Thermoelectric Cooler Peltier… เทคโนโลยีความเย็นปลอดสาร CFC

Sony Reon

เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่า สารทำความเย็นยุคเก่าที่ใช้ในตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศหลายชนิด หรือที่เราเรียกรวมๆ กันว่าน้ำยาแอร์นั้น ล้วนสร้างผลกระทบต่อรอยรั่วในชั้นบรรยากาศให้เลวร้ายลงกว่าเดิม เพราะทั้งหมดล้วนได้ชื่อว่าเป็นก๊าซเรือนกระจกทั้งสิ้น

โดยเฉพาะสารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน หรือ CFC และ ฟรีออน หรือ Freon ซึ่งเป็นสารประกอบที่เกิดจากการสร้างขึ้นของมนุษย์และไม่เคยมีอยู่ในธรรมชาติมาก่อน… สารทำความเย็นหลายชนิดเป็นตัวการที่ทำให้เกิดก๊าซเรือนกระจกเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนผ่านการประเมินตัวแปรผลกระทบสองด้านคือ

  1. ค่าของ ODP หรือ Ozone Depletion Potential เป็นตัวเลขของระดับในการทำลายโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์  หรือ Stratosphere ที่มาจากสารทำความเย็นหรือน้ำยาแอร์ชนิดต่างๆ โดยใช้ค่าของน้ำยาแอร์ R-11 เป็นมาตรฐาน สารเคมีสังเคราะห์กลุ่มฮาโลคาร์บอนที่มีคลอรีน หรือโบรมีนเป็นองค์ประกอบ ที่เมื่อแตกตัวแล้วจะมีศักยภาพในการทำลายโอโซนได้
  2. ค่าของ GWP หรือ Global Warming Potential เป็นค่าศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อนในช่วงระยะเวลา 100 ปี โดยคิดจากการแผ่รังสีของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในช่วงระยะเวลาหนึ่งที่ก่อให้เกิดภาวะเรือนกระจก

โดยสารทำความเย็นที่ดีควรมีค่า ODP เป็นศูนย์ และค่า GWP ที่ต่ำ

แต่วันนี้จะข้ามเรื่องน้ำยาแอร์และสารทำความเย็นที่เป็นประเด็นสิ่งแวดล้อมมานานไปก่อน เพราะอยากจะพูดถึงเทคโนโลยีความเย็นอีกแนวทางหนึ่งทึ่ไม่ต้องพึ่งน้ำยาใดๆ รวมทั้งของเหลวหรือก๊าซอะไรเพื่อแลกเปลี่ยนอุณหภูมิ… แถมยังเปลี่ยนร้อนเป็นเย็น หรือเปลี่ยนร้อนเป็นไฟฟ้าก็ยังได้

ผมกำลังพูดถึงแผ่นทำความเย็น Peltier Thermo Electric Cooler หรือ แผ่นทำความเย็นเพลเทียร์ หรือแผ่นร้อนเย็น… ซึ่งนักประดิษฐ์กำลังหาทางทำให้สามารถนำมาทดแทนระบบทำความเย็นแบบคอมเพรสเซอร์ ที่มีน้ำยาทำความเย็นสารพัดชนิดไหลเวียนอยู่ในระบบ และสุดท้ายก็ลุดลอยสู่ชั้นบรรยากาศ ทั้งเพราะการรั่วไหล และการระบายทิ้งเมื่อไม่ใช้งานระบบแล้ว

แผ่น Peltier ใช้หลักการ Thermoelectric ของสารกึ่งตัวนำ 2 ชนิด คือ สารกึ่งตัวนำชนิด N และ สารกึ่งตัวนำชนิด P เมื่อมีกระแสไฟไหลผ่านสารกึ่งตัวนำทั้งสองชนิด จะเกิดการดูดกลืนกันของอิเล็กตรอน จากสารกึ่งตัวนำชนิด P ไปยัง สารกึ่งตัวนำชนิด N ทำให้เกิดการดูดความร้อนจากด้านหนึ่ง ไประบายออกอีกด้านหนึ่ง

หลักการดังกล่าวมีชื่อว่า เทอร์โมอิเล็กทริค คูลเลอร์ Peltier TEC หรือ Thermoelectric Cooler Peltier

ย้อนกลับไปปี 1834 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส 2 คน คือ French Watchmaker และ Jean CharAthanase Peltier ได้ค้นพบปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Peltier effect… โดยทั้งสองค้นพบว่า… เมื่อได้ทำการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงให้กับสารกึ่งตัวนำ พบว่าที่ผิวทั้งสองด้านของ “สารกึ่งตัวนำชนิดแรก เกิดความร้อนขึ้นที่ผิว และ ที่ผิวอีกด้านของสารกึ่งตัวนำอีกชนิดก็เกิดความเย็นขึ้นที่ผิว”  โดยเกิดขึ้นสอดคล้องกับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า

