Blockdit Logo (Mobile)
Antfield
•
14 พ.ค. เวลา 15:33 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี

นักวิจัยพัฒนาอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนประสิทธิภาพสูงด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ

อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน(Heat Exchanger) นั้นเป็นอุปกรณ์ที่มีใช้ตั้งแต่ตามบ้านไปยังโรงงานหรือแม้แต่ในยานอวกาศ ตัวอย่างใกล้ตัวก็เช่น คอยล์แอร์ หม้อน้ำรถยนต์ ด้วยวัตถุประสงค์ในการแลกเปลี่ยนความร้อนของของไหลที่มีอุณหภูมิต่างกันจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
Heat Exchanger มีใช้มาอย่างยาวนานตั้งแต่สมัยเริ่มต้นการปฎิวัติอุตสาหกรรม เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ทั่วไปในโรงงานต่าง ๆ เพราะกระบวนการผลิตต่าง ๆ มักต้องมีการแลกเปลี่ยนความร้อน
Shell and Tube Heat Exchanger
Heat Exchanger รูปแบบดั้งเดิมผลิตง่ายก็ได้แก่แบบ Shell and Tube Heat Exchanger ซึ่งจะมีของไหลวิ่งผ่านท่อยาวที่วางเรียงกันในภาชนะปิดที่จะมีของไหลอีกชนิดที่มีอุณหภูมิต่างกันและแลกเปลี่ยนความร้อนในระหว่างที่มีการไหลผ่านกันแต่ของไหลจะไม่ผสมกัน
แต่ด้วยลักษณะของ Shell and Tube นั้นทำให้อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนนี้มีประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนต่ำเมื่อเทียบกับขนาด ต่อมาจึงได้มีการพัฒนา Heat Exchanger แบบ Plate Heat Exchanger เพื่อให้มีขนาดที่เล็กลงและมี ประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ดีขึ้น รวมถึงบำรุงรักษาง่าย(แต่คนใช้มักจะบอกว่าซ่อมยาก ^^)
Plate Type Heat Exchanger
แต่นี่ก็ยังไม่ใช่สุดทางการพัฒนา ในปัจจุบันด้วยเทคโนโลยีการผลิตชิ้นงานด้วยการพิมพ์ 3 มิติ ทำให้มี Heat Exchanger ชนิดที่เรียกกว่า Printed Circuit Heat Exchanger ถูกนำมาใช้งานในอุตสาหกรรม
ด้วยจุดเด่นคือประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนต่อขนาดที่ดีที่สุด รวมถึงเคลมว่าไม่ต้องการบำรุงรักษาระหว่างการใช้งานด้วยเนื่องจากชิ้นงานในส่วนแลกเปลี่ยนความร้อนถูกขึ้นรูปมาเป็นชิ้นเดียวเลย (แต่ใช้งานจริงก็มีกรณีรั่วเกิดขึ้นซึ่งรั่วแล้วซ่อมยากด้วย ถ้ารั่วมากก็แทบจะต้องเปลี่ยนยกชิ้น)
Printed Circuit Heat Exchanger
และล่าสุดทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน แมดิสัน ได้ต่อยอดการพัฒนา Heat Exchanger ให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นไปอีก ด้วยวัตถุประสงค์การใช้งานที่มุ่งเน้นน้ำหนักเบาแต่ได้ประสิทธิภาพสูงอย่างเช่น การใช้งานในอวกาศ
ด้วยเทคนิคการออกแบบที่เรียกว่า topology optimization ที่,uการออกแบบช่องทางไหลของของไหลให้มีพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนต่อพื้นที่หน้าตัดมากขึ้น รวมถึงทำให้การไหลของของไหลในช่องทางวิ่งมีการไหลแบบปั่นป่วนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อน
รูปแสดงแบบจำลองในคอมพิวเตอร์ของอุณหภูมิของท่อฝั่งร้อนและเย็น ซึ่งช่องทางวิ่งภายในถูกออกแบบให้มีความขรุขระแบบตั้งใจ
และด้วยลักษณะชิ้นงานที่ทางวิ่งภายในมีรายละเอียดสูง จึงต้องใช้เทคนิคการผลิตด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติชนิด metal additive manufacturing ที่ใช้สำหรับผลิตชิ้นงานที่ต้องการความละเอียดของโครงสร้างภายในชิ้นงาน
metal additive manufacturing มีใช้อยู่แล้วในอุตสาหกรรมปัจจุบันในการผลิตชิ้นงานความละเอียดสูง
และด้วยการผสาน 2 เทคโนโลยีนี้เข้าด้วยกันทำให้ผลการทดสอบ Heat Exchanger ที่นักวิจัยพัฒนาขึ้นมานี้มีประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนสูงขึ้นกว่าเดิมถึง 27%
ทั้งนี้แม้ว่ายังอยู่ในระดับ Lab Scale แต่เชื่อได้ว่าเทคนิคที่พัฒนาใหม่นี้จะทำให้ในอนาคตอาจมี Heat Exchanger รูปแบบใหม่ให้ใช้งานกัน โดยเหล่าผู้ผลิตต่างก็มุ่งพัฒนา Topologically Optimized Heat Exchanger นี้กันอยู่

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา