Skip to content
ระบบหล่อเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกสำหรับเทอร์โบโมคูล่าปั้ม
นักวิจัย : อาจารย์ ดร.อาธรณ์ วรอัด และคณะ สังกัดคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
แนวคิดที่มาของงานวิจัยชิ้นนี้
เทอร์โบโมเลคูล่าปั๊ม (turbo molecular pump) เป็นเครื่องมือที่ใช้สำหรับทำระบบสุญญากาศระดับสูง (ต่ำกว่า 10−3 ถึง 10−7 Torr) ซึ่งใช้มอเตอร์แกนหมุนกำลังสูงเพื่อให้ได้ความเร็วรอบสูงสุดในการปั๊มอากาศ โดยจะทำงานต่อจากระบบโรตารี่ปั๊ม (rotary pump) ที่เป็นสุญญากาศระดับกลาง (ระหว่าง 10−2 ถึง 10−3 Torr) กล่าวคือ หลักการทำงานเทอร์โบโมเลคูล่าปั๊มไม่สามารถนำโมเลกุลของก๊าซออกสู่บรรยากาศได้โดยตรง ซึ่งจะเริ่มทำงานได้เมื่อโรตารี่ปั๊มหรือปั๊มสุญญากาศเชิงกล (mechanical pump) ปั๊มอากาศออกไปแล้วประมาณ 99% หรือเริ่มต้นทำงานที่ความดันสุญญากาศประมาณ 10−3 Torr ซึ่งเป็นช่วงที่ก๊าซมีการไหลแบบโมเลกุล (molecular flow) โดยเทอร์โบโมเลคูล่าปั๊มจำต้องมีโรตารี่ปั๊มเป็นตัวรองรับ (backing pump) ต่อพ่วงเพื่อนำโมเลกุลก๊าซที่เทอร์โบโมเลคูล่าปั๊มปล่อยออกมาและนำออกสู่บรรยากาศภายนอกอีกครั้งหนึ่ง ดังนั้น มอเตอร์แกนหมุนใบพัดเทอร์โบโมเลคูล่าปั๊มจึงต้องมีกำลังและมีความเร็วรอบสูงในการนำโมเลกุลก๊าซมาสู่โรตารี่ปั๊ม การทำงานดังกล่าวจึงมีความร้อนเกิดขึ้นที่บริเวณแกนหมุนอุณหภูมิสูงมาก แต่อุปกรณ์ที่อยู่รอบ ๆ แกนหมุน เช่น โอริง และแบริงต่าง ๆ ทนความร้อนได้ประมาณ 120 oC ดังนั้นจึงจำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิที่เกิดขึ้นรอบแกนหมุนไม่เกิน 120 oC และอุณหภูมิแวดล้อมรอบตัวปั๊มต้องไม่เกิน 40 oC โดยเฉพาะเทอร์โบโมเลคูล่าปั๊มของบริษัทอัลแวค (ไทยแลนด์) จำกัด ซึ่งควบคุมอุณหภูมิดังกล่าวโดยการใช้น้ำจากระบบหล่อเย็น (chiller) ในการระบายความร้อน จึงเป็นปัญหาต่อผู้ใช้เทอร์โบโมเลคูล่าปั๊มที่มีขนาดใหญ่ต้องใช้ระบบน้ำหล่อเย็นหรือต้องซื้อระบบน้ำหล่อเย็นเพิ่มด้วย นอกจากนี้ไอระเหยของน้ำยังส่งผลเสียต่อมอเตอร์และสเตเตอร์ของเทอร์โบโมเลคูล่าปั๊มค่อนข้างสูง และระบบทำความเย็นที่ใช้คอมเพรสเซอร์นั้นยังต้องใช้งานร่วมกับสารทำความเย็นหรือฟีออน (Freon) ซึ่งสารดังกล่าวมีค่าดัชนีการทำลายโอโซนสูงอีกด้วย