ในทางกลับกัน ถ้าหากมี “การให้ความร้อนที่ผิวด้านหนึ่งและความเย็นอีกด้านหนึ่ง” ก็ส่งผลทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้น

โครงสร้างเบื้องต้นของแผ่น Peltier ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด N-Type และชนิด P-Type

แผ่นเพลเทียร์ แบบบิสมัธเทลลูไรด์  หรือ Bismuth Telluride ถูกสร้างขึ้นมาจากธาตุ 2 ชนิด ได้แก่ บิสมัส หรือ Bismuth อักษรย่อ Bi ซึ่งเป็นธาตุที่มีเลขอะตอม 83 และอีกตัวหนึ่งคือ เทลลูเรียม หรือ Tellurium อักษรย่อ Te ธาตุเลขอะตอม 52

สารกึ่งตัวนำ P-N ต่างชนิดกัน… เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ก็จะมีการดูดกลืนกันของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนจากระดับพลังงานต่ำทางด้านสาร กึ่งตัวนำ P ไปสู่ระดับพลังงานที่สูงกว่าทางด้านสารกึ่งตัวนำ N กระบวนการดังกล่าวจะส่งผลให้ที่ผิวด้านหนึ่งของแผ่น Peltier มีการดูดพลังงาน ความร้อน ซึ่งก็ได้จากความร้อนที่อยู่โดยรอบนั่นเอง เมื่อความร้อนในบริเวณรอบๆ ถูกดูดเข้ามา ก็จะทำให้ในบริเวณนั้นมีอุณหภูมิต่ำลงหรือเย็นลง  ซึ่งด้านนี้ก็คือด้านทำความเย็นนั่นเอง แล้วเอาความเย็นมาใช้งาน… ในขณะเดียวกัน ก็จะเกิดการดูดกลืนของอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานที่สูง ในสารกึ่งตัวนำ N  สู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า ในสารกึ่งตัวนำ P ส่งผลให้เกิดการคายความร้อนออกมาที่บริเวณผิวหน้าของอีกด้านหนึ่ง ของแผ่น Peltier

จากหลักการทำงานข้างต้น ทำให้สามารถนำแผ่น Peltier มาประยุกต์ใช้กับงานได้หลากหลาย แต่ที่นิยมที่สุดคงหนีไม่พ้น การใช้คุณสมบัติในด้านการทำความเย็นมาประยุกต์ใช้งาน เพื่อเป็นทางเลือกสำหรับการทำความเย็น  แบบไม่ต้องพึ่งพาระบบทำความเย็นที่ใช้คอมเพรสเซอร์

สำหรับแผ่นทำความเย็น Peltier การใช้งานโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อการทำความเย็น ในบ้านเราก็มีการนำไปใช้งานในหลายรูปแบบ ยกตัวอย่างเช่น การใช้เพื่อทำความเย็นให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบเฉพาะจุด รวมไปถึงการให้ความเย็นของตู้เย็นขนาดเล็ก ซึ่งในบ้านเราตอนนี้ก็ได้มีผู้ผลิตบางราย นำแผ่นทำความเย็น Peltier มา ใช้งานกับตู้เย็นขนาดเล็กๆ สำหรับทำความเย็นให้แก่เครื่องดื่ม  ซึ่งเป็นการนำมาใช้งานทดแทนคอมเพรสเซอร์ แต่ในตอนนี้ ประสิทธิภาพการทำความเย็นของแผ่นทำความเย็น Peltier  ก็ยังเป็นรองระบบทำความเย็นที่ใช้คอมเพรสเซอร์อยู่หลายเท่า ตู้เย็นที่ใช้แผ่นทำความเย็น Peltier จึงเหมาะกับการใช้งานในบางประเภทเท่านั้น เช่นการใช้เก็บรักษายาหรือเวชภัณฑ์ทางการแพทย์

ในปัจจุบัน… ถ้าเทียบระหว่างแผ่นทำความเย็น Peltier กับระบบทำความเย็นที่ใช้คอมเพรสเซอร์ ก็ถือว่าแผ่นทำความเย็น Peltier ยังคงมีประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าอยู่หลายเท่า ต่อให้นำแผ่นทำความเย็น Peltier หลายๆอันมาใช้ร่วมกัน แม้ค่าการทำความเย็นจะมีขนาดเท่าคอมเพรสเซอร์ แต่ก็ยังทำความเย็นได้ไม่ดีเท่าคอมเพรสเซอร์ รวมถึงอัตราการใช้พลังงานยังคงใช้พลังงานมากเมื่อเทียบกับความเย็นที่ได้ออกมาซึ่งน้อยกว่ามาก

