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

Related Post

VUCA World

VUCA World… ผันผวน ไม่แน่นอน ซับซ้อนและคลุมเครือ

ในช่วงปลายของยุคสงครามเย็น ทีมที่ปรึกษากองทัพสหรัฐ 2 คนคือ Warren Bennis และ Burt Nanus ได้เสนอกรอบทฤษฎีเพื่ออธิบายสถานการณ์ความวุ่นวายยุ่งยากซับซ้อนและมีความไม่แน่นอนสูง ในสถานการณ์การเมืองโลกช่วงปี 1980 ปลายๆ ที่จักรวรรดิโซเวียตใกล้ล่มสลายและความวุ่นวายในอัฟกานิสถานและอิรักกำลังปะทุ

Reaction Engines

Reaction Engines… บินเร็วกว่าเสียง 5.5 เท่า #Tech&Transport

บทใหม่ของความก้าวหน้าอันท้าทายในโลกการบิน ก็ตื่นตะลึงกับความสำเร็จในการพัฒนาเครื่องยนต์เพื่ออากาศยานครั้งใหม่ กับเทคโนโลยีเครื่องยนต์ Reaction Engines ที่ให้พลังขับดันเทียบเท่าหรือดีกว่าจรวดขับดันด้วยเชื้อเพลิงแบบต่างๆ ที่ใช้ขนส่งกระสวยอวกาศและขีปณาวุธ ด้วยวิสัยทัศน์การบินด้วยความเร็วระดับ Mach 5 หรือ เร็วเหนือเสียงสูงสุด 5.5 เท่า หรือบินด้วยความเร็ว 3,800 ไมล์ หรือ 6115 กิโลเมตรต่อชั่วโมง…

Kindergarten Class at Meadowlane

โรงเรียนอนุบาลและศูนย์เด็กเล็กในวิกฤตโควิด #ReDucation

สำหรับเด็กปฐมวัยหรือเด็กเล็กที่ต้องรับการส่งเสริมพัฒนาการ ซึ่งมีมิติมากกว่าที่พ่อแม่ผู้ปกครองส่วนใหญ่จะจัดหาให้ได้โดยลำพังนั้น ไม่ว่าจะอย่างไรก็ต้องพึ่งพาศูนย์เด็กเล็กและโรงเรียนอนุบาลอย่างไม่มีทางเลือกอื่น ต่างจากเด็กวัยเรียนช่วงชั้นที่โตกว่า ที่ยังพอจะใช้กลไกการเรียนการสอนด้วยเทคโนโลยีเข้ามาเสริมแทรก ในช่วงเวลาที่การระบาดยังเข้มข้นและอันตรายอยู่มาก

Thai Geographical Indication

ตราสัญลักษณ์สิ่งบ่งชี้ทางภูมิศาสตร์… เครื่องหมายแสดงสิทธิ์ทรัพย์สินทางปัญญา #RederSMEs

สิ่งบ่งชี้ทางภูมิศาสตร์ หรือ GI เป็นคุณลักษณะเฉพาะที่มาจาก แหล่งภูมิศาสตร์นั้นๆ ผู้เป็นเจ้าของจึงไม่ใช่บุคคลหนึ่งบุคคลใด… แต่เป็นกลุ่มชุมชนที่เป็นผู้ผลิต หรือ ผู้ประกอบการในพื้นที่ หรือ เป็นทรัพย์สินทางปัญญาที่อ้างสิทธิ์ใช้เป็นกลุ่มโดยอ้างอิงที่ตั้งทางภูมิศาสตร์เป็นสำคัญ… เช่น ส้มโอนครชัยศรี หรือ ข้าวหอมมะลิทุ่งกุลาร้องไห้ ซึ่งคนนครชัยศรี หรือพ่อค้าแม่ค้าที่ขายส้มโอจากนครชัยศรี สามารถถือสิทธิ์ใช้คำว่านครชัยศรีในการโฆษณาและขายส้มโอ เหมือนข้าวสารบรรจุถุงที่ผลิตจากข้าวที่ปลูกและเก็บเกี่ยวในเขตทุ่งกุลาร้องไห้ ก็สามารถใช้คำว่าทุ่งกุลาร้องไห้ในผลิตภัณฑ์ข้าวทั้งหมดจากแหล่งนี้ได้