คณะผู้วิจัยจึงได้พัฒนาระบบระบายความร้อนบริเวณแกนหมุนเทอร์โบโมเลคูล่าปั๊มด้วยการใช้เทคโนโลยีการทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริก (thermoelectric refrigeration) เพื่อทดแทนการใช้น้ำหล่อเย็นสำหรับเทอร์โบโมเลคูล่าปั๊มของบริษัทอัลแวค (ไทยแลนด์) จำกัด โดยโครงการวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุนจาก “ชุดโครงการอุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่และอิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะ” สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) และบริษัทร่วมลงทุน “บริษัทอัลแวค (ไทยแลนด์) จำกัด” พ.ศ. 2562-2563 ระยะเวลา 1 ปี 6 เดือน
ผลการดำเนินงาน
ระบบหล่อเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกที่ได้พัฒนาขึ้นได้ประยุกใช้ทำความเย็นให้กับเทอร์โบโมคูล่าปั้ม รุ่น UTM480 ของบริษัทอัลแวค (ไทยแลนด์) จำกัด ชุดควบคุมการทำความเย็น ประกอบด้วย ชุดแปลงสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง เซนเซอร์อุณหภูมิ และการแสดงผลการทำงานผ่านจอ LCD เป็นต้น ซึ่งทำการควบคุมการป้อนไฟฟ้ากระแสตรงให้กับชุดทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกทั้ง 6 ชุด โดยมีระบบเซ็นเซอร์รายงานอุณหภูมิทุก ๆ 1 วินาที เพื่อทำการตรวจสอบอุณหภูมิของเทอร์โบโมเลคูล่าปั๊ม โดยถ้าพบว่าอุณภูมิที่ตรวจจับได้สูงเกินกว่าโปรแกรมที่กำหนด (สูงกว่า 25 °C ) ชุดควบคุมจะสั่งการจ่ายกระแสและแรงดันไฟฟ้าและจะหยุดจ่ายเมื่อเซนเซอร์รายงานอุณหภูมิต่ำกว่าที่โปรแกรมกำหนดไว้ (ต่ำกว่า 15 °C ) ซึ่งการแสดงผลการทำงานดังกล่าวจะแสดงผลผ่านหน้าจอแสดงผลแบบ LCD ขณะที่พัดลมระบายความร้อนจะทำงานตลอดเวลา ในการทดสอบประสิทธิภาพการทำงานระบบทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกทดสอบกับเทอร์โบโมเลคูล่าปั๊ม รุ่น UTM480 ซึ่งสามารถทำความเย็นเฉลี่ยที่ 15 oC และมีค่าสมรรถนะการทำความเย็น (COP) โดยเฉลี่ยสูงสุดประมาณ 4.72 เมื่อเวลาการทำงานผ่านไป 60 วินาที
การนำผลงานไปใช้ประโยชน์
ด้านพาณิชย์
การนำไปใช้ประโยชน์โดยตรง คือ บริษัทอัลแวค (ไทยแลนด์) จำกัด ซึ่งได้แนวคิดในการพัฒนาใช้ระบบหล่อเย็นเทอร์โม อิเล็กทริกแทนเครื่องทำน้ำหล่อเย็นสำหรับระบายความร้อนของเทอร์โบโมคูล่าปั้มต่อไป และการนำไปใช้ประโยชน์โดยอ้อมคือบริษัทโฟรซเมด จำกัด ได้นำองค์ความรู้เทคโนโลยีการทำความเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกไปพัฒนาเครื่องบำบัดด้วยความเย็นสำหรับการฟื้นฟูร่างกายซึ่งมีผลิตภัณฑ์และใช้งานได้จริง
อ้างอิงข้อมูลจาก
โครงการวิจัย : ระบบหล่อเย็นเทอร์โมอิเล็กทริกสำหรับเทอร์โบโมคูล่าปั้ม
หัวหน้าโครงการ : อาจารย์ ดร.อาธรณ์ วรอัด และคณะ สังกัดคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
สนับสนุนโดย : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) ปีงบประมาณ 2562