แต่แผ่นทำความเย็น Peltier กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อทดแทนคอมเพรสเซอร์ หลังจากถูกทิ้งมานานเหมือนโซล่าเซลล์และไฟฟ้ากระแสตรง… ซึ่งทั้งหมดถูกพัฒนาบนโจทย์เรื่องประสิทธิภาพและสิ่งแวดล้อมอย่างมีนัยยะสำคัญ… โดยเฉพาะ Peltier Thermo Electric Cooler ที่มีตลาดขนาดใหญ่ไม่ธรรมดา… หากสามารถทดแทนคอมเพรสเซอร์ได้… โดยเฉพาะความพยายามของนักวิจัยและพัฒนาจาก  Phononic, Inc. ในแคลอฟอร์เนีย ที่กำลังนำ “ผลิตภัณฑ์ใหม่” ที่ใช้แผ่นทำความเย็น Peltier เทคโนโลยีล่าสุดที่พวกเขาพัฒนาขึ้น… ใส่ไว้ในผลิตภัณฑ์หลายอย่างที่ไม่ได้มีแต่เครื่องปรับอากาศ หรือตู้เย็นเท่านั้น… แม้แต่ที่นอน เสื้อผ้า หรือ หมวกกันน๊อคก็มีผลิตภัณฑ์ต้นแบบออกมาแล้ว… 
บทความจาก FastCompany.com เรื่อง The billion-dollar race to invent a wearable air conditioner ก็พูดถึงการประดิษฐ์กลไกการปรับอากาศในของใช้ส่วนตัวหรือแม้แต่เสื้อผ้าแล้วเช่นกัน… แต่ไม่ว่าจะอย่างไร นี่คือก้าวย่างที่ท้าทายอย่างยิ่งอีกสายหนึ่งของมนุษย์ชาติเช่นกัน

#FridaysForFuture

อ้างอิง

Share this post

Share on facebook
Share on google
Share on twitter
Share on linkedin
Share on pinterest
Share on print
Share on email
Add Reder's Line friends

เพิ่ม Reder เป็นเพื่อนทาง Line... เรามีเรื่องเล่าและแรงบันดาลใจส่งให้ท่านทุกวันคี่

Recent Posts

Related Post

Pivoting Strategies

Pivoting Strategies… กลยุทธ์การปรับทิศให้ธุรกิจไปต่อ

หนังสือ Lean Startup ได้แนะนำแนวคิดการปรับเปลี่ยนให้ Startup ที่ทำผลิตภัณฑ์และบริการออกมาแล้วแป๊กหรือล้มเหลว… ซึ่งเป็นเรื่องปกติของ Startup ที่เจอแป็กก็ต้องเปลี่ยน… เปลี่ยนแล้วแป๊กก็ต้องเปลี่ยนอีก ซึ่งผมกำลังพูดถึงการ “ปรับทิศทางของผลิตภัณฑ์และบริการ หรือแม้แต่โมเดลธุรกิจ” ให้หาตลาดเจอและเหมาะสมพอจะสร้างธุรกิจบนตลาดนั้น… ซึ่งในกระบวนการหรือกลยุทธ์นี้จะเรียกว่า Pivoting

ODOO ลมหายใจอัตโนมัติสำหรับธุรกิจ

ช่วงปีเศษๆ ที่ผ่านมานี้ คำว่า Marketing Automation มีการพูดถึงอย่างมากในวงการธุรกิจ เวบไซต์ thinkwithgoogle.com ได้เผยแพร่บทความชื่อ How turning to automation helped one company drive profitable growth เมื่อช่วงเมษายน 2019 ที่ผ่านมา โดย Jay Roth

EdTech

Hook First!… กลยุทธ์สำคัญในการออกแบบคอร์สออนไลน์ที่ได้ผล

Hook ถ้าเป็นคำกิริยาจะแปลว่าเกี่ยวติด หรือติดเบ็ด… เพราะฉะนั้น แนวคิดในการทำคอร์สแวร์ หรือบทเรียนให้ Hook ผู้เรียนได้จึงหมายถึงการเกี่ยวความสนใจใคร่รู้ของผู้เรียนให้ได้นั่นเอง… ซึ่ง Karla Gutierrez ระบุว่า ต้องวางเบ็ดกันตั้งแต่แรกเห็นกันเลย

Budget

4 แหล่งเงินทุนและแหล่งสนับสนุนทุนสำหรับ SME/STARTUP

อยากทำธุรกิจ ต้องหาทางเริ่มทำธุรกิจด้วยทุนที่ต่ำที่สุดที่จะเป็นไปได้… และควรเป็นทุนที่ท่านดึงมาใช้ได้เลยแบบไม่ต้องให้ใครมาตัดสินสิ่งที่อยากลอง… ซึ่งก็มีเทคนิคหลายรูปแบบให้ทดลองและตัดตรงเข้าหาลูกค้าและโมเดลรายได้ อย่างเช่นเทคนิคของสตาร์ทอัพคือการทำ MVP หรือ Minimum Viable Product หรือการทำโปรดักส์ที่ตรงเข้าหากลุ่มเป้าหมายให้ไวที่สุด… ซึ่ง SME ก็สามารถนำแนวคิดมาปรับใช้ได้… หรือจะใช้การวิเคราะห์และศึกษาความเป็นไปของธุรกิจด้วยการทำ Feasibility Study อย่างถูกต้องก็ได้…