แผ่น Peltier…ประโยชน์แบบ 2 in 1 เป็นได้ทั้งตัวสร้างความเย็น หรือ ผลิตไฟฟ้า

0
6140

กระบวนการทำความเย็นหรือระบบทำความเย็น ที่ใช้คอมเพรสเซอร์เป็นตัวดูดอัดสารทำความเย็น ถือเป็นเรื่องที่เราต่างก็คุ้นเคยกันอยู่แล้วในชีวิตประจำวัน เพราะไม่ว่าจะเป็นระบบทำความเย็นขนาดใหญ่ระดับอุตสาหกรรม มาจนถึงระบบแอร์หรือตู้เย็น ที่เราใช้งานกันในครัวเรือน ล้วนแล้วแต่เป็นระบบทำความเย็นที่ใช้คอมเพรสเซอร์เป็นตัวขับเคลื่อน ซึ่งระบบทำความเย็นที่ใช้คอมเพรสเซอร์เป็นตัวขับเคลื่อนนี้ ถือว่าเป็นหลักการทำความเย็นที่มนุษย์สร้างขึ้น และใช้งานมานานนับร้อยปี

แต่เมื่อไม่กี่ปีให้หลัง เริ่มมีการนำเอาอีกหนึ่งรูปแบบของการทำความเย็นมาใช้งานอย่างเป็นจริงเป็นจัง ในลักษณะการใช้งานแบบที่คล้ายคลึงกับระบบทำความเย็นที่ใช้คอมเพรสเซอร์ ซึ่งการทำความเย็นในรูปแบบนี้ไม่ต้องใช้คอมเพรสเซอร์ หรือส่วนที่เป็นกลไกขับเคลื่อนใดๆ และไม่ต้องใช้สารทำความเย็นเป็นตัวกลางในระบบเหมือนเช่นที่เคยทำกัน เพราะเป็นการทำความเย็นที่ได้จากการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านสารกึงตัวนำ

หลักการดังกล่าวมีชื่อว่า เทอร์โมอิเล็กทริค คูลเลอร์ เพลเทียร์ TEC (Thermoelectric Cooler Peltier) ซึ่งเป็นแผ่นที่สามารถสร้างความเย็นได้ที่ด้านหนึ่ง และปล่อยความร้อนออกมาที่อีกด้านหนึ่ง เพียงแค่จ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเข้าไปเท่านั้น

ประวัติความเป็นมา
เมื่อปี ค.ศ. 1834 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส 2 คน ที่มีชื่อว่า เฟรนช์ วัตช์เมคเกอร์ (French Watchmaker) และ ยีน ชาร์เลส เอธาเนสซี่ เพลเทียร์ (Jean CharAthanase Peltier) ได้ค้นพบปรากฏการณ์ที่เรียกว่า เพลเทียร์เอฟเฟ็กต์ (Peltier effect)

ipeltir001p1

โดยทั้งสองได้ค้นพบว่า เมื่อทำการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงให้กับสารกึ่งตัวนำ แล้วพบว่าที่ผิวทั้งสองด้านของสารกึ่งตัวนำชนิดแรก เกิดความร้อนขึ้นที่ผิว(hot surface) และที่ผิวทั้งสองด้านของสารกึ่งตัวนำอีกชนิดก็เกิดความเย็นขึ้นที่ผิว (clod surface) โดยเกิดขึ้นสอดคล้องกับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า

และในทางกลับกัน ถ้าหากมีการให้ความร้อนที่ผิวด้านหนึ่งของสารกึ่งตัวนำ ก็จะส่งผลทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ตรงกันข้ามขึ้นได้เกิดเป็นแรงดันไฟฟ้าขึ้นมา เรียกว่า ซีเบ็คโวลต์เตจ (Sec Beck Voltage)

โครงสร้างเบื้องต้นของแผ่นเพลเทียร์ (Peltier) ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (N-Type) และชนิดพี (P-Type)

แผ่นเพลเทียร์ (Peltier) แบบบิสมัธเทลลูไรด์ ถูกสร้างขึ้นมาจากธาตุ 2 ชนิด ได้แก่ บิสมัส (Bismuth : Bi) ซึ่งเป็นธาตุที่มีเลขอะตอม 83 และอีกตัวหนึ่งคือ เทลลูเรียม (Tellurium : Te) ซึ่งเป็นธาตุที่มีเลขอะตอม 52

หลักการทำงานของแผ่นเพลเทียร์
หลักการทำงานของแผ่นทำความเย็นเพลเทียร์นั้น เป็นหลักการที่มีชื่อว่า เทอร์โมอิเล็กทริก (Thermoelectric) หลักการทำความเย็นแบบนี้เกิดขึ้นได้ โดยการใช้สารกึ่งตัวนำแบบ พี-เอ็น (P-N Type)

