรัด ใช้งานง่าย มีต้นทุนไม่สูง และสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องแม้ในสภาวะที่ไฟฟ้าไม่เสถียร ด้วยเหตุผลดังกล่าว จึงได้มีการพัฒนาระบบตู้ทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกชนิดไฮบริดระบายความร้อนด้วยน้ำโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำความเย็น เพิ่มเสถียรภาพในการทำงาน ลดข้อจำกัดของระบบเดิม และส่งเสริมการใช้พลังงานทางเลือกอย่างยั่งยืน อันจะนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีการทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพสูง เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และเหมาะสมต่อการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย

หัวหน้าโครงการ

ระบุผู้ร่วมโครงการภายใน

 

ระบุผู้ร่วมโครงการภายนอก

6500

2569

-

-

-

innofile-1780463142-1780463142.pdf