ซึ่งสารกึ่งตัวนำแบบพี-เอ็น คือส่วนประกอบหลักของแผ่นทำความเย็นเพลเทียร์ โดยการทำความเย็นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ มีการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง(Direct Current : DC) หรือไฟดีซี ให้กับแผ่นทำความเย็นเพลเทียร์ เพราะเมื่อกระแสไฟฟ้าเดินทางผ่านวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นสารกึงตัวนำแล้วก็จะเกิดการทำปฏิกิริยาขึ้น

สารกึงตัวนำ แบบพี-เอ็น ซึ่งต่างชนิดกัน เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ก็จะมีการดูดกลืนกันของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนจากระดับพลังงานต่ำทางด้านสารกึ่งตัวนำแบบพี ไปสู่ระดับพลังงานที่สูงกว่าทางด้านสารกึ่งตัวนำแบบเอ็น กระบวนการดังกล่าวส่งผลให้ที่ผิวด้านหนึ่งของแผ่นเพลเทียร์มีการดูดพลังงานความร้อน ซึ่งก็ได้จากความร้อนที่อยู่โดยรอบนั่นเอง เมื่อความร้อนในบริเวณรอบๆถูกดูดเข้ามา ก็จะทำให้ในบริเวณนั้นมีอุณหภูมิต่ำลง ซึ่งด้านนี้ก็คือด้านทำความเย็นนั่นเอง

และในขณะเดียวกัน ก็จะเกิดการดูดกลืนของอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานที่สูง ในสารกึ่งตัวนำแบบเอ็น สู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า ในสารกึ่งตัวนำแบบพี ส่งผลให้เกิดการคายความร้อนออกมาที่บริเวณผิวหน้าของอีกด้านหนึ่ง

จากหลักการทำงานที่ได้อธิบายไปข้างต้นนั้น ทำให้สามารถนำแผ่นเพลเทียร์มาประยุกต์ใช้งานได้กับหลายๆสิ่ง ที่โดดเด่นสุดคงหนีไม่พ้น การนำคุณสมบัติในด้านการทำความเย็นมาประยุกต์ใช้งาน เพื่อเป็นอีกหนึ่งทางเลือกสำหรับการทำความเย็นหรือลดอุณหภูมิ แบบไม่ต้องพึ่งพาระบบทำความเย็นที่ใช้คอมเพรสเซอร์

รูปแบบการนำมาใช้งานจริง
สำหรับแผ่นทำความเย็นเพลเทียร์ การใช้งานโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อการทำความเย็น ในบ้านเราก็มีการนำไปใช้งานในหลายรูปแบบ ยกตัวอย่างเช่น การใช้เพื่อทำความเย็นให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบเฉพาะจุด รวมไปถึงการให้ความเย็นในลักษณะของตู้เย็นขนาดเล็ก ซึ่งในบ้านเราตอนนี้ก็ได้มีผู้ผลิตบางราย นำแผ่นทำความเย็นเพลเทียร์ มาใช้งานกับตู้แช่เย็นขนาดเล็กๆสำหรับแช่เครื่องดื่ม ตลอดจนตู้เย็นขนาดเล็ก(มินิบาร์) ความจุประมาณ 1.6 – 1.8 ซึ่งเป็นการนำมาใช้งานทดแทนคอมเพรสเซอร์ แต่ในตอนนี้ ประสิทธิภาพการทำความเย็นของแผ่นทำความเย็นเพลเทียร์ ก็ยังเป็นรองระบบทำความเย็นที่ใช้คอมเพรสเซอร์อยู่อีกหลายเท่า ตู้เย็นที่ใช้แผ่นทำความเย็นเพลเทียร์จึงเหมาะกับการใช้งานบางประเภทเท่านั้น ซึ่งอาจจะไม่เหมาะกับการแช่อาหารเพื่อคงความสด แต่ก็เหมาะสำหรับการใช้เก็บรักษายาหรือเวชภัณฑ์ทางการแพทย์

ออกแบบใช้ในงานระบายความร้อน หล่อเย็น แก่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอื่นๆ
นำมาใช้ทำตู้เย็นขนาดเล็ก 12VDC สำหรับพกพา

ในตอนนี้ ถ้าเทียบระหว่างแผ่นทำความเย็นเพลเทียร์ กับระบบทำความเย็นที่ใช้คอมเพรสเซอร์ ก็ถือว่าแผ่นทำความเย็นเพลเทียร์ยังคงมีประสิทธิภาพที่ด้อยกว่าอยู่หลายเท่า ต่อให้นำแผ่นทำความเย็นเพลเทียร์หลายๆอันมาใช้ร่วมกัน แม่ค่าการทำความเย็นจะมีขนาดเท่าคอมเพรสเซอร์ แต่ก็ยังทำความเย็นได้ไม่ดีเท่าคอมเพรสเซอร์ รวมถึงอัตราการใช้พลังงานยังคงใช้พลังงานเยอะเมื่อเทียบกับงานที่ได้ออกมาซึ่งน้อยกว่ามาก

(ขอบคุณ https://www.bloggang.com)